加氢反应器法兰安装密封技术

加氢反应器是加氢装置的关键设备,其顶部法兰安装时的密封技术要求高、难度大。吸取某300万t/a柴油加氢装置加氢反应器首次开工时法兰密封泄漏及维修缺少充分技术准备的教训,从密封结构特点出发确定了泄漏类型为密封压紧面泄漏,从螺栓预紧力矩计算、法兰密封槽和螺栓及垫片检查修复、法兰槽研磨及配合精度检查、紧固等方面细化安装程序和要求,在同类型加氢反应器法兰密封过程中严格落实,取得了良好应用效果,积累了成功经验。

高压设备焊接密封隔膜垫的计算与设计探讨

高压设备的法兰和人孔密封结构一般都采用焊接密封,其焊接密封有多种形式,隔膜垫焊接密封为其中之一,因隔膜垫有结构简单、拆卸方便、密封效果好、可靠性高等优点而备受青睐。目前,隔膜垫的螺栓载荷计算与设计形式在国内没有具体标准可依据,只有借鉴参考国外专利商的标准或国内其他焊接形式的标准。在汇总隔膜垫多种计算方法的基础上,用具体的工程实例,将国内压力容器计算软件SW6-2011V5.0新增加的隔膜垫预紧载荷计算方法几种取值选择与国外专利商隔膜垫计算结果做了对比,根据工程设计使用经验合理原则,评估了各种取值方法的特点,以供后续设计者根据实际工程需要或设计安全裕量控制原则进行有效选择,并从隔膜垫宽度、厚度、密封焊缝等技术设计方面提出了需要关注的技术特点,为焊接密封隔膜垫的设计计算提供参考借鉴。

螺栓法兰接头安全密封技术(二)——基于控制泄漏率的垫片应力及其试验方法

建立以控制泄漏率为目标的法兰设计方法,以及相应的垫片系数和试验方法成为密封设计和研究的主要方向。在介绍和比较ASME、PVRC、EN和JIS垫片系数和试验方法的基础上,分析了垫片应力、垫片系数和密封准则的相互关系,从而为确定基于容许泄漏率的目标垫片应力提供计算依据。

螺栓法兰接头安全密封技术(一)——安装螺栓载荷

安装螺栓载荷不足和安装不当是引起螺栓法兰接头泄漏的主要原因,结合螺栓载荷和垫片应力的相关定义,针对目前在安装螺栓载荷上的一些认识问题进行分析和探讨,以引起工程设计和现场安装人员的重视,为安全密封提供应用参考。

垫片密封技术研究现状与展望

介绍了泄漏模型、垫片性能、密封材料及螺栓法兰连接系统设计方法的研究现状 ,对其进一步发展提出了一些看法。

螺栓法兰连接系统的可靠性设计

总结了近年来螺栓法兰连接系统的理论分析和试验研究成果,避开了原有垫片系数“m、y”值,提出了可靠的设计方法,使其与工程实际更为接近。

基于螺栓力的法兰接头泄漏率预测模型研究

螺栓法兰接头在石化装置中应用广泛,也是频繁泄漏部位之一,主要是由于螺栓力不足导致密封垫片应力下降从而引起泄漏,因此接头运行过程中螺栓力变化对于其密封性能至关重要。针对该问题,提出以泄漏率为指标,研究法兰接头螺栓力与垫片应力的关系,构建基于螺栓力的法兰接头泄漏率模型,并开展接头螺栓力和泄漏率试验,验证模型可靠性。实验结果表明,随着内压升高,螺栓力增大、垫片应力下降,螺栓力和垫片应力存在单调对应关系,垫片应力理论计算值与试验值之间对应较好,接头泄漏率理论值同实验值相比具有较好的可比性。因此,基于接头螺栓力预测泄漏率是可行的,同时该模型对于监测法兰接头服役过程中螺栓力的变化具有重要的理论意义。

理想情况下火箭发动机法兰系统密封模糊可靠性分析

文中将火箭发动机上的法兰系统作为一个整体,对其在理想情况下的密封模糊可靠性问题进行了较为详细地研究。算例结果表明,文中的分析方法是可行的。

螺栓法兰接头紧固密封的研究展望

介绍了法兰螺栓紧固密封的原因及影响其紧固密封的因素,根据目前国内外的研究状况提出了存在的问题,并展望了今后对此研究的发展趋势。

“U”形管换热器中管板-法兰-垫片-螺栓连接系统的非线性有限元分析

从整体性观点出发,考虑垫片的非线性性质和应力-应变时滞效应,用大型有限元软件ANSYS建立了“U”形管换热器中等效管板和法兰垫片螺栓连接系统的非线性三维有限元模型,并且考虑垫片的非线性与时滞效应,着重分析了预紧和加压两种工况下垫片材料的时滞效应、不同的管壳程压差以及不同的螺栓预紧力和不同的螺栓尺寸等因素对法兰接头紧密性的影响。

法兰连接中螺栓预紧力及垫片密封性的研究

对压力管道法兰连接中螺栓的受力、预紧力的计算方法进行了分析,研究了垫片的密封性能,包括基本密封特性、压力-回弹特性、垫片的厚度和宽度效应。得出了法兰连接时,连接点的泄漏与螺栓预紧力、密封面状态、使用工况、垫片等有关的结论。

