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在石油化工行业中,乙烯生产占有极其重要的位置。乙烯裂解炉作为乙烯生产的核心设备,它的运行状态直接制约着乙烯厂的生产和经济效益。目前,我国主要使用乙烯裂解炉为SRT-Ⅲ(Short Residence Time)型乙烯裂解炉,它运行时要承受高温(1150℃)、渗碳、热疲劳及结焦的联合作用,极易造成裂解炉管损伤,导致可燃性物质泄漏,引起喷射火,甚至蒸气云爆炸等失效后果。因此,为了保障SRT-Ⅲ型乙烯裂解炉的安全运行,对其失效后果进行分析,并对失效的原因进行风险评价,可以有利于人们找出运行中的薄弱环节,提出安全运行的对策措施。
本文首先阐述了前人研究的SRT-Ⅲ型乙烯裂解炉的失效原因,然后通过FTA(Fault Tree Analysis)的方法对于SRT-Ⅲ型乙烯裂解炉的失效原因进行了分析,最终得出SRT-Ⅲ型乙烯裂解炉的主要失效后果为喷射火和蒸气云爆炸。然后本文根据API581(America Petrol Inistitute)和其他相关文献介绍喷射火和蒸气云爆炸的失效模型,针对这两种失效后果的进行了数值计算,并对两种失效后果进行了失效等级评定。最后在喷射火数值计算(点热源辐射热通量的确定)的基础上,针对喷射火对周围炉管的影响情况进行了有限元分析。主要研究内容与结论如下:
(1)针对前人提出的导致SRT-Ⅲ型乙烯裂解炉失效的五个方面影响因素(腐蚀、渗碳、高温蠕变、人员管理失误、设备故障),对其进行了FTA分析,得出SRT-Ⅲ型乙烯裂解炉的主要失效模式为喷射火和蒸气云爆炸;
(2)在前人已有的失效后果等级划分的基础上,考虑了受伤人数对于危险等级划分的影响,引入了轻伤人数和重伤人数这两个影响因素。通过等效死亡人数的概念,以财产损失为中介,确定了重伤人员的等效死亡人数为0.13人,轻伤人员的等效死亡概率为0.01,最终对失效后果等级划分进行了修正。
(3)参照API581和相关文献对于喷射火和蒸气云爆炸失效后果分析模型,对SRT-Ⅲ型乙烯裂解炉的失效后果进行了计算,并根据本文的失效后果等级划分标准进行了失效后果等级的评定。
(4)喷射火对周围炉管的影响进行了有限元的数值分析,得出了乙烯裂解炉管的温度分布模型,在此基础上分析了不同等级、不同物质、一处和两处喷射火对周围炉管的热辐射温度分布情况,通过分析可以看出,再作用一定时间以后,喷射火对周围炉管可能产生致命的热辐射影响,周围炉管局部位置可能出现超温现象。