石油化工行业有限元分析实践应用

      石油化工行业所涉及的科学技术领域十分广泛，涵盖了当今世界上先进的科学与工程技术。尤其是现代化石油科技的不断发展，把原有的石油及其它学科的理论、方法与不断发展的计算机技术结合起来已经成为新的发展趋势。压力容器应力分析通过采用多学科联合攻关，以现代化的计算机软硬件技术为手段，解决石油天然气工业中的技术难题。

  压力容器应力分析应用（ASME阿斯米标准压力容器分析设计）

        近些年，随着软、硬件环境的改善，有限元分析逐步引入压力容器行业，并取得很多成果。在接管、球罐、换热器、塔器、加氢反应器等设备的设计中，应力分析起到了关键性的作用。我国加入WTO后，项目总承包也越来越广泛地被国内的各个企业所接纳。国内的很多企业也采用项目总承包的方式承接了很多国内外大型项目的设计任务。几乎所有涉外的项目无一例外的要求承包方要有限元分析能力。随着国内外企业间的联系以及合作的多样性和紧密性，相信国内压力容器行业的有限元分析应用将会更普及。充分利用有限元仿真这个工具，设计出技术含量更高，更安全，更经济的产品。

☑️ 集装箱疲劳          ☑️ 齿啮式快开热应力  ☑️ 井架承载力

☑️ 布袋除尘器效率   ☑️ 单臂吊环强度         ☑️ 粉尘吸附放电

☑️ 抽油机动力学      ☑️ 埋地管强度             ☑️ 法兰式平行闸阀强度优化

☑️ 井口采油树强度   ☑️ 压力容器耐压应力分析

      随着国内参与国际项目的投标，在初步设计和最终的产品设计上采用有限元分析这个现代化的工具来辅助我们的设计将会成为本行业的新亮点。加入到国际市场的竞争，国内的企业会一改过去凭经验设计的老路，在经济上追求更大的利润，这样，工程师把真正的时间和精力就会放在设备的设计和创新上。压力容器应力分析极限载荷的分析手段也将大放异彩，使得压力容器的设计做到更安全、更经济，效率更高。还要充分利用有限元软件已经有的“设计优化啲功能，使我们的设计赶上和超过国际水平。

ASME阿斯米标准压力容器应力分析

根据ASME第III卷第一册NB分卷或第VIII卷第二分册对各级设备的不同失效模式进行应力分析设计评定压力容器分析设计。

具体范围包括：

1.设备各工况应力分析（设计、运行、异常、危机、事故工况、试验）对应不同应力限制的一次应力评定； 

2.设备运行工况应力分析（或运行加异常工况）一次加二次应力（安定性）评定； 

3.设备低周/高周疲劳评定； 断裂评定、其他评定如：工况下稳定性（屈曲）、热棘轮、三向应力等评定；

      国际上，本行业的设计水平要普遍高于我国的水平，原因也是多方面的。国际上普遍采用项目总承包的方式，作为设计者，要在保证设备安全的前提下，尽可能的要保证设计的经济性，国外的企业已经越来越多得把极限载荷的分析设计方法应用到容器的分析设计中了。国外企业的做法是：从招标前的初步设计到最后中标后的详细设计都把有限元分析做为分析设计的工具广泛使用。招标前的初步设计涉及到造价和投标的标值。所以，初步设计的初步分析也很重要。初步设计还要求分析人员要在较短的时间里完成初步的分析，对设计工程师的分析设计能力有比较高的要求；中标后的详细设计阶段，有限元方法的应用就更重要和广泛。这些都大大促进了国外石化行业有限元分析水平的提高。而国内的大部分企业对有限元的应用还局限于“验算”，而不是从一开始的初步设计到最后详细设计的贯穿始终。

某大型全容式LNG储罐整罐有限元仿真

随着液化天然气需求量的增加，LNG储罐的发展趋势是大型复杂化，目前的全容储罐容量已经达到20万方以上，空间尺寸接近百米，结构复杂。分析某大型全容式LNG储罐整罐及各重要部位在多种复杂载荷组合下的响应，优化储罐设计，确保储罐在各种工作条件下的可靠性。工程师考取了压力容器分析设计SAD证。

  石油作为现代经济的血液在一定程度上决定了国民经济的发展。该行业涉及了上游的探、采、储、输、配等一系列过程，以及下游的炼油、石化等大型工业工程。运用先进的数字化应力分析手段，覆盖大型石化工程项目的全生命周期，提供智能化的软件平台工具，从EPC，到数字化交付，以及为业主搭建运维的数字化工厂，助力大型石化工程降本增效。产品业务包括项目前端工程、设计、施工、运维、延寿/退役等阶段，具体功能包括前期数据采集和规划、设备资料管理和建模、工艺系统设计、三维布置设计、三维信息模型浏览、仪表设计、电气设计、设计流程管理、材料精细化管理、施工可视化管理、数字化交付、项目信息集成管理等，为设计企业、建设企业、总承包工程公司、业主等相关方提供了一站式全生命周期的数字化工厂信息解决方案。

案例1：压力容器的屈曲稳定性分析

大型LNG储罐设计与建造工艺复杂、造价高，是能源领域中的尖端技术之一，长期由国外企业垄断。

液压+外压工况设置：罐内承受液压：静水压力，液面高度为43.480m；内罐外壁受外压：1000Pa；内罐底面约束竖向位移，在底面外缘水平约束四个节点；

上图是LNG内罐结构线性屈曲分析前10阶载荷因子以及部分屈曲模态，将载荷因子与外加载荷相乘，便得到各模态下的临界载荷 。

通过非线性屈曲分析，最终得到LNG内罐的位移-载荷因子曲线（如上图），位移峰值处的载荷因子为0.04437，那么LNG内罐的极限承载力=总载荷*0.04437。

案例2：薄壁管道的非线性屈曲分析

圆柱薄壁的材料为2024-T3铝合金，由五层横截面为Z型的周向加强筋支撑，圆柱薄壁两端由两个厚盖板（厚度为25mm）密封，并分别由一个L型的铆接条加固。圆柱薄壁承受外部均匀压强，从而使圆柱薄壁上两个Z型加强筋之间的局部屈曲，最终导致结构失效。 

下图为底盖板中间某节点的轴向位移随外载荷变化的曲线结果。不难发现，在外载荷达到0.15MPa左右，曲线的曲率发生很大的突变，这表明结构发生了屈曲失效，对应的载荷即为结构的屈曲载荷 

案例3：薄壁圆筒线性及非线性屈曲分析

本案例为加强薄壁圆筒线性及非线性（屈曲后）屈曲模拟。结果显示圆筒所受载荷包括竖向集中压力和外壁面的均布压力。在此载荷下，通过线性屈曲分析可以求取结构失稳的临界载荷，一阶屈曲模态特征值λ=639.17；而非线性屈曲可以考虑初始几何缺陷，材料屈服，在载荷不断增加时，结构失稳失效的形态。

多元化的服务类型

压力容器应力分析、包括项目承接、软硬件选型配置、专业化定制二次开发、技术培训、项目供应链管理、

人员培养、定点技术支持等，为客户投入实现效益最大化。

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