Проект царгового колонного аппарата с насыпной насадкой

3 Расчет на прочность и устойчивость.doc

3 Расчёт на прочность и устойчивость узлов и деталей корпуса аппарата от расчётного давления
1 Расчёт на прочность царги нагруженной внутренним давлением
Цель расчета: расчет на прочность определение толщины стенки аппарата удовлетворяющая условиям прочности.
Исходные данные: - расчётное внутреннее давление pR = 19 МПа;
- внутренний диаметр D = 400 мм;
- допускаемое напряжение при tR = 260 °C
- модуль упругости при tR = 260°C Е = 175 105 МПа;
- коэффициент Пуассона = 033;
- коэффициент запаса прочности nУ = 24.
Расчетная схема царги представлена на рисунке 3.1.
Рисунок 3.1 – Расчетная схема царги
Определим толщину стенки царги
Подставив данные получим
Определим толщину стенки с учетом прибавки
Принимаем: s = 8 мм.
Определим допускаемое внутреннее давление
Определим коэффициент К4
Так как К4 0 то укрепление кольцами жесткости не требуется.
Определим допускаемое наружное давление
где - допускаемое давление из условия прочности;
- допускаемое давление из условия устойчивости.
Определим допускаемое давление из условия прочности по формуле
Определим допускаемое давление из условия устойчивости по формуле
где Е – модуль упругости Е = 176 105;
В1 – безразмерный коэффициент равный
Подставив значения в формулу (3.7) получим
Подставив значения в формулу (3.5) получим
Проверяем условие применимости расчётных формул (для царг с внутренним диаметром более 200 мм):
– условие выполняется.
2 Расчёт на прочность выпуклого эллиптического днища
Цель расчета: расчет на прочность определение толщины эллиптического днища удовлетворяющего условию прочности.
Исходные данные: расчётное давление pR = 19 МПа; внутренний диаметр царги D = 400 мм; коэффициент прочности сварных швов φ = 1; допускаемое напряжение при tR = 260°C: [] = 1428 МПа.
Расчетная схема эллиптического днища приведена на рисунке 3.
Для эллиптических днищ с Н = 025R принимаем R = D.
Определим приближенно толщину стенки
Рисунок 3.2 - Расчетная схема эллиптического днища
Примем прибавку на коррозию с1 = 2 мм.
Прибавку на минусовой допуск примем равной с2 = 08 мм.
Технологическую прибавку принимаем с3 = 24 мм.
Рассчитаем прибавку к толщине стенки по формуле (2.4)
сдн = 2 + 08 + 24 = 52 мм.
Определим исполнительную толщину стенки по формуле (3.2)
s1 ≥ 267 + 52= 787 мм.
Округлим толщину стенки до стандартного значения примем s1 = 8мм.
Определим допускаемое внутреннее давление по формуле
Определим допускаемое наружное давление.
Проверяем условие применимости расчётных формул:
- условие выполняется;

Аннотация.doc

Отчет стр. табл. рис. наименований библиографических источников.
АППАРАТ ДАВЛЕНИЕ ДИАМЕТР ДНИЩЕ КОРПУС КРЫШКА ЛЮК МАТЕРИАЛ НАСАДКА ОПОРА ОТВЕРСТИЕ ПРОЧНОСТЬ СВАРНОЙ ШОВ ТЕМПЕРАТУРА ТОЛЩИНА ФЛАНЕЦ КОРПУС ШТУЦЕР.
В данной курсовой работе разработан проект царгового колонного аппарата с насыпной насадкой. Описана конструкция аппарата и условия эксплуатации. Определены основные расчетные параметры и выбраны материалы элементов колонны. Выполнен расчет на прочность и устойчивость корпуса аппарата от расчетного давления. Выбраны стандартные штуцера и произведен расчет укрепления отверстий. Выполнен выбор конструкции фланцевого соединения для разъема корпуса и его расчет. Произведен расчет весовых характеристик аппарата и выбрана опора с учетом веса аппарата. Сделан расчет на ветровую нагрузку и расчет корпуса аппарата от совместного действия всех нагрузок. Осуществлен расчет опоры аппарата.
Проект царгового колонного аппарата с насыпной насадкой

7 Расчет ветровой нагрузки на аппарат.doc

7Расчет ветровой нагрузки на аппарат
Цель расчета: определение расчетных усилий для колонны от ветровых нагрузок.
Исходные данные для расчета представлены в таблице 7.1.
Таблица 7.1 – Исходные данные
Высота колонны от поверхности земли м
Коэффициент неравномерности сжатия грунта
Сейсмический коэффициент
Скоростной напор ветра МНм2
Доля ветрового момента в расчетном ветровом
моменте в рабочих условиях
Число площадок обслуживания
Число участков аппарата разного диаметра
Исходные данные для участка – 12
Модуль нормальной упругости МПа
Внутренний диаметр участка аппарата м
Вес участка аппарата МН
Координаты от поверхности земли площадки обслуживания
На рисунке 7.1 представлена расчетная схема аппарата.
Рисунок 7.1 – Расчетная схема аппарата
Расчет производится на компьютере с помощью программы «WETER».
Результаты расчета приведены в приложении А.

корпус.cdw

Общий вид.cdw

*Размеры для справок.
Аппарат подлежит действию ПБ 03-584-03 "Правила
изготовления и приема сосудов и аппаратов
стальных сварных". На аппарат не распространяются действия
правил ПБ 03-576-03 "Правила устройства и безопасной
эксплуатации сосудов
работающих под давлением".
поставка аппарата производится в соответствии с ПБ
-584-03 "Правила проектирования
изготовления и приемки
работающих под давлением"
ОСТ 26 291-94. Приемка и
эксплуатация аппарата должна производиться по РУА-93
Руководящие указания по эксплуатации и ремонту сосудов и
Обработанные неокрашенные поверхности покрыть смазкой
Т55-5 ГОСТ19537-83. F=1 м
Требования по пожарной безопасности на объекте
устанавливается настоящее оборудование
соответ-ствовать ГОСТ12.1.004-91.
Класс герметичности 5-ый по ОСТ26-11-14-88. Испытание
на герметичность в процессе гидроиспытания.
Неуказанные предельные отклонения размеров механически
обрабатываемых поверхностей: Н14
без механической обработки
а также между обработанной и
необработанной поверхностями для размеров до 500 мм: Н17
от 500 до 3150 мм: Н16
Аппарат теплоизолируется.
Расчетное внутреннее давление
Пробное давление при гидроиспытании
Рабочее давление (абсолютное)
Рабочая температура среды
Расчетная температура стенки
Минимально допустимая
отрицательная стенки аппарата
находящегося под давлением
Абсолютная минимальная
отрицательная температура
наружного воздуха района
Средняя самой холодной
пятидневки района установки
Категория взрывоопасноти
по ГОСТ Р51330.11-99
Группа взрывоопасности
Наименование рабочей среды
Прибавка на коррозию
Расчетный срок службы
Число циклов нагружения аппарата за весь срок службы
Группа аппарата для контроля сварных соединений
Выход кубового остатка
Выход жтдкости на циркуляцию
Для регулятора уровня
Для камеры уровнемера
Для замера температуры
Сталь 09Г2С ГОСТ 19281-89
Таблица 2 - Техническая характеристика
Таблица 1 - Таблица штуцеров и люков

