CN110404483A - 一种石化裂解炉及其设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种石化裂解炉及其设计方法，属于石油化工设备领域。所述方法石化裂解炉包括：同轴设置的箱体、多层钢框架；多层钢框架套装在箱体的外部，用于支撑箱体；所述石化裂解炉还包括：多个粘滞阻尼器；粘滞阻尼器以可拆卸的方式设置在箱体与多层钢框架之间。本发明通过在箱体与多层钢框架之间设有粘滞阻尼器，可吸收和消耗地震对石化裂解炉的冲击能量，具有良好的减震效果；另外，粘滞阻尼器以可拆卸的方式设置，可根据石化裂解炉所在地区的地震烈度，来调节粘滞阻尼器在石化裂解炉的安装位置与数量，以保证石化裂解炉在极端工况(地震)下的安全性能，减少了多层钢框架的设计重复度、计算量，有利于石化裂解炉的生产与推广。
Description
技术领域
本发明涉及石油化工设备领域，特别涉及一种石化裂解炉及其设计方法。
背景技术
石化裂解炉作为乙烯生产装置的核心设备，用于将天然气、原油等原材料加工成裂解气，并提供给乙烯装置。其中，石化裂解炉包括：同轴设置的箱体、多层钢框架；多层钢框架套装在箱体的外部，用于支撑箱体。目前，随着石化和煤化行业的不断发展，石化裂解炉的高度不断增加，待到达一定高度后，过大的高径比会导致石化裂解炉在地震载荷作用下，易发生倾斜，甚至倒塌。故，有必要提供一种石化裂解炉的设计方法，以提高石化裂解炉的抗震效果。
现有技术提供了一种石化裂解炉的设计方法，该设计方法包括：获取箱体的尺寸、物理参数，并确定箱体所在区域的实际地震烈度；根据箱体的尺寸、物理参数以及实际地震烈度，获取多层钢框架的尺寸。其中，箱体、多层钢框架的尺寸均包括高度、横截面的尺寸(例如，直径或者长度、宽度)；物理参数包括：材质、密度、弹性模量、泊松比等参数。
发明人发现现有技术至少存在以下问题：
由于不同地震烈度区域所对应的多层钢框架的设计尺寸不相同，这增加了多层钢框架的设计重复度、计算量，不利于石化裂解炉的生产与推广。
发明内容
本发明实施例提供了一种石化裂解炉及其设计方法，可以解决上述问题。所述技术方案如下：
一方面，提供了一种石化裂解炉，所述石化裂解炉包括：同轴设置的箱体、多层钢框架；
所述多层钢框架套装在所述箱体的外部，用于支撑所述箱体；
所述石化裂解炉还包括：多个粘滞阻尼器；
所述粘滞阻尼器以可拆卸的方式设置在所述箱体与所述多层钢框架之间。
在一种可能的设计中，所述箱体包括：第一辐射箱体、第二辐射箱体、对流箱体；
所述第一辐射箱体、所述第二辐射箱体对称设置在所述对流箱体的两侧，且上端均与所述对流箱体连通。
在一种可能的设计中，所述多层钢框架包括：多个第一竖直钢杆、多个第二竖直钢杆、多个第三竖直钢杆、多个第四竖直钢杆、多个第一水平钢杆、多个第二水平钢杆；
所述第一竖直钢杆、所述第二竖直钢杆分别与所述第一辐射箱体的两侧壁连接，所述第三竖直钢杆、所述第四竖直钢杆分别与所述第二辐射箱体的两侧壁连接，且所述第二竖直钢杆、所述第三竖直钢杆同时分别与所述对流箱体的两侧壁连接；
多个所述第一水平钢杆、多个所述第二水平钢杆分别沿竖直方向间隔设置在所述第一竖直钢杆与所述第二竖直钢杆、所述第三竖直钢杆与所述第四竖直钢杆之间；
一部分所述粘滞阻尼器设置在所述第一竖直钢杆与所述第二竖直钢杆之间，另一部分所述粘滞阻尼器设置在所述第三竖直钢杆与所述第四竖直钢杆之间。
在一种可能的设计中，所述多层钢框架还包括：多个第一倾斜钢杆、多个第二倾斜钢杆；
所述第一倾斜钢杆位于对应的相邻两个所述第一水平钢杆之间，且一端可上、下滑动地与所述第二竖直钢杆连接，另一端与所述第一竖直钢杆连接；
所述第二倾斜钢杆位于对应的相邻两个所述第二水平钢杆之间，且一端可上、下滑动地与所述第三竖直钢杆连接，另一端与所述第四竖直钢杆连接；
