受损超高压反应管安全性研究
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摘 要： 中国石油化工股份有限公 司茂名分公司 ３ ０ｋ／ ０ ｔａ乙烯工程 ｔ０ ｋ ａ高压聚乙烯装 置管式反应器采用 美 Ｏ ｔ ／ 国 Ｑ ｍｔｍ公 司的专利设计 ， ． ｕ 该反应器 由 １５根 反应管组成 ， ５ 反应管之间采用管端螺纹联接。反应管是反应装置 的 核心部件 ， 反应管 的安全可靠操作是装置安全运行 的关键 。针对在运输过程 中受损的 ６根超 高压反应管进行 了分 析研究 ， 计算 了反应管管端螺纹的机械强度 ， 对 ６根反应管 的受损螺纹逐根进行安全分析 ， 并 提出了合理化建议。
使用具 有重 要 的工 程 意义 。 １ 反应 管 管端螺 纹 的机械 强度
图 ２ 反 应 管 法 兰 连 接
Ｆ ｇ ２ Ｆ ａ ｇ ｏ ｎ ｃ ｉｎ ｏ ｅ ｃｏ ｂ ｉ ． ｌ ｎ ｅ ｃ ｎ ｅ ｔ ｆｒ ａ ｔ ｒｔ ｅ ｏ ｕ
ｌ 管子 ； 法兰；一垫 ；一螺栓 ；一垫圈 ； 螺母 一 ２ 一 ３ ４ ５ ６ 一
２１ ０ １年 ７月
炼 油 技 术 与 工 程 Ｐ Ｔ Ｏ Ｅ Ｍ Ｒ ＦＮ Ｒ Ｎ ＩＥ Ｒ Ｎ Ｅ Ｒ Ｌ Ｕ Ｅ ＩＥ ＹＥ ＧＮ Ｅ ＩＧ
第 ４ 卷第 ７期 １
受损 超 高压 反 应 管 安 全 性 研 究
杨伟仁
（ 国石 油 化 工 股 份有 限公 司茂 名 分 公 司 ， 东 省 茂 名 市 ５ ５２ ） 中 广 ２ ０ １
。
收 稿 日期 ：０ １ ６— ６ ２ １ 一ｏ ０ 。 作 者 简 介 ： 伟仁 ， 程 硕 士 ， 级 工 程 师 ， 该 公 司 化 工 分 杨 工 高 任 部 副经 理 。联 系 电话 ： ６ ２ ３６３， － ｉ：ａｇ ｒｍ ｈ ０ ８－ ２ ８６ Ｅｍａ ｙｎｗ ． ｍｓ＠ ６ ｌ
Ｔａ ｅ ２ Ｃａｃ ｌｔｏ ｅ ｕ ｔ ｆｂｅ ｉ ｔｅ ｓｏ ｂｌ ｌｕ ａｉｎ ｒ ｓ ｌｓ ｏ ｎｄｎｇ ｓｒ ｓ ｆ ｓ ｒ ｗ ｈ ｅ ｄｓ ｃｅ ｔｒ ａ
６＝０ ８ ．７
［ ］＝Ｏ／ ｒ －ｎ 式 中 ：—— 剪 应力 ， ａ ｒ ＭＰ ； Ｑ —— 最大 轴 向载荷 ， Ｎ；
（） ２
ｌ
…
图 １ 反 应 器 管 的 几 何 结 构
正常 运行 时 ：
Ｑ＝ ＇ｄ ． １ ｒ ２ ＝１ １５５×１ ｒ ｐ ０
（） ３
Ｆｉ １ Ｇｅ ｍｅｒｃ ｓｕｃｕｒ ｆｒ ａｏ ｕ ｅ ｇ． ｏ ｔｉ ｔ ｔ ｅ ｏ ｅ ｔｒｔ ｂ
管端螺纹标准及规格为： ÷ ２ Ａｕ ， ４ － — Ｎ 基 １２
ｓｎ ｐ ｅ ｏ ｍ 。 ｉｏ ｅ ｏ
