Диссертация (Особенности прочностного расчета и конструирования сосудов и аппаратов сернокислотного производства)

СодержаниеУсловные обозначения ........................................................................................... 6Введение ................................................................................................................. 10Глава 1. Состояние вопроса расчета на прочность технологическогооборудования сернокислотного производства ................................................... 171.1. Анализ основ конструирования сосудов и аппаратов химической,нефтехимической, нефтегазоперерабатывающей отраслей промышленности................................................................................................................................. 171.2. Этапы создания норм и методов расчета на прочность сосудов иаппаратовхимической,нефтехимической,нефтегазоперерабатывающейотраслей промышленности ..................................................................................

181.2.1. Сборник национальных стандартов «ГОСТ Р 52857.1-2007» - «ГОСТ Р52857.12-2007»....................................................................................................... 231.2.1.1. «ГОСТ Р 52857.1-2007 "Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчетана прочность.

Общие требования"» .................................................................... 241.2.1.2. «ГОСТ Р 52857.2-2007 "Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчетана прочность. Расчет цилиндрических и конических обечаек, выпуклых иплоских днищ и крышек"» ...................................................................................

251.2.1.3. «ГОСТ Р 52857.3-2007 "Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчетана прочность. Укрепление отверстий в обечайках и днищах при внутреннем ивнешнем давлении. Расчет на прочность обечаек и днищ при внешнихстатических нагрузках на штуцер"» .................................................................... 261.2.1.4.

«ГОСТ Р 52857.4-2007 "Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчетана прочность. Расчет на прочность и герметичность фланцевых соединений"»................................................................................................................................. 271.2.1.5. «ГОСТ Р 52857.5-2007 "Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчетана прочность обечаек и днищ от воздействия опорных нагрузок"» ................

3021.2.1.6. «ГОСТ Р 52857.6-2007 "Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчетана прочность. Расчет на прочность при малоцикловых нагрузках"» .............. 311.2.1.7. «ГОСТ Р 52857.7-2007 "Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчетана прочность. Теплообменные аппараты"» ........................................................ 311.2.1.8. «ГОСТ Р 52857.8-2007 "Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчетана прочность. Сосуды с рубашками"» ................................................................ 321.2.1.9.

«ГОСТ Р 52857.9-2007 "Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчетана прочность. Определение напряжений в местах пересечения штуцеров собечайками и днищами при воздействии давления и внешних нагрузок наштуцер"»................................................................................................................. 321.2.1.10. «ГОСТ Р 52857.10-2007 "Сосуды и аппараты.

Нормы и методырасчета на прочность. Сосуды и аппараты, работающие с сероводороднымисредами"» ............................................................................................................... 331.2.1.11. «ГОСТ Р 52857.11-2007 "Сосуды и аппараты. Нормы и методырасчета на прочность. Метод расчета обечаек и днищ с учетом смещениякромок сварных соединений, угловатости и некруглости обечаек"» .............. 341.2.1.12. «ГОСТ Р 52857.12-2007 "Сосуды и аппараты. Требования к формепредставления расчетов на прочность, выполняемых на ЭВМ"» ....................

341.3. Особенности конструирования и расчета на прочность и устойчивостьнекоторыхвидовтехнологическогооборудованиясернокислотногопроизводства .......................................................................................................... 351.3.1. Конструкции днищ сосудов и аппаратов .................................................. 351.3.2. Промышленное получение серной кислоты ............................................

391.3.3. Аппаратура контактного отделения. Контактные аппараты .................. 411.3.4. Абсорбционные колонны ........................................................................... 431.3.5. Конструкции резервуаров для серной кислоты ....................................... 4431.4. Программные решения для конструирования, расчета и анализа сосудови аппаратов.............................................................................................................

471.5. Основные выводы по анализу основ конструирования сосудов иаппаратовхимической,нефтехимической,нефтегазоперерабатывающейотраслей промышленности .................................................................................. 50Глава 2. Особенности конструирования и проведения прочностных расчетовконтактных аппаратов сернокислотного производства .................................... 52Глава3.Особенностирасчетаиконструированиягоризонтальныхрезервуаров ............................................................................................................

603.1. Расчет и конструирование обечаек горизонтальных резервуаров ............ 603.2. Расчет и конструирование днищ горизонтальных резервуаров ................ 663.2.1. Расчет и конструирование днищ с радиальными ребрами жесткости .. 673.2.2. Анализ напряженного состояния гладких плоских круглых днищгоризонтальных резервуаров ...............................................................................

753.2.3. Экспериментальные исследования деформации и разрушения тонкихплоских круглых днищ цилиндрического сосуда .............................................. 85Глава 4. Особенности расчета и конструирования вертикальных резервуаровдля хранения серной кислоты ..............................................................................

