1. Механический расчет начинается с выбора материалов для изготовления нефтезаводского оборудования определяется рядом факторов, которые можно разделить на две группы:
- Зависящие от внешних рабочих условий;
- Связанные со свойствами данного материала.
Руководствуясь общими принципами выбора материалов и учитывая максимальную рабочую температуру, давление и коррозионность среды, выбираем сталь, которая имеет характеристики представленные в [6,221].
2.Подбираем толщину стенки цилиндрической части аппарата.
Цилиндрическая часть теплообменника представляет собой тонкостенный цилиндр. Тонкостенными называют цилиндрические аппараты, толщина стенки которых не превышает 10% внутреннего диаметра. Исполнительную толщину стенки цилиндрической обечайки определяют по формуле:
S=Sp+C;
Где:
(1.36) |
Где Ss, S – расчетная и исполнительная толщина стенки цилиндрической обечайки, м;
Рр – соответственно расчетное давление при гидравлических испытаниях, Па;
Dв – внутренний диаметр обечайки, м;
[σ]и - соответственно допускаемое напряжение при гидравлических испытаниях, Па;
φ - коэффициент прочности продольного сварного шва;
С – прибавка на коррозию, величину которой принимают в зависимости от коррозионных свойств в пределах 1-6 мм.
При расчете на прочность аппаратов, содержащих взрывопожароопасные и токсичные среды и снабжены предохранительными клапанами, расчетное давление принимают на 10%, но не менее, чем на 0,2 МПа больше технологического. Это позволяет избежать загрязнения окружающей атмосферы и обеспечивает нормальную эксплуатацию технологических установок.
В случае проверочного расчета значение расчетного давления принимается по паспортным данным. Следует отметить, что при механическом расчете аппаратов используют избыточное давление:
Pизб=P-0,1;
И расчетное давление равно:
Pp=P+0,2;
Pp=P+0,1·P;
За расчетное берется большая величина.
Далее проводится расчет величины давления гидроиспытания.
P*=1,25·Pp·([σ]20/[σ]t);
Где [σ]t - допускаемое напряжение при рабочей темературе, МПа.
3. Допускаемое напряжение в рабочем состоянии определяют по формуле:
Где η - поправочный коэффициент, учитывающий рабочую среду в апарате;
[σ*] - нормативное допускаемое напряжение при расчетной температуре
Допускаемое напряжение при гидравлических испытаниях определяется по формуле:
[σu]=[σт20]/1,1
Где [σт20] – предел текучести стали при +200С, МПa [7, 282].
Примем добавку к расчетной толщине станки для компенсации коррозии с учетом коррозионной среды С, мм.
Определим расчетную и исполнительную толщину стенки обечайки:
(1.37) |
Толщина стенки цилиндрической обечайки с учетом прибавки на коррозию равна:
S=Sp+C;
Принимаем ближайшую большую толщину листа по сортаменту S, мм.
Допускаемое внутреннее давление:
- В рабочем состоянии
(1.38) |
Должно выполняться условие: Pp<[P].. Расчет толщины стенки эллиптического днища.
Для цилиндрических аппаратов, диаметр которых меньше 4 м, применяют эллиптические днища и крышки (рис 1.).
(1.39) |
Для стандартных днищ с R=Dв и Н=0,25Dв толщина стенки днищ близка к толщине стенки цилиндрической обечайки.
В соответствии с рекомендациями [5, 116] выбираем днище 1000-5 ГОСТ 6533-78 со следующими основными размерами:
5. Расчет массы аппарата.
Вес любой части аппарата определяется умножением его объема на удельный вес материала. Определим вес цилиндрической части аппарата:
(1.40) |
Где ρ - плотность стали (7500-7900 кг/м3).
Вес днища определим по формуле:
Qдн=2·m·g; H
Где m, кг, выбирается, исходя из диаметра аппарата D, м и толщина стенки днища δ, мм [2, прил. 10].
Вес воды в аппарате во время гидравлических испытаний определяется по формуле:
Qв=Vобщ·ρв; H
Где Vобщ – общий внутренний объем аппарата, м3;
ρ- плотность воды (1000 кг/м3).
Vобщ=Vцил+2·Vдн,
Где Vдн – внутренняя емкость выпуклой части эллиптического днища, м3;
Vцил – внутренний объем цилиндрической части, м3.
(1.41) |
Найдем вес труб:
(1.42) |
Вес штуцеров составляет 10% веса аппарата, тогда:
Qшт=0,1·(Qц+2·Qдн), Н.
Вес теплоизоляции составляет 5-10% минимального веса аппарата, тогда:
Qт=0,07·(Qц+2·Qдн+Qшт), Н.
Общий вес аппарата составит:
Q=Qц+2·Qдн+Qв+Qтр+Qшт+Qт.
6. Расчет опор
При установке горизонтального цилиндрического аппарата на опоры расчетом проверяется прочность и устойчивость корпуса аппарата при действии силы тяжести самого аппарата и его содержимого с учетом возможных дополнительных внешних нагрузок. Расчет корпуса аппарата на изгиб от всех указанных нагрузок производится как у неразрезной балки кольцевого сечения постоянной жесткости, лежащей на соответствующем количестве опор. Наиболее частом в практике химического аппаратостроения являются случаи установки горизонтальных цилиндрических аппаратов на двух и трех опорах.
|
|