本 牙型 角 为 ６ 。 螺 纹 外径 ｄ ＝１０ ９ ｉ 内 ０， ｌ ．３ ｈ ｍ， 径 ｄ ＝１ ８ ４ ｍ， 高 ｈ＝（ 。一ｄ ） ２＝１２ ５ ０ ．８ｍ 牙 ｄ ／ ．２ ｍ 螺距 ｚ ２ ．／ ２＝ ． 】 ７ｍ 螺 纹线 圈数 ｍ， ＝ ５ ４ １ ２ １６６ ｍ，
１ １ 管 端螺 纹的 尺寸及 计算 参数 ． 图 １为反 应器 管 的几 何 结 构 ， ２为 管 端 法 图 兰连接 。
。。
１ ２ 螺 纹 的剪切和 弯 曲强度 校核 ．
螺纹 的剪应力 ：
ｒ ＝ ≤
８ ５４７
０
Ｉ ｎ
水压 试验 时 ：
ｅ
，
Ｑ ＝ ＂口 尸 ＝１ ６ ３３ｘ１ Ｔ Ｉ ． ７ ０ Ｉ２
关键词 ： 超高压反应器管 受损螺纹
强度校核
安全
中国石油化 工股 份 有 限公 司茂 名 分 公 司 ３０ ０
ｋ ａ乙烯 工程 １０ｋ／ 高 压 聚乙烯装 置 管式 反应 ｔ ／ ０ ｔａ
（ 效） 牙 ｚ＝９ ／ ． ｌ ＝４ ， 效 圈 数 取 ｚ ５ ２ １６７ ５有 ＝ ９／ ．１ ４ ． （ 兰 的 内螺 纹 总 长 ９ ｍ） ２２ １６７＝ ３ ５ 法 ２ｍ ，
螺 纹 的材质 与反 应管 相 同 。
器采用 美 国 Ｑ ｍｕ 公 司 的专 利 设 计 ， ｕ ｔｍ 由美 国休
斯顿 的 Ｆ ｒ ｅ ’ ａｉｅＣ ｐ ｅ ｒｓ 司制 造 。 ａｍ ｒ ＳＭ ｒ ｏ ｐ ｒ ｎ Ｗｏｋ 公
该反应 器 由 １５根 反应 管组 成 ， 作 压力 为２ ３ ７ ５ 工 ５ ． ＭＰ ， ａ 工作温 度 为 ３ ５℃ ， 计压 力为 ２ ０ Ｍ ａ 每 ３ 设 ９ Ｐ ， 根管 内径 为 ５ ． ０ ８ｍｍ， 外径 为 １ ８ ４ ｌ 长度 为 ０ ．８ｍｉ， ｌ ９７ ４ｍ 材 质为 Ａ Ｓ４ ３ Ｍ 。反 应管 之 间采 用 ５ ｍ， ＩＩ３ ３ ４ 管端螺 纹 法 兰联 接 结 构 【 。在 运 输 过 程 中有 ６ 】 根反应 器管 的一 端 螺 纹 受 到不 同程 度 的损 伤 ， 这 ６根 价格 昂 贵 的反 应 管 安 全 状 况 如 何 、 否 安 装 能
ｄ— — 透镜垫 接触 直径 ， ｍ； ｍ
Ｐ—— 管道 内部 压力 ， ｍ； ｍ
— —
管道 内径 ， ｍ； ｍ
６ — 螺纹牙 根宽 度 ， ｍ； — ｍ
— —
螺牙 的公 称工作 高度 ， ｍ； ｍ 旋 合圈 数 （ 牙数 ） ；
按 以上弯 曲应 力 校 核 的结 果 可 以看 到 ： 水 在 压试 验工 况下 ， 反应 管管端 螺纹 只要 旋合 １ 以 ４圈 上， 就能 满足其 强度 要求 ， 旋合 时强度 有较 大的安 全裕 度 ； 运行 工 况下 ， 在 只要 旋合 ８圈以上 ， 能 就 满足 其强 度要求 ， 旋合 时螺 纹 有相 当大 的安 全 全
一
２ ２一
