23

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

УХТИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

И ОХРАНЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Расчёт прочности сосудов, работающих под давлением

Методические указания для выполнения практической работы для студентов

специальности 280102 «Безопасность технологических процессов и производств»

Ухта 2007

УДК

Нор, Е.В. Расчёт прочности сосудов, работающих под давлением [Текст]: методические указания для выполнения практической работы / Е.В. Нор, Е.С. Бердникова. – Ухта: УГТУ, 2007.- 23 с.

Методические указания предназначены для выполнения практической работы по дисциплине «Производственная безопасность» для студентов специальности 280102 «Безопасность технологических процессов и производств».

Методические указания рассмотрены и одобрены кафедрой ПБ и ООС от 13.11.07 протоколом № 3.

Рецензент: Бердник А.Г., старший преподаватель кафедры ПБ и ООС, к.т.н.

Редактор: Колесник О.А., ассистент кафедры ПБ и ООС

В методических указаниях учтены предложения рецензента и редактора.

План 2007 г., позиция

Подписано в печать 30 ноября 2007 г.

Объём 23 с. Тираж 50 экз. Заказ №

© Ухтинский государственный технический университет, 2007

169300, г. Ухта, ул. Первомайская, 13

Отдел оперативной полиграфии УГТУ.

169300, г. Ухта, ул. Октябрьская, 13.

Содержание

1. Основные понятия и определения 4

2. Общие требования к конструкции сосудов 8

3. Общие требования к освидетельствованию, осмотрам и испытаниям 15

4. Расчёт емкостей и сосудов, работающих под давлением 17

5. Задания для выполнения практической работы 22

6. Библиографический список 23

1. Основные понятия и определения

На предприятиях нефтегазовой отрасли широко применяются аппараты, работающие под давлением. Под сосудом, работающим под давлением, понимается герметически закрытая ёмкость, предназначенная для ведения химических и тепловых процессов, а также для хранения и перевозки сжатых, сжиженных и растворённых газов и жидкостей под давлением. Опасность эксплуатации таких аппаратов заключается в том, что при потере механической прочности стенок обечайки (коррозия, локальный перегрев, трещины и т.п.) или повышении давления может произойти (взрыв) разрушение сосуда, в результате которого потенциальная энергия сжатой среды переходит в кинетическую энергию разлетающихся осколков. Работа взрыва при адиабатическом расширении газа определяется по формуле:

, (1)

где P₁ – начальное давление в сосуде, Па;

P₂ – конечное давление в сосуде, Па;

V – начальный объём газа, м³;

k – показатель адиабаты.

Взрывы сосудов приводят к тяжёлым несчастным случаям, разрушению зданий и оборудования. Чем больше энергия сжатой среды, тем тяжелее последствия аварий.

Основными причинами таких взрывов являются:

1. Некачественное проектирование и изготовление;

2. Дефект в конструкционных материалах;

3. Плохая защита от коррозии;

4. Старение материалов в процессе эксплуатации;

5. Нарушение технологического режима;

6. Недостаточная квалификация обслуживающего персонала и т.д.

При разрушении сосудов, работающих под давлением, существует 4 опасных фактора:

1. Разлет осколков;

2. Взрывная волна;

3. Если среда не инертная, то выделение токсичных веществ;

4. Выделение горючих веществ.

Сосуды под давлением представляют большую опасность, поэтому их проектирование, изготовление и эксплуатация регламентируется «Правилами устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением (ПБ 03-576-03)».

