Новое поколение нефтяных аппаратов 2020

Эффект взаимодействия листовых и стержневых конструкций состоит в том, что для слабых по прочности мест листовых конструкций сопряженных со стержневыми металлоконструкциями изменяется в пространстве силовые взаимодействия и поле распределения напряжений в пространстве. Именно пространственным эффектом достигается преимущества в легкости, прочности и жесткости нового поколения конструкций аппаратов.

Ранее устаревшие конструкции аппаратов строго отделялись от стержневых металлоконструкций. Стержневые металлоконструкции использовались в промышленных этажерках, то есть строениях технологических установок заводов, внутри которых размещались на заданных высотных отметках аппараты устаревших конструкций. Например, аппараты колонного и емкостного типов, теплообменное оборудование. В новом поколении конструкции аппаратов синтезируются из двух типов металлоконструкций.

Законы физического (тепломеханического) взаимодействия элементов оболочек остались прежними, но используются по-новому. В этом и состоит с научной точки зрение различие между новым и устаревшим поколением нефтяных, химических аппаратов и резервуаров.

Ефановым в работе [10] указывается, что для аппаратов устаревшего поколения при проектировании решаются две проблемы: синтез оболочки и сложная материаловедческая проблема. Синтез оболочки аппарата устаревшего поклонения из типовых листовых элементов является относительно простой задачей.

Для аппаратов нового поколения проблема синтеза оболочки является более сложной задачей из-за необходимости синтеза оболочки из листовой и стержневой металлоконструкции с требуемым распределением напряжений в пространстве. То есть первая проблема усложняется, вторая остается на прежнем уровне сложности. Первая попытка обосновать такие конструкции выполнена Ефановым [11].

Сделаем вывод, что в этом состоит отличие в проектировании аппаратов нового поколения и устаревшего поколения.

Атомная отрасль является консервативной и в ней предположительно будут применяться аппараты устаревших конструкций, например, корпуса ядерных реакторов, изготовленные из поковок.

Применение аддитивных технологий изготовления не сделает конструкции устаревшего поколения конструкциями нового поколения. Изменится только технология изготовления. Обоснованием технической реализации применения аддитивных технологий для изготовления оболочек сосудов и аппаратов впервые выдвинута Ефановым в краткой статье [12] на основании возможного заимствования опыта изготовления колец диаметром около 2 метров в судостроении.

В нефтяном машиностроении по аддитивной технологии могут быть изготовлены сложной формы детали проточной части центробежных насосов и аналогичные изделия. Для изготовления несущих металлоконструкций, аддитивные технологии больше подходят для конструкций с развитым пространственным взаимодействием, применяемых в автомобилестроении и авиастроении.

При проектировании конструкции автомобиля может быть сформулирована задача конструктивного решения в виде получения несущего кронштейна с массой на несколько процентов меньшей, чем у аналогов. Такая задача решается за счет использования сложной формы, которую можно получить только аддитивными технологиями. Для нефтяных аппаратов такая задача может быть сформулирована и решена за счет синтеза металлоконструкции из листовой и стержневой с применением традиционных технологий обработки режущим инструментом, сварочным оборудованием. На этом основании можно сделать принципиальный вывод об отсутствии необходимости применения аддитивных технологий в нефтяном и химическом аппаратостроении и производстве резервуаров.

3. Конструктивные элементы аппаратов нового поколения

Для аппаратов нового и устаревшего поколения изменилась конфигурация элементов, но перечень элементов остался без изменений, например, обечайки, днища, опоры.

Проведем сравнение отличий в конструкциях нового и устаревшего поколения аппаратов по каждому из элементов.

3.1. Обечайки цилиндрические и коробчатые

Сейчас применяются ребристые обечайки, имеющие большие величины прочности и жесткости.

Применяются коробчатые обечайки, позволяющие разместить большее количество жидкости по сравнению с вписанной цилиндрической обечайкой. Вследствие повышенной вместимости коробчатые оболочки широко применяют для горизонтальных резервуаров, например, под воду для градирен.

Коробчатые резервуары являются примером конструкции сосудов (в данном случае не проводим границу между сосудами и резервуарами) нового поколения. Так как сочетает листовую оболочечную конструкцию и усиливающую её стержневую каркасную (рамную) металлоконструкцию.

Конструктивно коробчатый аппарат (резервуар) нового поколения состоит из оболочки с затем собранной на ней сваркой металлическим усиливающим каркасом или из сваренных стенок.