一種高溫大直徑厚法蘭接頭升溫方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高溫大直徑厚法蘭接頭升溫方法，對(duì)螺栓法蘭接頭進(jìn)行間歇式升溫至指定溫度，減小使螺栓法蘭接頭在升溫過程中產(chǎn)生的應(yīng)力，間歇式升溫是指通過升溫?保溫?再升溫重復(fù)循環(huán)的方式升溫；縮短升溫時(shí)間、降低升溫成本，并不產(chǎn)生較大熱梯度的效果，防止螺栓法蘭因升溫導(dǎo)致的蠕變，不影響系統(tǒng)的緊密性和密封性。
【專利說明】
一種高溫大直徑厚法蘭接頭升溫方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及法蘭連接技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高溫大直徑厚法蘭接頭升溫方法。
【背景技術(shù)】
[0002]螺栓法蘭連接系統(tǒng)的緊密性是各種壓力容器、化工設(shè)備、工業(yè)管道等在高溫下安全運(yùn)行的重要保障，并且由于在高溫條件下，系統(tǒng)的長時(shí)間運(yùn)行，螺栓、法蘭以及墊片材料極易發(fā)生蠕變現(xiàn)象，使得整個(gè)系統(tǒng)的緊密性降低，產(chǎn)生泄漏。因此，我們很有必要研究溫度場，特別是升溫方式下瞬態(tài)溫度場對(duì)螺栓法蘭結(jié)構(gòu)的應(yīng)力強(qiáng)度的影響，進(jìn)一步得到較優(yōu)的升溫方式，從而提高系統(tǒng)的緊密性等級(jí)，實(shí)現(xiàn)可達(dá)到的密封，以確保管道連接在工作運(yùn)行過程中的安全性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在升溫過程中螺栓法蘭蠕變，影響系統(tǒng)的緊密性和密封性的問題，提供了一種高溫大直徑厚法蘭接頭升溫方法，縮短升溫時(shí)間、降低升溫成本，并不產(chǎn)生較大熱梯度的效果，防止螺栓法蘭因升溫導(dǎo)致的蠕變，不影響系統(tǒng)的緊密性和密封性。
[0004]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0005]—種高溫大直徑厚法蘭接頭升溫方法，對(duì)螺栓法蘭接頭進(jìn)行間歇式升溫至指定溫度，以減小螺栓法蘭接頭在升溫過程中產(chǎn)生的應(yīng)力，間歇式升溫是指通過升溫-保溫-再升溫重復(fù)循環(huán)的方式升溫。
[0006]接上述技術(shù)方案，間歇式升溫具體包括以下步驟:
[0007]I)將整個(gè)升溫過程分隔成若干升溫區(qū)間；
[0008]2)在升溫區(qū)間內(nèi)進(jìn)行升溫；
[0009]3)在每個(gè)分隔溫度點(diǎn)上進(jìn)行保溫。
[0010]接上述技術(shù)方案，前一升溫區(qū)間的溫差比后一升溫區(qū)間的溫差大，前一升溫區(qū)間的升溫時(shí)長比后一升溫區(qū)間的升溫時(shí)長短。
[0011 ]接上述技術(shù)方案，間歇式升溫具體包括以下步驟:
[0012]I)在加溫時(shí)間內(nèi)對(duì)螺栓法蘭接頭進(jìn)行一定的溫升；
[0013]2)在保溫時(shí)間內(nèi)對(duì)螺栓法蘭接頭進(jìn)行保溫處理；
[0014]3)將步驟I)?2)重復(fù)循環(huán)直至指定溫度。
[0015]接上述技術(shù)方案，指定溫度為350°C?500°C，溫升范圍為100°C?300°C，加溫時(shí)間為I OOOs?1800s，保溫時(shí)間為600s?1800s。
[0016]接上述技術(shù)方案，所述步驟3)中，重復(fù)循環(huán)對(duì)螺栓法蘭接頭加溫的過程中，下一次循環(huán)所用的加溫時(shí)間比上一次循環(huán)中所用的加溫時(shí)間長，下一次循環(huán)的溫升比上一次循環(huán)中的溫升小。
[0017]接上述技術(shù)方案，在螺栓法蘭內(nèi)壁處進(jìn)行升溫。
[0018]接上述技術(shù)方案，還包括在升溫過程中記錄螺栓法蘭接頭在瞬態(tài)溫度場下的應(yīng)力場，并對(duì)應(yīng)力場進(jìn)行強(qiáng)度校核。
