87054

Расчёт колонны для стабилизации газового конденсата

Курсовая

Производство и промышленные технологии

Курсовая работа посвящена расчёту вертикального аппарата, предназначенного для выделения из мазута тяжелого дизельного топлива. В работе представлены результаты расчёта вертикального аппарата, включающего в себя определение толщин стенок, укреплений штуцеров и их фланцевых соединений,...

Русский

2015-04-17

1.29 MB

33 чел.

Федеральное агентство по образованию

Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Самарский Государственный Технический Университет»

Кафедра «Машины и аппараты химических производств»

Курсовой проект

по дисциплине

«Конструирование и расчёт машин и аппаратов»

«Расчёт колонны для стабилизации газового конденсата»

Аппарат 2

Вариант значений А

Вариант расчёта 1

Выполнил: студент 3-НТ-11 _____________________ Вотина А.

Проверил ______________________ Крючков Д.А.

 

Самара 2014 г.

Реферат

Курсовая работа.

Пояснительная записка: 80 страниц, 1 рисунок, 5 таблиц, 8 источников, 3 приложения.

Графическая документация: 3 листа А1, лист спецификации на чертеж.

ВЕРТИКАЛЬНЫЙ АППАРАТ, ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ ОБЕЧАЙКИ, ДНИЩА, КОНИЧЕСКИЙ ПЕРЕХОД, ГИДРОИСПЫТАНИЯ, УКРЕПЛЕНИЯ ОТВЕРСТИЙ, ФЛАНЦЕВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ, ВЕТРОВАЯ НАГРУЗКА.

Курсовая работа посвящена расчёту вертикального аппарата, предназначенного для выделения из мазута тяжелого дизельного топлива.

В работе представлены результаты расчёта вертикального аппарата, включающего в себя определение толщин стенок, укреплений  штуцеров и их фланцевых соединений, укрепления люка-лаза, и проведение гидроиспытания.

Содержание

Реферат 2

Введение 4

1. Основные расчетные величины 5

2. Определение толщин цилиндрических обечаек 6

2. Расчет на прочность обечайки с высотой и диаметром 7

3. Определение толщины стенки эллиптических днищ 8

4. Проведение гидроиспытаний 9

5. Расчет укрепления отверстий 11

5.1. Расчет укрепления штуцера А диаметром 11

5.2. Расчет укрепления штуцера В диаметром 15

5.3. Расчет укрепления люка-лаза диаметром  на обечайке диаметром 17

6. Расчет фланцевых соединений 21

6.1. Расчет фланцевого соединения штуцера А 21

6.1.1. Определение усилия, необходимого для смятия прокладки и обеспечения герметичности фланцевого соединения 21

6.1.2. Расчет усилия в болтах фланцевого соединения при затяжке и в рабочих условиях 22

6.1.3. Проверка прочности болтов и прокладки 30

6.2. Расчет фланцевого соединения штуцера В 32

6.2.1. Определение усилия, необходимого для смятия прокладки и обеспечения герметичности фланцевого соединения 32

6.2.2. Расчет усилия в болтах фланцевого соединения при затяжке и в рабочих условиях 33

6.2.3. Проверка прочности болтов и прокладки 39

7. Расчет ветровой нагрузки в условиях монтажа 42

7.1 Определение периода собственных колебаний колонны 43

7.2. Определение расчетного изгибающего момента от ветровой нагрузки 46

Введение

В настоящее время значение нефти в мировой экономике очень велико. Она является источником для выработки моторных топлив (бензина, дизельного и ракетного топлива), масел, смазок и других нефтепродуктов.

Переработка нефти – это крупнотоннажное производство, основанное на получении из нефти товарных нефтепродуктов и сырья для нефтехимии. В основе методов переработки нефти и газа и применения товарных нефтепродуктов в различных областях промышленности и народного хозяйства лежат физико-химические процессы.

Для проведения этих процессов требуется высококачественное, но в то же время экономичное оборудование, среди которого горизонтальные и вертикальные аппараты, теплообменные аппараты, насосы и т.д. Широкое распространение получили вертикальные аппараты колонного типа. Они подразделяются на аппараты работающие под избыточным внутренним, атмосферным давлением и вакуумом. Также факторами, влияющими на конструкцию и тип колонн, являются рабочая температура и производительность колонны.

Расчет колонны для стабилизации газового конденсата

Методы расчета на прочность сосудов и аппаратов приведены в ГОСТ Р 52857.1-2007 – ГОСТ Р 52857.11-2007.

1. Основные расчетные величины

За расчетную температуру аппарата в реальных условиях принимается максимально возможная температура продуктов в аппарате:

 

Под рабочим давлением понимают максимальное внутреннее избыточное или наружное давление, возникающее при нормальном протекании рабочего процесса. Так как аппарат работает под внутренним давлением, а давление в аппарате составляет по заданию 14,5кгс/см2, поэтому расчет ведется по внутреннему избыточному  давлению, которое составляет

 

Материал корпуса колонны – сталь 16ГС. Свойства стали 16ГС, учитываемые при работе колонны:

– допускаемое напряжение при расчетной температуре ;

– модуль продольной упругости при расчетной температуре .