炼
油
技
术
与
工
程
２ １ 年第 ４ 卷 ０１ ｌ
弯 曲应 力 ：
水 压试 验和运 行工 况下 的螺纹 牙弯 曲应力 计
（） ４ （） ５
（） ６
Ｏ ｋ３ ｉ２ ≤ ［ ＂ 一 ｈｚ≤ Ｌ Ｑ ｗ ／ｒ ｂ ｒ 一 ｄ ｊ ］
＝ 一
算 结果见 表 ２ 。
表 ２ 螺 纹 牙 弯 曲应 力计 算 结 果
使用具 有重 要 的工 程 意义 。 １ 反应 管 管端螺 纹 的机械 强度
图 ２ 反 应 管 法 兰 连 接
Ｆ ｇ ２ Ｆ ａ ｇ ｏ ｎ ｃ ｉｎ ｏ ｅ ｃｏ ｂ ｉ ． ｌ ｎ ｅ ｃ ｎ ｅ ｔ ｆｒ ａ ｔ ｒｔ ｅ ｏ ｕ
ｌ 管子 ； 法兰；一垫 ；一螺栓 ；一垫圈 ； 螺母 一 ２ 一 ３ ４ ５ ６ 一
２１ ０ １年 ７月
炼 油 技 术 与 工 程 Ｐ Ｔ Ｏ Ｅ Ｍ Ｒ ＦＮ Ｒ Ｎ ＩＥ Ｒ Ｎ Ｅ Ｒ Ｌ Ｕ Ｅ ＩＥ ＹＥ ＧＮ Ｅ ＩＧ
第 ４ 卷第 ７期 １
受损 超 高压 反 应 管 安 全 性 研 究
杨伟仁
（ 国石 油 化 工 股 份有 限公 司茂 名 分 公 司 ， 东 省 茂 名 市 ５ ５２ ） 中 广 ２ ０ １
。
收 稿 日期 ：０ １ ６— ６ ２ １ 一ｏ ０ 。 作 者 简 介 ： 伟仁 ， 程 硕 士 ， 级 工 程 师 ， 该 公 司 化 工 分 杨 工 高 任 部 副经 理 。联 系 电话 ： ６ ２ ３６３， － ｉ：ａｇ ｒｍ ｈ ０ ８－ ２ ８６ Ｅｍａ ｙｎｗ ． ｍｓ＠ ６ ｌ
Ｔａ ｅ ２ Ｃａｃ ｌｔｏ ｅ ｕ ｔ ｆｂｅ ｉ ｔｅ ｓｏ ｂｌ ｌｕ ａｉｎ ｒ ｓ ｌｓ ｏ ｎｄｎｇ ｓｒ ｓ ｆ ｓ ｒ ｗ ｈ ｅ ｄｓ ｃｅ ｔｒ ａ
６＝０ ８ ．７
［ ］＝Ｏ／ ｒ －ｎ 式 中 ：—— 剪 应力 ， ａ ｒ ＭＰ ； Ｑ —— 最大 轴 向载荷 ， Ｎ；
（） ２
ｌ
…
图 １ 反 应 器 管 的 几 何 结 构
正常 运行 时 ：
Ｑ＝ ＇ｄ ． １ ｒ ２ ＝１ １５５×１ ｒ ｐ ０
（） ３
Ｆｉ １ Ｇｅ ｍｅｒｃ ｓｕｃｕｒ ｆｒ ａｏ ｕ ｅ ｇ． ｏ ｔｉ ｔ ｔ ｅ ｏ ｅ ｔｒｔ ｂ
管端螺纹标准及规格为： ÷ ２ Ａｕ ， ４ － — Ｎ 基 １２
ｓｎ ｐ ｅ ｏ ｍ 。 ｉｏ ｅ ｏ
本 牙型 角 为 ６ 。 螺 纹 外径 ｄ ＝１０ ９ ｉ 内 ０， ｌ ．３ ｈ ｍ， 径 ｄ ＝１ ８ ４ ｍ， 高 ｈ＝（ 。一ｄ ） ２＝１２ ５ ０ ．８ｍ 牙 ｄ ／ ．２ ｍ 螺距 ｚ ２ ．／ ２＝ ． 】 ７ｍ 螺 纹线 圈数 ｍ， ＝ ５ ４ １ ２ １６６ ｍ，
１ １ 管 端螺 纹的 尺寸及 计算 参数 ． 图 １为反 应器 管 的几 何 结 构 ， ２为 管 端 法 图 兰连接 。
