基于Caesar II的空气冷却器管道应力分析[附PDF]

空气冷却器管道的应力分析方法与其他类型的热交换器有很大的不同。这主要是由于其不同的结构和支撑安排。风冷式热交换器的主要应用是通过在两个不同操作温度的流之间增加或去除热量来保持热平衡。空气翅片冷却器(AFC)或空气冷却器使用气流作为冷却介质。空气通过多叶螺旋桨式风机循环，作为热交换介质。AFC单元由翅片管束组成，每一端附有一个头箱，由C形钢框架或结构水平支撑。在下面的段落中，我们将探讨使用Caesar II的空气冷却器管道系统的应力分析原理。

空气冷却器管道应力分析文件

风冷换热器管道应力分析所需的重要文件有

• 最新的管道应力等距图。
• 线路名称表或线路表
• P&ID或PEFS
• 最新修订的设备GA图(包括所有尺寸，材料，喷嘴允许，AFC重量)
• 允许的喷嘴负载(如果空气冷却器的设计符合API 661，则可以在没有供应商允许负载的情况下使用API 661表)
• 机械数据表(可选)。

供方空气翅片冷却器位移已知的应力分析

如果供应商在GA图中给出了热位移值，那么我们就可以用已知的位移值来分析系统。在连接设备喷嘴的管道法兰处，在位移矢量-1中输入DX、DY和DZ值，保持RX、RY和RZ值为零。

这是最简单的分析类型，在这种情况下，没有必要在凯撒II中建模空气冷却器。然而，在大多数情况下，无法获得位移。因此，应力分析工程师必须从GA图中获取数据，为设备建模。

在凯撒II建模空气冷却器

建模到头部的顶部或底部

1. 根据给定的应力等距，将模型管道连接到管道和AFC喷嘴的匹配法兰。
2. 从设备GA图中，根据给定的尺寸建立模型，直到头的顶部或底部，并具有适当的喷嘴厚度和尺寸。
3. 在集管和进口或出口喷嘴的连接处提供一个c节点锚。

定义c-node锚点后的建模部分

1. 如图1所示，将520和620分别定义为ANCHOR节点，c节点分别定义为521和621，用于检查喷嘴载荷。
2. 从节点521到530和621到630的模型设备部分作为刚性元件，具有相同温度的管道到集管中心线，没有重量。
3. 然后模型头为节点编号530至535,630至635,530至630，重量和温度与管道相同(总空重的15%，总重量在535至635之间)。
4. 将元素530拆分为630，给予节点700一半的长度。
5. 节点700到710(刚性元件)的管束模型，根据GA图中给出的长度，重量(总空重的70%)，并在沿管束长度的每一米距离上给予REST+ PTFE(0.1摩擦)支撑。
6. 710 - 715型、715 - 720型、710 - 725型和725 - 730型作为头部元件，进风口和出风口的平均温度相同。(总空重的15%分布在这两个节点上)。
7. 715 - 921型和725 - 821型为无重量的刚性元件，取管道进出口温度的平均值。(921和821是c节点)。

设备约束节点部分建模(固定头)

1. 整个AFC的四个端部由聚四氟乙烯(Teflon)垫支撑。
2. 一个头是固定的，另一个是浮动的。
3. 有关将支持节点定义为固定或浮动的，请参阅供应商图纸。
4. 如图1所示，北侧头(节点525至635)是固定的，因此南侧头(节点720至730)是浮动的。
5. 定义固定端节点535和635。根据API 661的要求，在两个节点上提供0.1摩擦系数的休息(Y)支撑，具有2mm间隙的轴向止动(X)南北方向止动，具有标准12mm间隙的导轨(Z)东西方向止动。
6. 定义浮动结束节点720和730。根据API 661，在两个节点上提供0.1摩擦的Rest (Y)支撑和东西导向(Z)的标准12毫米间隙。

注:导流间隙可随着空气翅片冷却器的横向热移动而增大，以避免喷嘴负荷过大。实际上，在设备部门和供应商批准后，长度可以增加。

定义C-Node锚点(Split Header)后的建模部分

在CAESAR-II中，拆分头箱建模如下所示:

1. 如图2所示，将310 ~ 410定义为ANCHOR节点，进口喷管的c节点分别为311和411，出口喷管的510和610定义为c节点511和611，用于检查喷管负荷。
2. 从c节点311和411型号到分头箱情况下的上箱中心线，作为刚性元件311到315和411到415，没有重量，但有平均的进口和出口温度。
3. 然后建模顶部头部元素的一半深度为315到320和415到420。
4. 顶部头部将使用Teflon垫放在底部头部上，因此将节点320和420定义为+Y，摩擦为0.1,c节点为321和421。
5. 型号315至325和325至415作为一个刚性元件，两个入口喷嘴之间的距离的一半，一个集管的一半重量和平均温度(将重量分配在315-325和325-415)。
6. 型号325至330为刚性管束元件，其管束长度在图纸中给出，并沿长度提供支撑。
7. 将元件330至340作为一个刚性元件，两个头部中心线之间的距离没有重量。
8. 340至345型和340至350型作为固定的封头元件，其重量为封头总重量的一半。
9. 型号元件340至355作为连接到底部集管的管，其进口和出口的平均温度和管束重量的一半。
10. 模型节点号355至515、515至520、355至615、615至620作为刚性元素，表示较低的标题与GA的适当距离和一个标题重量的一半。
11. 型号节点编号321 (C-node)至515和421 (C-node)至615为下部标题深度的一半，没有重量。
12. 模型元素515至511和615至611作为刚性元素作为下标头深度的一半。
13. 建模底部喷嘴部分，给出510和610作为ANCHOR, c节约束为511和611。

设备约束节点(分头)部分建模如下:

1. 固定端和浮动端约束的定义将与固定头情况中提到的相同。
2. 在图2中，节点345和350为固定端支撑节点，节点520和620为浮动端支撑节点。
3. 在320和420节点上的两个分头头之间只有一个额外的支撑，分别为+Y，摩擦系数为0.1,c节点为321和421。

接下来，以类似的方式为所有其他设备创建负载案例，并检查输出结果是否与代码和标准一致。在没有供应商给出的允许负载的情况下，空气冷却器喷嘴负载符合API 661表值。

下面的图3显示了一个典型的空气冷却器的GA图纸。

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