一部分所述粘滞阻尼器的两端分别与所述第一竖直钢杆、所述第一倾斜钢杆连接；
另一部分所述粘滞阻尼器的两端分别与所述第四竖直钢杆、所述第二倾斜钢杆连接。
在一种可能的设计中，所述粘滞阻尼器均位于所述第一辐射箱体、所述第二辐射箱体的上方。
另一方面，还提供了一种石化裂解炉的设计方法，所述设计方法包括以下步骤：
a、获取箱体、多层钢框架的物理参数，并获取基准烈度下的所述箱体、所述多层钢框架的尺寸；
b、获取所述箱体所在地区的实际地震烈度，并根据所述实际地震烈度，确定所述箱体中被支撑部位在支撑状态下的最大允许层间位移；
c、根据所述最大允许层间位移，获取所述多层钢框架中支撑部位在支撑状态下的最大侧向位移以及粘滞阻尼器的最大行程；
d、根据所述最大允许层间位移、所述最大侧向位移，以及所述箱体、所述多层钢框架的尺寸、物理参数，选取所述粘滞阻尼器的安装位置与数量；
e、根据所述箱体、所述多层钢框架的尺寸、物理参数，以及所述粘滞阻尼器的安装位置与数量，并利用有限元方法，确定所述粘滞阻尼器的最大阻尼力；
f、获取所述粘滞阻尼器的阻尼指数、所述箱体与所述多层钢框架的相对运动速度，并根据所述最大阻尼力，确定所述粘滞阻尼器的阻尼系数；
g、对所述箱体、所述多层钢框架与所述粘滞阻尼器的强度、刚度、稳定性进行验算，若达不到要求，重复执行步骤d～f，直至达到所述要求为止。
在一种可能的设计中，所述基准烈度为地震加速度为0.1g所对应的地震烈度，或地震加速度为0.15g所对应的地震烈度。
在一种可能的设计中，当所述实际地震烈度为大震时，所述最大允许层间位移与所述多层钢框架的层间间距的比例为1:500；
当所述实际地震烈度为小震时，所述最大允许层间位移与所述多层钢框架的层间间距的比例为1:100。
在一种可能的设计中，当所述实际地震烈度为大震时，所述最大侧向位移小于或等于所述最大允许层间位移。
在一种可能的设计中，所述粘滞阻尼器的阻尼指数为0.3～1.0。
在一种可能的设计中，所述箱体与所述多层钢框架的相对运动速度通过以下计算公式得到：
V＝2πΔL/T
式中：
V—所述相对运动速度，mm/s；
ΔL—所述箱体的最大允许位移，mm；
T—所述石化裂解炉的自振周期，s。
在一种可能的设计中，所述粘滞阻尼器的阻尼系数通过以下计算公式计算得到：
F＝C×Vα
式中：
F—所述粘滞阻尼器的最大阻尼力，KN；
C—所述粘滞阻尼器的阻尼系数；
α—所述粘滞阻尼器的阻尼指数。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
本发明实施例提供的石化裂解炉，通过在箱体与多层钢框架之间设有粘滞阻尼器，可吸收和消耗地震对石化裂解炉的冲击能量，具有良好的减震效果；另外，粘滞阻尼器以可拆卸的方式设置，可根据石化裂解炉所在地区的地震烈度，来调节粘滞阻尼器在石化裂解炉的安装位置与数量，以保证石化裂解炉在极端工况(地震)下的安全性能，减少了多层钢框架的设计重复度、计算量，有利于石化裂解炉的生产与推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的石化裂解炉的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的石化裂解炉的计算模型示意图。
其中，附图中的各个标号说明如下：
1-箱体；
101-第一辐射箱体；
102-第二辐射箱体；
103-对流箱体；
2-多层钢框架；
201-第一竖直钢杆；
202-第二竖直钢杆；
203-第三竖直钢杆；
204-第四竖直钢杆；
205-第一水平钢杆；
206-第二水平钢杆；
207-第一倾斜钢杆；
208-第二倾斜钢杆；
