2 ЦЕЛЬ РАСЧЕТОВ И ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

2.1 Цель расчетов

Цель прочностного расчета  определение размеров (толщин стенок, диаметров и т.п.) основных элементов аппарата исходя из условий прочности и устойчивости.

2.2 Расчетная схема аппарата

Расчетная схема аппарата приведена на рисунке 2.1

Рисунок 2.1 Расчетная схема аппарата

2.3 Исходные данные для расчета

Внутренний диаметр колонны – 1600 мм

Высота слоев насадки – 5 метра + 5 метров

Давление в колонне рабочее – 0,1 Мпа

Температура газа на входе в колонну – 30 ⁰С

Диаметр штуцера подачи газа – 150 мм

Диаметр штуцера вывода газа – 150 мм

Диаметр штуцера подачи воды на орошение – 50 мм

Диаметр штуцера вывода воды – 80 мм

Диаметр люка – 450 мм

Высота опоры – стальные кольца Палля

Размер колец	Удельная поверхность	Свободный объем	Эквивалентный диаметр	Количество в 1 м3	Масса 1 кг/см3
50х50х1	180	0,90	0,033	6400	520

Аппарат установлен на открытой площадке в Нижегородской области .

Температура воды на орошение 20-30 ⁰ С

3 Определение расчетных парметров

Расчётная температура стенок корпуса колонны t_Р определяются на основании тепловых расчётов или результатов испытания. В случае невозможности проведения тепловых расчётов и испытаний, и если во время эксплуатации температура стенки повышается до температуры среды, соприкасающейся со стенкой, то при положительных температурах согласно [4] расчётная температура стенки принимается из условия

(3.1)

где t – наибольшая температура среды, в колонне t=35⁰С.

.

Расчетную температуру для условий испытания и монтажа принимаем равной 20С [11].

Рабочее давление в колонне равно =0,1 МПа.

Проверим необходимость учёта давления гидростатического столба жидкости в кубе колонны р_Г.С., МПа, проверив условие

, (3.2)

(3.3)

где ρ_С = 980 кг/м³–плотность среды в кубе колонны при рабочей температуре;

h = 1,5 м –высота среднего уровня жидкости в кубе колонны;

g = 9,81 м/с²–ускорение силы тяжести.

0,01 МПа > 0,050,1=0,0065 МПа.

Условие (3.2) выполняется, следовательно, учитываем давление гидростатического столба жидкости в кубе колонны.

Тогда расчётное давление в колонне МПа.

Допускаемые напряжения, коэффициенты запаса прочности

Допускаемые напряжения при расчете по предельным нагрузкам производят по формуле:

Где,

- расчетное значение предела текучести, = 256 МПа

- коэффициент запаса по пределу текучести, = 1,5

- поправочный коэффициент, =1

Допускаемые напряжения для условий испытаний определяют по формуле:

Где

- минимальное значение предела текучести при температуре 20⁰С, =256 МПа

Модуль продольной упругости для материала корпуса (сталь 09Г2С) при температуре 20⁰С Е₂₀=2,15·10⁵ МПа, при расчётной температуре Е=2,15·10⁵ МПа [8].

Коэффициент запаса устойчивости: в рабочем состоянии n_У=2,4; при испытании n_У.И.=1,8 [11].

Определяем коэффициент прочности сварных швов . Поскольку в колонне находится под давлением аммиака [12], являющийся взрывопожароопасным химическим веществом, на основании чего, в соответствии с [12], аппарат относится к 5А группе сосудов. Для аппаратов группы 5А устанавливается длина контролируемого участка швов от длины каждого шва – 100% [12]. На основании вышесказанного для стыковых сварных швов корпуса с двусторонним сплошным проваром, выполняемых автоматической сваркой коэффициент сварных швов равен φ = 0,9 [12].

Определяем общую величину прибавки к расчетному значению стенки корпуса колонны с, мм, которая складывается

(3.8)

гд е  суммарная прибавка для компенсации коррозии и эрозии, мм.

здесь   скорость коррозии, для стали 09Г2С при контакте с рабочей средой  = 0,1 мм/год, при расчетной температуре 13;

  расчетный срок службы аппарата,  = 12 лет;

c_э  прибавка к расчетной толщине для компенсации эрозии, с_э = 0 при малой скорости движения среды в аппарате.

с₂  прибавка к расчетной толщине стенки корпуса для компенсации минусового значения предельного отклонения по толщине листа,

с₂=0,6 мм [10];

с₃  прибавка к расчетной толщине стенки корпуса для компенсации утонения стенки элементов аппарата в процессе изготовления, с₃ = 0, так как согласно принятой технологии в процессе вальцевания обечаек, штамповки днищ и обжига не происходит утонения стенок.

мм.

мм.

4 ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ АППАРАТА

4.1 Расчетная толщина цилиндрической обечайки колонны

Расчетная схема представлена на рисунке 4.1.

Расчетная толщина цилиндрической обечайки колонны

при рабочем состоянии от действия расчетного давления, , м,

,(4.9)

где D  диаметр обечайки колонны, D = 2,0 м.

Рисунок 4.1  Расчетная схема корпуса колонны

м = 0,44 мм.

при условии гидроиспытания, , м,

,(4.10)

м = 0,7 мм.

Исполнительная толщина стенки цилиндрической обечайки корпуса в первом приближении s, мм

s  ,(4.11)

s  мм.

Согласно рекомендациям [14], при внутреннем давлении до 0,6 МПа и диаметре 1 м, толщину стенки обечайки колонны принимаем с запасом равной s = 8 мм.

Проверка условия применимости расчетных формул для цилиндрической обечайки

,(4.12)

Условие (4.12) цилиндрической обечайки колонны выполняется:

 0,1.