固定管板式换热器法兰螺栓连接系统的预紧力计算方法验证及安全评价

发布时间：2020-11-02 18:41

　　 在工业生产行业中,固定管板式换热器是最常见的设备之一,法兰螺栓连接结构是一种极其常用的密封连接结构。由于环境、温度、压力等不同工况的作用,该结构连接处很容易发生泄漏等故障,导致密封失效,进一步造成财产损失和人员伤亡,可以看出法兰螺栓的合理紧固对保证压力容器的安全运行起着至关重要作用。本文以兰州某石化企业提供的,管板兼做法兰的固定管板式换热器(氢预热器)法兰螺栓连接结构和参数作为研究对象,将有带有孔洞的管板视为实心金属平板(盲板法兰),运用EN13445附录G法兰设计的另一方法(以下简称EN法)法兰螺栓预紧力计算方法,计算该换热器法兰连接结构的螺栓预紧力,利用有限元分析软件ANSYS Workbench对管壳式换热器螺栓、法兰、垫片进行了模拟分析,验证预紧力计算方法的合理性。结合安全评价理论,对该结构进行失效分析和安全性评价并给出相应维护维修建议。本文通过理论分析、数据计算、有限元仿真模拟与安全评价相结合的方法,对目标法兰螺栓结构的预紧力计算方法合理性进行验证,并对该法兰螺栓结构进行系统安全评价,旨在提高同类型结构的可靠性,并对其维护维修起到一定指导作用。EN法是用于计算法兰—一个垫片—法兰的常规法兰垫片螺栓结构的方法,而本文的目标法兰是管板兼做法兰的一种非常规法兰螺栓结构。该结构中管板有换热管束穿过,其孔洞会降低管板强度,但管束、管板与折流板连接后对该法兰螺栓结构又起到固定作用。所以本文将管板视为一个金属平板(盲板法兰)结构,这样就认为螺栓不承受壳程的介质压力,最终将目标法兰结构视为标准长颈法兰—垫片—金属平板(盲板法兰)的法兰螺栓结构进行预紧力计算。运用CAD Inventor软件进行模型构建,分别建立实际的法兰螺栓结构和管板等效成平板后的法兰螺栓结构。将计算出的螺栓预紧力施加到模型中通过ANSYS Workbench进行仿真模拟,得到的结果表明两种模型经过热-结构耦合场分析后温度及应力应变趋势大体相近,且其强度与密封性都能保证该法兰螺栓结构安全合理的运行。表明该类型固定管板式换热器的法兰螺栓结构是可以通过这种等效转化方式,运用EN法进行螺栓预紧力计算的。对目标法兰螺栓结构进行失效事故分析,建立其失效事故树模型,运用层次分析法和专家打分法,定量计算各事件结构重要度并制作安全检查表。针对固定管板式换热器法兰螺栓连接处在运行中失效因素提出一定的安全维护建议。
【学位单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TK172
【部分图文】：

固定管板式换热器法兰螺栓连接系统的预紧力计算方法验证及安全评价2.2 螺栓预紧力的实例计算工程上通常使用的 EN 法计算预紧力的结构都为法兰—一个垫片—法兰的结构，而本文的目标法兰螺栓结构为法兰—一个垫片—管板的结构，并不具备常规计算公式的计算条件。但由于换热器管板中换热管束和折流板的存在，根据相关研究和力学分析，本文认为虽然管板中换热管束穿过的孔洞对其结构强度有削弱作用，但换热管束与折流板的组合对管板兼做法兰的结构起到固定作用，对法兰的紧固有积极作用，二者的力学行为近似抵消对螺栓预紧的影响。所以本文认为将管板等效为金属平板（盲板法兰）进行螺栓预紧力进行计算是可行的。固定管板式换热器整体模型、法兰螺栓实际及等效连接结构示意图如下：

公式的计算条件。但由于换热器管板中换热管束和折流板的存在，根据和力学分析，本文认为虽然管板中换热管束穿过的孔洞对其结构强度有，但换热管束与折流板的组合对管板兼做法兰的结构起到固定作用，对固有积极作用，二者的力学行为近似抵消对螺栓预紧的影响。所以本文板等效为金属平板（盲板法兰）进行螺栓预紧力进行计算是可行的。固换热器整体模型、法兰螺栓实际及等效连接结构示意图如下：图 2.1 固定管板式换热器整体结构

固定管板式换热器简化法兰螺栓连接结构
【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 柳晓东;美国与加拿大对高温法兰螺栓连接性能的研究[J];压力容器;1989年04期

2 潘作良;孙世英;;法兰螺栓联接强度可靠性优化设计[J];山东建材学院学报;1989年02期

3 王建梅;高淑萍;李庆;蔡锴;蒋爱平;;法兰螺栓加热装置对汽轮机高压缸胀差的影响[J];热力透平;2006年01期

4 刘鑫;;核压力容器法兰螺栓结构的有限元分析[J];原子能科学技术;2008年S2期

5 覃刘治;φ2．2m×6．5m磨机端面法兰螺栓的改进[J];水泥;1995年09期

6 陆磐谷;;高压法兰螺栓上紧技术的探讨[J];压力容器;2008年03期

7 沈佩华;引进型300MW汽轮机内缸法兰螺栓的有限元应力分析[J];中国电力;2004年10期

8 赵庆远;带压堵漏法兰螺栓受力测试与分析[J];石油化工设备;1998年02期

9 杨林;;管道法兰螺栓“热紧”必要性探讨[J];化肥设计;2019年04期

10 马小平;孙嘉禾;冯祎;汪军;王占河;;带压堵漏设备法兰螺栓断裂原因分析与对策[J];石油化工应用;2016年02期

相关硕士学位论文 前10条

1 李子豪;固定管板式换热器法兰螺栓连接系统的预紧力计算方法验证及安全评价[D];兰州理工大学;2019年

2 朱德凤;法兰螺栓锻造工艺优化设计[D];西华大学;2018年

3 张阳;闸阀法兰螺栓接头高温密封性能研究[D];大连理工大学;2018年

4 杨林;水下法兰螺栓连接机具关键结构研究与设计[D];哈尔滨工程大学;2011年

5 郭军辉;深水管道法兰螺栓联接机具工具库结构设计及控制系统研究[D];哈尔滨工程大学;2011年

6 王庆;非均匀温度场作用下法兰螺栓联接性能分析与优化[D];中国石油大学;2011年

7 龚国伟;风电机组法兰螺栓连接建模与仿真技术研究[D];重庆大学;2014年

8 周坤;法兰螺栓连接系统下密封垫片的蠕变性能[D];昆明理工大学;2011年

9 黄永阔;基于光纤光栅的高温法兰螺栓紧固力测量技术研究[D];华东理工大学;2017年

10 王丽雅;球阀设计软件的开发[D];宁夏大学;2015年

本文编号：2867420