确定法兰螺栓预紧力的EN法与Waters法对比研究

为了验证不同方法计算所得的螺栓预紧力能否满足密封性要求,选取2种不同尺寸和工况的管法兰-螺栓-垫片模型,进行有限元分析。运用ANSYS Workbench有限元软件建立三维模型,施加温度载荷后得到法兰系统的温度场分布。根据EN13445附录G和Waters方法确定了螺栓预紧力,分别作为初始预紧力施加在对应的管法兰系统上并进行热-结构耦合。对预紧工况和操作工况下的法兰系统进行模拟分析,并对其密封及其强度性能进行评定。结果表明:通过EN法和Waters法计算所得的螺栓预紧力,均能使法兰系统满足密封条件且符合安全评定要求;但EN13445附录G方法确定的螺栓预紧力能保证应力在法兰上更均匀地分布,且应力水平更低;EN13445附录G方法在计算时考虑了整个法兰连接接头的密封要求及其强度要求,相较于Waters法考虑情况更加全面。

法兰泄漏校核方法的探讨

分析了法兰泄漏的原因与影响因素,介绍和对比了5种常用的法兰泄漏校核方法,提出了一种全面考虑管道外力、螺栓预紧力和垫片密封性能的法兰泄漏校核新方法,并给出了计算实例说明方法应用的关键点,同时通过工程实践应用证明该方法科学合理简单易用,并且在进行法兰泄漏校核的同时提出对法兰安装预紧力的要求,可用于指导法兰现场施工。

理想情况下法兰连接系统的密封模糊可靠性

现代工业对法兰联接系统的密封可靠性提出了越来越高的要求。文中对理想情况下法兰的密封模糊可靠度进行了较为详细的研究。算例结果表明,文中的分析方法是可行的。

考虑非线性的法兰接头三维有限元分析

法兰接头三维有限元模型包括法兰环、垫片、螺栓、连接壳体和焊缝，考虑了垫片材料受压时应力应变的非线性关系。模型为参数化模型，可以方便地更改各参数的数值，以便研究法兰接头的几何尺寸、材料性质和载荷大小对法兰接头强度与紧密性的影响。研究中考虑了两个加载过程：螺栓拧紧过程和施加内压过程。研究可以同时分析在螺栓拧紧过程和加压过程中法兰接头的整体性以及在加压过程中的法兰接头的密封性能。研究中，法兰环的弯曲、螺栓的弯曲和拉伸及垫片压应力的不均匀分布都可以模拟；结构尺寸、材料特性、螺栓拧紧程度和法兰接头的内压载荷对法兰接头的影响都可进行系统地分析。

PTFE缠绕垫片旋转法兰的强度及密封性能研究

带垫片的螺栓法兰为压力容器管道的重要连接件,现行的基于Waters算法的规则设计难以保证法兰连接承受复杂载荷的完整性及密封有效性,根据欧盟标准BS EN 13445-3-2009附录GA的设计原则,建立PTFE缠绕垫片的压缩回弹本构关系,采用3D非线性有限元方法分析垫片及螺栓连接的旋转法兰组件受到内压及外载作用的强度及密封性能,结果表明螺栓预紧及操作条件下垫片法兰的密封性能及强度性能满足要求,螺栓预紧力的确定与内压及外载的大小,动态变化的垫片压应力、螺栓分散性有关。

基于ANSYS的凹凸管法兰系统密封性能研究

运用ANSYS有限元分析软件,建立凹凸管法兰系统的热-结构数值模型,对系统内各组件的应力与温度对系统密封性的影响规律进行分析。结果表明:法兰管道与螺栓外侧法兰外缘所受应力相对较小,螺栓内侧法兰所受应力相对较大;在预紧、预紧+内压、预紧+内压+温度3种工况下垫片的径向应力过渡方式均为由大变小再变大的变化趋势,且在预紧工况下垫片的压应力最大;自螺栓底面至顶面螺栓轴向应力呈逐渐增大再减小的变化趋势。

EN 13445中法兰设计另一方法的分析和讨论

目前大部分国家压力容器规范中采用的基于Taylor-Forge法的法兰设计方法是一个强度设计方法,而不一定能保证螺栓法兰连接接头的密封性能。欧盟压力容器设计标准EN 13445:3的附录G提出了一个法兰设计的另一方法,该方法与传统的Taylor-Forge法存在很大的不同。首先简要叙述了法兰密封的基本原理以及该另一方法的计算内容和设计步骤,然后对该方法的主要内容进行了分析和讨论。通过与Taylor-Forge法的比较,说明了该方法在计算内容和步骤上的合理性;又通过分析该方法所采用的垫片系数及其来源以及与PVRC方法采用的垫片系数进行比较,说明了该方法的灵活性和工程应用的可行性。

法兰接头预紧过程中垫片应力场数值模拟分析

螺栓法兰接头安装过程中的螺栓弹性交互作用会造成各螺栓预紧载荷不均匀,从而影响其密封性能。文中考虑垫片压缩回弹曲线的非线性和迟滞性,建立了DN80的法兰接头三维有限元模型。以ASME PCC-1标准中螺栓传统星形预紧方式为例,分析了预紧过程中螺栓载荷及垫片应力的变化。结果表明:即使按照标准中规定的螺栓加载方式,预紧后螺栓载荷仍有较大的分散性;螺栓载荷的分散性会造成垫片接触应力沿周向分布不均匀;垫片应力最小值出现在6#和7#螺栓之间,其大小仅为目标应力的74.3%,表明法兰接头最容易在此处发生泄漏。

基于有限元的LNG管道法兰连接紧密性分析

螺栓法兰连接是一种管道连接形式,其密封性能是工程中关注的重要问题,而垫片密封是螺栓法兰连接中被广泛应用的密封形式。综合考虑螺栓预紧力、管道压力、温度、管道结构及低温下材料力学性能,建立管道、法兰、垫片、螺栓系统的热-结构耦合有限元模型,分析螺栓法兰连接在安装工况、压力工况、低温压力工况下垫片接触应力分布规律、螺栓拉应力及管道位移变形。结果表明:低温压力工况下,垫片接触应力周向分布不均匀,管道结构对螺栓法兰连接密封性能有较大影响。