3-粘滞阻尼器。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
第一方面，本发明实施例提供一种石化裂解炉，如附图1所示，该石化裂解炉包括：同轴设置的箱体1、多层钢框架2；多层钢框架2套装在箱体1的外部，用于支撑箱体1；进一步地，该石化裂解炉还包括：多个粘滞阻尼器3；粘滞阻尼器3以可拆卸的方式设置在箱体1与多层钢框架2之间。
本发明实施例提供的石化裂解炉，通过在箱体1与多层钢框架2之间设有粘滞阻尼器3，可吸收和消耗地震对石化裂解炉的冲击能量，具有良好的减震效果；另外，粘滞阻尼器3以可拆卸的方式设置，可根据石化裂解炉所在地区的地震烈度，来调节粘滞阻尼器3在石化裂解炉的安装位置与数量，以保证石化裂解炉在极端工况(地震)下的安全性能，减少了多层钢框架2的设计重复度、计算量，有利于石化裂解炉的生产与推广。
如附图1所示，本发明实施例中，箱体1包括：第一辐射箱体101、第二辐射箱体102、对流箱体103；第一辐射箱体101、第二辐射箱体102对称设置在对流箱体103的两侧，且上端均与对流箱体103连通。
通过如上设置，可提高箱体1的稳定性，以降低箱体1在极端工况下发生倒塌的风险。
上述用于支撑箱体1的多层钢框架2可设置成多种结构，在基于结构简单的前提下，如附图1所示，本发明实施例中，多层钢框架2包括：多个第一竖直钢杆201、多个第二竖直钢杆202、多个第三竖直钢杆203、多个第四竖直钢杆204、多个第一水平钢杆205、多个第二水平钢杆206；第一竖直钢杆201、第二竖直钢杆202分别与第一辐射箱体101的两侧壁连接，第三竖直钢杆203、第四竖直钢杆204分别与第二辐射箱体102的两侧壁连接，且第二竖直钢杆202、第三竖直钢杆203同时分别与对流箱体103的两侧壁连接；多个第一水平钢杆205、多个第二水平钢杆206分别沿竖直方向间隔设置在第一竖直钢杆201与第二竖直钢杆202、第三竖直钢杆203与第四竖直钢杆204之间；一部分粘滞阻尼器3设置在第一竖直钢杆201与第二竖直钢杆202之间，另一部分粘滞阻尼器3设置在第三竖直钢杆203与第四竖直钢杆204之间。
可以理解的是，第二竖直钢杆202同时与第一辐射箱体101、对流箱体103的外壁连接，即第一辐射箱体101通过第二竖直钢杆202与对流箱体103的一侧壁连接；同样地，第三竖直钢杆203同时与第二辐射箱体102、对流箱体103的外壁连接，即第二辐射箱体102通过第三竖直钢杆203与对流箱体103的另一侧壁连接。又由于第二竖直钢杆202与对流箱体103连接，即第二竖直钢杆202与对流箱体103可同步运动，那么一部分粘滞阻尼器3可通过第二竖直钢杆202设置在对流箱体103的另一侧壁上；同样地，另一部分粘滞阻尼器3通过第三竖直钢杆203设置在对流箱体103的另一侧壁上。
另外，为了使多层钢框架2的结构与箱体1的结构相适配，多个第一竖直钢杆201、多个第二竖直钢杆202、多个第三竖直钢杆203、多个第四竖直钢杆204应按照相应的结构进行分布。举例来说，若第一辐射箱体101、第二辐射箱体102、对流箱体103的横截面为方形结构，则可在第一辐射箱体101的两个侧壁对应设置两个第一竖直钢杆201、两个第二竖直钢杆202，且两个第一竖直钢杆201与两个第二竖直钢杆202按照方形结构排布；同样地，也在第二辐射箱体102的两个侧壁对应设置两个第三竖直钢杆203、两个第四竖直钢杆204，且两个第三竖直钢杆203与两个第四竖直钢杆204按照方形结构排布。通过如上设置，可使第一辐射箱体101设置在第一竖直钢杆201与第二竖直钢杆202包围形成的方形空间内，第二辐射箱体102设置在第三竖直钢杆203与第四竖直钢杆204包围形成的方形空间内，对流箱体103设置在第二竖直钢杆202与第三竖直钢杆203包围形成的方形空间内。
