高温大口径法兰密封设计方法研究

发布时间：2020-05-14 14:37

【摘要】： 本文对大口径法兰密封问题进行了理论分析、有限元计算和试验研究,探讨了法兰刚度的计算方法,研究了法兰刚度对密封特性的影响,对以紧密度为设计准则的密封设计方法进行了修正。在法兰结构简化及变形假设的基础上,将螺栓法兰系统作为一个整体,对其进行详细的载荷—变形分析,得出力矩平衡方程和系统变形协调方程;运用有限元方法对密封系统的受力和变形进行了计算,得出不同工况下密封元件的受力特性,对法兰口径与垫片残余应力分布的关系进行了讨论;应用弹性分析方法,提出甲型法兰、乙型法兰和长颈对焊法兰的刚度计算方法,探讨了公称压力、公称直径、温度等参数对法兰刚度的影响,并利用最小二乘估计方法对上述影响因素进行多元拟合;运用ROTT实验的方法对法兰的密封特性进行了研究,并与密封理论进行了对比验证;对紧密性密封设计方法进行了阐述,考虑法兰刚度对密封影响对该设计方法进行了修正。研究结果表明:螺栓载荷和内压联合作用下的法兰产生偏转和翘曲变形,使得垫片表面的应力分布不均。径向应力呈现明显内松外紧的状况,并且随着法兰口径的增大,不均匀性愈加明显,环向应力分布相对均匀。表明现行标准中法兰存在刚度不足的问题,而螺栓的数目足够保证垫片环向应力分布的均匀性。在三种类型的设备法兰中,甲型法兰刚性较差,仅能应用于压力等级较低的公共场所;乙型法兰筒体免受法兰变形产生的附加弯矩且刚度较高,适应较大尺寸场合;长径对焊法兰刚度最大,可承受更高压力。法兰刚度与公称压力、公称直径和温度等参量的关系,拟合为C= f_1 (PN, DN) f_2 (T)的形式的函数。应用ROTT实验方法对实验垫片进行密封性能研究,得出垫片新系数Gb=2.92MPa,a=0.362、Gs=0.143MPa。对基于紧密性的设计方法引入法兰刚度的概念,考虑法兰偏转的前提下对该方法提出修正,修正系数Φ=(C/[C])~(1.92),设计常数Tc`=ΦTc。利用修正的密封设计方法某反应器的密封进行了设计,并对不同紧密度等级要求下垫片应力和螺栓载荷进行了计算。对设备法兰的选用依据引入紧密性概念,增加紧密度等级作为法兰选用的标准之一。对垫片特性从设计系数和制造两方面提出要求。
【图文】：

法兰联接,法兰密封

第二章法兰密封结构变形分析垫片、密封剂及直接接触密封三类，石化设备尤其是采用的是法兰密封结构。法兰密封通常是指由容器、静密封的一种结构型式，流程工业中，，工艺管线、仪连接处，法兰密封随处可见。构和检修等需要，压力容器和管道常采用可拆卸的法兰)、垫片或垫环(密封元件)和螺栓—螺母(联接件)三部压紧垫片或垫环实现密封，如图 2-1 所示。法兰联接装、使用等优点，但由于它是非一体化结构，如果对者安装不正确，都会引起法兰联接严重泄漏，导致密

法兰结构,垫片,螺栓

方法将螺栓法兰系统作为一个整体，考虑法兰的旋转所引起的螺栓力、垫片力、垫片变形以及垫片力作用点的变化。法兰连接结构如图2-2所示。预紧时，法兰仅受螺栓力、垫片反力、边缘力及边缘力矩的作用，使其达到初始密封比压，如图2-3(a)所示；操作时，除螺栓力、垫片反力、10
【学位授予单位】：中国石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TH136

【引证文献】