Материал: Модернізація агрегату синтезу аміака з розробкою колони синтезу, котла – утилізатора та виносного теплообміника

Труби закріплюються в трубних решітках за допомогою розвальцьовування з відбортовкою, яке забезпечить надійне закріплення труб, що працюють під високим тиском. Схема закріплення труб в решітці наведена на рисунку 4.11.

Вихідні дані:

Зовнішній діаметр труб, dz, м                                                      0,012;

Внутрішній діаметр труб , dv,м                                                   0,009;

Тиск системи, Р, МПа                                                                    30;

Допустиме навантаження на поверхню q, МН/м2.                      40.

Рисунок 4.16 - Схема закріплення труб в решітці

Розрахунок проводимо згідно алгоритму, приведеному в [14].

Необхідно провести розрахунок сили, яка діє в місці закріплення труби в решітці. Розрахункова осьова сила залежить від конструктивної схеми апарата, отже для даного теплообмінника:

Перевірка міцності закріплення труб в трубній решітці:

де l- глибина вальцювання:= 1,5∙dz=1,5∙0,012=0,018 м.

Висновок: умова міцності виконується, можна зробити висновок, що прийнятий спосіб закріплення труб в трубній решітці є технічно правильним рішенням.

.4.8 Розрахунок товщини циліндричної рулонованої обичайки виносного теплообмінника

Метою розрахунку є визначення товщини стінки обичайки, що знаходиться під дією внутрішнього тиску, із урахуванням додатків на корозію і зручність транспортування та монтажу.

Вихідні дані:

Розрахунковий тиск в апараті Р,МПа                                          30;

Внутрішній діаметр апарата Dv, м                                                        1,6.

Приймаємо[15]:

Допустиме напруження матеріалу обичайки при розрахунковій температурі для матеріалу шарів обичайки к, МПа                                                                  176,2;

Допустиме напруження матеріалу обичайки при розрахунковій температурі для центральної обичайки, Мпа                                       173,2;

Коефіцієнт міцності зварного шва                                                         1;

Товщина центральної обичайки Sц,мм                                                 0,02;

Товщина шару багатошарової обичайки S1c, мм                                0,006

Полотнища рулонів виготовлені з низьколегованої сталі                    09Г2С;

Центральна обичайка виготовлена з високолегованої сталі       12X18H10T.

Розрахункова схема наведена на рисунку 4.15.

Рисунок 4.17 - Розрахункова схема циліндричної обичайки

Для розрахунку рулонованої обичайки необхідно мати середню температуру стінки центральної обичайки. Розрахункова схема показана на рисунку 4.16.

Рисунок 4.18 - Схема до розрахунку середньої температури стінки

Розрахунок ведеться за методикою, викладеною в[1].

Вихідні дані:

Коефіцієнт тепловіддачі повітря.

Температура повітря навколишнього середовища.

Коефіцієнт теплопровідності матеріалу

центральної обичайки

Коефіцієнт теплопередачі від апарату до зовнішнього середовища:

Теплопровідність стінки циліндричної обичайки:

Різниця температур:

Температура стінки зі сторони холодного газу:

Температура стінки зі сторони повітря:

Середня температура стінки центральної обичайки:

Середнє значення допустимого напруження багатошарової обичайки:

Розрахунковий коефіцієнт товстостінності у першому наближені:

Товщина циліндричної багатошарової обичайки стінки у першому обичайки:

де С=0,002 - додаток на корозію метеріалу.

Приймаєщо що товщина стінки становить

Загальна виконавча товщина шарів:

Зовнішній діаметр кожуха апарата:

Допустимий тиск:

Кількість шарів рулонованої частини:

Умова міцністі:

Висновки: визначена та прийнята товщина стінки обичайкиs/ = 0,158 м. Умова міцності та по тискам за вказаних умов вконується.

.4.9 Розрахунок приварних фланців багатошарової обичайки

Метою даного розрахунку є визначення основних розмірів кованих фланців, що з’єднуються з багатошаровою циліндричною обичайкою за допомогою зварювання. Розрахунок проводимо згідно алгоритму, приведеному в [16]. Розрахункова схема показана на рисунку 4.19.

