1.6　压力容器软件介绍

由于压力容器在各行各业中应用越来越广泛，作用越来越突出，为了满足压力容器的制造和使用要求，对设计的要求也越来越高。作为压力容器的设计，不但要掌握相关专业知识，根据有关标准和要求进行结构设计和强度、刚度等方面的计算，而且需要对压力容器的受力、结构尺寸、材料等进行优化处理，以满足压力容器设计的合理性和经济性。而压力容器的强度计算是一项极为烦琐的工作，需要在相关标准的基础上对压力容器的应力进行计算、判断并规范，最终形成压力容器的存档资料。这往往会占用大量的人力、物力及时间。因此，开发并应用一些设计软件，对提高压力容器设计工作效率和设计质量，研制性能更优越的压力容器是一件非常有意义的工作。

几十年来，国内外许多公司和机构（国内：全国化工设备设计技术中心站、甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司、大连理工大学、北京大学等。国外：德国的ASKA、英国的PAFEC、法国的SYSTUS、美国的ABQUS、ADINA、ANSYS、BERSAFE、BOSOR、COSMOS、ELAS、MARC和STARDYNE等公司）进行了压力容器软件的开发，经学者专家们的努力，目前已开发出许多优秀的设计软件，如SW6-2011过程设备强度计算软件包、LANSYS压力容器强度设计软件、TANK储罐设计软件、CAESARⅡ管道应力分析软件，Pvelite&Code Calc压力容器整体及零部件分析设计软件、MT-EXCH管壳式换热器分析设计软件、Nozzle Pro管嘴有限元分析软件、FE/PIPE有限元方法压力容器及管道应力分析软件以及FEPG、JIGFFX、HAJIF、ANSYS、ABQUS、ADINA、DYNA3D、NAS-TRAN、ASKA、ALGOR、BEASY、AFEMS、PAFEC、SYSTUS等有限元分析设计软件。

下面就国内常用的几种软件进行简单的介绍。

1.6.1　SW6-2011过程设备强度计算软件包

SW6-2011是全国化工设备设计技术中心站开发的化工设备设计软件，该软件是基于Windows95、WORD7.0以上中文版的压力容器设计工具软件。同LANSYS相比，SW6-2011提供了用户自定义数据库和自动形成规范化格式、加入封面、页码及图形等的中英文计算书的功能。它不仅可以进行设备整体的计算，也可以进行单个零部件的计算，另外，它还能计算一些GB 150、GB 151未列入的压力元件。它主要包含了GB 150.1～150.4《压力容器》、GB 151—1999《钢制管壳式换热器》、GB 12337—1998《钢制球形储罐》等，主要对如下几方面进行计算。

①受压元件：如筒体、封头、法兰和开孔补强等。

②卧式容器：包括筒体、封头、设备法兰、开孔补强及鞍座等。

③立式容器：包括筒体、封头、夹套、开孔补强、设备法兰及搅拌轴等。

④固定管板换热器：包括壳程圆筒、管程圆筒、管箱法兰和管板等。

⑤浮头式及填料函式换热器：包括浮头盖、钩圈、筒体、前（后）端管箱、筒体法兰、前（后）端管箱法兰、管板及开孔补强等。

⑥U形管式换热器：包括筒体、前（后）端管箱、筒体法兰、前（后）端管箱法兰、管板及开孔补强等。

⑦高压设备：包括单层圆筒、多层包扎式圆筒、热套筒体、高压设备的封头（包括球形、平盖、锻制紧缩口以及卡箍、金属平垫、椭圆垫、八角垫和双锥密封等）。

⑧塔设备：包括板式塔、填料塔、塔板与填料混合内件的等截面或变截面塔以及基础环板固定在框架结构上的塔等。

⑨球形储罐：包括球壳板、支柱、地脚螺栓、拉杆、销子、支柱底板、耳板及翼板等。

⑩非圆形容器：包括矩形、带圆角矩形、长圆形、椭圆形截面容器的壳体、支撑板及加强件等。

零部件：包括无垫片法兰（或垫片反力可忽略不计）、卡箍连接密封、弯头、三通、斜接管、带法兰凸形封头等。

局部应力：包含了美国焊接研究会WRC-107公报1979版和WRC-297公报1987版的全部内容，包括柱壳、球壳、椭圆封头或碟形封头等在外载荷作用下所产生的最大表面应力和最大薄膜应力等。

