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1、10申请公布号CN104318054A43申请公布日20150128CN104318054A21申请号201410487635922申请日20140923G06F19/0020110171申请人北京航空航天大学地址100083北京市海淀区学院路37号北京航空航天大学72发明人杨治国伍耐明李明震54发明名称延迟焦化焦炭塔在线监测及安全评估系统57摘要本发明公开了一种延迟焦化焦炭塔在线监测及安全评估系统，是一种石化塔器运行安全评价软件，相对与现有的监测和安全评估手段，该系统能够依据延迟焦化焦炭塔运行数据在线进行监测及安全评估，并在现有的安全评估方法中新增加了两种方法，分别为高温低周疲劳与蠕变线性耦。
2、合损伤理论和基于弹塑性损伤失效理论的安全评估方法。该系统将焦炭塔的有限元分析与现有规范的多种评价手段以软件分析的方式集中体现出来，用户根据有限元分析结果求出塔体的危险点及危险时段，并在危险点出安装传感器以求出其真实受力与温度载荷，并根据多种失效理论评估方法对焦炭塔进行安全评估，本发明能够很好地实现延迟焦化焦炭塔在线监测及安全评估。51INTCL权利要求书1页说明书3页附图3页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书3页附图3页10申请公布号CN104318054ACN104318054A1/1页21一种延迟焦化焦炭塔在线监测及安全评估系统，相对与现有的监测和安全评估。
3、手段，该系统能够依据延迟焦化焦炭塔运行数据在线进行监测及安全评估，并在现有的安全评估方法中新增加了两种方法，分别为高温低周疲劳与蠕变线性耦合损伤理论安全评估方法和基于弹塑性损伤失效理论安全评估方法，该系统是由工艺模式和设计模式两个入口构成，工艺模式由运行工况设置模块、参数检查模块、仿真分析结果展示模块、塔体三维云图显示模块、云图选择模块、关键点历程追踪模块和安全评估模块构成，设计模式由工作区模块、数值模拟模块、硬件接口模块、安全评估模块、数据模块和帮助模块构成，通过工况设置模块与参数检查模块对焦炭塔进行有限元分析，在仿真分析结果展示模块中查询危险点与危险时段，在危险点安装传感器，采集其危险时间。
4、段的温度与应力值，结合实时测得的真实受力与塔体材料的表征参数运用安全评估模块中的经典低周疲劳破坏失效理论、蠕变损伤失效理论及评估方法，以及高温低周疲劳与蠕变线性耦合损伤理论和基于弹塑性损伤失效理论评估方法对焦炭塔进行安全评估，以实现对焦炭塔的实时在线监测。2如权利要求1所述的安全评估系统，工作区模块可以新建工程或打开已保存的工程，作为前处理的数值模拟模块，数值模拟模块的建模部分依次需要用户导入需要研究的焦炭塔模型、四种材料属性，数值模拟模块的工况部分需要用户划分好焦炭塔四种工况下的载荷进行输入，数值模拟模块的计算分析部分由用户检查计算输入、设定计算步长、收敛条件后运行计算，数值模拟模块的虚拟传。
5、感器即为关键点的设定，用户追踪塔体不同位置的参数变化，数值模拟模块的结果部分将显示数值模拟部分的数值结果、状态分布，硬件接口模块为应力/应变片、热电偶、全站仪硬件的接入，硬件接口模块另有实时监控、设置、数据分析作为硬件采集系统的辅助模块，安全评估模块综合了由力学实验支撑的经典低周疲劳破坏失效理论、蠕变损伤失效理论及评估方法，以及高温低周疲劳与蠕变线性耦合损伤理论和基于弹塑性损伤失效理论的评估方法，以及另留有的腐蚀性分析、安定性分析方法，亦可打开实验报告查看实验支撑的具体数据，还可查看现行的压力容器规范，设定生成报告所需的模板，最终生成安全评估报告，数据模块用于用户管理多次安全评估所获结果，使用。