进一步地，由于第一辐射箱体101、第二辐射箱体102与对流箱体103均属于高温箱体1，且受热膨胀系数不同，使得粘滞阻尼器3与第二竖直钢杆202、第三竖直钢杆203的连接部位发生上、下移动，导致粘滞阻尼器3长期处于工作状态，会缩短粘滞阻尼器3的使用寿命。
为了解决上述问题，如附图1所示，本发明实施例中，多层钢框架2还包括：多个第一倾斜钢杆207、多个第二倾斜钢杆208；第一倾斜钢杆207位于对应的相邻两个第一水平钢杆205之间，且一端可上、下滑动地与第二竖直钢杆202连接，另一端与第一竖直钢杆201连接；第二倾斜钢杆208位于对应的相邻两个第二水平钢杆206之间，且一端可上、下滑动地与第三竖直钢杆203连接，另一端与第四竖直钢杆204连接；一部分粘滞阻尼器3的两端分别与第一竖直钢杆201、第一倾斜钢杆207连接；另一部分粘滞阻尼器3的两端分别与第四竖直钢杆204、第二倾斜钢杆208连接。
可以理解的是，由于第一倾斜钢杆207与第二竖直钢杆202连接，而第二竖直钢杆202又与对流箱体103的一侧壁连接，则第一倾斜钢杆207通过第二竖直钢杆202与对流箱体103的一侧壁连接，且一旦发生极端工况(例如地震)，第一辐射箱体101、第二辐射箱体102与对流箱体103发生膨胀而移动的距离可忽略不计，此时可视为第一倾斜钢杆207与对流箱体103的运动同步，即表明一部分粘滞阻尼器3通过第一倾斜钢杆207与对流箱体103的一侧壁连接；同样地，另一部分粘滞阻尼器3也是通过第二倾斜钢杆208与对流箱体103的另一侧壁连接。
通过如上设置，若第一辐射箱体101、第二辐射箱体102与对流箱体103发生膨胀，使得粘滞阻尼器3与第二竖直钢杆202、第三竖直钢杆203的连接部位发生上、下移动，第一倾斜钢杆207、第二倾斜钢杆208会相应地进行上、下移动，以避免粘滞阻尼器3发生形变，可延长粘滞阻尼器3的使用寿命；另外，也有利于布置相应操作管道的走向。
其中，上述一部分所述粘滞阻尼器3的一端与所述第一竖直钢杆201垂直连接；上述另一部分粘滞阻尼器3的两端与第四竖直钢杆204垂直连接。
其中，第一倾斜钢杆207的一端可通过螺栓连接的方式与第二竖直钢杆202连接，且第二竖直钢杆202上相应设置有条形螺栓孔，以保证第一倾斜钢杆207在第一辐射箱体101、第二辐射箱体102与对流箱体103发生膨胀的情况下，进行上下移动；同样地，第二倾斜钢杆208的一端可通过螺栓连接的方式与第三竖直钢杆203连接，且第三竖直钢杆203上相应设置有条形螺栓孔。
另外，一部分粘滞阻尼器3的两端均可通过螺栓对应与第一竖直钢杆201、第一倾斜钢杆207连接，另一部分粘滞阻尼器3的两端均可通过螺栓对应与第四竖直钢杆204、第二倾斜钢杆208连接，便于粘滞阻尼器3的更换。
在制备多层钢框架2时，由于对流箱体103的顶部还设有烟道以及多个操作管道，为了提高箱体1的稳定性，本发明实施例中，第一竖直钢杆201、第二竖直钢杆202、第三竖直钢杆203、第四竖直钢杆204的高度均大于箱体1的高度(参见附图1)，以对流箱体103顶部的烟道、操作管道进行支撑。
其中，位于箱体1上方的相邻两个竖直钢杆之间均可设置有沿竖直方向分布的多个水平钢杆，且相邻两个水平钢杆之间设有倾斜钢杆，以提高多层钢框架2的稳定性。
另外，箱体1也可坐落于多层钢框架2的底部，便于箱体1的安装。
为了提高粘滞阻尼器3的利用率，以减少投资成本，粘滞阻尼器3可均位于第一辐射箱体101、第二辐射箱体102的上方。
第二方面，本发明实施例还提供了一种如第一方面所述的石化裂解炉的设计方法，该设计方法包括以下步骤：
a、获取箱体1、多层钢框架2的物理参数，并获取基准烈度下的箱体1、多层钢框架2的尺寸。
