6. Прочностные расчеты
6.1 Характеристики кристаллизатора
Площадь поверхности теплообмена 95 м2.
Трубы теплообменные: диаметр х толщина стенки 38х2 мм
длина 4000 мм
количество 211 шт
1.2 Расчетные параметры
Давление:
в межтрубном пространстве 0,025 МПа
в сепараторе (абс.) 0,051 МПа
Температура:
в межтрубном простанстве 105,9 оС
в трубном пространстве 82,0 о С
Основной конструкционный материал аппарата – сталь 12Х18Н10Т ГОСТ 5632-72, имеет следующие характеристики:
Допускаемые напряжения [σ]20 = 184,000 МПа
[σ]82 = 176,250 МПа
[σ]106 = 173,280 МПа
[σ]исп = 218,182 МПа
Модуль продольной упругости Е20…100 = 200000 МПа
Плотность раствора в аппарате принята равной 1300 кг/м3.
Прибавки к расчетным толщинам приняты в размере минусового допуска для листовых конструкций, а также возможных допускаемых утонений листа при штамповке в пределах норм, предусмотренных ОСТ 26 291-87.
Масса аппарата в рабочем состоянии 27200 кг
Масса аппарата при гидроиспытании 47200 кг
Основные размеры аппарата указаны на рис. 6.
Основные размеры кристаллизатора
Рис. 6
6.2 Расчет сепаратора
6.2.1 Расчет верхней цилиндрической обечайки диаметром 2600мм
Расчет на прочность цилиндрической обечайки с кольцом
жесткости проведен по программе RASCIL, разработанной в
соответствии с ГОСТ 14249-89.
6.2.1.1 Исходные данные
Марка материала обечайки...... 12Х18Н10Т листовой прокат
Температура стенки обечайки,t .............................. 82 "C
Исполнительная толщина стенки обечайки, S.................. 8 мм
Сумма прибавок к расчетной толщине стенки обечайки, C....... 1 мм
Внутренний диаметр цилиндрической обечайки, D............... 2600 мм
Длина цилиндрической обечайки, l4 .......................... 2327 мм
Коэффициент прочности продольного сварного шва, FIп......... 0.9
Коэффициент прочности кольцевого сварного шва, FIт........... 0.9
Расчетное наружное давление, Р ............................. 0.1 МПа
Давление испытания внутреннее(избыточное), Р ............... 0.13 МПа
Для примыкающего элемента слева(сверху)
Половина угла раствора при вершине конической обечайки, ALFA 60 град
Внутренний радиус отбортовки конической обечайки, r......... 0 мм
Длина конического элемента,l3кон ........................... 575 мм
6.2.1.2 Параметры кольца жесткости
Марка материала кольца жесткости ВСт3 сортовой прокат
Высота сечения кольца жесткости, измеряемая от срединной
поверхности обечайки, h2.................................... 36 мм
Ширина поперечного сечения кольца жесткости в месте его
приварки к обечайкe, t...................................... 4 мм
Расстояние между двумя кольцами жесткости по осям, проходящим
через центр тяжести поперечного сечения кольца жесткости, l1 0 мм
Коэффициент прочности сварного шва кольца жесткости, FIк 0.9
Площадь поперечного сечения кольца жесткости, Ак...........243 мм*мм
Расстояние между крайним кольцом жесткости и следующим
эффективным элементом жесткости, l2......................... 1300 мм
Расстояние между центром тяжести поперечного сечения кольца
жесткости и срединной поверхностью обечайки, e ............. 26.6 мм
Момент инерции поперечного сечения кольца жесткости относительно оси,
проходящей через центр тяжести его сечения, Jк ............13200 мм**4
6.2.1.3 Механические свойства
- Обечайки
Допускаемое напряжение для рабочих условий, [σ] 176.25 МПа
Допускаемое напряжение для условий испытания, [σ] 218.182 МПа
Модуль продольной упругости для рабочих условий, Е 200000 МПа
Модуль продольной упругости для условий испытания, Е 200000 МПа
Допускаемое напряжение для темп. 20 градусов, [σ]20 140 МПа
- Kольца жесткости
Допускаемое напряжение для рабочих условий, [σ]к 135.35 МПа
Допускаемое напряжение для условий испытания, [σ]ки 190.909 МПа
6.2.1.4 Результаты расчета для рабочих условий
Расчетная толщина стенки обечайки Sp = 6.66588 мм
Допускаемое наружное давление [P] = 0.129359 MПа
Расчетное наружное давление P = 0.1 MПа
Tак как P < [P] требование ГОСТ 14249-89 выполняется.
