壓寶計劃:非法規規定之壓力容器部件

 壓力容器使用的部件在法規中已經有一些規定及要求,然而仍會有一些特殊的狀況會造成其構成無法與法規要求一致,這該如何處理?

在分析非法規規定之壓力容器部件時使用有限元素分析法


耐壓部件

由於壓力容器種類很多,用途也不少,所以在桶槽的設計上常常會設計出與法規規定不盡相同的部件;尤其是耐壓部件更是需求注意。 一般會注意的部件為端板、桶身、管材及法籣。會造成設計部件會與法規不同的原因:

1. 限制的空間:壓力容器是有使用壽命的,在設備達到使用年限會需求汰舊換新;又因為工廠使用的設備因為使用的年限不同,所以在欲更換之設備與相鄰的設備可移動的空間不足,所以新的設備為達到與原設備功能一致,可能會設計出非法規之部件。

2. 作為攪拌機:攪拌機的馬達會因為內容物的物理性質不同及葉片的造形,會造成基座及桶身有額外的作用力,一般在設計時除了要考慮壓力容器設計需求之外,要再加上新增的作用力分析才能符合設備的使用需求。

3.不同地區或建造法規組合使用的場合:常見的狀況是歐系系統與美系系統的整合環境;不同系統的法蘭接頭、球閥開關或是偵測器等接頭。


設計通例

以上狀況其設計原則為設備使用的材料必需符合其建造法規之要求;即不同建造法規的材質不可以焊接混用,除了是用螺栓件對鎖的部件。法蘭或是管牙口可以依法規的要求設計開發符合配合件的尺寸,唯必須依照法規設定的流程、數據進行設計驗證。若是外形不像是法規要求的設計時,最直接的方法是考慮使用有限元素分析法,以找出元件設計上可能的弱點。在設計非法規規定的承壓部件時一樣需要符合有關於焊接效率、最低金屬溫度 MDMT、材料熱處理要求等規定。開孔補強的分析,若不符合法規之要求,則需要分析補強區域外,另要包焊道的分析;在作有限元素分析時,焊道的深度、喉深及焊道的幾何造形都應建模分析,除非焊道設計已符合法規之要求。


有限元素分析

wiki : 有限元素分析 : 使用有限元素法(英語:Finite element method)分析物理現象,是一種用於求解微分方程組或積分方程組數值解的數值方法。使用的流程分別為 1. 前處理:製作要分析的部件電腦立體模型並生成網格 (mesh 檔),給予受分析的材質物理性質數據,再設定作用力定位點及其受力種類及大小。 2. 分析處理各網格節點所受的力量大小,它是使用偏微分方程並求取其近似解,以達到分析的結果。3. 後處理:在網格資料分析完後,依其數據資料繪製應力應變圖,以圖形、顏色顯示其元件受力的情形。

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