[0019]接上述技術(shù)方案，螺栓法蘭接頭的瞬態(tài)溫度場包括在螺栓法蘭接頭上從內(nèi)壁到外壁分布的3?8個(gè)關(guān)鍵位置點(diǎn)的溫度變化情況。
[0020]本發(fā)明具有以下有益效果:通過間歇式的升溫方式，減小螺栓法蘭接頭在升溫過程中產(chǎn)生的應(yīng)力，可縮短升溫時(shí)間、降低升溫成本，且不會(huì)產(chǎn)生較大熱梯度影響法蘭的強(qiáng)度和剛度，可有效防止法蘭因升溫導(dǎo)致的蠕變，同時(shí)不影響系統(tǒng)的緊密性和密封性。
【附圖說明】
[0021 ]圖1是本發(fā)明提供的螺栓法蘭系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)溫度場；
[0022]圖2是本發(fā)明提供的升溫方式三中在瞬態(tài)溫度場螺栓法蘭的具體升溫過程；
[0023]圖3是本發(fā)明提供的升溫方式三中瞬態(tài)溫度場中螺栓法蘭上五個(gè)位置點(diǎn)的溫度；
[0024]圖4是本發(fā)明提供的實(shí)施例一、實(shí)施例三和實(shí)施例四中螺栓法蘭具體升溫過程；
[0025]圖5是本發(fā)明提供的實(shí)施例一、實(shí)施例三和實(shí)施例四中螺栓法蘭升溫點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0027]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例高溫大直徑厚法蘭接頭升溫方法中，對(duì)螺栓法蘭接頭進(jìn)行間歇式升溫至指定溫度，以減小螺栓法蘭接頭在升溫過程中產(chǎn)生的應(yīng)力，間歇式升溫是指通過升溫-保溫-再升溫重復(fù)循環(huán)的方式升溫;通過間歇式的升溫方式，縮短升溫時(shí)間、降低升溫成本，并不產(chǎn)生較大熱梯度影響法蘭的強(qiáng)度和剛度，防止法蘭因升溫導(dǎo)致的蠕變，不影響系統(tǒng)的緊密性和密封性，屬于合理的升溫方式。
[0028]進(jìn)一步地，間歇式升溫具體包括以下步驟:
[0029]I)將整個(gè)升溫過程分隔成若干升溫區(qū)間；
[0030]2)在升溫區(qū)間內(nèi)進(jìn)行升溫；
[0031]3)在每個(gè)分隔溫度點(diǎn)上進(jìn)行保溫。
[0032]進(jìn)一步地，前一升溫區(qū)間的溫差比后一升溫區(qū)間的溫差大，前一升溫區(qū)間的升溫時(shí)長比后一升溫區(qū)間的升溫時(shí)長短。
[0033]進(jìn)一步地，間歇式升溫具體包括以下步驟:
[0034]I)在加溫時(shí)間內(nèi)對(duì)螺栓法蘭接頭進(jìn)行一定的溫升；
[0035]2)在保溫時(shí)間內(nèi)對(duì)螺栓法蘭接頭進(jìn)行保溫處理；
[0036]3)將步驟I)?2)重復(fù)循環(huán)直至指定溫度。
[0037]進(jìn)一步地，指定溫度為350 °C?500 °C，溫升范圍為100 °C?300 °C，加溫時(shí)間為I OOOs?1800s，保溫時(shí)間為600s?1800s。
[0038]進(jìn)一步地，所述步驟3)中，重復(fù)循環(huán)對(duì)螺栓法蘭接頭加溫的過程中，下一次循環(huán)所用的加溫時(shí)間比上一次循環(huán)中所用的加溫時(shí)間長，下一次循環(huán)的溫升比上一次循環(huán)中的溫升小。
[0039]進(jìn)一步地，在螺栓法蘭內(nèi)壁處進(jìn)行升溫;在法蘭內(nèi)壁加溫，可直接將加熱電阻絲伸進(jìn)管道進(jìn)行加熱，這樣加熱的方式較為方便，并且管道內(nèi)是通入介質(zhì)的，這樣內(nèi)壓和高溫一起對(duì)整個(gè)系統(tǒng)造成影響。
[0040]進(jìn)一步地，還包括在升溫過程中記錄螺栓法蘭接頭在瞬態(tài)溫度場下的應(yīng)力場，并對(duì)應(yīng)力場進(jìn)行強(qiáng)度校核。
