Bài 2. Hướng đẫn đọc pipe stress analysis report

Sau quá trình tính toán, stress engineer sẽ xuất bản stress report để báo cáo và cung cấp kết quả tính toán cho chủ đầu tư và các bộ phận khác.

Vậy trong stress report có gì? Chúng ta hãy cùng nhau tìm hiểu!

Trong Stress Report tối thiểu sẽ có 2 phần chính là:

- Thông tin dữ liệu đầu vào.

- Kết quả tính toán.

I. Thông tin dữ liệu đầu vào

Phần thông tin dữ liệu đầu vào đó là các thông tin về vật liệu, điều kiện hoạt động, nhiệt độ, áp suất, lưu chất, các trường hợp hoạt động, gió, động đất và các tổ hợp tải trọng … là những thông tin được nhập vào phần mềm khi tính toán ứng suất. Các thông tin này nhằm mục đích để các bên có thể kiểm tra lại input nhằm đảm bảo tính chính xác của bài tính.

1. Line list

Đây là danh sách tất cả các line cũng như thông số hoạt động của line trong hệ thống.

Thông qua line list, có thể dễ dàng biết được nhiệt độ/ áp suất thiết kế cũng như nhiệt độ/ áp suất vận hành, khối lượng riêng lưu chất, mức độ ăn mòn cho phép của vật liệu, áp suất hydrotest, ống có insulation hay không,..

2. Load cases

Trong một bài tính, sẽ có nhiều tổ hợp tải tương ứng với mỗi trường hợp có thể xảy ra trong thực tế như lắp đặt, thử áp, vận hành…

Mỗi tổ hợp tải sẽ có ý nghĩa cho từng mục đích khác nhau như kiểm tra ứng suất theo tiêu chuẩn, kiểm tra tải tác động lên thiết bị, tải tác đông lên gối đỡ …

Nhìn hình trên, bạn có thể thấy ở đây có 12 load cases. Vậy mỗi ký tự W, T, H,… nghĩa là gì? Bạn cần nhìn qua bản legend nhé:

Ví dụ: Load case 5: W + P1 + H

W: khối lượng của ống khi chứa đầy lưu chất

P1: áp suất thiết kế

H: Lực đỡ của spring hanger (cho bài tính có sử dụng spring hanger)

Load case 5 tính toán cho trường hợp ống chứa đầy lưu chất và chịu áp suất thiết kế. Kết quả tính toán sẽ cần kiểm tra ứng suất, tải support, chuyển vị trong giới hạn cho phép.

3. Input Echo

Đây chính là những thông tin được nhập vào phần mềm. Sau đây mình sẽ giải thích cho các bạn các đọc các thông tin này:

From 2020 to 2060: Phần tử ống có node đầu là 2020, node cuối và 2060

Dz = 118 mm: dài 118mm theo hướng Z

Dia: Đường kính ống

Wall: Bề dày ống

Cor: Mức độ ăn mòn cho phép của ống

Mill%(+) phần trăm sai số chế tạo

Mill%(-) phần trăm sai số chế tạo

T1, T2, T3: Nhiệt độ thiết kế max, min, operating

P1, P2: Áp suất thiết kế, hoạt động

PHyd: áp suất hydrotest

Mat: vật liệu đường ống

Khi vật liệu được chọn, một số tính chất của pipe sẽ tự động được input:

E: Module đàn hồi tại nhiệt độ môi trường

EH1, EH2, EH3…: Module đàn hồi tại nhiệt độ T1, T2, T3…

V: Hệ số Poison

Pipe Den: Khối lượng riêng vật liệu ống

Fluid Den: Khối lượng riêng lưu chất trong ống

Insul Thk: Bề dày của lớp bọc bảo ôn

Rigid Weight: trọng lượng/ khối lượng của các Valve, Flange, …

Restraints:

Tại node 2020, có Anchor Support có Connecting node tới node 2021

Displacements: Chuyển vị cưỡng bức tại node.

Uniform Load: tải phân bố đều (hệ số nhân với gia tốc trọng trường)

Wind Shape: hệ số hình dạng (ống hình trụ có giá trị từ 0.5 đến 0.8)

Allowable stresses: theo tiêu chuẩn ASME B31.3 (2016)

Sc: Ứng suất cho phép của vật liệu ống ở nhiệt độ môi trường

Sh1, Sh2, …, Sh9: Ứng suất cho phép của vật liệu ống ở nhiệt độ T1, T2, … T9

Sy: Ứng suất chảy của vật liệu ống

Bend at “TO” end: elbow long radius, 90 degree tại node 2080

Forces & Moments:

Tại node 2079, có lực tác động theo phương +Y và + Z

Location = Both: 2 đầu phần tử (From & To Node) có flange. Thường phần tử này là Valve

Method: Phương pháp kiểm tra rò rỉ (Peq)

Class/Grade: Flange tiêu chuẩn ASME, cấp áp suất 900#, nhóm vật liệu 1.1.

