【摘要】：壓力管道作為石油化工行業(yè)的重要設(shè)備,其密封性能的好壞直接影響著國民經(jīng)濟(jì)與人身安全。壓力管道法蘭的受力形式比設(shè)備法蘭復(fù)雜的多,設(shè)備法蘭主要受內(nèi)壓和溫度載荷的作用,而管道法蘭除了受內(nèi)壓、溫度載荷作用外還會(huì)因?yàn)闇囟�、�?nèi)壓、安裝誤差、自身重力等因素在法蘭端面產(chǎn)生很大的附加軸向力和附加彎矩,并且附加載荷的大小具有不可預(yù)測(cè)性,很容易發(fā)生泄漏。在實(shí)際工程中管道法蘭雖然滿足設(shè)計(jì)要求,但是發(fā)生泄漏的事故卻很多,這就是因?yàn)樵诜ㄌm設(shè)計(jì)時(shí)沒有考慮附加載荷的影響,因此研究管道法蘭密封性能具有重要意義。本文主要對(duì)以下兩個(gè)方面進(jìn)行分析:①對(duì)螺栓法蘭密封系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)數(shù)值模擬,對(duì)其完整性和密封性能進(jìn)行分析,研究管道法蘭受載特殊性對(duì)密封性能影響。②考慮管線整體受力復(fù)雜的特點(diǎn),創(chuàng)建了泄漏失效極限狀態(tài)方程,應(yīng)用Monte Carlo法結(jié)合概率統(tǒng)計(jì)學(xué)正態(tài)分布隨機(jī)抽樣理論,計(jì)算管道法蘭密封失效泄漏概率。提出一種保障管道法蘭密封系統(tǒng)安全運(yùn)行的新方法,解決了基于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)出的管道法蘭,在具有不確定性附加載荷作用下密封性能較差的問題,消除了通過盲目增大螺栓拉力來保證密封安全這種保守方法的弊端。本文首先根據(jù)傳熱學(xué)理論,創(chuàng)建了傳熱學(xué)模型,進(jìn)而對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)態(tài)熱分析和熱-結(jié)構(gòu)耦合分析,研究了法蘭系統(tǒng)整體及其各個(gè)組件的應(yīng)力分布。其次研究了法蘭在彎矩作用下法蘭整體及其組件的應(yīng)力分布,并通過PVRC法計(jì)算不同彎矩作用下法蘭的緊密度。再次,對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行瞬態(tài)熱分析,研究不同時(shí)刻法蘭系統(tǒng)的溫度以及應(yīng)力分布。最后應(yīng)用概率分析法—Monte Carlo法計(jì)算法蘭泄漏的概率,研究在不同工況下法蘭密封泄漏失效概率。
【圖文】：

Ｔｐｍｉｎ邐Ｔｐａ逡逑緊密度逡逑圖１．１緊密性曲線的理想狀態(tài)圖逡逑Ｆｉｇ．１．１邋Ｔｉｇｈｔｎｅｓｓ邋ｃｕｒｖｅ邋ｏｆ邋ｉｄｅａｌ邋ｓｔａｔｅ邋ｄｉａｇｒａｍ逡逑在實(shí)際工程中，可根據(jù)實(shí)際泄漏率與緊密度的關(guān)系，把緊密度依次分級(jí)，再根據(jù)緊逡逑密度對(duì)螺栓法蘭系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。ＰＶＲＣ發(fā)布的緊密度等級(jí)見表３．１，每相鄰一級(jí)逡逑的實(shí)際泄漏率差兩個(gè)數(shù)量級(jí)。如以雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)作圖，墊片殘余應(yīng)力５ｂ邋（ＭＰａ）和緊密逡逑度ｒＰ基本成線性關(guān)系。如圖Ｌ１所示，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，墊片的加載和卸載時(shí)，其反力與緊密逡逑度的關(guān)系曲線并不重合，而且，當(dāng)在加載曲線上的不同位置進(jìn)行卸載時(shí)，，卸載曲線的走逡逑向也不相同。但卻很簡(jiǎn)單明了地發(fā)現(xiàn)，所有的卸載曲線與縱軸的交點(diǎn)坐標(biāo)基本重合。逡逑Ｇｂ為加載曲線上縱坐標(biāo)的截距為加載曲線的斜率，＆為卸載曲線在縱坐標(biāo)的截距。逡逑雖然基于ＰＶＲＣ的新設(shè)計(jì)方法在限制法蘭最大應(yīng)力方面并沒有得到進(jìn)一步實(shí)質(zhì)性逡逑的進(jìn)展，但是該方法引入了以定量分析為依據(jù)緊密度的概念，把密封條件和強(qiáng)度要求緊逡逑密聯(lián)系起來，相對(duì)于傳統(tǒng)方法設(shè)計(jì)而言，ＰＶＲＣ法更加的具備實(shí)際性和靈活性。逡逑．

２．１壓力管線模型逡逑這是一臺(tái)三聯(lián)合重油催化裂化反應(yīng)區(qū)催化劑罐的管線部分，工作壓力４．５ＭＰａ，逡逑介質(zhì)溫度為３００°Ｃ，環(huán)境溫度為２０°Ｃ，主要尺寸如圖２．１所示，本文主要對(duì)圖中管線逡逑ＩＩ處的螺栓法蘭密封系統(tǒng)進(jìn)行研究。因?yàn)榻橘|(zhì)擴(kuò)散到環(huán)境中容易引起環(huán)境污染，且爆逡逑炸危害比較大，容易造成經(jīng)濟(jì)的損失且危害人身安全。所以對(duì)此螺栓法蘭系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)逡逑值模擬計(jì)算是十分必要的。逡逑，邐“邐２１２邐＾廣邐ｍ＾邐３Ｕ０＿邐邐逡逑圖２．１壓力管線螺栓法蘭密封系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖逡逑Ｆｉｇ．２．１邋Ｂｏｌｔｅｄ邋ｆｌａｎｇｅ邋ｓｅａｌｉｎｇ邋ｓｙｓｔｅｍ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｐｒｅｓｓｕｒｅ邋ｐｉｐｅｌｉｎｅ逡逑２．２密封系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有限元模型逡逑２．２．１各組件的尺寸逡逑管線法蘭和墊片都是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)ＨＧ／Ｔ２０６１５－２００９《鋼制管法蘭》［１６］及逡逑ＨＧ／Ｔ２０６３１－２００９《鋼制管法蘭用纏繞式墊片》［１７］查得的標(biāo)準(zhǔn)件，ＤＮ１５０、Ｃｌａｓｓ６００凸逡逑面帶頸對(duì)焊鋼制管法蘭，墊片為附帶內(nèi)環(huán)和外環(huán)的不銹鋼柔性石墨纏繞墊，內(nèi)環(huán)和外逡逑環(huán)以及金屬帶的材料都為0Ｃｒｌ８Ｎｉ９。墊片內(nèi)、外環(huán)厚度要比墊片石墨纏繞層厚度小，逡逑在有限元模型中，內(nèi)、外環(huán)是不能和法蘭面相接觸，所以要對(duì)墊片模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，按逡逑照柔性石墨纏繞層的尺寸建模。帶頸對(duì)焊法蘭和石墨纏繞墊的結(jié)構(gòu)圖如圖２．２、２．３所逡逑示
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TE65;TQ055.81

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本文編號(hào)：2517052