Statische und dynamische Berechnungen im Rohrleitungs- und Anlagenbau

Transkript

1 Statische und dynamische Berechnungen im Rohrleitungs- und Anlagenbau Stefan Masala, SIGMA Ingenieurgesellschaft mbh

2 SIGMAIngenieurgesellschaft mbh Dipl.-Ing. Stefan Masala Software & Engineering

3 AGENDA I Einleitung SIGMA Ingenieurgesellschaft mbh Produkte und Dienstleistungen Berechnungen im Rohrleitungs- und Anlagenbau Interfaces Diskussion

4 SIGMA Ingenieurgesellschaft mbh Firmensitz: Unna Gegründet: 1989 Mitarbeiter: 22 Software Entwicklung Engineering Unsere Leistungen Entwicklung Vertrieb Support Schulung Engineering ROHR2 Rohrstatik und Dynamik SINETZ Druck- und Wärmeverlust, Mengenverteilungen

5 Engineering Rohrstatik und -dynamik Stahlbaustatik Druck- und Wärmeverlust Innendruckauslegung Festigkeitsnachweise integraler Bauteile Standsicherheitsnachweise Schwingungsanalysen Finite Elemente Analysen Projektbegleitung Unterstützung bei Kapazitätsengpässen Engineering vor Ort

6 Schulung und Support Hotline Schulung Beratung Update-Service Unterstützung durch erfahrene Berechnungsingenieure und Software-Entwickler mittels , Telefon, Webmeeting oder Anwenderforum Anwendung / Handling Regelwerke Erarbeiten techn. Lösungen

7 Anwendungsbereiche Kernkraftwerke Kohlekraftwerke (Braun- und Steinkohle) Kraftwerke GuD Müllverbrennungsanlagen Chemieanlagen Industrieanlagen Raffinerien und Tanklager Gas Verdichter-Stationen Pipelines und Transportleitungen Fernwärmeleitungen Solarfelder SIGMA Ingenieurgesellschaft 2008 Sheet No. 7 mbh - Bertha-von-Suttner-Allee SIGMA Ingenieurgesellschaft 19 - D mbh Unna D Tel: Unna +49 (0) Fax: +49 (0)

8 Unsere Kunden (Auszug) Viele namhafte nationale und internationale Anlagenbauer, Technische Überwachungsvereine, zahlreiche Ingenieurgesellschaften, sowie Betreiber aus der Energie-, Chemie- und Petrochemischen Industrie vertrauen auf die Qualität von ROHR2.

9 AGENDA I Einleitung SIGMA Ingenieurgesellschaft mbh Produkte und Dienstleistungen Berechnungen im Rohrleitungs- und Anlagenbau Interfaces Diskussion

10 Warum werden Rohrleitungen berechnet? Richtlinie 2014/68/EU über Druckgeräte (Pressure Equipment Directive (PED)) - gesetzliche Auflagen, z. B. Richtlinie 2014/68/EU Druckgeräterichtlinie - Betriebssicherheitsverordnung, Planungs- und Betriebssicherheit - kostengünstige Lösungen / optimierte Konzepte

11 Fluidgruppen / Kategorien / Module

12 Fluidgruppen / Kategorien / Module

13 Fluidgruppen / Kategorien / Module Berechnung erforderlich

14 Planung einer Anlage - Übersicht P&ID Auslegungsdaten Durchmesser festlegen Werkstoffe Druckstufen Festigkeitsberechnung Wanddicken Rohrleitungslayout Druckverlustberechnung -> SINETZ Isolierung festlegen Unterstützungskonzept festlegen Stressberechnung -> ROHR2 Stückliste Montage

15 Rohrstatik- und Dynamik - Datenübernahme aus 3D CAD - Innendruckauslegung - Dimensionierungsberechnungen für Rohrklassen - Statische Berechnung, z. B. Gewicht, Wärmedehnung, Wind - Dynamische Berechnung, z. B. Druckstoß, Erdbeben - Spannungsabsicherung - Lastermittlung - Flanschnachweise - Sondernachweise mittels FE-Analyse - Umfangreiche und prüffähige Dokumentation Sondernachweise

16 Workflow

17 Innendruckauslegung - Rohrklassen Nachweis von Rohrleitungsbauteilen unter Innendruckbelastungen Verwaltung von Rohrklassen

18 Rohrstatik - Modellierung Stahlbaustatik Angaben zu Geometrie, Durchmesser, Wanddicke Werkstoff, Isolierung, Druck und Temperatur Angaben zu Unterstützungskonzept, Komponenten

19 Datenbanken - Daten nach EN / ASME Werkstoffe mit Materialkennwerten Stahlbauprofile Rohrleitungsbauteile Rohre nahtlos + geschweißt Bögen Flansche, Blindflansche Reduzierungen T-Stücke Kappen Federlager Federauslegung nach Herstellerangaben Kompensatoren lateral / angular / axial Grundlage sind EN- / ASME-Normen Herstellerangaben zu Sonderbauteilen

