【摘要】：螺栓法蘭接頭在化工、煉油以及電力等行業(yè)的生產(chǎn)裝置中應(yīng)用廣泛。螺栓法蘭接頭的泄漏會(huì)造成環(huán)境污染及火災(zāi)等事故。對高溫法蘭接頭進(jìn)行保溫可以節(jié)約大量能源,但保溫使本就容易發(fā)生泄漏的高溫法蘭接頭的溫度進(jìn)一步升高,更加劇了法蘭接頭的泄漏風(fēng)險(xiǎn)。如果能夠兼顧節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境和保障安全,對高溫法蘭接頭做保溫處理將是十分有意義的�；谶@一思想,對石化企業(yè)中芳烴重整裝置的高溫法蘭接頭進(jìn)行了研究,以便在保證密封安全可靠性的前提下對其進(jìn)行保溫節(jié)能改造。為了應(yīng)對高溫下法蘭接頭發(fā)生的松弛,采用金屬與金屬接觸式柔性石墨密封墊來替換浮動(dòng)式金屬纏繞墊。相比于浮動(dòng)式墊片僅密封環(huán)承擔(dān)螺栓載荷,金屬與金屬接觸式墊片的密封環(huán)及外金屬環(huán)均承擔(dān)螺栓載荷,其中外金屬環(huán)承擔(dān)的螺栓載荷用于補(bǔ)償法蘭接頭的松弛效應(yīng),因而保證了墊片密封環(huán)載荷的穩(wěn)定以及法蘭接頭的密封可靠性。然而,針對金屬與金屬接觸式法蘭接頭的研究相對較少,也沒有相應(yīng)成熟的法蘭設(shè)計(jì)方法及螺栓裝配擰緊方法。因此,需要從裝配、受載及蠕變工況對金屬與金屬接觸式法蘭接頭的密封可靠性進(jìn)行較為全面的研究。1)分析了法蘭接頭溫度分布的規(guī)律,為后續(xù)進(jìn)行一步的熱-結(jié)構(gòu)耦合分析做準(zhǔn)備。此外還分析了高溫法蘭接頭的保溫節(jié)能效益。分析結(jié)果表明法蘭接頭在保溫后的節(jié)能效率可達(dá)94.64%,僅對12對高溫大法蘭進(jìn)行保溫改造即可節(jié)約資金85.93萬元／年。2)建立了針對金屬與金屬接觸式法蘭接頭密封的解析計(jì)算方法,并實(shí)現(xiàn)了基于泄漏率準(zhǔn)則的法蘭接頭的密封性能評價(jià)。建立的解析計(jì)算方法相對簡單易用且考慮載荷工況較為全面,適用于預(yù)緊、外載荷、內(nèi)壓、熱載荷和這些載荷的組合工況,以及熱緊工況。3)通過解析法及有限元法研究了金屬與金屬接觸式法蘭接頭在預(yù)緊及高溫工況下的行為。通過分析發(fā)現(xiàn),法蘭偏轉(zhuǎn)角及墊片外金屬環(huán)的軸向熱膨脹是影響墊片載荷即法蘭接頭密封性能的主要因素。金屬與金屬接觸存在時(shí),墊片密封環(huán)的載荷會(huì)隨著法蘭偏轉(zhuǎn)角或墊片外金屬環(huán)的軸向熱膨脹的增大而減小。4)對金屬與金屬接觸式法蘭接頭的蠕變松弛進(jìn)行了分析。高溫下法蘭接頭的長期蠕變是影響金屬與金屬接觸式法蘭接頭密封可靠性的另一關(guān)鍵因素,蠕變松弛會(huì)使金屬與金屬接觸發(fā)生脫離,進(jìn)而威脅法蘭接頭的密封可靠性。5)提出了針對金屬與金屬接觸式法蘭接頭的“金屬與金屬接觸修正”的思想來提高螺栓裝配效率并保證裝配效果。金屬與金屬接觸式墊片在金屬與金屬接觸形成前后分別對應(yīng)“軟墊片”狀態(tài)和“硬墊片”狀態(tài),在螺栓裝配過程中可以設(shè)定較大的螺栓初始預(yù)緊力使墊片由前一狀態(tài)快速過渡到后一狀態(tài),硬墊片的性質(zhì)會(huì)使螺栓預(yù)緊力在后續(xù)的擰緊過程中快速分布均勻并且趨近于目標(biāo)值。根據(jù)這一思想設(shè)計(jì)并推薦了適用且裝配效率較高的螺栓擰緊方法以供實(shí)際工程安裝參考。本文的研究成果在芳烴重整裝置中進(jìn)行了工業(yè)化應(yīng)用,并經(jīng)受住了長達(dá)近2年時(shí)間連續(xù)運(yùn)行的考驗(yàn),證明了法蘭接頭保溫改造工作的可靠性。
[Abstract]:Bolt flange joint is widely used in the production equipment of chemical industry, oil refining and electric power industry. The leakage of bolt flange joint will cause environmental pollution and fire accidents. The heat preservation of high temperature flange joint can save a lot of energy, but heat insulation makes the temperature of high temperature flange joint which is easy to leak and will be further increased. If it can save energy, protect the environment and protect the safety of the flange joint, it is of great significance to heat the flange joint of the high temperature flange. Based on this idea, the high temperature flange joint of the aromatics reforming unit in the petrochemical enterprise is studied in order to ensure the safety and reliability of the seal. In order to cope with the heat preservation and energy saving transformation, in order to cope with the relaxation of the flange joint at high temperature, the metal and metal contact flexible graphite seal pads are used to replace the floating metal winding pads. The bolt load of the metal ring is used to compensate the relaxation effect of the flange joint, thus ensuring the stability of the load of the gasket seal ring and the reliability of the flange joint sealing. However, the research on the contact flange joint of metal and metal is relatively less, and there is no corresponding design method of flanges and bolt assembly tightening methods. Therefore, a more comprehensive study of the sealing reliability