湿式气柜钟罩顶塌陷诊断与修复技术

日期:10-08  点击:526  属于:最新动态
         由于操作不当,某厂用于存储聚丙烯y体的一低压湿式y柜,钟罩顶出现不同程度的坍塌、开裂,致使顶部配重块倾斜,砸向钟罩顶,使其变形加剧,同时也使钟罩壁严重变形、凹陷甚至川1裂,变形区域超过1/3,已经不能正常使用。对事故进行初步分析,建立并借助钟罩塌陷的故障树,找出了导致事故的直接原因;接着对外压作用卜y柜钟罩顶的失稳临界压力进行理论分析计算,得到其理论的临界失稳压力;并利用有限元分析软件ANSYS6.0,对外压作用卜的钟罩进行了非线性有限元分析计算;最后将该y柜安全修复。

        二、聚丙烯气柜的参数及其工作原理

         聚丙烯气柜结构见图1。为安全起见,钟罩壁、钟罩顶均取测量的最小壁厚进行计算。主要尺水直径X高度》最小壁厚):钟罩壁14400mm(内径)X6690m门i Xim门1;钟罩顶17280mm(内半径)X1571.5m门i X4m门1;操作压力SOOm门}HZO(表压);操作温度400C;介质聚丙烯y体;材料Q235-a。
        气柜的工作原理:气柜由水槽、活动塔找钟罩)、溢流装置、外部导向装置外导轨)、内部导向装置内导轨)、配重块等组成。水槽固定,内部充满水以封住y体。y柜依靠水的浮力、y柜内的y体压力以及配重块之间的平衡,使钟罩上卜浮动,其上升高度取决于钟罩内y体的储存量:当向y柜内注入y体,y体储存量增加时,钟罩开始上升;反之,当从y柜中抽V, V体储存量减少时,钟罩则下降。
三、故障树分析
1.原因分析
         由于气柜正常工作时内压很小,因此钟罩顶不存在强度失效问题。即使由于腐蚀造成了一定程度的壁厚减薄,由内压导致的强度失效情况也并不突出。事故现场观察得知,变形后的钟罩J页向内凹陷,同时由于该y柜既没有负压保护装置,又没有低限位置报警系统,因此初步分析事故原因为:由于操作失误,在气柜已经处于低限位置时,未关闭抽气泵,导致气柜负压,使钟罩顶失稳;而顶部倾斜后配重块滑落砸向罩顶,使罩顶的变形进一步增大,甚至开裂。钟罩顶的变形使钟罩壁的受力情况发生变化,进一步导致钟罩壁扭曲变形。
2.故障树分析
         故障树分析,是一种对系统或装备进行可靠性预测的方法,通过研究系统或装备发生故障这一事件的各种直接和间接原因,在这此事件之间建立逻辑关系,以寻找潜在故障或进行故障的诊断。并对所建立的故障树进行结构重要度分析,以找出影响钟罩顶塌陷的主要因素。
        根据前述的工作原理,在y柜内水的浮力和配重块重量一定的情况下,钟罩上下升降高度取决于钟罩内y体的储存量。当从气柜中抽气时,钟罩则下降,当下降到最低位置时,应立即关闭抽气泵停II:抽气,或打开进y阀。否则,由于木y柜系统未设置低限位置报警装置,则会导致气柜形成负压;另外即使气柜未下降到低限位置,由于内、外导轨或滑轮的机械故障,使钟罩上下活动受限,无法根据内部y体的储存量浮动,如果继续抽y,也容易导致气柜负压,从而使钟罩壁失稳。由以上分析,建立钟罩顶塌陷事故的故障树。为使所建立的故障树具有一定的普遍性:,图2考虑了气柜设置负压保护装置以及低限位置报警装置的情况。
        结构重要度是故障树分析中的一个重要的数量指标。它表示基本事件对故障树结构中所占地位造成的影响程度,其计算公式1):
图2气柜钟罩塌陷的故障树
        各基木事件及其重要度见表1,由表1可以看出,事件4,5的重要度最大,均为0.4306;其次为事件1,2,3,即进y系统的基木事件;事件6}1的重要度均较小。由此可见,在该故障树中事件4"未设负压保护装置”和事件5"负压保护装置故障”对J页事件“钟罩顶塌陷”的影响最大。
表1故障树基木事件及重要度
        因此,为了有效避免钟罩顶塌陷事故的发生,应对该y柜设置负压保护装置,推荐采用压力开关控制系统}7,它是以y柜的内外压力差作为Jll关动作的信号。当i}柜内压力大于大i}压力时,该系统不动作,即抽i}泵能够启动和运行;反之,系统动作,切除抽i}泵控制器的电源,使抽i}泵停I I_工作,以避免负压作用下钟罩顶的失稳事故。
四、气柜的结构分析
        由于气柜壁很薄,壳体在受力时,壳体中的应力沿厚度方向均匀分布,不会有局部弯曲应力发生。这种应力状态即为“薄膜应力”,可以应用旋转壳的薄膜理论}} s7来求解。按照旋转壳的薄膜理论,当容器承受外压时,器壁中产生压缩薄膜应力,其大小与受内压时相同。当压力达到一定数值时,壳体的径向挠度随着压缩应力的增加而急剧增大,直至容器压瘪。此时压缩薄膜应力还未达到材料的屈服点甚至低很多。这种现象即为外压容器的失稳或屈曲因此,保证容器承受外压时的稳定性是容器正常操作的必要条件。该i}柜在正常工作时处于正压状态,但当i}柜处于低限位置仍然继续抽i}时,钟罩则处于负压状态。因此,除了要保证钟罩承受内压时有足够的强度之外,还要考虑其承受外压时可能出现失稳的情况,即有必要对其进行外压失稳的临界压力计算。由于钟罩外压失稳时处于低限位置,此时负压的存在使钟罩壁完全浸在水中,在这种情况卜的钟罩壁不存在外压失稳问题。故理论计算部分仅计算钟罩顶的理论临界失稳压力。通过理论计算分析,得到壁厚为4mm时该气柜的临界失稳压力为0.0029MPa 。
 

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