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新聞詳情
淺談ANSYS的遠(yuǎn)傳頂裝式液位計(jì)新的設(shè)計(jì)和運(yùn)用原理 概 述： 對(duì)于海洋鉆井岸基支持泥漿工廠(chǎng)的遠(yuǎn)傳頂裝式液位計(jì)新設(shè)計(jì)，罐體尺寸為標(biāo)準(zhǔn)40英尺集裝箱，便于運(yùn)輸，且容量大、抗風(fēng)能力強(qiáng)?；冢粒危樱伲訉?duì)罐體進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，利用ＵＣ值進(jìn)行強(qiáng)度校核，使其滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)最苛刻工況下的使用條件。 引言 海洋經(jīng)濟(jì)已經(jīng)成為世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展新的增長(zhǎng)點(diǎn)海洋強(qiáng)國(guó)”戰(zhàn)略目標(biāo)的提出，促使中國(guó)海洋石油集團(tuán)有限公司進(jìn)一步增強(qiáng)了海洋石油勘探開(kāi)發(fā)的力度，近年來(lái)，渤海、南海石油開(kāi)發(fā)的規(guī)?？涨埃?1。泥漿工廠(chǎng)是海洋鉆完井工程極其重要的配套設(shè)施，遠(yuǎn)傳磁翻板液位計(jì)作為泥漿工廠(chǎng)的重要組成設(shè)備，其通用性、可靠性和機(jī)動(dòng)性關(guān)系到整個(gè)泥漿工廠(chǎng)的運(yùn)行。為此，設(shè)計(jì)了一種便于運(yùn)輸、占地面積小、使用方便、結(jié)構(gòu)合理可靠的遠(yuǎn)傳磁翻板液位計(jì)。 1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 遠(yuǎn)傳頂裝式液位計(jì)用于室外常溫常壓環(huán)境，用以?xún)?chǔ)存鉆井泥漿（泥槳密度不超過(guò)2.8ｋｇ／ｍ3），外形輪廓尺寸為40英尺標(biāo)準(zhǔn)集裝箱（12.192ｍｘ2.438ｍｘ2.591ｍ），使用材料為Ｑ345ｂ合金鋼。 1.1設(shè)計(jì)思路 遠(yuǎn)傳頂裝式液位計(jì)具有存儲(chǔ)、攪拌的功能，整體結(jié)構(gòu)滿(mǎn)足快速移運(yùn)的要求。泥漿罐整體輪廓采用槽鋼與方管作為框架，尺寸為標(biāo)準(zhǔn)40英尺集裝箱大小。進(jìn)出管匯集成在前端，進(jìn)液管匯延伸至罐頂，上進(jìn)下出，有利于液體循環(huán)，且當(dāng)將多個(gè)泥漿罐平鋪時(shí)管線(xiàn)容易連接，有利于罐區(qū)建設(shè)；在罐體的后端設(shè)置外豎梯及人孔，罐頂中部設(shè)置頂人孔及內(nèi)豎梯，方便人員上下及內(nèi)部檢修；罐頂?shù)乳g距設(shè)置3個(gè)攪拌器及3個(gè)觀(guān)察口，有利于觀(guān)察攪拌器運(yùn)行情況；罐頂集成超聲波液位計(jì)及電控設(shè)備；罐頂同時(shí)設(shè)置可拆卸走道及護(hù)欄插孔，可與其他泥漿罐組合形成罐區(qū)。 1.2具體設(shè)計(jì) （1）泥漿罐罐體。遠(yuǎn)傳遠(yuǎn)傳頂裝式液位計(jì)外形結(jié)構(gòu)滿(mǎn)足ＧＢ／Ｔ1413—2008中規(guī)定的1ＡＡ標(biāo)準(zhǔn)40英尺集裝箱要求，下框架采用采用28ａ及20ａ槽鋼配合焊接結(jié)構(gòu)，上框架為160ｍｍｘ70ｍｍ方管，罐底板為18ｍｍ鋼板，罐壁板及罐頂板為7.5ｍｍ鋼板。罐體上下6個(gè)角分別設(shè)12個(gè)角件，角件滿(mǎn)足ＧＢ／Ｔ1835—2006要求，罐體下框架前后兩端各設(shè)置兩個(gè)叉車(chē)7Ｌ，便于吊裝及移運(yùn)。 （2）泥漿罐罐底。罐底采用斜船型設(shè)計(jì)，利用底部槽鋼位置相錯(cuò)，底板由人孔端到管匯端形成1：150的傾斜，同時(shí)在寬度方向兩側(cè)向中間設(shè)置3：100的傾斜坡度＇整體形成斜船型結(jié)構(gòu)，便于流體向管匯端自由聚集。在管匯端位置底板設(shè)置橢圓形封頭作為沉井，出液管匯端口插人沉井中，管口距離沉井最低點(diǎn)30ｍｍ，便于出液管匯抽吸。同時(shí)，在沉井最低點(diǎn)相切設(shè)置排污管匯。 （3）泥漿罐罐頂。