Эффективный момент инерции кольца жесткости I= 194146 мм**4
Расчетный эффективный момент инерции кольца жесткости Iр=88306.9 мм**4
Tак как I>=Ip, требование ГОСТ 14249-89 выполняется.
Цилиндрическая обечайка с кольцом жесткости, работающая под
действием наружного давления, удовлетворяет требованиям
ГОСТ 14249-89.
6.2.1.5 Результаты расчета для условий гидроиспытания
Допускаемое внутреннее давление [P] = 1.06577 MПа
Расчетное внутреннее давление P = 0.13 MПа
Tак как P < [P] требование ГОСТ 14249-89 выполняется.
Цилиндрическая обечайка с кольцом жесткости, работающая под
действием внутреннего давления, удовлетворяет требованиям
ГОСТ 14249-89.
6.2.2 Расчет средней цилиндрической обечайки диаметром 2600 мм
Расчет на прочность цилиндрической обечайки проведен
по программе RASCIL разработанной в соответствии с ГОСТ 14249-89
6.2.2.1 Исходные данные
Марка материала обечайки...... 12Х18Н10Т листовой прокат
Температура стенки обечайки,t .............................. 82 оC
Исполнительная толщина стенки обечайки, S.................. 12 мм
Сумма прибавок к расчетной толщине стенки обечайки, C....... 1 мм
Внутренний диаметр цилиндрической обечайки, D............... 2600 мм
Длина цилиндрической обечайки, l4 .......................... 1000 мм
Коэффициент прочности продольного сварного шва, FIп......... 0.9
Расчетное наружное давление, Р ............................. 0.1 МПа
Давление испытания внутреннее(избыточное), Р ............... 0.13 МПа
6.2.2.2 Механические свойства обечайки
Допускаемое напряжение для рабочих условий, [σ] 176.250 МПа
Допускаемое напряжение для условий испытания, [σ] 218.182 МПа
Модуль продольной упругости для рабочих условий, Е 200000 МПа
Модуль продольной упругости для условий испытания, Е 200000 МПа
Допускаемое напряжение для темп. 20 градусов, [σ]20 184 МПа
6.2.2.3 Результаты расчета для рабочих условий
Расчетная толщина стенки обечайки Sp = 6.00548 мм
Допускаемое наружное давление [P] = 0.494721 MПа
Расчетное наружное давление P = 0.1 MПа
Tак как P < [P] требование ГОСТ 14249-89 выполняется.
Цилиндрическая обечайка без кольца жесткости, работающая под
действием наружного давления, удовлетворяет требованиям
ГОСТ 14249-89.
6.2.2.4 Результаты расчета для условий гидроиспытания
Расчетная толщина стенки обечайки Sp = 0.860932 мм
Допускаемое внутреннее давление [P] = 1.65454 MПа
Расчетное внутреннее давление P = 0.13 MПа
Tак как P < [P] требование ГОСТ 14249-89 выполняется.
Цилиндрическая обечайка без кольца жесткости, работающая под
действием внутреннего давления, удовлетворяет требованиям
ГОСТ 14249-89.
6.2.3 Расчет нижней цилиндрической обечайки диаметром 2600 мм
Расчет на прочность цилиндрической обечайки с кольцом жесткости
проведен по программе RASCIL, разработанной в соответствии с
ГОСТ 14249-89
6.2.3.1 Исходные данные
Марка материала обечайки...... 12Х18Н10Т листовой прокат
Температура стенки обечайки,t .............................. 82 "C
Исполнительная толщина стенки обечайки, S.................. 8 мм
Сумма прибавок к расчетной толщине стенки обечайки, C....... 1 мм
Внутренний диаметр цилиндрической обечайки, D............... 2600 мм
Длина цилиндрической обечайки, l4 .......................... 1880 мм
Коэффициент прочности продольного сварного шва, FIп......... 0.9
Коэффициент прочности кольцевого сварного шва, FIт........... 0.9
Расчетное наружное давление, Р ............................. 0.1 МПа
Давление испытания внутреннее(избыточное), Р ............... 0.13 МПа
Для примыкающего элемента справа(снизу)
Половина угла раствора при вершине конической обечайки, ALFA 30 град
Внутренний радиус отбортовки конической обечайки, r......... 0 мм
Длина конического элемента,l3кон ........................... 1037 мм
6.2.3.2 Параметры кольца жесткости
Марка материала кольца жесткости ВСт3 сортовой прокат
Высота сечения кольца жесткости, измеряемая от срединной
поверхности обечайки, h2.................................... 36 мм
Ширина поперечного сечения кольца жесткости в месте его
