天然气分输减压阀流场模拟及低温应力场计算

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)中国石油天然气管道局 作者:尤泽广

  利用有限元分析软件ANSYS,模拟实际工况载荷,对天然气分输站减压阀进行了天然气流场、阀体有限元静力及热应力分析。依据分析结果,得出阀内流场及热应力分布规律,找出阀体结构的薄弱部位,为工况条件下阀体的安全可靠性评估提供依据。

  1、概述

  分输站是直接联系站场和下游用户安全的纽带,减压阀在天然气分输站中担负着为下游用户平稳提供安全气源的任务,也是保证输气干线压力和流量相对稳定的基础。减压阀结构复杂,在工况压力下变形不协调、应力集中严重,真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为容易造成阀体的强度失效,降低阀体的使用寿命,造成天然气泄露等问题。

  本文以有限元分析软件ANSYS 作为分析平台,建立了阀体及流体有限元模型,通过模拟实际工况施加载荷,获得了天然气在分输过程中的压力和流速变化规律及应力与变形的大小及分布状况。

  2、阀体建模

  2.1、物理模型

  阀体建模时,依据准确性与经济性原则做出简化。

  (1) 不考虑阀体顶端的气体连通结构,简化阀盖和上端的发动机,不考虑发动机的重力和发动机工作时的振动对阀体受力的影响。

  (2) 去除对计算结果影响较小的倒角、密封材料、螺栓和尺寸较小的结构等。

  (3) 按照真正的尺寸和比例将阀笼的小圆孔简化成条状通路。

  (4) 对于阀体的主要结构,如阀体及前后管段的壁厚、阀体的内腔尺寸,严格按照实际尺寸建模。

  2.2、有限元模型

  减压阀由阀体、阀杆、阀盖,阀板、阀套、阀笼和密封件等组成( 图1) 。减压阀规格为DN150 /300,阀体进气端直径为150mm,出气端直径为300mm,进、出气管端面间距为840mm,阀笼厚度为20mm,直径为5mm 的圆孔有550 个,阀腔内径为380mm、外径470mm,上下阀体连接处到下阀体底部高度为600mm、到上阀体顶部高度为1 100mm。根据实际尺寸建立等比例阀体模型。

天然气分输减压阀流场模拟及低温应力场计算

图1 减压阀

  3、结语

  减压阀阀体及阀内流体的流场、温度场、静力及热应力分析结果表明,阀门在阀内流体流速、压力分布不均匀及环境低温的影响下,可以满足实际工况使用条件的要求。

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