全焊接球阀抵抗地震灾害能力分析研究

作     者：杨繁隆 

作者单位：四川轻化工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：何庆中

授予年度：2019年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 080706[工学-化工过程机械] 070801[理学-固体地球物理学] 07[理学] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0708[理学-地球物理学] 082003[工学-油气储运工程] 

主      题：全焊接球阀 抗震特性 瞬态动力学法 安全性评价 

摘      要：全焊接球阀是石油、天然气/页岩气等介质长输主管线和支线系统阀控室的重要控制元件,对输送介质起到截断和分输作用,其安全性能直接影响长输管线系统的运行安全与能源保障。随着我国“西气东送、“川气东送、“三横四纵输气工程的运行与建设完成,在关键阀门系列产品打破国外垄断获得突破的同时,长输管线和配套装置元件抵抗地质灾害能力的研究,已成为我国大型装备工程建设与运行的重要领域之一。尽管我国是一个地质灾害和地震灾害频发的国家,与国外大型装备工程及配套产品抵抗地质灾害能力研究及应用相比,我国起步较晚,研究方法、手段及实践经验积累较少,这在一定程度上制约了我国大型装备工程的发展,如核电工程等。在这样的背景下,提出了大型装备工程系统抵抗地震灾害能力研究,本文重点针对长输管线用大型全焊接球阀系列产品及配套管线系统,在所配套管线不产生临界屈服极限前提下,采用基于模态(振型)分析的瞬态动力学方法,研究大型全焊接球阀产品及配套管线系统抵抗地震灾害的能力,探索瞬态动力学在全焊接球阀系列产品及配套管线系统抗震性能研究的应用技术及有效方法,为制定大型全焊接球阀系列产品抵抗地震灾害安全性技术指标规范,长输管线阀门国产化及长输管线的工程建设和安全稳定运行提供理论与试验验证依据。主要研究方法体现在如下几方面:1)以DN48FW-600LB全焊接球阀及管配系统为研究对象,应用有限元分析计算手段,采用基于模态(振型)分析的瞬态动力学方法,获取振型特征频率,避免系统发生共振,为后续开展瞬态动力学分析研究,有效求解获得在地震动激励载荷作用下的瞬态动力学方程的响应创造条件。2)地震发生过程是一个典型的随机过程,如何有效确定地震动载荷激励,获得研究对象瞬态动力学方程的响应解,长期以来是地震工程研究的难题之一。本文用我国典型地震(汶川、九寨沟严重地震)的主要特征参数,生成地震动规范反应谱,再由地震动规范反应谱在PEER地震动数据库检索获取2条已发生相近的天然地震波,并通过Simqke gr软件模拟1条人工地震波作为研究对象随时间历程变化的载荷激励,采用瞬态动力学时程分析方法,引入振幅、频率、时程三大激励因素,并采用瑞利阻尼处理手段将非线性动力学方程组简化成线性独立的动力学方程组,最后应用ANSYS Workbench软件瞬态动力学分析计算模块(求解器),求解得到基于3条地震动地震波激励的时间历程响应,获取在1.3s时间历程点的应力特征。3)依据JB/T4732-1995(R2005)钢制压力容器-分析设计标准对压力容器分类及失效评价规范,可用于三类压力容器使用承压构件(附件)进行强度、应力、安全性评价。评价得出DN48FW-600LB全焊接球阀及管配系统在设计使用工况条件下,具备抵抗汶川、九寨沟地震特征(8级烈度)的能力,不会产生功能失效。综上所述,论文开展的全焊接球阀抵抗地震灾害能力分析研究的方法、手段及评价规范,对大型装备工程抵抗地震灾害能力研究具有较好的借鉴意义。