b、获取箱体1所在地区的实际地震烈度，并根据实际地震烈度，确定箱体1中被支撑部位在支撑状态下的最大允许层间位移。
c、根据最大允许层间位移，获取多层钢框架2中支撑部位在支撑状态下的最大侧向位移以及粘滞阻尼器3的最大行程。
d、根据最大允许层间位移、最大侧向位移，以及箱体1、多层钢框架2的尺寸、物理参数，选取粘滞阻尼器3的安装位置与数量。
e、根据箱体1、多层钢框架2的尺寸、物理参数，以及粘滞阻尼器3的安装位置与数量，并利用有限元方法，确定粘滞阻尼器3的最大阻尼力。
f、获取粘滞阻尼器3的阻尼指数、箱体1与多层钢框架2的相对运动速度，并根据最大阻尼力，确定粘滞阻尼器3的阻尼系数。
g、对箱体1、多层钢框架2与粘滞阻尼器3的强度、刚度、稳定性进行验算，若达不到要求，重复执行步骤d～f，直至达到要求为止。
本发明实施例提供的石化裂解炉的设计方法，通过获取基准烈度下的箱体1、多层钢框架2的尺寸，并根据箱体1所在地区的实际地震烈度，来确定粘滞阻尼器3的最大阻尼力、阻尼系数、最大行程以及安装位置、数量，以保证石化裂解炉在极端工况下的安全性能，减少了多层钢框架2的设计重复度、计算量，有利于石化裂解炉的生产与推广；另外，通过对箱体1、多层钢框架2与粘滞阻尼器3的强度、刚度、稳定性进行验算，可优化上述粘滞阻尼器3的设计参数，进而可提高粘滞阻尼器3对石化裂解炉的减震效果，以满足设防要求。
下面就本发明实施例提供的设计方法的各个步骤进行描述：
在步骤a中，获取箱体1、多层钢框架2的物理参数，并获取基准烈度下的箱体1、多层钢框架2的尺寸。
具体为，先获取箱体1、多层钢框架2的物理参数，并根据乙烯的生产计划，来确定箱体1的尺寸；以箱体1的尺寸为依据，假设多层钢框架2的尺寸；然后，利用有限元分析方法对石化裂解炉进行静力学分析、模态分析、地震响应分析，以对箱体1、多层钢框架2的强度、刚度、稳定性进行验算；若达到基准烈度下的抗震设防要求；反之，继续假设多层钢框架2的尺寸，直至达到要求为止。
其中，箱体1、多层钢框架2的尺寸包括高度、横截面的尺寸(例如，直径或长度、宽度)等参数；箱体1、多层钢框架2的物理参数包括：材质、密度、弹性模量、泊松比等参数，可通过查阅力学资料获取。
另外，本发明实施例中，基准烈度为地震加速度为0.1g所对应的地震烈度，或地震加速度为0.15g所对应的地震烈度。若将基准烈度设置的过高，会增大箱体1、多层钢框架2的尺寸，进而增加石化裂解炉的投资成本；而若将基准烈度设置的过低，不符合抗震设防要求。
在步骤b中，获取箱体1所在地区的实际地震烈度，并根据实际地震烈度，确定箱体1中被支撑部位在支撑状态下的最大允许层间位移。
需要说明的是，箱体1中被支撑部位指的是箱体1中与粘滞阻尼器3的接触部位。
具体地，当实际地震烈度为大震时，最大允许层间允许位移与多层钢框架2的层间间距的比例为1:500；当实际地震烈度为小震时，最大允许层间位移与所述多层钢框架2的层间间距的比例为1:100。
其中，大震指的是箱体1所在地区50年内超越概率为2％～3％的地震烈度；小震指的是箱体1所在地区50年内超越概率为63％的地震烈度。可通过查阅《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)和《中国地震动参数区划图》(GB18306-2015)来获取箱体1所在地区的实际地震烈度。
可以理解的是，多层钢框架2的层间间距指的是粘滞阻尼器3对应的相邻两个水平钢杆之间的间距。
在步骤c中，根据最大允许层间位移，获取多层钢框架2中支撑部位在支撑状态下的最大侧向位移以及粘滞阻尼器3的最大行程。
其中，当实际地震烈度为大震时，多层钢框架2中支撑部位在支撑状态下的最大侧向位移小于或等于最大允许层间位移。