6、不同权限对多次运行评估软件所获数据进行保存、比对、维护，从中寻找关联、差异，为工艺改进提供意见；帮助模块罗列了该软件的使用方法、理论支持、操作算例供用户求助查看，还有产品信息、技术支持可供用户与软件制作人员联系不断改进该延迟焦化焦炭塔在线监测及安全评估系统软件。权利要求书CN104318054A1/3页3延迟焦化焦炭塔在线监测及安全评估系统一、技术领域0001本发明涉及一种石油化工行业焦炭塔在线监测及安全评估系统，特别涉及延迟焦化焦炭塔在线监测及安全评估系统。二、背景技术0002从1930年第一套延迟焦化装置在美国投产和1938年第一套水力除焦的延迟焦化装置诞生以来，以美国为首的延迟焦化技术得。
7、到快速发展。随着国内外延迟焦化技术的提高，延迟焦化设备的设计制造也日益趋于大型化合理化。从我国第一套30万吨/年延迟焦化装置至2011年的多年发展，我国的延迟焦化总加工能力超过1100万吨/年，延迟焦化工艺已成为目前国内最主要的重油加工手段。0003焦炭塔作为延迟焦化环节的关键设备，工况苛刻、塔体内部在工作各阶段应力应变复杂多变，且每个工作周期内塔体各部都承受着常温与高温的剧烈循环热冲击，从而使得焦炭塔在服役期间产生了诸如塔体各塔节形变，裙座处过渡段焊缝、塔节相接处环焊缝及堵焦阀接管部位出现裂纹等问题。0004为了保证焦炭塔在服役期内的正常运行，提高经济效益，防止事故的发生，就必须对焦炭塔结构。
8、进行疲劳失效形式和可靠性分析以及剩余寿命的评估进行深入研究。0005目前现有的安全生产规范规定的常规检验检测手段为定期设备停机后对其进行金相检测、磁粉检测、超声波无损探伤、全站仪结构尺寸测量等。通过以上手段的定期停机检验从而做出设备安全性定性评估。常规检验检测手段为周期离线式、定性式材料结构安全性评估，不能及时有效判断设备运行危险点且必须设备定期停机检查，给我国石油化工行业延迟焦化设备长周期运行带来困难。0006现有评估方法一般为高温低周疲劳或蠕变损伤理论，而大型焦炭塔的损伤失效中疲劳损伤与蠕变损伤同时存在，高温蠕变恢复对塔体结构具有重要影响，并且焦炭塔还同时存在着弹塑性变形的损伤。但目前对这。
9、些问题的定量研究还比较少，因而在实际的结构分析中上述效应都未加考虑。0007因此，本发明能够实现对焦炭塔的在线监测，不需要停机检查，对焦炭塔长期高效的运行带来很大益处，同时，本发明在常规评估手段的基础上还运用了结合高温低周疲劳与蠕变的线性耦合评估方法与基于弹塑性损伤失效理论的评估方法，对焦炭塔进行了全面的安全评估。三、发明内容0008本发明提供一种延迟焦化焦炭塔在线监测及安全评估系统，以解决现有技术对焦炭塔离线与停机检测的问题，完善现有焦炭塔安全评估方法，以及填补现在对焦炭塔安全评估系统的空白。本发明采用的技术方案如下0009一种延迟焦化焦炭塔在线监测及安全评估系统，相对与现有的监测和安全评估。
10、手段，该系统能够依据延迟焦化焦炭塔运行数据在线进行监测及安全评估，并在现有的安全说明书CN104318054A2/3页4评估方法中新增加了两种方法，分别为高温低周疲劳与蠕变线性耦合损伤理论安全评估方法和基于弹塑性损伤失效理论安全评估方法。该系统是由工艺模式和设计模式两个入口构成，工艺模式由运行工况设置模块、参数检查模块、仿真分析结果展示模块、塔体三维云图显示模块、云图选择模块、关键点历程追踪模块和安全评估模块构成，设计模式由工作区模块、数值模拟模块、硬件接口模块、安全评估模块、数据模块和帮助模块构成，通过工况设置模块与参数检查模块对焦炭塔进行有限元分析，在仿真分析结果展示模块中查询危险点与危险。
11、时段，在危险点安装传感器，采集其危险时间段的温度与应力值，结合实时测得的真实受力与塔体材料的表征参数运用安全评估模块中的经典低周疲劳破坏失效理论、蠕变损伤失效理论及评估方法，以及高温低周疲劳与蠕变线性耦合损伤理论和基于弹塑性损伤失效理论评估方法对焦炭塔进行安全评估，以实现对焦炭塔的实时在线监测；0010本发明的进一步改进在于，针对140万吨/年级延迟焦化焦炭塔独特设备结构、材料及生产工艺条件进行精确有限元仿真建模，模型假设在进料、进汽和进水过程中塔内介质周向温度分布均匀不变，塔壁料位计、热电偶等检测设备小开孔忽略不计，外围设备、风载与地震载荷不予考虑，其余结构尺寸及条件均完全按照塔体实际运行情。