泥漿罐罐頂均布著3個(gè)攪拌器及觀(guān)察口，并在罐頂長(zhǎng)度方向中間部位（寬度方向一側(cè)）設(shè)置一方形人孔，內(nèi)設(shè)一罐內(nèi)豎梯及液位尺。在罐頂靠管匯端一角設(shè)遠(yuǎn)傳頂裝式液位計(jì)，監(jiān)測(cè)罐內(nèi)液位。罐頂1／3處設(shè)置攪拌器電控箱支架，并在合適位置設(shè)置清洗噴槍的預(yù)留接口。 （4）泥漿罐兩端。泥漿罐前端為管匯端，分別設(shè)置ＤＮ200的出液管匯及關(guān)斷閥門(mén)、ＤＮ150的進(jìn)液管匯及關(guān)斷閥門(mén)。其中，ＤＮ150進(jìn)液管匯伸到罐頂并延伸至泥漿罐后端，沿程管線(xiàn)分別在罐頂3個(gè)攪拌器位置設(shè)置3個(gè)出口，便于液體的均勻進(jìn)罐且有利于攪拌。泥漿罐后端設(shè)置外豎梯及檢修人孔，人孔規(guī)格滿(mǎn)足ＨＧ／Ｔ21516—2014的要求。 2 基于ＡＮＳＹＳ的泥漿罐結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析 利用ＡＮＳＹＳ中梁（ＢＥＡＭ188）與殼（ＳＨＥＬＬ181）單元對(duì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模及強(qiáng)度計(jì)算，建立遠(yuǎn)傳頂裝式液位計(jì)的幾何模型并劃分結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格如圖1所示。網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)43328，單元數(shù)38704。
 （2）考慮在使用過(guò)程中，可能出現(xiàn)兩個(gè)滿(mǎn)載的相同泥漿罐疊放的極端工況，因此底部泥漿罐在滿(mǎn)載的情況下還要承受上部相同尺寸的滿(mǎn)載泥漿罐的自重。將上部滿(mǎn)載泥漿罐的自重等效為加載在下部泥漿罐頂結(jié)構(gòu)的均布?jí)毫ζ渲?，?jiàn)為滿(mǎn)載泥漿槽自重，識(shí)＝168782ｘ9.81＝1655752為儲(chǔ)存罐頂部方管的長(zhǎng)度乂＝29.丨8111。因此／＾56.8犯11？。 （3）遠(yuǎn)傳遠(yuǎn)傳頂裝式液位計(jì)罐體材質(zhì)為Ｑ345ｂ低合金鋼，使用時(shí)放置于地面，對(duì)結(jié)構(gòu)底部設(shè)置位移約束141。2.2應(yīng)力分析基于上述載荷和邊界條件，經(jīng)過(guò)計(jì)算，儲(chǔ)存罐罐面結(jié)構(gòu)的Ｍｉｓｅｓ應(yīng)力最大值出現(xiàn)在側(cè)端面底部，最大值為185.83ＭＰａ；儲(chǔ)存罐主鋼結(jié)構(gòu)最大彎曲應(yīng)力與最大組合應(yīng)力出現(xiàn)在側(cè)面加強(qiáng)槽鋼底部，分別為254.62ＭＰａ與265.08ＭＰａ（圖2￣圖3-圖4）：  2.3 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析 （1）儲(chǔ)存罐結(jié)構(gòu)所用材料均為Ｑ345ｂ，根據(jù)ＧＢ／Ｔ1591—2008《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》，Ｑ345的屈服強(qiáng)度心最小值為345ＭＰａ，則儲(chǔ)存罐管壁結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的安全系數(shù)《為1.86，滿(mǎn)足要求。 （2）UＣ值是美國(guó)ＡＮＳＩ／ＡＩＳＣ《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)物體承受壓縮彎曲等多種組合載荷聯(lián)合作用時(shí)所采用的綜合機(jī)械強(qiáng)度性能的度量指標(biāo)。 美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》中，充分考慮到實(shí)際鋼結(jié)構(gòu)物體常常承受拉壓彎扭剪等多種形式載荷的聯(lián)合作用，其構(gòu)件的內(nèi)應(yīng)力是一個(gè)綜合折算后的當(dāng)量最大應(yīng)力。為此提出了ＭａｘｉｍｕｍＣｏｍｐｏｎｅｎｔＵｎｉｔｙＣｈｅｃｋ的概念（即值），并用之來(lái)評(píng)價(jià)構(gòu)件單元的綜合強(qiáng)度性能。對(duì)于UC值小于1.0的構(gòu)件，ＡＮＳＩ／ＡＩＳＣ認(rèn)為構(gòu)件綜合強(qiáng)度滿(mǎn)足要求，視為合格的單元；對(duì)于Ｗ：值大于1.0的構(gòu)件，則認(rèn)為綜合強(qiáng)度不夠。設(shè)計(jì)者應(yīng)對(duì)初始設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整和修改，直到使得構(gòu)件的ＵＣ值小于1.0，滿(mǎn)足綜合強(qiáng)度要求。儲(chǔ)存罐主體鋼結(jié)構(gòu)在承載能力和穩(wěn)定性分析中，ｔ／Ｃ值主要由式（2）-（4）計(jì)算：
