高温法兰连接结构的有限元模拟及安全评定.pdfVIP

第5l卷第 6期 化 工 设 备 与 管 道 、，01．51 No．6 2014年 12月 PROCESSEQUIPMENTPIPING Dec．2014 高温法兰连接结构的有限元模拟及安全评定 郑小涛，王明伍 ，喻九阳，程诗，林纬 (武汉工程大学化工装备强化与本质安全湖北省重点实验室，武汉 430205) 摘 要：利1~ANSYS软件分析 了高温螺栓法兰连接系统在预紧、承压及热．机操作_z-~-F的应力和变形行 为，并基于强度分析和密封分析对螺栓法兰连接进行了安全评定。结果表 明：不同工况下，应力具有相 似的分布规律，法兰最大应力在螺母与法兰接触面的内侧，上、下法兰应力分布具有对称性；螺栓应力 呈现拉弯组合形变，最大应力出现在由中间向两端第一个螺纹根部；垫片应力在各工况下均呈现为外大 内小，密封面压力均大于满足密封要求的最小压紧力，法兰的转角均小于0_3。，满足法兰刚度要求，强度 分析和密封分析均满足要求，具有 良好的紧密性，给出了一种工程分析方法。 关键词：有限元；法兰连接；紧密性；安全评定 中图分类号：TQ050．3；TH123 文献标识码：A 文章编号：1009．3281(2014)06—0005．005 法兰连接系统广泛应用于石油化工行业 的压力 图2所示 。上、下法兰公称压力和公称直径分别为 容器及管道中。在高温高压操作工况下，法兰连接系 CLASS600和DN300。垫片为金属缠绕垫片，其公 统可能发生偏转、翘曲、蠕变、应力松弛等变化，从 称压力和公称直径分别为 CLASS600和DN300，法 而造成法兰泄漏。法兰泄漏往往是石油化工等企业发 兰和垫片均按美洲体系选用。该系统共有20个M33 生重大事故的主要原因之一 [1]。法兰接头的紧密性是 的等长双头螺柱，及 40个与其配套的螺母 。 我国炼化行业法兰连接系统长周期安全运行的保障， 而保证连接系统的强度安全和密封安全是保证高温 法兰连接紧密性的关键 】。 BazerguiA3卅【对垫片的压缩 回弹特性进行了实 验研究，发现垫片具有典型的非线性压缩 ．回弹特 性，并讨论了垫片应力和蠕变松弛对法兰密封性的影 响。顾伯勤、陆晓峰 [5详细阐述了垫片的密封机理 及垫片密封性能，并在法兰连接系统安全评定方面做 图1 法兰尺寸 出了部分研究。考察螺栓法兰接头的密封性能时，必 Fig．1Flangedimensions 须将连接结构作为一个整体系统综合考虑 [7]。本文用 ANSYS建立了三维有限元模型对法兰连接系统在预 紧工况、承压工况、操作工况下的紧密性进行了分析。 从强度分析和密封分析两个方面着手，对各工况下法 兰、垫片、螺栓的强度进行了评定，对垫片密封和法 兰刚度进行评定。本文以某炼化设备中某高温法兰连 图2 垫片尺寸 接系统为研究对象，对其进行紧密型分析，给出一种 Fig．2Gasketdimensions 工程方法。 收稿 日期：2014—06—30 基金项 目：国家自然科学基金资助项 目；湖北省教育 1 法兰连接系统基本参数 厅科学研究计划项 目(；武汉工程大学研究 生教育创新基金项 目fC 1．1 法兰连接系统几何尺寸