螺栓墊片法蘭連接密封安全評估系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種螺栓墊片法蘭連接密封安全評估系統(tǒng)，其特征在于，包括：數據處理模塊，將試驗得到的關于螺栓、墊片和法蘭的基礎數據進行處理，以建立所述螺栓、所述墊片和所述法蘭之間的關系模型；數據計算模塊，基于所述數據處理模塊得到的所述螺栓、所述墊片和所述法蘭之間的關系模型，計算系統(tǒng)泄漏率；安全評價模塊，將所述數據計算模塊得到的泄漏率數值與系統(tǒng)預設的安全性能等級進行比較，得到系統(tǒng)泄漏率級別；墊片選擇模塊，基于所述法蘭安全評價模塊得到的系統(tǒng)泄漏率級別，選擇系統(tǒng)所需的墊片。本發(fā)明的安全評估系統(tǒng)能夠提高螺栓墊片法蘭連接系統(tǒng)的安全管理性。
【專利說明】螺栓墊片法蘭連接密封安全評估系統(tǒng)

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種安全評估系統(tǒng)，尤其涉及一種螺栓墊片法蘭連接密封安全評估系 統(tǒng)。

【背景技術】
[0002] 法蘭連接是壓力容器的一種靜密封結構形式，它被廣泛應用到石油化工裝置中。 法蘭分為容器法蘭和管道法蘭。容器法蘭作為重要的連接構件得到了廣泛的應用，且要求 其具有足夠的強度和可靠的密封性能。其密封性能取決于螺栓、墊片和法蘭的變形協(xié)調關 系。由于許多管道和容器是長期在高溫高壓工況下運行，而溫度對法蘭連接系統(tǒng)的各個構 件有著很大的影響，高溫下的法蘭連接密封性能問題是溫度場與結構場的耦合問題，溫度 會引起各個構件不同程度的熱脹冷縮，變形協(xié)調關系比較復雜，很難準確的得到螺栓、墊片 和法蘭之間的變形協(xié)調關系，從而不能有效的對螺栓墊片法蘭連接密封的安全性能進行評 估。


【發(fā)明內容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種根據計算的系統(tǒng)泄漏率來判定系統(tǒng)的泄漏率級別，從 而根據泄漏率級別來合理的選擇墊片，以確保螺栓墊片法蘭連接密封的高安全性的螺栓墊 片法蘭連接密封安全評估系統(tǒng)。
[0004] 本發(fā)明采用的技術方案如下：
[0005] -種螺栓墊片法蘭連接密封安全評估系統(tǒng)，包括：
[0006] 數據處理模塊，將試驗得到的關于螺栓、墊片和法蘭的基礎數據進行處理，以建立 所述螺栓、所述墊片和所述法蘭之間的關系模型；
[0007] 數據計算模塊，基于所述數據處理模塊得到的所述螺栓、所述墊片和所述法蘭之 間的關系模型，計算螺栓墊片法蘭連接系統(tǒng)的系統(tǒng)泄漏率；
[0008] 安全評價模塊，將所述數據計算模塊得到的泄漏率數值與系統(tǒng)預設的安全性能等 級進行比較，得到系統(tǒng)泄漏率級別；
[0009] 墊片選擇模塊，基于所述法蘭安全評價模塊得到的系統(tǒng)泄漏率級別，選擇系統(tǒng)所 需的墊片。
[0010] 優(yōu)選地，還包括失效分析模塊，其通過對由螺栓、墊片和法蘭組成的整體結構進行 應力場計算和溫度場計算，從而對系統(tǒng)進行失效分析。
[0011] 優(yōu)選地，所述系統(tǒng)預設的安全性能等級包括級別I、級別II和級別III，其中當所述 系統(tǒng)的泄漏率處于范圍（b, a]時,為級別I ;當所述系統(tǒng)泄漏率處于范圍（c,b]時,為級別 II ;當所述系統(tǒng)的泄漏率處于范圍C]時，為級別III，
[0012] 其中a>b>c，且它們?yōu)榈炔顬棣?的等差數列。
[0013] 優(yōu)選地，所述 a 為 2. 0 X 10_2,所述 b 為 2. 0 X 10_4,所述 c 為 2. 0 X 10_6。
[0014] 優(yōu)選地，所述墊片選擇模塊基于所述系統(tǒng)泄漏率的級別，選擇不同型式的法蘭，進 而根據所選擇的法蘭型式選擇墊片。
