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    运用CAESARII软件对管道π型弯的优化设计简介.pdf

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    运用CAESARII软件对管道π型弯的优化设计简介.pdf

    CHEMICAL ENGINEERING DESIGN 化工设计2013,233 运用CAESAR II软件对管道耵型弯的优化设计简介 王金宝 中国石油集团东北炼化工程有限公司吉林设计院吉林132002 摘要 管道1r型弯,因其相对成本低、构造简单及运行可靠等优点,应用非常普遍,如何合理的设计啊 型弯,对其节省管道材料及减小1r型空间起到重要作用。运用CAESAR II 2011软件中的Loop Optimization Wizard 功能,可以实现订型弯的优化设计。 关键词管道盯型弯软件优化设计 管道1T型弯,用CAESAR II 2011软件中新增 加的Loop Optimization Wizard功能,可对叮T型弯进 行优化。Loop Optimization Wizard主要用于调整管 道的柔性,其原理是依据分析计算结果获得各节 点的推力、弯矩和应力值,根据用户的需求进行 优化,以达到降低管系某一节点推力、弯矩或应 力值的目的,同时此功能将霄型弯尺寸进行循环 计算,实现管道竹型弯的优化设计。 l设计思路 1.1确定1T型弯数量或管道长度 订型弯多在长管道上应用,可设定一个热位移 值,来确定1r型弯的数量或加一个1T型弯所需管 道长度。例如设定热位移为△L定时加一个耵型 弯,或加一个盯型弯所需管道长度设为 ,根据 管线膨胀量公式 ALL 8△r 则 zaL定/ear NAL/△ 1 2 3 式中,△L为管线的膨胀量,mm;AL定为设定的 管线膨胀量;L为管线长度,mm;L审为加一个盯 型弯所需管道长度,mm;AT为管线的温升,△T t一20,t为设计温度,℃;£为线膨胀系数, 由20cI至t℃的每米温升1 oC的平均线膨胀量;N 为仃型弯数量,其值为四舍五人后取整。 根据式3,可以确定订型弯的数量N或加 一个1T型弯所需管道长度L牵。 1.2管道1T型弯尺寸优化计算 1在CAESAR II 2011中建立长管道模型, 输入管道特性参数,根据管道的长度设定固定端。 应力模型建立后,进行一次静态分析运算。 2运算完成后,不修改任何参数,直接激 活Loop Optimization Wizard功能,选择优化数据的 类型Stress或Restraint;选择调用的工况;在Tar- get Date里,输入要求的荷载值或应力值、节点号 和类型;在Create Loop On Element里,选择要循 环单元的节点;在Loop Type里,选择要优化的耵 型弯形式;选择Draw Cube来调节要循环竹型弯安 装空间的边界范围。 3设定各种限制条件后,点击Design,程 序将自动循环计算满足要求的叮r型弯,并开始在 循环的单元插入、新建 型弯的节点,如果节点 号分配无问题,并且安装空间的边界范围满足计 算的 型弯尺寸,则1T型弯在CAESAR II 201 1中 将被设计和显示出来。 1.3重新计算百型弯 如出现下列情况,需要用Loop Optimization Wizard功能重新计算1T型弯。 1软件运行时,出现节点分配错误或安装 空间的边界范围不满足计算的盯型弯尺寸等问题 时,软件自动停止运行。需对出现问题的限制条 件检查和更改,然后重新运行软件。 王金宝工程师。2007年毕业于长春工业大学化学工程与工艺专业。从事管道机械专业设计工作。联系电话043263913940 Emailjlywjb5096petroehincom.cn。 王金宝 运用CAESAR II软件对管道盯型弯的优化设计简介 25 2不满足管道设计规范要求,或计算的1T 型弯尺寸占用空间不合理等,需重新设计优化和 计算耵型弯。 2举例分析 某丁苯橡胶项目装置内管廊上一根约为lOOm 的管道,管道材质为碳钢,尺寸12”,壁厚 Sch.20,设计温度120C,安装温度20C,设 计压力0.6MPa,设定△L宕为100mm,要求霄型 弯两个固定架推力F≤15000N,根据上述条件设计 并优化管道上的叮r型弯尺寸。 