化学工程安全新闻

浮雕管道减压的建模 - 计算反作用力

写道 Fauske团队 | 05.05.15.

借助于:Jens Conzen,经理,结构服务&振动和加蓬木,代理经理,热危险测试& Consulting


抽象的

在过压事件期间释放装置的突然打开将导致浮雕管道体验动态负载。可以产生压力波,其以通过流体的声速行驶。这导致强迫不平衡,特别是在长管段上,这可能会损坏浮雕深圳风采或防止浮雕深圳风采正常运行。为了设计并适当地保护浮雕管道,需要进行必要的支撑,执行对压力释放装置的打开之后的动态载荷(例如推力,动量和波浪)至关重要。在许多情况下,简单的分析技术可能不合适,并且可能需要作用在浮雕深圳风采上的负载的时间历史分析。为了解决这种现象,将讨论使用Relap5(反应堆偏移和泄漏分析程序)软件的动态负载的评估。 RELAP5软件可用于分析流体瞬变并计算结果负载。可以使用水作为流体评估经历单相或两相浮雕的深圳风采。


1.介绍

本文总结了一种方法,可用于规模,验证化学反应器的紧急浮雕深圳风采的设计,重点是反应力计算。该方法包括多个步骤,包括热量试验,流体动力学和结构计算。实施例植物是一种产生酚醛树脂的三个反应器部位。在假设过程危险分析(PHA)期间,确定在催化剂加入之前的冷却损失可能导致容器过度抑制。在响应中,进行量量试验,并使用所得数据来评估释放装置的所需尺寸。


然后将失控反应的表征用于流体动态评估,提供反应力。反应力用作结构分析的输入。通过RETAP5软件计算流体力,并在引线中进行结构评估。最终根据适当的管道代码的规则评估结构设计的充分性。


2.测试

要用于的数据 救济尺寸 采用通风尺寸包装封装2TM(VSP2)收集,旨在获取热通道施胶数据[2,3,4,5]。 VSP2利用低Phi系子测试电池,从而提供近绝热失控条件。结果,在VSP2中测量的温度和压力数据直接可扩展到任何过程容器。


在该实施例中评价的深圳风采是碱催化的酚醛反应。配方使用2.2:1摩尔比甲醛与苯酚。在加入催化剂(50%苛性碱)之前,测试的镦粗场景是冷却的损失。将苯酚和34%甲醛溶液加入到试验细胞中。然后将内容物加热至50℃的过程温度。将催化剂注入测试电池中,并将样品保持绝热。温度上升率数据如图1所示。初始放热由催化剂本身的混合热引起,然后产生产生酚醛树脂的润滑率交联聚合反应。将压力与温度数据与水的蒸气压数据进行比较,从DIPPR®[1]中取出,并且如图2所示。压力分布表示随着温度升高,深圳风采非常紧密地遵循水的蒸气压力。测试数据表明处理容器存在可能的过压危险。因此,应评估处理容器,以便通过减压深圳风采提供适当的过压保护。

3.救济规模评估

对血管R-3评估所需的浮雕尺寸,用于生产酚醛树脂。该容器的体积为5m 3并含有4m 3的反应物。血管最大允许的工作压力(MAWP)是30psig,破裂盘组压力为10 psig。浮雕深圳风采由位于反应器喷嘴下游的破裂盘组成,该磁盘导通通用的标题,然后达到捕捉箱。假设浮雕深圳风采具有300英尺的等效长度。基于所测试的镦锻情景,在leang的ω-method中进行通气尺寸计算 FOUSKE.&Associates,LLC防止软件 假设均匀血管通气[6]。数据表明深圳风采的表现为感兴趣的发泄区域中的蒸气深圳风采。防止输出确认16英寸直径破裂盘和管道将足以防止血管过度升压。在确定了释放深圳风采管道的尺寸之后,评估可以进行到机械分析,从而从计算流体力开始。

4.对流体力的评估

一旦量化了镦粗场景,使用流体模型用于评估由假设的破裂盘爆裂引起的负载。使用RETAP5计算机代码计算流体力。 RELAP(反应堆偏移和泄漏分析程序)是为美国核监管委员会(US NRC)开发的轻型反应堆瞬态分析码,用于仿真涉及蒸汽混合物的核和非核深圳风采中各种液压和热瞬变单相和两相条件下的水,不可​​凝聚的气体和溶质。对于该示例,发现由于在瞬态期间不存在对流体性质的具体知识而假设蒸汽/水性能是合理的。容器中的化学反应可能导致污水性能在瞬态期间快速变化。反应力预测的精度取决于流体的密度和声音速度(在液体和气相中)。因此,使用蒸汽/水性能可以为反应力提供最佳估计溶液。