люк.cdw

*Размеры для справок.
Неуказанные предельные отклонения размеров:Н14;h14
Технические требования по ОСТ 26-2011-83.
работающих при температуре от
С- сталь 09Г2С-7 категории.
Поковки из сталей марок 16Г2С должны испытываться на
ударный изгиб при температуре стенки ниже минус 40
ударной вязкости должно быть не менее 30 Джсм
Сталь 09Г2С ГОСТ 19281-89
Технические требования

Опора.spw

Общий вид.spw

ОПНН-240801.65-00.00.000
Пояснительная записка
ОПНН-240801.65-01.00.000
ОПНН-240801.65-01.01.000
ОПНН-240801.65-01.02.000
ОПНН-240801.65-01.03.000
ОПНН-240801.65-01.04.000
Опора цилиндрическая
ОПНН-240801.65-01.05.000
ОПНН-240801.65-01.06.000
Приспособление для выверки
ОПНН-240801.65-01.07.000
ОПНН-240801.65-01.08.000
ОПНН-240801.65-01.09.000
ОПНН-240801.65-01.10.000
ОПНН-240801.65-01.11.000
ОПНН-240801.65-01.12.000
Днище нижнее 400-08-150
ОПНН-240801.65-01.13.000
ОПНН-240801.65-01.14.000
Гайка ОСТ 26-2041-77
Шайба ОСТ 26-2040-77
Штуцера ОСТ 26-1408-76

корпус.spw

люк.spw

Опора.cdw

*Размеры для справок.
В местах пересечения швов днища колонны с опорой в
обечайке выполнить вырезы.
Истинное расположение отверстий на виде сверху.
Сталь 09Г2С ГОСТ 19281-89
Технические требования

Вариант 8.1.0 - 8.6.9.doc

Вариант 8.1.0 – 8.6.9
Колонный аппарат с насыпной насадкой царговый
Основные размеры аппаратов не зависящие от их материального исполнения приведены на рисунке 8.1 и таблице 8.1. Диаметры условных проходов штуцеров и люка приведены в таблице 8.2.
Условия работы аппарата приведены в таблице 8.3.
– куб; 2 – опора-лапа; 3 4 и 5 – царги; 6 – тарелка ТСН-3; 7 – цапфа; 8 – крышка; 9 – приспособление для выверки; 10 – отбойник сетчатый; 11 – сепаратор; 12 – насадка; 13 – решетка опорная; 14 – тарелка ТСН-2; 15 – люк; 16 – камера уровнемера; 17 – опора цилиндрическая
Рисунок 8.1 – Схема аппарата
Таблица 8.1 – Основные размеры аппаратов (мм)
Диаметр аппарата D мм
Таблица 8.2 – Диаметры условных проходов штуцеров и люка
Выход кубового остатка
Выход жидкости на циркуляцию
Для регулятора уровня
Для камеры уровнемера
Для замера температуры
Таблица 8.3 – Условия работы аппарата
Рабочая температура 0С
Рабочее давление МПа
Скоростью коррозии ммгод
Срок эксплуатации лет
Высота фундамента мм

2 Основные расчетные параметры.doc

2 Основные расчётные параметры
Учитывая что среда взрыво- и пожароопасная температура t = 260 0С и давление в аппарате p=17 МПа используя ГОСТ 12.1.007–76 можно сделать вывод что аппарат относится к первой группе.
Так как аппарат относится к первой группе то объем контроля для этого аппарата составляет 100 % для всех сварных швов. Ультразвуковой контроль производится в соответствии с ГОСТ 14782 рентгенопросвечивание гаммапросвечивание – в соответствии с ГОСТ 7512.
2 Рабочая и расчетная температура
Рабочая температура t – это температура содержащейся или перерабатываемой среды в аппарате при нормальном протекании в нем технологического процесса.
Расчетная температура tR – это температура для определения физико-механических характеристик конструкционного материала и допускаемых напряжений. Она определяется на основании теплового расчета или результатов испытаний. Если при эксплуатации температура элемента аппарата может повысится до температуры соприкасающейся с ним среды то расчетная температура принимается равной рабочей но не менее 20°С. Проектируемый аппарат снабжен изоляцией препятствующей охлаждению или нагреванию элементов аппаратов внешней средой. Таким образом принимаем
3 Рабочее расчетное и условное давление
Рабочее давление p – максимальное избыточное давление среды в аппарате при нормальном протекании технологического процесса без учета допустимого кратковременного повышения давления во время действия предохранительных устройств.
Расчетное давление pR – максимальное допускаемое рабочее давление на которое производится расчет на прочность и устойчивость элементов аппарата при максимальной их температуре. Расчетное давление для элементов сосуда или аппарата принимают как правило равным рабочему давлению или выше.
Поскольку аппарат работает с рабочим давлением Р>007 МПа то пользуясь ГОСТ 14249-89 расчётное давление определяется следующим образом но не менее p + 02 МПа для огневзрывоопасных и токсичных сред:
рR = рраб 11; (2.1)
Принимаем расчётное давление равным pR = 19 МПа.
4 Выбор конструкционного материала и допускаемых напряжений
По условиям работы аппарата как в рабочих условиях так и в условиях монтажа ремонта и нагрузок от веса принимаем сталь 09Г2С область применения от минус 40 °С до плюс 475 °С.
Допускаемые напряжения в соответствии с ГОСТ 14249-80 для данной стали с толщиной стенки до 32 мм соответственно для 20 °С и 260 °С равны:
Условное давление для выбора узлов и фланцевых соединений определим по формуле
где [s]20 – допускаемое напряжение материала при 20 °С [s]20 = 183 МПа;
[s]tR – допускаемое напряжение материала при расчетной температуре
t=260 °С [s]260 = 1428 МПа.
Подставляя числовые значения получим
Выбираем условное давление из стандартного ряда ру = 25 МПа.
Пробное давление для испытания аппарата определим по формуле:
5 Модуль продольной упругости материала
Принимаем модуль продольной упругости согласно ГОСТ 14249-80 для стали 09Г2С при температуре 260 °С
6 Коэффициент температурного расширения материала
Принимаем расчетное значение коэффициента линейного расширения для стали 09Г2С при температуре 20-300 °С
7 Коэффициенты прочности сварных швов
Корпус имеет продольные и кольцевые сварные швы.
Коэффициент прочности сварных швов с длиной контроля сварных швов 100 % выполненных полуавтоматической сваркой с двусторонним сплошным проваром принимаем равным j = 10.
Коэффициент прочности сварных швов для таврового соединения выполненного ручной сваркой с подваром корня шва принимаем равным j = 10.
Коэффициент прочности сварных швов для тавровых и стыковых соединений выполняемых ручной электродуговой сваркой с одной стороны принимаем равным j = 09.
8 Определяем общее значение прибавок к расчетным толщинам конструктивных элементов
с = с1 + с2 + с3 (2.4)
где с1 – прибавка на коррозию и эрозию с1 = 2 мм;
с2 – прибавка на минусовой допуск проката с2 = 08 мм;
с3 – технологическая прибавка с3 = 0.
Подставим числовые значения

