Основы моделирования и анализа башни в CAESAR II

Thread Content

Реакторы и цилиндрические устройства, используемые для дистилляции сырья (нефти), являются чрезвычайно важным оборудованием в любой промышленности. В любой отрасли, связанной с трубопроводами, неизбежно присутствует несколько вертикальных цилиндрических устройств. Трубопроводы различного диаметра и с разными характеристиками (технологическими параметрами) подключаются на разных уровнях колонны. Необходимо провести анализ напряжений всех труб большого диаметра, подключенных к колонне, чтобы правильно оценить нагрузки на крепления труб и их соединения. При внимательном рассмотрении конструкции башни можно заметить, что в ней имеется несколько расположенных на разной высоте платформ. Температура на каждом ребре колонны различается в зависимости от условий процесса. Далее мы подробно рассмотрим метод анализа напряжений в цилиндрических конструкциях, таких как башни, с использованием CAESAR II. Анализ напряжений в цилиндрических устройствах будет проводиться с учетом следующих аспектов: 1. Параметры, необходимые для анализа; 2. Создание кривых температуры для цилиндра/башни; 3. Моделирование в программе CAESAR II; 4. Опоры для систем трубопроводов, соединенных с башней; 5. Проверка нагрузок на выходные отверстия трубопроводов. 1. Анализ необходимых входных параметров: для моделирования и анализа трубопроводов, соединенных с колонной, требуются следующие данные: a) общая схема оборудования колонны с указанием всех размеров, положения фитингов и материалов и т. д. б) Температура отдельных секций башни. в) Критическая таблица трубопроводов/ Таблица трубопроводов/ Параметры трубопроводов и P&ID. д) Изо-рисунок соединительной линии. е) Таблица допустимых нагрузок на отверстия, определенная в технических условиях проекта. 2. Температура сегментов цилиндрической части/башни: разные организации используют различные методы для определения температуры сегментов цилиндрической части. Здесь будет рассказано в основном о двух наиболее часто используемых методах. Кривая температуры в колонне обычно формируется на основе подключенных к ней выходных трубопроводов. Поэтому в P&ID необходимо отмечать выходные форсунки колонны большого размера (большой размер означает, что размер форсунок будет существенно влиять на изменения температуры внутри колонны). Затем в таблице трубопроводов рядом с этими трубопроводами указывают рабочую и проектную температуры. Предположим, что в типичной колонне имеются три крупных выходных сопла (N1, N2 и N3, показанные на рисунке 1). Тогда можно определить температуру на отдельных сегментах этой башни, как показано на рисунке 1. Этот метод в настоящее время является наиболее распространенным среди всех компаний по проектному строительству. http://bbs.intergraphbbs.com/data/attachment/forum/201701/17/103737p7czm88ya87oo0fe.jpg
Рисунок 1: Определение температур на отдельных сегментах типичной колонны — Метод 1. Кроме того, для определения температур на сегментах указанной колонны можно использовать метод, описанный на рисунке 2; многие компании также применяют этот метод. http://bbs.intergraphbbs.com/data/attachment/forum/201701/17/103741v69qeoet4q6emoph.jpg Рисунок 2: Создание диаграмм температур по секциям типичной колонны — Метод 2. Лишь немногие организации используют в процессе моделирования оборудования те значения температур, которые указаны в общих чертежах оборудования. Значения теплового удлинения устройства, полученные с помощью вышеупомянутых двух методов, более близки к реальным значениям. 3. Моделирование колонн в CAESAR II: все методы моделирования оборудования схожи. По собственному выбору можно начать моделирование с основания юбки и двигаться вверх, или же начать с той части, которая интересует, и двигаться вниз до основания юбки. Присвоение отдельных номеров узлам оборудования также является хорошей практикой, поскольку это позволяет легче отличать узлы оборудования от узлов трубопроводов. Лично при моделировании я начинаю с модели оборудования с узла 5000. Начнем с типичной фланцевой присоединительной детали. Сегменты 5000–5020 моделируются как фланцы форсунок; диаметр и толщина форсунок соответствуют данным, указанным на схеме оборудования GA. Иногда могут отсутствовать подробные чертежи от производителя оборудования (на начальном этапе проекта), поэтому в таких случаях в качестве основы для моделирования можно использовать проектные чертежи. Как правило, в специализированной литературе по оборудованию также приводятся таблицы минимальной толщины фитингов, основанные на классе фланцев и запасе прочности против коррозии. Получите толщину фитинга из этой диаграммы, или предположите, что толщина фитинга на два класса превышает толщину соединяемых труб. Как указано на схеме оборудования, начиная с фланца и далее, для параметров таких как давление, запас прочности против коррозии, материал, толщина и плотность изоляционного слоя используются температуры, указанные на двух вышеупомянутых