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AD-2000 S4 konforme Beanspruchungsanalyse mit ANSYS

Beanspruchungsanalyse im Anlagenbau nach Merkblatt AD-2000 S4

Branche: Maschinen- und AnlagenbauFachgebiet: Strukturmechanik

Im Auftrag der Chemieanlagenbau Chemnitz GmbH (CAC) wurde von CADFEM eine Stutzenrohrverbindung an einem Absorberturm in einer Schwefelsäureanlage untersucht und für eine Auswertung nach AD-2000 S4 aufbereitet.

Zusammenfassung

Aufgabe

Zur Auslegung der unterschiedlichsten Anlagensysteme werden typischerweise die von der "Arbeitsgemeinschaft Druckbehälter" (AD) veröffentlichten AD-2000 Merkblätter verwendet. Die Simulationsanalyse sollte für eine Stutzenrohrverbindung konform durchgeführt werden.

Lösung

Anhand von technischen Zeichnungen wurde die Stutzenrohrverbindung und ein Teilstück des Absorberturms modelliert und ein FE-Schalenmodell erstellt. Anschließend erfolgte der Nachweis nach AD-2000 S4 in ANSYS.

Kundennutzen

Bei der von CADFEM vorgeschlagenen Methode zur Verwendung von Schalenmodellen können die linearisierten Spannungen über den Querschnitt (Membran- und Biegespannungen) direkt ermittelt werden. Ein anschließender Nachweis der Struktur nach Merkblatt AD-2000 S4 ist aufgrund der Ergebnisaufbereitung direkt möglich.

Projektdetails

Aufgabe

Große Chemieanlagen bestehen oft aus örtlich getrennten Bereichen, in denen einzelne Prozessschritte stattfinden. Die unterschiedlichen Komponenten, wie z.B. Türme, Kessel oder Behälter, sind durch Rohrleitungssysteme miteinander verbunden. Äußere Kräfte, Innendruck oder auch Temperaturdifferenzen sind hierbei übliche Lastarten. Zur Auslegung der unterschiedlichsten Anlagensysteme werden typischerweise die von der "Arbeitsgemeinschaft Druckbehälter" (AD) veröffentlichten AD-2000 Merkblätter verwendet. Im Auftrag der Chemieanlagenbau Chemnitz GmbH (CAC) wurde von CADFEM eine Stutzenrohrverbindung an einem Absorberturm in einer Schwefelsäureanlage untersucht und für eine Auswertung nach AD-2000 S4 aufbereitet.


Nutzen für den Kunden

​Die Ergebnisse geben einen globalen Überblick über die Gesamtverformungen und Spannungs-verteilung in der Struktur. Eine lokale Auswertung von analytisch schwer oder gar nicht zugänglichen Bereichen (z.B. entlang eines vorgegebenen Pfades) ist möglich. Bei Verwendung von Schalenmodellen können die linearisierten Spannungen über den Querschnitt (Membran- und Biegespannungen) direkt ermittelt werden. Ein anschließender Nachweis der Struktur nach Merkblatt AD-2000 S4 ist aufgrund der Ergebnisaufbereitung direkt möglich.


Lösung

Anhand von technischen Zeichnungen wurde die Stutzenrohrverbindung und ein Teilstück des Absorberturms modelliert und ein FE-Schalenmodell erstellt (siehe Abbildung). Die Schweißnähte wurden dabei nicht mitmodelliert. Das "Herausschneiden" aus der Gesamtstruktur erfordert sinnvolle Randbedingungen an den Rändern des Absorberturms. Auf die Struktur wirken Kräfte, Momente und ein konstanter Innendruck. Es erfolgte eine linear-elastische Analyse der Beanspruchungen, wie es im Merkblatt AD-2000 S4 gefordert wird.


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