Запірна та запірно – регулювальна арматура повинна встановлюватись на штуцерах, які безпосередньо приєднані до посудини та виводять з неї робоче середовище

Арматура повинна мати слідуючу маркировку:

- назва або знак підприємства-виготовлювача;

- умовний прохід, мм;

- умовний тиск (робочий тиск) та допустима температура, кГс/см2 (МПа), градусів С (градусів К);

- напрям потоку середовища;

Марка матеріалу.

Вимоги до посудин, які працюють під тиском

Виготовлення (довиготовлення), реконструкція, монтаж, наладка, ремонт та експлуатація посудин повинні виконуватися у відповідності з вимогами “Правил будови і безпечної експлуатації посудин, що працють під тиском”.

По кожному цеху, дільниці, виробництву повинен бути складений перелік посудин з наведенням головних характеристик (робочий тиск, середовище, температура та місткість).

Всі посудини до пуску в роботу повинні бути зареєстровані особою, що здійснює нагляд за посудинами на підприємстві, у спеціальному журналі реєстрації та огляду посудин, на які не поширюються Правила будови та безпечної експлуатаії посудин, що працюють під тиском.

 

3 МЕТОДИКА РОЗРАХУНКУ АПАРАТІВ ВИСОКОГО ТИСКУ

 

Для посудин та апаратів, що працюють при багаторазових навантаженнях з кількістю циклів навантаження від тиску, стисненності температурних деформацій та інших факторів понад 10³ за весь термін експлуатації крім розрахунку на статичну міцність необхідно проводити розрахунок на малоциклову втомленість.

Тиск внутрішній (зовнішній) – надлишковий тиск, що діє на внутрішню (зовнішню) поверхню стінки посудини. Під робочим тиском для посудини або апарата необхідно розуміти максимальний внутрішній надлишковий або зовнішній тиск, який виникає при нормальному протіканні робочого процесу, без урахування гідростатичного тиску середовища та допустимого короткочасного підвищення тиску під час дії запобіжного клапана.

Під розрахунковим тиском у робочих умовах для елементів посудин та апаратів слід розуміти тиск, на який здійснюється їхній розрахунок на міцність. Якщо на елемент посудини або апарата діє гідростатичний тиск, який складає 5 % і більше від робочого тиску, розрахунковий тиск підвищують на величину гідростатичного тиску.

Під розрахунковим тиском в умовах випробувань для елементів посудин або апаратів необхідно розуміти тиск, якому вони піддаються під час випробувань, включаючи гідростатичний тиск, якщо він складає 5 % і більше від пробного тиску.

Під пробним тиском у посудині (апараті) необхідно розуміти тиск, при якому проводиться випробування посудини (апарата) на міцність та герметичність.

Тиск умовний – розрахунковий тиск при температурі 20 °С, котрий використовується при розрахунку на міцність стандартних посудин (складальних одиниць, деталей, арматури).

Тиск надлишковий – різниця абсолютного тиску і тиску оточувального середовища, показуваного барометром.

Тиск дозволений – максимально допустимий надлишковий тиск посудини, установлений за результатами розрахунку на міцність і технічного опосвiдчення або діагностування.

Гідростатичний тиск, що діє на елемент посудини Р_г, МПа, визначають за формулою:

Р_г = ρ_с ∙ g ∙ H_c ∙ 10^-6, (3.1)

 

де ρ_с – густина робочого середовища в апараті, кг/м³;

g – прискорення вільного падіння, м/с²;

H_c – висота середовища в апараті, м.

Для захисту посудин та апаратів від можливого підвищення тиску вище допустимого вони забезпечуються запобіжними пристроями (запобіжними клапанами та ін.).

При дії запобіжних клапанів тиск у посудині або апараті не повинен перевищувати надлишковий робочий тиск більше ніж на 0,05 МПа для посудин з тиском до 0,3 МПа, на 15 % – для посудин, які працюють під тиском від 0,3 до 6,0 МПа і на 10 % – для посудин, які працюють під тиском понад 6,0 МПа.

При підвищенні тиску в посудині або апараті під час дії запобіжних пристроїв більше ніж на 10 % у порівнянні з робочим елементи апарата повинні розраховуватися на тиск, який дорівнює 90 % тиску при спрацьовуванні запобіжного пристрою.

Тиск у посудині під час дії запобіжного клапана Р_к, МПа, необхідно визначати за формулою:

(3.2)

де Р_роб. – робочий тиск у посудині, МПа.

 

Тиск у посудині, який враховує короткочасне підвищення його при спрацьовуванні запобіжного клапана, без урахування гідростатичного тиску Р_р, МПа, необхідно визначати за формулою:

(3.3)

Розрахунковий тиск у робочих умовах P, МПа, необхідно визначати за формулою:

(3.4)

 

Для елементів посудин, котрі розділяють порожнини з різними тисками, за розрахунковий тиск необхідно приймати або кожен із тисків окремо, або їхню алгебраїчну суму, якщо вона вимагає більшої товщини стінки розраховуваного елемента.

