任 偉

(中海油山東化學(xué)工程有限責(zé)任公司 山東 濟(jì)南 250101)

化工設(shè)計(jì)

CAESAR II與AUTO PIPE計(jì)算結(jié)果對(duì)比

任 偉

(中海油山東化學(xué)工程有限責(zé)任公司 山東 濟(jì)南 250101)

CAESAR II及AUTO PIPE均為管道應(yīng)力分析常用軟件，兩種軟件的計(jì)算原理及方法不盡相同，導(dǎo)致軟件的適用條件及計(jì)算結(jié)果也有差異。本文結(jié)合具體案例對(duì)比了兩個(gè)軟件計(jì)算結(jié)果，結(jié)果顯示兩種軟件計(jì)算結(jié)果比較接近，可采用兩種軟件對(duì)比計(jì)算以保證管道設(shè)計(jì)安全。

應(yīng)力分析；CAESAR II；AUTO PIPE

依據(jù)ASME B31.3等規(guī)范要求，管道應(yīng)力分析需解決問(wèn)題有：使管道各處的一次應(yīng)力、二次應(yīng)力均在規(guī)范允許范圍內(nèi)；計(jì)算出各約束處所受載荷供管道專業(yè)提結(jié)構(gòu)條件；確定各工況下管道位移；協(xié)助管道專業(yè)優(yōu)化設(shè)計(jì)管道等。目前應(yīng)力分析廣泛采用CAESAR II及AUTO PIPE兩種不同軟件，我公司在某LNG接收站設(shè)計(jì)中采用兩種軟件進(jìn)行結(jié)果對(duì)比并指導(dǎo)管道設(shè)計(jì)，取得了很好的應(yīng)用效果[1-2]。

1 管系介紹

LNG接收站主要分碼頭、罐區(qū)、工藝區(qū)、槽車區(qū)及公用工程區(qū)等。LNG及NG管系基本遍布全廠，由于其介質(zhì)特殊性(低溫-160℃，易燃易爆)對(duì)管道應(yīng)力分析提出了很高的要求，設(shè)計(jì)中采用CAESAR II及AUTO PIPE兩種不同軟件對(duì)相關(guān)管道進(jìn)行計(jì)算分析，并選取最優(yōu)化計(jì)算結(jié)果指導(dǎo)管道專業(yè)工作。本文選取工藝區(qū)部分關(guān)鍵管系進(jìn)行結(jié)果闡述。管線信息見(jiàn)表1，相關(guān)模型見(jiàn)圖1，2.

為節(jié)約建模時(shí)間，加快設(shè)計(jì)進(jìn)度，先建立CAESAR II模型后，通過(guò)CAESAR II Neutral File轉(zhuǎn)化工具將(*._a)轉(zhuǎn)化成Auto Pipe能夠識(shí)別的(*.CII)格式文件建立Auto Pipe模型，然后用Auto Pipe打開(kāi)后核查工藝參數(shù)，編輯工況并分析模型。

圖1 CAESAR II管機(jī)模型

圖2 Auto pipe管機(jī)模型

管線材料溫度/℃壓力/MPaG介質(zhì)及密度/(kg/m3)36寸高壓外輸管API5LX70T1=0T2=38P1=8.89高壓外輸氣20寸NG管A312TP304/304LT1=-160T2=38P1=1.86蒸發(fā)氣18寸高壓LNG輸送管A312TP304/304LT1=-160T2=38P1=8.89高壓外輸LNG46010寸高壓LNG回流管A312TP304/304LT1=-160T2=38P1=0.8高壓回流LNG460

說(shuō)明：模型中選取管線有液相管、氣相管；低溫應(yīng)力管，大壁厚管線薄壁厚管線，管線選取比較有代表性。環(huán)境溫度為21.1℃

2 工況說(shuō)明

依據(jù)ASME B31.3要求，對(duì)于LNG行業(yè)管道應(yīng)力分析需考慮冷態(tài)荷載(管重+壓力，W1+P1)，操作態(tài)(管重+壓力+溫度，W1+P1+T1)，根據(jù)工藝參數(shù)運(yùn)用軟件對(duì)相關(guān)管道進(jìn)行建模分析，保證管道一次應(yīng)力、二次應(yīng)力均滿足規(guī)范ASME B31.3要求。具體分析工況詳見(jiàn)表2 應(yīng)力分析工況。

