Диссертация (1095085), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Внедрение трехмерных системавтоматизированногопроектированияреволюционноизменилосамутехнологию проектирования промышленных предприятий.CodeCalc и PVELite - программные решения для расчета, анализа иконструирования сосудов и аппаратов, работающих под давлением.Нет разницы в выборе между программами PVELite в целом длярасчета и анализа аппарата или CodeCalc для расчета и анализа отдельныхэлементов.
Это связано с предоставляемыми мощными программнымирешениями компании COADE, которые точно настроены в соответствии спотребностями производства.TANK - обеспечивает все необходимое для быстрого и полногоконструирования, расчета, как новых конструкций резервуаров, так и анализахарактеристик уже существующих, в соответствии с требованиями поструктуре и материалам, согласно новейшим стандартам API 650 и API 653.Программный продукт Paulin Research Group – Fe/Pipe являетсялидером в области прочностных расчетов трубопроводов и сосудов поддавлением методом конечных элементов с проверкой по коду ASME.Nozzle/PRO – расчет, моделирование и анализ штуцеров и опорсосудов и аппаратов, работающих под давлением, с проверкой по ASME,WRC 107.
В этом пакете реализована связь с расчетными программамиPVElite и CAESAR II [8].48Пакет PVP-Design – пакет прикладных программ, предназначенныйдля расчетов на прочность сосудов, аппаратов и трубопроводов, работающихпод давлением, а также любых их элементов с целью оценки несущейспособности конструкции в рабочих условиях, в условиях испытаний имонтажа.Пакет APM WinMachine – CAD/CAE-система автоматизированногорасчета и проектирования механического оборудования и конструкций вобласти машиностроения.
Пакет предназначен для выполнения расчетовнапряженно-деформированногосостояниястержневых,пластинчатых,оболочечных и твердотельных конструкций, а также их произвольныхкомбинаций, на которые отсутствует стандартизованные методики расчета.Программа ПАССАТ («Прочностной Анализ Состояния Сосудов,Аппаратов,Теплообменников»)осуществляетрасчетпрочностииустойчивости сосудов, аппаратов и их элементов.
Главная цель - оценить ихнесущую способность в рабочих условиях, условиях монтажа, а такжеиспытаний.Расчетаппарата(сосуда,теплообменника)—сложныймногоэтапный процесс, в котором производятся многочисленные расчеты,связанные с физическими параметрами сосуда, условиями эксплуатации,требованиями нормативно-технической документации (НТД) [49].Дляупрощенияработыпроектировщиковвпрошломвекефранцузской компанией EuResearch уже была разработана программаMicroprotol.
В нее были включены расчеты, соответствующие методикамнациональных стандартов, а также требованиям отечественных ГОСТ [98].Часть сосудов и аппаратов по причине условий нагружения илисложности конструкции, не могут быть рассчитаны в соответствии снормативными документами. В таком случае весомую помощь в оценкеработоспособности конструкции способно оказать использование численныхметодов расчета элементов сосудов и аппаратов, особенно, программыANSYS Workbench, реализующей метод конечных элементов.491.5. Основные выводы по анализу основ конструирования сосудов иаппаратов химической, нефтехимической, нефтегазоперерабатывающейотраслей промышленностиНа основании изучения и анализа научно-технической литературы повопросуконструированиясосудовиаппаратовхимической,нефтегазоперерабатывающей, нефтехимической отраслей промышленности,сделаны выводы, представленные ниже:отсутствуетметодика,позволяющаяпроизвестирасчетизгибающего момента, действующего на опорные балки контактногоаппарата, и определения опорных нагрузок на обечайку и центральнуюколонну, необходимых для их расчета по «ГОСТ Р 52857.2-2007» [34] надействие осевой сжимающей силы [52];расчет на прочность и устойчивость обечаек горизонтальныхрезервуаров, установленных на седловых опорах, по «ГОСТ Р 52857.5-2007»[37] носит поверочный характер.
Отсутствуют рекомендации по выборуместа расположения седловых опор для обеспечения минимальных значенийнапряжений;расчет плоских круглых днищ с радиальными ребрами жесткостиносит поверочный характер, нет рекомендаций по выбору рациональнойконструкции днищ, обеспечивающей минимальную материалоемкость;в соответствии с действующими нормативными документами порасчету круглых плоских не оребренных днищ на прочность [34, 17],возникающиевэксплуатирующихсягоризонтальныхрезервуарахнапряжения превышают допускаемые значения [56];не существует стандартизованной методики расчета обечаек иплоских днищ резервуаров и аппаратов сернокислотного производства,установленных на каркас из продольных и поперечных балок и ленточныйфундамент.50Таким образом, в настоящей работе ставятся следующие 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, обеспечивающую минимальную материалоемкость при выполненииусловий прочности, с целью уточнения «ГОСТ Р 52857.2-2007» [34];провести компьютерный анализ напряжений и деформацийтонкостенных плоских днищ горизонтальных резервуаров, подтвердитьполученные данные экспериментально;определить рациональные конструктивные параметры днищвертикальныхрезервуаровиаппаратовдляагрессивныхсред,обеспечивающих минимальную материалоемкость при выполнении условийпрочности, проанализировать нормативную документацию по расчетувертикальных резервуаров.51Глава 2.
