深海管道的案例
為什么要進(jìn)行流固耦合仿真
一般來講，對(duì)大多數(shù)耦合作用現(xiàn)象，如果只考慮靜態(tài)結(jié)構(gòu)性能，采用單向耦合分析便足夠，但是如果要考慮振動(dòng)等動(dòng)力學(xué)特性，雙向耦合分析必不可少，也就是說雙向耦合分析很多是為了解決振動(dòng)和大變形問題而進(jìn)行的，最典型的例子莫過于深海管道的激振問題。同理，如前所述，塔吊在強(qiáng)風(fēng)中的靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析屬于單向耦合分析，但是如果考慮塔吊在強(qiáng)風(fēng)中的振動(dòng)情況，就需要采用雙向耦合進(jìn)行分析。
F55 雙相不銹鋼閥蓋制造工藝及產(chǎn)品質(zhì)量驗(yàn)證
文／余鳴亮·浙江聯(lián)大鍛壓有限公司
曹峰華·上海電機(jī)學(xué)院
基于優(yōu)異的力學(xué)性能和耐氯離子腐蝕性能，雙相不銹鋼產(chǎn)品越來越廣泛地應(yīng)用在海洋平臺(tái)、深海石油管道等工況下，作為閥體承壓件和控壓件的材料，比較典型的材料有美標(biāo)ASTM A182/A182M-2018 中的F53 和F55。對(duì)于高安全性能閥門鍛造生產(chǎn)企業(yè)，不僅要嚴(yán)格控制鍛件的外觀成形質(zhì)量，更要嚴(yán)格控制產(chǎn)品內(nèi)部組織性能等要素，本文以F55 材質(zhì)雙相不銹鋼閥蓋產(chǎn)品為例，主要介紹一下其成形工藝及鍛件性能分析。
閥蓋產(chǎn)品介紹
閥蓋產(chǎn)品材質(zhì)為F55 雙相鋼，產(chǎn)品整體為兩側(cè)帶大法蘭的中空零件，結(jié)構(gòu)較規(guī)則，成形工藝上適合錘鍛開坯和胎模鍛造聯(lián)合成形工藝。
F55 雙相不銹鋼閥蓋對(duì)原材料要求較高，需要采用AOD 冶煉技術(shù)，鋼錠成分應(yīng)符合表1 成分要求。
表1 F55 雙相不銹鋼成分組成(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)
鍛造成形工藝
針對(duì)此閥蓋產(chǎn)品，首先采取錘鍛開坯、沖孔，然后采取胎模鍛成形，成形工藝流程如圖2 所示。將加熱好的圓柱形坯料放置于錘鍛工作臺(tái)上進(jìn)行鐓粗制坯；在鐓粗后的坯料上端中心放置錐形模具，預(yù)成形中心孔；將坯料翻轉(zhuǎn)，沖掉連皮；采用專用的胎模在鍛造設(shè)備上鍛造成形。在鍛造過程中嚴(yán)格控制產(chǎn)品的鍛造溫度，該材質(zhì)鍛件始鍛溫度不能高于1180℃，加熱溫度過高會(huì)出現(xiàn)超量鐵素體，影響雙相不銹鋼的使用性能，終鍛溫度不能低于950℃，若鍛造過程中鍛件溫度低于950℃，應(yīng)回爐進(jìn)行保溫，再進(jìn)行二次鍛造。
圖1 F55 材質(zhì)雙相不銹鋼閥蓋
圖2 閥蓋鍛造成形工藝流程
圖3 所示為現(xiàn)場(chǎng)鍛造F55 雙相不銹鋼閥蓋產(chǎn)品的鍛造過程，依次為坯料、鐓粗、沖孔、胎模成形獲得成品。
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2. 油氣運(yùn)輸與存儲(chǔ)
在油氣運(yùn)輸和存儲(chǔ)環(huán)節(jié)，流動(dòng)保障是確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。CFD軟件能夠預(yù)測(cè)管道中的流量以及潛在的泄露、屈曲、凝結(jié)和沖蝕等失效來源，確保儲(chǔ)罐的正確設(shè)計(jì)，并制定可靠性相關(guān)問題策略。
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3. 設(shè)備設(shè)計(jì)與安全評(píng)估
無論是復(fù)雜的變物性多相流仿真，還是水下設(shè)備、LNG儲(chǔ)罐的冷卻分析，CFD軟件都能提供精確的模擬結(jié)果，幫助工程師優(yōu)化設(shè)備設(shè)計(jì)，提高可靠性和安全性。同時(shí)，通過模擬危險(xiǎn)氣體組分的泄漏擴(kuò)散等風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)景，CFD軟件還能為石化場(chǎng)所的風(fēng)險(xiǎn)分析提供有力支持，降低事故發(fā)生的可能性。
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深海石油泄漏的模擬難度很高。相較于其它CFD軟件，VirtualFlow 配置了一系列水合物模型，可以更好地模擬石油泄漏過程，尤其是水合物的形成、擴(kuò)散與最終堵塞收集器的過程。
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