Випробування сталевих зварних посудин та апаратів повинно проводитися пробним тиском Р_пр, МПа, який визначають за формулою:

(3.5)

 

де [ϭ]₂₀ – допустима напружина для матеріалу посудини при температурі 20 ºС, МПа;

[ϭ] – допустиме напруження для матеріалу посудини при розрахунковій температурі, МПа.

Відношення [ϭ]₂₀ / [ϭ] приймається по тому з використаних матеріалів елементів посудини (обичайок, днищ, фланців, кріпильних деталей, патрубків та ін.), для якого воно є найменшим.

Під розрахунковим тиском в умовах випробувань Р_в, МПа, мають на увазі тиск, якому піддаються посудини під час випробувань, включаючи гідростатичний тиск, якщо він складає 5 % та більше від пробного.

Розрахунок на міцність елементів апаратів (обичайок, днищ) для умов випробувань проводити не потрібно, якщо розрахунковий тиск в умовах випробувань менше ніж розрахунковий тиск у робочих умовах, помножений на 1,35 [ϭ]₂₀ / [ϭ].

 

3.1 Розрахунок гладких циліндричних обичайок, навантажених внутрішнім надлишковим тиском

Одношарові циліндричні обичайки

Розрахункову товщину стінки одношарової обичайки S_р, мм,визначають за формулою:

(3.6)

де P – розрахунковий внутрішній надлишковий тиск, МПа;

D – внутрішній діаметр обичайки, мм;

[σ] – допустима напружина для матеріалу обичайки при розрахунковій температурі, МПа;

φ_р – коефіцієнт міцності подовжніх зварних швів.

 

Виконавчу товщину стінки обичайки S, мм, визначають за формулою:

 

S ≥ S_р + C (3.7)

 

і округляють до найближчого більшого значення стандартної товщини листового прокату, яка вибирається з наступного ряду чисел: 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 25, 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 45, 48, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100 мм.

Виконавчі товщини стінок обичайок та днищ повинні бути не менше D/1000 + 2,5 мм – для вуглецевих і низьколегованих сталей і 2,5 мм – для сталей аустенітного та аустенітно-феритного класів.

Для прийнятої виконавчої товщини стінки обичайки S допустимий надлишковий внутрішній тиск [Р], МПа, розраховують за формулою:

(3.8)

При цьому повинна виконуватися умова P ≤ [Р].

 

3.2 Розрахунок циліндричних обичайок з кільцями жорсткості, що працюють під внутрішнім надлишковим тиском

Розрахункова схема циліндричної обичайки, підкріпленої кільцями

жорсткості, представлена на рисунку 3.1.

 

 

Рисунок 3.1 – Циліндрична обичайка, підкріплена кільцями жорсткості

 

Необхідність установки кілець жорсткості в апараті, що працює під внутрішнім надлишковим тиском, визначають у такий спосіб. При за даних розрахунковому тиску P і товщини стінки обичайки S розраховують коефіцієнт К₄ за формулою:

(3.9)

Якщо K₄ ≤ 0, зміцнення кільцями жорсткості не потрібно.

Якщо коефіцієнт К₄ знаходиться в діапазоні 0 ≤ К₄ ≤ 2φ_т / φ_р – 1, відстань b, мм, між двома суміжними кільцями жорсткості необхідно визначати за формулою:

(3.10)

де ϕ_т – коефіцієнт міцності кільцевого зварного шва.

Необхідну площу поперечного перерізу кільця жорсткості А_к, мм², визначають за формулою:

(3.11)

де l₁ – відстань між двома суміжними кільцями жорсткості по осям, які проходять через центр ваги їхніх поперечних перерізів, мм;

[ϭ]_к – допустима напружина для матеріалу кільця жорсткості при розрахунковій температурі, МПа;

φ_к – коефіцієнт міцності зварних швів кільця жорсткості.

Якщо коефіцієнт

товщину стінки обичайки необхідно збільшити до величини, при якій

 

виконується умова

(3.12)

 

Допустимий внутрішній надлишковий тиск необхідно визначати за

умови

(3.13)

 

де [P]₁ – допустимий внутрішній надлишковий тиск, який визначається за умови міцності всієї обичайки, МПа;

[Р]₂ – допустимий внутрішній надлишковий тиск, який визначається за умови міцності обичайки між двома суміжними кільцями, МПа.

Допустимий внутрішній надлишковий тиск, який визначається за умови міцності всієї обичайки, розраховують за формулою:

(3.14)

Допустимий внутрішній надлишковий тиск, який визначається за умови міцності обичайки між двома суміжними кільцями жорсткості, розраховують за формулою:

(3.15)

де

(3.16)