Расчет нефтяных аппаратов методом конечных элементов

Константин Владимирович Ефанов, 2020

Рассмотрена проблема расчета сосудов и аппаратов до 21МПа и сосудов высокого давления до 130МПа по методу конечных элементов в сравнительном прочтении с расчетом по нормам. Приведены виды расчетов, сравнение теорий в основании, построение расчетов по теориям.

2 Виды расчетов по нормам

Перечень расчетов определяется различается для аппаратов колонного типа, вертикальных аппаратов, горизонтальных аппаратов, теплообменных аппаратов.

Колонный аппарат отличается от вертикального аппарата конструктивным исполнением опорной части — наличием опоры-юбки. Опора-юбка устанавливается на высокую нагрузку а также при отношении высоты к диаметру аппарата свыше 5.

Горизонтальным аппаратом как правило является аппарат емкостного типа на опорах ложементах, охватывающих обечайку под углом около 120°.

Для аппаратов колонного типа Зусмановская С.И. в работе [14] приводит следующий перечень нагрузок и расчетов напряжений:

— расчет напряжений растяжения от внутреннего избыточного давления

— расчет напряжений от веса среды в аппарате и от веса самого аппарата

— расчет напряжений от эксцентрично приложенных нагрузок

— расчет напряжений сжатия от внешнего давления

— расчет напряжений от ветровых нагрузок

— расчет напряжений от сейсмических сил

По результатам расчета напряжений от каждого вида нагрузок находятся суммарные напряжения в стенке сосуда.

Также колонные аппараты должны рассчитываться для условий монтажа.

Для вертикальных аппаратов в отличии от аппаратов колонного типа не выполняются расчеты от ветровых нагрузок и сейсмических сил.

Для горизонтальных аппаратов в дополнение к напряжениям, перечисленным для аппаратов колонного типа (за исключением от ветровых и сейсмических нагрузок) Зусмановская С.И. приводит следующий перечень расчетов [14]:

— продольные напряжения изгиба

— поперечные напряжения среза

— напряжения сжатия в обечайке над опорой

— напряжения в днище от срезывающих усилий

— напряжения в кольцах жесткости (при их наличии).

Более подробно приведем данные Зусмановской С.И. [14] по расчетам от ветровых и сейсмических нагрузок.

По расчете ветровых нагрузок аппарат рассматривается как защемленная консольная балка с равномерно распределенной нагрузкой. Расчетная ветровая нагрузка является произведением номинальной ветровой нагрузки на фактор формы колонного аппарата. Номинальную ветровую нагрузку определяют по формуле, показывающей ветровую нагрузку в виде зависимости от формы аппарата, скорости движения и плотности воздушной среды. По данным Зусмановской С.И. [14] фактор формы 0,6 для обечайки без выступов и 0,85 при их наличии. Напряжения в колонном аппарате определяют от изгибающего момента в ряде сечений по высоте.

По расчету на сейсмические нагрузки Зусмановская С.И. приводит следующие данные по значениям периода свободных колебаний [14]:

— короткий период колебаний T > 0,4 с (гибкие конструкции с коэффиицентом С=0,1, допускаемое напряжение увеличивается на 33%)

— короткий период колебания Т ≤ 0,4 с (жесткие конструкции с коэффициентом С = 0,2)

— промежуточные значения периода колебаний Т =0,4…1,0 (гибкие сосуды с коэффициентом С = 0,08/Т).

— длинный период колебаний T ≥ 0,1 с (гибкие конструкции с коэффициентом С=0,08)

Гибкие конструкции по сравнению с жесткими лучше поглощают колебания сейсмической нагрузки. То есть, как следует из данных Зусмановской С.И., необходимо стремиться проектировать аппараты колонного типа с периодом колебаний T ≥ 0,1 с.

Расчетные формулы периода свободных колебаний были выведены из теории колебаний. Для расчета в условиях землятресения используется сейсмический коэффициент, учитывающий горизонтальное ускорение. Сейсмический коэффициент С определяется отношением ускорения к ускорению свободного падения.

Конец ознакомительного фрагмента.