大型压力容器焊后热处理的数值模拟与实验研究

发布时间：2017-09-06 11:02

  本文关键词：大型压力容器焊后热处理的数值模拟与实验研究

  更多相关文章： 大型球罐 大型塔器 焊后整体热处理 数值模拟 实验验证

【摘要】：大型压力容器焊后整体热处理具有一次性、整体性和终结性的特点。目前,在焊后热处理行业中存在着诸多缺失与漏洞,如在焊后热处理标准中仅对焊后热处理的保温时间、保温温度、升温和降温工艺进行了规定,而对实施工艺基本没有要求。对于焊后热处理的热工计算、加热区与隔热区的范围、测温点数量及布置、测温系统的误差、绝热材料选用及铺设厚度、变形控制等关键工艺还都只能依靠焊后热处理操作人员的经验来确定,经验丰富则效果好一些,没有经验则难以保证焊后热处理的质量。焊后热处理的发展已经满足不了压力容器制造的要求,成为压力容器制造工艺中最薄弱的环节。利用数值模拟技术对焊后热处理的过程进行研究,模拟预测工件在热处理过程保温阶段的流场、温度场以及热形变场等,对优化焊后热处理工艺及提高国内压力容器焊后热处理工艺水平具有重要的工程实际意义。本课题以10000m3球罐和塔器为例,对大型压力容器的焊后热处理进行数值模拟和实验研究。对10000m3球罐焊后整体热处理保温阶段进行三维稳态热分析,基于耦合传热和热-结构耦合等理论,利用ANSYS有限元分析软件分析球罐内部流场温度场、壳体与腿柱温度场及整体热形变场。通过对不同保温层厚度和不同入口速度下热处理过程的模拟,分析不同工艺参数对球罐焊后整体热处理的影响。对10000m3球罐进行实际焊后整体热处理工程实践验证。由于10000m3球罐内部空问过于巨大,为了确保球罐各部分温度的均匀性与稳定性,在实际热处理时,在高速喷嘴出口处安装火焰分流装置并适时维持球罐内部微正压。采用温度监测系统对球罐壳体温度进行实际测量。实测验证表明：模拟温度场与实际温度场的分布基本一致,证实数值模拟的正确性。根据对球罐和塔器相同点与不同点的分析,将经过验证的球罐数值模拟模型进行相应的修改,建立适用于塔设备的数值模拟模型。结合青海盐湖金属镁一体化项目,对丙烯精馏塔实现了正确的热处理数值模拟,填补了国内有关塔设备数值模拟的空白。
【关键词】：大型球罐 大型塔器 焊后整体热处理 数值模拟 实验验证
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH49;TG441.8
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 符号说明8-9
• 第一章 绪论9-13
• 1.1 选题背景和意义9-10
• 1.2 国内外发展现状及应用10-11
• 1.2.1 国外发展现状及应用10
• 1.2.2 国内发展现状及应用10-11
• 1.3 数值模拟在热处理中的应用11-12
• 1.4 课题主要研究内容12-13
• 第二章 焊后整体热处理数值模拟的研究方法及理论基础13-27
• 2.1 焊后整体热处理数值模拟13-16
• 2.1.1 焊后整体热处理数值模拟的研究内容13-14
• 2.1.2 球罐热处理传热系统分析14-15
• 2.1.3 球罐焊后整体热处理模拟仿真的研究流程15-16
• 2.2 球罐内部传热与流动模拟16-19
• 2.2.1 控制方程17-18
• 2.2.2 湍流的模拟方法18-19
• 2.2.3 湍流近壁区域的处理19
• 2.2.4 边界条件19
• 2.3 球罐壁面温度场模拟19-20
• 2.3.1 耦合传热19-20
• 2.3.2 材料热物性参数20
• 2.4 热处理热形变场模拟20-21
• 2.4.1 热-结构耦合21
• 2.4.2 材料力学性能参数21
• 2.5 球罐焊后整体热处理热工计算21-26
• 2.5.1 热平衡计算基本公式21-23
• 2.5.2 热物理常数的确定23-24
• 2.5.3 基础数据24
• 2.5.4 各温度区间的各种消耗24-25
• 2.5.5 燃油消耗量计算25-26
• 2.6 本章小结26-27
• 第三章 球罐焊后整体热处理数值模拟27-38
• 3.1 热处理有限元模型的建立27-28
• 3.1.1 球罐结构尺寸及主要技术参数27-28
• 3.1.2 计算区域及网格划分28
• 3.2 直烧法球罐焊后整体热处理数值模拟结果与分析28-31
• 3.2.1 内部流场模拟结果分析28-29
• 3.2.2 内部温度场分布29-30
• 3.2.3 壳体及腿柱温度场模拟结果分析30-31
• 3.2.4 整体热形变场模拟结果分析31
• 3.3 设置导流伞球罐焊后整体热处理数值模拟结果与分析31-35
• 3.3.1 内部流场模拟结果分析32-33
• 3.3.2 内部温度场分布33
• 3.3.3 壳体及腿柱温度场模拟结果分析33-34
• 3.3.4 整体热形变场模拟结果分析34-35
• 3.4 不同工艺参数对球罐壁面温度的影响35-37
• 3.4.1 不同保温层厚度对球罐壁面温度的影响35-36
• 3.4.2 不同初始入口流速对球罐壁面温度的影响36-37
• 3.5 本章小结37-38
• 第四章 10000m~3球罐实验验证38-50
• 4.1 10000m~3球罐焊后整体热处理工程实践38-44
• 4.1.1 焊后整体热处理工艺38-39
• 4.1.2 球罐焊后整体热处理系统简介39-40
• 4.1.3 球罐焊后整体热处理温度均匀性控制40-42
• 4.1.4 温度测量控制系统42-44
• 4.1.5 球罐热处理过程中的外形监测44
• 4.2 10000m~3球罐验证与误差分析44-47
• 4.2.1 温度测量与验证44-46
• 4.2.2 结构形变测量与验证46-47
• 4.2.3 误差分析47
• 4.3 材料性能测试47-49
• 4.3.1 焊接件热处理前后力学性能检验47-49
• 4.4 本章小结49-50
• 第五章 丙烯精馏塔焊后分段热处理数值模拟分析50-60
• 5.1 丙烯精馏塔建模50-54
• 5.1.1 塔器主要技术参数及焊后整体热处理方案50-51
• 5.1.2 精馏塔热处理传热系统分析51-52
• 5.1.3 对10000m~3焊后热处理建模的修改52-54
• 5.2 丙烯精馏塔焊后分段热处理数值模拟结果分析54-59
• 5.2.1 内部流场模拟结果分析54-55
• 5.2.2 内部温度场模拟结果分析55
• 5.2.3 壳体及裙座温度场模拟结果分析55-57
• 5.2.4 整体热形变场模拟结果分析57-59
• 5.3 本章小结59-60
• 第六章 总结与展望60-62
• 6.1 总结60
• 6.2 展望60-62
• 参考文献62-64
• 附录64-70
• 致谢70-71
• 作者在攻读硕士学位期间公开发表的学术成果71-72

