ВВЕДЕНИЕ
В химической промышленности
наряду с основной аппаратурой, отличающийся
сложным внутренним устройством, широко
применяет емкостные аппараты. Как правило
они не имеют внутренних технологических
цехов и установок. Емкостные аппараты
классифицируют по положению геометрической
оси на вертикальной цилиндрической и
горизонтальной цилиндрической. По
назначению эти аппараты подразделяются
следующим образом:
Приёмники газа и воздуха - ресиверы-
предназначены для накопления
сжатых газов и
служат в качестве буферных емкостей,
уменьшающих колебаний давления в сети
компрессора.
Приёмники жидкостей – аккумуляторы,
служат для накопления жидкости над давлением.
Монжусы – предназначены для
подъёма и перемещения под давлением воздуха
предварительно накопленной в них
жидкости.
Отстойники (грязотделители
) - предназначены для проведения
процессов осаждения или отстаивания.
Маслоотделители – используются для
очистки газов от масла.
Мерники – это емкости, предназначенные
для отмеривания заданного объёма жидкости.
Напорные баки – заполняют
рабочей жидкостью, и используют для
создания определенного гидроиспытательного
давления за счёт расположения их на
определённой высотной отметки.
Разделительные сосуды -
исполняют для разделениясмеси жидких
нерастворимых один в другом компонентов
с различной плотностью.
В проекте разработана конструкция
сборника, выполнены расчёты обечайки,
эллиптического днища, выбраны стандартные
фланцы, штуцера, люк, опоры и строповочные
устройства, проверочный расчёт опоры.
1 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Тип корпуса аппарата
ВЭЭ-1;
номинальный объём V=25м3;
внутренний диаметр аппарата D=2400 мм;
абсолютное давление в аппарате Pa= 0,7 МПа ;
рабочая температура t=100 ̊С;
материал корпуса
сталь – 12Х18Н10Т;
скорость коррозии
П=0,05мм/год;
срок службы аппарата τ=20 лет;
плотность жидкой среды ρ=1600кг/м3;
среда в аппарате – жидкость
нетоксичная, невзрывоопасная, коррозионная.
2 КОНСТРУКЦИЯ
АППАРАТА
2.1 Описание конструкции
Разработанный
в курсовом проекте емкостной
аппарат вертикального типа объёмом
25 м3 и с внутренним
диаметром 2400 мм, предназначен для приёма,
хранения и выдачи жидкого продукта. Выдача жидких сред может осуществляться
как самотеком, так и передавливанием
среды сжатым воздухом, технологическим
или инертным газом
Аппарат (рисунок
1) состоит из цилиндрического корпуса
поз. 1, двух эллиптических днищ поз.
2 и 3, опор-лап поз. 4 (4шт.), четырёх строповых
устройств (цапф) поз. 5, люка поз.6 и штуцеров
поз. 7-13. Назначение и параметры штуцеров
приведены в таблице 1. Корпус аппарата
состоит из трёх цилиндрических обечаек,
изготовленных вальцовкой из листового
проката и сваренных между собой по кольцевым
стыкам автоматической сваркой. Продольные
швы обечаек выполнены автоматической
сваркой под слоем флюса на флюсовой подушке.
Эллиптические днища стандартные отбортованные,
способ изготовления - горячая штамповка
из круглых сварных заготовок. Опоры-лапы
аппарата стандартные. В качестве строповых
устройств выбраны цапфы. Фланцы штуцеров,
люка, крышки люка – с соединительным
выступом. Люк стандартный. Аппарат должен
быть теплоизолирован.
Исходный продукт
поступает в аппарат через
ввод Б (рисунок 1). Вывод продукта
производиться через штуцер В1 или В2 или трубу
передавливания Д. Для исключения переполнения
аппарата средой служит штуцер Г, а для
контроля за уровнем жидкости среды к
штуцерам И1 и И2 присоединяется
указатель уровня трубчатого типа. Давление
в аппарате контролируется по манометру,
присоединяемому к штуцеру Ж. Для контроля
за температурой среды в штуцер Л устанавливается
термометр.
