6 - 2007

Нужны ли вам программные продукты для прочностного и гидравлического расчета трубопроводов, и есть ли от них толк?

Наталья Гаврилина

Продукт AutoPIPE тесно связан с другими CAD-системами. Самое интересное взаимодействие, конечно, с CAD-системами производства Bentley Systems, например с пакетом программ Bentley AutoPLANT, который очень популярен в России и используется для проектирования 3D-моделей промышленных объектов и разработки рабочих чертежей. У AutoPLANT с AutoPIPE реализован прямой и обратный экспорт-импорт информации. Например, спроектировав конструкцию, проектировщик может передать ее через общую область или через интерфейс экспорта-импорта расчетчику в AutoPIPE. Расчетчик делает расчеты в AutoPIPE, корректирует модель, согласовывает ее с проектировщиком и после завершения всех расчетов и проверок отправляет скорректированную модель обратно проектировщику, который, получив 3D-модель обратно в AutoPLANT, занимается генерацией рабочих чертежей и спецификаций. Как это здорово! Теперь не надо запоминать все изменения, которые вы сделали в модели, корректируя ее в процессе расчета, не надо записывать изменения на бумажках или выводить картинки на принтер, а потом вместе с проектировщиком вносить изменения в модель в вашей CAD-системе.

AutoPLANT — не единственная CAD-система, с которой может работать AutoPIPE. В AutoPIPE могут передаваться данные (и графическая, и объектная модель) из других популярных расчетных и CAD-систем: Caesar II, CADWorx, PDMS, PDS, Plant4D, CADPipe, SmartPlant и PlantFLOW.

В AutoPIPE могут автоматически передаваться модели спроектированных трубопроводных систем, что позволяет специалистам экономить сотни часов рабочего времени, которые традиционно затрачиваются при ручном вводе данных из чертежей. Как видите, возможности программы обширны. Однако одним из основных ее достоинств является то, что, не владея глубокими познаниями в расчете прочности и МКЭ (метод конечных элементов), расчетчик может анализировать выходные данные и делать выводы по результатам расчета.

Хочу обратить внимание самых недоверчивых пользователей, что программное обеспечение Bentley AutoPIPE в течение многих лет подвергалось многочисленным независимым проверкам на соответствие стандартам 10CFR50 Арр. В, ASME NQA-1 и ANSI N45.2 и было одобрено для применения в качестве программного обеспечения для расчетов и управления безопасностью проектов в различных областях промышленности. Сертификация данного программного продукта на территории России открыла возможность его использования при расчете как зарубежных, так и отечественных проектов. Кроме того, еще раз хочется отметить, что прочность и надежность входят в число основных критериев при проектировании трубопроводных систем и применение расчетной программы столь высокого уровня, как Bentley AutoPIPE, просто необходимо на предприятиях нефтегазовой промышленности.

Однако не все, что хорошо для американского инженера, подойдет для российского. Для того чтобы российские специалисты могли в полной мере использовать возможности расчета подземных трубопроводных систем, нами было разработано приложение к AutoPIPE для расчета характеристик взаимодействия трубы с грунтом, названное «ГРУНТ».

Как видно из меню, подпрограмма «ГРУНТ» имеет дополнительное меню, в котором присутствуют параметры, необходимые для моделирования подземного трубопровода в программе Bentley AutoPIPE. Расчет ведется по представленной в ней методике. Благодаря программе «ГРУНТ» о многих традиционных расчетах вручную можно забыть — расчет будет производиться автоматически! Кроме того, «ГРУНТ» решает и другие полезные задачи, такие как расчет шага точек грунта и активной длины трубы. Программа предназначена для расчета следующих характеристик взаимодействия подземного трубопровода с грунтом: коэффициентов жесткости (k1) и погонных сил (p1), действующих со стороны грунта на трубу в четырех направлениях (горизонтальном продольном, горизонтальном поперечном, вертикальном вверх и вертикальном вниз); максимального шага точек грунта (Maximum Spacing) при растяжении и изгибе трубопровода; необходимой активной длины подземного трубопровода. Расчет производится как для горизонтального, так и для вертикального трубопровода (шаг точек грунта и активная длина для вертикального трубопровода не рассчитываются). В программе учтены и устранены недостатки методики расчета характеристик грунта из AutoPIPE, касающиеся ограничения расчета при залегании трубопровода на глубину более пяти его диаметров. Полученные результаты расчета используются в дальнейшем для программы Bentley AutoPIPE и позволяют быстро заполнять формы для моделирования грунта на подземных участках трубопровода.

