123357 (Модернизация основного оборудования блока регенерации растворителя на установке депарафинизации масел), страница 4

Рr = , где Вт/м∙К – теплопроводность обводненного растворителя

Рr =

Коэффициент теплопередачи к обводненному растворителю

=

= Вт/м²∙К

Коэффициент теплопередачи от конденсирующего пара, согласно [6],

= 10000 Вт/м²∙К

Коэффициент теплопередачи определяем по формуле :

К= , где (3.39.)

Где λ =46 Вт/м∙К – теплопроводность углеродистой стали

- термическое сопротивление обводненного растворителя

- термическое сопротивление со стороны пара (конденсата)

Тогда К= Вт/м²К

Требуемая поверхность теплообменника составляет :

F= F= м²

Согласно [6] следует, что подходит кожухотрубчатый теплообменник с U-образными трубками длиной L=2,0 м и номинальной поверхностью =12,5 м² .

При этом запас Δ= =25%

3.3. Прочностной расчет основных элементов оборудования

3.3.1 Расчет ректификационной колонны

3.3.1.1 Целью расчета является определение толщины стенки обечайки корпуса аппарата, работающего под внутренним давлением.

3.3.1.2 Исходные данные для расчета

- внутренний диаметр обечайки D=0,5 м

- рабочая температура Т=100˚С

- рабочее давление Р= 0,02 МПа

- материал обечайки сталь ВСт3сп

3.3.1.3 Расчет обечайки аппарата

Толщина обечайки корпуса аппарата определяется из условия прочности и устойчивости. Расчет ведем согласно [7],

Исполнительная толщина обечайки аппарата

S≥Sp+С(3.40.)

Где Sp – расчетная толщина обечайки , м;

С=С₁+С₂+С₃ – суммарная прибавка к расчетной толщине стенки, м;

С₁= 0,002м – прибавка для компенсации коррозии и эрозии.

С₂= С₃=0 – прибавка для компенсации минусового допуска и технологического допуска соответственно.

Расчетная толщина обечайки аппарата определяется по формуле :

Sp = , где φ =1 – коэффициент прочности сварного шва (3.41.)

[σ] = 149 МПа – допускаемое напряжение для стали ВСт3сп при t=100˚C

Sp =

S ≥ 0,0011+0,002 = 0,0032 м

Принимаем толщину стенки обечайки S=5 мм

Пробное давление определяем по формуле :

Р_пр = 1,25∙р∙ , (3.42.)

где [σ]²⁰ = 154 МПа – допускаемое напряжение для стали

ВСт3сп при t=20˚C

Р_пр = 1,25∙0,02∙ МПа.

Давление при гидроиспытании определяем по формуле :

Р_г.u = Р_пр +P_{г ,} где P_г = =1000∙9,81∙9,5=0,09 МПа (3.43.)

Р_г.u =0,08+0,09=0,17 МПа

Проверяем выполнение условия :

Р_г.u < P∙1,35 Р_г.u < 0,02∙1,35 МПа 1,02>0,028 (3.44)

Условие не выполняется, следовательно нужно производить расчет при гидроиспытании.

Толщина стенки обечайки при гидроиспытании определяется по формуле:

Sp₁ = , (3.45.)

где - допускаемое напряжение при гидроиспытании. (3.46.)

МПа – предел текучести для стали ВСт3сп при t = 20˚C

МПа, тогда Sp₁ =

S≥0,0013+0,002=0,0033 м

Исходя из конструктивных соображений принимаем толщину стенки обечайки S=0,009 м, так как обечайка изготавливается из трубы ø529x9 мм.

Проверяем выполнение условия устойчивости обечайки по формуле:

где F – осевая сжимающая сила МН; (3.47.)

- допускаемая осевая сжимающая сила, МН;

М – изгибающий момент, действующий на колонну от ветра МН∙м;

- допускаемый изгибающий момент от ветровой нагрузки, МН∙м;

Допускаемая осевая сжимающая сила рассчитывается по формуле :

, (3.48)

где - допускаемая осевая сжимающая сила из условия

прочности, МН; (3.49.)

-допускаемая осевая сжимающая сила из условия устойчивости Мн; (3.36)

Допускаемая осевая сжимающая сила из условия местной устойчивости в пределах упругости определяется по формуле :

(3.50.)

Допускаемая осевая сжимающая сила из условия общей устойчивости в пределах упругости определяется по формуле :

; (3.51.)

Где Е=1,91∙10⁵ МПа – модуль продольной упругости

=2,4 – коэффициент запаса прочности.

= 2,83∙ℓ_пр/(D+S–c) – гибкость ,(3.52.)

где ℓ_пр = 23,4 – приведенная расчетная длина обечайки

ℓ_пр = 2∙9,=19 м (3.53.)