Таблица 1 – Таблица штуцеров
Обозначение |
Название |
Dy, мм |
Py, МПа |
А |
Люк |
500 |
1,0 |
Б |
Вход среды |
150 |
1,6 |
В1, В2 |
Выход среды |
250 |
1,0 |
Г |
Перелив среды |
250 |
1,0 |
Д |
Труба передавливания |
150 |
1,6 |
Е |
Установка предохранительного
клапана |
100 |
1,6 |
Ж |
Установка манометра |
50 |
2,5 |
И1, И2 |
Установка уровнемера |
20 |
2,5 |
К |
Установка уровнемера УБ |
50 |
2,5 |
Л |
Установка термометра |
50 |
2,5 |
М |
Резервный |
50 |
2,5 |
Конструкция аппарата отвечает
требованиям прочности, герметичности
и надёжности, что проверено расчётами
на прочность и выбором стандартных элементов
с учётом действия рабочих нагрузок и
параметров рабочей среды.
Спроектированная конструкция
технологичная. В конструкции использованы
преимущественно стандартные и
унифицированные детали и узлы,
относительно недорогие конструкционные
материалы, обеспечивающие надёжность
и долговечность эксплуатации
конструкции, для изготовления конструкции
предположены рациональные методы
сборки с применением сборочных
приспособлений и производительной автоматической
сварки под флюсом. В конструкции заложена
возможность осмотра, очистки и ремонт
аппарата.
1 -обечайка;
2,3 - днища; 4 - опорная лапа; 5 - цапфа;
6 - люк; 7 - 13 – штуцера
Рисунок
1 - Конструктивная схема аппарата
2.2 Конструктивный
расчёт
Исходные данные:
тип корпуса ВЭЭ1;
номинальный
объём V=25 м3;
внутренний
диаметр корпуса D=2400 мм.
Тип корпуса аппарата - вертикальный с двумя эллиптическими
днищами.
Конструктивная схема корпуса приведена
на рисунке 2.
Рисунок 2 - Схема корпуса аппарата
По таблице 16.2 [1, с. 334]
определяем длину цилиндрической части
корпуса аппарата 1, мм. При V = 25м3, D = 2400 мм Ɩ = 4730мм.
Схема корпуса аппарата
приведена на рисунке 2.
Определяем длину
корпуса аппарата L, мм, по формуле
L = Hd1 + Ɩ+ Hd2,
(1)
гдеHd1, Hd2- высота выпуклой
части днищ, мм;
Ɩ – длина цилиндрической части
корпуса, мм.
Hd1 = Hd2 = 0,25 ∙D ,
(2)
Hd1 = Hd2 = 0,25 ∙ 2400 = 600 мм.
Полученные значения подставляем
в формулу (1).
L = 4730 + 600 + 600 = 5930 мм = 5,93 м.
2.3 Конструкционные
материалы
Для изготовления
основных частей аппарата (обечайки
и днищ) применяется сталь 12X18H10T по
ОСТ 26-291-94 [2]. Сталь 12X18H10T– сталь конструкционная,
высоколегированная, жаростойка, жаропрочная
коррозионностойкая, хромоникелевая,
аустенитного класса.
Химический состав стали приведён
в таблице 2, механические свойства – в
таблице 3, условия применения и технологические
свойства стали в таблице 4.
Таблица 2 – Химический
состав стали 12X18H10T, %
C |
Si |
Mn |
Cr |
Ni |
Cu |
Ti |
S |
P |
0,12 |
0,80 |
2,0 |
17,0-19,0 |
9,0-11,0 |
0,30 |
5с-0,8 |
0,020 |
0,035 |
Таблица 3 – Механические свойстваТ=20oС стали 12X18H10T
Элементы аппарата |
t, °С |
Механические свойства, МПа |
Ϭв |
Ϭв20 |
Ϭт |
Ϭт20 |
E∙10-5
|
E20∙10-5 |
Обечайка, днище |
100 |
174 |
184 |
228 |
240 |
2,00 |
2,00 |
Примечание - t – расчётная температура; Ϭв, Ϭт, Е – соответственно временное
сопротивление разрыву, предел текучести,
модуль продольной упругости при расчётной
температуре, Мпа;бв20,бт20,Е20 – тоже при
температуре 20 ̊С, МПа. |
Таблица 4 – Условия применения
и технологические свойства стали 12X18H10T.
