Bei der Plattierung der Rohrplatte eines Hochdruckwärmetauschers kommt es zu einem Schweißverzug. Der eingesetzte Konus gleicht diesen aus. Im vorliegenden Projekt übernahm CADFEM den Modellaufbau und die Programmierung der notwendigen Makros für zur Berechnung der idealen Größe dieses Konus. Die Rohrplatte eines Hochdruckwärmetauschers, welcher zur Herstellung von Harnstoff dient, wird einseitig mittels Auftragsschweißen in mehreren Durchgängen mit unterschiedlichen Materialen plattiert. Dabei kommt es zu einer nennenswerten Wärmeeinbringung und daher zu einem Schweißverzug. Um diesen auszugleichen, wird der Schmiederohteil der Rohrplatte schon in konischer Form bestellt. Abhängig von der Größe der Rohrplatte und dem eingesetzten Material wurde mittels FE-Simulation berechnet, wie groß dieser Konus sein muss. Anmeldung & Detailinfo: http://www.cadfem.at/designverstehen
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1. Schweiverzugssimulation, 18.-19.11.2013 Wiesbaden
Schweiverzugssimulation: Rohrplatte eines Hochdruckwrmetauschers
Dipl.Ing. Christoph Schlegel CADFEM (Austria) GmbH
2. Schweiverzugssimulation, 18.-19.11.2013 Wiesbaden
Vorstellung CADFEM Service Support Seminare Berechnung im Auftrag
ConsultingSoftware DE ATCH Mnchen CADFEM Grafing Stuttgart Hannover
Chemnitz Lausanne Wien Aadorf Berlin Dortmund Gerlafingen Innsbruck
Frankfurt Gegrndet 1985 12 Bros in D A CH >180 Mitarbeiter
3. Schweiverzugssimulation, 18.-19.11.2013 Wiesbaden
Vorstellung Schoeller-Bleckmann Nitec GmbH einer der weltweit
fhrenden Herstellern von Hochdruck-Apparaten (>100bar) fr die
Chemische Industrie speziell fr die Dngemittelindustrie -
Petrochemische Industrie, Stickstoffindustrie Ammoniak &
Harnstoff - Hochdruck-Wrmetauscher und Reaktoren - Spezialeinbauten
fr Ammoniak-Konverter Bachelorarbeit von Florian Stangl
4. Schweiverzugssimulation, 18.-19.11.2013 Wiesbaden
Anwendungsgebiet Dngemittelindustrie Herstellung aus Erdgas, Luft
und Wasser in den Prozessschritten Wasserstoffherstellung
Ammoniakherstellung Harnstoffsynthese Harnstoff = weltweit das
bedeutendste Stickstoffdngemittel (47% N) 2012: rund 184 Mio. t
weltweit grten Anlagen ca. 4.000 t Harnstoff am Tag
5. Schweiverzugssimulation, 18.-19.11.2013 Wiesbaden Rohrplatte
eines Hochdruck-Wrmetauschers (Stripper) Rohrplatte 2,1m bis 3,7m
Durchmesser:
16. Schweiverzugssimulation, 18.-19.11.2013 Wiesbaden Modell so
grob als mglich Rechenzeit reduzieren grbst mgliche Vernetzung je
Schweiraupe 1 El. in der Dicke 4 El. in der Breite Schrittgre beim
Schweivorschub ca. Elementgre 15-30mm (4-10sec.) Bildquelle:
cadfem
20. Schweiverzugssimulation, 18.-19.11.2013 Wiesbaden Steuerung
der Elementeigenschaften Element Materiabelegung nder mit mpchg,
noch nicht vorhandene Elemente steuern mit: ekill & ealive
abhngig von zeitlich steigendem oder fallendem Temperaturgradient
Bildquelle:1
22. Schweiverzugssimulation, 18.-19.11.2013 Wiesbaden
Umwandlungsplastizitt bilineares Materialmodell fr Plastizitt
Streckgrenze temperaturabhngig im Bereich der Umwandlungsplastizitt
Streckgrenze stark abgesenkt Bildquelle: 1
23. Schweiverzugssimulation, 18.-19.11.2013 Wiesbaden
Spannungsverteilung Bildquelle: cadfem Animation durch Anklicken
starten
24. Schweiverzugssimulation, 18.-19.11.2013 Wiesbaden
Berechnungszeit transienter Prozess nicht beliebig parallelisierbar
kleinste Rohrplatte grte Rohrplatte Durchmesser 2,1m 3,7m
Schweilnge ~ 80m ~ 290m Schweizeit real > 7h > 29h Anz.
Knoten im Modell 610.000 2,1 Mio. Loadsteps (bei 15-30mm Schritt)
2500 - 5.000 10.000 - 20.000 ca. Gesamtrechenzeit *) > 4 Tage
> 100 Tage ca. Datenmenge > 1TB >>> *) auf einer HP
Z800 mit 96GB RAM auf 8 cores
27. Schweiverzugssimulation, 18.-19.11.2013 Wiesbaden
Ergebnisse am reduzierten Modell Bildquelle: cadfem Animationen
durch Anklicken starten Temperaturverteilung:
Spannungsverteilung:
28. Schweiverzugssimulation, 18.-19.11.2013 Wiesbaden
Spannungsverteilung im Bauteilinneren Bildquelle: cadfem Animation
durch Anklicken starten
29. Schweiverzugssimulation, 18.-19.11.2013 Wiesbaden
Hhenmessung nach den einzelnen Arbeitsschritten Messstrecke
Bildquelle: 1
32. Schweiverzugssimulation, 18.-19.11.2013 Wiesbaden Quellen
1. 2. Bachelorarbeit von Florian Stangl, Fachhochschule Wiener
Neustadt, 29.05.2013 Optimierung der Rohteilgeometrie einer
Rohrplatte eines Hochdruckwrmetauschers hinsichtlich Schweiverzug
mithilfe der Finiten Elemente Methode