Расчет и подбор технологического оборудования и их элементов

 

4.1.2  Расчет толщины стенки корпуса и трубной решетки.

 

Исходные данные и результаты расчета приведены в таблицах 4.2 – 4.5. Расчет производится только для рабочих условий.

Таблица 4.2 – Определение  толщины стенки кожуха ТОА типа  ТП

Параметр	Значение
Внутренний диаметр кожуха, Dвн , мм	1200
Материал стенки кожуха	12Х18Н10Т
Расчетная температура стенки кожуха, 0 tрас кор ,С	tрас кор= max{tраб;20 0С}= max{-8 ;20 0С}= 200С
Коэффициент прочности сварного шва	=1
Допускаемое напряжение кожуха в рабочих условиях при расчетной  температуре tрас кор, МПа	[σ]tкор=η·σ*t, =  1·184=184МПа (η =1 для сварных аппаратов -поправочный коэффициент к допускаемым напряжениям σ*t - нормативное значение допускаемого напряжения при расчетной температуре tрас кор )
Расчетное внутреннее избыточное давление для рабочих условий, МПа	= 1,8 МПа
Расчетная толщина стенки цилиндрической обечайки без учета  суммы прибавок С, Sц рас , мм	=

 

Таблица 4.3 – Значения прибавок к расчетной толщине

Наименование  параметра	Значение
Прибавка для компенсации  коррозии и эрозии, мм (при отсутствии данных С1 может приниматься равной 2 мм)	С1 = 2 мм
Прибавка для компенсации  минусового допуска, мм (определяется по таблице Г1 Приложения Г по значениям  Sцр и Sднр)	С2  = 0,6 мм
Прибавка технологическая, мм	С3 = 0 (для цилиндрической обечайки  принимаем С3 =0)
Сумма прибавок С2  и С3	С2  + С3 =  0,6 мм
Сумма прибавок к расчетной  толщине стенки, мм	Сц=С1+С2 +С3= 2 + 0,6 = 2,6 мм

Таблица 4.4 – Результаты определения исполнительной толщины стенки цилиндрической обечайки для рабочих условий

Исполнительная толщина  стенки цилиндрической обечайки Sц гост= SГОСТ, мм (Таблица Г1)

Sц  ≥ S црас + Сц = 5,9 + 2,6  = 8,5 мм По ГОСТ принимаем  S ц гост = 10 мм

Таблица 4.5 – Определение толщины стенки трубной решетки

Параметр	Значение
Средний диаметр прокладки  фланцевого соединения, Dп.ср мм	Dп.ср =1215 мм – прокладка плоская металлическая (из стали 08кп) для фланцевого соединения шип-паз
Материал трубной решетки	12Х18Н10Т
Расчетная температура трубной  решетки, tр , 0 С.	tр =  35 0С (выбирается большее значение из двух – для трубного или межтрубного пространства)
Допускаемое напряжение трубной  решетки в рабочих условиях при расчетной температуре tрас кор, МПа	[σ]t=η·σ*t, = 183 МПа (σ*t - нормативное значение допускаемого напряжения при расчетной температуре tрас кор )
Расчетное давление, Ррас , МПа	Ррас  =  5,5 МПа (выбирается большее из дух – для трубного или межтрубного пространства)
Коэффициент прочности сварного шва,	φ=1 (зависит от вида сварного шва, от длины контролируемых швов )
Расчетная толщина стенки трубной решетки  S тр. реш , мм	50,13 > 0,01 мм ПоГОСТ принимаем 52 мм

4.2 Подбор штуцера (вход  продукта в кожух т/а)

 

Присоединение трубной арматуры к аппарату, а также технологических  трубопроводов для подвода и  отвода различных жидких и газообразных продуктов производится с помощью  штуцеров или вводных труб, которые  могут быть разъемными и неразъемными. По условию ремонтопригодности применяются  разъемные соединения (фланцевые  штуцера). Неразъемные соединения (на сварке) применяются при блочной  компоновке аппаратов в кожухе, заполненном  тепловой изоляцией, где длительное время не требуется осмотра соединения.