of the metal and metal contact flange joints is needed from the assembly, loading and creep conditions. The law of the temperature distribution of the flange joint is analyzed, and the thermal structure coupling analysis of the joint is prepared for a further step. In addition, the heat preservation and energy saving benefits of the high temperature flange joint are also analyzed. The analysis of the heat preservation and energy saving benefits of the high temperature flange joint is also analyzed. The results show that the energy saving efficiency of the flange joint after heat preservation can reach 94.64%. Only 12 to the high temperature and large flange can save 859 thousand and 300 yuan / year.2). The analytical calculation method for the sealing of metal and metal contact flange joint is established, and the sealing performance evaluation of flange joint based on the leakage rate criterion is established. The analytical calculation method is relatively simple and easy to use and is more comprehensive in consideration of load conditions. It is suitable for preloading, external load, internal pressure, thermal load and the combined working condition of these loads, and the thermal tight working condition.3). The behavior of metal and metal contact flange joints under pre tightening and high temperature conditions is studied by analytical method and finite element method. The flange deflection angle and the axial thermal expansion of the outer metal ring of the gasket are the main factors affecting the gasket load, that is, the sealing performance of the flange joint. When the metal is in contact with the metal, the load of the gasket seal ring decreases with the increase of the flange deflection angle or the axial thermal expansion of the outer metal ring of the gasket to reduce.4) to the contact flange joint of metal and metal. The creep relaxation is analyzed. The long-term creep of the flange joint at high temperature is another key factor affecting the sealing reliability of the metal and metal contact flange joints. The creep relaxation will break the metal contact with the metal, and then threaten the sealing reliability of the flange joint.5). "Metal and metal contact correction" idea to improve the bolt assembly efficiency and ensure assembly effect. Metal and metal contact gasket corresponds to the "cushioned sheet" state and "hard gasket" state before and after the metal and metal contact formation. In the bolt assembly process, a larger initial bolt pretightening force can be set to make the gasket from the first one. The property of the hard gasket will make the bolt pretightening force evenly distributed evenly and close to the target value in the subsequent tightening process. According to this idea, a suitable and highly assembled bolt tightening method is recommended for practical engineering installation reference. The research results of this paper are in aromatics heavy loading. It has been industrialized and has been tested for nearly 2 years and proved the reliability of the flange joint heat preservation transformation.
【學(xué)位授予單位】：華東理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TE96

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本文編號：2150132