• 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 行业动态>
  • 进口LNG低温球阀阀盖颈部温度场的数值模拟
    发布日期:2016-9-9


    1 前言

    作为一种新兴的节能和清洁能源,液化天然气(LNG)的消费量正以每年10%的速度增长。LNG的主要成分是甲烷,含有少量乙烷、丙烷以及其他成分,其沸点为-162℃,熔点为-182℃,燃点为650℃。LNG的分子量小,粘度低,渗透性强,易于泄漏和扩散,在其生产、接收、运输和气化等装置中,LNG低温阀门对其系统的安全可靠运行具有极为重要的作用。

    设计LNG低温阀门除具有一般阀门的设计原则外,还有一些特殊要求,阀盖的加长结构就是其中非常重要的一项。

    阀盖的加长结构是为了保证在工况下填料能够正常工作。由于介质渗漏造成填料与阀杆处结冰,将会影响阀杆的正常操作,同时也会因阀杆运动而将填料划伤,引起更严重的泄漏。所以在一般情况下要求阀杆填料在0℃以上温度工作,这就要求设计时通过长颈阀盖结构,使填料函远离低温介质,保证处于阀盖顶部填料区的温度始终处于适合正常操作的区间,防止因填料函部分过冷出现填料以及阀盖上部的零件结霜或冷冻现象。

    因此研究在低温工况下低温球阀填料函的温度场具有非常积极的意义。

    2 问题的提出

    填料函温度场的分布取决于阀盖颈部长度、滴水盘的设置及位置、阀盖颈部壁厚尺寸、阀盖与阀杆的间隙大小等因素。

    对于阀盖颈部长度,BS6364MESCSPE77/200等标准规范对此作了相应的规定。有关阀门设计手册中也提供了通过试验得到的阀盖颈部长度。俞树荣等通过传热学原理推导了阀盖颈部长度的计算公式。这些公式基于简化模型,利于分析理解、公式推导,有一定的理论指导意义。

    此外阀盖上部的温度较低,通常情况下阀门暴露在空气中,当空气遇到低温阀盖会液化成水珠。在阀盖中部设置滴水盘可以防止低温液化的水珠滴落在中法兰螺栓上,避免螺栓的锈蚀。滴水盘的存在及位置显然会对阀盖颈部温度场有一定的影响。

    阀盖颈部壁厚及阀盖与阀杆间隙对填料函温度场分布也有一定影响。在保证阀盖颈部强度要求下,阀盖颈部壁厚应取较小值。在结构允许范围内,阀盖与阀杆间隙应尽可能取小值。

    通过上述分析可以看到,填料函的温度场分布影响因素较多。通过规范、手册及公式的查询或计算得到的阀盖颈部长度有一定的局限性,且结果也存在较大的差异。而有限元软件能对模型添加各种合适的边界条件,进行模拟求解,并利用后处理模块对求解结果进行直观分析,对不同结果进行对比。

    本文利用ANSYS软件对LNG低温球阀的阀盖颈部模型的温度场进行稳态热传导模拟分析。

    3 建模及求解

    3。1 简化模型

    本文讨论的是阀盖加长结构对填料函底部温度的影响,因此只选取阀盖、阀杆、填料、填料压套及滴水盘组成的部分建立模型。另外,从传热的角度看,阀盖的轴孔与阀杆之间的间隙很小且材料相同,低温液体的径向温差可忽略,从而可将之间的间隙略去,使阀杆与阀盖直接接触。在低温情况下空气为等双原子气体,不需要考虑空气与阀盖间的辐射换热。

    用于计算分析的简化模型见图1。

    1 传热分析简化模型

    对于L1L2,L3L4每一段中的微元可建立传热平衡方程如下:

    边界条件如下:

    每相邻段之间用热交换系数hi建立联系,进行联合求解,得出整个温度场。

    从上述传热分析可以看到,要求解该微分方程组比较困难,且模型已经有较大的简化,结果也将会有一定的误差。通过有限元软件的计算能力,可建立接近实际的模型,从而尽量保证模拟结果的准确性。用于模拟分析的简化模型见图2

