Расчет на механическую прочность

Расчету на механическую прочность от внутрен­него избыточного или наружного давления и внешних нагрузок (силы тяжести, ветровых, сейсмических и др.) должны подвергаться все основные элементы аппара­та (обечайки, днища, крышки и другие несущие нагрузку детали).

Стандартные узлы и детали при применении их в конструируемом аппарате выбираются на бли­жайшее большее р_удля рабочей температуры и, как правило, на прочность не рассчитываются.

Обычно аппараты работают при однократной ста­тической нагрузке, на которую и производятся все расчеты на прочность элементов, узлов и аппарата в целом.

Для многократных статических нагрузок, если число циклов нагружения (от давления, стесненно­сти температурных деформаций или других воздействий) будет N>10³ за весь срок эксплуатации, то рас­считываемые элементы подлежат проверке на усталостную прочность.

Расчет элементов стальных сварных аппаратов про­изводится по предельным нагрузкам, допускающим в от­дельных напряженных местах рассчитываемой детали, наряду с упругими, наличие пластических деформаций.

Основные расчетные параметры

Основными расчетными параметрами для выбора конструкционного материала и расчета элементов ап­парата на прочность являются температура и давление рабочего процесса.

Температура.

Различают рабочую и расчетную температуры.

Рабочая температура t – это температура содер­жащейся или перерабатываемой среды в аппарате при нормальном протекании в нем технологического процесса.

Расчетная тамператураt_R – это температура стен­ки для определения физико-механических характеристик конструкционного материала и допускаемых напряже­ний. Она определяется на основании выполнении теплового расчета или результатов испытаний. В случае невоз­можности выполнения теплового расчета, а также, если при эксплуатации температура элемента аппарата мо­жет повыситься до температуры соприкасающейся с ним среды, расчетная температура принимается равной ра­бочей, но не менее 20°С. При обогревании элемента от­крытым пламенем, горячими газами с температурой свыше 250°С или открытыми электронагревателями рас­четная температура принимается равной температуре среды плюс 50°С. При наличии у аппарата тепловой изо­ляции расчетная температура его стенок принимается равной температуре поверхности изоляции, соприка­сающейся со стенкой, плюс 20°С. При отрицательной рабочей температуре элемента за расчетную (для оп­ределения допускаемых напряжений) принимается тем­пература, равная 20°С.

Давление

Различают рабочее, расчетное, условное (номинальное) и пробное давления.

Рабочее давление р– максимальное внутреннее избыточное или наружное давление среды в аппарате при нормальном протекании технологического процес­са без учета гидростатического давления и допускае­мого кратковременного повышения давления во время действия предохранительного устройства (клапана и др.). Если технологический процесс в аппарате протека­ет при разрежении, то рабочим давлением является ва­куум.

Расчетное давление p_R– максимальное допускае­мое рабочее давление, на которое производится расчет на прочность и устойчивость элементов аппарата при максимальной их температуре. Как правило, расчетное давление принимают равным рабочему давлению или выше.

Расчетное давление может быть выше рабочего в следующих случаях: если во время действия пре­дохранительных устройств давление в аппарате мо­жет повыситься более чем на 10% от рабочего, то расчетное давление должно быть равно 90% давле­ния в аппарате при полном открытии предохранитель­ного устройства; если на элемент действует гидро­статическое давление от столба жидкости в аппара­те, значение которого свыше 5% расчетного, то расчетное давление для этого элемента соответствен­но повышается на значение гидростатического дав­ления.

Рекомендуются следующие расчетные давления для аппаратов:

– с рабочим избыточным давлением р>0,07 МПа, снабженных предохранительными клапанами, р_я = 1,1 р, но не менее р + 0,2 МПа для огневзрыво-опасных или токсичных сред и не менее р + 0,1 МПа для остальных сред;

– с рабочим избыточным давлением р >0,07 МПа, снабженных предохранительными мембранами, p_R=1,2p;

– с рабочим избыточным давлением р 0,07 МПа, независимо от типа предохранительных устройств и для любых сред, кроме углеводородных фракций и других сжиженных газов: при р = 0,05 – 0,07 МПа – p_R = 0,1 МПа; при р <0,05 МПа – p_R =0,06 МПа;

