[发明专利]一种与时间相关的高温螺栓法兰接头泄漏率预测方法

说明书

本发明公开了一种与时间相关的高温螺栓法兰接头泄漏率预测方法，步骤为S1、获知螺栓法兰接头尺寸、材料和载荷参数；S2、获得基于紧密度的垫片参数和室温下螺栓法兰接头的泄漏率计算公式；S3、建立螺栓法兰接头的有限元模型；S4、采用热力学分析方法，获得温度场分布结果；S5、采用顺序耦合热应力分析方法，得到高温下的初始垫片应力σ(0)；S6、进行高温螺栓法兰接头的蠕变分析，获得高温下与时间相关的操作垫片应力σ(t)；S7、建立高温下螺栓法兰接头与时间相关的泄漏率计算公式；S8、计算获得高温螺栓法兰接头在长周期服役过程中与时间相关的泄漏率。该发明的优点在于：能够预测螺栓法兰接头在高温长周期服役过程中的泄漏率变化趋势，可获知实时泄漏率。

技术领域

本发明涉及高温静密封技术领域，尤其是一种与时间相关的高温螺栓法兰接头泄漏率预测方法。

背景技术

螺栓法兰接头广泛应用于石油、化工、能源、电力行业中，在实际运行过程中，螺栓法兰接头的泄漏时常发生。通常包括两类泄漏方式，一是突发性泄漏，包括安装阶段由于螺栓法兰接头安装不当导致的垫片压溃或者偏转量过大从而产生的泄漏，以及运行过程中由于螺栓法兰接头突然受到压力、温度等载荷的剧烈波动或者受到弯曲载荷从而产生的泄漏；二是螺栓法兰接头在长时运行过程中由于材料劣化或者蠕变松弛导致的泄漏。

第二种情况多针对在高温环境下长期服役的螺栓法兰接头。在流程工业中，有相当大比例的螺栓法兰接头处于高温环境下长期服役。高温螺栓法兰接头在长期服役过程中，由于温度、压力等的长期作用，一方面螺栓会发生应力松弛，导致垫片压紧应力减小；另一方面，螺栓、法兰及垫片会发生变形协调和应力重分布。这都将加剧垫片应力的不均匀性，引起密封性能下降，甚至发生泄漏。因此，在高温下，螺栓法兰接头的密封性能是随时间不断劣化的，探明高温螺栓法兰接头在长周期服役过程中的泄漏率变化具有重要工程意义。

近年来，随着社会经济的发展和环保意识的提高，国家对过程工业中的挥发性有机物逸散控制也越来越严格。螺栓法兰接头的泄漏率控制也提上了日程。不过，要控制螺栓法兰接头在高温服役过程中的泄漏率，需要首先知道螺栓法兰接头的泄漏率在高温长周期服役过程中的变化规律。

与时间相关的高温螺栓法兰接头的泄漏率可以通过开展高温螺栓法兰接头长时服役过程中的泄漏率测试试验获得，但是试验方法需要搭建相关设备，且耗时较长，成本较高。但是，开展室温螺栓法兰接头的泄漏率的试验研究相对容易。通过室温下螺栓法兰接头的泄漏率试验，可以建立泄漏率与垫片应力的关系，但是该垫片应力是时间无关的。直接使用该方法不能获得高温螺栓法兰接头与时间相关的泄漏率。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，为此，本发明提供一种与时间相关的高温螺栓法兰接头泄漏率预测方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种与时间相关的高温螺栓法兰接头泄漏率预测方法，具体步骤如下：

S1、获知螺栓法兰接头中法兰、螺母、垫片、螺柱各部件的规格尺寸、材料、螺栓法兰接头内部压力P、服役温度，服役温度为高温；基于选定的紧密度等级，确定螺栓载荷W_m0；

S2、根据螺栓法兰接头泄漏率的室温试验方法，获得基于紧密度的垫片参数G，垫片参数G包含G_b、a和G_s三个参数；以及获得室温下螺栓法兰接头的泄漏率L与室温下的操作垫片应力σ、室温下的装配垫片应力σ_g、垫片参数G、螺栓法兰接头内部压力P之间的关系；

S3、采用有限元计算方法，建立螺栓法兰接头的有限元模型；

S4、在有限元模型上施加温度边界条件，采用热力学分析方法，计算高温下螺栓法兰接头的温度场分布，获得温度场分布结果；