Особенности конструирования и проведения прочностныхрасчетов контактных аппаратов сернокислотного производстваСерная кислота применяется в разных отраслях промышленности(нефтяная,металлургическая,металлообрабатывающая,текстильная,кожевенная и др.), широко применяется в производстве разнообразныхминеральных кислот, удобрений и солей, всевозможных органическихпродуктов, красителей, взрывчатых и дымообразующих веществ, а также вкачестве водоотнимающего и осушающего средства в процессах травленияметаллов, нейтрализации и для многих других целей.Производство серной кислоты контактным способом относится кчислу распространенных, и суть его заключается в окислении газообразногосернистого ангидрида до серного ангидрида путем его прохождения вместе своздухом через контактную массу (катализатор) [62]: SO2 + 1/2 О2 = SO3Схема контактного аппарата представлена на рисунке 2.1 [62].
Газпоступает сверху аппарата через штуцер 10, проходит через 1-й слойкатализатора,расположенныйнаколосниковыхрешетках,которыеопираются на радиальные опорные балки 4, расположенные междуобечайкой 1 и центральной колонной 2. Через штуцер 5 газ выходит изконтактного аппарата в теплообменник, затем через штуцер 6 возвращается ив результате, пройдя последовательно пять слоев катализатора, покидаетконтактный аппарат через штуцер 9.
Разделительные перегородки 3толщиной порядка 6 мм располагаются между слоями катализатора.После первого слоя катализатора температура газа достигает 620 °С,диаметр обечайки 1 может быть более 12 м, диаметр центральной колонны 2составляет порядка 2 м, высота аппарата превышает 23 - 25 м.В результате высокой температуры газа и значительных габаритныхразмеров контактного аппарата радиальное удлинение обечайки можетсоставлять порядка 60-65 мм, а удлинение в осевом направлении более100 мм. При проектировании необходимо учитывать температурные52напряжения и конструктивными приемами стремиться свести их кминимуму. Повышенная температура и коррозионная активность средытребуют применения высоколегированных сталей и сплавов, количествокоторых может быть уменьшено путем использования футеровки.Несмотря на то, что перепад давлений между зонами контактногоаппарата (слоями катализатора) обычно не превышает 5 кПа, усилия,возникающие от его действия, могут быть весьма существенными ввидубольших размеров аппарата, и при ошибках в проектировании могутпривести к негативным последствиям.Для снижения температурных напряжений перегородки 3 делаютобычно в виде какого-либо тела вращения, например, представленного нарисунке 2.1.
В такой конструкции перегородка гибкая и компенсируеттемпературные напряжения, однако нельзя забывать и о перепаде давлений.Во-первых, перегородка должна быть направлена вогнутой частью в сторонудействия большего давления, в противном случае может произойти потеря ееустойчивости, что иногда и наблюдается при проведении экспертизыпромышленной безопасности. Недостатком конструкции перегородки 3,представленной на рисунке 2.1, является то, что под действием перепададавления (большее давление действует со стороны вогнутой частиперегородки) деформируетсятак,чтозначительнаячастьнагрузки,действующей на обечайку через опорные балки, перераспределяется исоздает дополнительное усилие на центральную колонну.
В результатевозможна потеря устойчивости центральной колонны и отрыв обечайки отфундамента, что наблюдалось в реальных условиях. Всего этого можноизбежать при выполнении перегородок в виде усеченного тора.5310564783219Рисунок 2.1 – Схема устройства контактного аппарата:1 – обечайка; 2 – центральная колонна; 3 – перегородка; 4 – радиальныеопорные балки; 5, 7, 9 – штуцера выхода газа; 6, 8, 10 – штуцера входа газа.Длярассматриваемогопримераконтактногоаппарата,привыполнении перегородок в виде усеченного тора с радиусом кривизныравным 12 м из стали марки 12Х18Н10Т расчетная толщина стенки [34, 33]составит всего 0.49 мм, при этом деформация перегородки будетсимметричной и не приведет к увеличению нагрузки на центральнуюколонну.Как уже отмечалось, радиальные удлинения обечайки составляютпорядка 60-65 мм, поэтому отверстия под фундаментные болты в опорномкольце должны иметь овальную форму. В принципе, контактный аппаратможет быть установлен вообще без фундаментных болтов.
Изгибающиймомент от действия ветровой нагрузки, сейсмических воздействий не можетпривести к опрокидыванию контактного аппарата.54Определенную сложность представляет расчет радиальных опорныхбалок 4 (рисунок 2.1), на которые действует нагрузка, увеличивающаяся отоси к обечайке. В результате максимальный изгибающий момент будетсмещен к обечайке от середины балки, кроме того реакции опор балок нацентральной колонне и обечайке, которые необходимо учитывать при ихрасчете на устойчивость от действия осевой сжимающей силы, будутразличными.Ниже приведен конкретный пример. Диаметр обечайки составляетD=12.000 м, внутренний диаметр контактной массы D0=2.024 м.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
