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急冷废热锅炉下部结构合理性分析与优化

作　者: 陈明亚
导　师: 徐宏；王元华
学　校: 华东理工大学
专　业: 化工过程机械
关键词: 急冷废热锅炉 热变形 结构优化 密封 有限元
分类号: TQ221.211
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 44次
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内容摘要


本文针对某石化公司大型乙烯裂解装置四进口急冷废热锅炉(Transfer Line Exchanger, TLE)下部结构热变形不协调和法兰泄漏等问题,开展结构合理性分析与优化研究。采用有限元分析软件ANSYS对TLE下管箱、下封头及绝热内衬在工作温度和机械载荷下的应力场进行了模拟分析。发现TLE下管箱壳体与其内衬有4mm左右的热变形间隙,TLE下封头下法兰X方向和Y方向的最大热变形仅为上法兰的62%和74%,分别为引起内衬开裂和法拉泄漏的主要原因。提出了对下管箱筒体增设加强圈、下管箱内衬分块和在内衬托板与内衬之间预留热变形间隙等优化措施。模拟得出乙烯裂解炉辐射段炉管系统的高温变形及对TLE的作用力,分析了连接法兰泄漏的原因,提出了增加密封可靠性的改进措施,研究成果对提高大型乙烯TLE安全运行和国产化设计具有指导意义。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章 绪论  9-14
  1.1 选题背景  9-12
  1.2 乙烯装置TLE概况  12
  1.3 非对称椭圆形TLE结构特点  12-13
  1.4 本项目研究内容  13-14
第2章 TLE下管箱与其内衬热变形协调分析及改善  14-29
  2.1 非对称椭圆形急冷废热锅炉使用概况  14-15
  2.2 有限单元法及ANSYS分析软件简介  15-16
  2.3 TLE下管箱有限元分析数学模型的建立  16-19
    2.3.1 下管箱数学模型的建立  16-17
    2.3.2 材料物理性能参数及力学性能参数  17-19
  2.4 TLE下部结构温度场测量  19-20
  2.5 表面对流换热系数确定  20-23
    2.5.1 下管箱壳体模拟与测量温度一致时对流换热系数  21-22
    2.5.2 下管箱整体模拟与测量温度一致时对流换热系数  22-23
  2.6 TLE下管箱与其内衬热变形  23-24
    2.6.1 下管箱高温热应力  23
    2.6.2 下管箱高温热变形  23-24
    2.6.3 下管箱内衬高温热变形  24
  2.7 下管箱壳体与其内衬热变形差异  24-25
  2.8 下管箱壳体与其内衬热变形协调性改善措施  25-28
    2.8.1 下管箱壳体增设加强圈  25-27
    2.8.2 采用分块形式内衬  27
    2.8.3 预留支撑托板与内衬变形间隙  27-28
  2.9 结论  28-29
第3章 TLE下封头法兰热变形协调性分析及下部结构优化  29-36
  3.1 下封头数学模型的建立  30-31
  3.2 下封头温度场模拟  31
  3.3 下封头热变形模拟  31-34
    3.3.1 TLE下封头热变形边界条件  32
    3.3.2 TLE下封头高温热应力  32-33
    3.3.3 TLE下封头高温热变形  33-34
  3.4 下封头法兰副上下法兰热变形协调性分析  34-35
    3.4.1 下管箱壳体增设加强圈  34
    3.4.2 加强圈对下封头法兰副上下法兰之间热变形协调性的改善  34-35
  3.5 结论  35-36
第4章 TLE与乙烯裂解炉出口管连接法兰泄漏原因探讨  36-56
  4.1 TLE与乙烯裂解炉出口管连接法兰螺栓的热应力  36-38
  4.2 辐射段炉管对法兰的作用力引起螺栓附加应力  38-50
    4.2.1 辐射段炉管结构  38-39
    4.2.2 辐射段炉管材料及性能  39-40
    4.2.3 辐射段炉管管系变形调节方式  40-41
    4.2.4 炉管系统边界条件与载荷  41-45
    4.2.5 炉管系统高温热变形  45-47
    4.2.6 炉管系统高温热应力  47-48
    4.2.7 有限元模拟结果评价  48-49
    4.2.8 炉管对TLE封头作用力分析  49-50
    4.2.9 炉管对TLE封头作用力引起的螺栓附加应力  50
  4.3 TLE与乙烯裂解炉出口管连接法兰密封性能改善措施  50-54
    4.3.1 具有碟簧的法兰连接  50-52
    4.3.2 辐射段跨越管预应力处理  52-54
  4.4 结论  54-56
第5章 结论与展望  56-58
  5.1 本文主要结论  56-57
  5.2 展望  57-58
参考文献  58-62
致谢  62-63
研究生期间取得成果  63

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 基本有机化学工业 > 脂肪族化合物（无环化合物）的生产 > 脂肪族烃 > 不饱和脂烃 > 单烯烃 > 乙烯
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