基于蠕变的高温法兰强度与密封分析

发布时间：2018-07-10 07:38

  本文选题：稳态温度场 + 热膨胀　； 参考：《华东理工大学》2012年硕士论文

【摘要】：本文以金山石化芳烃重整装置油气进口法兰为研究对象,研究高温法兰的稳态温度场分布、螺栓法兰连接结构在预紧工况、承压工况、操作工况下的强度和密封问题以及螺栓法兰蠕变对螺栓应力和垫片应力造成的影响。 对法兰进行热分析,得到法兰的稳态温差场,计算结果与实测结果基本一致,相对误差在2%以内,从而验证了有限元计算结果的正确性。 通过预紧工况分析,考虑垫片非线性和接触非线性,得到保证垫片接触面全部达到初始密封条件时的最小预紧力；受预紧载荷的影响,法兰产生一定的偏转,导致垫片应力的分布不均；法兰偏转角小于ASME PCC-1规定的最大偏转角,强度也满足要求。承压工况的计算是在预紧工况基础上进行的,在承压工况中,随着内压的增大,垫片应力逐渐降低；经校核,法兰强度和密封均满足要求。在操作工况下,受温度载荷的影响,螺栓热膨胀量大于法兰热膨胀量,从而导致垫片应力进一步降低,经校核,仍满足密封要求。 高温法兰蠕变分析主要研究法兰在服役较长时间内的密封性能。计算结果表明：随着蠕变时间的增长,螺栓截面的应力进行了重新分配,螺栓内侧应力逐渐降低,螺栓外侧的应力逐渐升高；随着蠕变时间的增长,垫片应力应力逐渐减低,经10000小时之后,仍能满足密封要求；初始预紧载荷越大,螺栓应力与垫片应力减少量也越大,但是预紧力越大,螺栓和垫片的残余应力也越大。
[Abstract]:In this paper, the oil and gas inlet flange of Jinshan Petrochemical aromatics reforming unit is taken as the research object, the steady temperature field distribution of the high temperature flange is studied, the bolted flange connection structure is under the preloading condition and the pressure condition, Strength and sealing under operating condition and the effect of bolt flange creep on bolt stress and gasket stress. The steady-state temperature difference field of flange is obtained by thermal analysis. The calculated results are in good agreement with the measured results, and the relative error is less than 2%, which verifies the correctness of the finite element method. Considering the nonlinear and contact nonlinearity of the gasket, the minimum pretightening force is obtained to ensure that the contact surface of the gasket reaches the initial sealing condition, and the flange is deflected due to the influence of the preloading load. The flange deflection angle is smaller than the maximum deflection angle specified by ASME PCC-1, and the strength also meets the requirements. The calculation of pressure-bearing condition is carried out on the basis of pre-tightening condition. In the pressure-bearing condition, with the increase of internal pressure, the gasket stress decreases gradually, and the flange strength and seal meet the requirements after checking. Under the operating condition, the thermal expansion of bolts is larger than that of flange under the influence of temperature load, which leads to the further reduction of gasket stress, and still meets the requirements of seal after checking. The creep analysis of high temperature flange mainly studies the sealing performance of flange during long service period. The results show that with the increase of creep time, the stress of the bolt section is redistributed, the stress of the inside of the bolt decreases gradually, the stress of the outside of the bolt increases gradually, and the stress of the gasket decreases with the increase of the creep time. After 10000 hours, the seal requirement can still be satisfied, and the larger the initial preload, the greater the reduction of bolt stress and gasket stress, but the greater the pretightening force, the greater the residual stress of bolt and gasket.
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TH131

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