1.6.2　LANSYS压力容器强度设计软件

LANSYS是蓝森石化技术有限公司开发的一套设计软件，它按GB 150.1～150.4—2011、GB 151—1999、GB 16749—1997、GB 12337—1998、JB 4731—2005、JB 4710—2005、HG/T 20569—94及有关基础标准进行编制，在尊重原标准及行业习惯的原则下进行了合理的分类，80多种零件项（计算项）归纳为壳与封头、平盖与法兰、换热器零件、非圆形截面容器、筒体端部五类，设备类包括换热器、卧式容器、直立容器、球形储罐、搅拌器等几大类。

LANSYS以用户为中心运作。用户选择需要的设备，并可添加零件，更可以由用户组合零件建立自己的设备，甚至零件名称也可由用户命名。

LANSYS强大的及时计算功能，加上数据输入、图形提示、计算结果同页集成，用户所见即所得，甚至重要的中间数据也能及时看到，直观高效。

带页标签的工作簿式设计，使计算项之间的切换准确快捷，如同翻看设计书一样，而且计算项计算通过后页标签图标将由红色变为绿色。

输入数据缺省值设置、标准元件数据套用功能（如法兰、型钢），不仅降低了用户工作强度，也为用户提供了参考数据。

LANSYS自动产生规范化格式、加入封面、目录及图形公式甚至表格的设计计算书，方便用户存档。

LANSYS具有强大的项目文件组织管理功能，如多文档功能、复制粘贴功能、排序删除功能等。项目文件包括计算内容、计算模式、输入输出数据及报告，这些内容均由LAN-SYS自主管理，无需第三方软件支持，文件非常小，通常只有10KB左右。

LANSYS合乎标准的专业纠错提示，使用户的疏漏减为最少，如管板管孔数太多，LANSYS也能提示纠错。

设备项目中各计算项的设计压力、设计温度、公称直径、压力试验类型四项数据相互关联，一经修改，相关计算项全部动态产生计算结果，自动找出计算项中试验压力最小值作为设备试验压力。

详实的LANSYS帮助，尽可能引用标准原文原图，用户在得到准确帮助的同时，又能熟悉标准本身。

材料录入与管理功能，使用户可以方便地使用标准以外的材料。

LANSYS于1999年7月顺利通过了全国压力容器标准化技术委员会计算机应用分技术委员会的测试评审，评审认为LANSYS采用先进的软件编程技术，在软件界面的友好性、操作方便性、外部材料数据库建立及标准零件数据库和计算文档管理等方面具有自己的特色，在国内同类软件中具有先进水平。

