曼型煤气柜渗漏油失效的有限元分析及其治理

【摘要】：曼型煤气柜自出现以来在国内外大型钢铁厂、化工厂及民用设施得到广泛应用,对于平衡输气管路系统压力波动,平衡二次能源的发生与消耗发挥重要作用。很多工厂在使用煤气柜过程中遇到焊缝渗漏密封油的问题,查找失效原因并采取合理措施,对维护设备长期稳定运作具有重要意义。基于ANSYS软件,针对煤气柜在操作工况时多种载荷共同作用时应力与变形进行了有限元计算,并将有限元结果与基于板壳理论推出的侧板、抗风环等结构的解析解进行对比,验证了有限元解的准确性。结果表明,各向应力沿煤气柜环向一圈变化不大,即结构载荷对煤气柜的各个方位的影响无明显差异,而煤气柜的失效是有一定的方位性的,说明结构载荷这一因素影响较小。根据ASHRAE晴空模型,选用根据我国太阳辐射强度拟合得到的随年序日连续变化的系数,应用ANSYS计算了煤气柜日照温度场分布。根据“室外折算综合温度tz”表征法求得太阳辐射正晒面的温度结果与有限元结果基本相同。根据求得的日照温度场计算煤气柜在操作工况下的热应力及其变形,发现侧板左右边缘处应力分布很不均匀,有点状突变,但是在材料许用应力范围内,正常情况下不会引起失效,该处为焊接热影响区,其削弱了煤气柜局部结构的承载能力,所以热应力可作为煤气柜局部失效的重要因素。基于专用焊接模拟软件SYSWELD进行侧板与导轨板间焊缝的模拟,焊后构件残余应力大小表明焊接热影响区已经发生塑性变形,结构的脆性增加,承受外载荷的能力下降。在侧板与导轨板焊接时沿焊缝方向有收缩变形,同样在下一步两侧板连接焊时在同样位置具有最大收缩变形,这导致了两道焊缝构成的三角焊缝是煤气柜结构强度最弱的位置,也是实际工况中煤气柜的泄漏位置,可见,焊接质量对煤气柜的正常使用有关键性的作用。基于以上分析,提出了安装调整、挠性加固与焊接质量控制这几种治理措施,对于煤气柜的设计、安装及泄漏问题的解决具有工程参考价值。 【关键词】：曼型煤气柜 有限元方法 日照温度场 热应力 焊接模拟
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ547.91
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 引言9-10
• 1.2 研究目的与意义10
• 1.3 国内外研究现状10-13
• 1.3.1 曼型干式煤气柜研究现状10-11
• 1.3.2 钢结构日照温度场热应力分析研究现状11-12
• 1.3.3 焊接过程有限元研究现状12-13
• 1.4 曼型干式煤气柜渗漏油问题介绍13-16
• 1.4.1 某钢铁厂曼型干式气柜设计参数13-14
• 1.4.2 某钢铁厂曼型干式煤气柜失效问题描述14-16
• 1.5 本文主要研究内容16-18
• 第2章 煤气柜在操作工况下整体结构有限元分析18-38
• 2.1 煤气柜整体有限元建模18-25
• 2.1.1 曼型煤气柜结构介绍18-22
• 2.1.2 煤气柜有限元模型的简化方法22-25
• 2.2 煤气柜整体有限元分析载荷工况的设计25-27
• 2.2.1 煤气柜结构有限元分析方法描述25-26
• 2.2.2 模型边界条件26
• 2.2.3 结构应力有限元分析载荷工况的确定26-27
• 2.3 煤气柜整体有限元分析结果27-33
• 2.3.1 应力有限元结果27-30
• 2.3.2 位移有限元结果30-33
• 2.4 煤气柜侧壁板板壳力学模型理论解33-37
• 2.4.1 内压作用下侧板设计理论33
• 2.4.2 内压作用下侧板最大变形求解公式33-37
• 2.5 本章小结37-38
• 第3章 煤气柜在日照作用下表面温度场研究38-50
• 3.1 引言38-39
• 3.1.1 热传导38
• 3.1.2 热对流38-39
• 3.1.3 热辐射39
• 3.2 日照温度场求解理论39-44
• 3.2.1 太阳辐射的几种形式39-42
• 3.2.2 太阳辐射强度计算理论42-44
• 3.2.3 煤气柜日照温度场计算参数设置44
• 3.3 煤气柜日照表面温度场44-46
• 3.4 “室外折算综合温度t_z”表征法温度场求解46-49
• 3.5 本章小结49-50
• 第4章 煤气柜在日照作用下的表面热应力50-59
• 4.1 引言50
• 4.2 热应力50
• 4.3 热应力的基本关系式50-52
• 4.4 煤气柜表面热应力作用下求解结果52-58
• 4.4.1 应力有限元结果52-55
• 4.4.2 位移有限元结果55-58
• 4.5 本章小结58-59
• 第5章 煤气柜渗漏油位置焊缝焊接残余应力有限元分析59-70
• 5.1 引言59
• 5.2 焊接模拟有限元分析模型59-62
• 5.2.1 焊接热源模型的选择59-60
• 5.2.2 焊接模型的建立60-62
• 5.3 焊接温度场与残余应力研究62-68
• 5.4 煤气柜失效治理方案68-69
• 5.5 本章小结69-70
• 第6章 结论与展望70-72
• 6.1 结论70-71
• 6.2 展望71-72
• 参考文献72-75
• 附录 在读期间科研成果75-76
• 致谢76

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