приварки к обечайкe, t...................................... 4 мм
Расстояние между двумя кольцами жесткости по осям, проходящим
через центр тяжести поперечного сечения кольца жесткости, l1 0 мм
Коэффициент прочности сварного шва кольца жесткости, FIк 0.9
Площадь поперечного сечения кольца жесткости, Ак...........243 мм*мм
Расстояние между крайним кольцом жесткости и следующим
эффективным элементом жесткости, l2......................... 1000 мм
Расстояние между центром тяжести поперечного сечения кольца
жесткости и срединной поверхностью обечайки, e ............. 26.6 мм
Момент инерции поперечного сечения кольца жесткости относительно оси,
проходящей через центр тяжести его сечения, Jк ............13200 мм**4
6.2.3.4 Механические свойства
- Обечайки
Допускаемое напряжение для рабочих условий, [σ] 176.25 МПа
Допускаемое напряжение для условий испытания, [σ] 218.182 МПа
Модуль продольной упругости для рабочих условий, Е 200000 МПа
Модуль продольной упругости для условий испытания, Е 200000 МПа
Допускаемое напряжение для темп. 20 градусов, [σ]20 140 МПа
- Kольца жесткости
Допускаемое напряжение для рабочих условий, [σ]к 135.35 МПа
Допускаемое напряжение для условий испытания, [σ]ки 190.909 МПа
6.2.3.5 Результаты расчета для рабочих условий
Расчетная толщина стенки обечайки Sp = 6.00067 мм
Допускаемое наружное давление [P] = 0.167169 MПа
Расчетное наружное давление P = 0.1 MПа
Tак как P < [P] требование ГОСТ 14249-89 выполняется.
Эффективный момент инерции кольца жесткости I= 184706 мм**4
Расчетный эффективный момент инерции кольца жесткости Iр=70004.2 мм**4
Tак как I>=Ip, требование ГОСТ 14249-89 выполняется.
Цилиндрическая обечайка с кольцом жесткости, работающая под
действием наружного давления, удовлетворяет требованиям
ГОСТ 14249-89.
6.2.3.6 Результаты расчета для условий гидроиспытания
Допускаемое внутреннее давление [P] = 1.07343 Mпа
Расчетное внутреннее давление P = 0.13 Mпа
Tак как P < [P] требование ГОСТ 14249-89 выполняется.
Цилиндрическая обечайка с кольцом жесткости, работающая под
действием внутреннего давления, удовлетворяет требованиям
ГОСТ 14249-89.
6.2.4 Расчет верхней конической обечайки
Расчет на прочность гладкой конической обечайки
проведен по программе RKON, разработанной в соответствии
с ГОСТ 14249-89.
6.2.4.1 Исходные данные
Исполнительная толщина стенки конической обечайки,Sk 8 мм
Сумма приб. к расчет.толщ.cтенки конической обечайки,Ck 1 мм
Внутренний диаметр больш.основания конической обечайки,D 2600 мм
Внутренний диаметр мен.основания конической обечайки,D1 600 мм
Пол. угла раствора при вершине конической обечайки,α 60 о
Исполнительная толщина стенки переходной части конической
обечайки,S1............................................8 мм
Сумма прибавок к расчетной толщине стенки переходной
части конической обечайки,C1............................1 мм
Коэффициент прочности продольного сварного шва,FIp......0.9
Расчетное наружное давление для рабочих условий,Р.......0.1 МПа
Модуль упругости материала конической обечайки
для рабочих условий,E...................................200000 МПа
Допускаемое напряжение для материала конической обечайки
для рабочих условий,[σ].............................176.25 МПа
Температура стенки конической обечайки,t................82 оC
Марка материала конической обечайки :
12Х18Н10Т листовой прокат
Расчет.внутрен. давление для условий гидроиспытаний,Р 0.13 МПа
Допускаемое напряжение для материала конической обечайки
для условий гидроиспытаний,[σ].....................218.182 МПа
Допускаемое напряжение для материала конической обечайки
при 20 град,[σ]20...................................184 МПа
6.2.4.2 Результаты расчета для рабочих условий
Расчетная толщина стенки обечайки Sкр= 7.20512 мм
Допускаемое наружное давление [P]= 0.105153 МПа
Расчетное наружное давление P= 0.1 МПа
Так как P <= [P] требование ГОСТ 14249-89 выполняется .
Коническая обечайка, работающая под действием
наружного давления , удовлетворяет требованиям ГОСТ 14249-89.
6.2.4.3 Результаты расчета для условий гидроиспытаний
Расчетная толщина стенки обечайки Sкр= 1.61463 мм
Допускаемое внутреннее давление [P]= 0.562975 МПа
Расчетное внутреннее давление P= 0.13 МПа
Так как P <= [P] требование ГОСТ 14249-89 выполняется .
Коническая обечайка, работающая под действием
внутреннего давления , удовлетворяет требованиям ГОСТ 14249-89.
6.2.5 Расчет переходной конической обечайки
Расчет на прочность гладкой конической обечайки
проведен по программе RKON, разработанной в соответствии
с ГОСТ 14249-89.
6.2.5.1 Исходные данные
Исполнительная толщина стенки конической обечайки,Sk 8 мм
Сумма приб. к расчет.толщ.cтенки конической обечайки,Ck 1 мм
Внутренний диаметр больш.основания конической обечайки,D 2600 мм
Внутренний диаметр мен.основания конической обечайки,D1 1400 мм
Пол. угла раствора при вершине конической обечайки,α 30 о
Исполнительная толщина стенки переходной части конической
обечайки,S1............................................8 мм
Сумма прибавок к расчетной толщине стенки переходной
части конической обечайки,C1............................1 мм
Коэффициент прочности продольного сварного шва,FIp......0.9
Расчетное наружное давление для рабочих условий,Р.......0.1 МПа
Модуль упругости материала конической обечайки
для рабочих условий,E...................................200000 МПа
Допускаемое напряжение для материала конической обечайки
для рабочих условий,[σ].............................176.25 МПа
Температура стенки конической обечайки,t................82 оC
Марка материала конической обечайки :
12Х18Н10Т листовой прокат
Расчет.внутрен. давление для условий гидроиспытаний,Р 0.13 МПа
Допускаемое напряжение для материала конической обечайки
для условий гидроиспытаний,[σ].....................218.182 МПа
Допускаемое напряжение для материала конической обечайки
при 20 град,[σ]20...................................184 МПа
6.2.5.2 Результаты расчета для рабочих условий
Расчетная толщина стенки обечайки Sкр= 6.01638 мм
Допускаемое наружное давление [P]= 0.16545 МПа
Расчетное наружное давление P= 0.1 МПа
Так как P <= [P] требование ГОСТ 14249-89 выполняется .
Коническая обечайка, работающая под действием
наружного давления , удовлетворяет требованиям ГОСТ 14249-89.
6.2.5.3 Результаты расчета для условий гидроиспытаний
Расчетная толщина стенки обечайки Sкр= 0.966959 мм
Допускаемое внутреннее давление [P]= 0.939155 МПа
Расчетное внутреннее давление P= 0.13 МПа
Так как P <= [P] требование ГОСТ 14249-89 выполняется .
Коническая обечайка, работающая под действием
внутреннего давления , удовлетворяет требованиям ГОСТ 14249-89.
6.2.6 Расчет нижней конической обечайки
Расчет на прочность гладкой конической обечайки
проведен по программе RKON, разработанной в соответствии
с ГОСТ 14249-89.
6.2.6.1 Исходные данные
Исполнительная толщина стенки конической обечайки,Sk 6 мм
Сумма приб. к расчет.толщ.cтенки конической обечайки,Ck 1 мм
Внутренний диаметр больш.основания конической обечайки,D 1400 мм
Внутренний диаметр мен.основания конической обечайки,D1 365 мм
Пол. угла раствора при вершине конической обечайки,α 30 о
Исполнительная толщина стенки переходной части конической
обечайки,S1............................................6 мм
Сумма прибавок к расчетной толщине стенки переходной
части конической обечайки,C1............................1 мм
Коэффициент прочности продольного сварного шва,FIp......0.9
Расчетное наружное давление для рабочих условий,Р.......0.1 МПа
Модуль упругости материала конической обечайки
для рабочих условий,E...................................200000 МПа
Допускаемое напряжение для материала конической обечайки
для рабочих условий,[σ].............................176.25 МПа
Температура стенки конической обечайки,t................82 оC
Марка материала конической обечайки :
12Х18Н10Т листовой прокат
Расчет.внутрен. давление для условий гидроиспытаний,Р 0.13 МПа
Допускаемое напряжение для материала конической обечайки
для условий гидроиспытаний,[σ].....................218.182 МПа
Допускаемое напряжение для материала конической обечайки
при 20 град,[σ]20...................................184 МПа
6.2.6.2 Результаты расчета для рабочих условий
Расчетная толщина стенки обечайки Sкр= 3.47096 мм
Допускаемое наружное давление [P]= 0.278776 МПа
Расчетное наружное давление P= 0.1 МПа
Так как P <= [P] требование ГОСТ 14249-89 выполняется .
Коническая обечайка, работающая под действием
наружного давления , удовлетворяет требованиям ГОСТ 14249-89.
6.2.6.3 Результаты расчета для условий гидроиспытаний
Расчетная толщина стенки обечайки Sкр= 0.518451 мм
Допускаемое внутреннее давление [P]= 1.25016 МПа
Расчетное внутреннее давление P= 0.13 МПа
Так как P <= [P] требование ГОСТ 14249-89 выполняется .
Коническая обечайка, работающая под действием
внутреннего давления , удовлетворяет требованиям ГОСТ 14249-89.
6.2.7 Расчет соединения конической и цилиндрической обечаек без тороидального перехода диаметром 2600 мм
Расчет на прочность соединения конической и
цилиндрической обечаек без тороидального перехода
проведен по программе RKON, разработанной в соответствии
с ГОСТ 14249-89.
6.2.7.1 Исходные данные
Первая переходная часть - конический элемент
Вторая переходная часть - цилиндрический элемент
Исполнительная толщина стенки конической обечайки,Sk 8 мм
Сумма приб. к расчет.толщ.cтенки конической обечайки,Ck 1 мм
Внутренний диаметр соединения,D.........................2600 мм
Пол. угла раствора при вершине конической обечайки,α 60 о
Фактическая длина перех. части конической обечайки,A1д 0 мм
Фактическая длина переходной части цилиндр.обечайки,A2д 0 мм
Исполнительная толщина стенки переходной части конической
обечайки,S1............................................8 мм
Сумма прибавок к расчетной толщине стенки переходной
части конической обечайки,C1............................1 мм
Исполн.толщина стенки переходной части цилиндр.обеч.,S2 8 мм
Сумма прибавок к расчетной толщине стенки переходной
части цилиндрической обечайки,C2........................1 мм
Исполнительная толщина стенки цилиндрической обечайки,S 8 мм
Коэффициент прочности продольного сварного шва,FIp......0.9
Коэффициент прочности кольцевого сварного шва,FIт.......0.9
Расчетное наружное давление для рабочих условий,Р.......0.1 МПа
Допускаемое напряжение для материала переходной части
конической обечайки для рабочих условий,[σ]1........176.25 МПа
Температура стенки переходной части конич.обечайки,t1 82 оC
Марка материала переходной части конической обечайки :
12Х18Н10Т листовой прокат
Допускаемое напряжение для материала цилиндрической
обечайки для рабочих условий,[σ]2...................176.25 МПа
Температура стенки цилиндрической обечайки,t2...........82 оC
Марка материала цилиндрической обечайки :
12Х18Н10Т листовой прокат
Расчет.внутрен. давление для условий гидроиспытаний,Р 0.13 МПа
Допускаемое напряжение для материала переходной части
конической обечайки для условий гидроиспыт.,[σ]1 218.182 МПа
Допускаемое напряжение для материала переходной части
конической обечайки при 20 град,[σ]1 20.............184 МПа
Допускаемое напряжение для материала цилиндрической
обечайки для условий гидроиспытаний,[σ]2...........218.182 МПа
Допускаемое напряжение для материала цилиндрической
обечайки при 20 град,[σ]2 20........................184 МПа
6.2.7.2 Результаты расчета для рабочих условий
Расчетные длины переходных частей:
Первой : А1= 133.551 мм Второй : A2= 94.4352 мм
Необходимые толщины стенок переходных частей:
Первой : S1н= 5.32915 мм Второй : S2н= 5.32915 мм
Допускаемое наружное давление [P]= 0.161663 МПа
Расчетное наружное давление P= 0.1 МПа
Так как P <= [P] требование ГОСТ 14249-89 выполняется .
Переходные части соединения обечаек, работающего под действием
наружного давления , удовлетворяют требованиям ГОСТ 14249-89.
6.2.7.3 Результаты расчета для условий гидроиспытаний
Расчетные длины переходных частей:
Первой : А1= 133.551 мм Второй : A2= 94.4352 мм
Необходимые толщины стенок переходных частей:
Первой : S1н= 5.31298 мм Второй : S2н= 5.31298 мм
Допускаемое внутреннее давление [P]= 0.21095 МПа
Расчетное внутреннее давление P= 0.13 МПа
Так как P <= [P] требование ГОСТ 14249-89 выполняется .
Переходные части соединения обечаек, работающего под действием
внутреннего давления , удовлетворяют требованиям ГОСТ 14249-89.