Вихідні дані до розрахунку:

Виконання фланця                                                       Ковка;

Матеріал фланців                                                         Сталь 09Г2С;

Ущільнення в з’єднанні                                       Двоконусне кільце;

Внутрішній діаметр обичайки корпусу Dv, м            1,6;

Розрахунковий внутрішній тиск , МПа                   30;

Кількість шпильок , шт.                                          24;

Зовнішній діаметр шпильки м                                     0,186;

Допустиме напруження матеріалу[], МПа              176,2;

Додаток до компенсації корозії , м                          0,002;

Виконавча товщина обичайки, що стикується зфланцем , м0,158.

Глибина отвору під шпильки у фланці:

Приймаємо

Зовнішній діаметр фланця:

Приймаємо

Рисунок 4.19- Схема до конструктивного розрахунку фланця

Кут нахилу твірної частини фланця:

Приймаємо значення

Коефіцієнт міцності зварного шва . Стовідсотковий контроль.

Допустиме напруження матеріалу при розрахунковій температурі:

Розрахунковий коефіцієнт товстостінності:

Розрахункова товщина стінки циліндричної частини фланця, що стикується з обичайкою корпуса:

Сума додатків до розрахункової товщини:

Виконавча товщина стінки циліндричної частини фланця, що стикується з обичайкою корпусу:

де - додаток на корозію матеріала.

Приймамо що товщина стінки дорівнює товщині стінці циліндричної обичайки .

Радіус переходу від конічної частини фланця до циліндричного корпусу:

Приймаємо

Висота циліндричної частини фланця корпусу:

Приймаємо

Висота циліндричної частини фланця, що стикується зциліндричною обичайкою:

Приймаємо

Допустимий тиск:

Умова міцністі:

Висновок: визначено основні розміри кованого фланця що з’єднується з багатошаровою циліндричною обичайкою.

4.4.10 Розрахунок плоскої кришки апарату на міцність

Метою даного розрахунку є конструктивний розрахунок плоскої кришки апарату. Розрахунок проводимо згідно алгоритму, приведеному в [14]. Розрахункова схема показана на рисунку 4.20.

Вихідні дані до розрахунку:

Виконання кришки                                                      Ковка;

Матеріал кришки                                                         Сталь 09Г2С;

Ущільнення в з’єднанні                                               Двоконусне кільце;

Розрахунковий діаметр ущільнюваної поверхні , м     1,619;

Розрахунковий внутрішній тиск , МПа                   30;

Діаметр кола центрів шпильок , м                         2,993;

Діаметр отвору під кріпильну шпильку , м           0,188;

Допустиме напруження матеріалу [s], МПа              176,4;

Осьове навантаження від дії тиску середовища на кришку , МН    82,381;

Розрахункове зусилля, що діє на шпильки , МН    88,34;

Сума додатків до розрахункової товщини, м         0,002.

Рисунок 4.20 - Схема до конструктивного розрахунку плоскої кришки

За ГОСТ 9065-75 приймаємо шайбу для шпильки М186 з наступними розмірами:

Внутрішній діаметр  м.

Зовнішній діаметр  м.

Товщина шайби  м.

Зовнішній діаметр кришки:

Так як зовнішній діаметр приварного фланця корпусу , приймаємо зовнішній діаметр кришки

.

Діаметр отвору для труби приймаємо:

Сума хорд отворів для найбільш ослабленого діаметрального перерізу:

Попередня розрахункова товщина периферійної частини плоскої кришки:

Виконавча товщина периферійної частини плоскої кришки у першому наближенні:

Конструктивно приймаємо:

Найменший діаметр виточки під ущільнення, .

Найбільший діаметр виточки під ущільнення, .

Товщина центральної частини кришки, .

Мінімальна товщина кришки у місці розташування виточки під ущільнення, м:

=

Виконавча товщина кришки у місці розташування виточки під ущільнення, м:

Уточнена після конструктивного оформлення товщина периферійної частини кришки:

Виконавча товщина (висота) периферійної частини плоскої кришки:

Приймаємо .

Висновок: визначено основні розміри плоскої кришки виносного теплообмінника.

.4.11 Розрахунок гідравлічного опору в міжтрубному і в трубномупросторі теплообмінника

Метою розрахунку є визначення гідравлічного опору в міжтрубному і в трубному просторі теплообмінника, а також визначення затрат потужності на переміщення теплоносіїв.

Вхідні дані:

Внутрішній тиск,Р                                                               ,МПа,30;

Густина холодногоциркуляційного газу ,ρ1, кг/м3           74,871;