= , тогда

=

МН

= min =0,44 МН

= π∙(0,5+0,009-0,002)∙(0,009-0,002)∙149=1,7 МН

= МН

Допускаемый изгибающий момент определяется по формуле :

, (3.54.)

Где = 0.25π∙D∙(D+S-c)∙(S-c)∙ - допускаемый изгибающий момент из условия прочности , МН∙м (3.55.)

- допускаемый изгибающий момент из

условия устойчивости в пределах упругости, МН∙м

=0,25∙3,14∙0,5∙(0,5+0,009-0,002) ∙(0,009-0,002) ∙149=0,21 МН∙м

= МН∙м

МН∙м

Осевая сжимающая сила в рабочих условиях определяется по формуле:

, где

- вес обечайки колонны, МН(3.56.)

(3.57)

= 7850 кг/м³ – плотность углеродистой стали ;

= 0,0025 м³ – объем днища;

= 0,0118 МН- вес внутренних устройств (3.58.)

= 0,0014 МН – вес среды в аппарате

= 2∙0,31∙0,008∙7850∙9,81=381,96Н=0,000381 МН

= 0,011 Мн – вес изоляции

= МН

= 0,0139+0,000381+0,0118+0,0014+0,011=0,03848 МН

Для определения изгибающих моментов, для разных состояний аппарата воспользуемся программой расчета изгибающего момента от ветровой нагрузки

« STR 3» на ЭВМ. Данные расчета приведены на рисунке 3.2.

Подставляя полученные данные в формулу (3.47) получаем

- условие устойчивости аппарата в рабочих условиях :

получим <1

Устойчивость обечайки при S= 0,009 м обеспечивается

3.3.1.4 Расчет эллиптического днища аппарата

Целью расчета является определение толщины днища аппарата, нагруженного внутренним избыточным давлением. Расчетная схема днища показана на рисунке 3.3

Данные для расчета :

- внутренний диаметр днища D=0,5м

- рабочее давление Р = 0,02 МПа

- рабочая температура Т= 100˚С

- материал днищасталь ВСт 3 сп

Расчетная толщина стенки днища определяется из условия прочности [7].

Исполнительная толщина стенки днища аппарата определяется по формуле:

S≥ +c

Расчетная толщина стенки днища определяется по формуле:

= , (3.59.)

где R=D –для эллиптических днищ с Н=0,25 D

=149 МПа – допускаемое напряжение для стали ВСт 3 сп при Т=100˚С

= S≥0,0001+0,002=0,0021 м

Принимаем толщину стенки днища S=5 мм.

Из приведенных выше расчетов, видим, что необходимо производить расчет при гидроиспытании.

Толщина днища при гидроиспытании определяется по формуле :

= (3.60.)

Sp≥ 0,0013+0,002=0,0033 м

Принимаем толщину стенки днища S=0,008м из условия лучшей свариваемости.

3.3.1.5 Расчет укрепления отверстия

Целью расчета является укрепление отверстия в стенке корпуса колонны, работающего под внутренним давлением.

Расчетная схема приведена на рисунке 3.4.

Данные для расчета :

нутренний диаметр обечайки D=0,5м

- исполнительная толщина стенки обечайки S=0,009м

- диаметр условного прохода штуцера d_у = 250 мм

Расчет ведем согласно [8],

Отверстие считается одиночным, если ближайшее к нему отверстие не оказывает на

него влияния, и удовлетворяет условию :

в ≥ (3.61.)

где в =0,5м – расстояние между смежными отверстиями

= 0,5м – расчетный диаметр укрепляемого элемента для цилиндрической обечайки, тогда :

в ≥ =0,12м

0,5>0,12 – условие (3.49) выполняется.

Определяем диаметр отверстия, не требующего укрепления, считая, что все отверстия аппарата являются одиночными.

, (3.62.)

Где = 0,0013м – расчетная толщина стенки обечайки

S = 0,009м – исполнительная толщина стенки обечайки

= 2∙

То есть отверстие d_у = 250мм не требует укрепления.

3.3.1.6 Расчет опоры

Целью расчета является выбор стандартной опоры и расчет ее элементов.

Расчетная схема показана на рисунке 3.5.

Данные для расчета :

- внутренний диаметр обечайкиD=0,5м

- рабочая температура t = 100˚C

- материал опоры сталь ВСт 3 сп

Определяем максимальную и минимальную приведенные нагрузки для выбора стандартных опор.

, где (3.63.)

М₁ = 82499 Н – изгибающий момент в нижнем сечении опорной обечайки в рабочих условиях.

М₂ = 81939 Н- изгибающий момент в нижнем сечении опорной обечайки в условиях гидроиспытания.

F₁ = 48100 H- осевая сжимающая сила в рабочих условиях.

F₂ = 54300 H - осевая сжимающая сила в условиях гидроиспытания.

