海洋平台管线法兰冰振失效分析
发布时间：2023-06-03 21:10
海冰是渤海辽东湾导管架平台JZ20—2中南平台及其上部设施冬季安全生产的主要威胁,其中以造成海洋平台冰激振动问题最为突出。自平台投产以来,冰振已经造成了多起严重的事故隐患。渤海辽东湾的导管架平台在海冰作用下能产生比较剧烈的振动。冰激振动除了可以引起导管架结构的疲劳破坏,还会引起平台上部天然气管线的疲劳破坏与法兰的密封失效泄露,其原因在于中南平台的上部管系的配管设计不好,没有考虑到冬季冰激振动这一不利因素,对管道缺乏严格的力学计算。因而,有必要对平台上部管线和法兰进行静力分析和动态分析,研究管线法兰在冰激振动下的失效机理,该研究对提高平台冬季生产的安全性,同时对平台的管线法兰检修工作具有现实的指导意义。 通过理论、数值模拟与实验相结合的方法,本论文就以下内容进行了研究: 1.结合我们教研室每年冬季进行的海冰管理项目,在对海洋平台导管架结构进行冰激振动监测的基础上,在中南平台上部管系法兰上安装了5个加速度和位移传感器,在整个冰期对管线和法兰的振动信息进行实时监测和数据采集。 2.基于辽东湾JZ20-2中南平台冬季现场监测结果,应用CARSSARII软件对平台上部管线...
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
引言
0.1 工程背景
0.2 目前国内外研究进展
0.2.1 国内对此问题的研究现状
0.2.2 国外对于此问题的研究现状
0.3 本文主要研究工作
1. 法兰联接结构及密封机理
1.1 法兰的组成
1.2 法兰联接密封机理
1.3 法兰的联接螺栓
1.3.1 法兰的螺栓结构
1.3.2 法兰螺栓与螺母相互作用
1.3.3 螺纹接触面间的表面微观形貌特征
1.3.4 法兰螺栓应力
2. 法兰密封失效机理
2.1 影响法兰密封的主要因素
2.1.1 法兰螺栓的疲劳
2.1.2 法兰螺栓的应力集中
2.1.3 法兰螺栓的应力松弛
2.1.4 振动对法兰密封的影响
2.1.5 法兰刚度的影响
2.1.6 制造、保管和安装、操作、设计对法兰密封性能的影响
2.2 振动下螺栓连接松动机理
2.2.1 振动下螺栓动力模型
2.2.2 螺栓中的松动力矩
2.2.3 阻止螺栓松退的螺纹周向摩擦力
2.2.4 振动下螺栓自松原因
2.2.5 螺栓自松过程
3. 冬季平台管线法兰振动监测
3.1 监测的工程背景及其意义
3.2 海洋平台在冰振环境下的实时监测
3.2.1 JZ20-2平台数据记录系统介绍
3.2.2 中南平台的振动响应的测量
3.2.3 其他的测量
3.3 中南平台实时监测结果
3.3.1 平台在冰振环境下振动的监测结果
3.3.2 2000年法兰泄露事故的监测结果
3.3.3 2000年管线断裂事故的监测结果
3.4 监测数据处理
3.5 小结
4. 春季检修期管线法兰现场测量
4.1 测扭矩扳手的设计制作
4.2 检修期工作内容
4.3 检修发现问题
5. 冰激海洋平台上部天然气管线失效的定量分析
5.1 冰激海洋平台动力响应
5.2 冰激平台管线振动力学模型
5.3 冰激平台管线振动的数值分析
6. 法兰连接系统有限元分析
6.1 许用应力和法兰构造
6.1.1 许用应力
6.1.2 法兰几何构造
6.2 有限元建模
6.2.1 单元选择
6.2.2 网格划分
6.2.3 边界条件和载荷
6.2.4 螺栓预紧力和等效当量应力
6.3 计算结果
6.3.1 法兰盘中的应力分布
6.3.2 螺栓中的应力分布
6.3.3 垫片中的接触应力状况
7. 法兰振动实验
7.1 实验目的
7.2 试验装置的结构和原理
7.2.1 试验法兰
7.2.2 螺栓标定
7.2.3 激振装置和振动荷载
7.2.4 数据采集
7.3 实验结果及分析
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
大连理工大学学位论文版权使用授权书
本文编号：3830046
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【学位级别】：硕士
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摘要
ABSTRACT
引言
0.1 工程背景
0.2 目前国内外研究进展
0.2.1 国内对此问题的研究现状
0.2.2 国外对于此问题的研究现状
0.3 本文主要研究工作
1. 法兰联接结构及密封机理
1.1 法兰的组成
1.2 法兰联接密封机理
1.3 法兰的联接螺栓
1.3.1 法兰的螺栓结构
1.3.2 法兰螺栓与螺母相互作用
1.3.3 螺纹接触面间的表面微观形貌特征
1.3.4 法兰螺栓应力
2. 法兰密封失效机理
2.1 影响法兰密封的主要因素
2.1.1 法兰螺栓的疲劳
2.1.2 法兰螺栓的应力集中
2.1.3 法兰螺栓的应力松弛
2.1.4 振动对法兰密封的影响
2.1.5 法兰刚度的影响
2.1.6 制造、保管和安装、操作、设计对法兰密封性能的影响
2.2 振动下螺栓连接松动机理
2.2.1 振动下螺栓动力模型
2.2.2 螺栓中的松动力矩
2.2.3 阻止螺栓松退的螺纹周向摩擦力
2.2.4 振动下螺栓自松原因
2.2.5 螺栓自松过程
3. 冬季平台管线法兰振动监测
3.1 监测的工程背景及其意义
3.2 海洋平台在冰振环境下的实时监测
3.2.1 JZ20-2平台数据记录系统介绍
3.2.2 中南平台的振动响应的测量
3.2.3 其他的测量
3.3 中南平台实时监测结果
3.3.1 平台在冰振环境下振动的监测结果
3.3.2 2000年法兰泄露事故的监测结果
3.3.3 2000年管线断裂事故的监测结果
3.4 监测数据处理
3.5 小结
4. 春季检修期管线法兰现场测量
4.1 测扭矩扳手的设计制作
4.2 检修期工作内容
4.3 检修发现问题
5. 冰激海洋平台上部天然气管线失效的定量分析
5.1 冰激海洋平台动力响应
5.2 冰激平台管线振动力学模型
5.3 冰激平台管线振动的数值分析
6. 法兰连接系统有限元分析
6.1 许用应力和法兰构造
6.1.1 许用应力
6.1.2 法兰几何构造
6.2 有限元建模
6.2.1 单元选择
6.2.2 网格划分
6.2.3 边界条件和载荷
6.2.4 螺栓预紧力和等效当量应力
6.3 计算结果
6.3.1 法兰盘中的应力分布
6.3.2 螺栓中的应力分布
6.3.3 垫片中的接触应力状况
7. 法兰振动实验
7.1 实验目的
7.2 试验装置的结构和原理
7.2.1 试验法兰
7.2.2 螺栓标定
7.2.3 激振装置和振动荷载
7.2.4 数据采集
7.3 实验结果及分析
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
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本文编号：3830046
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