。。
１ ２ 螺 纹 的剪切和 弯 曲强度 校核 ．
螺纹 的剪应力 ：
ｒ ＝ ≤
８ ５４７
０
Ｉ ｎ
水压 试验 时 ：
ｅ
，
Ｑ ＝ ＂口 尸 ＝１ ６ ３３ｘ１ Ｔ Ｉ ． ７ ０ Ｉ２
关键词 ： 超高压反应器管 受损螺纹
强度校核
安全
中国石油化 工股 份 有 限公 司茂 名 分 公 司 ３０ ０
ｋ ａ乙烯 工程 １０ｋ／ 高 压 聚乙烯装 置 管式 反应 ｔ ／ ０ ｔａ
（ 效） 牙 ｚ＝９ ／ ． ｌ ＝４ ， 效 圈 数 取 ｚ ５ ２ １６７ ５有 ＝ ９／ ．１ ４ ． （ 兰 的 内螺 纹 总 长 ９ ｍ） ２２ １６７＝ ３ ５ 法 ２ｍ ，
螺 纹 的材质 与反 应管 相 同 。
器采用 美 国 Ｑ ｍｕ 公 司 的专 利 设 计 ， ｕ ｔｍ 由美 国休
斯顿 的 Ｆ ｒ ｅ ’ ａｉｅＣ ｐ ｅ ｒｓ 司制 造 。 ａｍ ｒ ＳＭ ｒ ｏ ｐ ｒ ｎ Ｗｏｋ 公
该反应 器 由 １５根 反应 管组 成 ， 作 压力 为２ ３ ７ ５ 工 ５ ． ＭＰ ， ａ 工作温 度 为 ３ ５℃ ， 计压 力为 ２ ０ Ｍ ａ 每 ３ 设 ９ Ｐ ， 根管 内径 为 ５ ． ０ ８ｍｍ， 外径 为 １ ８ ４ ｌ 长度 为 ０ ．８ｍｉ， ｌ ９７ ４ｍ 材 质为 Ａ Ｓ４ ３ Ｍ 。反 应管 之 间采 用 ５ ｍ， ＩＩ３ ３ ４ 管端螺 纹 法 兰联 接 结 构 【 。在 运 输 过 程 中有 ６ 】 根反应 器管 的一 端 螺 纹 受 到不 同程 度 的损 伤 ， 这 ６根 价格 昂 贵 的反 应 管 安 全 状 况 如 何 、 否 安 装 能
ｄ— — 透镜垫 接触 直径 ， ｍ； ｍ
Ｐ—— 管道 内部 压力 ， ｍ； ｍ
— —
管道 内径 ， ｍ； ｍ
６ — 螺纹牙 根宽 度 ， ｍ； — ｍ
— —
螺牙 的公 称工作 高度 ， ｍ； ｍ 旋 合圈 数 （ 牙数 ） ；
按 以上弯 曲应 力 校 核 的结 果 可 以看 到 ： 水 在 压试 验工 况下 ， 反应 管管端 螺纹 只要 旋合 １ 以 ４圈 上， 就能 满足其 强度 要求 ， 旋合 时强度 有较 大的安 全裕 度 ； 运行 工 况下 ， 在 只要 旋合 ８圈以上 ， 能 就 满足 其强 度要求 ， 旋合 时螺 纹 有相 当大 的安 全 全
一
２ ２一
炼
油
技
术
与
工
程
２ １ 年第 ４ 卷 ０１ ｌ
弯 曲应 力 ：
水 压试 验和运 行工 况下 的螺纹 牙弯 曲应力 计
（） ４ （） ５
（） ６
Ｏ ｋ３ ｉ２ ≤ ［ ＂ 一 ｈｚ≤ Ｌ Ｑ ｗ ／ｒ ｂ ｒ 一 ｄ ｊ ］
＝ 一
算 结果见 表 ２ 。
表 ２ 螺 纹 牙 弯 曲应 力计 算 结 果