Рабочие условия |
Технологические свойства |
Область применения |
Температура, °С |
Давление, МПа |
|
-253 до +600 |
Не ограниченно |
Пластичные, легко деформируются
хорошо обрабатываются резаньем,
свариваются всеми сварки. |
Обечайки, днища, плоские фланцы,
трубные решетки и др. детали для сред
не вызывающих межкристаллитную коррозию.
|
По свариваемости сталь 12X18H10T
относится к относится к первой группе,
т.е. сварка стали может выполняться без
предварительного и сопутствующего подогрева
и без последующей термической обработки.
Принимаем материал
опор сталь ВСт3сп2, фланцев и патрубок
штуцеров 12X18H10T, основных частей люков
(если есть) 12X18H10T, материалы болтов (шпилек)
сталь 12X18H10T, гаек сталь12X18H10T, материал
прокладок поранит.
3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ
ПАРАМЕТРОВ
3.1 Расчёт ведём
по [3].
3.2 Определяем
допускаемые напряжения.
По таблице В.3 при расчётной
температуре t=100 ̊Cдля стали 12X18H10T
допускаемое напряжение [Ϭ]100 = 174 Мпа, допускаемое
напряжение при
20 ̊С - [Ϭ]20=184 МПа.
Допускаемое напряжение в условиях
гидроиспытания [Ϭ]гМПа, определяем
по формуле.
(3)
где nT20-коэффициент
запаса, при гидроиспытании nT20=1.1.
Из таблицы 3 ϬT20=240 МПа.
3.3 Определяем расчётные давления.
Расчётное давление для рабочих
условийPp определяем
по формуле, МПа:
PP=P+p∙q∙H1∙10-6,
(4)
Где g=9,8 м/с2- ускорение
свободного падения;
H1- высота жидкой
среды, м.
P- рабочее давление, МПа;
P= Pa – 0,1
(5)
P=0,7 – 0,1= 0,6 МПа
H1= 0,8∙Н,
(5а)
где 0,8 – это коэффициент заполнения
аппарата
H1= 0,8∙5,93=4,744 м
(6)
Полученные значения подставляем
в формулу (4).
Pp=0,6+ 1600∙9,8∙4,744∙10-6= 0,71 МПа
Расчётное давление для условий
гидроиспытания Pu, МПа определяем
по формуле:
Pu=1,25∙PP×+0,01×Н2
(7)
где H2 – высота
воды при гидроиспытании
H2=Н=5,93м
Полученное значение подставляем
в формулу (7)
Pu=1,25∙0,71∙(184/174)+0,01∙5,93=0,998 МПа
3.4 Пробное давление рассчитываем
по формуле
Pпр= 1,25∙PP∙
(8)
Pnp=1,25∙0,71∙(184/174)=1,89 МПа
3.5 Прибавку на коррозию
определяем по формуле
c=П∙τ,
(9)
С= 0,05∙20= 1 мм.
3.6 Определяем коэффициент
прочности сварного шва.
По таблице
1 ГОСТ Р 52630-2012 [4, с.6] устанавливаем
группу аппарата4, так как среда не взрывоопасная,
не токсичная, а рабочее давление до 1,6МПа.
Принимаем для продольных стыковых
швов обечаек и днищ автоматическую сварку
под слоем флюса.
В соответствии
с Таблицей 19 ГОСТ Р 52630-2012 [4,
с.36] для аппарата группы 4 устанавливаем
объём контроля сварных швов радиационным
или ультразвуковым методами не менее
25%.
По таблице
А1 [3, с.25] коэффициент прочности
сварного шва φ= 0,9.
4 РАСЧЕТ КОРПУСА
АППАРАТА НА ПРОЧНОСТЬ
4.1 Расчёт обечаек
4.1.1 Расчёту подлежит цилиндрическая
обечайка, нагруженная в рабочих
условиях и условиях гидроиспытания
внутренним давлением. Расчёт ведём по
[3].
4.1.2 Расчётные схемы обечайки
приведены на рисунке 3.
PP
Pu
S D
S D