2. Определение толщин цилиндрических обечаек

Толщина стенки цилиндрической обечайки, нагруженной внутренним избыточным давлением, определяется по формуле (1),

                                                     (1)

где – исполнительная толщина стенки обечайки, м;

– прибавка на коррозию к расчетной толщине стенки,2 мм;

– расчетная толщина стенки обечайки, м, определяемая по формуле

                        (2)

где – внутренний диаметр рассчитываемой обечайки, м;

– коэффициент прочности продольного сварного шва, .

    

Допускаемое внутреннее  давление определяется следующим образом

                                              (3)

При этом должно выполняться условие

2. Расчет на прочность обечайки с высотой и диаметром

Согласно стандартному ряду листового проката принимаем

Рассчитываем допускаемое давление

Условие

выполняется, следовательно, обечайка обладает необходимым запасом прочности.

3. Определение толщины стенки эллиптических днищ

На аппарате установлены два эллиптических днища одного диаметра и высотой, которую принимаем равной 0,25D.

Толщину стенки эллиптического днища, нагруженного внутренним избыточным давлением, определяется по формуле

                                                 (4)

где

                            (5)

где R=D – для эллиптических днищ с H, равным 0,25D.

Допускаемое внутреннее давление определяется по формуле

                                             (6)

Подставляя численные значения в выражение (5), получим

Согласно стандартному ряду листового проката толщину эллиптических днищ принимаем равную 12 мм.

Определим допускаемое внутреннее давление

(7)

Подставляя численные значения в выражение (7), получим


Условие

выполняется, следовательно, днища обладают необходимым запасом прочности.

4. Проведение гидроиспытаний

Гидроиспытания проводятся для проверки условия

                                                 (8)

где – предел текучести материала аппарата, МПа;

– максимальное напряжение, возникающее в аппарате при гидроиспытаниях, МПа.

Максимальное напряжение определяется по формуле

                                           (9)

где D – диаметр низа аппарата, м;

φ – коэффициент сварного шва, принимаем равным 1.

Максимальное давление на низ аппарата определяется по формуле

                                          (10)

где – плотность воды, равная 1000 кг/м3;

g – ускорение свободного падения, м/с2;

Н – высота аппарата, занимаемая водой, м;

– давление, возникающее при гидроиспытаниях, МПа, которое определяется по формуле

                                          (11)

где – допускаемое напряжение при температуре 20ºС, МПа, для стали 16ГС равное 196 МПа;

– допускаемое напряжение при расчетной температуре, МПа, равное    171 МПа.

Подставляя численные значения в выражение (11), получим

Подставив в уравнение (10) численные значения, получим

Определим максимальное напряжение

Предел текучести при температуре проведения гидроиспытаний (20ºС) равен 300 МПа. Тогда

Условие

выполняется, следовательно, гидроиспытание пройдено.

5. Расчет укрепления отверстий

5.1. Расчет укрепления штуцера А диаметром

Рисунок 2 – Основная расчетная схема соединения штуцера со стенкой аппарата

Толщина стенки штуцера определяется по формуле

                                                    (12)

где расчетная толщина стенки

                                              (13)

где d – диаметр штуцера, м;

φ – коэффициент сварного шва, принимаем равным 1.

Подставляя численные значения, получим

Исходя из конструктивных соображений, примем исполнительную толщину стенки, равную .

Расчетный диаметр отверстия в стенке обечайки при наличии штуцера с круглым поперечным сечением, ось которого совпадает с нормалью к поверхности в центре отверстия, определяется по формуле

Расчетный диаметр укрепляемого элемента для эллиптических днищ при Н=0,25D определяется по формуле


где Х – расстояние от центра укрепляемого отверстия до оси эллиптического днища, мм, равно 0;

Подставляя численные значения, получим

Расчетная длина внешней части круглого штуцера, участвующая в укреплении отверстия и учитываемая при расчете (рис. 2), определяется по формуле

                       (14)

где – исполнительная длина штуцеров, м (не дана по заданию).

Подставляя численные значения в (14), получим

Расчетный диаметр одиночного отверстия, не требующего дополнительного укрепления, определяется по формуле

                              (15)

где – диаметр укрепляемого элемента, м

s – исполнительная толщина стенки укрепляемого элемента, м;

sp – расчетная толщина стенки укрепляемого элемента, м.

Подставляя численные значения в (28), получим

Так как расчетный диаметр одиночного отверстия не удовлетворяет условию

то требуется укрепление отверстия. Используем укрепление отверстия накладным кольцом (рис. 3).

Рисунок 3 – Схема укрепления штуцера А

Ширина зоны укрепления в обечайке определяется по формуле

                                          (16)

Подставляя численные значения в выражение (16), получим

Расчетная ширина зоны укрепления в стенке обечайки при отсутствии торообразной вставки или вварного кольца равна

Расчетная ширина накладного кольца (рис. 3) определяется по формуле

                              (17)

где   – исполнительная ширина накладного кольца, м (не дана по заданию);

– исполнительная толщина накладного кольца, м, примем .

Подставляя численные значения в (30), получим

В случае укрепления отверстия накладным кольцом должно выполняться условие

           (18)

где – отношения допускаемых напряжений. Будем считать, что аппарат, штуцер и накладное кольцо выполнены из одного материала, тогда отношения допускаемых напряжений равны 1.

Подставляя численные значения в выражение (18), получим

Условие прочности укрепления штуцера А с использованием накладного кольца выполняется.

