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大型列管式固定床反应器管板与反应管焊接技术研究

作　者: 周凝华
导　师: 潘家祯；柏立巍
学　校: 华东理工大学
专　业: 安全工程
关键词: 反应器 管板 列管 焊接 焊接应力
分类号: TG457.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


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。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章 绪论  9-12
  1.1 论文研究的背景  9-10
  1.2 研究及制造现状  10
  1.3 主要研究内容  10-12
第2章 设备概况简介  12-15
  2.1 设计参数、材料及结构  12-13
  2.2 主要技术要求  13
  2.3 管板与列管焊接难点分析  13-15
第3章 焊接有限元分析及计算机模拟技术简介  15-21
  3.1 理论背景介绍  15-18
    3.1.1 描述焊接过程中温度场分布的基本方程  15-16
    3.1.2 热场与热应力场耦合求解的计算方法  16-17
    3.1.3 材料非线性问题的有限元计算  17-18
  3.2 计算机模拟技术发展介绍  18-19
  3.3 大型有限元软件ANSYS介绍  19-21
第4章 列管与管板焊接残余应力研究  21-50
  4.1 焊接温度场、应力应变场的模拟  21-28
    4.1.1 材料的热物理性能参数  22-24
    4.1.2 网格划分和单元类型  24
    4.1.3 热源模型选取  24-25
    4.1.4 热源的移动  25
    4.1.5 加载边界条件  25-26
    4.1.6 求解  26-27
    4.1.7 焊接工艺参数  27-28
  4.2 焊接温度场和应力应变场计算结果及分析  28-47
    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  28-35
    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  35-38
    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  38-41
    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  41-44
    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  44-47
  4.3 五种焊接工艺的残余应力比较  47-49
  4.4 结论  49-50
第5章 列管与管板的焊接范围研究  50-55
  5.1 计算模型与条件  50-51
    5.1.1 计算区域几何模型  50
    5.1.2 边界条件  50
    5.1.3 物性参数  50-51
    5.1.4 计算区域网格划分  51
  5.2 单管计算结果  51-54
    5.2.1 温度分布  51-53
    5.2.2 应力分布  53
    5.2.3 焊接完毕时等效塑性应变  53-54
  5.3 结论  54-55
第6章 列管与管板焊接顺序研究  55-64
  6.1 计算模型与条件  55
  6.2 两种焊接顺序下的应力应变分析  55-62
    6.2.1 采取顺序1焊接温度场分布  56-57
    6.2.2 采用顺序2的焊接温度场分布  57-62
  6.3 列管与管板焊接顺序结论  62-64
第7章 结论与展望  64-65
  7.1 结论  64
    7.1.1 列管与管板焊接工艺  64
    7.1.2 列管与管板焊接顺序  64
  7.2 应用前景展望  64-65
参考文献  65-68
致谢  68

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 焊接、金属切割及金属粘接 > 焊接工艺 > 各种金属材料和构件的焊接 > 管道焊接
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