本文關(guān)鍵詞：大型壓力容器焊后熱處理的數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究

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【摘要】：大型壓力容器焊后整體熱處理具有一次性、整體性和終結(jié)性的特點(diǎn)。目前,在焊后熱處理行業(yè)中存在著諸多缺失與漏洞,如在焊后熱處理標(biāo)準(zhǔn)中僅對(duì)焊后熱處理的保溫時(shí)間、保溫溫度、升溫和降溫工藝進(jìn)行了規(guī)定,而對(duì)實(shí)施工藝基本沒有要求。對(duì)于焊后熱處理的熱工計(jì)算、加熱區(qū)與隔熱區(qū)的范圍、測(cè)溫點(diǎn)數(shù)量及布置、測(cè)溫系統(tǒng)的誤差、絕熱材料選用及鋪設(shè)厚度、變形控制等關(guān)鍵工藝還都只能依靠焊后熱處理操作人員的經(jīng)驗(yàn)來確定,經(jīng)驗(yàn)豐富則效果好一些,沒有經(jīng)驗(yàn)則難以保證焊后熱處理的質(zhì)量。焊后熱處理的發(fā)展已經(jīng)滿足不了壓力容器制造的要求,成為壓力容器制造工藝中最薄弱的環(huán)節(jié)。利用數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)焊后熱處理的過程進(jìn)行研究,模擬預(yù)測(cè)工件在熱處理過程保溫階段的流場(chǎng)、溫度場(chǎng)以及熱形變場(chǎng)等,對(duì)優(yōu)化焊后熱處理工藝及提高國內(nèi)壓力容器焊后熱處理工藝水平具有重要的工程實(shí)際意義。本課題以10000m3球罐和塔器為例,對(duì)大型壓力容器的焊后熱處理進(jìn)行數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究。對(duì)10000m3球罐焊后整體熱處理保溫階段進(jìn)行三維穩(wěn)態(tài)熱分析,基于耦合傳熱和熱-結(jié)構(gòu)耦合等理論,利用ANSYS有限元分析軟件分析球罐內(nèi)部流場(chǎng)溫度場(chǎng)、殼體與腿柱溫度場(chǎng)及整體熱形變場(chǎng)。通過對(duì)不同保溫層厚度和不同入口速度下熱處理過程的模擬,分析不同工藝參數(shù)對(duì)球罐焊后整體熱處理的影響。對(duì)10000m3球罐進(jìn)行實(shí)際焊后整體熱處理工程實(shí)踐驗(yàn)證。由于10000m3球罐內(nèi)部空問過于巨大,為了確保球罐各部分溫度的均勻性與穩(wěn)定性,在實(shí)際熱處理時(shí),在高速噴嘴出口處安裝火焰分流裝置并適時(shí)維持球罐內(nèi)部微正壓。采用溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)球罐殼體溫度進(jìn)行實(shí)際測(cè)量。實(shí)測(cè)驗(yàn)證表明：模擬溫度場(chǎng)與實(shí)際溫度場(chǎng)的分布基本一致,證實(shí)數(shù)值模擬的正確性。根據(jù)對(duì)球罐和塔器相同點(diǎn)與不同點(diǎn)的分析,將經(jīng)過驗(yàn)證的球罐數(shù)值模擬模型進(jìn)行相應(yīng)的修改,建立適用于塔設(shè)備的數(shù)值模擬模型。結(jié)合青海鹽湖金屬鎂一體化項(xiàng)目,對(duì)丙烯精餾塔實(shí)現(xiàn)了正確的熱處理數(shù)值模擬,填補(bǔ)了國內(nèi)有關(guān)塔設(shè)備數(shù)值模擬的空白。
【關(guān)鍵詞】：大型球罐 大型塔器 焊后整體熱處理 數(shù)值模擬 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
【學(xué)位授予單位】：揚(yáng)州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TH49;TG441.8
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 符號(hào)說明8-9
• 第一章 緒論9-13
• 1.1 選題背景和意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用10-11
• 1.2.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用10
• 1.2.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用10-11
• 1.3 數(shù)值模擬在熱處理中的應(yīng)用11-12
• 1.4 課題主要研究內(nèi)容12-13
• 第二章 焊后整體熱處理數(shù)值模擬的研究方法及理論基礎(chǔ)13-27
• 2.1 焊后整體熱處理數(shù)值模擬13-16
• 2.1.1 焊后整體熱處理數(shù)值模擬的研究內(nèi)容13-14