Допускаемое внутреннее избыточное давление вычисляют по формуле

                                            (19)

                    

где К1=1 – для цилиндрических и конических обечаек;

К1=2 – для выпуклых днищ;

                      (20)

Подставляя численные значения в выражение (34), получим

Тогда допускаемое внутреннее избыточное давление равно

Условие

выполняется, следовательно, укрепление отверстия обладает необходимым запасом прочности.

5.2. Расчет укрепления штуцера В диаметром

Толщина стенки штуцера равна

Исходя из конструктивных соображений, примем исполнительную толщину стенки, равную .

Расчетный диаметр отверстия в стенке обечайки при наличии штуцера с круглым поперечным сечением, ось которого совпадает с нормалью к поверхности в центре отверстия, равен

Расчетная длина внешней части круглого штуцера, участвующая в укреплении отверстия и учитываема при расчете (рис. 2) равна

Расчетный диаметр одиночного отверстия, не требующего дополнительного укрепления, определяется по формуле

где – диаметр укрепляемого элемента, м, равный для цилиндрической обечайки ;  

s – исполнительная толщина стенки укрепляемого элемента, м;

sp – расчетная толщина стенки укрепляемого элемента, м.

Подставляя численные значения, получим

Так как расчетный диаметр одиночного отверстия не удовлетворяет условию

,

то требуется укрепление отверстия. Используем укрепление отверстия накладным кольцом (рис. 4).

Рисунок 4 – Схема укрепления штуцера Е

Ширина зоны укрепления в обечайке определяется равна

Расчетная ширина зоны укрепления в стенке обечайки при отсутствии торообразной вставки или вварного кольца равна

Расчетная ширина накладного кольца определяется по формуле

где   – исполнительная ширина накладного кольца, м (не дана по заданию);

– исполнительная толщина накладного кольца, м, примем .

Расчетная ширина накладного кольца (рис. 4) равна

Примем ширину накладного кольца, равную .

В случае укрепления отверстия накладным кольцом должно выполняться условие

где – отношения допускаемых напряжений. Будем считать, что аппарат, штуцер и накладное кольцо выполнены из одного материала, тогда отношения допускаемых напряжений равны 1.

Подставляя численные значения, получим

Условие прочности укрепления штуцера В с использованием накладного кольца выполняется.

Подставляя численные значения в выражение (20), получим

Тогда допускаемое внутреннее избыточное равно

Условие

выполняется, следовательно, укрепление отверстия обладает необходимым запасом прочности.

5.3. Расчет укрепления люка-лаза диаметром  на обечайке диаметром

Толщина стенки люка-лаза равна

Исходя из конструктивных соображений, примем исполнительную толщину стенки, равную .

Расчетный диаметр отверстия в стенке обечайки равен

Расчетная длина внешней части круглого штуцера, участвующая в укреплении отверстия и учитываема при расчете (рис. 2) равна

Расчетный диаметр одиночного отверстия, не требующего дополнительного укрепления, определяется по формуле

где – диаметр укрепляемого элемента, м, равный для цилиндрической обечайки ;  

s – исполнительная толщина стенки укрепляемого элемента, м;

sp – расчетная толщина стенки укрепляемого элемента, м.

Подставляя численные значения, получим

Так как расчетный диаметр одиночного отверстия не удовлетворяет условию

,

то требуется укрепление отверстия. Используем укрепление отверстия накладным кольцом (рис. 5).

Рисунок 5 – Схема укрепления люка-лаза

Ширина зоны укрепления в обечайке определяется равна

Расчетная ширина зоны укрепления в стенке обечайки при отсутствии торообразной вставки или вварного кольца равна

Расчетная ширина накладного кольца определяется по формуле

где   – исполнительная ширина накладного кольца, м (не дана по заданию);

– исполнительная толщина накладного кольца, м, примем .

Расчетная ширина накладного кольца (рис. 5) равна

Примем ширину накладного кольца, равную .

В случае укрепления отверстия накладным кольцом должно выполняться условие

где – отношения допускаемых напряжений. Будем считать, что аппарат, люк-лаз и накладное кольцо выполнены из одного материала, тогда отношения допускаемых напряжений равны 1.

Подставляя численные значения, получим

Условие прочности укрепления люка-лаза с использованием накладного кольца выполняется.

Подставляя численные значения в выражение (20), получим

Тогда допускаемое внутреннее избыточное давление равно

Условие

выполняется, следовательно, укрепление отверстия обладает необходимым запасом прочности.


6. Расчет фланцевых соединений

6.1. Расчет фланцевого соединения штуцера А

Расчет фланцевого соединения производится по ГОСТ 52857.4-2007 «Нормы и методы расчета на прочность. Расчет на прочность и герметичность фланцевых соединений». Основные размеры фланцевого соединения представлены:

– в ГОСТ 12815-80 «Фланцы арматуры, соединительных частей и трубопроводов»;

– в ГОСТ 15180-86 «Прокладки плоские эластичные. Основные параметры и размеры».

Примем установке фланцевые соединения с приварными встык фланцами с уплотнительной поверхностью типа выступ-впадина, изготовленные из стали Ст3.

