大型列管式固定床反应器管板与反应管焊接技术研究

论文摘要

大型列管式固定床反应器和大型列管式换热器在工业中广泛应用。该类设备在结构上的一个共同点是,管板上的管孔密集,且管板与列管常采用焊接形式连接。采用焊接连接形式,优点是制造方便,连接强度高,缺点是会造成焊接缺陷、产生残余应力、引起管板变形。可见,管板与列管的焊接连接质量是该类设备的一个重要的质量控制点,如果管板与列管焊接质量不理想,将会导致反应物的泄漏和反应物的串流,从而严重影响设备的正常操作,甚至会造成重大的安全事故。因此,确保列管与管板的接头焊接质量对此类设备的安全运行至关重要。本文以管壳式反应器和换热器的管板与列管焊接技术为研究对象,采用有限元理论和方法,重点对管板与列管间的焊接温度场、焊接残余应力、焊接变形、焊接影响范围和焊接顺序等问题进行分析、研究。采用结构分析软件ANSYS,对一顺酐工业生产中的典型设备-固定床列管式反应器的管板与列管焊接问题进行了数值计算,分析和研究了影响该设备管板与列管焊接质量的问题,给出了确保该设备管板与列管间焊接应力最小的焊接工艺,保证了该设备的制造质量。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 论文研究的背景
• 1.2 研究及制造现状
• 1.3 主要研究内容
• 第2章 设备概况简介
• 2.1 设计参数、材料及结构
• 2.2 主要技术要求
• 2.3 管板与列管焊接难点分析
• 第3章 焊接有限元分析及计算机模拟技术简介
• 3.1 理论背景介绍
• 3.1.1 描述焊接过程中温度场分布的基本方程
• 3.1.2 热场与热应力场耦合求解的计算方法
• 3.1.3 材料非线性问题的有限元计算
• 3.2 计算机模拟技术发展介绍
• 3.3 大型有限元软件ANSYS介绍
• 第4章 列管与管板焊接残余应力研究
• 4.1 焊接温度场、应力应变场的模拟
• 4.1.1 材料的热物理性能参数
• 4.1.2 网格划分和单元类型
• 4.1.3 热源模型选取
• 4.1.4 热源的移动
• 4.1.5 加载边界条件
• 4.1.6 求解
• 4.1.7 焊接工艺参数
• 4.2 焊接温度场和应力应变场计算结果及分析
• 4.2.1 焊接工艺条件1的焊接温度场和应力应变场计算结果及分析
• 4.2.2 焊接工艺2条件下的温度场和应力应变场计算结果及分析
• 4.2.3 焊接工艺3条件下的温度场和应力应变场计算结果及分析
• 4.2.4 焊接工艺4条件下的温度场和应力应变场计算结果及分析
• 4.2.5 焊接工艺5条件下的温度场和应力应变场计算结果及分析
• 4.3 五种焊接工艺的残余应力比较
• 4.4 结论
• 第5章 列管与管板的焊接范围研究
• 5.1 计算模型与条件
• 5.1.1 计算区域几何模型
• 5.1.2 边界条件
• 5.1.3 物性参数
• 5.1.4 计算区域网格划分
• 5.2 单管计算结果
• 5.2.1 温度分布
• 5.2.2 应力分布
• 5.2.3 焊接完毕时等效塑性应变
• 5.3 结论
• 第6章 列管与管板焊接顺序研究
• 6.1 计算模型与条件
• 6.2 两种焊接顺序下的应力应变分析
• 6.2.1 采取顺序1焊接温度场分布
• 6.2.2 采用顺序2的焊接温度场分布
• 6.3 列管与管板焊接顺序结论
• 第7章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.1.1 列管与管板焊接工艺
• 7.1.2 列管与管板焊接顺序
• 7.2 应用前景展望
• 参考文献
• 致谢