2.1盯型弯个数确定 已知L100m,AL定100mm,查得8 11.67 X 10 Iram/mm℃。 根据式1计算管线的膨胀量 ALL 8 AT100000 X 11.6710 12020 l16.7 mm 根据式3计算 型弯数量 NMJaL116.7/1001.167 经过计算,需要1个1T型弯。 2.2软件对订型弯尺寸计算 1用CAESAR II 2011软件建立一根长度为 100m的管道模型,节点号范围为1000~1230,输 人上述管道各种参数,将管道两端节点1000和 1230分别设为固定架,见图l。应力模型建立后, 进行一次静态分析运算。 图1 整体管线输入模型界面 2运算完成,直接激活Loop Optimization Wizard功能,选择优化数据的类型Restraint;由于 最大的水平推力一般是由设计温度引起,因此选 择OPE工况;在Target Date里,输入要求的荷载 值15000N,输入节点1000点,根据管道方向,选 择Type为FX;在Create Loop On Element里,选择 要循环单元的节点,此单元需留出建立1T型弯的 节点;在Loop Type里,选择竹型弯的形式,这里 选择第7种形式,见图2。 图2 l oop Optimization Wizard界面 3选择Draw Cube来调节要循环竹型弯安 装空间的边界范围,见图3。 图3 Draw Cube效果界面 4确定输入各种限制条件后,点击Design, 开始 型弯的循环计算,见图4。 图4 Loop Design Monitor界面 5如果输人各种限制条件满足软件计算的 26 CHEMICAL ENGINEERING DESIGN 化工设计2013,233 要求,则可型弯自动生成,并在耵型弯上适当位 置增加管道支架。 2.3数据参数对比 没有加订型弯的直管道,软件运行的数据结 果,见图5。 图5 无1T型弯直管道运行结果的剪切界面 运用Loop Optimization Wizard功能对1T型弯的 设计并生成,软件再次运行后数据结果,见图6。 图6设计完成竹型弯后运行结果的剪切界面 对比OPE状态1000点的FX,发现荷载已降 至14999N,满足设计数据要求,同时设计出的 型弯尺寸为满足设计数据的最佳尺寸,实现管道订 型弯的优化设计,见图7。 3 结语 运用CAESAR II 201 1软件中的Loop Optimiza- 上接第33页 图7实现盯型弯优化设计界面 tion Wizard功能,依据分析计算结果获得各节点的 推力、弯矩和应力值,根据用户的需求对应力管 系中的某一直管段进行优化,以达到降低管系某 一节点的推力、弯矩或应力值的目的,此功能可 对面型弯循环计算,直到满足设计数据要求,同 时得出丌型弯的最佳尺寸,实现了管道订型弯的 优化设计。 参考文献 1 张德姜,王怀义,刘绍叶.石油化工装置工艺管道安装设 计手册第四版.中国石化出版社,2oo9.9. 2 CAESAR II 201 1 Applications Guide.Copyright.1985201 1 Intergraph CAS,lnc.All Rights Reserved. 修改回稿20130416 套管绝缘支架 口蜃 雪 三 三三三 l至蠢三雪l至罾埋地管道 图3 锌带阳极安装示意图 3 其它 1输油管道应设置里程桩、转角桩、阴极 保护测试桩和警示牌等永久性标志。埋地输油管 道的管道标志是否延续原有标识方式由业主决定。 2该迁改长输管道由于距离较短,所以设 计过程中不涉及输油站、线路截断阀等。 3输油管道由于使用牺牲阳极保护,因此 输油管道不需另行静电接地。 4 结语 输油管道工程设计必须始终贯彻执行国家现 行的有关规定,保证设计质量,提高设计水平, 使工程达到技术先进、经济合理、安全可靠及运 行、管理、维护方便。 参考文献 1 国家质量监督检验检疫总局特种设备安全监察局.全国压 力管道设计审批人员培训教材第二版.北京中国石 化出版社,2011. 2 GB 502532003,输油管道工程设计规范2006年版 [s].北京中国计划出版社,2007. 3 Sy 040198输油输气管道线路工程施工及验收规范[S]. 北京中国计划出版社,1998. 收稿13期20120924

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