1.1.3. Выбор материала

Руководствуясь общими принципами выбора материалов и учитывая максимальную рабочую температуру 200⁰ С , давление 9,3·10⁵ Па и среднюю коррозионность среды, выбираем углеродистую сталь обыкновенного качества ВСтЗсп (ГОСТ 14249-89), которая имеет следующие механические характеристики:

_T = 210-250 МПа;

_В = 380-490 МПа.

Рис. 1 Эскиз ректификационной колонны

1 - штуцер ввода сырья ( d = 200 мм ); 2 - люк-лаз ( d = 450 мм ); 3 - муфта для манометра ( d = 15 мм ); 4 - штуцер вывода ректификата ( d = 500 мм ); 5 - штуцер предохранительного клапана ( d = 100 мм ); 6 - штуцер ввода флегмы( d = 80 мм ); 7 - штуцер ввода паров из ребойлера ( d = 200 мм ); 8 - штуцер вывода кубового остатка ( d = 150 мм ); 9 - муфта для регулятора уровня ( d = 15 мм ).

1.1.4. Толщина стенки цилиндрической части аппарата

Цилиндрическая часть ректификационной колонны чаще всего представляет собой тонкостенный цилиндр, толщина стенки которого определяется согласно ГОСТу следующей формулой

,(1.1)

где S - расчетная толщина, м; Р_Р - расчетное избыточное давление, Па; D_В - внутренний диаметр аппарата, м; []- допускаемое напряжение на растяжение материала аппарата, Па;  - коэффициент прочности продольного сварного шва. Значения его в зависимости от вида сварных соединений и способа выполнения сварки, приведены в Приложении 1.; С - прибавка на коррозию, величину которой принимают в зависимости от коррозионных свойств среды в пределах 1 - 6 мм.

При расчете на прочность аппаратов, содержащих взрывопожароопасные и токсичные среды и снабженных предохранительными клапанами, расчетное давление принимают на 10 , но не менее, чем на 0,2 МПа больше технологического. Это позволяет избежать загрязнения окружающей атмосферы и обеспечивает нормальную эксплуатацию технологических установок [1].

В случае поверочного расчета значение расчетного давления принимается по паспортным данным.

Следует отметить, что при механическом расчете аппаратов используется избыточное давление.

В нашем случае избыточное рабочее давление равно

Р_из = 0,93 - 0,1 = 0,83 МПа

и расчетное давление

1) Р_р = 0,93 + 0,2 = 1,03 МПа;

2) Р_р = 0,83 + 0,083 = 0,913 МПа.

За расчетное берется большая величина, следовательно Р_р =1,03 МПа.

Расчетная температура стенки аппарата принимается равной наибольшей температуре среды, соприкасающейся со стенкой, а при обогревании открытым пламенем, горячими газами температурой 250⁰ С и выше или открытыми электронагревателями - равной температуре среды, соприкасающейся со стенкой, увеличенной на 50⁰ С, но не менее 250⁰ С [2].

Для рассчитываемой колонны t_р = 200⁰ С.

1.1.5. Допускаемое напряжение

Допускаемое напряжение [] определяют по формуле

[]=[^*] (1.2)

где  - поправочный коэффициент, равный 0,9 для аппаратов, содержащих взрыво- и пожароопасную или токсичную среду. Для других случаев он равен 1.; [^*]-нормативное допускаемое напряжение. Значение его для многих материалов принимают по табличным данным (Приложение 10).

В случае отсутствия справочных данных нормативное допускаемое напряжение определяют следующим образом:

а) если расчетная температура не превышает для углеродистых сталей 380⁰ C, для низколегированных 420⁰ С, для аустенистых (высоколегированных) 525⁰ С. За нормативное допускаемое напряжение [] принимают меньшее из двух значений:

или ; (1.3)

б) если расчетная температура превышает величины, указанные в п."а", за нормативное допускаемое напряжение принимают меньшее из двух значений:

или , (1.4)

где _в - предел прочности при расчетной температуре, но не выше, чем при 20⁰ С , поскольку пуск аппарата осуществляется при температуре окружающей среды; _т - предел текучести при расчетной температуре; _g - предел длительной прочности при расчетной температуре; n_в,n_т,n_g - соответствующие коэффициенты запаса прочности;

n_в  2,6; n_т  1,5; n_g  1,5.

Для определения механических характеристик углеродистых сталей при расчетной температуре можно воспользоваться табл. 1.1.

В этой таблице значения величин, характеризующих механические свойства стали при температуре 20⁰С, приняты за  = 1,0.

Таблица 1.1

Влияние температуры на механические свойства сталей,

содержащих до 0,4 углерода [2]

Механические			Значения при температуре Среды, 0 С
свойства	20			100	200	300	400		500
nв	1,0			1,0	1,20	1,15	0,90		0,60
nт	1,0			0,95	0,85	0,70	0,58		0,40

Итак, в рассматриваемом случае

Мпа , МПа

и с учетом табл. 1.1

[^*] = 1  146 = 146 МПа, [^*] = 0,85  140= 119 МПа.

Для последующего расчета принимаем наименьшее [^*] = 119 МПа, тогда допускаемое напряжение [] будет равно

[] = 0,9  119 = 107,1 МПа

Учитывая, что продольные и поперечные швы обечаек стальных аппаратов должны быть только стыковыми и, предполагая двухстороннюю сварку, выполненную автоматически, принимаем  = 1.

Величину прибавки на коррозию, учитывая коррозионность среды, принимаем равной 3 мм.

Теперь имеем данные для определения толщины стенки колонны

м.

Принимаем ближайшую большую толщину листа по сортаменту 16 мм.

Рекомендуемый сортамент листовой стали:

4 мм, 5 мм, 6 мм, 8 мм (далее через 2 мм до 50 мм),

от 50 до 100 мм через 5 мм.

Учитывая, что наряду с внутренним давлением аппарат испытывает дополнительные нагрузки, такие, как ветровая, вес внутренних устройств, вес площадок обслуживания и т.д., толщина обечайки в нижней части аппарата должна быть увеличена. Эта добавка S принимается в зависимости от высоты колонны согласно табл. 1.2.

Таблица 1.2

Величина добавки S

Общая высота колонны	S,мм
Небольшая (< 20 м)	1-2
Средняя (20-40 м)	3-4
Высокая (> 40 м)	5-6

В рассматриваемом случае высота колонны примерно равна 20 м, следовательно, S = 2 мм.

Тогда толщина обечайки внизу колонны равна

S_н = 16 + 2 = 18 мм.

Примем эту же толщину обечайки для верха колонны.