Новое поколение нефтяных аппаратов 2020

Константин Владимирович Ефанов
Новое поколение нефтяных аппаратов 2020

Сделаем вывод, что в этом состоит отличие в проектировании аппаратов нового поколения и устаревшего поколения.

Атомная отрасль является консервативной и в ней предположительно будут применяться аппараты устаревших конструкций, например, корпуса ядерных реакторов, изготовленные из поковок.

Применение аддитивных технологий изготовления не сделает конструкции устаревшего поколения конструкциями нового поколения. Изменится только технология изготовления. Обоснованием технической реализации применения аддитивных технологий для изготовления оболочек сосудов и аппаратов впервые выдвинута Ефановым в краткой статье [12] на основании возможного заимствования опыта изготовления колец диаметром около 2 метров в судостроении.

В нефтяном машиностроении по аддитивной технологии могут быть изготовлены сложной формы детали проточной части центробежных насосов и аналогичные изделия. Для изготовления несущих металлоконструкций, аддитивные технологии больше подходят для конструкций с развитым пространственным взаимодействием, применяемых в автомобилестроении и авиастроении.

При проектировании конструкции автомобиля может быть сформулирована задача конструктивного решения в виде получения несущего кронштейна с массой на несколько процентов меньшей, чем у аналогов. Такая задача решается за счет использования сложной формы, которую можно получить только аддитивными технологиями. Для нефтяных аппаратов такая задача может быть сформулирована и решена за счет синтеза металлоконструкции из листовой и стержневой с применением традиционных технологий обработки режущим инструментом, сварочным оборудованием. На этом основании можно сделать принципиальный вывод об отсутствии необходимости применения аддитивных технологий в нефтяном и химическом аппаратостроении и производстве резервуаров.

3. Конструктивные элементы аппаратов нового поколения

Для аппаратов нового и устаревшего поколения изменилась конфигурация элементов, но перечень элементов остался без изменений, например, обечайки, днища, опоры.

Проведем сравнение отличий в конструкциях нового и устаревшего поколения аппаратов по каждому из элементов.

3.1. Обечайки цилиндрические и коробчатые

Сейчас применяются ребристые обечайки, имеющие большие величины прочности и жесткости.

Применяются коробчатые обечайки, позволяющие разместить большее количество жидкости по сравнению с вписанной цилиндрической обечайкой. Вследствие повышенной вместимости коробчатые оболочки широко применяют для горизонтальных резервуаров, например, под воду для градирен.

Коробчатые резервуары являются примером конструкции сосудов (в данном случае не проводим границу между сосудами и резервуарами) нового поколения. Так как сочетает листовую оболочечную конструкцию и усиливающую её стержневую каркасную (рамную) металлоконструкцию.

Конструктивно коробчатый аппарат (резервуар) нового поколения состоит из оболочки с затем собранной на ней сваркой металлическим усиливающим каркасом или из сваренных стенок.


Стенки по отдельности в этом случае представляют собой раму из стержневого проката (трубы прямоугольного сечения, двутавры, швеллеры) и приваренные листы стенки оболочки.

Стержни каркаса размещают в местах максимального восприятия нагрузок от массы жидкости.

Функцию несущей конструкции выполняет каркасная металлоконструкция, а листовая металлоконструкция имеет функцию создания внутреннего объема. Каркасная металлоконструкция по стенке как правило выполняется решетчатой. Элементы листовой металлоконструкции прогибаются в центре ячеек решетки и работают как пластина, закрепленная по четырем краям.

Разработки коробчатых сосудов и резервуаров нового поколения должна выполняться при расчетах на прочность и жесткость методом конечных элементов в программах МКЭ.

При правильном проектировании обеспечивается минимальная толщина стенки листового материала и минимальный сортамент стержней каркаса с одновременно максимальной прочностью и жесткостью.

Технология сварки отрабатывается с целью исключения деформаций и коробления листового металла после его приварки к стержневому металлопрокату (прямоугольным трубам).

В сосудах предыдущего поколения применялось решение в виде цилиндрической обечайки из биметалла. Наружный слой выполняет функцию несущей конструкции. Такое же решение может быть применено для листового материала коробчатого резервуара. Но в аппаратах нового поколения функция несущей конструкции может быть реализована более выраженно и ярко. За счет того, что может быть использована оболочка из нержавеющей стали AISI 304 (сталь 12Х18Н10Т) и каркас из стали 09Г2С. Сварной шов выполняется сваркой по аустенитному типу. Здесь необходим правильный подбор сварочных материалов. Явление, при котором будет протекать электрохимическая коррозия за счет наличия сопряжения нержавеющей и черной стали устраняется защитой.

В аппаратах колонного типа предыдущего поколения применяются укрепляющие кольца. Назначение этих элементов, как правило, в повышении жесткости оболочки для условий работы под внутренним вакуумом. То есть при расчете по нормам на жесткость гладкая цилиндрическая оболочка не выдерживала нагрузок, но выдерживала нагрузки от внутреннего давления. Вряд-ли в проектных институтах целенаправленно конструировали ребристые оболочки сосудов. Результатом является ребристая оболочка, эквивалентная гладкой оболочки, но увеличенной толщины. И поэтому достигалось проектирование аппарата с минимальной массой.

Сведения об эквивалентной оболочке и о расчете ребристых оболочек подробно приведены в работах Новожилова [12] и Михайловского [13].



В работах Ефанова [7], [8] рассмотрено решение по углублению применения пространственного взаимодействия и перехода от ребристо оболочки к решетчатой оболочке. То есть можно выстроить ряд:

гладкая оболочка – ребристая оболочка – решетчатая оболочка.

Решетчатые оболочки уже находят применение в емкостном оборудовании. Ребра выполняют из пластин. И как указано выше находят применение в коробчатых резервуарах.

__

Решетчатая конструкция является конструкцией аппаратов нового поколения 2020.



Конструктивно синтезируется из листовой и стержневой металлоконструкции, позволяет получить аппараты и резервуары, цилиндрические и коробчатые с минимальной массой и применить разные материальные исполнения для оболочечной и каркасной металлоконструкций.

Составим сравнительную таблицу металлоконструкций аппаратов нового 2020 и предыдущего поколений:

Рейтинг@Mail.ru