大型球罐内燃法焊后热处理工艺稳态数值模拟研究

发布时间：2017-10-19 00:11

  本文关键词：大型球罐内燃法焊后热处理工艺稳态数值模拟研究

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【摘要】：近年来，随着石化和能源工业的发展，国内大型球罐的数量日益增多。并且呈现出进一步大型化的发展趋势，球罐的容积从1500m3、2000m3，逐步增大至5000m3、6000m3，8000m3甚至10000m3。随着容积的进一步增大，球罐内燃法热处理时壳体升温、保温的不均匀程度更加明显，热处理施工的技术也难度越来越大。GB12337-1998《钢制球形储罐》中对不同材料的球罐热处理时温度的均匀性有着明确的规定。2015年2月1日实施的GB12337-2014《钢制球形储罐》代替GB12337-1998《钢制球形储罐》，标准中对球罐热处理时温度均匀性的要求更加严格。可见球罐热处理时，壳体温度均匀性的重要性。球罐壳体受热的均匀程度是球罐整理热处理质量的保障。业内对于大型球罐内燃法热处理工艺过程中球罐温度的均匀程度能否达到要求产生了怀疑。所以有必要对大型球罐内燃法焊后热处理进行研究很有必要。 本文在质检公益性科研专项“大型球罐焊缝检测设备研究和焊后处理工艺及效果评价技术”（项目编号：201410028)的资助下，对大型球罐内燃法焊后热处理进行了数值模拟研究，主要研究工作和结论如下： （1）大型球罐内燃法焊后热处理的稳态数值模型的建立。对大型球罐内燃法焊后热处理工艺过程进行分析，提出了一种带保温层球罐球体壁面温度简化计算方法和不同风速下保温材料和外界环境对流传热系数的计算方法。基于球体壁面温度的简化计算方法，简化几何模型。在Fluent软件中选择合适的物理模型，确定数值模型主要边界条件的计算方法。 （2）大型球罐内燃法焊后热处理的数值模型的实践验证。基于大型球罐内燃法焊后热处理的稳态数值模型，，对10000m3球罐热处理的过程进行数值计算，得出热处理过程中球罐内部流场和温度场的分布特征以及球罐壁面温度曲线。通过对比球罐壁面温度的数值结果和现场实测数据，验证了数值模型计算结果的准确性，表明采用内燃法对10000m3球罐进行焊后热处理可以达到球罐标准中对于温度均匀性的要求。 （3）大型球罐内燃法焊后热处理保温阶段的影响因素研究。基于大型球罐内燃法焊后热处理的数值模型，研究了空气流速大小、保温层厚度以及导流伞的形状和安装位置对球罐内部流场和温度场以及球罐壁面温度的影响规律。结果表明：大型球罐在进行内燃法焊后热处理时，空气流速对球罐壁面温度有较大影响；增加保温层的厚度可以减小壁面最大温差，但随着保温层厚度的增加，增加相同的厚度，减小最大温差的效果在逐渐减弱。加入导流伞可以改变球罐内部流场分布，从一侧一个漩涡变为两个漩涡，起到减小壁面最大温差的作用。当导流伞的安装位置距下人孔1/3D时，使用夹角为100°的导流伞，球罐壁面温度的温差最小。导流伞的夹角和位置都对球罐内部流场有影响作用。当球罐内部一侧的两个漩涡大小接近，分界线接近赤道时，球罐壁面温差最小。
【关键词】：大型球罐 焊后热处理工艺 内燃法 数值模拟
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG441.8
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 研究进展和现状11-16
• 1.3 国内相关标准16-18
• 1.4 本文研究内容18-20
• 第二章 数值模型的建立20-36
• 2.1 简化几何模型20-21
• 2.2 带保温层球罐壁温简化计算方法21-25
• 2.3 保温层和环境空气对流传热系数的计算25-27
• 2.4 数学模型27-32
• 2.5 材料属性32-33
• 2.6 主要边界条件33-34
• 2.7 本章小结34-36
• 第三章 数值模型验证36-50
• 3.1 10000 m3球罐热处理保温阶段温度场的三维数值计算36-45
• 3.2 10000 m3球罐热处理保温阶段温度场的二维数值计算45-48
• 3.3 本章小结48-50
• 第四章 影响因素研究50-64
• 4.1 空气流速影响分析50-53
• 4.2 保温层厚度影响分析53-55
• 4.3 导流伞形状和位置影响分析55-62
• 4.4 本章小结62-64
• 第五章 结论和展望64-66
• 5.1 结论64-65
• 5.2 展望65-66
• 附录66-68
• 参考文献68-70
• 致谢70-72
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文72

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 倪家利,赵展政,吴成;高速燃油喷嘴在球罐焊后整体热处理中的应用[J];安装;2002年03期

2 冯帅;刘勇;张骞;王志勋;;缸内直喷汽油机喷油及燃烧过程三维数值模拟[J];车用发动机;2012年01期

3 魏宝善，张立军，弓自洁;大型球罐退火的非稳态热计算及应用[J];钢铁;1995年04期

4 刘伟;陈琪;;微燃烧室内甲烷燃烧的数值模拟[J];工业加热;2012年05期

5 周林顺,吴月明;国产4000M~3球罐焊后整体热处理[J];安徽化工;2001年01期

6 黄炽东;;球罐内燃法整体热处理工艺的应用[J];广东化工;2006年10期

7 李建国;球罐焊后整体热处理——电加热辅助燃油法[J];化工设备与管道;2004年04期

8 王志明;球形储罐内燃法整体热处理[J];化工设计;2002年03期

9 李友,杨成刚;球形储罐焊后热处理[J];金属热处理;2002年03期

10 李友,朱丽颖,张永刚,罗立君;2000M~3球形储罐焊后整体热处理的热工计算[J];机械设计与制造;1999年02期

本文编号：1057925