在工業(yè)生產(chǎn)行業(yè)中,固定管板式換熱器是最常見的設備之一,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,導致密封失效,進一步造成財產(chǎn)損失和人員傷亡,可以看出法蘭螺栓的合理緊固對保證壓力容器的安全運行起著至關重要作用。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(氫預熱器)法蘭螺栓連接結(jié)構(gòu)和參數(shù)作為研究對象,將有帶有孔洞的管板視為實心金屬平板(盲板法蘭),運用EN13445附錄G法蘭設計的另一方法(以下簡稱EN法)法蘭螺栓預緊力計算方法,計算該換熱器法蘭連接結(jié)構(gòu)的螺栓預緊力,利用有限元分析軟件ANSYS Workbench對管殼式換熱器螺栓、法蘭、墊片進行了模擬分析,驗證預緊力計算方法的合理性。結(jié)合安全評價理論,對該結(jié)構(gòu)進行失效分析和安全性評價并給出相應維護維修建議。本文通過理論分析、數(shù)據(jù)計算、有限元仿真模擬與安全評價相結(jié)合的方法,對目標法蘭螺栓結(jié)構(gòu)的預緊力計算方法合理性進行驗證,并對該法蘭螺栓結(jié)構(gòu)進行系統(tǒng)安全評價,旨在提高同類型結(jié)構(gòu)的可靠性,并對其維護維修起到一定指導作用。EN法是用于計算法蘭—一個墊片—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,其孔洞會降低管板強度,但管束、管板與折流板連接后對該法蘭螺栓結(jié)構(gòu)又起到固定作用。所以本文將管板視為一個金屬平板(盲板法蘭)結(jié)構(gòu),這樣就認為螺栓不承受殼程的介質(zhì)壓力,最終將目標法蘭結(jié)構(gòu)視為標準長頸法蘭—墊片—金屬平板(盲板法蘭)的法蘭螺栓結(jié)構(gòu)進行預緊力計算。運用CAD Inventor軟件進行模型構(gòu)建,分別建立實際的法蘭螺栓結(jié)構(gòu)和管板等效成平板后的法蘭螺栓結(jié)構(gòu)。將計算出的螺栓預緊力施加到模型中通過ANSYS Workbench進行仿真模擬,得到的結(jié)果表明兩種模型經(jīng)過熱-結(jié)構(gòu)耦合場分析后溫度及應力應變趨勢大體相近,且其強度與密封性都能保證該法蘭螺栓結(jié)構(gòu)安全合理的運行。表明該類型固定管板式換熱器的法蘭螺栓結(jié)構(gòu)是可以通過這種等效轉(zhuǎn)化方式,運用EN法進行螺栓預緊力計算的。對目標法蘭螺栓結(jié)構(gòu)進行失效事故分析,建立其失效事故樹模型,運用層次分析法和專家打分法,定量計算各事件結(jié)構(gòu)重要度并制作安全檢查表。針對固定管板式換熱器法蘭螺栓連接處在運行中失效因素提出一定的安全維護建議。
【學位單位】：蘭州理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TK172
【部分圖文】：

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

公式的計算條件。但由于換熱器管板中換熱管束和折流板的存在，根據(jù)和力學分析，本文認為雖然管板中換熱管束穿過的孔洞對其結(jié)構(gòu)強度有，但換熱管束與折流板的組合對管板兼做法蘭的結(jié)構(gòu)起到固定作用，對固有積極作用，二者的力學行為近似抵消對螺栓預緊的影響。所以本文板等效為金屬平板（盲板法蘭）進行螺栓預緊力進行計算是可行的。固換熱器整體模型、法蘭螺栓實際及等效連接結(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化法蘭螺栓連接結(jié)構(gòu)
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本文編號：2867420