螺紋鎖緊環(huán)U形管式換熱器管箱端部密封結(jié)構(gòu)分析研究與改進(jìn).pdf

1、隨著石油資源的日益貧乏、環(huán)保力度的不斷加大，煉油廠對加氫裝置需求也日漸增大，螺紋鎖緊環(huán)U形管式換熱器作為其中一種重要的高溫高壓換熱器，其操作壓力管程一般為9.0～20.0MPa，殼程為2.5～20.0MPa，管殼程操作溫度為200～440℃，公稱直徑范圍為Φ500mm～Φ1900mm，介質(zhì)含氫和硫化氫等。該類型換熱器具有一般管殼式螺栓法蘭連接的U形管式換熱器所不具備的優(yōu)點，如密封較可靠且在線可控、結(jié)構(gòu)較緊湊、換熱面積利用率高等，但也存在

2、鎖緊環(huán)加工與裝拆困難、管箱比較笨重、造價高等不足之處。故本論文對其管箱端部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究分析和改進(jìn)，即采用一種新型D形螺栓替代原大型梯形螺紋管箱端部連接等結(jié)構(gòu)改進(jìn)措施，并對該新型D形螺栓U形管式換熱器改進(jìn)前后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了彈塑性力學(xué)分析、比較及優(yōu)化，具體工作如下:
　　首先，研究分析了原螺紋鎖緊環(huán)U形管式換熱器的結(jié)構(gòu)及其特點、密封原理、裝拆過程及存在的問題等，闡述了其常規(guī)設(shè)計的過程與方法;通過對管箱端部的彈性分析，得到了梯形螺紋根部

3、的應(yīng)力分布規(guī)律;通過對不同幾何參數(shù)時梯形螺紋的有限元模擬，分析了螺紋扣數(shù)、螺距、牙型角與螺紋牙底圓角半徑對其承載能力等的影響;對管箱端部的熱應(yīng)力分析與彈塑性分析則考察了溫度載荷與材料模型對其應(yīng)力分布等的影響;此外還優(yōu)化了管箱端部的結(jié)構(gòu)尺寸，達(dá)到了減少材料消耗、降低成本的目的。
　　其次，介紹了新型D形螺栓U形管式換熱器兩種型式的結(jié)構(gòu)及其特點、加工制造、裝拆過程等，闡述了其常規(guī)設(shè)計的方法，設(shè)計比較發(fā)現(xiàn)改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)在加工制造、裝拆性能

4、及材料消耗上均優(yōu)于原結(jié)構(gòu);通過對新型結(jié)構(gòu)兩種D型螺栓布置方式的管箱端部結(jié)構(gòu)的彈性分析，得到了它們的應(yīng)力分布情況，并詳細(xì)分析了螺紋根部的應(yīng)力分布規(guī)律;通過進(jìn)一步的熱應(yīng)力分析與彈塑性分析，考察了溫度載荷與材料模型對它們應(yīng)力分布的影響;對比發(fā)現(xiàn)D形螺栓軸線位于頂蓋側(cè)時的新型D形螺栓U形管式換熱器管箱端部的應(yīng)力分布情況要優(yōu)于D形螺栓軸線位于管箱筒體側(cè)時的情況。
　　最后，運用Visual Basic.NET編制了一款能用于螺紋鎖緊環(huán)U形管