基于灰色系统理论的压力容器安全运行研究

论文摘要

国内沿江和沿海石化企业加大了炼制中东高含硫原油的比例,国产原油的酸值和含硫量也呈上升趋势,各种介质环境加剧了炼化设备的腐蚀。在某炼油厂第一和第三常减压蒸馏装置设置电阻探针对腐蚀速率进行了测量,对原油的硫含量、盐含量、脱盐后的盐含量、酸值、塔顶产品槽中铁离子的变化、冷凝水的pH值等与腐蚀有关的因素进行了监测。采用灰色系统理论对影响腐蚀速率及其相关因素进行了分析,求出了绝对关联度、相对关联度和综合关联度,进行了优势分析。炼制胜利混合原油对腐蚀影响最大的因素是含酸量,炼制中东进口原油对腐蚀影响最大的因素是脱盐后的含盐量,最后对关联度计算结果和设备腐蚀的原因进行了分析。在常压蒸馏塔顶换热器入口分配管弯头处采用超声波定点测厚,弯头壁厚数列是准光滑序列,一次累加生成具有准指数规律。建立了GM(1,1)模型,对原始数据进行模拟的平均相对误差达到合格级别。通过对数据序列进行平移,对GM(1,1)模型进行改进提高了模型精度。建立DGM、Verhulst模型对摆动序列进行了模拟,建立GM(1,N)和GM(0,N)模型对腐蚀速率与相关因素的关系进行了分析,对未来可能的壁厚进行了区间预测。采用灰色系统理论对冲刷严重的部位进行寿命预测是可行的,有助于制定合理的检修周期,保障设备的安全。常减压装置塔顶换热器冲刷腐蚀严重,需要进行改造,考虑了采用普通管壳式换热器和螺旋折流板结构两种形式,换热管采用20号钢加装TH847涂料、20号钢渗铝、316L和双相钢等方案。在传热效率、制造费用、维护费用、安全程度、制造难度等改造目标下,采用灰色系统理论对方案进行了灰靶决策、灰色关联决策和灰色变权决策。灰色决策的结果表明采用同样的换热管螺旋折流板结构更优越。采用螺旋折流板结构和20号钢渗铝换热管的方案为最佳选择。螺旋折流板换热器的制造难度是一个很大的灰数,以两管程换热器为例,将一个周期的折流板分为四块,对管孔的排布方式进行研究分析,建立了数学模型,编制了数控加工程序。在MITSUBISHI操作系统的数控钻铣床上,实现了阶梯式螺旋折流板上孔的加工。采用先进制造技术实现了灰数的白化,降低了制造成本,提高了安全性。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第1章 绪言
• 1.1 课题的来源及选题的依据
• 1.2 本课题研究的国内外现状
• 1.2.1 压力容器安全在国内外研究的现状
• 1.2.2 压力容器与管道安全研究的方法
• 1.2.3 压力容器防腐蚀研究
• 1.2.4 带压堵漏技术进展
• 1.2.5 装置长周期运转
• 1.2.6 灰色系统理论研究与发展现状
• 1.3 课题研究目标、研究内容以及拟解决的关键性问题
• 1.3.1 本课题研究目标
• 1.3.2 本课题主要研究内容
• 1.3.3 本课题拟解决的关键问题
• 1.4 拟采取的研究方法、技术路线、试验方案及其可行性分析
• 1.5 本课题的创新之处
• 第2章 高硫和高酸原油对炼化设备安全的影响
• 2.1 概述
• 2.2 原油炼制加工的情况
• 2.2.1 原油的组成
• 2.2.2 原油的硫含量
• 2.2.3 石油和油品中的环烷酸
• 2.3 硫和环烷酸对炼化设备的腐蚀
• 2.3.1 硫对设备的腐蚀
• 2.3.2 环烷酸对炼化设备的腐蚀
• 2.4 石油化工企业设备失效情况
• 2.4.1 设备失效和故障原因调查
• 2.4.2 石化企业在用压力容器缺陷状况
• 2.4.3 压力容器与容器介质环境情况
• 2.4.4 腐蚀严重的部位
• 2.5 对设备腐蚀的监控和防护
• 2.5.1 压力容器和管道壁厚监测
• 2.5.2 对原油和各馏分油中硫含量和酸值检测
• 2.5.3 采用挂片和电阻探针的方法
• 2.5.4 其它方法
• 2.5.5 防腐蚀措施
• 2.6 寿命预测
• 2.7 本章小结
• 第3章 常减压装置塔顶腐蚀问题的灰色关联分析
• 3.1 概述
• 3.2 设备腐蚀与监测情况
• 3.2.1 原油炼制加工情况
• 3.2.2 设备腐蚀情况
• 3.2.3 设备材质
• 3.2.4 腐蚀数据监测情况
• 3.3 灰色关联分析
• 3.3.1 构建灰色数据序列
• 3.3.2 灰色关联曲线
• 3.3.3 求灰色关联度
• 3.3.4 求灰色绝对关联度
• 3.3.5 求灰色相对关联度
• 3.3.6 求灰色综合关联度
• 3.4 结果讨论与分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 灰色预测在常压蒸馏装置腐蚀中的应用
• 4.1 概述
• 4.2 腐蚀监测情况
• 4.3 灰色系统理论预测模型
• 4.3.1 建立GM（1，1）模型
• 4.3.2 GM（1，1）模型的改进
• 4.3.3 不等时距灰色预测模型
• 4.3.4 DGM 模型和Verhulst 模型
• 4.3.5 GM（1，N）模型和GM（0，N）模型
• 4.4 部分信息模型和新陈代谢模型
• 4.5 灰色预测模型的应用
• 4.6 冲刷腐蚀严重部位的确定
• 4.7 本章小结
• 第5章 灰色决策在常减压塔顶换热器改造中的应用
• 5.1 概述
• 5.2 改造方案选择
• 5.2.1 换热器的结构形式
• 5.2.2 换热器的材料
• 5.2.3 换热器的制造
• 5.2.4 改造方案选择
• 5.3 灰靶决策
• 5.4 灰色关联决策
• 5.4.1 求各序列的均值像
• 5.4.2 找出最优效果向量
• 5.4.3 求绝对灰色关联度
• 5.5 灰色变权决策
• 5.6 结果讨论
• 第6章 与灰色决策相关的灰数的白化
• 6.1 概述
• 6.2 螺旋折流板换热器的特点与结构
• 6.3 螺旋折流板换热器的研究
• 6.4 螺旋折流板换热器的应用
• 6.5 螺旋折流板换热器的制造
• 6.5.1 螺旋折流板的加工方案
• 6.5.2 折流板上管孔的分布形式
• 6.5.3 管板上管孔的分布形式
• 6.5.4 数控程序编制
• 6.5.5 折流板的加工
• 6.6 本章小结
• 第7章 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读博士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 个人简历