U 形管换热器法兰接头密封性能分析.pdf

第44卷第9期
工
Vo1.44,No.9
2015年9月
Contemporary Chemical Indust
September, 20
∪形管换热器法兰接头密封性能分析
邓超,柴庆友,庄严1,徐明,昌明
(1.中国寰球工程公司辽宁分公司,辽宁抚顺113006:2.中国石油抚顺石化分公烯烃厂,辽宁抚顺113004)
摘要:将换热器法兰接头作为一个系统进行研究,建立了U形管换热器法兰接头三维有限元模型。根
据ASME中的经验公式采用等厚无孔圆平板代替开f管板,得出了管、売程压差作用下管板的应力分布情况
考虑了垫片材料的非线性和时滞效应,着重分析了操作工况下不同管、売程压差对垫片应力分布及法兰接头紧
密性的影响。
关键词:法兰接头;等效管板;压差;垫片应力;时滞效应
中图分类号:TQO5
文献标识码:A文章编号:1671-0460(2015)09-2196-03
Analysis on Sealing Performance of Flange Joint of U-shaped Heat Exchanger
DENG Chao, CAI Oing- ou, ZUANG Yan, X Ming, LY Min
(1. HQCEC Liaoning Company, Fushun Liaoning 113006, China
2. Petrochina Fushun Petrochemical Company Olefin Factory, Liaoning Fushun 113001, China)
Abstract: In this paper, the flange joint was studied as a system the three-dimensional finite element model o
U-shaped heat exchanger flange joint was established. According to ASME empirical formula, an equivalent round
Slate without opening was used to replace the tube plate with opening; stress distribution of the tube sheet under
differential pressure was obtained. Considering the nonlinear characteristics and time lag effect of the gasket material
effect of the pressure difference on stress distribution of the gasket and sealing performance of the flange joint under
was analvzed
Key words: Flange joint: Equivalent tube sheet; Pressure difference; Gasket stress; Hysteresis effect
U形管换热器因其拆卸方便、结构简单、承压能
根据圣维南原理,模型中所取筒体和管箱的长
力强等优点,被广泛应用于炼油、化工、轻工业等领度L≥(R为法兰内径,な为筒体厚度),以消除边
域。所采用的密封装置形式多样,其中螺栓法兰连缘处轴向应力对法兰应力分布的影响。根据法连接
接应用最为普遍。但法兰接头在研究中存在以下困头几何结构及载荷的对称性,为简化模型,取法
难:(1)足够的法兰刚度仅能保证法兰环不会产生过接头的1/44进行分析计算,两边界面等分两相邻
大的翘曲变形,而不能作为垫片是否满足密封要求的的螺栓孔。
判据。(2)必须将法兰接头作为一个系统进行分析,1.2材料属性
考虑各元件间的相互作用。(3)法兰接头中的结构和
法兰、管箱、筒体、螺栓及螺母材料的物理性
材料非线性特性。采用APDL语句建立了参数化法质见表1,柔性石墨金属波齿复合垫片的压缩回弹
兰接头的〓维有限元模型,考虑了垫片材料压缩时应曲线如图1所示。
力应变曲线的非线性特性及回弹时的时滞效应,分析
表1材料物理性质
了不同管、売程压差对管板及管、壳程垫片应力分布
Table 1 Material properties of flange joint
的影响。更为深入的理解了法兰接头构件间的相互作构件名称材料牌号弹性模量ENMP。泊松比
法
20号钢
用,为设计工作提供了参考和依据。
管箱、筒体Q235钢
2.12e5
螺栓
2.14e:5
1三维有限元模型的建立
螺母
30CRMOA
2.15e5
1.1三维有限元模型
1.3单元类型及约束条件
上、下法兰均为PN40凹面长颈对焊钢制法兰
法兰、螺栓、螺母、管箱、筒体均采用 Solid185
管、壳程垫片为规格相同的以0Cr18Ni9为金属骨架实体単元,管、売程垫片均采用 Inter195单元,垫
的柔性石墨金属波齿复合垫片。
片的材料特性可以由其压缩回弹曲线直接表征。此
收稿日期:2015-07-
作者筒介:邓超(1983-),男,辽宁抚顺人,2007年毕业于沈阳工业大学过程装备与控制工程专业,现从事石油化工设备采购工作。Tei
dengchao@hae