Конструювання і розрахунок сталевих зварних посудин та апаратів Обичайки та днища (стр. 10 из 74)
2 Що таке робочий та розрахунковий тиски?
3 Що таке пробний тиск?
4 Як визначається гідростатичний тиск середовища в апараті і коли він враховується при визначенні розрахункового тиску?
5 Сформулюйте умову необхідності розрахунку апарата в умовах випробувань.
6 Які механічні характеристики матеріалу враховують при визначенні допустимих напружин?
7 Як визначають коефіцієнт міцності зварних швів?
8 Як приймається добавка до розрахункової товщини стінки?
9 Що таке виконавча товщина стінки?
3.2 Обичайки циліндричні
3.2.1 Вимоги до конструювання
Циліндричні обичайки є одним з основних елементів хімічних апаратів. З них утворюються циліндричний корпус апарата, вони є складовою частиною до різних внутрішніх та зовнішніх пристроїв апаратів.
Для виготовлення посудин та апаратів застосовуються гладкі (рисунки 3.2-3.4) і підкріплені кільцями жорсткості циліндричні обичайки (рисунок 3.5).
а – обичайка з фланцем і плоским днищем; б – обичайка з плоскими пере-
городками
Рисунок 3.2 – Гладкі циліндричні обичайки
Найчастіше обичайки виготовляють вальцюванням з листового прокату, іноді з труб.
Обичайки, які виготовляються з листового прокату, мають внутрішній базовий діаметр, який визначається за стандартом [10]. Обичайки, що виготовляються з труб, мають зовнішній базовий діаметр. Внутрішній діаметр обичайки вибирається зі стандартного ряду:
400, (450), 500, (550), 600, (650), 700, 800, 900, 1000, (1100), 1200, 1300,
1400, (1500), 1600, (1700), 1800, (1900), 2000, 2200, 2400, 2500, 2600, 2800,
3000, 3200, 3400, 3600, 3800, 4000, 4500 мм. Обичайки з внутрішніми діаметрами, які взяті в дужки, допускається застосовувати тільки для виготовлення сорочок посудин та апаратів.
Зовнішній діаметр обичайок, що виготовляються із труб, рекомендується приймати з наступного ряду: 133, 159, 168, 219, 273, 325, 377, 426, 480, 530, 630, 720, 820, 920, 1020,1120, 1220, 1320, 1420 мм.
При зварюванні корпуса посудини повинні застосовуватися, як правило, стикові двосторонні шви з повним проваренням. Односторонні шви застосовуються лише в тих випадках, коли неможливо застосувати двостороннє зварювання. При цьому зварювання здійснюється на знімній або залишеній підкладці.
а – обичайка з відбортованими днищами; б – обичайка з невідбортовани-
ми днищами
Рисунок 3.3 – Гладкі обичайки з опуклими та конічними днищами
а – обичайка з U-подібною сорочкою; б – обичайка з циліндричною сороч-
кою
Рисунок 3.4 – Гладкі обичайки з сорочками
Вальцьовані обичайки повинні мати якнайменше зварних швів, особливо подовжніх, тому листи для їхнього виготовлення необхідно вибирати якомога більших розмірів.
Ширина листів між кільцевими швами повинна бути не менше 800 мм, ширина замикаючої кільцевої вставки – не менш 400 мм, за винятком приварення до обичайки фланця, трубної решітки або конічного переходу.
Об’єм посудин та апаратів повинен відповідати стандарту [17], який установлює наступний ряд їх номінальних об’ємів: 0,01; 0,016; 0,025;
0,04; 0,063; 0,1; 0,125; 0,16; 0,2; 0,25; 0,32; 0,4; 0,5; 0,63; 0,8; 1,0; 1,25; 1,6; 2,0; 2,5; 3,2; 4,0; 5,0; 6,3; 8,0; 10,0; 12,5; 16,0; 20,0; 25,0; 32; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 320; 400; 500 м3.