需要说明的是，多层钢框架2中支撑部位指的是，多层钢框架2中与粘滞阻尼器3的接触部位。
另外，粘滞阻尼器3的最大行程可根据最大允许层间位移，并利用以下计算公式计算得到：
L＝△te×cosα
式中：
L—粘滞阻尼器3的最大行程，mm；
△te—多层钢框架2的最大允许层间位移，mm；
α—粘滞阻尼器3与其连接的竖直钢杆之间的夹角。
在步骤d中，根据最大允许层间位移、最大侧向位移，以及箱体1、多层钢框架2的尺寸、物理参数，选取粘滞阻尼器3的安装位置与数量。
具体地，根据最大允许层间位移、最大侧向位移，以及箱体1、多层钢框架2的尺寸、物理参数，并利用有限元分析软件(例如ANSYS软件、ABAQUS软件等)，建立裂解炉钢板剪力墙-钢框架结构的二维计算模型(参见附图2)，在结构模型的不同位置添加粘滞阻尼器单元，然后，进行加速度模拟分析，通过模拟二维计算石化裂解炉中箱体顶端的加速度响应情况对比分析，选择最优的粘滞阻尼器3布置位置及数量(即减速度最小的情况)，从而得到理想的减震效果。
需要说明的是，利用有限元分析软件在二维计算模型中的不同位置添加粘滞阻尼器单元为本领域所熟知的，其中，只需将假设的最大阻尼力给予该粘滞阻尼器单元，就可相应地得出石化裂解炉中箱体顶端的加速度响应情况。
上述钢框架可采用二维梁单元，钢板剪力墙采用加肋平面应力单元，以提高模拟准确度。
在步骤e中,根据箱体1、多层钢框架2的尺寸、物理参数，并利用有限元方法，确定粘滞阻尼器3的最大阻尼力。
具体为，将多层钢框架2中的粘滞阻尼器3假设成刚性连杆(例如弹簧)，并利用有限元分析软件，建立裂解炉钢板剪力墙-钢框架结构的二维计算模型，并输入刚性连杆、箱体1、多层钢框架2的尺寸、物理参数以及刚性连杆的弹性系数，获取刚性连杆的最大阻尼力；然后，将刚性连杆的最大阻尼力作为粘滞阻尼器3的最大阻尼力。
在步骤f中，获取粘滞阻尼器3的阻尼指数、箱体1与多层钢框架2的相对运动速度，并根据最大阻尼力，确定粘滞阻尼器3的阻尼系数。
其中，粘滞阻尼器3的阻尼指数为0.3～1.0。在应用时，可根据抗震设防类别，来确定粘滞阻尼器3的阻尼指数。例如，石化裂解炉的抗震设防类别为乙类，粘滞阻尼器3的阻尼指数可取0.3。
另外，箱体1与多层钢框架2的相对运动速度通过以下计算公式得到：
V＝2πΔL/T
式中：
V—相对运动速度，mm/s；
ΔL—箱体1的最大允许位移，mm；
T—石化裂解炉的自振周期，s。
其中，石化裂解炉的自振周期可通过有限元分析法获取，石化裂解炉的多层钢框架2采用梁单元模拟，箱体1采用加肋平面应力单元模拟。
待获取粘滞阻尼器3的最大阻尼力、阻尼指数、箱体1与多层钢框架2的相对运动速度后，粘滞阻尼器3的阻尼系数通过以下计算公式计算得到：
F＝C×Vα
式中：
F—粘滞阻尼器3的最大阻尼力，KN；
C—粘滞阻尼器3的阻尼系数；
α—粘滞阻尼器3的阻尼指数。
在应用时，可根据粘滞阻尼器3的最大阻尼力，来确定粘滞阻尼器3的尺寸(长度、宽度等)。
在步骤f中，对箱体1、多层钢框架2与粘滞阻尼器3的强度、刚度、稳定性进行验算，若达不到要求，重复执行步骤d～f，直至达到要求为止。
其中，可根据《钢结构设计规范》(GB50017-2003)，并利用有限元分析方法对石化裂解炉进行静力学分析、模态分析、地震响应分析，对箱体1、多层钢框架2与粘滞阻尼器3的强度、刚度、稳定性进行验算。若不符合要求，对粘滞阻尼器3的相关参数进行重新确定，以符合抗震设防要求。
