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油浆蒸汽发生器螺栓法兰连接高温密封性能研究

刘清阳  
【摘要】:油浆蒸汽发生器是催化裂化装置分馏系统中重要的换热设备,其主要功能是利用管程油浆加热壳程除氧水产生蒸汽,同时冷却油浆。油浆蒸汽发生器螺栓法兰连接的密封性能受温度和压力的影响显著,极易发生泄漏,尤其在温度、压力频繁波动的场合。因此,研究高温下螺栓法兰连接的密封性能具有理论意义及工程实用价值。本文以油浆蒸汽发生器的管箱螺栓法兰连接为研究对象。采用有限元计算方法分析研究高温工况、预紧工况、内压工况、操作工况下螺栓法兰连接温度场、应力场、耦合场问题,探讨了稳态高温、不同螺栓预紧力、不同管壳程压力差、热-结构耦合工况下密封性能的变化,并对其密封性能进行评价。主要研究内容如下:1.将螺栓、法兰、垫片和管板等元件作为一个整体,依据等效管板理论,简化并建立螺栓法兰连接三维模型。2.根据传热学理论建立螺栓法兰连接热分析有限元模型,对螺栓法兰连接进行稳态温度场分析,得到螺栓法兰连接各元件的温度场分布,其结果将作为后续的热-结构耦合分析的温度载荷。3.阐述了热-结构耦合场分析方法,即将温度场结果导入结构分析中。考虑垫片材料压缩回弹特性和接触非线性行为,利用有限元分析软件ANSYS对螺栓法兰连接进行了预紧工况、内压工况和操作工况模拟分析计算,得到法兰、螺栓、垫片的应力分布,并对螺栓法兰连接密封性能进行评价。4.研究碟形弹簧对垫片密封性能的影响,分别对其进行预紧工况、内压工况和操作工况下模拟分析,得到了三种工况下垫片的应力分布。结果表明:在预紧工况、内压工况下碟形弹簧对垫片应力影响较小;在操作工况下,碟形弹簧使管、壳程垫片应力分布更均匀且应力增大,提高了螺栓法兰连接的密封性能。


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