Выбор допускаемых напряжений конструкционного материала.
Допускаемые напряжения для рабочих условий определяются по формуле
[s]=h1*h2*s*, (2)
где s* – нормативное допускаемое напряжение при расчетной температуре для выбранного материла, Па;
h1–поправочный коэффициент, учитывающий вид заготовки рассчитываемого элемента (h1= 1 для листового проката, h1= 0,8 для отливок, подвергающихся индивидуальному контролю неразрушающими методами);
h2 – поправочный коэффициент, учитывающий взрыво- и пожароопасность среды (для взрыво- и пожароопасных сред h2= 0,9 , в остальных случаях h2=1)
Для изготовления корпуса аппарата, рубашки, опор, валов, мешалок и других элементов используется заготовки из проката, т.е. h1 = 1. Поправочный коэффициент h2 следует выбрать самостоятельно, исходя из Знаний, полученных в курсах неорганической и органической химии.
Целесообразно использовать сталь Ст3сп5 для Основных элементов аппарата. Так как нефтепродукты не являются агрессивной средой, но в то же время являются взрыво- и пожароопасными, поэтому в качестве предосторожности коэффициент h2нужно принять равным 0.9.
h1=1
h2=0.9
Для Ст3сп5:
Для t=200C:
s*20=154,0 МПа
[s]20=1*0.9 =138,6МПа
Для t=1000C:
s*100=149 МПа
[s]100=1*0.9*149 = 134,1 МПа
Таблица 1 - Материалы и допускаемые напряжения элементов аппарата
Контакт со средой. | Элемент аппарата | Марка материала | Допускаемые напряжения, МПа | |
[s]20 | [s]100 | |||
Есть | Корпус: обечайка, днище, крышка. | Ст3сп5 ГОСТ 380-94 | 138,6 | 134,1 |
Отражательные перегородки | Ст3сп5 ГОСТ 380-94 | 138,6 | 134.1 | |
Мешалка | Ст3сп5 ГОСТ 380-94 | 138,6 | 134,1 | |
Вал | 35 ГОСТ 1050-88 | 117,0 | 113,4 | |
Труба передавливания | Ст3сп5 ГОСТ 380-94 | 138,6 | 134,1 | |
Люк, штуцеры | Ст3сп5 ГОСТ 380-94 | 138,6 | 134,1 | |
Крепежные изделия внутренних устройств | 35 ГОСТ 1050-88 | 117.0 | 113,4 | |
Нет | Опоры, цапфы | Ст3сп5 ГОСТ 380-94 | 138,6 | 134,1 |
Крепежные соединения: 1.Для фланцевых соединений люка и штуцеров 2.Для стойки привода, уплотнения, муфты | 35 ГОСТ 1050-88 | 117.0 | 113,4 | |
35 ГОСТ 1050-88 | 117.0 | 13,4 |
2.3.Определение рабочего, расчётного, пробного и условного давления
Рабочее, расчетное, пробное и условное давление относятся к параметрам, которые подлежат предварительному определению. Данные параметры устанавливаются в соответствии с правилами Госгортехнадзора и ГОСТ 14249-89,
Рабочее давление рраб – максимальное внутреннее избыточное ри давление, возникающее при нормальном протекании рабочего процесса без учета гидростатического давления среды и без учета допустимого кратковременного повышения давления во время срабатывания предохранительного клапана или других предохранительных устройств. Таким образом, рабочее давление – это избыточное давление над слоем жидкости, т.е. рраб=ри
Гидростатическое давление рг –максимальное давление столба жидкости в аппарате, Па:
рг = rс*g*Hс,(3)
где rс –плотность рабочей среды,кг/м3; g = 9,8 м/с2 – ускорение свободного падения; Hс – уровень жидкости в аппарате, м.
рг = 840*9,8*2,4 =0,019 МПа
5% от ри =0,2/20=0,01 МПа
Расчетное внутреннее давлениеррв – давление, на которое производится расчет на прочность (рис. 1). Расчетное давление принимают, как правило, равным рабочему или выше него:
ррв=ри + рг, (4)
где ри и рг- соответственно рабочее и гидростатическое давление, Па;
т.к. рг >5% от ри, то ррв = ри+ рг = 0,219 МПа
Наружное давление является основной нагрузкой для тех элементов аппаратов, которые находятся под рубашкой или работают при остаточном давлении, т.е. под вакуумом (рис. 2).
Рис. 1. Расчетные схемы элементов корпуса, нагруженных внутренним давлением: а - эллиптическая крышка; б - цилиндрическая обечайка; в - коническое днище с тороидальным переходом | Рис. 2. Схема к определению расчетного наружного давления, действующего на элементы аппарата: а - аппарат без теплообменной рубашки; б - аппарат с теплообменной рубашкой |
Расчетное наружное давлениеррн определяется по формулам:
а) для элементов корпуса без рубашки (крышка аппарата, а также обечайка и днище, если отсутствует избыточное давление в рубашке)
ррн=ра - р0, (5)
где ра= 105-атмосферное давление, Па;
Р0 - остаточное давление в корпусе, Па;
ррн =0.1-0.02= 0,08 МПа
б)для элементов корпуса находящихся под рубашкой(обечайка и днище)
ррн=ра - р0 + pруб
ррн=0.43 МПа
Пробное давлениерпр - максимальное избыточное давление, создаваемое при гидравлических (пневматических) испытаниях сосудов и аппаратов с целью проверки их на прочность и герметичность. Проверку проводят в соответствии с требованиями Госгортехнадзора на заводе-изготовителе и на предприятии при периодическом освидетельствовании (примерно один раз в 8 лет). Гидравлические испытания безопаснее пневматических (сжатым воздухом).
Для гидравлического испытания используется вода с t < 40°C. Давление поднимается плавно со скоростью 0,5 МПа в минуту. Продолжительность испытаний для аппаратов с толщиной стенки до 50 мм составляет 10 минут. Через 10 минут давление постепенно уменьшают до рабочего и тщательно осматривают все соединения и наружную поверхность. Сосуд считается выдержавшим испытания, если давление в период испытаний не уменьшалось, а при осмотре не обнаружено разрывов, видимых остаточных деформаций, течей или потения через сварные швы. После осмотра давление снижают до атмосферного, на крышке открывают люк или воздушный клапан и только после этого полностью опорожняют аппарат.
Пробное давление определяется по таблице 2. При температуре от 200 до 400°С оно не должно превышать рабочее более чем в 1,5 раза, а при температуре стенки свыше 400 °С - не более чем в 2 раза.
рпр =1,25*ррв*[s]20/[s],
рпр=1,25*0.219*138,6/134.1=0,282 Мпа (крышки обечайки днища люка и штуцеров)
рпр=0,35*1,25*138,6/134,1=0.452 Мпа (под рубашкой – обечайка, днище, штуцеры )
Условное давлениеру - расчетное давление при температуре 20°С, используемое при выборе и расчете на прочность стандартных элементов аппарата (узлов, деталей, арматуры). Условное давление рассчитывается по формуле
ру³ррв*[s]20 /[s], (6)
ру=0.2*138.6/134.1=0.206 МПа
Полученное значение ру (МПа) округляют до ближайшего большего стандартного из ряда; 0,25; 0,3; 0,6; 1,0; 1,6 и т.д.
ру= 0,25 МПа
ру=0.35*(138.6/134.1)=0.36Мпa(элементы под рубашкой)
ру=0,4 МПа – элементы под рубашкой
Таблица 2 - Расчётное, пробное и условное давление в аппарате