[发明专利]一种塔设备倾角在线监测及智能预警方法

说明书

一种塔设备倾角在线监测及智能预警方法，基于材料许用应力求得风载作用下塔体弯曲以后各截面的许用倾角[θ_i]，通过在塔设备的塔顶及各设计危险截面上布置倾角仪,测得各倾角仪的测量值（α_1i,β_1i），进而计算得出各截面相对铅锤方向360°的实际倾角值θ_i，将实际倾角值θ_i与相应截面的许用倾角[θ_i]进行对比判断，若各截面实际倾角值θ_i全部低于其许用倾角[θ_i]则判断为安全，否则出现一个及以上θ_i超出许用倾角[θ_i]的情况时判断为不安全，系统自动筛选出超限的危险截面所在位置及倾角值并记录，同时发出预警信号。

技术领域

本发明涉及塔设备安全监测与预警方法，属于安全生产领域，尤其涉及一种细长塔设备倾角在线监测及智能风险预警方法。

背景技术

塔设备是化工、石化行业中重要的传质设备，在整套工艺设备中所消耗的钢材和造价占比非常高，有的甚至近50％。为提高经济效益降低生产成本，塔设备向大型化、高径比H/D(H为塔高，mm；D为塔外径，mm)大的方向发展。高径比大的塔设备在风载荷为主导的组合风弯矩作用下易产生大幅度挠曲变形，引起较大的轴向截面应力。若塔体挠曲变形超过许用值将会严重影响其工艺过程稳定性和安全性，并可能引发塔体局部应力集中、危险截面焊缝开裂甚至塔体断裂倾覆等安全问题。

塔体沿高度方向有等直径等壁厚、等直径不等壁厚、不等直径不等壁厚多种结构形式。塔体需要进行应力校核的危险截面有:基础环板上表面的裙座壳体横截面、裙座最大开孔处的壳体截面、裙座与壳体焊接接头截面、不等直径塔变截面交界处塔壳横截面、等直径塔变壁厚交界处塔壳横截面(即同一厚度塔段的底部横截面)、塔的下封头切线所在截面、裙座过渡段的底截面等。根据材料力学可知，塔顶挠度(或塔顶倾角)由塔体各分段挠曲变形共同贡献产生的，仅通过监测塔顶挠度(或塔顶倾角)一个量值并不能准确定位出塔体的所有危险截面，即使塔顶挠度(或塔顶倾角)在设计控制值范围内，也有可能发生某段薄弱塔段已临近或超出安全许用强度的情形。

关于塔设备挠曲变形的控制，国内外各工程公司和设计单位将内有塔盘的塔顶挠度的控制值设在H/500～H/100之间，内有填料的塔顶挠度控制值可适当放宽。挠度和倾角是度量塔体弯曲变形的两个基本量，两者在一定程度上可以相互转换。现行标准中的塔式容器计算，仅给出在风载荷作用下塔顶挠度的解析计算式，未给出塔顶倾角、任意截面挠度和倾角的计算式，亦未明确规定塔设备的许用挠度或许用倾角。专利CN201811228155.5提供了一种侧向力作用下变截面塔式容器顶部挠度计算方法。关于倾斜变形的监测，相关专利技术利用三维激光扫描技术、GNSS技术等方法对物体进行倾斜监测。相关专利也仅是将塔顶挠度的作为监控对象，利用位移传感器进行监测。