5 Расчет люка.doc

5 Расчет фланцевых соединений
Цель расчёта: подбор конструкции фланцевого соединения для разъема корпуса его расчет и определение напряжений во фланцевом соединении.
Исходные данные: D = 400 мм – диаметр аппарата;
pR = 19 МПа – расчётное давление в аппарате;
tR = 260 оС – расчётная температура;
s = 8 мм – толщина стенки царги;
[]260 = 1428 МПа – допускаемое напряжение;
[]20 = 183 МПа – допускаемое напряжение при 20оС;
Е = 175105 МПа – модуль упругости;
α = 155910-6 – коэффициент температурного расширения материала фланца.
1 Выбор конструкции фланца
Для разъема корпуса подбираем фланец приварной встык: тип 3 с выступом и впадиной по ОСТ26-427-79 [1].
Основные размеры выбранного фланцевого соединения занесены в таблицу 5.1.
Таблица 5.1 – Основные размеры фланцевого соединения
Схема фланцевого соединения представлена на рисунке 5.1.
Рисунок 5.1 – Схема фланцевого соединения
В качестве конструкционного материала фланцев принимаем сталь 09Г2С.
Выбираем материальное исполнение крепежных деталей по ОСТ 26-429-79: шифр крепежных деталей 3 (Р ≤ 16 МПа; t = от минус 70 до плюс 410 0С). Марка стали для болтов 35Х и гаек 30. Вид крепежных деталей: болты по ОСТ 26-2037-77; гайки по ОСТ 26-2041-77; шайбы по ОСТ 26-2040-77.
Выбираем тип прокладки по ОСТ 26-430-79 из неметаллического материала для фланца с соединительным выступом с уплотнительной поверхностью выступ-впадина. Прокладка плоская из асбестового картона по ОСТ 26-373-78
(Р ≤ 4 МПа; t = до плюс 550 0 С).
Расчетная схема прокладки представлена на рисунке 5.2.
Рисунок 5.2 – Расчетная схема прокладки
Основные размеры прокладки представлены в таблице 5.2.
Таблица 5.2 – Основные размеры прокладки
2 Определяем расчетные величины.
Находим меньшую толщину конической втулки фланца
где s – толщина стенки обечайки.
Учитывая что s = 8 мм принимаем s0 = 14 мм.
Находим большую толщину конической втулки фланца принимаем
Определяем отношение большей толщины втулки фланца к меньшей
(16 Pу 25 МПа = 22):
Определяем длину втулки приварного встык фланца
Принимаем l = 45 мм.
Средний диаметр прокладки
где bп — ширина прокладки bп=12 мм;
Dп.ср =457-12=445 мм.
Эффективная ширина прокладки
По справочной таблице определяем расчетные параметры прокладки из паронита: m = 25; q = 20 МПа; [q] = 130 МПа; Eп = 2000 МПа.
Ориентировочное число болтов
где tБ - шаг болтов;
где dб – диаметр болта мм;
zБ = 314×49570=2221 шт.
Учитывая что число шпилек должно быть кратным четырем принимаем
4 Определяем вспомогательные величины
Рассчитываем коэффициент
где x – величина определяемая по формуле
Подставляя численные значения получим
Эквивалентная толщина втулки фланца
где s0 – меньшая толщина конической втулки фланца;
Ориентировочная толщина фланца
Определяем ориентировочную толщину фланца
где λ – коэффициент определяемый по справочным таблицам принимаем
sE – эквивалентная толщина втулки фланца.
Принимаем h = 35 мм.
Определим безразмерный параметр
w=[1+09×l×(1+y1×j2)]-1 (5.12)
w = [1+09×038×(1+0163×1742)]-1=0662.
Безразмерные параметры определим по графикам: Т=178; y2=7; y3=14.
Угловая податливость фланца
где Еф - модуль продольной упругости материала фланца Eф=
Определяем линейную податливость прокладки
где sп – толщина прокладки;
Dп.с – средний диаметр прокладки;
bп – ширина прокладки.
Подставляя числовые значения получим
5 Расчет болтового соединения
По справочным таблицам выбираем диаметр болта. Принимаем болты диаметром M20 по ОСТ 26-373-78. Основные параметры болтов: расчетная площадь их поперечного сечения fБ = 23510–4 м2; справочные величины a = 40 мм;
Расчетная длина болта
lБ = lБО + 028×d (5.17)
d - диаметр отверстия под болт d=23 мм.
lБ=50+028×23=5644 мм.
Линейная податливость болтов
yБ=lБ(EБ×fБ×zБ)(5.18)
где fБ - расчетная площадь поперечного сечения болта по внутреннему диаметру резьбы fБ=235×10-4 м2;
ЕБ - модуль продольной упругости материала болта ЕБ=183×105 МПа;
yБ= 5644×10-3(183×105×235×10-4 ×24) = 546×10-5 мН.
Определяем коэффициент жесткости фланцевого соединения
где yБ – линейная податливость болтов;
DБ – диаметр окружности по которой располагаются болты;
