Compressive strength of partially stiffened cylinders at elevated temperatures

Resistencia a la compresión de cilindros parcialmente rígidos a temperaturas elevadas

Egler Araque , Carlos Graciano , David G Zapata-Medina , Octavio Andrés González Estrada (1)

1 GIEMA - Grupo de Investigación en Energía y Medioambiente [Bucaramanga]]

This work presents the finite element analysis of partially stiffened cylinders subjected to axial compression at elevated temperatures. The compressive strength is calculated for self-weight conditions and the influence of the temperature on the material response is also investigated. In the oil industry, pressure vessels are commonly used operating at complex design conditions such as high-pressure profiles and/or elevated temperature gradients which affect considerably the structural response of inner components. Among them, risers become sensitive steel elements withstanding heavy compressive loading due to self-weight, as well as, insulation elements added to protect them from the elevated temperature gradient. Most risers structurally fail at the bottom end due to buckling caused by self-weight and temperature effects. To remediate this situation and to guarantee the integrity of the riser, longitudinal stiffeners are welded at the bottom end. Hence, a proper determination of the compressive strength of the cylinder, taking into account the influence of the longitudinal stiffening and the corresponding temperature, is required. Results indicate that the use of longitudinal stiffeners in deformed cylinders increases the strength to buckling in percentages that vary according to the cross-section of the profiles.

Este trabajo presenta el análisis de elementos finitos de cilindros parcialmente rígidos sometidos a compresión axial a temperaturas elevadas. La resistencia a la compresión se calcula para las condiciones de peso propio y también se investiga la influencia de la temperatura en la respuesta del material. En la industria del petróleo, los recipientes a presión se utilizan comúnmente para operar en condiciones de diseño complejas, como perfiles de alta presión y/o gradientes de temperatura elevados que afectan considerablemente la respuesta estructural de los componentes internos. Entre ellos, los raisers se convierten en elementos de acero sensibles que soportan una carga alta de compresión debido al peso propio, así como, elementos de aislamiento agregados para protegerlos del gradiente de temperatura elevada. La mayoría de los raisers fallan estructuralmente en el extremo inferior debido a la deformación causada por el peso propio y los efectos de temperatura. Para remediar esta situación y garantizar la integridad de la tubería vertical, los refuerzos longitudinales están soldados en el extremo inferior. Por lo tanto, se requiere una evaluación adecuada de la resistencia a la compresión del cilindro, teniendo en cuenta la influencia del refuerzo 132 E. longitudinal y la temperatura correspondiente. Los resultados indican que el uso de refuerzos longitudinales en cilindros deformados aumenta la resistencia al pandeo en porcentajes que varían de acuerdo con la sección transversal de los perfiles.

Keywords: longitudinal stiffening.; elevated temperature; compressive strength; stainless steel; finite element analysis

Keywords: resistenciaa compresión; acero inoxidable; análisis de elementos finitos; temperatura elevada; rigidización longitudina

Domains: Structural mechanics [physics.class-ph]

Egler Araque, Carlos Graciano, David G Zapata-Medina, Octavio Andrés González Estrada. Compressive strength of partially stiffened cylinders at elevated temperatures. Revista UIS Ingenierías, 2020, 19, pp.131 - 142. ⟨10.18273/revuin.v19n1-2020013⟩. ⟨hal-02463190v2⟩