6.1.1. Определение усилия, необходимого для смятия прокладки и обеспечения герметичности фланцевого соединения

По ГОСТ 15180-86 выбираем прокладку исполнения Б (фланцы исполнения 2 и 3 по ГОСТ 12815-80) с исполнительными размерами для прохода условного и давления :

– наружный диаметр прокладки – 406 мм;

– внутренний диаметр прокладки – 372 мм;

– ширина прокладки ;

– толщина прокладки .

Эффективная ширина прокладки для плоских прокладок определяется по формуле

                                 (21)

Тогда эффективная ширина прокладки равна

Расчетный диаметр плоских прокладок определяется по формуле

                                             (22)

где – наружный диаметр прокладки, мм.

Расчетный диаметр равен

Усилие, необходимое для смятия прокладки при затяжке, определяется по формуле

                                       (23)

где – удельное давление обжатия прокладки, МПа. Для плоской неметаллической прокладки из паронита по ГОСТ 481-80 при толщине не более 2-3 мм .

Усилие, необходимое для смятия прокладки при затяжке, равно

Усилие на прокладке в рабочих условиях, необходимое для обеспечения герметичности фланцевого соединения, определяется по формуле

                                           (24)

где – поправочный коэффициент. Для плоской неметаллической прокладки из паронита по ГОСТ 481-80 при толщине не более 2-3 мм .

Подставив числовые значения в (24), получим

6.1.2. Расчет усилия в болтах фланцевого соединения при затяжке и в рабочих условиях

Суммарная площадь сечения болтов по внутреннему диаметру резьбы или нагруженному сечению наименьшего диаметра определяется по формуле

                                                (25)

где – количество болтов. По ГОСТ 12815-80 .

– площадь поперечного сечения одного болта. По ГОСТ 52857.4-2007 для болтов с метрической резьбой М24 .

Суммарная площадь равна

Равнодействующая нагрузка от давления определяется по формуле

                                          (26)

Подставляя численные значения в (26), получим

Приведенная нагрузка, вызванная воздействием внешней силы и изгибающего момента, определяется по формуле

                                          (27)

Так как внешняя осевая сила F и внешний изгибающий момент М не приложены, то принимаем их равными 0. Тогда .

Нагрузка, вызванная стесненностью температурных деформаций в соединениях с приварными встык фланцами, по формуле

         (28)

где – жесткость фланцевого соединения, Н/мм;

– толщина тарелки фланца, мм. Из расчета в ПАССАТе ;

– расчетная температура фланца, ºС. Принимаем температуру, равную расчетной ;

– расчетная температура болта, ºС. Для приварных встык фланцев определяется следующим образом

– температурный коэффициент линейного расширения материала фланца, 1/ºС. Для стали Ст3 при расчетной температуре равно

– температурный коэффициент линейного расширения материала болта, 1/ºС. Для болтов, изготовленных из стали 35, при температуре равен

Жесткость фланцевого соединения определяется по формуле

                         (29)

где – модуль продольной упругости материала болтов и фланца при расчетной температуре, МПа. Определяются по ГОСТ 52857.1-2007 и ГОСТ 52857.4-2007

– модуль продольной упругости материала болтов и фланца при температуре 20ºС, МПа Определяются по ГОСТ 52857.1-2007 и ГОСТ 52857.4-2007

b – плечо действия усилий в болтах, мм. Определяется по формуле

                                        (30)

где – диаметр окружности расположения болтов, мм. По ГОСТ 12815-80 .

Тогда

Податливость прокладки определяется по формуле

                                           (31)

где – коэффициент обжатия. Для плоских прокладок из паронита по ГОСТ 481 при толщине не более 2-3 мм равен ;

– условный модуль сжатия прокладки, МПа. Для плоских прокладок из паронита по ГОСТ 481 при толщине не более 2-3 мм равен .

Подставляя численные значения в выражение (31), получим

Податливость болтов определяется по формуле

                                                 (32)

где – эффективная длина болта, мм. Определяется по формуле

                                               (33)

где – расстояние между опорными поверхностями гайки и головки болта, мм. Определяется как сумма высот тарелок фланца и толщины прокладки

d – наружный диаметр болта, мм, равный 24 мм.

Подставляя численные значения в выражение (33), получим

Подставляя численные значения в выражение (32), получим

Угловая податливость фланца при затяжке определяется по формуле

                                            (34)

где – толщина приварного встык фланца в месте приварки к трубе, мм. Из расчета в ПАССАТе .

– параметр длины обечайки, мм, определяемый по формуле

                                            (35)

и равный

Коэффициент , зависящий от соотношения размеров втулки фланца, для фланцевых соединений с приварными встык фланцами с конической втулкой определяют по графику (рис. 6) в зависимости от отношений

                                                     (36)

где – толщина втулки приварного встык фланца в месте присоединения к тарелке, мм. Из расчета в ПАССАТе .

                                                  (37)

где – длина конической части втулки приварного встык фланца, мм. Из расчета в ПАССАТе .

Подставляя численные значения в (36) и (37), получим

По графику (рис. 6) .

Рисунок 6 – Коэффициент

Коэффициент λ определяется по формуле

                                         (38)

Коэффициент , зависящий от соотношения размеров втулки фланца, для фланцевых соединений с приварными встык фланцами с конической втулкой определяют по графику (рис. 7) в зависимости от отношений (36) и (37).

По графику (рис. 7) .

