【摘要】：煉油廠的催化裂化分餾系統(tǒng)中,循環(huán)油漿蒸汽發(fā)生器是重要的換熱設(shè)備,通過其冷卻管程中的循環(huán)油漿,提升殼程中汽水混合物的溫度,達(dá)到節(jié)能目的。但循環(huán)油漿蒸汽發(fā)生器往往在使用前期就會(huì)出現(xiàn)管板開裂等問題,嚴(yán)重的影響了設(shè)備與裝置的安全平穩(wěn)運(yùn)行,同時(shí)還會(huì)造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。因此,關(guān)于循環(huán)油漿蒸汽發(fā)生器的相關(guān)研究受到了高度重視,尋找其管板發(fā)生斷裂失效的原因,采取措施以延長其使用壽命具有重要意義。本論文以循環(huán)油漿蒸汽發(fā)生器為研究對象,就其管板發(fā)生斷裂失效的原因,開展以下力學(xué)分析：(1)采用HTRI軟件,計(jì)算得到了循環(huán)油漿蒸汽發(fā)生器內(nèi)介質(zhì)的溫度分布及對流傳熱系數(shù),并通過有限元分析獲得了循環(huán)油漿蒸汽發(fā)生器的溫度場。結(jié)果表明：由于插進(jìn)管板的管束內(nèi)介質(zhì)影響,管板溫度分布與兩側(cè)受溫度介質(zhì)作用的無孔平板中溫度分布相差很大,管板殼程側(cè)流體影響深度明顯減少。(2)采用有限元方法,考察了溫度場作用下循環(huán)油漿蒸汽發(fā)生器管板表面的應(yīng)力分布形式與數(shù)值大小。結(jié)果表明：熱載荷作用下,管板兩側(cè)表面多為拉應(yīng)力狀態(tài)。產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因主要有兩點(diǎn),一是插入管板的管束內(nèi)介質(zhì)溫度對管板溫度場的影響；二是管板表面不同分程區(qū)域之間的溫度不同。結(jié)果還表明：由于各管程側(cè)流體溫度不同,管板表面溫度分布也不均勻,管程側(cè)介質(zhì)溫度越高,該區(qū)域管板表面拉應(yīng)力越大。拉應(yīng)力值較大的區(qū)域容易使循環(huán)油漿蒸汽發(fā)生器的管板發(fā)生失效。(3)分析了六種工況下管板厚度對循環(huán)油漿蒸汽發(fā)生器管板表面應(yīng)力的影響。結(jié)果表明：壓力載荷作用下,管板表面的最大拉應(yīng)力值隨著管板厚度的增加而減小;但熱載荷作用下,管板表面的最大拉應(yīng)力值則隨著管板厚度的增加而增加,特別是殼程側(cè)的拉應(yīng)力增大尤為明顯；當(dāng)管板厚度超過一定數(shù)值時(shí),溫差載荷引起的拉應(yīng)力會(huì)超過壓力引起的拉應(yīng)力,所以管板厚度并不是越大越好。(4)研究了六種工況下六管程的兩種分程結(jié)構(gòu)對循環(huán)油漿蒸汽發(fā)生器管板表面應(yīng)力的影響。結(jié)果表明：對于管板厚度相同、分程結(jié)構(gòu)不同的循環(huán)油漿蒸汽發(fā)生器,管板表面的應(yīng)力的分布形式不同,但應(yīng)力大小差異較小。這說明在相同管板厚度的情況下,調(diào)整分程結(jié)構(gòu)不能有效地降低管板表面應(yīng)力。(5)在循環(huán)油漿蒸汽發(fā)生器結(jié)構(gòu)參數(shù)及工藝參數(shù)不變的情況下,僅改變管板的管程數(shù),考察了六種工況下管程數(shù)(六管程、四管程、二管程)對循環(huán)油漿蒸汽發(fā)生器管板表面應(yīng)力的影響。結(jié)果表明：管程數(shù)不同,管束排布形式不同,則管板表面高應(yīng)力區(qū)域的位置就不同,雖然對于不同的管程數(shù),管板表面應(yīng)力分布形式及大小差異較小,但是管板表面高應(yīng)力區(qū)域大小因管程數(shù)的不同而不同,其中二管程的高應(yīng)力區(qū)域較大,四管程、六管程次之。(6)分析了六種工況下循環(huán)油漿蒸汽發(fā)生器管板厚度方向的徑向應(yīng)力分布。結(jié)果表明：不同工況下,該應(yīng)力對管板裂紋的形成及擴(kuò)展具有不同影響。其中,對于含有熱載荷的工況,管板在殼程側(cè)較小厚度范圍內(nèi)存在較大拉應(yīng)力,增大了形成裂紋的可能性；但是在管板中間厚度范圍內(nèi)存在壓應(yīng)力,能阻礙裂紋沿管板厚度方向上的擴(kuò)展；而管板在管程側(cè)較小厚度上的應(yīng)力分布因工況的不同而不同。(7)本論文研究表明浮頭換熱器的管板設(shè)計(jì)若不考慮熱應(yīng)力的作用,在冷熱流體溫差大并且管板較厚的情況下,會(huì)產(chǎn)生不安全的結(jié)果,本論文分析的循環(huán)油漿蒸汽發(fā)生器就是典型的例子,也就是說,由于未考慮管板熱應(yīng)力,循環(huán)油漿蒸汽發(fā)生器中關(guān)于管板的強(qiáng)度設(shè)計(jì)可能是不安全的。
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【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TE965

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 郭崇志;肖樂;;換熱器流固傳熱邊界數(shù)值模擬溫度場的順序耦合方法[J];化工進(jìn)展;2010年09期

2 谷芳;崔國起;黃勁松;秦競?cè)?張曼;;基于熱流固耦合的換熱器溫差應(yīng)力分析[J];化工裝備技術(shù);2011年06期

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本文編號：2280258