有限元在石油石化行业应用现状

近些年，随着软、硬件环境的改善，有限元方法逐步引入压力容器行业，并取得的很多成果。在接管、球罐、换热器、塔器、加氢反应器等设备的设计中，起到了关键性的作用。但是，由于分析软件和工具的限制，压力容器行业的有限元应用还局限于线弹性分析，并没有发挥有限元的强大功能。目前应用，只是集中在有限元的一些基本功能。作为非线性有限元分析软件的先驱SIMULIA，除可以完成接管、球罐等设备基本的分析功能之外，还可以求解更广泛范围的非线性问题，为石油化工行业进一步提高有限元分析的能力提供了完善的分析平台。

从有限元软件在石油化工行业的广义应用中可以看出，有限元分析涉及石油化工行业的所有领域，具体包括在储运设备与储运工程中的应用、在钻井设备与钻井工程中的应用、在采油设备与采油工程中的应用等。

案例1 ：抽油机的分析

抽油机是开采石油的一种机器设备，俗称“磕头机”，通过加压的办法使石油出井。当抽油机上冲程时，油管弹性收缩向上运动，带动机械解堵采油器向上运动，撞击滑套产生振动；同时，正向单流阀关闭，变径活塞总成封堵油当抽油机下冲程时，油管弹性伸长向下运动，带动机械解堵采油器向下运动，撞击滑套产生振动；同时，反向单流阀部分关闭，变径活塞总成仍然封堵油套环形油道，使反向单流阀下方区域形成高压区，这一运动又对地层内的油流通道产生一种反向的冲击力。

  案例2 ：整体机构的运动学分析和动力学分析

双驴头抽油机是一种新型的游梁式抽油机，如图所示，它在游梁式抽油机的游梁后臂上增加了一个后驴头，将连杆与游梁的转动副联结变为柔性件和后驴头的相切联结，从而改变了连杆与游梁之间的传力特性，其性能较游梁式抽油机有所改善。双驴头抽油机的后驴头吊绳为四根，前驴头的吊绳为一根。

双驴头抽油机虚拟样机曲柄转角0°位置等轴图、前视图、右视图、左视图。

  双驴头抽油机虚拟样机曲柄转角180°位置等轴图、前视图、右视图、左视图

    案例3：支撑桁架结构强度和稳定性分析

 整个虚拟支架依据CYJS 10-5-37HB型双驴头抽油机支架的结构和尺寸进行二维建模，为了节省时间并考虑计算机的配置，需对建立的虚拟支架进行简化，省去不影响整体结构的小构件。另外，取消焊接连接形式，把整个支架建成一个零件，CYJS 10-5-37HB型双驴头抽油机支架模型如图所示。

有限元分析模块经过算例运行得到如下结果:支架的Mises应力分布如图所示。结构的最大应力为132MPa，位置在支架前支撑腿顶部;结构的最大位移为0. 0037m，位移很小，位置在支架的顶部;整个支架的最小安全系数为1.7，整个支架重量为1756kg。