待箱体1、多层钢框架2与粘滞阻尼器3的强度、刚度、稳定性达到要求后，对粘滞阻尼器3与箱体1、多层钢框架2之间的连接强度进行设计并验证。举例来说，若粘滞阻尼器3的一端通过方形法兰与多层钢框架2连接，另一端通过圆形法兰与箱体1外壁连接，可从抗拉压、抗弯、抗剪和抗疲劳受力方面，并按照钢结构设计规范对方形法兰、圆形法兰的尺寸进行设计，然后利用有限元分析方法对方形法兰、圆形法兰的强度进行验算，若达不到要求，对方形法兰、圆形法兰的尺寸重新设计，直到符合要求为止。
之后，确定对粘滞阻尼器3的使用年限、检验内容、方法和评定标准，具体为：粘滞阻尼器3的使用年限设计为50年；按照JC/T209-202标准对粘滞阻尼器3的外观、材料以及性能进行检验。其中，材料包括：粘滞阻尼器3材料、钢材以及密封材料；性能包括:力学性能、耐久性、加载频率相关性能、温度相关性能、耐火性，耐火性能应满足烃类火灾下1.5小时的耐火极限要求。
例如，某大型煤化工厂的石化裂解炉通过采用本发明实施例提供的设计方法，在石化裂解炉的3#位置和4#位置(参见附图2)，也即在石化裂解炉两端箱体墙18.25米和30.20米高处分别设置四个粘滞阻尼器3进行减震。其中，基准烈度选为7.5。
其中，附图2中的符号“C”表示粘滞阻尼器3的预设安装位置。
综上，本发明实施例在工程设计中石化裂解炉结构的抗震设计可按0.1g所对应的地震烈度进行标准化设计，对于设防地震烈度大于0.1g所对应的地震烈度情况时，通过计算分析采用在优化位置设置粘滞阻尼器3进行减震，达到小震和大震性能设防目标，石化裂解炉的箱体的设计尺寸保持不变，使石化裂解炉中主要设备炉管等布置无随地震烈度不同而改变，不仅减少了结构材料使用，还有效地缩短了石化裂解炉工程的设计周期；另外，本发明实施例采用结构震动控制技术，通过理论分析和数值模拟仿真技术，对石化裂解炉结构进行加速度模拟分析，提出粘滞阻尼器3布置优化方案，使结构动力阻尼比达到了10％以上的目标，效果良好。
上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本公开的可选实施例，在此不再一一赘述。
以上所述仅为本发明的说明性实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种石化裂解炉，包括：同轴设置的箱体(1)、多层钢框架(2)；
所述多层钢框架(2)套装在所述箱体(1)的外部，用于支撑所述箱体(1)；
其特征在于，所述石化裂解炉还包括：多个粘滞阻尼器(3)；
所述粘滞阻尼器(3)以可拆卸的方式设置在所述箱体(1)与所述多层钢框架(2)之间。
2.根据权利要求1所述的石化裂解炉，其特征在于，所述箱体(1)包括：第一辐射箱体(101)、第二辐射箱体(102)、对流箱体(103)；
所述第一辐射箱体(101)、所述第二辐射箱体(102)对称设置在所述对流箱体(103)的两侧，且上端均与所述对流箱体(103)连通。
3.根据权利要求2所述的石化裂解炉，其特征在于，所述多层钢框架(2)包括：多个第一竖直钢杆(201)、多个第二竖直钢杆(202)、多个第三竖直钢杆(203)、多个第四竖直钢杆(204)、多个第一水平钢杆(205)、多个第二水平钢杆(206)；
所述第一竖直钢杆(201)、所述第二竖直钢杆(202)分别与所述第一辐射箱体(101)的两侧壁连接，所述第三竖直钢杆(203)、所述第四竖直钢杆(204)分别与所述第二辐射箱体(102)的两侧壁连接，且所述第二竖直钢杆(202)、所述第三竖直钢杆(203)同时分别与所述对流箱体(103)的两侧壁连接；
多个所述第一水平钢杆(205)、多个所述第二水平钢杆(206)分别沿竖直方向间隔设置在所述第一竖直钢杆(201)与所述第二竖直钢杆(202)、所述第三竖直钢杆(203)与所述第四竖直钢杆(204)之间；
一部分所述粘滞阻尼器(3)设置在所述第一竖直钢杆(201)与所述第二竖直钢杆(202)之间，另一部分所述粘滞阻尼器(3)设置在所述第三竖直钢杆(203)与所述第四竖直钢杆(204)之间。