A; B1 и B2 – коэффициенты определяемые по формулам:
где D – внутренний диаметр фланца;
sE – эквивалентная толщина втулки фланца;
yп – линейная податливость прокладки.
При стыковке одинаковых фланцев yф1 = yф2 = yф; B1 = B2.
Подставляя числовые значения в формулы (5.20) и (5.21) получим
Подставим полученные числовые значения в формулу (5.19) получим
Так как α > 1 следовательно принимаем α = 1.
Определяем безразмерный коэффициент
6 Расчет фланцевого соединения работающего под внутренним давлением.
Нагрузку действующую на фланцевое соединение от внутреннего давления найдем по формуле
Qд=0785×04452×19 = 0295 МН.
Реакция прокладки в рабочих условиях
Rп=2×p×Dп.ср×bE×m×pR (5.24)
где m - коэффициент по ОСТ 26-426-79 m = 25.
Rп=2×314×0445×0006×25×19= 00796 МН.
Усилия возникающие от температурных деформаций
Qt=g×zБ×fБ×EБ×(aф×tф - aБ×tБ) (5.25)
где aф aБ - коэффициенты температурного линейного расширения фланца и болтов aБ = 133×10-6 1°C aф = 155910-6 1°C;
fБ - расчетная площадь поперечного сечения болта fБ=235×10-4 м2;
tф и tБ – расчетные температуры элементов фланцевого соединения рассчитываются по формулам
где tR – расчетная температура в аппарате.
Подставив числовые значения в приведенные формулы получим
Qt=027×24×235×10-4×183×105×(155910-6 ×2496-133×10-6×247)= 0168 МН.
Определим болтовую нагрузку в условиях монтажа (до подачи внутреннего давления) при p06 МПа
PБ1=ma p×Dп.ср×bE×q; 04[sБ]20zБfБ (5.28)
где q - удельная нагрузка q =20 МПа;
a - коэффициент жесткости фланцевого соединения a=1;
[Б]20 – допускаемые напряжения для болтов фланцевых соединений
для стали 35Х принимаем [Б]20 = 230 МПа.
РБ1 = ma 314×0445×0006×20; 04×230×24×235×10-4; РБ1=ma 0167; 0518 = 0518 МН.
Болтовая нагрузка в рабочих условиях
PБ2=РБ1 - QД + (5.27)
PБ2=0518- 0295+ 0168 = 0391 МН.
Найдем приведенные изгибающие моменты в диаметральном сечении фланца по формулам
M01=05×PБ1×(Dб- Dп.с.); (5.28)
М01=05×0518×(0495 – 0445) = 00129 МН×м
Принимаем за расчетное МR = 00129 МН×м.
Определим выполнение условий прочности болтов по формулам:
где [Б]20 – допускаемые напряжения для материала болтов при температуре t = 20 °C [Б]20 = 230 МПа;
[Б]t – допускаемые напряжения для материала болтов при расчетной
температуре [Б]260 = 185 МПа.
Условия прочности выполняется.
Критический момент на ключе при затяжке определим из графика [1]
Определим выполнение условия прочности прокладки
где Dп.с – средний диаметр прокладки;
Условие прочности прокладки выполняется.
7 Определение напряжений в приварном встык фланце
Определим максимальное напряжение в сечении s1 фланца
где c1 – прибавка на коррозию принимаем c1 = 2 мм;
s1 – большая толщина втулки фланца;
M0 – расчетное значение изгибающего момента;
– безразмерный параметр определяемый по формуле (5.12);
Т – безразмерный параметр определяется по справочным таблицам;
D – внутренний диаметр фланца.
Определим максимальное напряжение в сечении s0 фланца
где 3 – безразмерный параметр определяется по справочным таблицам.
Напряжения в кольце фланца от действия изгибающего момента
где λ – коэффициент определяемый по справочным таблицам;
– безразмерный параметр определяется по справочным таблицам.
Напряжения во втулке фланца от внутреннего давления:
где p – внутреннее давление в аппарате.
Подставляя в приведенные формулы числовые значения получим
Определим выполнение условия прочности фланца в сечении s1
где [1] – допускаемое напряжение для сечения s1 принимается равным
пределу текучести материала фланца [1] = 210 МПа.
Определим выполнение условия прочности фланца в сечении s0
где φ – коэффициент прочности сварного шва принимаем φ = 09;
[0] – допускаемое напряжение для сечения s2 рассчитывается по фор-
где E – модуль продольной упругости материала фланца.
Подставляя числовые значения в формулу (5.39) получим
Условия прочности фланца в сечениях s1 и s0 выполняются.
Проверим выполнения условия герметичности фланцевого соединения.
Угол поворота фланца
где EФ – модуль продольной упругости материала фланца;
D – внутренний диаметр фланца;
[] – наибольший допускаемый угол поворота фланца.
Условие герметичности выполняется.

