大型球罐内燃法焊后热处理工艺稳态数值模拟研究

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1、太原理工大学硕士研究生学位论文大型球罐内燃法焊后热处理工艺稳态数值模拟研究摘要近年来，随着石化和能源工业的发展，国内大型球罐的数量日益增多。并且呈现出333进一步大型化的发展趋势，球罐的容积从1500m、2000m，逐步增大至5000m、6000333m，8000m甚至10000m。随着容积的进一步增大，球罐内燃法热处理时壳体升温、保温的不均匀程度更加明显，热处理施工的技术也难度越来越大。GB12337-1998《钢制球形储罐》中对不同材料的球罐热处理时温度的均匀性有着明确的规定。2015年2月1日实施的GB12337-2014《钢制球形储罐》代替GB12337-199

2、8《钢制球形储罐》，标准中对球罐热处理时温度均匀性的要求更加严格。可见球罐热处理时，壳体温度均匀性的重要性。球罐壳体受热的均匀程度是球罐整理热处理质量的保障。业内对于大型球罐内燃法热处理工艺过程中球罐温度的均匀程度能否达到要求产生了怀疑。所以有必要对大型球罐内燃法焊后热处理进行研究很有必要。本文在质检公益性科研专项“大型球罐焊缝检测设备研究和焊后处理工艺及效果评价技术”（项目编号：201410028)的资助下，对大型球罐内燃法焊后热处理进行了数值模拟研究，主要研究工作和结论如下：（1）大型球罐内燃法焊后热处理的稳态数值模型的建立。对大型球罐内燃法焊后热处理工艺过程进行分

3、析，提出了一种带保温层球罐球体壁面温度简化计算方法和不同风速下保温材料和外界环境对流传热系数的计算方法。基于球体壁面温度的简化计算方法，简化几何模型。在Fluent软件中选择合适的物理模型，确定数值模型主要边界条件的计算方法。（2）大型球罐内燃法焊后热处理的数值模型的实践验证。基于大型球罐内燃法焊3后热处理的稳态数值模型，对10000m球罐热处理的过程进行数值计算，得出热处理过程中球罐内部流场和温度场的分布特征以及球罐壁面温度曲线。通过对比球罐壁面温度的数值结果和现场实测数据，验证了数值模型计算结果的准确性，表明采用内燃法对310000m球罐进行焊后热处理可以达到球罐标

4、准中对于温度均匀性的要求。（3）大型球罐内燃法焊后热处理保温阶段的影响因素研究。基于大型球罐内燃法焊后热处理的数值模型，研究了空气流速大小、保温层厚度以及导流伞的形状和安装位I太原理工大学硕士研究生学位论文置对球罐内部流场和温度场以及球罐壁面温度的影响规律。结果表明：大型球罐在进行内燃法焊后热处理时，空气流速对球罐壁面温度有较大影响；增加保温层的厚度可以减小壁面最大温差，但随着保温层厚度的增加，增加相同的厚度，减小最大温差的效果在逐渐减弱。加入导流伞可以改变球罐内部流场分布，从一侧一个漩涡变为两个漩涡，起到减小壁面最大温差的作用。当导流伞的安装位置距下人孔1/3D时，使

5、用夹角为100°的导流伞，球罐壁面温度的温差最小。导流伞的夹角和位置都对球罐内部流场有影响作用。当球罐内部一侧的两个漩涡大小接近，分界线接近赤道时，球罐壁面温差最小。关键词：大型球罐；焊后热处理工艺；内燃法；数值模拟II太原理工大学硕士研究生学位论文STEADYNUMERICALSIMULATIONRESEARCHONPOSTWELDHEATTREATMENTOFLARGESPHERICALTANKBYINTERNALCOMBUSTIONMETHODABSTRACTInrecentyearswiththedevelopmentofthepetrochemicalande

6、nergyindustry,thenumberoflargesphericaltankisincreasing.Andlargesphericaltankpresentatendencyof33large-scale,thevolumeoflargesphericaltankisincreasingfrom1500m,2000mto50003333m,6000m,8000meven10000m.Withfurtherincreaseofvolume,thetemperatureunevennessofsphericaltankshellismoreobviouswhen

7、postweldheattreatmentbyinternalcombustionmethodaswellasthedifficultyofheattreatmentisbecomingbigger.Alotofsphericaltanksthecrackphenomenonoccurinuseprocess.Oneofthemainreasonsisthattheweldingresidualstresswasnoteliminatedeffectiveafterheattreatment.Theoveralllevelofweldin