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 雷文娟;焦瑞华;;12Cr2MoWVTiB钢焊后热处理工艺的探讨[J];金属加工(热加工);2009年04期

2 何敏;;压力容器焊后热处理分析[J];广东化工;2010年12期

3 王冬兰;焊后热处理的方法[J];煤矿机械;1984年02期

4 张道良;压力容器的焊后热处理(一)[J];石油化工设备;1987年06期

5 张道良;压力容器的焊后热处理(二)[J];石油化工设备;1987年07期

6 张道良;压力容器焊后热处理(三)[J];石油化工设备;1987年08期

7 汪建华,陆皓,魏良武,村川英一;局部焊后热处理两类评定准则的研究[J];机械工程学报;2001年06期

8 陆皓,汪建华,村川英一;基于粘弹塑性理论局部焊后热处理评定准则[J];上海交通大学学报;2001年02期

9 康鸿雁;低温压力容器焊后热处理的方法[J];化工建设工程;2001年01期

10 张一任,房务农,韩金节,许业f ,李静,李旗号;焊后热处理对15CrMoR钢板性能的影响[J];压力容器;2001年04期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 汪建华;陆皓;;局部焊后热处理加热宽度的直接评定方法[A];第九次全国焊接会议论文集（第2册）[C];1999年

2 汪建华;陆皓;村川英一;;基于粘弹塑性理论局部焊后热处理评定准则研究[A];第五届全国压力容器学术会议论文集[C];2001年

3 蔡洪能;余学瑞;;压力容器焊后热处理工艺优化[A];第四届数控机床与自动化技术高层论坛论文集[C];2013年

4 褚巧玲;李继红;张兴璇;范文静;吴伟刚;张敏;;大型透平机壳焊后热处理数值模拟[A];第四届数控机床与自动化技术高层论坛论文集[C];2013年

5 陆皓;汪建华;村川英一;;Cr-Mo钢管子局部焊后热处理加热宽度准则的确定[A];第十一次全国焊接会议论文集（第2册）[C];2005年

6 张军森;;局部焊后热处理加热宽度的经验确定方法[A];2013年4月现代教育教学探索学术交流会论文集[C];2013年

7 杜随更;时渭清;段立宇;鄢君辉;;GH2132-42CrMo摩擦焊接头焊后热处理行为及使用寿命分析[A];中国电子学会焊接专业青年委员会第一届学术会议论文集[C];1994年

8 张西民;;氢系统2.25 Cr—1 Mo钢的焊后热处理控制[A];中国工程建设焊接协会第八届年会论文集[C];2001年

9 朱瑞灿;张益坤;谢美蓉;程云君;赵刚;;焊后热处理温度对Ti-22A1-25Nb合金电子束焊接接头组织和性能影响研究[A];2008年全国荷电粒子源、粒子束学术会议暨中国电工技术学会第十二届电子束离子束学术年会、中国电子学会焊接专业委员会第九届全国电子束焊接学术交流会、粒子加速器学会第十一届全国离子源学术交流会、中国机械工程学会焊接分会2008年全国高能束加工技术研讨会、北京电机工程学会第十届粒子加速器学术交流会论文集[C];2008年

10 贺新民;;鄂州回转窑简体的焊接[A];中国钢结构协会钢结构焊接分会成立二十周年大会论文集[C];2007年

中国重要报纸全文数据库 前1条

1 潘虹;柴油机机架即将“免受”焊后热处理[N];中国船舶报;2005年

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 吕宵宵;大型压力容器焊后热处理的数值模拟与实验研究[D];扬州大学;2015年

2 张博;高强钢焊接过程及焊后热处理的数值模拟研究[D];武汉理工大学;2011年

，

本文编号：802729