[0015] 優(yōu)選地，對系統(tǒng)進行失效分析包括：所述失效分析模塊根據所述螺栓、所述墊片和 所述法蘭的材料性能數據和結構性能數據，對由所述螺栓、墊片和法蘭組成的整體結構進 行應力場計算；所述失效分析模塊根據所述螺栓、所述墊片和所述法蘭的內表面溫度、外表 面溫度和對流換熱系數，對由所述螺栓、墊片和法蘭組成的整體結構進行溫度場計算；以及 基于所述應力場計算和溫度場計算的結果，模擬系統(tǒng)失效計算模型，得到系統(tǒng)失效分析結 果。
[0016] 本發(fā)明的螺栓墊片法蘭連接密封安全評估系統(tǒng)首先根據試驗獲得的螺栓、墊片和 法蘭的基礎數據來計算系統(tǒng)的泄漏率，將計算的泄漏率與預設的安全性能等級進行比較， 以得到泄漏率級別，從而根據泄漏率級別來合理的選擇墊片，能夠有效的對系統(tǒng)的密封安 全性進行評估，且能有效的避免密封泄露問題。此外，還對系統(tǒng)進行失效分析，避免由于長 期的運作所導致的潛在的管道安全問題，避免不必要的經濟損失。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 圖1是本發(fā)明的螺栓墊片法蘭連接密封安全評估系統(tǒng)的結構示意圖。
[0018] 圖2是本發(fā)明的螺栓墊片法蘭連接密封安全評估系統(tǒng)的安全性能級別評估流程 示意圖。

【具體實施方式】
[0019] 下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0020] 圖1是本發(fā)明的螺栓墊片法蘭連接密封安全評估系統(tǒng)的結構示意圖。
[0021] 如圖1所示，本發(fā)明的螺栓墊片法蘭連接密封安全評估系統(tǒng)包括數據處理模塊1、 數據計算模塊2、安全評價模塊3、墊片選擇模塊4和失效分析模塊5。
[0022] 其中，數據處理模塊1用于將試驗得到的關于螺栓、墊片和法蘭的基礎數據進行 處理，以建立螺栓、墊片和法蘭之間的關系模型。具體地，可通過材料本構方程試驗分別獲 得的螺栓、墊片和法蘭的壓縮量數據、動力粘度數據、應力數據進行處理，以得到螺栓、墊片 和法蘭的壓縮量與應力之間的關系K1、K2、K3,以及通過墊片的密封性試驗得到的墊片殘余 應力、壓力、溫度和泄漏率之間關系Κ4。然后通過得到的關系ΚΙ、Κ2、Κ3和Κ4建立變形協(xié) 調方程。關于變形協(xié)調方程的建立，可以采用現(xiàn)有技術的相關方法來建立。
[0023] 接著，數據計算模塊2基于數據處理模塊1得到的所述螺栓、所述墊片和所述法蘭 之間的關系模型（變形協(xié)調方程），計算螺栓墊片法蘭連接系統(tǒng)的系統(tǒng)泄漏率。當然，也可 以通過法蘭的有限元分析來得到系統(tǒng)泄漏率。
[0024] 接著安全評價模塊3將數據計算模塊2得到的泄漏率數值與系統(tǒng)預設的安全性能 等級進行比較，得到系統(tǒng)泄漏率級別。系統(tǒng)預設的安全性能等級包括級別I、級別II和級 別III，其中當系統(tǒng)的泄漏率處于范圍（b，a]時，為級別I，屬于經濟、標準的緊密度級別；當 系統(tǒng)泄漏率處于范圍（c，b]時，為級別II，屬于標準、緊密的緊密度級別；當系統(tǒng)的泄漏率 處于范圍c]時，為級別III，屬于緊密、嚴密、極密的緊密度級別，其中a>b>c，且它們 為等差為1(Γ 2的等差數列。根據實際經驗計算的結果，a為2. ΟΧ ΚΓ2, b為2. ΟΧ 1〇Λ C為 2. ΟΧ ΚΓ6。具體的評定流程如圖2所示。
[0025] 如圖2所示，首先在安全評價模塊3中輸入墊片預緊應力、操作壓力、操作溫度、墊 片螺栓和法蘭的尺寸和材料參數等基礎數據，然后計算預緊時墊片壓縮量、螺栓載荷、法蘭 彎矩；接著計算在操作溫度下螺栓和法蘭的彈性系數，設定操作工況下墊片的壓縮量，計算 操作工況下墊片的殘余壓緊力、螺栓載荷和法蘭彎矩等；根據以上處理數據獲得關于螺栓、 墊片和法蘭的變形協(xié)調方程，并根據變形協(xié)調方程計算系統(tǒng)泄漏率，得到計算結果< ε ; 然后基于計算結果計算螺栓法蘭連接系統(tǒng)的泄漏率，如果泄漏率彡最大允許泄漏率，則輸 出評價結果。此外，可在計算過程中根據計算結果來調整壓縮量。最后根據評價結果來評 定系統(tǒng)的安全性能級別，得到系統(tǒng)泄漏率級別。