Стальные фланцевые штуцера  стандартизированы и представляют собой трубки из труб с приваренными к ним фланцами или кованные заодно с фланцами. В зависимости от толщины  стенок патрубки бывают тонкостенные и толстостенные, что вызывается необходимостью укрепления отверстия  в стенке аппарата патрубком с  разной толщиной его стенки.

Конструкция штуцера зависит  от Р_y и Д_у , где Р_у – условное давление, 

Д_у – условный диаметр. Условное давление выбирается по данным таблицы Б.1 приложения Б в зависимости от температуры среды и наибольшего рабочего давления, затем по условному давлению Р_у и условному диаметру Д_у выбирается тип штуцера.

Условный диаметр штуцеров в теплообменном аппарате можно  определить по объемному расходу  жидкой фазы по формуле 

 

,         (4.1)

 

где V- объемный расход паровой или жидкой фазы, м³/с;

скорость движения паровой или  жидкой фазы, м/с.

Скорость движения = 19,8 м/с.

Общий расход газосырьевой смеси для одного теплообменного аппарата (при параллельном подсоединении аппаратов) = 64,4/2=32,2 кг/с. Плотность газосырьевой смеси = 17,58 кг/ м³. Отсюда объемный расход равен

 

 м³/с.

 

Определим диаметр штуцера

 

.

 

Величина условного прохода штуцера по ГОСТ =300 мм.

Условное давление Р_y = 2,5 МПа.

Присоединение фланцевых  штуцеров к цилиндрическому корпусу, днищу или крышке производится с определенным вылетом, который зависит от  Р_у, D_у, а также от толщины изоляции аппарата, если аппарат подлежит тепловой изоляции. Вылеты без фланцевых штуцеров не стандартизованы, их можно принимать по соответствующим длинам патрубков фланцевых штуцеров.

Принимаем вылет штуцера  для  =300 мм на Р_y = 2,5 МПа и с учетом изоляции равный Н_т=270мм. Материальное исполнение штуцера принимаем в соответствии с материалом корпуса, т.е марку стали 12Х18Н10Т. Толщина S_т патрубка составляет 8 мм.

Таким образом, выбираем штуцер с D_у=300 мм на Р_у=2,5 МПа, Н_т=270 мм, фланец с соединительным пазом из стали 25, патрубок из 12Х18Н10Т: Штуцер 300-25-270-25-12Х18Н10Т ОСТ 26-1404-76

 

4.2.1 Подбор и обоснование  выбора типа фланцевого соединения.

 

В химических аппаратах для  разъемного соединения составных корпусов и отдельных частей применяются  фланцевые соединения преимущественного  круглой формы. На фланцах присоединяются к аппаратам трубы, арматура и  т.д. Фланцевые соединения должны быть прочными, жесткими, герметичными и  доступными для сборки, разборки и  осмотра. Фланцевые соединения стандартизированы  для труб и трубной арматуры и  отдельно для аппаратов.

а)	б)
а) – с шипом, б) – с  пазом по ГОСТ 12821-80 Рисунок 4.1 - Конструкции стандартных стальных приварных фланцев для труб и трубной арматуры

Конструкция фланцевого соединения принимается в зависимости от рабочих параметров аппарата: плоские  приварные фланцы – при  , и числе циклов нагружения за время эксплуатации до 2000; приварные встык фланцы – при , и . В связи с указанными условиями выбираем приварные встык фланцы. Размеры приведены в таблице 4.6

Таблица 4.6 – Параметры  фланцевого соединения типа «шип-паз»

Py, МПа	Размеры, мм											Число отверстий z
	Dy	Dф	DБ	D1	D2	D4	D5	D6	H	h	d
2,5	300	485	430	390	364	330	303	352	84	32	30	16

Выбираем конструкцию  и материал прокладки по рекомендациям по выбору прокладок, ОСТ 26-373-78 и определяем ее ширину.

