Расчет вертикального аппарата

 

 

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