[0041]進(jìn)一步地，螺栓法蘭接頭的瞬態(tài)溫度場包括在螺栓法蘭接頭上從內(nèi)壁到外壁分布的5個(gè)關(guān)鍵位置點(diǎn)的溫度變化情況。
[0042]螺栓法蘭接頭將在高溫環(huán)境下工作或工作時(shí)產(chǎn)生較高的溫度，在工作前對(duì)螺栓法蘭接頭進(jìn)行間歇式升溫至指定溫度，避免工作時(shí)不確定的升溫過程給螺栓法蘭造成傷害。
[0043]本發(fā)明提供的實(shí)施例的推導(dǎo)過程及數(shù)據(jù)分析:
[0044]所述螺栓法蘭接頭包括兩個(gè)法蘭，兩個(gè)法蘭通過螺栓連接，兩個(gè)法蘭之間設(shè)有金屬墊片，兩個(gè)法蘭分為上法蘭和下法蘭，上法蘭和下法蘭分別與管道連接。
[0045]借助有限元軟件，得到螺栓法蘭接頭在穩(wěn)態(tài)溫度場和瞬態(tài)溫度場下的應(yīng)力場，瞬態(tài)溫度場即是在指定升溫時(shí)間點(diǎn)上的溫度分布，而穩(wěn)態(tài)溫度場是當(dāng)螺栓法蘭接頭達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的溫度分布，針對(duì)這兩種溫度場的特點(diǎn)，選取工程推薦的瞬態(tài)升溫方式，并對(duì)其應(yīng)力場進(jìn)行強(qiáng)度校核，從而得到較優(yōu)的升溫方法。
[0046]通過分析法蘭溫度分布，并提取五個(gè)關(guān)鍵位置點(diǎn)上的溫度，如圖1所示，在圖上標(biāo)示出從法蘭內(nèi)壁到法蘭外壁的五個(gè)位置點(diǎn)1、2、3、4、5，從而通過法蘭上已取好的五個(gè)位置點(diǎn)，得到從內(nèi)壁到外壁處的溫度變化情況;根據(jù)選定的法蘭的溫度場，計(jì)算出法蘭的應(yīng)力，并對(duì)其應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度分析，對(duì)于求得的法蘭應(yīng)力，要小于法蘭的許用應(yīng)力，它的應(yīng)力強(qiáng)度才能達(dá)到安全的強(qiáng)度要求。
[0047]為了得到合理的升溫方式，設(shè)定螺栓法蘭接頭的瞬態(tài)溫度場，在法蘭的內(nèi)壁處施加溫度，現(xiàn)制定三種加溫方式:所述升溫方式一為直接在法蘭內(nèi)壁處施加工作溫度，具體為將法蘭內(nèi)壁的溫度恒保持在400°C，觀察各位置點(diǎn)處溫度隨時(shí)間的變化情況;所述升溫方式二為在法蘭內(nèi)壁處將溫度從室溫逐漸升高至工作溫度，具體為將法蘭內(nèi)壁處的溫度從室溫在Ih、2h、3h、4h、5h的時(shí)間間隔內(nèi)，逐漸升高至指定的溫度，并記錄此五點(diǎn)的升溫時(shí)間下的溫度情況;所述升溫方式三為在法蘭內(nèi)壁將溫度升至一定溫度，然后保溫，再升溫再保溫的方式，具體為在Ih內(nèi)將溫度升高至200°C，保溫Ih后，再在Ih內(nèi)升溫至400°C，再保溫Ih;即文中所述的采用升溫、保溫、再升溫的升溫方式，具體升溫過程如圖2所示，選取的五個(gè)位置點(diǎn)處的溫度如圖3所示。
[0048]對(duì)所述溫度場下的法蘭應(yīng)力場進(jìn)行分析，在升溫方式一中，當(dāng)法蘭內(nèi)壁與外壁溫差過大時(shí)，法蘭上應(yīng)力最大點(diǎn)處的特雷斯卡應(yīng)力遠(yuǎn)大于三倍的法蘭屈服應(yīng)力，為747MPa，升溫方式一不能滿足法蘭強(qiáng)度要求，導(dǎo)致法蘭結(jié)構(gòu)不安全;在升溫方式三中，法蘭上最大應(yīng)力點(diǎn)處的特雷斯卡應(yīng)力為265MPa，滿足強(qiáng)度要求，而升溫方式二中法蘭上最大應(yīng)力點(diǎn)處的特雷斯卡應(yīng)力為318MPa，雖然也滿足強(qiáng)度要求，但是比升溫方式三的應(yīng)力要大得多，說明在升溫后期對(duì)法蘭進(jìn)行保溫還是很有必要的，可以大大減小法蘭上的特雷斯卡應(yīng)力。