994.1. Анализ нормативной документации по расчету обечаек вертикальныхрезервуаров и аппаратов ....................................................................................... 994.2.Определениерациональныхконструктивныхпараметровднищвертикальных резервуаров и аппаратов для агрессивных сред .....................

105Заключение .......................................................................................................... 120Список литературы ............................................................................................. 122Приложение А. Патент на изобретение RU № 2530957 «Горизонтальныйрезервуар на седловых опорах» ......................................................................... 1334Приложение Б Копии актов о внедрении результатов диссертационнойработы в промышленность ................................................................................. 1395Условные обозначениясD0DpDtmd0e[F]fрG–––––––––GБggсgm––––gngn––gt–H1h3––К9–L–lM, M0MМс[М]M1, М2М12Мij––––––––m1m2m3mgmpР1Р2–––––––прибавка к расчетной толщине стенки, мм;внутренний диаметр контактной массы, мм;расчетный диаметр днища, мм;минусовой допуск на прокат для соответствующего пояса;наружный диаметр центральной втулки, мм;длина свободно выступающей части эквивалентного сосуда, м;допускаемое осевое сжимающее усилие, Н;коэффициент прочности продольного сварного шва;вес одного погонного метра днища в диаметральном сеченииперпендикулярном продольным балкам, Н;вес одного погонного метра опорных балок, Н;ускорение свободного падения, м/с2;коэффициент условий работы;коэффициент надежности по материалу, изменяющийся впределах от 1.025 до 1.1 в зависимости от стандарта на прокат;коэффициент надежности по назначению для резервуаров;коэффициент надежности по опасности, принимающийся от 1.0до 1.2 в зависимости от класса опасности;температурный коэффициент, при температуре ниже 100 °Сравен 1;высота втулки, мм;расстояние от нижней поверхности днища до нижнего торцавтулки, мм;коэффициент, учитывающий частичное заполнение резервуаражидкостью;длина цилиндрической части корпуса сосуда, включая длинуцилиндрической отбортовки днища, м;длина опорных балок, м;изгибающий момент, Н·м (МН·м);расчетный изгибающий момент, Н·м (МН·м);суммарный изгибающий момент, H·м;допускаемый изгибающий момент, Н·м (МН·м);изгибающий момент над опорами 1 и 2, Н·м (МН·м);изгибающий момент между седловыми опорами, Н·м (МН·м);изгибающий момент в сечении над опорой или между опорами,Н·м (МН·м);масса гладкого днища без втулки, кг;масса ребер, кг;масса втулки, кг;материалоемкость гладкого днища, кг;материалоемкость оребренного днища, кг;нагрузка на балки от сопротивления слоя контактной массы, Н;нагрузка на балки от веса слоя контактной массы, Н;6Р3Р4Р5Р6РобшQ[Q]Q0Qпqq1RRkRoRyRynrrсS1рs[s]s1s2scr1scr2tBtвхxLWWσzρρ0Δσ1[]20,[]tφ– нагрузка от сопротивления слоя кварца, расположенного подконтактной массой, Н;– нагрузка от веса слоя кварца, Н;– нагрузка от веса колосника, Н;– нагрузка от собственного веса балки, Н;– суммарная нагрузка, Н;– расчетное поперечное усилие, Н;– допускаемое поперечное усилие, Н;– дополнительное усилие, действующее на центральную частьднища с ребрами, H;– поперечная (срезывающая) сила, действующая на балку, Н;– распределенная нагрузка, МН/м;– распределенная нагрузка от давления слоя, Н/м;– расчетный параметр;– реакция опоры на центральной колонне под опорной балкой, Н;– реакция опоры на обечайке под опорной балкой, Н;– расчетное сопротивление материала, МПа;– расчетное сопротивление материала, МПа;– радиус срединной поверхности пояса стенки резервуара, м;– плотность стали, кг/м3;– расчетная толщина стенки днища резервуара, м;– исполнительная толщина стенки обечайки, м;– допускаемое напряжение при расчетной температуре, Па;– исполнительная толщина стенки днища, мм;– кольцевое напряжение, Па;– первое (меридиональное) критическое напряжение, Па;– второе (кольцевое) критическое напряжение, Па;– минимальной расчетной толщины стенки при условияхэксплуатации, м;– толщина втулки, мм;– расстояние от конца балки, расположенного на колонне, дорассматриваемого сечения балки, м;– расстояние от дна до нижней кромки пояса, м;– осевой момент сопротивления, МН·м;– момент сопротивления поперечного сечения опорной балки,Н·м;– расстояние от дна до нижней кромки пояса, м;– плотность среды или продукта, кг/м3;– относительный радиус втулки, мм;– ширина полки балки, мм;– меридиональное напряжение, Па;– допускаемые напряжения для материала соответственно при20 °С и расчетной температуре t, МПа;– коэффициент прочности сварных швов.7Дополнительные обозначения по главамГлава 2.