表2 應(yīng)力分析工況

3 各管系模型分析結(jié)果對(duì)比

3.1 應(yīng)力水平對(duì)比

表3 應(yīng)力水平對(duì)比

經(jīng)分析運(yùn)用CAESAR II及AUTO PIPE兩種不同軟件管道一次應(yīng)力、二次應(yīng)力水平均在規(guī)范允許范圍內(nèi)，且最大應(yīng)力水平節(jié)點(diǎn)位置一致均在相關(guān)管道膨脹彎附近，應(yīng)力水平接近。詳見(jiàn)表3 應(yīng)力水平對(duì)比。

3.2 載荷水平對(duì)比

3.2.1 高壓外輸管系

高壓外輸管系載荷水平對(duì)比見(jiàn)表4。

表4 高壓外輸管系載荷水平對(duì)比

經(jīng)對(duì)比高壓外輸氣管系除固定點(diǎn)110，230豎向載荷相差21%左右(沒(méi)有量級(jí)變化)，其余節(jié)點(diǎn)載荷相差均很小，最大不到10%，一般承重架載荷基本一致。分析原因主要是兩種不同軟件對(duì)于溫度應(yīng)力引起的載荷計(jì)算不一致，造成兩端固定架載荷變化。

3.2.2 NG管系

NG管系載荷水平對(duì)比見(jiàn)表5。

表5 NG管系載荷水平對(duì)比

表5(續(xù))

經(jīng)對(duì)比NG管系兩個(gè)軟件計(jì)算區(qū)別與高壓外輸氣管系類似，除固定點(diǎn)4130，4350豎向載荷相差21%左右(沒(méi)有量級(jí)變化)，其余節(jié)點(diǎn)載荷相差均很小，最大不到10%，一般承重架載荷基本一致。其余兩個(gè)管系(18寸高壓LNG輸送管10寸高壓LNG回流管)結(jié)果對(duì)比情況與高壓外輸管系及NG管系基本一致，在此不在贅述。

4 結(jié)論

CAESAR II及AUTO PIPE模型分析對(duì)比結(jié)果顯示，對(duì)于普通承重架兩個(gè)軟件計(jì)算結(jié)果基本一致，對(duì)固定架計(jì)算結(jié)果略有差距，但是沒(méi)有數(shù)量級(jí)的變化。在實(shí)際工程應(yīng)用中采用兩種軟件對(duì)比使用，對(duì)于優(yōu)化管線設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和安全具有積極的意義。

[1] ASME. ASME B31.3-2014 PROCESS PIPING[S]. New York: American Society of Mechanical Engineers, 2014.

[2] 全國(guó)石油天然氣標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)液化天然氣分技術(shù)委員會(huì) .GB 20368-2012 液化天然氣(LNG)生產(chǎn)儲(chǔ)存和裝運(yùn)[S]. 北京: 中國(guó)計(jì)劃出版社,2013.

(本文文獻(xiàn)格式：任 偉.CAESAR II與AUTO PIPE計(jì)算結(jié)果對(duì)比[J].山東化工，2016，45(24)：104-108.)

Comparison of Calculation Results of CAESAR II and AUTO PIPE

Ren Wei

(CNOOC Shandong Chemical Engineering Co., Ltd.， SHANDONG JINAN 250101，China)

CAESAR II and AUTO PIPE are also applied to piping stress analysis。Because of theories and methods are different，the conditions and results of two software are also different.In order to make clear the difference of the results，CAESAR II and AUTO PIPE are used in calculating some piping line of actual programme .The results show the similarities of the two software，two software maybe used in pipe design.

stress analysis；CAESAR II；AUTO PIPE

2016-11-02

任 偉(1983—)，山東棗莊人，畢業(yè)于華南理工大學(xué)化工工藝專業(yè)，獲工學(xué)碩士學(xué)位，中級(jí)工程師，從事工程設(shè)計(jì)。

TQ055.81

A

1008-021X(2016)24-0104-05