20 Lastfälle - Lastfalldefinition Eigengewicht Innendruck Wärmedehnung (incl. Reibung) Windlasten Schnee- und Eis-Lasten Erdbeben statisch / dynamisch Druckstoss statisch / dynamisch Eigenwerte Harmonische Anregung frei definierbare Linien- und Punktlasten Lastfallfolgen Temperaturgradienten

21 Dynamische Berechnungen Erdbeben mit Etagenantwortspektren Druckstoß mit Last-Zeit-Funktionen Eigenwertanalyse Erdbebenspektren Etagen- und Gebäudespektren SSE- und OBE- Absicherung Klappenschließen Schnellschluss Pumpenausfall An- und Abfahrszenarien

22 Spannungsanalyse Berechnungsvorschriften (Beispiele) Stahlrohrleitungen USA ASME B B Cl. 1/2/3 EU EN EN13941 National KTA (Deutschland) / RCCM (Frankreich) / GFK-Rohrleitungen International ISO14692 Deutschland KRV-Richtlinie Berechnung zulässiger Spannungen Spannungsabsicherung automatisch abhängig vom Regelwerk Spannungsbewertungen für Teilsysteme

23 Ergebnisse Spannungsanalyse Spannungen Stahlbau In Anlehnung an EN 1993 DIN 18800

24 Lager- und Anschlußbelastungen Auswahl und Kombination statischer und dynamischer Lasten Extremwerte für Lager- und Anschlüsse

25 Flanschberechnung Erforderliche Eingabedaten u. a.: Flanschtyp / Dichtfläche Norm / Druckstufe Nennweite und Werkstoff Schraubentyp, -größe, -anzahl Anzugsverfahren Dichtungshersteller, -typ und Leckageklasse Belastungen: Berücksichtigung der ermittelten Belastungen aus der Rohrstatik Ergebnisse: Spannungsausnutzung Anzugsmoment

26 Stutzennachweise Nachweis von Stutzen in Rohrleitungssystemen z. B. nach folgenden Regelwerken API 610, 617, 661, NEMA SM23, EN ISO 5199, 9905, Abhängig vom gewählten Regelwerk sind verschiedene Stutzentypen vorgegeben.

27 Sondernachweise / FE-Analysen Bauteile sind nicht im Rohrleitungsregelwerk enthalten T-Stück <45, Zwickel-T-Stück Abzweige im Bogen, in einer Reduzierung sich gegenseitig beeinflussende Abzweige Rundnocken mit Verstärkungsscheibe Behälteranschlüsse Spannungsbewertung durch das Regelwerk zu ungenau sehr große Durchmesser sehr große Durchmesserverhältnisse Kombination von Lasten Flexibilitätsfaktoren im Regelwerk zu ungenau

28 Beispiele für FE-Nachweise Nocken Unterstützung Behälter, ebene Platte Behälter, Halbkugelboden Bogensegmente Fußpunkt / Stütze

29 Druck- und Wärmeverluste / Mengenverteilungen Folgende Aufgabenstellungen sind zu bearbeiten: Ermittlung von Druck- und Wärmeverlusten sowie Mengenverteilungen Dimensionierung der Querschnitte und Isolierung im Rahmen der Projektierung Dimensionierung von Pumpen / Gebläsen Nachweis der Gebrauchsfähigkeit vorhandener Netze Überprüfung der Dimensionierung bei Netzerweiterung Simulation verschiedener Betriebszustände oder Störfälle in vermaschten Netzen

30 . Modellierung und Berechnung Automatische Ermittlung der Widerstandsbeiwerte an: Bögen Reduzierungen / Aufweitungen rechtwinkeligen Abzweigen Lochblenden Regelventile (vorgeg. Massenstrom) Pumpen / Gebläse mit Kennlinien in Serie und / oder parallel geschaltet Kondensatanfall im stationären Betrieb Wasserdampf-Tafel Blendendimensionierung Berechnung verschiedener Lastfälle: Pumpen ein- oder ausgeschaltet Armaturen offen / geschlossen Definition verschiedener Betriebszustände mit lastfallabhängigen Mengen-, Druck- oder Temperaturvorgaben Grafische Darstellung der definierten Komponenten

31 AGENDA I Einleitung SIGMA Ingenieurgesellschaft mbh Produkte und Dienstleistungen Berechnungen im Rohrleitungs- und Anlagenbau Interfaces Diskussion

32 Datenaustausch CAD ROHR2

33 Datenaustausch CAD - ROHR2 bis zu 100% der Systemdaten aus CAD Geometrie Durchmesser, Wanddicke Werkstoffe Lagerpunkte, Lagerbedingungen Armaturen (Länge, Masse, Bezeichnung) Druck / Temperatur / Medium automatische Lastfallgenerierung Gewicht + Innendruck Betrieb Spannungen Lagerlasten fehlende Daten werden nach Vorgabe ergänzt (Schnittstelle ist konfigurierbar)

34 Systembetrachtung - Teilsysteme (1) CAD-System, Übersicht CAD-System, Teilsystem

35 Systembetrachtung Teilsysteme (2)

36 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit