MEMORIAL DE CÁLCULO SG-3-0361-42-001 ANEXO

MEMORIAL DE CÁLCULO
Título
Projeto
Nº
SG-3-0361-42-001 ANEXO-02
ANÁLISE LOCAL DE TENSÕES
LIRA CRÍTICA NÓS 965/990/1015
LINHA 10”-VA-46009-D1A-H
Rev.
A
Folha
1 de 6
PJ 2102506 INTERLIGAÇÃO DE UTILIDADES ENTRE QB PP - DCX
1.0 OBJETIVO
Em vista da análise de flexibilidade da linha 10”-VA-46009-D1A-H, ter ocorrido com a necessidade da
utilização da equação liberal prevista na norma ASME B31.1, devido a condições de geometria, pressão
e temperatura severas, torna-se importante validar os níveis de tensão envolvidos por um método de
análise estrutural de hierarquia superior a análise por barras do software Triflex, intensificados em suas
singularidades pelos fatores SIF ( stress intensification factors ) previstos também pela B31.1.
Foi realizada uma modelagem pelo método dos elementos finitos, com elementos de casca (shell) de 04
nós linear com grau de discretização ( quantidade de elementos ) que apresentou uma boa estabilização
dos resultados. Utilizou o software ABAQUS 6.10 para esta análise.
Como forma de confrontar os valores obtidos por essa análise local, seguimos os parâmetros previstos
na norma ASME VIII divisão 02, original para vasos de pressão mas extensível a análise de tubulações,
na condição de análise cíclica.
2.0 CONDIÇÕES DE CARREGAMENTO
Pressão de Projeto:
46 kgf/cm2
Temperatura de Projeto: 400 oC.
Peso Próprio
2.1 CICLO 01
Linha pressurizada com temperatura em crescimento de 0 a 400 oC.
2.2 CICLO 02
Linha pressurizada com temperatura estabilizada em 400 oC. ( P+W+T )
2.3 CICLO 03
Linha despressurizada com temperatura em decaimento de 400 oC. A 21oC.
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A região da linha de tubulação escolhida, foi uma lira intermediaria contida entre os nós 965, 990 e 1015
por apresentar o maior nível de deformação térmica transferida a curva de 90 graus desta, este efeito
térmico é de natureza de esforço secundário (Q). A parcela de pressão interna ( PL) e pêso próprio (PB)
são de natureza primária.
O efeito importante, no caso desta linha de tubulação, é a prevenção do efeito “Ratcheting” que envolve
deformações acumulativas por efeito elasto-plástico, que é o caso das tensões secundárias e das totais,
cujos admissíveis normativos localizam-se acima da zona de escoamento do material, pois com os
carregamentos cíclicos ocorrerá um relaxamento e redistribuição das tensões atuantes, reduzindo o valor
permanente destas.
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Conforme indicação da norma ASME VIII div-02 acima, o valor admissível Sps para este caso, será
igual a 2xSyn,k onde Syn,k e o valor médio da tensão de escoamento entre inicio e fim de cada ciclo de
térmico sob tensão, neste caso entre 21 oC e 400 oC.
Syn,k = (241 + 167)/2 Sn,k = 204 MPa (20,4 kgf/mm2) Sps = 2x20,4 Sps = 40,8 kgf/mm2
A tensão
Sn,k é a variação de tensão entre inicio e fim de cada ciclo
Sn,k <= Sps
3.0
MODELO ANALISADO
O modelo analisado, foi simplificado considerando a simetria geométrica da Lira, (metade da lira
real), com a devida aplicação das restrições nodais de forma a manter a compatibilidade do
resultado, como o do conjunto completo.
Foram definidas como propriedades do material o módulo de elasticidade a quente E = 17100
kgf/mm2 e constante de dilatação térmica 1,35e-5 mm/mm/oC.
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LIRA CRÍTICA NÓS 965/990/1015
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Figura-1 Arranjo para o modelo proposto
Os valores de deslocamento por expansão térmica foram retirados da análise pelo
software Triflex.
A
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Figura-2 Resultados Obtidos na Análise por MEF
Figura-3 Gráfico Indicando a Variação de Tensões Atuantes entre Ciclos
A
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4.0 RESULTADOS OBTIDOS
O diferencial obtido mais alto apresentou-se no ciclo de partida da linha com o valor
35,74 kgf/mm2 e o valor admissível previsto Sps = 40,8 kgf/mm2
Portanto
Sn,k =
Sn,k <= Sps
Aceitável dentro do item 5.5.2 da ASME VIII divisão-02
Conforme a análise no software Triflex ( SG-3-0361-42-001=A.dta ) para o nó-1220 ( bend-end )
temos o valor para as tensões secundárias de 176,48 N/mm2 ( 17,97 kgf/mm2 ), que
representaram 84% em relação a tensão secundária liberal admissível e para as tensões
primárias nesse mesmo ponto o valor de 28,81 N/mm2 ( 2,93 kgf/mm2 ), totalizando as duas
tensões longitudinais teremos S = (17,97 + 2,93) = 20,90 kgf/mm2.
Portanto, neste caso, o valor total na análise por barras intensificado pelos fatores SIF apresentou
um valor menor (20,90 kgf/mm2) em relação a análise local por elementos de casca ( 35,74
kgf/mm2 ), porém este último ficou abaixo do limite admissível indicado pela ASME VIII div-02,
evitando assim o efeito de deformação acumulativa, permitindo de forma segura a posterior
estabilização elástica do nível de tensões.
Executado por: Francisco R. Dominguez / Engeserv Ltda
A
VAPORDUTO – PB
ANEXO- 05
1.0 ) VALIDAÇÃO DAS TENSÕES MÁXIMAS
Em vista das tubulações contidas nesse skid de medição de vapor serem críticas por sua
pressão e temperatura, será feita de forma complementar uma análise local via MEF visando
validar as máximas tensões secundária (expansion) e primária (sustained) obtidas na análise
pelo programa Triflex.
Foi utilizado o programa Abaqus 6.10 com elementos tipo Shell (casca) lineares em
discretização suficiente a qual estabilizou os valôres obtidos.
A partir da análise realizada pelo Triflex, foram transferidos os valores deslocamentos de
contorno, para cada respectivo caso de análise, bem como as restrições aplicadas.
1.1 ) Validação da Máxima Tensão Secundária (Expansion Stress)
A validação da tensão para o ponto 1530 do modelo Triflex, será feita a partir da obtenção da
tensão local ( por elementos shell ) aplicando-se neste o fator FSRF visando majorar aspectos
de fabricação/inspeção que podem potencializar condições de fadiga.
Referências: ASME VIII div-02 (2007) e WRC-432 tabs. 5.11 e 5.12
Se = Q x FSRF <= Sa
Q = tensão secundária por expansão térmica
Sa = allowable expansion stress B31.3
As tubulações serão soldadas com penetração total e inspecionadas com RX 100% ( E=1,0 ),
portanto, Quality Level=1 ( “as welded” ) FSRF = 1,2
Se = 63,6 x 1,2 Se = 76,32 N/mm2
Sa = 195, 75 N/mm2
=> Se < Sa
Inferior ao valor indicado no programa Triflex 71% ( PONTO 1530 )
( 39 % )
OK!
1.2 ) Validação da Máxima Tensão Primária ( Sustained Stress)
1.2.1 ) Operação Normal
A validação da tensão para o ponto 610 do modelo Triflex, será feita a partir da obtenção da
tensão local ( por elementos shell ) e comparando-se este valor com o admissível SH
SVM = 24,0 N/mm2 < SH = 106,0 N/mm2 (22%) (corroído e quente )
Inferior ao valor indicado no programa Triflex 68% ( PONTO 610 )
1.2.2 ) Operação Ocasional ( abertura da válvula de segurança PSV )
Da mesma forma a validação da tensão para o ponto 610 do modelo Triflex, será feita a partir
da obtenção da tensão local ( por elementos shell ), onde houve neste caso a inserção da força
de reação da PSV, comparando-se este valor com o admissível SH-ocasional ( 133% SH )
SVM = 139,6 N/mm2 < SH-ocasional = 1.33 x 106,0 N/mm2 = 140,98 N/mm2
condição corroído e quente.
( 99%) na
2.0 ) CONCLUSÃO
Para os todos os casos analisados ( secundária e primária / ocasional ), observamos
diferenças dos valôres de tensão, sendo que isso decorre da análise local feita (MEF), do tipos
de elementos aplicados entre análises e dos desvios em relação ao fatores de intensificação de
tensões (SIFs) normativos que foram considerados pelo Triflex.
Consideramos que esta análise local é mais rigorosa e confiável e permitiu validar os
resultados normativos obtidos pelo Triflex.
Executado por: Francisco R. Dominguez / Engeserv Ltda