Размерности полученных коэффициентов жесткости (k1) и погонных сил (p1) соответствуют размерностям величин, которые нужно ввести в диалоговое окно Soil Propirties программы Bentley AutoPIPE в том же порядке, в котором они находятся в программе «ГРУНТ». Не будем останавливаться на этом, а займемся изучением возможностей расчетных программ.

Как уже говорилось, программа AutoPIPE автоматически рассчитывает нагрузки на патрубки резервуара. Чтобы рассчитать допустимые нагрузки на резервуар и местные напряжения в стенке резервуара от действующих нагрузок, вам понадобится модуль Bentley WinNozl, в который программа AutoPIPE автоматически импортирует нагрузки. Пользователю остается только задать геометрическое расположение резервуара и патрубка и выбрать метод расчета. Если вы затрудняетесь это сделать самостоятельно, пройдите курс обучения работе с программой или позвоните в наш Департамент технической поддержки и проконсультируйтесь по данному вопросу.

Приложение Bentley WinNozl предназначено только для работы в ОС Windows. Оно разработано с использованием хорошо известных технических стандартов. Допускаемые значения нагрузок, полученные в результате расчетов, помогут конструкторам и проектировщикам определить, могут ли стенки аппаратов высокого давления, теплообменников, резервуаров или трубопроводов работать при заданных нагрузках. Bentley WinNozl поддерживает следующие широко применяемые международные технические стандарты: WRC107 (стандарт для сварных соединений, включая WRC368 и ASME VIII), WRC297 (включая WRC368 и ASME VIII), BS5500 и расчетные нормы API 650. Программа имеет обширную базу данных материалов по допускаемым напряжениям, зависящим от используемого стандарта.

Описание расчетных программ было бы неполным, если бы мы не рассказали еще об одной программе из линейки расчетных программ фирмы Bentley Systems, Inc., отвечающей за гидравлические расчеты трубопроводных систем, — PlantFLOW. Эта специализированная программа, разработанная для упрощения анализа течения в трубопроводах, позволяет рассчитывать перепады давления и скорости течения в разомкнутых и замкнутых трубопроводных сетях и помогает инженерам определять размеры трубопроводных систем, проектировать водомерные узлы и оценивать потери давления в компрессорах, насосах и теплообменниках. Данная программа дает инженерам возможность моделировать с большой точностью различные расчетные схемы за считаные минуты, пользуясь при этом информацией из других CAD-приложений для проектирования промышленных объектов и анализа напряжений в трубопроводах. Bentley PlantFLOW позволяет легко строить сети трубопроводов любой сложности и размеров, рассчитывать давления, температуры и скорости течения жидкости во всей сети для оценки альтернативных вариантов.

