Материал: основы проектирования хим произв дворецкий

86Глава 3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ

3.7.Коэффициенты прочности сварных швов для стальных сосудов и аппаратов

Коэффициент прочности сварных швов для стальных

сосудов и аппаратов при Вид сварного шва и способ сварки длине контролируемых швов

от общей длины составляет

* Объем контроля определяется техническими требованиями на изготовление.

Проницаемость П определяют по справочным данным или из экспериментальных исследований. Для изготовления оборудования применяют материалы, у которых скорость коррозии П ≤ 0,1 м/год. Рекомендуется принимать при П ≤ 0,05 10–3 м/год прибавку на коррозию и эрозию с1 = 1 10–3 м, а при отсутствии данных о проницаемости для материалов, стойких в данной среде, с = 2 10–3 м. При двухстороннем контакте с коррозионной или эрозионной средой прибавку с1 соответственно необходимо увеличивать. Прибавку на минусовое значение предельного отклонения по толщине листа с2, из которого изготавливается элемент сосуда или аппарата, принимается по соответствующему стандарту на сортамент.

Технологическая прибавка с3 предусматривает компенсацию утонения стенки сосуда или аппарата при технологических операциях – вытяжке, штамповке, гибке и т.д. Прибавки с2 и с3 учитываются в тех случаях, когда их суммарное значение превышает 5% номинальной толщины листа.

При расчете эллиптических днищ, изготавляемых штамповкой, прибавку с2 не учитывают, если ее значение не превышает 15% исполнительной толщины листа. Исполнительная толщина стенки, определенная по формуле (3.16), округляется в большую сторону до стандартной толщины листа.

Цилиндрические обечайки, нагруженные внутренним избыточным давлением

Расчетная толщина стенки гладкой цилиндрической обечайки, нагруженной внутренним избыточным давлением

где р – расчетное внутреннее избыточное давление, МПа; D – внутренний диаметр обечайки, м; φр – коэффициент прочности продольного сварного шва.

Исполнительную толщину стенки рассчитывают по формуле (3.16) и округляют до ближайшего бóльшего стандартного значения толщины листа.

Допускаемое внутреннее избыточное давление

Данные расчетные формулы применимы при отношении толщины стенки к диаметру (s – c)/D ≤ 0,1 для обечаек и труб при D ≥ 200 мм и (s – c)/D ≤ 0,3 для труб при D < 200 мм.

Толщину стенки элементов сосудов и аппаратов, работающих под наливом или атмосферном давлении, выбирают из конструктивных или технологических соображений с последующей проверкой на прочность и устойчивость. С учетом технологии изготовления, жесткости и качества сварных швов не рекомендуется принимать исполнительную толщину стенки сосуда или аппарата менее 3 мм.

Обечайки, нагруженные наружным давлением

В большинстве случаев нагруженными наружным давлением оказываются обечайки аппаратов, работающих под вакуумом, а также аппаратов, снабженных водяной или паровой рубашкой, давление в которой выше давления в аппарате. В результате действия наружного давления может произойти потеря первоначальной геометрической формы аппарата, называемое потерей устойчивости формы. При этом на поверхности обечайки образуются продольные вмятины и она теряет свою цилиндрическую форму. Следует отметить, что потеря устойчивости происходит при напряжениях в стенке значительно меньших предела текучести.

Расчетную толщину стенки цилиндрической обечайки, нагруженной наружным давлением, определяют предварительно по зависимости:

Исполнительную толщину стенки определяют по формуле (3.16) с обязательной последующей проверкой по допускаемому наружному давлению

где допускаемое давление из условия прочности

(принимается равным nу = 2,4 – для условий эксплуатации, nу = 1,8 – для условий

испытания); Е – модуль продольной упругости материала, МПа; l – расчетная длина обечайки, м.

При определении расчетной длины обечайки l необходимо учитывать длину примыкающего элемента l3 (рис. 3.11, в, г):

– для выпуклых днищ

l3 = H3 ;

– для конических обечаек или днищ без отбортовки, но не более длины конического днища

l3 = D6tgα ;

– для конических обечаек или днищ с отбортовкой, но не более длины конического днища

l3 = max{r sin α; D6tgα},

где r – внутренний радиус отбортовки, м.

Приведенные расчетные формулы могут быть использованы при условии, что расчетная температура не превышает значений, при которых учитывается ползучесть материалов. При отсутствии точных данных эти формулы допускается применять при условии, что расчетная температура стенки обечайки из углеродистой стали не превышает 380 ºС, из низколегированной – 420 ºС, из аустенитной – 525 ºС.

Обечайки, нагруженные осевым растягивающим усилием

Расчетную толщину стенки следует определять по формуле

где F – осевое растягивающее усилие, МН; φт – коэффициент прочности кольцевого сварного шва.

Исполнительная толщина стенки рассчитывается по формуле (3.16). Допускаемое осевое сжимающее усилие

[F]= π(D + s − c)(s − c)[σ]ϕт.

Обечайки, нагруженные осевым сжимающим усилием

Осевое сжимающее усилие также может привести к потере устойчивости обечайки. Однако, характер деформаций при этом будет иной, волны образуются вдоль стенки обечайки, нарушая ее прямолинейность.

Допускаемое осевое сжимающее усилие рассчитывается по зависимости

а допускаемое осевое сжимающее усилие в пределах упругости из условия устойчивости:

Допускаемое осевое сжимающее усилие [F]E1 определяют из условия местной устойчивости в пределах упругости по зависимости

а допускаемое осевое сжимающее усилие [F]E2 из условия общей устойчивости в пределах упругости рассчитывается по формуле

Гибкость λ определяют по уравнению

Расчетную длину lпр принимают в соответствии с расчетной схемой

(табл. 3.8).

Приведенные расчетные зависимости применимы при l/D ≥ 10. В случае l/D < 10 формула (3.24) принимает вид [F]E = [F]E1.

3.8. Приведенная расчетная длина lпр