5.4 Расчетные условия

Все расчеты аппарата необходимо проводить параллельно для трех расчетных условий:

- рабочее условие (условное обозначение - υ = 1);

- условия испытания (υ = 2);

- условия монтажа (υ = 3).

Расчетные условия отличаются набором исходных параметров, которые определяются следующим образом:

- рабочее условие (υ = 1). В этом случае:

а) вес аппарата - G₁ включает вес корпуса и опорной обечайки, обслуживающих площадок, изоляции, внутренних устройств, рабочей среды;

б) расчетное давление в рабочих условиях - р_рас=р^t_рас;

в) расчетная температура - t_рас;

г) допускаемое напряжение при расчетной температуре - [σ]_t;

д) модуль упругости первого рода при расчетной температуре t_рас - Е_t;

- условие испытания (υ = 2). Для этих условий:

а) вес аппарата – G₂ включает вес корпуса и опорной обечайки, обслуживающих площадок, изоляции, внутренних устройств, воды;

б) расчетное давление в условиях испытаний равно пробному с учетом гидростатического от столба воды - р^и_рас=р_пр+ Р_г.в.;

в) расчетная температура - t_рас = 20°С;

г) допускаемое напряжение - , где n_т = 1,1 в условиях гидроиспытания;

д) модуль упругости первого рода при расчетной температуре t_рас=20 ⁰ С – Е ₂₀;

- условие монтажа (υ = 3). Для этих условий:

а) вес имеет два значения:

1) G₃ – максимальный вес аппарата в условиях монтажа

2) G₄ – минимальный вес аппарата в условиях монтажа после установки его в вертикальное положение, т.е. только вес колонного аппарата со штуцерами и люками, без внутренних устройств, изоляции, рабочей среды, площадок;

б) расчетное давление равно нулю, т.е. р_рас=0;

в) расчетная температура - t_рас = 20°С;

г) допускаемое напряжение - , где n_т= 1,2;

д) модуль упругости первого рода при расчетной температуре t_рас=20 ⁰ С – Е _20.

Расчет проводится параллельно для трех условий, поскольку для каждого из них характерно опасное сочетание параметров:

- для рабочих условий – это возможность осуществления процесса при высокой рабочей температуре и, соответственно, допускаемые напряжения будут иметь низкие значения;

- для условий испытаний – это высокое расчетное давление (сумма пробного и давления столба воды), которое больше чем расчетное в рабочих условиях минимум в 1,25 раза, а также большое значение осевой сжимающей силы из- за веса воды в корпусе;

- для условий монтажа – это минимальный вес аппарата. В этом случае могут преобладать растягивающие напряжения от изгибающего момента над сжимающими напряжениями от веса КА, что очень опасно для анкерных болтов.

5.5 Определение веса колонного аппарата и осевой сжимающей силы

Вес колонны находится для каждого расчетного условия, т.е. для υ = 1; 2; 3. Для определения общего веса колонны G рассчитывается вес каждого участка G_i, который сосредоточен в середине участка.

Осевая сжимающая сила F находится как сумма весов всех участков, т.е.:

F= G=G_i . (5.1)

Вес каждого участка, в зависимости от условий работы, складывается из веса корпуса аппарата G_к, веса изоляции G_из, веса рабочей жидкости G_р.ж. или веса воды G_в, веса внутренних устройств G_вн.у., веса внешних устройств. В курсовом проекте принимаем, что вес внешних устройств (площадок, штуцеров фланцев, люков, лазов) составляет приблизительно 18 % от собственного веса стального корпуса G_к и опоры.

В таблице 5.5 представлено сочетание параметров для трех расчетных условий, в таблице 5.4 – исходные данные для расчета.

Таблица 5.4 – Исходные данные для расчета

Тип аппарата	Тип массообменных устройств	Изоляция
		Материал изоляции	Толщина изоляции Sиз, мм	Плотность изоляции, Н/м3
Переменного сечения	Тарелки клапанные	стекловата	180	20

Методика расчета приведена в пунктах 5.5.1, 5.5.2. Результаты расчета представлены в таблицах 5.5 и 5.6.

Таблица 5.5 – Сочетание параметров для трех расчетных условий

Расчетное условие, индекс расчетных условий	Расчетное давление Р, МПа	Расчетная температура t рас,0С	Вес колонного аппарата	Модуль упругости, Па	Допускаемое напряжение, МПа
Рабочие условия	р1 = рtрас= 1,68	tраскор = 238 tрас оп = 20	G1включает вес корпуса и опорной обечайки, обслуживающих площадок, изоляции, внутренних устройств, рабочей среды	Еtкор =1,77∙1011 Еt оп =1,99∙1011	[]tкор = 133 []tоп =147
Условия испытаний	р2=рирас= 2,65	tрас=20°С	G2включает вес корпуса и опорной обечайки, обслуживающих площадок, изоляции, внутренних устройств, воды	Е20=1,99∙1011	=200 =200
Условия монтажа	р3=0	tрас=20 °С	Вес имеет два значения: 1) G3 – максимальный вес аппарата в условиях монтажа, 2) G4 – минимальный вес аппарата в условиях монтажа после установки его в вертикальное положение, т.е. только вес колонного аппарата со штуцерами и люками, без внутренних устройств, изоляции, рабочей среды, площадок.	Е20=1,99∙1011	= 183,33 =183,33

5.5.1 Методика расчета веса колонного аппарата и осевой сжимающей силы.

Определение веса колонного аппарата и осевой сжимающей силы осуществляется по следующей методике для трех расчетных условий.

Для рабочих условий () вес i-го участка колонного аппарата рассчитывается по формуле:

G_i¹ = G_к.i + G_из.i + G_р.ж.i+ G_вн.y.i + 0,18∙G_к. , (5.2)

где G_к,i - вес стального корпуса и опорной обечайки колонны на i-м участке, Н;

G_из,i – вес изоляции на i-м участке, Н;

G_р.ж,i – вес рабочей жидкости на i-м участке, Н;

G_вн.y.i – вес внутренних устройств на i-м участке, Н;

0,18∙G_к.i- вес штуцеров, площадок, люков, который в КП принимаем равным 18% веса G_к.i.

Вес материала корпуса и опоры аппарата определяется по формуле

G_k.i = G_цил.i + G_{дн.i ,} (5.3)

где G_цил.i – вес металла цилиндрической части i-го участка аппарата, Н;

G_дн.i – вес металла днища i-го участка аппарата, Н.

Теплоизоляционный материал – стекловая вата, далее определяется толщина изоляции S_из, исходя из диаметра аппарата и рабочей температуры.

В качестве внутренних устройств в стабилизационной колонне выступают тарелки.

При определении веса тарелок сначала они распределяются группами (рисунок 5.2) по высоте аппарата в зависимости от расположения люков и штуцеров ввода сырья, вывода продукта и т.д. Тип и общее количество тарелок задаются в задании. Далее конструктивно определяется количество тарелок на каждом участке и определяется их вес.

Рисунок 5.2 – Группа тарелок в корпусе колонного аппарата

Для условий испытаний () вес i-го участка рассчитывается следующим образом:

G_i² = G_k.i+ G_из.i + G_в.i+ G_вн.y.i + 0,18·G_к.i, (5.4)

где G_в.i- вес воды на i-м участке, Н.

Для условий монтажа () принимаем, что аппарат пустой, без изоляции, но с обслуживающими площадками и штуцерами.

Вес i-го участка в этом случае определяется по формуле

G_i³ = G_к.i+ 0,18·G_к.i. (5.5)