Выбор допускаемых напряжений конструкционного материала.

 

Допускаемые напряжения для рабочих условий определяются по формуле

[s]=h_1*h_2*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 h₂ нужно 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 р_раб – максимальное внутреннее избыточное р_и 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. р_раб=р_и

Гидростатическое давление р_г – максимальное давление столба жидкости в аппарате, Па:

р_г = r_с*g*H_с,(3)

где r_с – плотность рабочей среды, кг/м³; g = 9,8 м/с² – ускорение свободного падения; H_с – уровень жидкости в аппарате, м.

р_г = 840*9,8*2,4 =0,019 МПа

5% от р_и =0,2/20=0,01 МПа

Расчетное внутреннее давление р_рв – давление, на которое производится расчет на прочность (рис. 1). Расчетное давление принимают, как правило, равным рабочему или выше него:

р_рв=р_и + р_г, (4)

где р_и и р_г - соответственно рабочее и гидростатическое давление, Па;

т.к. р_г >5% от р_и, то р_рв = р_и+ р_г = 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 давление р_рн определяется по формулам:

а) для элементов корпуса без рубашки (крышка аппарата, а также обечайка и днище, если отсутствует избыточное давление в рубашке)

р_рн=р_а - р₀, (5)

где р_а= 10⁵-атмосферное давление, Па;

Р₀ - остаточное давление в корпусе, Па;

р_рн =0.1-0.02= 0,08 МПа

б) для элементов корпуса находящихся под рубашкой(обечайка и днище)

р_рн=р_а - р₀ + p_руб

р_рн= 0.43 МПа

Пробное давление р_пр - 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.

р_пр =1,25_*р_рв*[s]₂₀/[s],

р_пр=1,25*0.219*138,6/134.1=0,282 Мпа ( крышки обечайки днища люка и штуцеров)

р_пр=0,35*1,25*138,6/134,1=0.452 Мпа ( под рубашкой – обечайка, днище, штуцеры)

 

Условное давление р_у - расчетное давление при температуре 20°С, используемое при выборе и расчете на прочность стандартных элементов аппарата (узлов, деталей, арматуры). Условное давление рассчитывается по формуле

р_у³р_рв*[s]₂₀ /[s], (6)

 

р_у=0.2*138.6/134.1=0.206 МПа

Полученное значение р_у (МПа) округляют до ближайшего большего стандартного из ряда; 0,25; 0,3; 0,6; 1,0; 1,6 и т.д.

р_у= 0,25 МПа

р_у=0.35*(138.6/134.1)=0.36Мпa( элементы под рубашкой)

р_у=0,4 МПа – элементы под рубашкой

 

 

Таблица 2 - Расчётное, пробное и условное давление в аппарате

Оболочка аппарата	Расчётное внутреннее давление ррв, МПа	Расчётное наружное давление ррн, МПа	Пробное давление рпр, МПа	Условное давление ру, МПа
Корпус: Обечайка крышка днище фланцы штуцера	0,219 0,219 0,219 0,219 0,219	0,08 0,08 0,08 0,08 0,08	0,282 0,282 0,282 0,282 0,282	0,25 0,25 0,25 0,25 0,25
Рубашка: Обечайка Днище штуцеры	0,35	0,43	0,452	0,4