G/C: Đường kính gasket hiệu dụng

T/P table: Bảng áp suất cho phép tương ứng nhiệt độ theo ASME B16.5.

II. Kết quả tính toán

Phần kết quả tính toán thể hiện các kết quả ứng suất, chuyển vị, lực tác động lên gối đỡ, lực tác động lên thiết bị …. và đánh giá kết quả của stress engineer dựa vào kết quả xuất ra từ phần mềm.

1. Stress summary

Kết quả này cho biết stress PASSED hay FAIL theo tiêu chuẩn.

Ví dụ: trong hình trên đọc kết quả như sau:

Load Case 5: kiểm tra ứng suất Sustained Stress PASSED theo tiêu chuẩn

Ứng suất lớn nhất = 66.6 N/mm2 tại node 7530

Tỉ lệ 48.3% so với ứng suất cho phép = 137.9 N/mm2

2. Displacement Report

Kết quả displacement giúp cho stress engineer có thể kiểm tra xem đường ống có bị dịch chuyển hay võng quá mức giới hạn không? Desinger có thể kiểm tra xem có bị clashing với ống hoặc kết cấu kế bên không?

Kết quả từ phần mềm cho biết chuyển vị theo 3 phương DX, DY, DZ và góc xoay theo 3 phương RX, RY, RZ tại từng Node

Ví dụ: Trong hình trên:

Tại node 10: chuyển vị theo 3 phương = 0, góc xoay theo 3 phương = 0. Đây chắc chắn là vị trí bạn đã khai báo support Anchor.

Tại node 50: chuyển vị DX=-0.0011in, DY = 0.5457 in, DZ = 0.1527 in

RX = 0.4423 deg, RY = -0.8592 deg, RZ = -0.0403 deg.

Thường thường, góc xoay RX, RY, RZ mình không cần chú ý tới nhé các bạn!

3. Restraint Summary Extended

Kết quả Restraint Summary cho biết lực và moment của đường ống tác động vào gối đỡ hoặc vào nozzle thiết bị. Tất cả các node được khai báo là restraint đều được report ở đây. Designers sẽ căn cứ vào lực FX, FY, FZ và moment MX, MY, MZ tác động lên support để lựa chọn thiết kế support theo pipe support standard cho phù hợp. Các support không có trong Standard thì cần cung cấp thông tin cho Structure Engineer kiểm tra lại.

Chuyển vị DX, DY, DZ cần thiết cho Designers kiểm tra lại chiều dài Shoe, chiều cao Guide, Line Stop, clearance … để đảm bảo support hoạt động đúng chức năng trong mọi trường hợp hoạt động.

4. Flange leakage check

Dựa vào kết quả, stress engineer có thể check xem tất cả các flange có đáp ứng yêu cầu thiết kế không.

Các bạn hãy để ý cột Ratio% nhé, nếu <100% là thỏa mãn, vì Ratio này chính là phần trăm P Equivalent / P allowable

Trong report này, Axial force và Bending Moment sẽ cho bạn biết Flange đang chịu lực và moment lớn hay nhỏ để từ đó có thể điều chỉnh thiết kế cho phù hợp.

5. Hanger Report

Đối với Stress Engineer thì report này giống như 1 bảng tổng hợp thông số cơ bản của tất cả spring hanger trong hệ thống.

Đối với Designer thì report này giống như 1 bảng thống kê số lượng và vị trí của các spring hanger để kiểm tra và update vào mô hình 3D, tránh missing trong quá trình cập nhật.

Trong ví dụ trên, ta đọc được các thông số cơ bản sau:

Spring Hanger tại node 27910 được phần mềm chọn tự động từ Catalogue của nhà sản xuất Carpenter&Paterson, Catalogue Figure: DV35, Size: 20

Số lượng: 1

Độ cứng lò xo: 1646.1 N/mm,

Chuyển động lên: 1.457 mm, Chuyển động ngang: 6.295 mm

Tải làm việc: 111482 N, Tải lắp đặt: 113881 N

Thay đổi tải trọng: 2%

6. Nozzle Check.

Thông qua report này, stress engineer có thể đánh giá tải tác động của đường ống lên nozzle thiết bị có nằm trong giới hạn cho phép không.

Trong ví dụ trên, nozzle tại node 31250 được kiểm tra.

Lực theo các phương fa, fb, fc và moment ma, mb, mc được trích xuất từ load case 127 được so sánh với giá trị cho phép (limits) ở dòng trên.

Kết quả Forces Check = 0.289 < 1 và Moments Check = 0.680 < 1 cho biết tất cả giá trị đều nằm trong giới hạn cho phép.

Đây có thể là bài quan trọng nhất đối với người mới tìm hiểu stress analysis.

Cũng có thể là bài quan trọng nhất đối với 1 piping designers.

Từ đây hy vọng các bạn sẽ có thể tự mình đọc kết quả và tiến thêm bước nữa là đánh giá kết quả mọi bài toán.

Chúc mừng các bạn!