[0049]比較所述三種升溫方式可知，升溫方式一的升溫速度最快，但是不能達(dá)到其強(qiáng)度要求；而升溫方式二升溫過程簡單但升溫時(shí)間長，比起升溫方式三，在保證法蘭連接的同時(shí)，升溫方式三可以保證縮短升溫時(shí)間并達(dá)到降低升溫成本，并不產(chǎn)生較大熱梯度的效果。
[0050]針對(duì)所述升溫方式三，為法蘭系統(tǒng)尋找更為合適的升溫過程:主要考慮影響溫度梯度的因素:升溫溫度、升溫速率、時(shí)間、保溫時(shí)間等參數(shù)。在此將升溫溫度O?400°C劃分為50°C—個(gè)區(qū)間間隔，并將法蘭內(nèi)壁溫度升高至升溫區(qū)間結(jié)束時(shí)溫度所消耗的時(shí)間定為最短升溫時(shí)間。
[0051]通過有限元分析法蘭系統(tǒng)的溫度場和應(yīng)力場，將得到的法蘭上最大的tresca應(yīng)力與法蘭三倍屈服應(yīng)力進(jìn)行比較，得到最短的升溫時(shí)間。
[0052]在所要求的升溫方式中，升溫結(jié)束后，需對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行保溫，為簡化計(jì)算，保溫時(shí)間取為20min，并驗(yàn)證這20min的保溫時(shí)間分別對(duì)系統(tǒng)溫度場和應(yīng)力場的影響，即進(jìn)行有保溫和無保溫的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度校核。得出有保溫階段的應(yīng)力強(qiáng)度滿足要求，將保溫時(shí)間定為20min。
[0053]本發(fā)明提供的實(shí)施例一中:將升溫區(qū)間分隔成從O?50?100?150?200?250?300?350?400°C，每50°C溫度間隔內(nèi)逐漸升溫，并在每個(gè)分隔溫度點(diǎn)上進(jìn)行保溫，整個(gè)升溫時(shí)間與保溫時(shí)間得到升溫所需總時(shí)間為2.47h。
[0054]本發(fā)明提供的實(shí)施例二中:將升溫區(qū)間分隔成從O?100?200?300?400°C，每100°c溫度間隔內(nèi)逐漸升溫，并在每個(gè)分隔溫度點(diǎn)上進(jìn)行保溫，整個(gè)升溫時(shí)間與保溫時(shí)間得到升溫所需總時(shí)間為1.61h。
[0055]本發(fā)明提供的實(shí)施例三中:將升溫區(qū)間分隔成從O?150?300?400°C，在每個(gè)分隔區(qū)間內(nèi)溫度逐漸升溫，并在每個(gè)分隔溫度點(diǎn)上進(jìn)行保溫，整個(gè)升溫時(shí)間與保溫時(shí)間得到升溫所需總時(shí)間為1.5h。
[0056]本發(fā)明提供的實(shí)施例四中:將升溫區(qū)間分隔成從O?200?400°C，在每個(gè)分隔區(qū)間內(nèi)溫度逐漸升溫，并在每個(gè)分隔溫度點(diǎn)上進(jìn)行保溫，整個(gè)升溫時(shí)間與保溫時(shí)間得到升溫所需總時(shí)間為1.44h。
[0057]本發(fā)明提供的實(shí)施例五中:將升溫區(qū)間分隔成從O?300?400°C，在每個(gè)分隔區(qū)間內(nèi)溫度逐漸升溫，并在每個(gè)分隔溫度點(diǎn)上進(jìn)行保溫，整個(gè)升溫時(shí)間與保溫時(shí)間得到升溫所需總時(shí)間為1.5h。
[0058]結(jié)合上述的升溫方式可知，在前期升溫時(shí)，為縮短升溫時(shí)間，可擴(kuò)大溫差；在后期升溫時(shí)，可增加升溫時(shí)間；其最短的升溫時(shí)間為1.44h;如圖4?圖5所示，從升溫時(shí)間及應(yīng)力波動(dòng)情況兩方面進(jìn)行考慮，通過分析可得到法蘭結(jié)構(gòu)的最佳升溫方式，得出本發(fā)明提供的實(shí)施例三中升溫方式為較優(yōu)升溫方式，升溫時(shí)間合適且溫度的波動(dòng)較小，法蘭結(jié)構(gòu)達(dá)到要求的強(qiáng)度條件。
[0059]考慮到升溫時(shí)間和應(yīng)力強(qiáng)度和不產(chǎn)生熱梯度因素的影響，法蘭連接結(jié)構(gòu)最佳的升溫方式為O?150?300?400 0C，總升溫時(shí)間為1.5h，總升溫時(shí)間包括從150 °C升溫至400 V的升溫時(shí)間和保溫時(shí)間。