LANSYS的计算内容如下。

①GB 150.1～150.4—2011《压力容器》正文部分全部计算内容，GB 150.1附录B（超压泄放装置）、附录A（非圆形截面容器）、附录C（密封结构）。

②GB 151—1999《钢制管壳式换热器》正文部分全部计算内容。

③GB 16749—1997《压力容器波形膨胀节》设计计算。

④GB 12337—1998《钢制球形储罐》设计计算。

⑤JB 4731—2005《钢制卧式容器》设计计算。

⑥JB 4710—2005《直立容器》设计计算，含高振型计算。

⑦HG/T 20569—94《机械搅拌设备》设计计算。

1.6.3　有限元程序自动生成系统FEPG

有限元程序自动生成系统FEPG（Finite Element Program Generator）为有限元分析和计算机辅助工程分析（CAE）软件平台。用户只需输入有限元方法所需的各种表达式和公式，即可由FEPG自动产生所需的全部有限元计算的源程序、包括单元子程序、算法程序等，免去了大量烦琐的有限元编程工作，保证了程序的正确性和统一性。FEPG采用元件化的程序设计方法和人工智能技术，根据有限元方法统一的数学原理及其内在规律，以类似于数学公式推理的方式，由微分方程表达式和算法表达式自动产生有限元源程序。FEPG适用于求解各种领域的各种工程与学科的有限元问题，突破了目前通用有限元程序只能用于特定领域和特定问题的限制，广泛应用于石油化工、机械制造、能源、汽车交通、铁道、国防军工、电子、土木工程、造船、生物医学、轻工、地矿、水利、航空航天、日用家电等工业部门，尤其适合于各类学科的科学研究和高校的有限元教学。FEPG分为单机版和网络版，单机版依次为FEPG1.0、FEPG2.0、FEPG2.2、FEPG3.0、FEPG4.0、FEPG4.2；网络版依次为IFEPG4.0、IFEPG4.2。

基于FEPG开发的压力容器分析系统VAS2.0软件，目前包含的结构有轴对称部件（有无中心孔接管的各类封头、裙座和柱壳、夹套容器、膨胀节等）和三维部件［有偏心开孔接管的各类封头、柱壳开孔接管、球形储罐（有托板结构、翻边结构或U形柱结构）、有无中心开孔结构的管板、带法兰的平封头、椭圆封头、三维膨胀节等］，其进行计算的内容有线弹性材料的机械静力计算、温度场计算和热应力计算、按应力分类进行应力评定、疲劳分析等。

1.6.4　ANSYS分析设计软件

ANSYS软件是第一个通过ISO 9001质量认证的大型分析设计类软件，是美国机械工程师协会（ASME）、美国核安全局（NQA）及近20种专业技术协会认证的标准分析软件。在国内第一个通过了中国压力容器标准化技术委员会认证并在国务院17个部委推广使用。现在有多家压力容器设计单位采用ANSYS有限元分析软件进行压力容器的设计。

ANSYS软件是融结构、流体、电磁场、声场和耦合场分析于一体的大型通用有限元分析软件。由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS公司开发，它能与多数CAD软件接口实现数据的共享和交换，如Pro/Engineer、UG、NASTRAN、Alogor、CATIAⅠ-DEAS、Auto CAD等，是现代产品设计中的高级CAE工具之一。ANSYS有限元分析软件可进行设备的整体或零部件的分析计算。

ANSYS软件主要包括三个部分：前处理模块、分析计算模块和后处理模块。前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型；分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力；后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示（可看到结构内部）等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。软件提供了100种以上的单元类型，用来模拟工程中的各种结构和材料。该软件有多种不同版本，可以运行在从个人机到大型机的多种计算机设备上，如PC、SGI、HP、SUN、DEC、IBM、CRAY等。它不仅可以用来进行压力容器设计的应力分析和疲劳分析，而且能够进行压力容器的优化设计，在各种压力容器设计软件中占有极其重要的地位。

1.6.5　ABQUS分析设计软件

ABQUS主要针对压力容器在外压工况作用的稳定性分析，对外压设备的极限载荷计算实用性很强。

1.6.6　Pvelite & Code Calc压力容器整体及零部件分析设计软件

Pvelite & Code Calc压力容器整体及零部件分析设计软件主要用来进行从最基本到非常复杂的卧式和立式压力容器、换热器的整体及零部件的设计。该软件录入了3600多种材料的性能数据，并提供自选单位、自定义材料和动态跟踪等功能，其状态栏可显示指定元件的厚度、垂直高度、最大工作压力等。它覆盖了ASME第Ⅷ卷（ASMEⅧ-1、ASMEⅧ-2）、BS 5500、UBC、NBC、ANSIB16.5、TEMA、WRC-107号公告等，具有强大的设计和分析能力。

Pvelite & Code Calc主要对如下几方面进行计算。

①卧式和立式压力容器整体分析及设计。

②卧式和立式压力容器零部件的分析及设计。

③换热器零部件：包括壳体、封头、浮头、开口、法兰、管板、连接件、各种支撑方式、薄（厚）膨胀节分析及设计。

④矩形和其他非圆形容器等分析及设计。

⑤球形储罐的整体分析及设计。