Диссертация (Особенности прочностного расчета и конструирования сосудов и аппаратов сернокислотного производства), страница 2

Особенности конструирования и проведения прочностныхрасчетов контактных аппаратов сернокислотного производстваHhP[σ]––––высота балки, м;высота балки без учета толщины стенок, м;давление слоя и колосника, Па;допускаемые напряжения, Па.Глава 3. Особенности расчета и конструирования горизонтальныхрезервуароваHРp[σ]– длина выступающей цилиндрической части сосуда, включаяотбортовку днища, м;– высота выпуклой части днища по внутренней поверхности безучета цилиндрической отбортовки, м;– расчетное давление, МПа;– расчетное внутреннее избыточное давление, Па (МПа);– допускаемое напряжение для обечайки, МПа.Глава 3.2.1. Расчет и конструирование днищ с радиальными ребрамижесткостиDhn[p]Sps1[σ]––––внутренний диаметр сосуда или аппарата, мм;высота ребра, мм;количество ребер жесткости;допускаемое избыточное давление, действующее на днище,Па (МПа);– толщине ребра жесткости, мм;– исполнительная толщина стенки днища, мм;– допускаемое напряжение при расчетной температуре, МПа.Глава 3.2.2.

Анализ напряженного состояния гладких плоских круглыхднищ горизонтальных резервуаровР– расчетное давление, МПа.Глава 4. Особенности расчета и конструирования вертикальныхрезервуаров для хранения серной кислотыаbFp––––расстояние между продольными балками, мм;расстояние между поперечными балками, мм;расчетное осевое сжимающее усилие, Н;нормативное избыточное давление в газовом пространстве, Па;8p[p]SSpσ[σ]––––расчетное наружное давление, Па;допускаемое наружное давление, Па;исполнительная толщина стенки днища резервуара, м;расчетная толщина стенки от действия внутреннегоизбыточного давления, м;– максимальные напряжения, возникающие в плоской пластинесвободно опертой и жестко закрепленной по всему контуру,МПа;– допускаемое напряжение при расчетной температуре, МПа.Глава 4.2.

Определение рациональных конструктивных параметровднищ вертикальных резервуаров и аппаратов для агрессивных средаbРSσ[σ]––––––длина пластины, мм;ширина стороны пластины, мм;давление, действующее на днище, МПа;толщина пластины, мм;максимальное напряжение, возникающее в пластине, МПа;допускаемое напряжение, возникающее в пластине, МПа.9ВведениеАктуальность работыМашиностроение играет основную роль в ускорении научнотехнического прогресса, переводе экономики на интенсивный путь развития,повышении производительности труда [7], диктует условия, определяющиеразвитие множества отраслей промышленности и видов производства,создает оборудование и машины, приборы и аппараты, разнообразныемеханизмы для материального производства, сферы услуг, культуры, науки.Экономическое развитие преследует цель создания эффективногоиспользования основных фондов при изготовлении различных техническихустройств(сосудов,аппаратов,оборудования,агрегатов,машин).Установленная рыночная система взаимоотношений между поставщикомтоваров и потребителем этих товаров построена на как можно большемсокращении себестоимости производимой продукции.Проблема ресурсосбережения является важной для машиностроения иосновной при проектировании, изготовлении и эксплуатации техническихустройств нефтегазовой, химической промышленностей, так как затраты наметалл в структуре себестоимости изделия достигают 60-80 % [10].К основным источникам ресурсосбережения в машиностроенииотносят: снижение удельной массы изделия; повышение коэффициента использования материалов; увеличение срока службы изделия [10].Диссертационная работа направлена на решение вопросов, связанныхс экономичным использованием дорогостоящих металлов при созданиисосудов и аппаратов сернокислотного производства.Степень разработанности темы исследованияНаразработкуданнойтемыопределенноевлияниеоказаларазветвлённая система норм и правил, которая регламентирует контроль,изготовление, проектирование и расчет сосудов, работающих под давлением.10Из года в год в эту систему вносились некие изменения и уточнения, нодействующие нормативные документы по-прежнему требуют корректировки.До1962годавСССРотсутствовалиобщегосударственныенормативные документы, связанные с расчётом сосудов и аппаратовхимической и нефтеперерабатывающей промышленности, чтобы решитьданную проблему, в 1957 году была организована Межотраслевая рабочаякомиссия, в которую входили специалисты из таких организаций, какНИИХИММАШ,Гипронефтемаш(ВНИИНЕФТЕМАШ),УКРНИИХИММАШ, ЛЕННИИХИММАШ, ИркутскНИИХИММАШ, ЦКТИ,ЦКБН, Криогенмаш, ВНИИгидромаш, МИХМ, МИСИ, МИТХТ и др.В 1962 г.

первый выпуск норм был оформлен в виде руководящеготехнического материала «РТМ 42-62 "Сосуды и аппараты. Нормы и методырасчёта узлов и деталей"», затем «РТМ 121-65 "Сосуды и аппараты высокогодавления. Нормы и методы расчета на прочность"» и другие. В дальнейшембыли разработаны стандарты СЭВ (СТ СЭВ) по расчету на прочностьсосудов и аппаратов, которые затем внедрялись в нашей стране в видеГОСТов («ГОСТ 14249», «ГОСТ 24755», «ГОСТ 26202» и др.).Вовремясложныхпреобразований90-хгодовразработчикинормативно-технической документации по мере возможного продолжалипересматривать старые и выпускать новые стандарты, например, «ОСТ 26291-94».Вначале 2000-х был принят «Федеральный закон "О техническомрегулировании"», согласно которому такие виды документации как ОСТ, РД,РТМ и т.д.

должны быть отменены, а также был опубликован новыйевропейский стандарт «EN 13445». В связи с этим был необходим пересмотрсуществующих стандартов.В настоящее время при разработке нового оборудования необходимоориентироваться в первую очередь не на ГОСТ, ИСО, ТУ и другиестандарты,имеющиерекомендательныйхарактерпоустановлениюнеобходимых требований в области безопасности, а на технические11регламенты Таможенного союза и Российской Федерации, которые носятобязательный характер.

Однако, например, в «ТР ТС 032/2013» отсутствуютконкретныерекомендации,какдолжныобеспечиватьсятребованиябезопасности, поэтому проектировщик должен обратиться к действующейнормативнойдокументациипопрочностнымрасчетам,носящейрекомендательный характер, в первую очередь к сборнику национальныхстандартов «ГОСТ Р 52857.1-2007» – «ГОСТ Р 52857.12-2007».Темнеменее,прианализедействующихрекомендательныхнормативных документов зачастую возникают значительные противоречия,требующиепересмотратогоилииногостандарта.Этопозволяетсформулировать цель и задачи работы для исследования.Цельюдиссертационнойработыявляетсясовершенствованиеметодик прочностных расчетов и определение рациональных конструкцийсосудов и аппаратов сернокислотного производства, таких как контактныеаппараты, горизонтальные резервуары с тонкостенными днищами иплоскими оребренными днищами, вертикальные резервуары для агрессивныхсред, при которых условия прочности и устойчивости будут выполнены, акапитальные затраты на их производство будут минимальны.Для достижения указанной цели в работе были поставленыследующие задачи: определить размещение и величину максимального изгибающегомомента в радиальных балках контактных аппаратов, осевые нагрузки,действующие на центральную колонну и обечайку от опорных балок; установитьрациональноерасположениеседловыхопоргоризонтальных аппаратов с целью уточнения «ГОСТ Р 52857.5-2007» [37]; определить рациональную конструкцию плоского оребренногоднища с целью уточнения «ГОСТ Р 52857.2-2007» [34]; провести компьютерный анализ напряжений и деформацийтонкостенных плоских днищ горизонтальных резервуаров;12 исследоватьэкспериментальнодеформациюиразрушениеплоского круглого тонкостенного днища; провести анализ нормативной документации по расчету обечаеквертикальных резервуаров и аппаратов сернокислотного производства; определить рациональные конструктивные параметры днищвертикальных резервуаров и аппаратов для агрессивных сред.В качестве источников информации для написания диссертации былизадействованы стандарты, научные труды, книжные и периодическиеиздания,материалынаучныхинаучно-практическихконференций,результаты произведенных анализов и расчетов.Научная новизна научнообоснованыметодологическиепринципырасчетаразмещения и величины максимального изгибающего момента в радиальныхбалках контактных аппаратов и нагрузки, действующей на обечайку ицентральную колонну от опорных балок; на основании разработанной методики установлено рациональноерасположениеопоргоризонтальногорезервуара,прикоторомобеспечиваются минимальные изгибающие моменты, что реализовано впатенте на изобретение RU № 2530957 «Горизонтальный резервуар наседловых опорах» (Приложение А).Практическая значимость на основе исследования напряженного состояния тонкостенныхплоских днищ с помощью компьютерного анализа и натурного экспериментапоказано, что напряжения, возникающие в тонкостенных плоских днищахсущественно меньше рассчитанных по стандартным зависимостям, чтопозволяет снизить их материалоемкость; предложенарациональнаяконструкцияплоскихднищвертикальных резервуаров для хранения серной кислоты и другихагрессивных сред, обеспечивающая их минимальную материалоемкость;13 обоснованвыборнормативнойдокументациидлярасчетатолщины стенки обечаек вертикальных резервуаров для хранения сернойкислоты и других агрессивных сред; установленонаосновекомпьютерногоанализаиэкспериментально, что тонкостенные днища могут быть использованы вгоризонтальных резервуарах; определены рациональные параметры плоских круглых днищ срадиальными ребрами жесткости; результатыпроизводственнойработыуспешнодеятельностиОООвнедрены«ГазпромиприменяютсядобычавАстрахань»(Приложение Б.1), в проектной работе ООО «Гипрохим» (Приложение Б.2).Методология и методы исследованияПрирешениитеоретическиеипоставленныхзадачэкспериментальныевработеметодыиспользованынаучногопознания.Общенаучные теоретические методы исследования основаны на базовыхположениях таких нормативных документов, как «ГОСТ Р 52857.1-2007» «ГОСТ Р 52857.12-2007», «ГОСТ 17032-2010», «ТР ТС 032/2013»,«ГОСТ14249-89»,«ОСТР52857.10-2007»,«ПБ03-605-03»,«РД 24.200.17-90», «РД 26-01-169-89» и т.д.

Помимо теоретическоголитературного обзора был проведен компьютерный анализ напряженногосостояния и деформаций днищ с использованием программного продуктаSolidWorks Simulation и систем Mathcad. Для подтверждения достоверностиполученных результатов исследования теоретическими методами былипроведены натурные исследования, основанные на экспериментальныхметодах, на базе опытного полигона ЦНИПР ГПУ ООО «Газпром добычаАстрахань».Степень достоверности и апробация результатов исследованияДостоверность теоретических и практических результатов работыподтверждается корректностью постановки цели и задач, а также принятыхметодов,соответствующихсовременнымподходамкисследованию14вопросов,связанныхсособенностямипрочностногорасчетаиконструирования оборудования. Достоверность данных в практическойсфере отраслевых предприятий и апробация результатов подтверждаетсяАктом о проведении исследований и Актами о внедрении результатов вООО «Газпром добыча Астрахань» (Приложение Б.1) и ООО «Гипрохим»(Приложение Б.2).Результаты работы были представлены на ХV Международнойнаучно-практическойконференции«Научнаядискуссия:вопросытехнических наук» в 2013 г., XIII Международной научно-практическойконференции «Теория и практика современной науки» 2–3 апреля 2014 г.,XIVМеждународнойтехнология:новыенаучно-практическойперспективыконференцииразвития»25«Техникаавгуста2014иг.,IX Международной научно-практической конференции: «СовременныеконцепцииIXнаучныхМеждународнойисследований»27-30научно-практическойдекабряконференции2014г.,«Научныеперспективы XXI века.

Достижения и перспективы нового столетия»13-14 марта 2015 г.Личный вклад автораВ диссертации представлены результаты исследований, выполненныхсамим автором или под его непосредственным руководством. Личный вкладавторасостоитвпостановкезадачисследования,разработкеэкспериментальных и теоретических методов их решения, в обработке,анализе, обобщении полученных результатов и формулировке выводов.Положения, выносимые на защиту результаты анализа по определению размещения и величинымаксимального изгибающего момента в радиальных балках контактныхаппаратов, осевых нагрузок, действующих на центральную колонну иобечайку от опорных балок; зависимости для определения рационального месторасположенияседловых опор горизонтальных резервуаров;15 рекомендациипоопределениюрациональнойконструкцииплоского оребренного днища; результаты компьютерного анализа напряженного состояниятонкостенных плоских круглых днищ горизонтальных резервуаров инатурного эксперимента по исследованию деформации и разрушению этихднищ; методика расчета рациональных конструктивных параметровднищ вертикальных резервуаров и аппаратов для агрессивных сред.Работа выполнена на кафедре «Аппаратурное оформление иавтоматизациятехнологическихпроизводств»Московскогополитехнического университета.Авторвыражаетособуюблагодарностьзаоказаниенаучно-методической помощи на всех этапах работы научному руководителюдоктору технических наук, профессору Лагуткину Михаилу Георгиевичу.16Глава 1.