低压湿式气柜负压破坏分析

日期：10-08 点击：504 属于：最新动态

低压湿式气柜具有构造简单、便于管理的特点,广泛用于节能、消除大气污染、调节气体储存与供应。但由于各单位使用管理水平不一,常有负压破坏事故发生。其破坏形式是钟罩顶架首先破坏,弦杆和斜杆失稳变形,支点与钟罩壁拉开。因此,对其负压破坏产生的原因进行分析并加以防范有一定意义。文中以1万m3气柜为例进行讨论。

1 气柜拱顶架承载能力

运行中的气柜见图1。根据HG 20517-925钢制低压湿式气柜6规定,气柜设计中不考虑负压荷载,其计算荷载取自重荷载+活荷载与雪荷载二者的最大值。其设计压力3 920 Pa,顶架荷载206 Pa,雪荷载500 Pa,顶板荷载314 Pa,活荷载687 Pa,则拱架计算荷载q=206+314+687=1 207(Pa)。

图1 1万m3气柜示图

在理论上,拱架不允许承受负压。但考虑其实际承受负压的能力,对有效防范负压破坏是必要的研究气柜拱架承受负压的整体稳定性,是将其简化成各向同性,折算成有效厚度为D的浅球壳,许用荷载以下式计算:

[pcr]=0.1Ec(D/R)2

式中,Ec=BH/D,D= 12D5/BH,D5=E(I5/b),BH=EDH,DH=AH/d。本径向梁的截面惯性矩I5=1 130@104mm4。环向梁断面面积AH=2 195 mm2,截面惯性矩IH=866@104mm4。径向梁的中线间距b=1800 mm,环向梁中线间距d=2 000 mm,材料弹性模量E=2.06@105MPa,球形拱架球面半径R=49 608 mm。将以上数据代入有关各式计算,则环向梁有效薄膜厚度DH=AH/d=1.1 mm,环向延伸刚度BH=2.27@105N/mm,径向弯曲刚度D5=1.29@109N/mm,有效薄膜厚度D=261 mm,折算弹性模量Ec=870 MPa,许用荷载[pcr]=2 408 Pa,则许用负压荷载为1 201 Pa,即负压超过该值是不安全的。

2 负压产生原因

尽管气柜使用中不应使其产生负压,但实际上稍不注意,负压即可产生。由于气柜在运行中钟罩上的放空口和顶盖人孔均已封闭,塔节间用水封密闭,所以在内部气体压力的作用下,塔节克服自重而升降,此外,气温的变化也会使柜内气体体积变化而导致柜体体积相应变化。白天,在日照下柜内气体膨胀,塔节向上运行,柜体体积增大;夜晚,气温降低,柜内气体收缩,塔节向下运行,柜体体积减少。若气柜内气压降低而气柜体积不能相应减少时,则会产生负压。在钟罩全部落入水槽后,因其不能继续下落,最易产生负压。在此状态下造成负压的原因有:¹持续向外抽气,则几分钟内可造成气柜负压。º在密闭状态下,为检修设备而排放水槽内的水也会产生负压。»气温持续下降,导致柜内气压降低,产生负压。若取温差$T=20e,环境温度T=20e,钟罩内压力p=101 325 Pa(绝压),则钟罩全部落入水槽之后由温差而引起的密闭空间中气体的压力减少量$p=p$T/T=6 916 Pa,该值远大于许用负压荷载,拱架将破坏。若以许用负压荷载作为拱架破坏的临界条件,则允许温差$T=3.5e。

3 负压破坏防范

根据以上分析,钟罩落入水槽底部后,在密闭的情况下最易产生负压破坏。为防止事故发生,应避免在生产运行中将钟罩完全落入水槽中,通常需留有一定余量。从理论上说,预留体积正好等于温度变化使气体收缩的体积是最经济合理的。若预留量过大,则减少了气柜的有效体积,经济上不合理,若预留量过小,则起不到安全保障的效果。

使用红色警戒线确定预留体积,即在钟罩的某一部位涂上红色油漆警戒线,当钟罩降到此线时操作工主动停机。这种方法简便易行,但需要操作人员及时观察,安全可靠性较差。也可设置钟罩低位

信号报警,当钟罩降到设定的低位时,控制室发出报警信号,提示操作工及时停机。也可设置低位自动停车,当钟罩降到设定的最低位置后,电气连锁信号使抽气设备失电自动停机。

为保证安全可靠性,宜将上述控制方法组合使用。其警戒线和报警位置的设定以预留体积为有效体积的10%左右为宜,以便给操作工手动停机留有余地,自动停车位置则可适当降低。

该钟罩拱顶高f=1.74 m,钟罩半径r=13 m,则设置警戒线和报警的预留高度h=10 000@10%/(132P)=1.88 m。自控停机预留高度以保证预留体积大于气体收缩体积$V为宜。若取h=0.3 m,则钟罩拱顶体积V=Pf2(R-f/3)=466 m3。钟罩的预留体积为Pr2h=159 m3,Vc=V+Pr2h=625 m3,$V=Vc($T/T)=42.7 m3<159 m3,故此方案可行。

气柜在投产运行中不允许出现负压,但也不必过于顾虑,只要根据实际情况,采取相关措施,适当留有安全余地,即可确保安全。

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