• 2.1.2 球罐熱處理傳熱系統(tǒng)分析14-15
• 2.1.3 球罐焊后整體熱處理模擬仿真的研究流程15-16
• 2.2 球罐內(nèi)部傳熱與流動(dòng)模擬16-19
• 2.2.1 控制方程17-18
• 2.2.2 湍流的模擬方法18-19
• 2.2.3 湍流近壁區(qū)域的處理19
• 2.2.4 邊界條件19
• 2.3 球罐壁面溫度場(chǎng)模擬19-20
• 2.3.1 耦合傳熱19-20
• 2.3.2 材料熱物性參數(shù)20
• 2.4 熱處理熱形變場(chǎng)模擬20-21
• 2.4.1 熱-結(jié)構(gòu)耦合21
• 2.4.2 材料力學(xué)性能參數(shù)21
• 2.5 球罐焊后整體熱處理熱工計(jì)算21-26
• 2.5.1 熱平衡計(jì)算基本公式21-23
• 2.5.2 熱物理常數(shù)的確定23-24
• 2.5.3 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)24
• 2.5.4 各溫度區(qū)間的各種消耗24-25
• 2.5.5 燃油消耗量計(jì)算25-26
• 2.6 本章小結(jié)26-27
• 第三章 球罐焊后整體熱處理數(shù)值模擬27-38
• 3.1 熱處理有限元模型的建立27-28
• 3.1.1 球罐結(jié)構(gòu)尺寸及主要技術(shù)參數(shù)27-28
• 3.1.2 計(jì)算區(qū)域及網(wǎng)格劃分28
• 3.2 直燒法球罐焊后整體熱處理數(shù)值模擬結(jié)果與分析28-31
• 3.2.1 內(nèi)部流場(chǎng)模擬結(jié)果分析28-29
• 3.2.2 內(nèi)部溫度場(chǎng)分布29-30
• 3.2.3 殼體及腿柱溫度場(chǎng)模擬結(jié)果分析30-31
• 3.2.4 整體熱形變場(chǎng)模擬結(jié)果分析31
• 3.3 設(shè)置導(dǎo)流傘球罐焊后整體熱處理數(shù)值模擬結(jié)果與分析31-35
• 3.3.1 內(nèi)部流場(chǎng)模擬結(jié)果分析32-33
• 3.3.2 內(nèi)部溫度場(chǎng)分布33
• 3.3.3 殼體及腿柱溫度場(chǎng)模擬結(jié)果分析33-34
• 3.3.4 整體熱形變場(chǎng)模擬結(jié)果分析34-35
• 3.4 不同工藝參數(shù)對(duì)球罐壁面溫度的影響35-37
• 3.4.1 不同保溫層厚度對(duì)球罐壁面溫度的影響35-36
• 3.4.2 不同初始入口流速對(duì)球罐壁面溫度的影響36-37
• 3.5 本章小結(jié)37-38
• 第四章 10000m~3球罐實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證38-50
• 4.1 10000m~3球罐焊后整體熱處理工程實(shí)踐38-44
• 4.1.1 焊后整體熱處理工藝38-39
• 4.1.2 球罐焊后整體熱處理系統(tǒng)簡介39-40
• 4.1.3 球罐焊后整體熱處理溫度均勻性控制40-42
• 4.1.4 溫度測(cè)量控制系統(tǒng)42-44
• 4.1.5 球罐熱處理過程中的外形監(jiān)測(cè)44
• 4.2 10000m~3球罐驗(yàn)證與誤差分析44-47
• 4.2.1 溫度測(cè)量與驗(yàn)證44-46
• 4.2.2 結(jié)構(gòu)形變測(cè)量與驗(yàn)證46-47
• 4.2.3 誤差分析47
• 4.3 材料性能測(cè)試47-49
• 4.3.1 焊接件熱處理前后力學(xué)性能檢驗(yàn)47-49
• 4.4 本章小結(jié)49-50
• 第五章 丙烯精餾塔焊后分段熱處理數(shù)值模擬分析50-60
• 5.1 丙烯精餾塔建模50-54
• 5.1.1 塔器主要技術(shù)參數(shù)及焊后整體熱處理方案50-51
• 5.1.2 精餾塔熱處理傳熱系統(tǒng)分析51-52
• 5.1.3 對(duì)10000m~3焊后熱處理建模的修改52-54
• 5.2 丙烯精餾塔焊后分段熱處理數(shù)值模擬結(jié)果分析54-59
• 5.2.1 內(nèi)部流場(chǎng)模擬結(jié)果分析54-55
• 5.2.2 內(nèi)部溫度場(chǎng)模擬結(jié)果分析55
• 5.2.3 殼體及裙座溫度場(chǎng)模擬結(jié)果分析55-57
• 5.2.4 整體熱形變場(chǎng)模擬結(jié)果分析57-59
• 5.3 本章小結(jié)59-60
• 第六章 總結(jié)與展望60-62
• 6.1 總結(jié)60
• 6.2 展望60-62
• 參考文獻(xiàn)62-64
• 附錄64-70
• 致謝70-71
• 作者在攻讀碩士學(xué)位期間公開發(fā)表的學(xué)術(shù)成果71-72

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本文編號(hào)：802729