4.根据权利要求3所述的石化裂解炉，其特征在于，所述多层钢框架(2)还包括：多个第一倾斜钢杆(207)、多个第二倾斜钢杆(208)；
所述第一倾斜钢杆(207)位于对应的相邻两个所述第一水平钢杆(205)之间，且一端可上、下滑动地与所述第二竖直钢杆(202)连接，另一端与所述第一竖直钢杆(201)连接；
所述第二倾斜钢杆(208)位于对应的相邻两个所述第二水平钢杆(206)之间，且一端可上、下滑动地与所述第三竖直钢杆(203)连接，另一端与所述第四竖直钢杆(204)连接；
一部分所述粘滞阻尼器(3)的两端分别与所述第一竖直钢杆(201)、所述第一倾斜钢杆(207)连接；
另一部分所述粘滞阻尼器(3)的两端分别与所述第四竖直钢杆(204)、所述第二倾斜钢杆(208)连接。
5.根据权利要求4所述的石化裂解炉，其特征在于，所述粘滞阻尼器(3)均位于所述第一辐射箱体(101)、所述第二辐射箱体(102)的上方。
6.一种石化裂解炉的设计方法，其特征在于，所述设计方法包括以下步骤：
a、获取箱体(1)、多层钢框架(2)的物理参数，并获取基准烈度下的所述箱体(1)、所述多层钢框架(2)的尺寸；
b、获取所述箱体(1)所在地区的实际地震烈度，并根据所述实际地震烈度，确定所述箱体(1)中被支撑部位在支撑状态下的最大允许层间位移；
c、根据所述最大允许层间位移，获取所述多层钢框架(2)中支撑部位在支撑状态下的最大侧向位移以及粘滞阻尼器(3)的最大行程；
d、根据所述最大允许层间位移、所述最大侧向位移，以及所述箱体(1)、所述多层钢框架(2)的尺寸、物理参数，选取所述粘滞阻尼器(3)的安装位置与数量；
e、根据所述箱体(1)、所述多层钢框架(2)的尺寸、物理参数，以及所述粘滞阻尼器(3)的安装位置与数量，并利用有限元方法，确定所述粘滞阻尼器(3)的最大阻尼力；
f、获取所述粘滞阻尼器(3)的阻尼指数、所述箱体(1)与所述多层钢框架(2)的相对运动速度，并根据所述最大阻尼力，确定所述粘滞阻尼器(3)的阻尼系数；
g、对所述箱体(1)、所述多层钢框架(2)与所述粘滞阻尼器(3)的强度、刚度、稳定性进行验算，若达不到要求，重复执行步骤d～f，直至达到所述要求为止。
7.根据权利要求6所述的设计方法，其特征在于，所述基准烈度为地震加速度为0.1g所对应的地震烈度，或地震加速度为0.15g所对应的地震烈度。
8.根据权利要求6所述的设计方法，其特征在于，
当所述实际地震烈度为大震时，所述最大允许层间位移与所述多层钢框架(2)的层间间距的比例为1:500；
当所述实际地震烈度为小震时，所述最大允许层间位移与所述多层钢框架(2)的层间间距的比例为1:100。
9.根据权利要求6所述的设计方法，其特征在于，当所述实际地震烈度为大震时，所述最大侧向位移小于或等于所述最大允许层间位移。
10.根据权利要求6所述的设计方法，其特征在于，所述粘滞阻尼器(3)的阻尼指数为0.3～1.0。
11.根据权利要求6所述的设计方法，其特征在于，所述箱体(1)与所述多层钢框架(2)的相对运动速度通过以下计算公式得到：
V＝2πΔL/T
式中：
V—所述相对运动速度，mm/s；
ΔL—所述箱体(1)的最大允许位移，mm；
T—所述石化裂解炉的自振周期，s。
12.根据权利要求11所述的设计方法，其特征在于，所述粘滞阻尼器(3)的阻尼系数通过以下计算公式计算得到：
F＝C×Vα
式中：
F—所述粘滞阻尼器(3)的最大阻尼力，KN；
C—所述粘滞阻尼器(3)的阻尼系数；
α—所述粘滞阻尼器(3)的阻尼指数。
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