Правила распространяются на:

- сосуды, работающие под давлением воды с температурой выше 115 ºС или других нетоксичных, невзрывопожароопасных жидкостей при температуре, превышающей температуру кипения при давлении 0,07 МПа (0,7 кгс/см²);

- сосуды, работающие под давлением пара, газа или токсичных взрывопожароопасных жидкостей свыше 0,07 МПа (0,7 кгс/см²);

- баллоны, предназначенные для транспортировки и хранения сжатых, сжиженных и растворенных газов под давлением свыше 0,07 МПа (0,7 кгс/см²);

- цистерны и бочки для транспортировки и хранения сжатых и сжиженных газов, давление паров которых при температуре до 50 ˚С превышает давление 0,07 МПа (0,7 кгс/см²);

- цистерны и сосуды для транспортировки или хранения сжатых, сжиженных газов, жидкостей и сыпучих тел, в которых давление выше 0,07 МПа (0,7 кгс/см²) создается периодически для их опорожнения;

- барокамеры.

Правила не распространяются на:

- сосуды атомных энергетических установок, а также сосуды, работающие с радиоактивной средой;

- сосуды вместимостью не более 0,025 м³ (25 л) независимо от давления, используемые для научно-экспериментальных целей. При определении вместимости из общей емкости сосуда исключается объем, занимаемый футеровкой, трубами и другими внутренними устройствами. Группа сосудов, а также сосуды, состоящие из отдельных корпусов и соединенные между собой трубами с внутренним диаметром более 100 мм, рассматриваются как один сосуд;

- сосуды и баллоны вместимостью не более 0,025 м³ (25 л), у которых произведение давления в МПа (кгс/см²) на вместимость в м³ (литрах) не превышает 0,02 (200);

- сосуды, работающие под давлением, создающимся при взрыве внутри них в соответствии с технологическим процессом или горении в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза;

- сосуды, работающие под вакуумом;

- сосуды, устанавливаемые на морских, речных судах и других плавучих средствах (кроме драг);

- сосуды, устанавливаемые на самолетах и других летательных аппаратах;

- воздушные резервуары тормозного оборудования подвижного состава железнодорожного транспорта, автомобилей и других средств передвижения;

- сосуды специального назначения военного ведомства;

- приборы парового и водяного отопления;

- трубчатые печи;

- сосуды, состоящие из труб с внутренним диаметром не более 150 мм без коллекторов, а также с коллекторами, выполненными из труб с внутренним диаметром не более 150 мм;

- части машин, не представляющие собой самостоятельных сосудов (корпуса насосов или турбин, цилиндры двигателей паровых, гидравлических, воздушных машин и компрессоров).

Под расчетным давлением в рабочих условиях для элементов сосудов и аппаратов следует понимать давление, на которое проводится их расчет на прочность. Расчетное давление для элементов сосуда или аппарата принимают, как правило, равным рабочему давлению или выше.

В зависимости от расчётного давления, температуры стенки и характера среды сосуды делятся на 4 группы.

Таблица 1 – Характеристика групп сосудов, работающих под давлением

Группа сосуда	Расчётное давление, МПа (кгс/см2)	Температура стенки, ºС	Характер рабочей среды
1	свыше 0,07 (0,7)	независимо	взрывоопасны или пожароопасны или 1,2 классов опасности
2	до 2,5 (25)	ниже - 70, выше 400	любая, за исключением указанной для 1 группы сосудов
	свыше 2,5 (25) до 4 (40)	ниже - 70, выше 200
	свыше 4 (40) до 5 (50)	ниже - 40, выше 200
	свыше 5 (50)	независимо
3	до 1,6 (16)	от -70 до - 20, от 200 до 700
	свыше 1,6 (16) до 2,5 (25)	от – 70 до 400
	свыше 2,5 (25) до 4 (40)	от – 70 до 200
	свыше 4 (40) до 5 (50)	от – 40 до 200
4	до 1,6 (16)	от – 20 до 200

Под рабочим давлением для сосуда и аппарата следует понимать максимальное внутреннее избыточное или наружное давление, возникающее при нормальном протекании рабочего процесса, без учета гидростатического давления среды и без учета допустимого кратковременного повышения давления во время действия предохранительного клапана или других предохранительных устройств.

Под пробным давлением в сосуде или аппарате следует понимать давление, при котором проводится испытание сосуда или аппарата.