3 Методика розрахунку апаратів високого тиску

Для посудин та апаратів, що працюють при багаторазових навантаженнях з кількістю циклів навантаження від тиску, стисненності температурних деформацій та інших факторів понад 10³ за весь термін експлуатації крім розрахунку на статичну міцність необхідно проводити розрахунок на малоциклову втомленість.

Тиск внутрішній (зовнішній) – надлишковий тиск, що діє на внутрішню (зовнішню) поверхню стінки посудини. Під робочим тиском для посудини або апарата необхідно розуміти максимальний внутрішній надлишковий або зовнішній тиск, який виникає при нормальному протіканні робочого процесу, без урахування гідростатичного тиску середовища та допустимого короткочасного підвищення тиску під час дії запобіжного клапана.

Під розрахунковим тиском у робочих умовах для елементів посудин та апаратів слід розуміти тиск, на який здійснюється їхній розрахунок на міцність. Якщо на елемент посудини або апарата діє гідростатичний тиск, який складає 5 % і більше від робочого тиску, розрахунковий тиск підвищують на величину гідростатичного тиску.

Під розрахунковим тиском в умовах випробувань для елементів посудин або апаратів необхідно розуміти тиск, якому вони піддаються під час випробувань, включаючи гідростатичний тиск, якщо він складає 5 % і більше від пробного тиску.

Під пробним тиском у посудині (апараті) необхідно розуміти тиск, при якому проводиться випробування посудини (апарата) на міцність та герметичність.

Тиск умовний – розрахунковий тиск при температурі 20 °С, котрий використовується при розрахунку на міцність стандартних посудин (складальних одиниць, деталей, арматури).

Тиск надлишковий – різниця абсолютного тиску і тиску оточувального середовища, показуваного барометром.

Тиск дозволений – максимально допустимий надлишковий тиск посудини, установлений за результатами розрахунку на міцність і технічного опосвiдчення або діагностування.

Гідростатичний тиск, що діє на елемент посудини Р_г, МПа, визначають за формулою:

Р_г = ρ_с ∙ g ∙ H_c ∙ 10^-6, (3.1)

де ρ_с – густина робочого середовища в апараті, кг/м³;

g – прискорення вільного падіння, м/с²;

H_c – висота середовища в апараті, м.

Для захисту посудин та апаратів від можливого підвищення тиску вище допустимого вони забезпечуються запобіжними пристроями (запобіжними клапанами та ін.).

При дії запобіжних клапанів тиск у посудині або апараті не повинен перевищувати надлишковий робочий тиск більше ніж на 0,05 МПа для посудин з тиском до 0,3 МПа, на 15 % – для посудин, які працюють під тиском від 0,3 до 6,0 МПа і на 10 % – для посудин, які працюють під тиском понад 6,0 МПа.

При підвищенні тиску в посудині або апараті під час дії запобіжних пристроїв більше ніж на 10 % у порівнянні з робочим елементи апарата повинні розраховуватися на тиск, який дорівнює 90 % тиску при спрацьовуванні запобіжного пристрою.

Тиск у посудині під час дії запобіжного клапана Р_к, МПа, необхідно визначати за формулою:

(3.2)

де Р_роб. – робочий тиск у посудині, МПа.

Тиск у посудині, який враховує короткочасне підвищення його при спрацьовуванні запобіжного клапана, без урахування гідростатичного тиску Р_р, МПа, необхідно визначати за формулою:

(3.3)

Розрахунковий тиск у робочих умовах P , МПа, необхідно визначати за формулою:

(3.4)

Для елементів посудин, котрі розділяють порожнини з різними тисками, за розрахунковий тиск необхідно приймати або кожен із тисків окремо, або їхню алгебраїчну суму, якщо вона вимагає більшої товщини стінки розраховуваного елемента.

Випробування сталевих зварних посудин та апаратів повинно проводитися пробним тиском Р_пр, МПа, який визначають за формулою:

(3.5)

де [ϭ]₂₀ – допустима напружина для матеріалу посудини при температурі 20 ºС, МПа;

[ϭ] – допустиме напруження для матеріалу посудини при розрахунковій температурі, МПа.

Відношення [ϭ]₂₀ / [ϭ] приймається по тому з використаних матеріалів елементів посудини (обичайок, днищ, фланців, кріпильних деталей, патрубків та ін.), для якого воно є найменшим.

Під розрахунковим тиском в умовах випробувань Р_в, МПа, мають на увазі тиск, якому піддаються посудини під час випробувань, включаючи гідростатичний тиск, якщо він складає 5 % та більше від пробного.

Розрахунок на міцність елементів апаратів (обичайок, днищ) для умов випробувань проводити не потрібно, якщо розрахунковий тиск в умовах випробувань менше ніж розрахунковий тиск у робочих умовах, помножений на 1,35 [ϭ]₂₀ / [ϭ].