– с углеродными фракциями и другими сжижен­ными газами во всех случаях принимать: для фрак­ций С₂p_R = 2,0 МПа, для фракций С₃ на всасываю­щей линии p_R = 1,6 МПа, на нагнетательной линии p_R = 2,0 МПа, для фракций С₄p_R = 0,6 МПа, для фракций С₅p_R = 0,3 МПа, для аммиака p_R = = 1,6 МПа, для фреона 12 p_R= 1,0 МПа, для сернистого ангидрида p_R = 0,8 МПа, для хлористого метила p_R = 0,9 МПа, для углекислого газа p_R = 7,6 МПа;

– работающих без избыточного давления при вместимости аппарата менее 30 м³p_R = 0,01 МПа, при вместимости свыше 30 м³p_R = 0,005 МПа;

– работающих под вакуумом с остаточным давлением до 0,05 МПа, расчетное наружное давление p_R = 0,1 МПа.

Для элементов аппарата с раздельными про­странствами, имеющими разные давления, за расчетное давление принимается каждое из них (без учета других). Допускается производить расчет на разность давлений, если при эксплуатации в любом случае обеспечивается наличие давлений во всехпространствах.

Расчетным давлением при испытаниях аппарата является пробное давление.

Условное (номинальное) давление р_у– избыточное рабочее давление при температуре элемента аппарата 20°С (без учета гидростатического давления).

Пробное давлениер_пр – избыточное давление, на которое аппарат испытывается на прочность и плот­ность после его изготовления и периодически при экс­плуатации.

Допускаемые напряжения

Допускаемое напряжение [ ] при расчете по предельным нагрузкам аппаратов, работающих при стати­стических однократных нагрузках, определяют в соответствии с ГОСТ

– для углеродистых и низколегированных сталей

;

– для аппаратов из аустенитных сталей

Для условий испытания аппаратов из углеродистых и низколегированных сталей допускаемые напряжения определяют по формуле:

– для аппаратов из аустенитных сталей

.

Для сосудов и аппаратов, работающих в условиях ползучести при расчетном сроке эксплуатации от 10⁴ до 2∙10⁵ ч, коэффициент запаса прочности n равен 1,5. При расчетном сроке эксплуатации 2∙10⁵ ч допускается коэффициент запаса прочности n_д принимать равным 1,25, если выполняют контроль жаропрочности и длительной пластичности материала в эксплуатации, а отклонение в меньшую сторону длительной прочности и ползучести от среднего значения не превышает 20%.

Расчет на прочность цилиндрических обечаек и ко­нических элементов, выпуклых и плоских днищ для ус­ловий испытания проводить не требуется, если расчет­ное давление в условиях испытания будет меньше, чем расчетное давление в рабочих условиях, умноженное на .

При расчете на прочность и устойчивость сварных элементов аппаратов в расчетные формулы вводятся коэффициенты прочности сварных швов, значения которых в зависимости от конструкции шва и условий сварки

Исполнительные или принимаемые при конст­руировании размеры рассчитываемых элементов, как правило, должны быть больше расчетных на значение прибавки:

s ≥ s_R+ c;

Общее значение прибавки

с = с₁ + с₂ + с₃.

Прибавка на коррозию и эрозию с, при проница­емости П < 0,05 мм/год принимается равной 1 мм. При большей проницаемости, а также при двусто­ронней коррозии с, соответственно увеличивается.

Для материалов, стойких в заданной среде, при отсутствии данных о проницаемости рекомендуется принимать с₁ = 2мм. Прибавка на минусовое значе­ние предельного отклонения по толщине листа с₂, из которого изготовляется элемент аппарата, принима­ется по соответствующему стандарту на сортамент.

Технологическая прибавка с₃ (при вытяжке, штам­повке, гибке и т.д.) учитывается в зависимости от при­нятой технологии изготовления и не включает в себя округление расчетной толщины элемента до номиналь­ной толщины по стандарту.Прибавки с₂ и с₃ учитываются только в тех случаях, когда сумма их превышает 5% от расчетной толщины элемента.

Рекомендуемые страницы: