تحلیل و بهینه سازی پایه های مخازن

 تحلیل استاتیکی و دینامیکی پایه های مخازن در ارتفاع گاز فشرده و بهینه‌سازی آنها برای شرایط طوفان و زلزله

مخازن تحت فشار مخازن فلزی برای نگه داری و یا انجام فرآیند های شیمیایی مایعات و یا گازها می‌باشند که توانایی مقاومت در برابر بارگذاری‌های مختلف (فشار داخلی، و یا فشار خارجی و خلا در داخل) را دارا می‌باشند. استاندارد اصلی برای طراحی این مخازن ASME Section VIII می‌باشد که توسط انجمن مهندسان‫ مکانیک آمریکا تدوین شده و هر چهار سال یکبار مورد بازنگری قرار می‌گیرد. کاربرد عمده این مخازن در صنایع نفت و گاز می‌باشد.

مخازن تحت فشار به مخازنی اطلاق می گردد که به منظور انجام فرآیند بخصوص تحت فشارمعین مورد نیاز باشد. در ساخت چنین مخازنی می بایست دقت کافی به عمل آید. زیرا عدم دقت در جوشکاری، انتخاب صحیح مواد و … منجر به انفجار مخزن می گردد. در حقیقت مخازن تحت فشار همانند یک بمب عمل نموده و فاجعه آمیز می باشد.

مخازن تحت فشارکه حاوی سیالات ( مایع یا گاز( تحت فشار بالاتر از ۱۰۰ کیلو پاسکال ( یک بار) هستند. اینگونه مخازن به دو گونه Fired همچون دیگهای بخار(بویلرها ) که مخزن از طریق کوره یا مشعل گرم میشود و Unfired مثل مخازن اکسیژن و هیدروژن طبقه بندی میشوند.

شکل اکثر مخازن تحت فشار استوانه ای یا کروی بوده که فرم استوانه ای آن با کلگی کروی یا بیضوی یا کاسه ای قابل ساخت و مونتاژ می باشد . و کلگی های کروی به دو حالت نورد گرم و سرد تولید می شوند.طبق استاندارد های مرتبط ، بعد از مشخص شدن پارامتر های اصلی یاد شده ضخامت و مشخصات هندسی و جوشکاری و جنس مواد تعیین شده با امکانات کارگاهی نیز تهیه می شود.

تحلیل و بهینه سازی پایه های مخازن: یک نمونه از مخازن تحت فشار

اتصالات کنترل کننده مختلفی نیز روی مخازن تعبیه می گردد، از قبیل محل مورد نصب فشار سنج، شیر تخلیه اضطراری، ترمومتر، سطح سنج، و در صورتی که مخزن جهت کارهای پیچیده تر استفاده شود، طبعا” نیاز اتصالات مربوط به آن نیز اضافه خواهد شد.

مثالهای مختلفی از مخازن تحت فشار را در صنایع مختلف همچون برجهای تقطیر در پالایشگاههای نفت و پتروشیمی ها و همچنین مخازن راکتور هسته ای در نیروگاههای هسته ای می توان نام برد.

یکی از مخازنی که به وفور مورد استفاده قرار میگیریند مخازن گاز فشرده میباشند. در این پروژه ما قصد داریم به انالیز استاتیکی و دینامیکی  پایه هایی از مخازنی که در ارتفاع نصب میشوند بپردازیم و نیز علاوه بر این قصد داریم مشخصات از مخازن را در ارتفاع داده و برای شرایط زلزله و طوفان بهینه سازی نماییم.

بدین منظور ابتدا هر دو مدل رایج پایه های مخازن فشرده گاز برای مقایسه  و بهینه سازی را در شرایط طوفان و زلزله در نظر میگیریم .  همچنین برای زلزله نیز از یکی از نمونه های زلزله واقعی که در اقیانوس هند در سال ۲۰۰۴ میلادی رخ داده  بهره میجوییم و با استفاده از نمودارهای لرزه نگاری مربوط به این  زلزله  نیروهای وارده بر هر یک از پایه ها را محاسبه مینماییم .

ضمنا سرعت طوفان را نیز با فرض حدود صد و سی کیلومتر بر ساعت محاسبه نموده و با استفاده از فرمول های کتاب سیالات فاکس نیروی درگ وارده بر مخزن و پایه ها را محاسبه مینماییم. علاوه بر این بار ثقلی مخزن که شامل وزن سیال داخل مخزن، وزن پوسته مخزن و وزن اسکلت نگهدارنده مخزن میباشد را و همچنین بار  مرده ی مخزن را که بار برفی که روی سطح فوقانی مخزن قرار میگیرد را در نظر میگیریم.

سپس با استفاده از نرم افزار انسیس و انجام عمل مش بندی و آنالیز تنش ،‌ تنش  وارده بر هر یک از المان ها و نود های ( گره ، nod  )   موجود برای هر دو مدل میپردازیم. و بر این اساس و با کمک نرم افزار انسیس مدل برتر را در شرایط بارگذاری یکسان شناسایی میکنیم .

سپس  با استفاده از نرم افزار انسیس ورک بنچ ( Ansys workbench ) به بهینه‌سازی مدل مربوطه با دیدگاه اقتصادی میپردازیم. و بدین ترتیب که حداقل قطر استاندارد پایه ها را در شرایط بارگذاری مدل شده در حالت بهینه بدست میاوریم .

فهرست مطالب تحلیل و بهینه سازی پایه های مخازن

• فصل اول : کلیات
  • کلیات طراحی مخازن تحت فشار
  • مواد مورد استفاده در ساخت مخازن
  • جرم مخازن
  • بررسی تنش در دیواره های مخزن
• فصل دوم : تحلیل پایه های مخازن
  • پایه های مخازن
  • شرایط پیش فرض
  • استاندارد لوله های مانسمان
  • بارگذاری ثقلی مرده
  • بار برف
  • بارگذاری زلزله
  • بارگذاری طوفان
• فصل سوم : آنالیز نیرویی با نرم افزار قدرتمند ansys classic
  • مشخصات سیستم مورد استفاده
  • تحلیل پایه های مدل ساده ( مدل اول )
  • مقادیر Axial stress در المان های پایه ها
  • مقادیر تنش های خمشی و برشی در المان های پایه ها
  • مقادیر تنش های پیچشی درالمان های پایه ها
  • تحلیل مدل دوم پایه مخازن
  • مقادیر Axial stress  در المان های پایه ها
  • مقادیر تنش های خمشی و برشی در المان های پایه ها
  • مقادیر تنش های پیچشی در المان های پایه ها
  • مقایسه بین دو مدل
• فصل چهارم : بهینه سازی
  • فرضیات
  • محاسبات نرم افزاری بهینه سازی
  • محاسبات نرم افزار Ansys work bench
  • جواب های نرم افزار Ansys work bench

جهت مشاوره انجام پروپوزال تحلیل و بهینه سازی پایه های مخازن با ما در ارتباط باشید.

دپارتمان پژوهشی سفیر