ветровая нагрузка(комп).doc

Высота колонны от поверхности земли 9.990 м.
Коэффициент неравномерности сжатия грунта . 100.00000
Сейсмический коэффициент 0.00000
Скоростной напор ветра 0.00038 МНм^2
Доля ветрового момента в расчетном
ветровом моменте 1.00000
Число площадок обслуживания 3
Число участков аппарата разного диаметра .. 2
Исходные данные для участка - 1
Высота участка 8.790 м
Модуль нормальной упругости 175000.0 МПа
Исполнительная толщина стенки МПа
участка колонны 0.00800 м
Прибавка на коррозию 0.00280 м
Внутренний диаметр участка аппарата 0.40000 м
Наружный диаметр участка аппарата 0.57600 м
Вес участка аппарата 0.03088 МН
Исходные данные для участка - 2
Высота участка 1.2000 м
Вес участка аппарата 0.0009 МН
Координаты от поверхности
земли площадки обслуживания 1 3.500 м
земли площадки обслуживания 2 5.300 м
земли площадки обслуживания 3 7.1500 м
Момент инерции сечения колонны на участке 1 0.00014
Момент инерции сечения колонны на участке 2 0.00014
Внутренний диаметр опорного кольца м 0.34000
Наружный диаметр опорного кольца м 0.61600
Момент инерции подошвы фундамента м^4 0.00936
Коэффициент динамичности при сейсмической нагрузке .. 0.81495
Период собственного колебания колонны С 2.33143
Сейсмический коэффициент в основании аппарата 0.00000
Коэффициент динамичности при ветровой нагрузке 2.04430
Коэффициент пульсации скорости ветра 0.88898
Расстояние от середины Относительное перемещение Коэффициент
участка колонны до центра тяжести участка бетта
поверхности земли м 1МН.м
Статическая состав- Динамическая состав- Приведенное относи-
ляющая ветровой ляющая ветровой тельное ускорение
нагрузки МН. нагрузки МН. центра тяжести
MV - расчетный ветровой момент в сечении с координатой X от
поверхности земли МН.м.
MR - расчетный сейсмический момент в сечении с координатой X МН.м.
M1 - момент с учетом ветрового и сейсмического момента МН.м.
G - нагрузка от веса аппарата МН.

1 Конструкция аппарата.doc

1 Конструкция аппарата и условие эксплуатации
В данном курсовом проекте приведены проектирование и расчет колонного аппарата с насыпной насадкой царговый.
Проектируемый аппарат предназначен для ведения процесса ректификации. Внутренний диаметр аппарата D = 400 мм. Высота аппарата H1 = 9990мм. Номинальный объем аппарата V = 13 м3. Рабочая температура обрабатываемой среды t = 260 °С; рабочее давление p = 17 МПа.
Обрабатываемая среда в аппарате – нефть взрывопожароопасная. Вязкость нефти при рабочей температуре 064710–6 м2с плотность при рабочей температуре ρ = 6094 кгм3.
Разъемный аппарат состоит из трех царг эллиптического днища крышки и оборудован двумя распределительными тарелками типа ТСН-2 и одной тарелкой типаТСН-3 сетчатым отбойником и опорными решетками. Рабочими зонами контакта аппарата служат три насыпные насадки установленные вертикально вдоль оси аппарата.
В аппарате имеются следующие штуцера: вход газа вход флегмы вход питания выход газа выход кубового остатка выход жидкости на циркуляцию. Аппарат оборудован тремя люками для ремонта и обслуживания. В цилиндрической опоре аппарата имеется лаз. Крышка соединяется с корпусом аппарата при помощи фланцевого соединения. Также в аппарате имеются штуцера для регулятора уровня камеры уровнемера замера температуры и давления дренаж и резервный.
Конструкция аппарата представлена на рисунке 1.1.
Аппарат установлен в 3 ветровом районе высота фундамента 200 мм на грунтах средней плотности скорость коррозии 01 ммгод срок эксплуатации 10 лет. Минимальная температура холодной пятидневки минус 36 0С. Для сокращения потерь тепла и предохранения от ожогов обслуживающего персонала аппарат теплоизолирован стекловатой толщиной 80 мм плотность изоляции с учетом кожуха – 300 кгм3. Район не сейсмичный. Для данного аппарата проводят гидроиспытания в рабочем положении.
– куб; 2 – опора-лапа; 3 4 и 5 – царги; 6 – тарелка ТСН-3; 7 – цапфа; 8 – крышка; 9 – приспособление для выверки; 10 – отбойник сетчатый; 11 – сепаратор; 12 – насадка; 13 – решетка опорная; 14 – тарелка ТСН-2; 15 – люк; 16 – камера уровнемера; 17 – опора цилиндрическая
Рисунок 1.1 – Схема аппарата

9_Расчет опоры аппарата.doc

9 Расчет опоры аппарата
Цель расчета – расчет элементов опоры колонного аппарата на прочность и устойчивость.
Исходные данные для расчета приведены в таблице 9.1.
Конструкция соединения опорной обечайки с корпусом показана на рисунке 9.1 размеры приведены в таблице 9.2 схема опоры приведена на рисунке 6.1.
Таблица 9.1 – Исходные данные
Таблица 9.2 – Размеры цилиндрической опоры ОСТ 26-467-78
Приведенная нагрузка МН
Проверку прочности сварного шва соединяющего корпус колонны с опорной обечайкой проводим по формуле
где а1 – расчетная толщина сварного шва а1=8 мм (рисунок 9.1);
Fи – осевое сжимающее усилие в условиях гидроиспытания МН;
φ s- коэффициент прочности сварного шва φ s =07.
Рисунок 9.1 – Конструкция соединения опорной обечайки с корпусом
Проверку устойчивости в зоне отверстия проводим по формуле
где - коэффициенты определяемые по номограммам [2]:
Подставив значения в формулу (9.2) получим
Определяем ширину нижнего опорного кольца и проверяем для него условие прочности по формулам
где =50 МПа – допускаемые напряжения сжатия бетона.
Подставив значения в формулы (9.3) (9.4) получим
Выступающую наружу от обечайки опоры ширину кольца определяем из условия
где dБ – внутренний диаметр резьбы анкерной шпильки dБ =24 мм.
Определяем напряжение сжатия в бетоне
Выполняем проверку прочности для нижнего опорного кольца по условию
где - коэффициент определяем по графику [2] =068.
Условие прочности для нижнего опорного кольца выполняется.
Выполняем проверку прочности для верхнего опорного кольца по условию
где - коэффициент определяем по графику [2] =074;
FБ – площадь сечения анкерной шпильки FБ =4522 мм2.
Условие прочности для верхнего опорного кольца выполняется.
Определяем толщину ребра по формуле
где =2 – для опорного узла исполнения 3 [1].
Рисунок 9.2 – Опорный узел исполнения 4
Выполняем проверку выполнения условия напряжение изгиба в обечайке от действия верхнего опорного кольца
где - коэффициент для опорных узлов [2] =017.
- предельное напряжение изгиба в обечайке опоры.
h1 – высота нижнего опорного узла при b2 =
где - коэффициенты определяемые по формулам
Подставив значения имеем
Предельное напряжение изгиба в обечайке опоры определяем по формуле
где К21=12 – для рабочих условий;
nT=24 – коэффициент запаса прочности;
К20 – коэффициент определяемый по рисунку [2] на основании параметра .
Подставив найденные значения в формулу (9.10) получим
Условие прочности выполняется.
Проверяем выполнения условия необходимого диаметра анкерной шпильки по формуле
Условие выполняется.