Посилення кільцевих та подовжніх швів на внутрішній поверхні корпуса повинні бути зачищені в місцях, у яких вони заважають установленню внутрішніх пристроїв. Посилення зварних швів не знімають у корпусів посудин, виготовлених із двошарових і корозійностійких сталей; при цьому в деталях внутрішніх пристроїв передбачають місцеву заглибину в місцях біля зварних швів. У випадку необхідності зачищення таких швів усередині апарата повинна бути передбачена технологія зварювання, яка забезпечує достатню корозійну стійкість зачищеного шва.
В апаратах із сорочками для інтенсифікації процесу теплопередачі до корпуса апарата під сорочкою іноді приварюють направляючу спіраль прямокутного перерізу, яка дозволяє значно збільшити швидкість теплоносія в сорочці та зменшити товщину стінки корпуса апарата, тому що вона у даному випадку відіграє роль кілець жорсткості. Конструкція апарата із сорочкою і направляючої спіраллю наведена на рисунку 3.6.
Рисунок 3.5 – Циліндрична обичайка, підкріплена кільцями жорсткості
Рисунок 3.6 – Обичайка з U-подібною сорочкою і направляючою спіраллю
3.2.2 Умови застосування розрахункових формул
Розрахункові формули застосовні при відношенні товщини стінки до діаметра
S C
0,1 для обичайок і труб при D 200 мм;
0,3 для труб при D 200мм.D
Для обичайок, підкріплених кільцями жорсткості, додатково повинні виконуватися наступні обмеження:
– відношення висоти перерізу кільця жорсткості, яка вимірюється від серединної поверхні обичайки до діаметра (рисунок 3.5) h2
D 0,2;– розрахункові формули необхідно застосовувати за умови рівномірного розташування кілець жорсткості;
– у тих випадках, коли кільця жорсткості встановлені нерівномірно, розміри b і l1 (рисунок 3.5) необхідно підставляти для тієї ділянки, на якій відстань між двома суміжними кільцями жорсткості максимальна;
– якщо відстані l4 між крайніми кільцями жорсткості і суміжними
з ними елементами жорсткості (днищами, фланцями тощо) з урахуванням відбортовки h1 і довжини прилеглого елемента l3 більше ніж l1 , за розрахункову довжину приймається довжина
l2 l4 h1 l3 .
3.2.3 Розрахунок гладких циліндричних обичайок, навантаже-
них внутрішнім надлишковим тиском
Одношарові циліндричні обичайки
Розрахункову товщину стінки одношарової обичайки S p , мм, визначають за формулою
Sp
P D , (3.13)2p P
де P – розрахунковий внутрішній надлишковий тиск, МПа;
D – внутрішній діаметр обичайки, мм;
– допустима напружина для матеріалу обичайки при розрахунковій температурі, МПа;
p – коефіцієнт міцності подовжніх зварних швів.
Виконавчу товщину стінки обичайки S , мм, визначають за формулою
S S p C (3.14)
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.
Товщини стінок кожухів, розподільних камер і кришок кожухотрубчастих теплообмінних апаратів повинні бути не менше значень, указаних у таблиці 3.6.
Для прийнятої виконавчої товщини стінки обичайки S допустимий надлишковий внутрішній тиск P, МПа, розраховують за формулою
2p S C
P
. (3.15)D S C
При цьому повинна виконуватися умова P P.
Таблиця 3.6 – Мінімальні товщини стінок обичайок і днищ кожухотрубчастих теплообмінних апаратів
Розміри в міліметрах
| Тип апарата | Матеріал обичайки (днища) | Товщина стінки при внутрішньому діаметрі апарата | |||||
| до 500 | 600 | 800 | 1000 | 1200 | 1400 і більше | ||
| Н і К | Сталь вуглецева і низьколегована | 5 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 |
| Сталь корозійностійка | 3 | 4 | 4 | 6 | 6 | 6 | |
| П і У | Сталь вуглецева і низьколегована | 5 | 6 | 8 | 10 | 12 | 14 |
| Сталь корозійностійка | 3 | 4 | 6 | 8 | 10 | 12 | |
Приклад 3.3