Bentley PlantFLOW — это единственная программа анализа течения носителей в трубопроводах, которая работает с трехмерными моделями, используя при этом прямой и обратный интерфейс с системой проектирования Bentley AutoPLANT (все работает так же, как и у AutoPIPE) и программами анализа напряжений в трубопроводах и их элементах. Благодаря этому сводятся к минимуму ошибки в конструкции и значительно упрощается процесс проектирования и переноса расчетных данных на 3D-модель. В PlanyFLOW входит набор программных средств для выбора оптимальных размеров трубопроводов и их расположения, библиотеки для подбора оборудования и размеров клапанов, средства для расчета стабилизации течения в распределительных магистралях и сборных коллекторах. В PlantFLOW реализован специальный пользовательский интерфейс, с которым легко работать как профессиональным инженерам, рассчитывающим параметры течения в трубопроводах, так и обычным пользователям. После разработки модели воспроизводится ее трехмерное графическое представление. PlantFLOW осуществляет тщательную проверку ошибок при вводе данных и извещает пользователя, если разработанная модель не соответствует модели, создаваемой с помощью методов проектирования трубопроводов, обычно используемых на практике. Это позволяет сразу же обнаруживать ошибки ввода. PlantFLOW содержит обширную и полную библиотеку элементов трубопроводных систем и свойств жидкостей и газов. Параметры стандартных элементов, таких как участки трубопроводов и клапаны, могут быть выбраны из предварительно определенных библиотек. Программа также располагает подробной библиотекой свойств жидкостей и газов. Уникальные алгоритмы анализа позволяют исследовать течения в системах, содержащих клапаны и переходники с постоянными и переменными потерями давлений, центробежные компрессоры, теплообменники, мерные диафрагмы, турбинные расходомеры, сетчатые фильтры и ловушки, спрямляющие лопатки, внезапные расширения и сжатия. В PlantFLOW входит модуль итеративного нелинейного матричного решения, с помощью которого выполняется анализ системы граничных условий, решаются уравнения неразрывности, уравнения течения при наличии давления и уравнения теплопередачи для сложной трубопроводной системы. Интеллектуальные, используемые по умолчанию параметры и процедуры позволяют анализировать течение в сложных трубопроводных системах без глубоких теоретических знаний о происходящих процессах. В Bentley PlantFLOW специалистам предоставляется возможность воспользоваться двумя методами анализа результатов расчета: путем интерактивного просмотра графических данных и просмотра пакетных отчетов. При интерактивном просмотре пользователь может увеличить область около любой точки модели и, щелкнув по ней мышью, узнать из всплывающих окон значения скоростей, давлений, температур, плотностей и расходов. Кроме того, пользователь может просмотреть цветные кодированные трехмерные графические изображения модели для быстрой оценки значений давлений и скоростей как во всей сети, так и в каждом из ее элементов. Результаты расчета можно воспроизвести как в графическом режиме, так и в режиме таблиц.

    

Как и программа AutoPIPE, программа PlantFLOW поставляется в двух вариантах: Standard и Plus. Версия Standard позволяет рассчитывать параметры течения жидкости и идеальных газов при отсутствии теплообмена (чисто изотермический процесс). Версия Plus идентична варианту Standard, за исключением того, что позволяет строго рассчитывать показатели сжимаемости и термодинамические свойства газов и газовых смесей для использования в расчете параметров течения и осуществляет упрощенный и комплексный расчет теплообмена. PlantFLOW работает как самостоятельная прикладная программа в среде MS Windows. В отличие от других разработчиков программных средств, которые изначально создавали свои программы «под себя», Bentley Systems делала свои программы для пользователя, чтобы ему было удобно работать с ними и они были ему понятны. Сравнение графических и технических возможностей PlantFLOW с аналогичными программами для расчета течения жидкости в трубопроводах сразу покажет вам, почему PlantFLOW является лидером среди разработчиков прикладных программ расчета течения в трубопроводах. Если вы все еще выполняете расчеты течения носителей в системах трубопроводов на калькуляторе или на логарифмической линейке, PlantFLOW поможет вам освободить время для самосовершенствования или для творчества и повысит качество и безопасность ваших проектов!

Теперь вы вооружены всеми необходимыми знаниями о возможностях программных продуктов фирмы Bentley Systems и не оставите ни одного шанса недоброжелателям навешать вам лапши на уши по данному вопросу. Ознакомившись с технической стороной дела, вы вооружены всеми необходимыми данными для принятия решения об использовании программного обеспечения Bentley Systems в своей работе. Если же вас еще что-то смущает, с любым из программных продуктов, которые упомянуты в этой статье, можно поработать в режиме активации в течение 30 дней или приобрести временные лицензии для изучения программы изнутри. Чтобы рассеять сомнения, можно также пройти обучение или заказать пробный расчет вашей модели специалистам Bentley Systems, работающим в онлайн-режиме. О других расчетных программах от фирмы Bentley Systems, в том числе о STAAD.PRO AXSYS, пойдет разговор в следующих статьях.

САПР и графика 6`2007