[0060]以上的僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，當(dāng)然不能以此來限定本發(fā)明之權(quán)利范圍，因此依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所作的等效變化，仍屬本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高溫大直徑厚法蘭接頭升溫方法，其特征在于，對(duì)螺栓法蘭接頭進(jìn)行間歇式升溫至指定溫度，以減小螺栓法蘭接頭在升溫過程中產(chǎn)生的應(yīng)力，間歇式升溫是指通過升溫-保溫-再升溫重復(fù)循環(huán)的方式升溫。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫大直徑厚法蘭接頭升溫方法，其特征在于，間歇式升溫具體包括以下步驟: 1)將整個(gè)升溫過程分隔成若干升溫區(qū)間； 2)在升溫區(qū)間內(nèi)進(jìn)行升溫； 3)在每個(gè)分隔溫度點(diǎn)上進(jìn)行保溫。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高溫大直徑厚法蘭接頭升溫方法，其特征在于，前一升溫區(qū)間的溫差比后一升溫區(qū)間的溫差大，前一升溫區(qū)間的升溫時(shí)長比后一升溫區(qū)間的升溫時(shí)長短。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫大直徑厚法蘭接頭升溫方法，其特征在于，間歇式升溫具體包括以下步驟: 1)在加溫時(shí)間內(nèi)對(duì)螺栓法蘭接頭進(jìn)行一定的溫升； 2)在保溫時(shí)間內(nèi)對(duì)螺栓法蘭接頭進(jìn)行保溫處理； 3)將步驟I)?2)重復(fù)循環(huán)直至指定溫度。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高溫大直徑厚法蘭接頭升溫方法，其特征在于，指定溫度為350°C?500°C，溫升范圍為100°C?300°C，加溫時(shí)間為100s?1800s，保溫時(shí)間為600s?1800so6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高溫大直徑厚法蘭接頭升溫方法，其特征在于，所述步驟3)中，重復(fù)循環(huán)對(duì)螺栓法蘭接頭加溫的過程中，下一次循環(huán)所用的加溫時(shí)間比上一次循環(huán)中所用的加溫時(shí)間長，下一次循環(huán)的溫升比上一次循環(huán)中的溫升小。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫大直徑厚法蘭接頭升溫方法，其特征在于，在螺栓法蘭內(nèi)壁處進(jìn)行升溫。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫大直徑厚法蘭接頭升溫方法，其特征在于，還包括步驟在升溫過程中記錄螺栓法蘭接頭在瞬態(tài)溫度場下的應(yīng)力場，并對(duì)應(yīng)力場進(jìn)行強(qiáng)度校核。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高溫大直徑厚法蘭接頭升溫方法，其特征在于，螺栓法蘭接頭的瞬態(tài)溫度場包括在螺栓法蘭接頭上從內(nèi)壁到外壁分布的3?8個(gè)關(guān)鍵位置點(diǎn)的溫度變化情況。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK105844027SQ201610181379
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年3月28日
【發(fā)明人】鄭小濤, 程陽, 喻九陽, 徐建民, 王成剛, 林緯
【申請(qǐng)人】武漢工程大學(xué), 武漢金惠科技有限公司