ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЕТ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ТРУБОПРОВОДА С ЗОНОЙ УТОНЕНИЯ

В работе проведена оценка напряженно-деформированного состояния технологического трубопровода с утонением (далее трубопровод) для 2х вариантов:
I. рабочие условия;
II. гидравлические испытания.

Трубопровод состоит из линий А и Б. Линия А предназначена для транспортировки продукта, а линия Б – для сброса горючих газов от линии А. Трубопровод изготовлен из стали 09Г2С и расположен на открытом воздухе.

В Autodesk Inventor была создана поверхностная модель с утонением, которая затем была импортирована в ANSYS для получения расчетной модели.

Рабочие нагрузки, приложенные к расчетной модели в каждом из вариантов, приведены в табл. 1.

 

Таблица 1. Значения рабочих нагрузок

№ варианта I II
Линия А Б А Б
Давление, [МПа] 2,5 0,05 3,625 0,45
Температура, [°С] 41 30 20
Гидростатическое давление, [кПа] - 0÷259 137÷164

 

Общий вид трубопровода с указанием месторасположения и типа опор, а также геометрия зоны утонения представлены на рис. 1.

 

 Общий вид трубопровода
Рис. 1. Общий вид трубопровода 

 

Прочностные характеристики материала и допускаемые напряжения для различных вариантов приведены в табл. 2.

 

Таблица 2. Прочностные характеристики и допускаемые напряжения для 2х вариантов

№ варианта I II
Линия А Б А Б
Предел текучести, [МПа]* 238 242 245
Временное сопротивление разрушению, [МПа]* 432 432 432
Категория напряжений** (σ)1 (σ)2 (σ)RK (σ)1 (σ)2 (σ)RK (σ)1 (σ)2 (σ)RK
Допустимое значение, [МПа] 159 206 432 161 209 432 221 278 432

*прочностные характеристики указаны при рабочей температуре, получены линейной интерполяцией (ПНАЭ Г-7-002-89, прил.1, п.1.1)
**категории напряжений согласно ПНАЭ Г-7-002-89

 

В соответствии с ПНАЭ Г-7-002-86, п.1.2.16 расчет напряжений без учета концентраций был проведен в предположении линейно-упругого поведения материала.

По результатам расчета были определены и рассмотрены наиболее нагруженные характерные зоны:
- зона А (отвод);
- зона Б (врезка в трубопровод);
- зона В (зона утонения).

Карты распределения эквивалентных напряжений всего трубопровода представлены на рис. 2.

 

Вариант I Вариант II
Карта распределения эквивалентных напряжений всего трубопровода Карта распределения эквивалентных напряжений всего трубопровода
Рис. 2. Карты распределения эквивалентных напряжений всего трубопровода, [Па]

 

Карты распределения эквивалентных напряжений характерных зон представлены на рис. 3.

 

  Вариант I Вариант II
Зона А Карты распределения эквивалентных напряжений для характерных зон Карты распределения эквивалентных напряжений для характерных зон
Зона Б  Карты распределения эквивалентных напряжений для характерных зон  Карты распределения эквивалентных напряжений для характерных зон
Зона В  Карты распределения эквивалентных напряжений для характерных зон  Карты распределения эквивалентных напряжений для характерных зон
Рис. 3. Карты распределения эквивалентных напряжений для характерных зон, [Па]
02-tehnologicheskiy-truboprovod-s-utoneniem-03.07 - место с максимальными (σ)1 / (σ)2 / (σ)RK

 

Проверка условий прочности и коэффициент запаса для каждой зоны приведены в табл. 3.

 

Таблица 3. Оценка результатов

№ варианта Зона

Категория

напряжений

Расчетное

значение, [МПа]

Знак

Допустимое

значение, [МПа]

Коэффициент

запаса

Условие

прочности

I А (σ)1 124 < 159 1,28 выполнено
(σ)2 160 < 206 1,28 выполнено
Б (σ)1 93 < 159 1,71 выполнено
(σ)2 187 < 206 1,10 выполнено
(σ)RK 210 < 432 2,05 выполнено
В (σ)1 274 > 159 0,58 не выполнено
II А (σ)1 142 < 221 1,55 выполнено
(σ)2 160 < 278 1,73 выполнено
Б (σ)1 133 < 221 1,66 выполнено
(σ)2 267 < 278 1,04 выполнено
(σ)RK 300 < 432 1,44 выполнено
В (σ)1 435 > 221 0,50 не выполнено

 

Выводы:

1) При рабочих условиях эксплуатации в зоне утонения стенки трубопровода σ1 превышает допустимые значения напряжений, но не превышает временное сопротивление - это приведет к необратимым локальным пластическим деформациям.

2) При гидравлических испытаниях в зоне утонения стенки трубопровода σ1 превышает допустимые значения напряжений и превышает временное сопротивление - это приведет к образованию и развитию трещин.

 

скачать "ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЕТ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ТРУБОПРОВОДА С ЗОНОЙ УТОНЕНИЯ"

Добавить комментарий

Защитный код
Обновить