设备管口载荷计算的准确模拟.pdf

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1、第50卷第4期I匕工设置与置道、，01．50NO．42013年8月PROCESSEQUIPMENT&PIPINGAug．2013设备管口载荷计算的准确模拟余玲，许杰(北京航天动力研究所，北京100166)摘要：设备与设备外部的管道相互作用，会对设备管口产生一个作用力，运行时设备管口的受力不能超过设备的允许值，因此设备管口受力值的准确计算很重要。化工设备有多种形式，但按设备内部管道可分为三种典型形式：直管、u型管和环管。文章以某项目的三种典型设备为例，应用CAESARII应力计算软件中的“虚拟刚体”对设备进行模拟，并在此模型上，增加设备管口的约束条件。完成后的模型将

2、设备与管道连成了一个整体，能直接计算设备滑动端的位移，也能在计算中考虑设备管口的约束条件。通过对设备热胀位移的计算验证了模型的准确性，计算结果体现了设备与管道的相互作用，并能同时计算多个工况的受力值，因此能提供更准确的设备管口载荷。关键词：应力计算；管口载荷；CAESARII软件；虚拟刚体中图分类号：TQ050．2；TH12文献标识码：A文章编号：1009—3281(2013)04—0071—005应力计算中，设备管口的受力值是关键的校核纳为如下三种：直管、u型管和环管。设备的内部结点。在常规的计算里，一般将设备管口当成固定点”，构不同，模拟方式也会不一样，下文依

3、次选取某项目或者由设备专业提供设备管口的“端点位移”，再单的几种典型设备，说明如何用CAESARII软件中的独计算管道对于设备点的作用力[1】。这种算法忽视了“虚拟刚体”给设备建模。建模后的设备与管道模型设备与管道的相互作用，与实际偏差较大。对设备内连成一个整体进行应力分析。部管道进行建模工作量太大，而且往往设备内部的详1．1直管型细结构不能提供给管道应力分析工程师，因此无法将1．1．1基本结构设备与管道作为一个整体的管道模型来计算应力。以空冷器为例，某空冷器管束4排，总长6m，CAESARII软件是以梁单元模型为基础的有限宽2m，通过周围构架支撑管束和鼓风机。空

4、冷器元分析程序，广泛应用于石油、化工及电力等行业的管束与管箱是一个整体，搁置在支撑钢结构上，管大型管系应力分析『2】。在CAESARII软件中，阀门箱与支撑型钢之间用螺栓连接。管内介质操作温度常作为“刚性体”与管道一起进行应力分析，分析中为270℃。设备结构示意图见图1，其中a端为物料只考虑阀门的膨胀、重量等信息，并不对阀门本身的入口，设备在a端抽出两个接口，以下表示a，，a2；强度进行校核。这种做法给设备与管道的整体模型提b端为物料出口，出口两个接口分别为b，b。供了思路：由于阀门重量需要管道支撑，因此阀门一1．1．2建模般作为实质刚体，输入阀门的重量信息；而设

5、备与阀考虑到管束和管箱是一个整体，用“虚拟刚体”门的区别在于，设备有自身的支撑结构，无需借助来模拟它，进出口管嘴用管道模拟。本项目空冷器管外部管道的支撑。“虚拟刚体”是重量为零的刚性体，箱在C点、d点、e点、f点通过螺栓与支撑钢结构连接，用于重量对管道应力分析不影响的情况[3】。设备作为但e，f点的螺栓开孔是长圆孔，允许e，f点在】，方一个整体，无需外围管道系统的支撑，因此，我们把向28mm的位移。建模分析如下：本模型将d点设设备作为“虚拟刚体”与管道一起进行应力分析。1典型设备的模拟【4_9J收稿日期：201304．01作者简介：余玲(1983一)，女，湖北公安

6、县人，工程师。主要化工设备的内部管道有多种形式，但基本可归从事工艺配管及管道应用分析工作。2013年8月余玲，等．设备管口栽荷计算的准确模拟胀量只能与设备滑动端的位移一致，其余的热位移需壳体管与支管之间采用压盖形式，支管与压盖要换热管在设备内部吸收，不在本模型考虑范围内。之间有2m／n的活动间隙，因此壳体与支管连接考虑2200为gap=2mm的GUI导向支撑。支管】，方向未做限位，可以吸收外界对于支管轴向的应力，而由于支管采用u型回旋的方式，外界管道对支管轴向的膨胀并不是自由膨胀，而是有一定刚度限制的膨胀，可由设备提供此处的刚度用于计算。基于以上分析，物料换热器按

7、如图5示意图进行模拟。图3换热器外形图Fig．3．Generalviewofhemexchanger}图5换热器管口轴测图Fig．5Isomericdrawingofhe~exchangernozzles磐寄I1．2．3结果分析。目输入相应的结构尺寸，用“虚拟刚体”，“GUI”，“一Y”等模拟后，选取换热器出口7个支点某工况的1．l受力及位移如表3。。l由于换热管端伸出设备处采用压盖结构，且有2mm间隙，因此扭矩为0；以方向位移作为分析依据，计算平均位移如下ll】：l．—重lAx=K×△TX△L=13．07~10一cm／(m·℃)x(80—15)℃×5．3m=4．

8、5mmI软