在工業(yè)生產(chǎn)行業(yè)中,固定管板式換熱器是最常見(jiàn)的設(shè)備之一,法蘭螺栓連接結(jié)構(gòu)是一種極其常用的密封連接結(jié)構(gòu)。由于環(huán)境、溫度、壓力等不同工況的作用,該結(jié)構(gòu)連接處很容易發(fā)生泄漏等故障,導(dǎo)致密封失效,進(jìn)一步造成財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡,可以看出法蘭螺栓的合理緊固對(duì)保證壓力容器的安全運(yùn)行起著至關(guān)重要作用。本文以蘭州某石化企業(yè)提供的,管板兼做法蘭的固定管板式換熱器(氫預(yù)熱器)法蘭螺栓連接結(jié)構(gòu)和參數(shù)作為研究對(duì)象,將有帶有孔洞的管板視為實(shí)心金屬平板(盲板法蘭),運(yùn)用EN13445附錄G法蘭設(shè)計(jì)的另一方法(以下簡(jiǎn)稱(chēng)EN法)法蘭螺栓預(yù)緊力計(jì)算方法,計(jì)算該換熱器法蘭連接結(jié)構(gòu)的螺栓預(yù)緊力,利用有限元分析軟件ANSYS Workbench對(duì)管殼式換熱器螺栓、法蘭、墊片進(jìn)行了模擬分析,驗(yàn)證預(yù)緊力計(jì)算方法的合理性。結(jié)合安全評(píng)價(jià)理論,對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行失效分析和安全性評(píng)價(jià)并給出相應(yīng)維護(hù)維修建議。本文通過(guò)理論分析、數(shù)據(jù)計(jì)算、有限元仿真模擬與安全評(píng)價(jià)相結(jié)合的方法,對(duì)目標(biāo)法蘭螺栓結(jié)構(gòu)的預(yù)緊力計(jì)算方法合理性進(jìn)行驗(yàn)證,并對(duì)該法蘭螺栓結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)安全評(píng)價(jià),旨在提高同類(lèi)型結(jié)構(gòu)的可靠性,并對(duì)其維護(hù)維修起到一定指導(dǎo)作用。EN法是用于計(jì)算法蘭—一個(gè)墊片—法蘭的常規(guī)法蘭墊片螺栓結(jié)構(gòu)的方法,而本文的目標(biāo)法蘭是管板兼做法蘭的一種非常規(guī)法蘭螺栓結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)中管板有換熱管束穿過(guò),其孔洞會(huì)降低管板強(qiáng)度,但管束、管板與折流板連接后對(duì)該法蘭螺栓結(jié)構(gòu)又起到固定作用。所以本文將管板視為一個(gè)金屬平板(盲板法蘭)結(jié)構(gòu),這樣就認(rèn)為螺栓不承受殼程的介質(zhì)壓力,最終將目標(biāo)法蘭結(jié)構(gòu)視為標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)頸法蘭—墊片—金屬平板(盲板法蘭)的法蘭螺栓結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)緊力計(jì)算。運(yùn)用CAD Inventor軟件進(jìn)行模型構(gòu)建,分別建立實(shí)際的法蘭螺栓結(jié)構(gòu)和管板等效成平板后的法蘭螺栓結(jié)構(gòu)。將計(jì)算出的螺栓預(yù)緊力施加到模型中通過(guò)ANSYS Workbench進(jìn)行仿真模擬,得到的結(jié)果表明兩種模型經(jīng)過(guò)熱-結(jié)構(gòu)耦合場(chǎng)分析后溫度及應(yīng)力應(yīng)變趨勢(shì)大體相近,且其強(qiáng)度與密封性都能保證該法蘭螺栓結(jié)構(gòu)安全合理的運(yùn)行。表明該類(lèi)型固定管板式換熱器的法蘭螺栓結(jié)構(gòu)是可以通過(guò)這種等效轉(zhuǎn)化方式,運(yùn)用EN法進(jìn)行螺栓預(yù)緊力計(jì)算的。對(duì)目標(biāo)法蘭螺栓結(jié)構(gòu)進(jìn)行失效事故分析,建立其失效事故樹(shù)模型,運(yùn)用層次分析法和專(zhuān)家打分法,定量計(jì)算各事件結(jié)構(gòu)重要度并制作安全檢查表。針對(duì)固定管板式換熱器法蘭螺栓連接處在運(yùn)行中失效因素提出一定的安全維護(hù)建議。
【學(xué)位單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：TK172
【部分圖文】：

固定管板式換熱器法蘭螺栓連接系統(tǒng)的預(yù)緊力計(jì)算方法驗(yàn)證及安全評(píng)價(jià)2.2 螺栓預(yù)緊力的實(shí)例計(jì)算工程上通常使用的 EN 法計(jì)算預(yù)緊力的結(jié)構(gòu)都為法蘭—一個(gè)墊片—法蘭的結(jié)構(gòu)，而本文的目標(biāo)法蘭螺栓結(jié)構(gòu)為法蘭—一個(gè)墊片—管板的結(jié)構(gòu)，并不具備常規(guī)計(jì)算公式的計(jì)算條件。但由于換熱器管板中換熱管束和折流板的存在，根據(jù)相關(guān)研究和力學(xué)分析，本文認(rèn)為雖然管板中換熱管束穿過(guò)的孔洞對(duì)其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有削弱作用，但換熱管束與折流板的組合對(duì)管板兼做法蘭的結(jié)構(gòu)起到固定作用，對(duì)法蘭的緊固有積極作用，二者的力學(xué)行為近似抵消對(duì)螺栓預(yù)緊的影響。所以本文認(rèn)為將管板等效為金屬平板（盲板法蘭）進(jìn)行螺栓預(yù)緊力進(jìn)行計(jì)算是可行的。固定管板式換熱器整體模型、法蘭螺栓實(shí)際及等效連接結(jié)構(gòu)示意圖如下：

公式的計(jì)算條件。但由于換熱器管板中換熱管束和折流板的存在，根據(jù)和力學(xué)分析，本文認(rèn)為雖然管板中換熱管束穿過(guò)的孔洞對(duì)其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有，但換熱管束與折流板的組合對(duì)管板兼做法蘭的結(jié)構(gòu)起到固定作用，對(duì)固有積極作用，二者的力學(xué)行為近似抵消對(duì)螺栓預(yù)緊的影響。所以本文板等效為金屬平板（盲板法蘭）進(jìn)行螺栓預(yù)緊力進(jìn)行計(jì)算是可行的。固換熱器整體模型、法蘭螺栓實(shí)際及等效連接結(jié)構(gòu)示意圖如下：圖 2.1 固定管板式換熱器整體結(jié)構(gòu)

固定管板式換熱器簡(jiǎn)化法蘭螺栓連接結(jié)構(gòu)
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本文編號(hào)：2867420