(3.64.)

где М₃ = 29918 Н – изгибающий момент в нижнем сечении опорной обечайки в условиях монтажа (без теплоизоляции);

F₃ = 35700 Н – осевая сжимающая сила в условиях монтажа (без теплоизоляции)

По найденным и в соответствии [ 3 стр. 288] выбираем опору типа

3 – 500 –160 –80 – 4000 ОСТ 26 – 467–78.

Опора имеет следующие параметры :

D₁ = 700 мм, D₂ = 450 мм, D_б = 620 мм ;

d = 45 мм, d₁ = 70 мм , d = М30, n=10, S₁ = 9 мм

S₂ = 20 мм, S₃ = 20 мм, h = 300 мм

Проверка опоры для рабочих условий.

Прочность сварного соединения опоры с корпусом определяется условием:

(3.65.)

где = 149 МПа – допускаемое напряжение для материала корпуса аппарата в сечении z-z при t = 100˚С;

= 149 МПа – допускаемое напряжение для материала опоры в сечении z-z при t = 100˚С.

= 0,7 – коэффициент прочности сварного шва [ 3 стр. 306]

= 9 мм – расчетная толщина сварного шва , тогда

32,4 МПа<104,3 МПа – условие выполняется.

Проверяем условие устойчивости в сечении y-y

(3.66.)

где - допускаемая осевая сжимающая сила, МН(3.67.)

- допускаемая осевая сжимающая сила из условия прочности, МН; (3.54)

- допускаемая осевая сжимающая

сила из условия устойчивости, МН;(3.68.)

где - допускаемое напряжение для стали ВСт 3 сп при t=20˚С

Е = 1,99∙10⁵ МПа – модуль продольной упругости;

D = 0,5м – диаметр нижней части опоры.

= 3,14∙(0,5+0,009-0,002) ∙(0,009-0,002) ∙154=1,72 МН

=

МН

Допускаемый изгибающий момент находим по формуле:

(3.69.)

(3.70.)

(3.71.)

Тогда МН∙м

МН∙м

МН∙м

Проверяем выполнение условия устойчивости сечения: Y-Y

0,28<1 – условие выполняется

Проверка ширины и толщины опоры кольца

Ширина кольца: = 0,5∙ (3.72.)

Она должна удовлетворить условию:

, (3.73.)

где - болтовой окружности диаметр.

=10 МПа – допускаемое напряжение сжатия бетона фундамента (марка 500 СНиП 131-6г )[3стр.302],

Тогда =

> = 0,027м – условие выполняется

Толщина нижнего опорного кольца S₂ = 0,02 м и должна удовлетворять условию:

S₂ ≥ = (3.74.)

Где х₁ – коэффициент определяемый в зависимости от параметра

Принимаем = 1 [3 стр. 309]

х₁ = 0,5

= 0,5∙(D₁-D*-S₁) – ширина кольца выступающая наружу от обечайки опоры, (3.75.)

где D*= 0,5м – диаметр опоры.

= 0,5∙(0,75-0,5-0,009) = 0,121м

= - напряжение сжатия в бетоне, МПа (3.76.)

= МПа

> = 0,0135м – условие выполняется.

оверка опоры для условий гидроиспытаний:

Проверка прочности сварного шва (соединения) корпуса с опорой выполняется

по формуле:

(3.77.)

МПа

3,26 МПа < 107,8 МПа – условие выполняется.

Проверка устойчивости в сечении Y-Y выполняется по формуле :

(3.78.)

По формулам (3.67.) – (3.71.) для сечения Y-Y имеем:

МПа ; МН∙м

Проверяем выполнение условия :

- условие устойчивости выполняется.

Проверка ширины и толщины опорного кольца по формуле (3.79.):

= 0,175м > =0,027м – условие выполняется.

Расчетная толщина опорного кольца определяется по формуле (3.80)

= 0,015м

> = 0,015м – условие выполняется.

Расчет показал, что выбранная опора обладает достаточной прочностью и устойчивостью.

3.3.1.7 Расчет болтов фланцевого соединения

Целью расчета является проверка болтов фланцевого соединения на прочность. Расчетная схема приведена на рисунке 3.6.

Данные для расчета:

= 500мм =40мм z = 16

= 640мм = М 20

= 600мм =23мм

= 562мм = 2м

Материал фланца - сталь ВСт 3 сп. Материал прокладки - паронит марки ПОН. Материал болтов – сталь 35.

Расчет вспомогательных величин.

Эффективная ширина прокладки :

=21,2мм

Характеристику прокладки принимаем по [11]

m=2,5

20 МПа – удельное давление обжатия;

= 130 МПа – допускаемое удельное давление;

К = 0,9 – коэффициент обжатия.

= 2∙10³ МПа – условный модуль сжатия