    2 模拟分析简化模型

    3.2 实体模型

    本文采用SolidWorks建立实体模型(装配体),通过iges格式导入至ANSYSWorkbench中,装配体的配合部分将自动生成Connection里的Contact区域。由于模型的对称关系,为减少计算量,可在ANSYSWorkbench中的DesignModeler模块将模型处理为1/4部分。建立的实体模型如图3所示。

    3 实体模型(1/4对称部分)

    3.3 网格划分

    采用ANSYSWorkbench自带的网格划分方法对模型进行划分可得到较理想的网格。

    对阀杆可添加HexDominantMethod方法对阀杆重新划分,可得到更好的六面体网格。

    网格划分结果如图4所示。

    4 网格划分结果(部分)

    3.4 计算参数及边界条件

    用于热分析的计算参数见表1

    1 热分析计算参数表

    边界条件:阀盖颈部传热属于稳态热分析。阀盖及阀杆与低温介质接触的面均设为热传导面,温度设为-196℃。阀盖、阀杆、填料、填料压套及滴水盘与环境流体(空气)接触的面均设为热对流面,对流中热对流系数设为12W/m2·K),环境温度设为25℃。

    设置好各种条件下的计算参数和边界条件后,即可对温度场进行模拟求解。

    4 模拟结果及分析

    4。1 有滴水盘和无滴水盘的温度场比较

    有滴水盘(滴水盘上平面距填料底部135mm)时填料的温度场如图5所示。有滴水盘时填料的温度场如图6所示。对比图56,可以看到滴水盘的存在使得填料温度(填料函底部温度为5.67℃)明显要高于无滴水盘时的填料温度(填料函底部温度为-0.91℃)。这说明,滴水盘不仅能阻挡液化的水珠落入中法兰螺孔内,还能提高阀盖颈部的保温效果。

    5 填料温度场(有滴水盘)

    6 填料温度场(无滴水盘)

    4.2 总体温度场

    阀盖颈部部分(阀盖、滴水盘、阀杆、填料及填料垫)温度场如图7所示。

    7 阀盖颈部温度场

    从图可以看到阀盖颈部温度场基本上属于沿z轴方向的一维导热分布。填料的温度处于零度以上,说明填料在低温工况下仍可正常工作。滴水盘由于较大的换热面积,在离阀盖外表面稍远的区域即达到零度以上。

    4.3 阀杆轴线温度场分析

    阀杆轴线温度场如图8所示。

    8 阀杆轴线温度场

    阀杆轴线温度的变化可大致分为4部分。这是由于阀盖中法兰、阀盖长颈、滴水盘、阀盖顶部以及阀杆突出填料垫部分等对阀杆轴线温度有影响所致。

    4。4 滴水盘位置

    改变滴水盘位置(距填料函底部距离),经传热模拟得到填料函底部温度与滴水盘位置关系,如图9所示。

    9 填料底部温度与滴水盘位置的关系

    从图9可见,滴水盘距填料函越远,填料函底部温度越低,但从温度变化值来看,滴水盘的位置对填料函温度影响不大,设计时可不必作为重点考虑因素。

    5 结语

    本文建立了LNG低温球阀的阀盖颈部有限元模型,对模型的温度场进行模拟计算,得到了所设计的阀盖颈部在工况下的温度场分布,填料处于操作温度(0℃)以上。通过分析阀杆轴线温度场、滴水盘的有无以及处在不同的位置时填料函温度场分布情况,为进一步的研究提供了一定的基础。

     

     文章地址:http://happinay.com/all_html/news_show.asp?ID=1504

彩票赔率 | 公司简介 | 动态资讯 | 产品展示 | 阀门选型 | 工程案例 | 资料下载 | 客户反馈| 网站地图 | 联系我们

销售电话:020-32399500 图文传真:020-32398971  企业邮箱:leovalve@126.com
公司地址:广东广州黄埔区黄埔东路633  邮编:510700

版权所有 © 广州标固五金机电澳门最有名彩票网站  公司网址:http://happinay.com/

备案号:
澳门最有名彩票网站 PK10哪个平台赔率高 PK10哪个平台赔率高 澳门最有名彩票网站 PK10哪个平台赔率高 PK10哪个平台赔率高 澳门最有名彩票网站 澳门最有名彩票网站 哪个彩票平台赔率最高 哪个彩票平台赔率最高