RETAP5的能力已被验证,用于分析蒸汽/水中的蒸汽/水中的流体动力载荷,沿着管道深圳风采的声音速度传播[7]。美国NRC还验证了代码,用于分析管道深圳风采中的压力波的传播[9]。结果的比较证明了Relap5的适用性用于涉及涉及压力波在诸如反应堆浮雕深圳风采设计的管道深圳风采中的压力波的计算问题。

在示例工厂,每个反应器的紧急浮雕线系绑在馈送罐罐的集管管中。卡罐通风到大气中。管道直径为电抗器1,12英寸的反应器2,12英寸,用于反应器3和集管管道16英寸。图3提供了植物布局的示意图。

突发磁盘位于电抗器的提取喷嘴。然后建立一个数字模型,它提出了概述的浮雕深圳风采。值得注意的是,必须正确选择计算时间步长和节点大小。因此,该模型被精细地开心,以允许在整个深圳风采中的管道段上的流体动力载荷的详细计算。例如,将长度到直径比(L / D)设置为对每个节点的Unity。选择最大时间步骤,其低于声学龙头限制,以确保瞬态流体动力负载模拟的保真度。最大时间步长必须小于声波通过节点卷的声音行进的时间。

假设失控反应在单一反应器中发生。但是,可以进行全局通风方案的模拟。用两相混合物初始化反应器。假设破裂盘下游的管道和捕捉罐在环境条件下含有空气。在瞬态计算开始之前,执行没有流量的稳态计算,以便模型可以初始化。破裂盘突发是通过打开任意建模的阀门而假设。由此,可以改变破裂磁盘打开时间。在这种情况下,假设破裂磁盘在10毫秒内完全打开。鉴于减压瞬变的短暂持续时间,在管道壁上假设没有传热。但是,如果需要,可以考虑传热。所得到的流体密度,空隙级分,速度和压力时间历史用于计算反作用力。流体模型的示意图如图4所示。

用于应用于结构分析模型的瞬态力 - 时间历史信息的开发基于容器的一般力方程[10]。一维形式的广义力方程可以通过由两个肘部界定的管段解析

 

这是由管段表示的控制体积内的流体动量变化引起的不稳定反作用力,并且当流动接近稳态条件时,波浪载荷()接近零。 RELAP5采用两个流体处理,并考虑到流动的蒸汽分量,该方程变成了

 

生成的时间历史数据现在用于计算由肘部绑定的每个管道段的力时间历史。图5示出了反应器中的突发盘处的通风管的示例力输出。然后将所有力时间历史作为用于最终设计验证的力矢量。

还监测卡罐压力(图6)以验证是否未超过MAWP。背压可以在释放深圳风采的任何位置监测,包括附接容器。

5.管道应力分析

在引导件软件中生成示例工厂的结构计算机模型。模型所需的所有信息通常可以在管道等距图上找到。 PibeStress是核和工业管道分析计划。它可用于评估满足符合诸如ASME B31.3等管道代码所需的负载案例。除了管道尺寸和管道段长度(来自上一步)之外,现在必须指定管道支持深圳风采以及材料属性。示例工厂在反应器1附近的高点处具有一个滑动支撑(一定程度的自由度),并且在捕获箱上方一个滑动支撑件。此外,波纹管在反应堆出口喷嘴和卡扣入口喷嘴处使用。波纹管有助于补偿由减压瞬态引起的位移。管支撑件被建模为具有恒定刚度的弹簧。在这种情况下,还应评估安装硬件,例如锚螺栓。力,压力和温度时间历史从先前的分析步骤导入。然后验证了示例性植物以进行热膨胀,重量和由破裂盘爆裂产生的流体动力减压负载。来自不同载荷壳体的所得应力除以材料的允许应力,以获得管段和管支撑件的使用因子。使用因子的最高允许值为1.图7显示了结构分析的最终结果。

人们可以看出,最大使用因子(应力比)低于1,这表明释放深圳风采设计是足够的。在T恤连接处发生最高的应力比(0.39),这是由于弯曲应力和应力浓度。

六,结论

提出了一种释放深圳风采设计验证的解决方案,专注于证明RERAP5可用于模拟和量化减压期间浮雕深圳风采的反作用力。该方法利用实验室测试,流体动力学和结构力学分析的组合。该方法的工程部分使用已为这些应用程序广泛验证的建立的行业工具。因此,这种方法的应用在浮雕深圳风采设计方面提供了信心。

 

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