Розробка методики розрахунку напруженого стану і ресурсу генератора водню методом скінченних елементів

Анотація

Для дослідження водневого термобарохімічного впливу на ідентифікацію видобутку вуглеводнів створено експериментальний комплекс, який дає змогу відтворити хіміко-технологічні процеси, максимально наближені до реальних пластових. Цей комплекс дозволяє досліджувати кінетику протікання не лише водневого і термобарохімічного впливу, а й інших термогазохімічних процесів, у тому числі з генеруванням водню. Головним елементом експериментального комплексу є генератор водню, складові якого працюють при високих тисках і температурах в умовах водневого окрихчування механічних властивостей і агресивного середовища, що породжує корозію його внутрішньої поверхні. Виходячи з цього набуває актуальності розробка методики розрахунку термонапруженого стану генератора, його міцності в умовах водневого окрихчування й ресурсу. На основі методу скінченних елементів запропоновано методику розрахунку нестаціонарних температурних полів і термонапруженого стану, що мають місце в генераторі водню при протіканні термобарохімічних процесів різної інтенсивності. Методика дозволяє враховувати особливості геометрії конструкції, змінні за часом розподіли температур і тиску продуктів реакції, залежність від температури теплофізичних і механічних властивостей матеріалу генератора водню. Завдяки застосуванню розробленого програмного забезпечення проведено дослідження термонапруженого стану генератора водню при протіканні двох реальних термобарохімічних процесів різної інтенсивності. Використано графіки зміни за часом температур і тиску продуктів реакції гідрореагуючих речовин у генераторі, які було зареєстровано при протіканні експерименту. Отримано розподіл нестаціонарних температурних полів і напружень в елементах генератора водню. Визначено області максимального навантаження елементів генератора. Установлено, що при протіканні досліджених термобарохімічних процесів більший внесок у термонапружений стан дає тиск. Одержані результати й розроблені методичне і програмне забезпечення можуть використовуватися при дослідженні генераторів інших конструкцій з іншими термобарохімічними процесами, що протікають у них.