диаграммах (диаграмме 1 или диаграмме 2). Затем элементы длиной от 5020 до 10 моделируются как трубопроводные единицы, длина которых берется из справочных данных (обычно указывается расстояние от выхода трубы до центральной линии устройства; в данном случае длина выхода трубы рассчитывается путем вычитания радиуса уже смоделированного устройства и толщины фланца). Добавьте ограничение ANC на узел 10 и соедините Cnode с точкой 5040. Нумерация сопел определяется как 10, 20 и т. д., что позволит разместить эти узлы в верхней части отчета restraint summary, чтобы мы могли быстро просмотреть нагрузки на сопла. Если хотите, вы также можете использовать отдельные узлы. Таким образом, модель форсунки готова. Теперь мы сделаем модель устройства. Преобразуйте значения от 5040 до 5060 в эквивалент объектов с нулевой массой и жесткостью; длина таких объектов должна соответствовать половине внешнего диаметра устройства. В качестве материала используется тот, который указан на рисунке-схеме. Температура определяется согласно данным, приведенным на рисунке; давление и другие параметры берутся из характеристик соответствующего устройства. Этот модуль приведёт вас в центр устройства. Начиная с этой части, устройство можно легко моделировать как трубопроводный элемент с кривой температуры, показанной на рисунке выше. Проверьте диаметр и толщину на схеме, поскольку эти значения могут иногда меняться в зависимости от расстояния от верхней части до основания. В заключение основание имитируется как трубчатый элемент; его температура определяется в соответствии с указанием в последнем абзаце данной статьи, а давление, плотность жидкости и запас прочности принимаются равными 0. В нижней части основания устанавливается точка фиксации. Как показано на рисунке 3, это простая модель колонны, созданная в целях симуляции; разные цвета обозначают разную температуру. http://bbs.intergraphbbs.com/data/attachment/forum/201701/17/103743ak8fbpnigeaa2j8a.jpg Рисунок 3: Простая модель башни в CAESAR II. 4. Симуляция крепления башни: трубопроводы обычно поддерживаются благодаря корпусу башни. Такой тип опоры называется панельной опорой. Первая опора, расположенная рядом с выходом трубы из цилиндрического корпуса, представляет собой каркас, который несет всю вертикальную нагрузку на трубу. Попробуйте разместить эту опору как можно ближе к соплу. Все остальные кронштейны являются направляющими кронштейнами. Поскольку пластина припаивается к корпусу башни, здесь необходимо симулировать саму пластину, а также кронштейны, соединенные с ее узлом Cnode, чтобы оценить эффект теплового расширения в этой зоне. Нагрузочная способность кронштейна для панели обычно указывается в руководстве по кронштейну. Поэтому иногда нагрузка на первую несущую конструкцию может превысить предел прочности панелей (это может произойти, если к верхней части цилиндра подключены кабели большого размера, и они находятся в воздухе). В таком случае нам необходимо сделать ещё одну несущую конструкцию. Эта опора должна быть пружинной; она будет разделять с первой несущей конструкцией часть нагрузки. Затем, начиная с этой точки, можно использовать направляющие опоры в соответствии со стандартами, указанными в спецификациях проекта. Модель CAESAR II показана на рисунке 4 и может служить ориентиром для метода использования дополнительных опор. Поддерживающую конструкцию башни моделируют как невесомый жесткий элемент; свойства внутренней части устройства совпадают с свойствами самого устройства, а свойства внешней части задаются как температура окружающей среды. http://bbs.intergraphbbs.com/data/attachment/forum/201701/17/103745w03jso66kceciobw.jpg Рисунок 4: Размещение кронштейнов для труб в башне установки CAESAR II 5. Проверка нагрузок на выходы труб: допустимые нагрузки на выходы труб обычно указываются производителем оборудования или приводятся в общем чертеже оборудования. У некоторых производителей существуют таблицы стандартных нагрузок, основанные на диаметре выходного отверстия и классе фланца. Следовательно, нагрузка, рассчитанная в точке фиксации, сравнивается с этими допустимыми значениями, чтобы определить, соответствует ли рассчитанное значение требованиям. Если нагрузка превышает допустимое значение, можно снизить нагрузку на выход трубы путем изменения конструкции кронштейнов или маршрута трубопровода. В случае, когда невозможно скорректировать маршрут, можно использовать WRC или FEA (NozzlePro) для дальнейшей проверки нагрузок на выходное отверстие. Или отправьте нагрузку поставщику оборудования для подтверждения. Расчет температуры основания: температуру основания можно рассчитать с помощью следующей формулы: средняя температура основания = (T – Ta) * F + Ta; в градусах Цельсия здесь Ta = температура окружающей среды℃ ； T = температура на верхней части основания юбки ； F= ； K=константа теплоизоляции=1,0 (теплоизоляция из огнеупорной керамики)=1,6 (без теплоизоляции) ； h и t — это соответственно высота и толщина основания.