Участок разделения расплавов хлоридов – комплекс конструкций и оборудования, предназначенных для осуществления процедуры разделения смеси хлоридов.
Вебинар: Сопровождение проектирования центров обработки данных в части температурного и климатического CFD-моделирования
Приглашаем на открытый вебинар, посвящённый актуальным вопросам сопровождения проектирования центров обработки данных (ЦОД) в части температурного и климатического CFD-моделирования
Материал, из которого изготовлены элементы участка разделения хлоридов – трубопроводы, колонны и т.д. – должен обладать необходимым набором механических и физических свойств, позволяющим конструкциям выдерживать нагрузки как при монтаже и пусковых тестах, так и при длительной эксплуатации. Именно поэтому подбор основного материала, в котором будут выполнены конструкции, является важным начальным шагом к долгому и успешному функционированию всей производственной системы. Последующим, но от того не менее важным, шагом является поверочный расчёт конструкций, который позволяет сделать обобщённое заключение о прочности исследуемых объектов, рассмотрев все возможные режимы нагружения и учтя особенности работы каждого из них. Набор расчётов, которые необходимо провести, определяется для каждой конструкции индивидуально, исходя из особенностей её работы, однако можно выделить основные из них:
- расчёт на статическую прочность;
- расчёт на циклическую прочность;
- расчёт на трещиностойкость;
- расчёт на вибропрочность;
- расчёт на прогрессирующее формоизменение.
После проведения поверочного расчёта становится возможным сделать заключение о прочности конструкций.
Нормативной базой для проведения расчётов выбран ПНАЭ Г-7-002-86.
Рисунок 1 – Участок разделения расплавов хлоридов (Изображение сгенерировано нейросетью)
Используемый хромоникелевый сплав и его свойства
Подходящим материалом может стать один из линейки хромоникелевых сплавов. Данные материалы обладают подходящими физико-механическими свойствами, а также, что особенно важно в случае контакта с агрессивной средой, являются корозионностойкими.
Рисунок 2 – Хромоникелевый сплав (Изображение сгенерировано нейросетью)
Обзор исследуемых объектов
Объектами дальнейшего исследования являются трубопроводы участка разделения хлоридов.
Трубопроводы предназначены для передачи расплавов между установками участка разделения хлоридов и представляют собой набор регулярных участков труб, компенсаторов, фланцевых соединений, а также встраиваемых в общую трассу трубопровода элементов, таких как шаровые краны и тройники. Трубопроводы по всей длине покрыты электрообогревом для обеспечения необходимого температурного режима работы и снабжены наборами опор и противовесов для компенсации весовых нагрузок.
Результаты расчётов
Широкий спектр расчётов исследуемых объектов позволил комплексно оценить их прочность.
В рамках исследования сделаны расчёты на статическую прочность. Главной расчётной величиной в данном типе расчётов являются приведённые напряжения, рассчитанные согласно третьей теории прочности. Максимальные расчётные значений напряжений в различных зонах конструкций сравниваются с допускаемыми значениями, на основании чего делается вывод о статической прочности конструкций.
Рисунок 3 – Результаты расчёта
Для оценки долговечности конструкций проведены расчёты на циклическую прочность с использованием заложенных для сроков эксплуатации программ нагружения. Главной расчётной величиной в данном типе расчётов является значение накопленной повреждённости, показывающее расход ресурса конструкции. Для безопасной эксплуатации конструкций значение данной величины, полученное в результате расчётов, должно быть меньше единицы.
В рамках оценки трещиностойкости конструкций проведены расчёты на определение максимальных допустимых коэффициентов интенсивности напряжений (КИН). Расчёты проведены путём программного внедрения в наиболее нагруженные участки конструкций эллиптической трещины и дальнейшего исследования распределений значений КИН по фронту трещин. Исследование проведено для различных длин внедряемых трещин. Целью проведения расчёта является получение критических значений КИН в зависимости от длины потенциальной трещины – на основании полученных данных сделаны выводы относительно допустимых для эксплуатации конструкций параметров трещин.
Рисунок 4 – Расчёт трещиностойкости
Для исследования вибропрочности трубопроводов проведено CFD (Computational Fluid Dynamics) моделирование течения расплава хлоридов с заданными параметрами расхода жидкости. Целью проведения такого расчёта является исследование частотных характеристик пульсаций давления жидкости, текущей в трубопроводах.
Проведение CFD моделирования течения расплавов хлоридов
Для моделирования течения расплавов хлоридов в исследуемых трубопроводах использован вычислительный пакет ANSYS Fluent.
Для исследования частотных характеристик пульсаций давления жидкости использован следующий алгоритм:
- проведение гидродинамического CFD расчёта течения жидкости внутри трубопровода;
- анализ поля полного давления;
- анализ относительной величины пульсационной составляющей скорости течения жидкости с помощью исследования величины интенсивности турбулентности.
- локализация мест (точек) для анализа в них истории изменения давления за расчётное время задачи гидродинамики;
- проведение быстрого преобразования Фурье историй изменения давления в локализованных точках с целью расчёта в них частот пульсации давления;
- анализ полученных результатов и заключение о присутствии, характере и величине пульсаций давления, вызванных течением жидкости по трубопроводу.
Рисунок 5 – Результат CFD моделирования
Рисунок 6 – Частотные характеристики давления пульсации
Данный подход позволил исследовать частотные характеристики пульсаций давления жидкости и сделать заключение о безопасности для вибропрочности конструкций возникающих пульсаций.
Заключение
Комплекс проведённых расчётов позволил исследовать прочностные свойства трубопроводов и дать заключение о возможности применения новейшего хромоникелевого сплава при изготовлении новых экземпляров конструкций участка разделения хлоридов.
В результате анализа напряжённо-деформированного состояния исследуемых объектов выданы рекомендации по доработке конструкций с целью уменьшения напряжений в наиболее нагруженных зонах.
В результате проведения расчётов на определение максимально допустимых КИН исследованы критические параметры трещин в исследуемых объектах.
Проведённое CFD моделирование течения расплавов хлоридов в трубопроводах позволило сделать комплексную оценку вибропрочности исследуемых объектов.
Рассмотренный при расчётах хромоникелевый сплав рекомендуем к использованию в конструкциях участка разделения хлоридов при выполнении рекомендаций по их доработке.