Заключение.doc

В курсовом проекте разработан царговый колонный аппарат с насыпной насадкой. Определены основные расчетные параметры: по условиям работы аппарат относится к группе; для изготовления аппарата выбрали материал сталь 09Г2С; определили допускаемое напряжение для стали 09Г2С при tR=260 °С
[s]=1428 МПа; определен модуль продольной упругости и коэффициент температурного расширения материала α = 1559·10 10С; значения коэффициента прочности сварных швов j=1; определено расчетное давление рR=19 МПа условное давление =25 МПа пробное давление =3037 МПа; вычислены прибавки к расчетным толщинам стенки обечайки с=28 мм днища
сд =52 мм. Выполнен расчет на прочность и устойчивость корпуса аппарата от расчетного давления в результате которого определены толщины стенки и днища аппарата s=sд=8 мм. Выбраны стандартные штуцера и произведен расчет укрепления отверстий.
Выполнен выбор конструкции фланцевого соединения для разъема корпуса и его расчет. Определен вес аппарата при рабочих условиях GA=41 кН и выбрана опора 3 типа ОСТ 26-467-78 с наружными стойками под болты. Определены расчетные усилия для колонны от ветровых нагрузок. Аппарат проверен на прочность и устойчивость в результате совместного действия всех нагрузок. Сделан расчет элементов опоры колонного аппарата на прочность и устойчивость.
Аппарат удовлетворяет условиям прочности герметичности и устойчивости формы при заданных условиях.

4 Расчет укрепления отверстий.doc

4 Расчет укрепления отверстий
Цель расчета: определение размеров укрепляющих элементов
Исходные данные для расчета:
-расчетное наружное давление в колонне PR = 19 МПа;
-внутренний диаметр аппарата D = 400 мм;
-исполнительная толщина царги s = 8 мм;
-исполнительная толщина днища s = 8 мм;
-допускаемое напряжение при tR=260 °С; [s]260 = 1428 МПа;
-коэффициент прочности сварного шва j = 1;
-общая прибавка к толщине металла для корпуса колонны с = 28 мм;
-общая прибавка к толщине металла для штуцера cs = 2 мм.
Расчетная схема штуцера приведена на рисунке 4.1 конструкция штуцера показана на рисунке 4.2.
Рисунок 4.1 – Расчетная схема штуцера
Удаление материала стенки в вырезе эквивалентно удалению связей в системе и для сохранения ее равновесия необходима их компенсация.
Для изготовления штуцеров применяется сталь 09Г2С допускаемое напряжение для которой при tR = 260 °C равно [s]260 = 144 МПа.
Рисунок 4.2 – Конструкция штуцера
Таблица 4.1 — Таблица штуцеров
Условное давление Ру МПа
2Расчетные диаметры
2.1 Определение расчетных диаметров укрепляемых элементов
- для цилиндрической царги
DR = D = 400 мм. (4.1)
Для штуцеров A Б В И К1 К2 Л Р М1 М2 Ж1 Ж2 Жn Е Ш
- для эллиптических днищ при высоте днища H = 025×D
где x — расстояние от центра укрепляемого отверстия до оси
эллиптического днища.
2.2 Определение расчетных диаметров отверстия
Расчетный диаметр отверстия в стенке цпрги ось которой совпадает с нормалью к поверхности в центре отверстия определим по формуле
где d – внутренний диаметр отверстия штуцера;
Для штуцера Л под уклоном 45º
Для штуцеров Ж1 Ж2 Жn
Расчетная толщина стенки штуцера нагруженного как внутренним так и внешним давлением определяется по формуле
где j1 — коэффициент прочности продольного сварного соединения штуцера j1 = 1 [s1]=144 МПа.
4Расчетные длины штуцеров
Расчетные длины внешней и внутренней частей круглого штуцера показано на рисунке 4.3 участвующие в укреплении отверстий и учитываемые при расчете определяют по формулам
Длину внешней части l3 принимаем равной нулю.
Рисунок 4.3 – Схема укрепления отверстий в царге
5Определение типа отверстия
Отверстие считается одиночным если ближайшее к нему отверстие не оказывает на него влияния что имеет место когда расстояние между наружными поверхностями соответствующих штуцеров удовлетворяют условию
где - расчетные внутренние диаметры укрепляемого элемента мм.
Для отверстий находящихся на царге
На царгах и днищах взаимовлияющих отверстий нет т.к. расстояние между ними больше чем 9121 и 8076 мм соответственно.
6Условия укрепления одиночных отверстий
Расчетный диаметр одиночного отверстия не требующего дополнительного укрепления при отсутствии избыточной толщины стенки сосуда вычисляется по формуле:
- для эллиптического днища
Для штуцеров И К1 К2 Л Ш М1 М2 Д Е укрепление отверстий не требуется.
Для штуцеров А Б В Г Ж П требуется укрепление отверстий.
7 Расчет укрепления одиночных отверстий
При укреплении отверстия должно выполняться условие
l1R×(s1 - s1R - cs)×x1 + l2R×s2×x2 + l3R×(s3 - 2cs)×x3 +
+ lR×(s - sR - c) ³ 05×(dR - d0R)×sR (4.12)
где s1 s2 s3 — исполнительные толщины стенок штуцера накладного кольца внутренней части штуцера соответственно мм.;
cш — сумма прибавок к расчетной толщине стенок штуцера мм;
lR — расчетная ширина зоны укрепления в окрестности штуцера мм.
Рассчитаем укрепление отверстий для штуцеров А П (Dy = 250)
Ширина зоны укрепления в царгах и днищах
Расчетная ширина зоны укрепления в стенке царги
где lk – расстояние от наружной стенки штуцера до ближайшего несущего
Расчётная ширина накладного кольца
где s = s2 - толщина стенки царги и укрепляющего кольца мм; s1 = s2 =
Подставив значения получим
Отношения допускаемых напряжений
где []1 – допускаемое напряжение для материала внешней части штуцера при расчетной температуре []1 = 1428 МПа;
[] – допускаемое напряжение для материала днища при расчетной температуре [] = 148 МПа.
При применении штуцеров и днища изготовленных из одного материала получим следующие значения отношений
Определим наибольший расчетный диаметр отверстия не требующего укрепления по формуле
Все найденные значения подставляем в формулу (4.13):
73×(12-154-2)×1+72×8×1+456×(8-268-28)³05×(260-1824)×268
32×(6-093-2)×1+72×8×1+456×(8-268-28)³05×(157-1824)×268
87×(5-078-2)×1+72×8×1+456×(8-268-28)³05×(132-1824)×268
49×(8-093-2)×1+72×8×1+456×(8-268-28)³05×(158-1824)×268
2×(12-092-2)×1+72×8×1+456×(8-268-28)³05×(155-1824)×268
Условие выполняется.
Допускаемое наружное давление определяется по формуле
где - допускаемое давление из условия прочности;
- допускаемое давление из условия устойчивости.
где к1=1 — для цилиндрических царг и конических переходов;
к1=2 — для выпуклых днищ;
где j1 — коэффициент прочности продольного сварного соединения штуцера.
Рассчитаем допускаемое наружное давление для штуцеров А и П
Аналогично произведем расчет штуцеров Б В Г Ж1 Ж2 Жn и сведем полученные результаты в таблицу 4.2
Таблица 4.2 – Результаты расчета укрепления штуцеров
Вывод: применение укрепляющих колец удовлетворяет допускаемому давлению так как выполняется условие:

11.doc

Библиографический список
Лащинский А.А. Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета химический аппаратуры: Справочник. – Л.: Машиностроение 1970.
Лащинский А.А. Конструирование сварных химических аппаратов: Справочник. – Л.: Машиностроение. Ленинград. Отд. НИС 1981.
Смирнов Г.Г. и др. Конструирование безопасных аппаратов для химических и нефтехимических производств. – Л.: Машиностроение 1988.
Судаков Е.Н. Расчеты основных процессов и аппаратов нефтепереработки – М.: Химия 1979.
Вихман Г.Л. Круглов С.А. Основы конструирования аппаратов и машин нефтеперерабатывающих заводов. – М.: Машиностроение 1978.
ГОСТ 14249-89. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность.

Содержание.doc

Конструкция аппарата и условия эксплуатации
Основные расчетные параметры
Расчет на прочность и устойчивость корпуса аппарата от расчетного
Расчет укрепления отверстий
Выбор фланцевого соединения для разъема корпуса и его расчет
Расчет весовых характеристик аппарата
Расчет на ветровую нагрузку
Расчет корпуса аппарата от совместного действия всех нагрузок
Расчет опоры аппарата
Библиографический список

6 Расчет весовых характеристик аппарата.doc

6 Расчет весовых характеристик аппарата
Цель расчета: определить вес аппарата в рабочих условиях с учетом веса всех конструктивных элементов.
Исходные данные: диаметр аппарата D = 400 мм; толщина стенки цилиндрической обечайки s = 8 мм; толщина стенки эллиптического днища s1 = 8 мм; прибавка на коррозию c = 28 мм; плотность стали rМ = 7850 кгм3; плотность изоляционного материала rИЗ = 300 кгм3; длина цилиндрической части корпуса НЦ = 8490 мм; толщина изоляции SИЗ = 80 мм; тип насадки – насыпная; высота опоры аппарата НОП = 1200 мм.
1 Расчет веса аппарата
Вес аппарата при рабочих условиях рассчитывается по формуле
GA = GK + GИЗ + GН.У + GВ.У + GЖ (6.1)
где GИЗ - вес изоляции кН;
GН.У - вес наружных устройств кН;
GВ.У - вес внутренних устройств кН;
GЖ - вес жидкости кН;
GK - вес корпуса определяется по следующей формуле
где GЦ - вес цилиндрической части корпуса кН;
GЦ = p×(D + s)×s×HЦ×rм×g (6.3)
где HЦ высота цилиндрической части корпуса HЦ = 849 м;
rм плотность металла кгм3 rм = 7850 кгм3.
где F - площадь днища F = 0416 м2;
s1 - толщина днища s1 = 0008 м.
Подставив числовые данные в формулы (6.2) (6.3) и (6.4) получим
GЦ=314×(1 + 0008)×0008×849 ×7850×981=1655 кН;
GД=0416×0008×7850×981=026 кН;
GK=1655 + 2×026 = 1707 кН.
Найдем вес изоляции цилиндрической части корпуса
Gиз.ц=p×(D+2×s+sиз.)×sиз×HЦ×rиз.×g (6.5)
где sиз. – толщина изоляции sиз = 008 м;
rиз. – плотность изоляции rиз = 300 кгм3.
Подставив числовые данные получим
Gиз.ц=314×(04+2×0008+008)×008×849×300×981=31 кН.
Найдем вес изоляции днищ
GИЗд=Fд×sиз×rиз×g; (6.6)
GИЗд=0416×008×300×981=0098 кН.
Определим общий вес изоляции
GИЗ=GИЗц+2×GИЗд (6.7)
GИЗ = 31 + 2×0098 = 3296 кН.
Вес внутренних устройств определим по формуле
где nт - число тарелок nт=2 шт.;
Мт1 - масса тарелки типа ТСН-2 Мт=85 кг по ОСТ 26-666-72;
Мт2 - масса тарелки типа ТСН-3 Мт=72 кг по ОСТ 26-666-72;
Мот – масса сетчатого отбойника Мот = 34 кг;
Vн – объем насыпной насадки вычисляемый по формуле
где hн - высота насыпной насадки hн = 1000 мм.
Подставим значения в формулы (6.8) и (6.9) получим
Определим вес жидкости в рабочих условиях
GЖ=(p×D24)×HЖ×rж×g+Vд×rж×g (6.9)
где HЖ - высота слоя жидкости HЖ=13 м;
rж - плотность жидкости rж=6094 кгм3;
Vд - объем днища Vд=005 м3.
GЖ=(314×0424)×13×6094×981+005×6094×981 = 1275 кН.
Определим вес наружных устройств по формуле
Gн.у.=01×1707 = 1707 кН.
Подставив числовые значения в формулу (6.1) получим
GA=1707 + 7075 + 1707 + 37 + 1275 = 3088 кН.
Найдем вес аппарата при монтаже
GА.М. = GА - GЖ; (6.11)
GA.М= 3088 – 1275 = 2955 кН.
Определим максимальный вес аппарата
GAmax = GK+GНУ+GВУ+Gиз.+GВ (6.12)
где GВ вес воды при гидроиспытаниях :
GВ=((p×(DB)24)×HЦ+2×Vд)×(rводы)20×g; (6.13)
GB = ((314×042 4)×849+2×005)×1000×981 =1144 кН;
GАmax= 1707 + 7075 + 1707 + 37 + 1144 = 41 кН.
Опора выбирается с учетом минимального веса аппарата GА=3088 кН. Подбираем стандартную опору для аппарата. Согласно ОСТ 26-467-78 выбираем цилиндрическую опору типа 3 (см. рисунок 6.1). Размеры опоры приведены в таблице 6.1.
Рисунок 6.1 – Конструкция цилиндрической опоры тип (3)
Таблица 6.1 - Размеры цилиндрической опоры ОСТ 26-467-78
Приведенная нагрузка МН
Определим вес опоры аппарата по формуле
где GЦ.ОП – вес цилиндрической части опоры;
GК1.ОП – вес верхнего кольца цилиндрической части опоры;
GК2.ОП – вес нижнего кольца цилиндрической части опоры.
Подставив числовые значения в формулы 6.15 6.16 и 6.17 получим
Подставив числовые значения в формулу 6.14 получим