Рисунок 7 – Коэффициент

Отношение наружного диаметра тарелки фланца к внутреннему диаметру определяется по формуле

                                                 (39)

Подставляя численные значения в (53), получим

Коэффициенты , определяются по формулам

                                     (40)

                                       (41)

Подставляя численные значения в выражения (40) и (41), получим

Подставляя численные значения в выражение (38), получим

Подставляя численные значения в выражение (34), получим

Тогда жесткость фланцевого соединения равна

Тогда нагрузка, вызванная стесненностью температурных деформаций в соединениях с приварными встык фланцами, равна

Расчетная нагрузка на болты фланцевых соединений при затяжке определяется по формуле

где – расчетная нагрузка на болты при затяжке, необходимая для обеспечения в рабочих условиях давления на прокладку, достаточного для герметизации фланцевого соединения

                             (42)

Коэффициент жесткости фланцевого соединения для приварных встык фланцев определяется по формуле

                                   (43)

Плечо усилия от действия давления на фланец для всех типов фланцев определяется по формуле

                                        (44)

где – эквивалентная толщина втулки фланцев приварных встык, вычисляемая по формуле

                                                 (45)

Коэффициент , зависящий от соотношения размеров конической втулки фланца β и x, определяется по формуле

                                       (46)

Подставляя численные значения в выражение (46), получим

Эквивалентная толщина втулки фланцев равна

Подставляя численные значения в выражение (44), получим

Коэффициент жесткости фланцевого соединения для приварных встык фланцев равен

Подставляя численные значения в выражение (42), получим

Расчетная нагрузка на болты при затяжке, необходимая для обеспечения обжатия прокладки и минимального начального натяжения болтов определяется по формуле

                                   (47)

где – допускаемое напряжение для материала болтов при температуре 20ºС, МПа, равно 130МПа.

Подставляя численные значения в выражение (47), получим

Тогда расчетная нагрузка на болты при затяжке фланцевого соединения равна

Расчетная нагрузка на болты в рабочих условиях равна

                     (48)

Подставляя численные значения в выражение (48), получим

6.1.3. Проверка прочности болтов и прокладки

Расчетные напряжения в болтах определяются по формулам:

– при затяжке

                                                  (49)

– в рабочих условиях

                                                  (50)

Подставляя численные значения в выражения (49) и (50), получим

Условие прочности болтов при затяжке определяется по формуле

                                                  (51)

Допускаемое напряжение для болтов при затяжке определяется по формуле

                                       (52)

где – коэффициент условий работы, для рабочих условий ;

– коэффициент условий затяжки, при обычной неконтролируемой затяжке ;

– коэффициент учета нагрузки от температурных деформаций, если нагрузка от температурных деформаций не учитывается, то ;

– коэффициент увеличения допускаемых напряжений при затяжке;

– номинальное допускаемое напряжение для болтов при 20ºС температуре, МПа, равно 130 МПа.

Подставляя численные значения в выражение (52), получим

Условие (51)

выполняется.

Условие прочности болтов в рабочих условиях определяется по формуле

                                                  (53)

Допускаемое напряжение для болтов в рабочих условиях определяется по формуле

                                       (54)

где – коэффициент условий работы, для рабочих условий ;

– коэффициент условий затяжки, при обычной неконтролируемой затяжке ;

– коэффициент учета нагрузки от температурных деформаций, если нагрузка от температурных деформаций не учитывается, то ;

– номинальное допускаемое напряжение для болтов при расчетной температуре, МПа, равно 123 МПа.

Подставляя численные значения в выражение (54), получим

Условие (53)

выполняется.

Условие прочности прокладки определяется по формуле

                                      (55)

где – допускаемое удельное давление, МПа, для плоских прокладок из паронита по ГОСТ 481 при толщине не более 2-3 мм равно 130 МПа.

Подставляя численные значения в выражение (55), получим

Условие (55)

выполняется.

6.2. Расчет фланцевого соединения штуцера В

6.2.1. Определение усилия, необходимого для смятия прокладки и обеспечения герметичности фланцевого соединения

По ГОСТ 15180-86 выбираем прокладку исполнения Б (фланцы исполнения 2 и 3 по ГОСТ 12815-80) с исполнительными размерами для прохода условного и давления :

– наружный диаметр прокладки – 356 мм;

– внутренний диаметр прокладки – 318 мм;

– ширина прокладки ;

– толщина прокладки .

Эффективная ширина прокладки для плоских прокладок определяется по формуле (21) и равна

Расчетный диаметр равен по формуле (22) равен

Усилие, необходимое для смятия прокладки при затяжке, определяется по формуле (23) и равно

Усилие на прокладке в рабочих условиях, необходимое для обеспечения герметичности фланцевого соединения, определяется по выражению (24),

.

6.2.2. Расчет усилия в болтах фланцевого соединения при затяжке и в рабочих условиях

Суммарная площадь сечения болтов по внутреннему диаметру резьбы или нагруженному сечению наименьшего диаметра определяется по выражению (25). Количество болтов по ГОСТ 12815-80 равно 12, а площадь поперечного сечения одного болта с метрической резьбой М24 равна.

Тогда суммарная площадь сечения болтов равна

Равнодействующая нагрузка от давления определяется по выражению (26) и равна

Приведенная нагрузка, вызванная воздействием внешней силы и изгибающего момента, определяется по выражению (27) и равна , так как внешняя осевая сила F и внешний изгибающий момент М не приложены и их значения принимаем равные 0.