12、况输入系统精确建模，仿真计算确定出工作危险点及工作危险时间段。0011本发明的进一步改进在于，根据计算结果，在危险地处安装传感器，采集其危险时段内实时的温度与应力参数，根据焦炭塔的实时情况进行分析，实现对焦炭塔的在线监测，并根据最新数据对焦炭塔有限元模型进行相应调整更新，以解决焦炭塔离线分析不准确的问题。0012本发明的进一步改进在于在常规的高温低周疲劳损伤理论与蠕变损伤理论的基础上，新加入了弹塑性损伤理论和高温低周疲劳与蠕变线性耦合损伤理论的两种评估方法，以实现对焦炭塔更全面的分析。0013有益效果0014A本发明采用了在焦炭塔危险点上安装传感器，采集其危险时段内的温度与应力参数，根据焦炭塔。
13、的实时情况进行分析，实现对焦炭塔的在线监测，并根据最新数据对焦炭塔有限元模型进行相应调整更新，以解决焦炭塔离线分析不准确且需要停机检查的问题。0015B本发明是在常规的高温低周疲劳损伤理论与蠕变损伤理论的基础上，新加入了弹塑性损伤理论和高温低周疲劳与蠕变线性耦合损伤理论的两种评估方法，以实现对焦炭塔更全面的分析。四、附图说明0016图1系统欢迎界面示意图。0017图2系统工艺模式界面。0018图3系统设计模式界面。0019图4设计模式工作区模块菜单。0020图5设计模式数值模拟模块菜单。0021图6设计模式硬件接口模块菜单。0022图7设计模式安全评估模块菜单。0023图8设计模式数据模块带单。
14、。说明书CN104318054A3/3页50024图9设计模式帮助模块菜单。五、具体实施措施0025下面结合附图对本发明进行详细的描述，但它们不是对本发明的进一步限制。0026见附图1的系统欢迎界面示意图所示，设置了两个入口“工艺模式”与“设计模式”。图2“工艺模式”适合现场工作人员日常监控使用，图3“设计模式”适合精通有限元分析、数据库管理专业知识的技术人员使用。两个入口的区别仅在于人机交互界面的设计及功能多寡的使用，背后的技术支持是一致的。0027图4工作区模块可以新建工程或打开以保存的工程，图5作为前处理的数值模拟模块，建模部分依次需要用户导入需要研究的塔器焦炭塔模型、四种材料属性，工况。
15、部分需要用户划分好焦炭塔四种工况下的载荷进行输入，计算分析部分由用户检查计算输入、设定计算步长、收敛条件运行计算。虚拟传感器即为关键点的设定，用户追踪塔体不同位置的参数变化。结果部分将显示数值模拟部分的数值结果表格形式、状态分布云图形式。图6硬件接口模块为应力/应变片、热电偶、全站仪等硬件的接入，根据仿真分析结果在危险点出安装的传感器将对焦炭塔运行过程中危险时段的温度与应力等参数进行采集，并返回到该系统内，系统根据真实应力进行安全评估。图7为后处理的安全评估模块，综合了由力学实验支撑的经典低周疲劳破坏失效理论、蠕变损伤失效理论及评估方法，以及高温低周疲劳与蠕变线性耦合损伤理论和基于弹塑性损伤失。
16、效理论评估方法对焦炭塔进行安全评估，以及另留有的腐蚀性分析、安定性分析方法。亦可打开实验报告查看实验支撑的具体数据，还可查看现行的压力容器规范，设定生成报告所需的模板，最终生成安全评估报告。图8数据模块用于用户管理多次安全评估所获结果，使用不同权限对多次运行评估软件所获数据进行保存、比对、维护，从中寻找关联、差异，为工艺改进提供意见。图9帮助模块罗列了该软件的使用方法、理论支持、操作算例供用户求助查看，还有产品信息、技术支持可供用户与软件制作人员联系不断改进该延迟焦化焦炭塔在线监测及安全评估系统软件。说明书CN104318054A1/3页6图1图2说明书附图CN104318054A2/3页7图3图4图5图6说明书附图CN104318054A3/3页8图7图8图9说明书附图CN104318054A。