煤气化炉连接短节法兰开裂失效研究

发布时间：2021-06-08 16:39

　　本文以某石化厂煤气化炉连接短节法兰出现的开裂失效问题为研究对象,通过法兰材料理化性能以及法兰结构强度的应力分析,获得了该法兰的失效原因。对法兰材料的机械性能、金相、断口形貌以及化学成分分析,发现该法兰材料20MnMo钢的环向及径向的抗拉及屈服强度均低于标准值,法兰内壁附近材料的韧性明显降低,焊缝金属和热影响区处的硬度已远超过标准值；断口为脆性断口,腐蚀严重,且断口上的S元素含量较高,以及焊缝处晶粒粗大,组织恶化,且其附近有多条径向应力腐蚀微裂纹。采用有限元法对法兰的结构强度进行了数值模拟计算,发现法兰内壁与支撑板下表面接合处存在较大的应力集中,尤其是环向拉应力,内螺钉孔附近及焊缝附近的Mises等效应力值明显高于其它区域。法兰开裂失效的原因为：违规焊接焊缝处组织的恶化、焊缝处较大的拉应力以及湿硫化氢腐蚀环境导致了焊缝微裂纹的产生,形成初始裂纹源；另外,较大的温差应力,引起焊缝处及螺钉连接处支撑板与法兰变形不协调,失效部位应力急剧上升,裂纹不断扩展,最终形成多条较长裂纹使连接短节法兰失效。最后,针对连接短节法兰失效分析的结论,提出了预防此类法兰失效的相应措施。 

【文章来源】：华东理工大学上海市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：80 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景
    1.2 煤气化装置简介
    1.3 法兰常见开裂失效形式
        1.3.1 金属断裂类型简介
        1.3.2 法兰常见开裂失效形式
    1.4 失效分析工作的思路与步骤
    1.5 本课题的研究方法与研究内容
第2章 法兰材料的力学性能测试
    2.1 力学性能的主要指标
    2.2 试验仪器和设备
    2.3 法兰材料的力学性能测试
        2.3.1 试样的制备
        2.3.2 试验数据采集
        2.3.3 试验结果分析
    2.4 本章小结
第3章 法兰材料的理化试验分析
    3.1 化学成分分析
    3.2 断口分析
        3.2.1 断口的宏观分析
        3.2.2 断口的微观分析
    3.3 金相分析
        3.3.1 试样的制备
        3.3.2 金相组织观察与分析
    3.4 本章小结
第4章 失效法兰的ANSYS应力分析
    4.1 有限元方法及ANSYS软件简介
    4.2 模拟概述
    4.3 失效法兰参数简介
        4.3.1 结构参数
        4.3.2 材料性能参数
    4.4 有限元模型的建立
    4.5 单元的选择和网格划分
        4.5.1 单元的选择
        4.5.2 网格的划分
    4.6 加载温度及温度场求解
        4.6.1 热边界条件
        4.6.2 法兰稳态温度场分析
    4.7 结构分析
        4.7.1 边界条件及载荷的施加
        4.7.2 法兰应力分析
    4.8 本章小结
第5章 结论与展望
    5.1 本课题研究结论
    5.2 预防建议
    5.3 研究展望
参考文献
致谢


【参考文献】：
期刊论文
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[2]大型煤气化技术浅析[J]. 焦海亮.  中国新技术新产品. 2015(12)
[3]酸性水汽提脱硫化氢塔人孔法兰开裂原因分析[J]. 李新明.  炼油技术与工程. 2015(05)
[4]不锈钢螺栓断裂原因分析[J]. 董唯莉,付金鹏,张浩,张俊生,康凯.  失效分析与预防. 2014(01)
[5]煤气化技术发展动向[J]. 唐宏青.  化工设计通讯. 2013(05)
[6]关于我国煤气化技术进展和升级发展方向的思考[J]. 刘思明.  化学工业. 2013(08)
[7]钢管与法兰对接环焊缝开裂分析[J]. 刘迎来,王鹏,王高峰.  管道技术与设备. 2013(03)
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硕士论文
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本文编号：3218800