當(dāng)Ｆ< 0.15時(shí)，可以用式（4）代替式（2）和式（3）。 在儲(chǔ)存罐的強(qiáng)度和安全性校核中，采用式（4）計(jì)算ｔ／Ｃ值，根據(jù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力情況，計(jì)算得出最大Ｗ：在側(cè)支撐梁的底部（與出現(xiàn)最大彎曲應(yīng)力是同一個(gè)位置），其值為0.86（其余各單元的Ｗ：值均小于此值）。該值小于1.0，說(shuō)明儲(chǔ)存罐主體鋼結(jié)構(gòu)具有足夠的安全性。 3 遠(yuǎn)傳頂裝式液位計(jì)罐體抗風(fēng)計(jì)算 罐體為40英尺標(biāo)準(zhǔn)集裝箱尺寸，重18.9ｔ。罐體長(zhǎng)邊比短邊大得多，導(dǎo)致繞長(zhǎng)邊傾覆要比繞短邊傾覆更加容易，且長(zhǎng)邊所在側(cè)面迎風(fēng)面積最大。取極限狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算，即風(fēng)以最大速度垂直吹向長(zhǎng)邊所在側(cè)面。 3.1 罐體抗傾覆計(jì)算由《風(fēng)力等級(jí)》（ＧＢ／Ｔ28591—2012）可知，取風(fēng)力等級(jí)為16級(jí)時(shí)，對(duì)應(yīng)最大風(fēng)速為56ｍ／ｓ。 （1）風(fēng)載荷作用下罐體傾覆彎矩計(jì)算。 根據(jù)《港口工程載荷規(guī)范》（ＪＴＳ144—2010），垂直作用在港口工程結(jié)構(gòu)表面上的風(fēng)載荷標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)按式（5）計(jì)算。 其中，Wｋ為垂直于罐體單位面積上的風(fēng)載荷標(biāo)準(zhǔn)值；U／4為風(fēng)載荷體型系數(shù)，由《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（ＧＢ50009—2012），取u＝0.8；內(nèi)為風(fēng)壓高度變化系數(shù)，取u／4＝1.09；叫為基本風(fēng)壓。 由《港口工程載荷規(guī)范》可知，基本風(fēng)壓W=V2／1600。取最大風(fēng)速V＝56ｍ／ｓ，則得到基本風(fēng)壓ｗ；0＝1.96ｋＮ／ｍ2。 代人式（5），可以得到風(fēng)載荷標(biāo)準(zhǔn)值m/s＝1.71ｋＰａ。罐體的迎風(fēng)面風(fēng)受力Q=12.192ｘ2.591ｘｌＴｋ＝53990.20Ｎ?？紤]結(jié)構(gòu)重要系數(shù)取1.1，風(fēng)載荷分項(xiàng)系數(shù)取1.4，可得到風(fēng)載荷作用于罐體上的傾覆彎矩Ｍ，＝1.1ｘ1.4ｘ53990.20ｘ2.591／2＝107714.23Ｎ.ｍ （2）罐體自重抗傾彎矩。 罐體18.9,自重185 220Ｎ，罐體的抗傾覆彎矩M=185220ｘ1.219＝225783.18 Ｎ.ｍ Ｍ1＜Ｗ2，所以，即使在16級(jí)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)作用下，罐體不會(huì)產(chǎn)生傾覆。 3.2罐體抗抗滑計(jì)算 罐體的迎風(fēng)面風(fēng)受力Q＝53990.20Ｎ，罐體自重FN＝M8＝185 220Ｎ，由鋼制球形儲(chǔ)罐（ＧＢ12337—2014）查得鋼與混凝土的摩擦因數(shù)0為0.4， 可計(jì)算出罐體最大靜摩擦Ｆ＝uFN＝74088Ｎ?？芍琎＜Ｆ，所以在16級(jí)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)作用下，未加固定的罐體不會(huì)產(chǎn)生滑移。 4 結(jié) 語(yǔ)
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