8_Расчет корпуса аппарат.doc

8 Расчет корпуса аппарата от совместного действия всех нагрузок
Цель расчёта: Проверка аппарата на прочность и устойчивость в результате совместного действия всех нагрузок.
Расчёт проводим по ГОСТ 51274-99.
pR – расчётное давление pR = 19 МПа;
D – внутренний диаметр аппарата D = 400 мм;
s – толщина стенки аппарата s = 8 мм;
c – сумма прибавок к толщине стенки c = 28 мм;
F–расчётное осевое сжимающее усилие в сечении Х-Х F=00247 МН ;
М – расчётный изгибающий момент в сечении Х-Х М = 0009 МН×м ;
F–расчётное осевое сжимающее усилие в сечении У-У F=00309 МН ;
М – расчётный изгибающий момент в сечении У-У М = 00135 МН×м ;
F–расчётное осевое сжимающее усилие в сечении Z-Z F=00313 МН ;
М – расчётный изгибающий момент в сечении Z-Z М =00151 МН×м ;
fт – коэффициент прочности кольцевого сварного шва fт =1;
fp – коэффициент прочности продольного сварного шва fp=1.
Расчетная схема приведена на рисунке 8.1.
1 Расчет аппарата на прочность
Продольные напряжения определяем по следующим формулам:
- на наветренной стороне
- на подветренной стороне
где с – прибавка к расчетной толщине м.
Рисунок 8.1 – Расчетная схема аппарата
Результаты расчета по формулам (8.1) (8.2) сведены в таблицу 8.1.
Таблица 8.1 – Определение продольных напряжений
Кольцевые напряжения определяем по формуле:
Эквивалентные напряжения определяем по формулам:
на наветренной стороне
на подветренной стороне
Проверку условий прочности проводим по следующим формулам:
на наветренной стороне
на подветренной стороне
где [] – допускаемое напряжение для материала аппарата МПа;
φr – коэффициент прочности сварных швов φr = 09.
Результаты расчета кольцевых и эквивалентных напряжений по формулам (8.3) (8.4) и (8.5) приведены в таблице 8.2.
Проверку условий прочности проводим по формулам (8.6 ) и (8.7 ) результаты расчета представим в таблице 8.3.
Таблица 8.2 – Определение эквивалентных напряжений
Таблица 8.3 – Проверка условий прочности
Проверка условия прочности
В выбранных сечениях аппарат отвечает условиям прочности.
2 Проверка устойчивости аппарата
Проверку устойчивости для каждого расчетного сечения проводим по формуле
где [F] [M] [Р] – допускаемые нагрузки определяемые в соответствии с ГОСТ 14249-80.
Допускаемую осевую сжимающую силу определяем по формуле
где [F]П [F]Е – допускаемая осевая сжимающая сила соответственно из условий прочности и устойчивости в пределах упругости определяем по формулам
где - допускаемые осевые сжимающие усилия из условий местной устойчивости в пределах упругости и из условия общей устойчивости соответственно
где nУ =24 – коэффициент запаса устойчивости;
– приведенная гибкость центрально-сжатой тонкостенной обечайки =371.
Допускаемый изгибающий момент определяем по формуле
где [М]П [М]Е – допускаемые изгибающие моменты соответственно из условий прочности и устойчивости в пределах упругости.
Подставим значения в формулы (8.8) - (8.16) Результаты расчета на устойчивость сведем в таблицы 8.4 8.5.
Таблица 8.4 – Результаты расчета устойчивости аппарата
Таблица 8.5 - Проверка устойчивости для каждого расчетного сечения
Для сечений X – X Y – Y и Z – Z условие устойчивости выполняется.
В результате проверки сечений колонны на прочность и устойчивость от совместного действия нагрузок можно сделать вывод что рассчитываемый аппарат удовлетворяет требованиям прочности и устойчивости.

Введение.doc

Аппараты химических и нефтехимических производств предназначены для осуществления в них химических или физико-химических процессов (химическая реакция теплообмен без изменения агрегатного состояния испарение конденсация кристаллизация растворение выпарка ректификация абсорбция адсорбция сепарация фильтрация т. д.) а так же для хранения и перемещения в них различных химических веществ
Конструкция машины или аппарата разрабатывается в зависимости от технологических требований предъявляемых к оборудованию условий эксплуатации. К основным требованиям относятся: назначение аппарата или машины среда техническая характеристика параметры технологического процесса размеры а также надёжность и безопасность.
Конструирование химического оборудования следует производить с использованием наибольшего количества стандартных узлов и деталей проверенных в изготовлении и эксплуатации. Также изделие должно быть технологичным с минимальными потерями недорогое по сборки и изготовлению ремонтопригодным и транспортабельным.
Целью курсового проектирования является разработка конструкции и расчёт колонного аппарата с насыпной насадкой царговый предназначенного для процесса ректификации.
В качестве насадок используются твердые тела различной формы изготовленные из металла керамики пластмассы и т.п. которые загружаются в корпус колонны в навал или укладываются определенным образом. В результате образуется сплошная структура с развитой поверхностью благодаря чему обеспечивается значительная поверхность контакта фаз. Существуют следующие виды насадок: кольца Рашига хордовая насадка седлообразная кусковая насадка и др.