Нагрузка, вызванная стесненностью температурных деформаций в соединениях с приварными встык фланцами, по формуле (28)

где – жесткость фланцевого соединения, Н/мм;

– толщина тарелки фланца, мм. Из расчета в ПАССАТе ;

– расчетная температура фланца, ºС. Принимаем температуру, равную расчетной ;

– расчетная температура болта, ºС. Для приварных встык фланцев определяется следующим образом

– температурный коэффициент линейного расширения материала фланца, 1/ºС. Для стали Ст3 при расчетной температуре равно

– температурный коэффициент линейного расширения материала болта, 1/ºС. Для болтов, изготовленных из стали 35, при температуре равен

Жесткость фланцевого соединения определяется по формуле (29)

где – модуль продольной упругости материала болтов и фланца при расчетной температуре, МПа. Определяются по ГОСТ 52857.1-2007 и ГОСТ 52857.4-2007

– модуль продольной упругости материала болтов и фланца при температуре 20ºС, МПа Определяются по ГОСТ 52857.1-2007 и ГОСТ 52857.4-2007

b – плечо действия усилий в болтах, мм. Определяется по формуле (30), в которой диаметр окружности расположения болтов по ГОСТ 12815-80 равен .

Тогда

Податливость прокладки определяется по формуле (31)

где – коэффициент обжатия. Для плоских прокладок из паронита по ГОСТ 481 при толщине не более 2-3 мм равен ;

– условный модуль сжатия прокладки, МПа. Для плоских прокладок из паронита по ГОСТ 481 при толщине не более 2-3 мм равен .

Подставляя численные значения в выражение (31), получим

Податливость болтов определяется по формуле (32)

где – эффективная длина болта, мм, определяемая по формуле (33)

где – расстояние между опорными поверхностями гайки и головки болта, мм. Определяется как сумма высот тарелок фланца и толщины прокладки

d – наружный диаметр болта, мм, равный 24 мм.

Подставляя численные значения в выражение (33), получим

Подставляя численные значения в выражение (32), получим

Угловая податливость фланца при затяжке определяется по формуле (34)

где – толщина приварного встык фланца в месте приварки к трубе, мм. Из расчета в ПАССАТе .

– параметр длины обечайки, мм,  равный

Коэффициент , зависящий от соотношения размеров втулки фланца, для фланцевых соединений с приварными встык фланцами с конической втулкой определяют по графику (рис. 6) в зависимости от отношений (36) и (37)

где – толщина втулки приварного встык фланца в месте присоединения к тарелке, мм. Из расчета в ПАССАТе .

где – длина конической части втулки приварного встык фланца, мм. Из расчета в ПАССАТе .

Подставляя численные значения в (36) и (37), получим

По графику (рис. 6) .

Коэффициент λ определяется по формуле (38)

Коэффициент , зависящий от соотношения размеров втулки фланца, для фланцевых соединений с приварными встык фланцами с конической втулкой определяют по графику (рис. 7) в зависимости от отношений (36) и (37).

По графику (рис. 7) .

Отношение наружного диаметра тарелки фланца к внутреннему диаметру определяется по формуле (39) и равно

Коэффициенты , определяются по формулам (40), (41) и равны

Подставляя численные значения в выражение (38), получим

Подставляя численные значения в выражение (34), получим

Тогда жесткость фланцевого соединения равна

Нагрузка, вызванная стесненностью температурных деформаций в соединениях с приварными встык фланцами, равна

Расчетная нагрузка на болты фланцевых соединений при затяжке определяется по формуле

где – расчетная нагрузка на болты при затяжке, необходимая для обеспечения в рабочих условиях давления на прокладку, достаточного для герметизации фланцевого соединения, и определяемая по выражению (42)

Коэффициент жесткости фланцевого соединения для приварных встык фланцев определяется по формуле (43)

Плечо усилия от действия давления на фланец для всех типов фланцев определяется по формуле (44)

где – эквивалентная толщина втулки фланцев приварных встык, вычисляемая по формуле (45)

Коэффициент , зависящий от соотношения размеров конической втулки фланца β и x, определяется по формуле (46)

Подставляя численные значения в выражение (46), получим

Эквивалентная толщина втулки фланцев равна

Подставляя численные значения в выражение (44), получим

Коэффициент жесткости фланцевого соединения для приварных встык фланцев равен

Подставляя численные значения в выражение (42), получим

Расчетная нагрузка на болты при затяжке, необходимая для обеспечения обжатия прокладки и минимального начального натяжения болтов определяется по формуле (47) и равна

Тогда расчетная нагрузка на болты при затяжке фланцевого соединения равна

Расчетная нагрузка на болты в рабочих условиях определяется по формуле (48) и составляет

6.2.3. Проверка прочности болтов и прокладки

Расчетные напряжения в болтах определяются по формулам (49) и (50) при затяжке и в рабочих условиях соответственно и равны

Условие прочности болтов при затяжке определяется по формуле (51)

Допускаемое напряжение для болтов при затяжке определяется по формуле (52)

где – коэффициент условий работы, для рабочих условий ;

– коэффициент условий затяжки, при обычной неконтролируемой затяжке ;

– коэффициент учета нагрузки от температурных деформаций, если нагрузка от температурных деформаций не учитывается, то ;

– коэффициент увеличения допускаемых напряжений при затяжке;

– номинальное допускаемое напряжение для болтов при 20ºС температуре, МПа, равно 130 МПа.