[0026] 接著，墊片選擇模塊4基于安全評價模塊3得到的系統(tǒng)泄漏率級別，選擇系統(tǒng)所需 的墊片。根據法蘭材料、公稱壓力和公稱直徑，得到法蘭的連接形式、密封面形式和法蘭的 尺寸，墊片選擇模塊4基于法蘭的選型結果和不同的系統(tǒng)泄漏率級別I、II和III，進一步 來選擇墊片。具體地，可根據系統(tǒng)的工作壓力、工作溫度和介質來確定法蘭材料，然后根據 公稱壓力和公稱直徑選擇法蘭連接形式和密封面形式，得到法蘭尺寸。然后根據蘭連接形 式和密封面形式選擇墊片的種類和材料，進而得到墊片的具體型式和尺寸，以及根據法蘭 尺寸和墊片尺寸來選擇螺栓螺母材料、型式和尺寸。
[0027] 此外，本發(fā)明還包括失效分析模塊5,其通過對由螺栓、墊片和法蘭組成的整體結 構進行應力場計算和溫度場計算，從而對系統(tǒng)進行失效分析。具體地，失效分析模塊5根據 螺栓、墊片和法蘭的材料性能數據和結構性能數據，對由螺栓、墊片和法蘭組成的整體結構 進行應力場計算；接著根據螺栓、墊片和法蘭的內表面溫度、外表面溫度和對流換熱系數， 對由螺栓、墊片和法蘭組成的整體結構進行溫度場計算；以及基于應力場計算和溫度場計 算的結果，模擬系統(tǒng)失效計算模型，得到系統(tǒng)失效分析結果。
[0028] 最后應說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制，本領域的 普通技術人員應當理解，依然可以對本發(fā)明的技術方案進行修改和等同替換，其均應涵蓋 在本發(fā)明的權利要求范圍當中。
【權利要求】
1. 一種螺栓墊片法蘭連接密封安全評估系統(tǒng)，其特征在于，包括： 數據處理模塊，將試驗得到的關于螺栓、墊片和法蘭的基礎數據進行處理，以建立所述 螺栓、所述墊片和所述法蘭之間的關系模型； 數據計算模塊，基于所述數據處理模塊得到的所述螺栓、所述墊片和所述法蘭之間的 關系模型，計算螺栓墊片法蘭連接系統(tǒng)的系統(tǒng)泄漏率； 安全評價模塊，將所述數據計算模塊得到的泄漏率數值與系統(tǒng)預設的安全性能等級進 行比較，得到系統(tǒng)泄漏率級別； 墊片選擇模塊，基于所述法蘭安全評價模塊得到的系統(tǒng)泄漏率級別，選擇系統(tǒng)所需的 墊片。
2. 根據權利要求1所述的螺栓墊片法蘭連接密封安全評估系統(tǒng)，其特征在于，還包括 失效分析模塊，其通過對由螺栓、墊片和法蘭組成的整體結構進行應力場計算和溫度場計 算，從而對系統(tǒng)進行失效分析。
3. 根據權利要求1或2所述的螺栓墊片法蘭連接密封安全評估系統(tǒng)，其特征在于，所述 系統(tǒng)預設的安全性能等級包括級別I、級別II和級別III，其中當所述系統(tǒng)的泄漏率處于范 圍（b，a]時，為級別I ;當所述系統(tǒng)泄漏率處于范圍（c，b]時，為級別II ;當所述系統(tǒng)的泄 漏率處于范圍（-00，C]時,為級別III, 其中a>b>c，且它們?yōu)榈炔顬棣?的等差數列。
4. 根據權利要求3所述的螺栓墊片法蘭連接密封安全評估系統(tǒng)，其特征在于，所述a為 2. 0X10_2,所述 b 為 2. 0Χ10Λ 所述 c 為 2. 0Χ10Λ
5. 根據權利要求3所述的螺栓墊片法蘭連接密封安全評估系統(tǒng)，其特征在于， 所述墊片選擇模塊基于所述系統(tǒng)泄漏率的級別，選擇不同型式的法蘭，進而根據所選 擇的法蘭型式選擇墊片。
6. 根據權利要求3所述的螺栓墊片法蘭連接密封安全評估系統(tǒng)，其特征在于，對系統(tǒng) 進行失效分析包括： 所述失效分析模塊根據所述螺栓、所述墊片和所述法蘭的材料性能數據和結構性能數 據，對由所述螺栓、墊片和法蘭組成的整體結構進行應力場計算； 所述失效分析模塊根據所述螺栓、所述墊片和所述法蘭的內表面溫度、外表面溫度和 對流換熱系數，對由所述螺栓、墊片和法蘭組成的整體結構進行溫度場計算；以及 基于所述應力場計算和溫度場計算的結果，模擬系統(tǒng)失效計算模型，得到系統(tǒng)失效分 析結果。
【文檔編號】G06F19/00GK104063624SQ201410327868
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年7月10日 優(yōu)先權日:2014年7月10日
【發(fā)明者】李翔, 賈國棟, 王輝, 謝國山, 景為科, 王偉華 申請人:中國特種設備檢測研究院