Расчет основных размеров цилиндрического аппарата

Специфические условия работы химического оборудования, характеризуемые широким диапазоном давлений (от вакуума до давлений 250 МПа и выше), большим интервалом температур при агрессивном воздействии среды, предъявляют высокие требования к выбору конструкционных материалов. Так, наряду с требованиями высокой коррозионной стойкости в заданных агрессивных средах, к конструкционным материалам одновременно предъявляют требования высокой механической прочности, жаростойкости и жаропрочности, сохранения пластических свойств при высоких и низких температурах, циклической прочности, малой склонности к старению и др.

Целью механического расчета химического и нефтехимического оборудования является определение размеров отдельных элементов, обеспечивающих безопасную эксплуатацию машин и аппаратов за счет достаточной механической прочности, плотности разъемных соединений, устойчивости к сохранению формы и необходимой долговечности.

Необходимо определить основные размеры цилиндрического аппарата с рубашкой и эллиптическими крышками, если: в аппарате давление 0,8 МПа и температура 80 °С; в рубашке давление 1,2 МПа и температура 180 °С.

Весь аппарат изготовлен из стали 12Х18Н10Т.

Дано, что патрубки имеют следующие размеры:

1 и 2 – стандартный диаметр 108 мм; d у=100 мм; p у=1 МПа;

3 – стандартный диаметр 108 мм; d у=100 мм; p у=1,6 МПа;

4 – стандартный диаметр 57 мм; dу=50 мм; pу=1,6 МПа.

Рис. 1. Конструкция цилиндрического аппарата

Пример решения: В соответствии с ГОСТ 14249-80 нормативные допускаемые напряжения для стали 12Х18Н10Т при температурах, близких к расчетным, будут равны [s]100=160 МПа; [s]200=140 МПа; модуль упругости Е =1,98・105 МПа.

Примем, что аппарат изготовлен автоматической сваркой под слоем флюса, поэтому j=1. Коррозионная проницаемость применяемого материала менее 1 мм в год, поэтому прибавка на коррозию и эрозию составит 1 мм. Все размеры приведены на рис.1.

Определим толщину стенки корпуса аппарата под действием внутреннего давления 0,8 МПа.

Примем толщину стенки аппарата 4 мм.

Определим толщину стенки рубашки от действия внутреннего давления

Примем толщину стенки рубашки 7 мм.

Определим приближенную толщину стенки аппарата под действием наружного давления, приняв запас устойчивости 1,1

Примем большее значение толщины стенки аппарата 0,0056.

Определим допускаемое наружное давление

Примем меньшее значение величины 0,974. Тогда

Таким образом, приходится принять толщину стенки аппарата 7 мм. Определим толщину эллиптических днищ, находящихся под внутренним

давлением 0,8 МПа и при температуре 80 °С,

S_D =0,001+0,001=0,002

Толщина днища должна быть не менее толщины стенки аппарата, рассчитанного на внутреннее избыточное давление, поэтому примем толщину днища 4 мм.

Подберем по стандарту фланцы к патрубкам в соответствии с конструкцией, показанной на рисунке 2.

Основные размеры фланцев сведем в табл. В

этой таблице Z – число болтов; d – диаметр болтового отверстия.

Диаметр болта принимается на 2 мм меньше диаметра отверстия.

Рис. 2 К выбору фланца

Таблица 1

Основные размеры подобранных фланцев к патрубкам