Подставляя численные значения в выражение (52), получим

Условие (51)

выполняется.

Условие прочности болтов в рабочих условиях определяется по формуле (53)

Допускаемое напряжение для болтов в рабочих условиях определяется по формуле (54)

где – коэффициент условий работы, для рабочих условий ;

– коэффициент условий затяжки, при обычной неконтролируемой затяжке ;

– коэффициент учета нагрузки от температурных деформаций, если нагрузка от температурных деформаций не учитывается, то ;

– номинальное допускаемое напряжение для болтов при расчетной температуре, МПа, равно 123 МПа.

Подставляя численные значения в выражение (54), получим

Условие (53)

выполняется.

Условие прочности прокладки определяется по формуле (55)

где – допускаемое удельное давление, МПа, для плоских прокладок из паронита по ГОСТ 481 при толщине не более 2-3 мм равно 130 МПа.

Подставляя численные значения в выражение (55), получим

Условие (55)

выполняется.


7. Расчет ветровой нагрузки в условиях монтажа

Расчет на ветровую нагрузку производится по ГОСТ Р 51273-99. Ему подлежат аппараты, устанавливаемые на открытой площадке. В этом стандарте рассмотрены вертикальные аппараты, закрепленные в нижних сечениях. В качестве расчетной схемы аппарата принимают консольный упруго защемленный стержень (рис. 8).

Аппарат по высоте разбивают на z участков, где высота участков . Нагрузки рассматривают как сосредоточенные силы, приложенные в серединах каждого из z участков. Нагрузку от веса прикладывают вертикально (), а ветровую и сейсмическую нагрузки - горизонтально ().

Рисунок 8 – Расчетная схема аппарата

Таблица 1 – Основные расчетные величины

   

      

    

7.1 Определение периода собственных колебаний колонны

Период основного тона собственных колебаний аппарата переменного сечения определяется по формуле

                                          (56)

где – коэффициент неравномерности сжатия грунта, определяемый по данным инженерной геологии, а при отсутствии таких данных ;

– минимальный момент инерции подошвы фундамента, м4;

–момент инерции верхнего металлического сечения аппарата постоянного сечения относительно центральной оси (рис.8), м4;

 – высота аппарата, м, равная 31,2 м.

– относительное перемещение центров тяжести участков, 1/(Н·м);

– вес i-го участка аппарата, Н;

– безразмерный коэффициент.

Вес i-го участка аппарата, ветровая нагрузка на который рассчитывается в условиях монтажа, определяется как сумма весов обечайки, расположенной на этом участке. Расположение участков показано на рисунке 8.

Вес обечайки определяется по формуле

                                     (57)

где – внутренний диаметр обечайки i-го участка, м;

– наружный диаметр обечайки i-го участка, м, определяемый по формуле

– толщина стенки обечайки i-го участка, м;

– плотность материала аппарата, кг/м3.

Определим веса участков согласно выражению (58), учитывая схему аппарата.

Вес первого участка равен

Вес второго участка равен

Вес третьего участка равен

Вес четвертого участка равен

Вес пятого участка равен

Относительное перемещение центров тяжести участков рассчитывают по формуле

                                           (59)

где – коэффициент, определяемый по выражению

                                            (60)

Подставляя численные значения в выражение (60), получим

Коэффициент γ определяется по формуле

                           (61)

где – коэффициенты, определяемые по выражениям

                               (62)

                                  (63)

                                          (64)

Момент инерции участков определяется по формуле

                                           (65)

Подставляя численные значения в выражение (78), получим

Минимальный момент инерции подошвы фундамента определяется также по формуле (78), где внешний и внутренний диаметры фундаментальной опоры в виде кольца принимаем по АТК 24.200.04-90

Тогда

Подставляя численные значения в выражения (60)-(62), получим

Тогда коэффициент γ равен

Относительное перемещение центров тяжести участков из выражения (66) равно

Подставляя численные значения в выражение (56), получим

7.2. Определение расчетного изгибающего момента от ветровой нагрузки

Расчетный изгибающий момент в сечении на высоте х0 определяется по формуле

                                     (67)

где – изгибающий момент от действия ветра на обслуживающую j-ую площадку в сечении на высоте х0, Н·м. Из-за малого порядка малости принимаем его равным 0.

– высота расчетного сечения аппарата от поверхности земли, м. Так как необходимо определить изгибающий момент в опоре, то х0=0.

– ветровая нагрузка на i-ом участке аппарата (рис.8), Н.

После преобразований получим следующую формулу для определения изгибающего момента

                                                 (68)

Ветровая нагрузка на i-ом участке аппарата определяется по формуле

                                                 (69)

где – средняя составляющая ветровой нагрузки на i-ом участке аппарата, Н;

– пульсационная составляющая ветровой нагрузки на i-ом участке аппарата, Н.

Средняя составляющая ветровой нагрузки на i-ом участке аппарата определяется по формуле

                                               (70)

где – нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки на середине i-го участка аппарата, Н/м2;

– наружный диаметр i-го участка аппарата, м.

Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки на середине i-го участка аппарата определяется по формуле

                                               (71)

где – нормативное значение ветрового давления, Н/м2. Для II ветрового района равно .

К – аэродинамический коэффициент, равный для аппарата 0,7;

– коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте аппарата, определяемый по формуле

                                               (72)

Подставляя численные значения в выражение (72), получим

Подставляя численные значения в выражение (71), получим

Тогда средняя составляющая ветровой нагрузки на i-ом участке аппарата будет равна

Пульсационная составляющая ветровой нагрузки на i-ом участке аппарата определяется по формуле

                                               (73)

где – коэффициент пространственной корреляции давления ветра, определяемый по формуле

                                         (74)

и равный

ξ – коэффициент динамичности, определяемый по формуле

                                             (75)

где – параметр, определяемый по формуле

                                                    (76)

и равный

тогда коэффициент динамичности равен

– приведенное относительное ускорение центра тяжести i-го участка аппарата, определяемое по формуле

                                              (77)

где – коэффициент пульсации давления ветра для середины k-го участка на высоте , определяемый по формуле

                                          (78)

и равный

Подставляя численные значения в выражение (77), рассчитаем сначала постоянный множитель, равный

Тогда приведенное относительное ускорение центра тяжести i-го участка аппарата

Подставляя численные значения в выражение (73), получим

Тогда суммарная ветровая нагрузка на i-ом участке аппарата по выражению (69) равна

Подставляя численные значения в выражение (70), получим

По полученному изгибающему моменту выбираем опору. Для ближайших значений по АТК 24.200.04-90 с диаметром принимаем опору

Опора 3–2000–0,32–0,63–4000 АТК 24.200.04-90

Заключение

В данной курсовой работе был выполнен расчёт колонны для стабилизации газового конденсата, в ходе которого были определены толщины цилиндрических обечаек (проведен расчет на прочность и устойчивость формы), днищ, проверена возможность проведения гидравлических испытаний, был произведен расчет штуцеров Б, Г и люка-лаза, их укреплений, а также были рассчитаны фланцевые соединения штуцеров Б и Г, произведен расчет ветровой нагрузки на колонну в условиях гидроиспытаний и выбрана опора.


Список использованной литературы

  1.  ГОСТ Р 52857.1...12-2007. Нормы и методы расчета на прочность.
  2.  ГОСТ Р 51273-99. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Определение расчетных усилий для аппаратов колонного типа от ветровых нагрузок и сейсмических воздействий.
  3.  АТК 24.200.04-90. Опоры цилиндрические и конические вертикальных аппаратов.
  4.  ГОСТ 15180-86. Прокладки плоские эластичные. Основные параметры и размеры.
  5.  ГОСТ 12821-80. Фланцы стальные приварные встык на Ру от 0,1 до 20,0 МПа. Конструкция и размеры.
  6.  ГОСТ 12815-80. Фланцы арматуры, соединительных частей и трубопроводов на Ру от 0,1 до 20,0 МПа. Типы. Присоединительные размеры и размеры уплотнительных поверхностей.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

57545. Передня Азія 39.5 KB
  Мета уроку: систематизувати загальні та особливі риси притаманні країнам Передньої Азії: підкреслити внесок найдавніших народів Передньої Азії в розвиток світової цивілізації...
57546. Друга світова війна: аналіз подій 43.5 KB
  Вчитель записує на дошці питання які пропонує обговорити з учнями в ході уроку: Причини війни. Ситуація в країнах під час війни Польща Франція СРСР. Чи знаєте ви дати Що було раніше Курська битва...
57547. План местности 67.5 KB
  Оборудование: ЛОС План местности Абсолютная высота точек. Горизонтали; Компьютер проектор; Компьютерная презентация План местности; Атласы компас; Карточка заданий и контроля Линейка карандаш.
57548. Україна - моя Батьківщина 45.5 KB
  Вступне слово вчителя. Діти що для вас означає слово Батьківщина Від якого слова воно походить Які ще слова синоніми можна використати для передачі змісту цього слова Вітчизна рідний край...
57549. Сфери життєдіяльності: «Я Сам», «Люди» 44 KB
  Пріоритетні напрямки розвитку: пізнавальний мовленнєвий емоційноціннісний Четвертий рік життя Автор Браницька Тетяна Валеріянівна вихователь дошкільного навчального закладу яселсадка комбінованого...
57550. Організація рухової діяльності дітей в природних умовах старша група з використанням оздоровчих технологій 48 KB
  Діти ось погляньте який клубочок потрапив мені у руки. Ой діти клубочок нас перетворив на Зайченят. Естафета парами Перенеси капусту Діти діляться на дві команди і рядниною переносять капусту до корзини.
57551. Як розрізняють добро і зло 55.5 KB
  Мета: визначити що таке добро і зло; пояснити чому люди повинні вибирати між добром і злом як співвідносяться краса і доброта; аналізувати вчинки героїв літературних творів і життєві ситуації...
57552. Що означає бути щасливим? 34.5 KB
  Основні поняття і терміни: щастя індивідуальність характер самооцінка гармонія. Що таке щастя Що таке індивідуальність та характер Як здійснити самооцінку ІІІ. Що таке щастя.
57553. У чому виявляється милосердя? 54.5 KB
  Мета: розкрити поняття милосердя альтруїст егоїст; виховати почуття терпимості до думок та поглядів інших людей навчитися наводити приклади милосердя; навчити дітей розрізняти та аналізувати свої дії та вчинки...