Выбираем прокладки плоскую  металлическую из стали, которая  рассчитана на Р_у > 2,5 МПа, и температуры от –200 до 300.

Ширину уплотнительной прокладки b_п в зависимости от ее конструкции, материала и диаметра D по ОСТ 26-373-78 принимаем 15 мм. Материал прокладки принимаем марку стали 05кп по ГОСТ 1050-88.

Прокладка устанавливается  между уплотненными поверхностями  и позволяет обеспечивать герметичность  при относительно небольшом усилии затяжки болтов.

Прокладка должна отвечать следующим основным требованиям: при  сжатии с возможно малым давлением  заполнять все микронеровности  уплотнительных поверхностей сохранять  герметичность соединения при упругих  перемещениях элементов фланцевого соединения (для этого материал прокладки  должен обладать упругими свойствами); сохранять герметичность соединения при его длительной эксплуатации в условиях воздействия коррозионных сред при высоких и низких температурах; материал прокладки не должен быть дефицитным.

В качестве крепежных элементов  применяем болты, так как Р_у< 4МПа и температура t < 300 ⁰С. Для отверстия диаметром d = 30 мм подбираем болты и гайки к ним М27, в количестве 16 штук. Чтобы предотвратить срыв резьбы болтов, для них необходимо материал выбирать прочнее, чам у гаек, поэтому болты из стали 35Х, а для гаек – стали 25.

 

4.3 Сводная таблица по  результатам расчетов

Таблица 4.7 – Результаты расчетов

Параметр	Значение
Толщина стенки кожуха S	10 мм
Толщина стенки трубной решетки  Sтр.реш	52 мм
Условный проход штуцера, Dу	300мм
Штуцер	300-25-270-25-12Х18Н10Т ОСТ 26-1404-76
Фланец	Приварной встык. Тип 5 «Паз»  ГОСТ 12821-80
Прокладка	Плоская металлическая из стали 05кп ГОСТ 1050-88 с шириной 15мм.
Болты	М27х110 ОСТ 26-2037-96 из стали35Х 16шт.
Гайки	М27х22 ОСТ 26-2038-96 из стали25 16шт.

Вывод

 

В данном разделе мы произвели  выбор конструктивных и расчетных параметров теплообменного аппарата типа ТП, определили материальное исполнение - М8, форму (сегментные) и диаметр поперечных перегородок (1195мм), число перегородок (10) и их толщину (15мм), расстояние между ними (615мм), также необходимое число стяжек для закрепления поперечных перегородок (8 шт.) и их диаметр (16 мм), рассчитали параметры отбойника, размещенного при входе среды в межтрубное пространство (его диаметр – 300мм), определили размеры плавающей головки. Кроме того, мы рассчитали толщину стенки кожуха S, она составила 10мм, а также толщину трубной решетки S_тр.реш= 52мм. Нами были выбран штуцер на входе продукта в межтрубное пространство с параметрами: D_у=300мм на условное давление Р_у=2,5МПа, высотой вылета Н_т=270 мм, с фланецем с соединительным пазом, приваренным встык из стали 25, а материал патрубка из 12Х18Н10Т. К фланцевому соединению были подобраны прокладка плоская металлическая из стали 05кп с шириной 15мм и крепежные элементы: болты М27х110 и гайки М27х22 по 16 штук.

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

В ходе выполнения курсового  проекта были систематизированы, закреплены, расширены и углублены практические знания, полученные при изучении дисциплины «Машины и аппараты нефтегазопереработки» и ряда предшествующих общеобразовательных дисциплин, а также применены полученные знания и навыки для решения конкретных технических задач.

В данной работе объектом проектирования явился теплообменный аппарат Т-1 технологического блока наружной установки газоразделения, входящего в состав установки низкотемпературной конденсации. Назначение аппарата заключается в охлаждении смеси углеводородных газов, поступающих в качестве сырья, за счет рекуперации холода сухого отбензиненного газа, уходящего с установки.