Основное оборудование блока ректификации низкокипящих углеводородов абсорбционно-газофракционирующей установки

Проектирование основного оборудования технологической установки абсорбционно-газофакционирующего блока низкокипящих углеводородов. Подбор колонного, теплообменного и емкостного оборудования. Процессы каталитического риформинга бензиновых фракций.

Рубрика Производство и технологии
Вид дипломная работа
Язык русский
Дата добавления 20.05.2018
Размер файла 3,0 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

- проверка прочности цилиндрической обечайки и днищ, то есть сравнение допускаемого давления с расчетным [14,15,16].

4.1 Расчет аппарата на прочность

Исходные данные для расчета колонного аппарата представлены в таблице 4.1.

Таблица 4.1 - Исходные данные

Параметр

Значение

Давление рабочее (внутреннее избыточное) Рраб., МПа

0,9

Температура среды (рабочая) верха аппарата Tрабв, °С

100

Температура среды (рабочая) низа Tрабн, °С

20

4.1.2 Выбор материала корпуса и опорной обечайки

Материалы должны быть химически и коррозионно-стойкими в заданной среде при ее рабочих параметрах (температуре и давлении), обладать хорошей свариваемостью и соответствующими прочностными и пластическими характеристиками в рабочих условиях, допускать горячую и холодную механическую обработку, а также, возможно, иметь низкую стоимость.

При выборе материалов элементов колонного аппарата учитывается химическая активность перерабатываемых веществ (среды) и рабочие параметры процесса - температура и давления.

Кроме этого при выборе материала должна учитываться температура самой холодной пятидневки в климатическом районе, где установлен аппарат.

Разнообразные условия работы машин и аппаратов, применяемых в нефтегазопереработке, вызывают необходимость искать критерии рационального выбора материалов.

Повышение долговечности деталей машин и аппаратов в значительной мере может быть достигнуто благодаря изучению основных конструкционных материалов, которые могут быть применены для изготовления оборудования, правильным их выбором, знанием требований, предъявляемых к конструкционным материалом.

Основным конструкционным материалом для аппаратуры нефтехимии является сталь, поставляемая в виде листового и сортового проката, труб или отливок.

При проектировании колонного аппарата (колонна 80а/1), в данной выпускной квалификационной работе выбираем материал корпуса - 09Г2С,

09Г2С - cталь конструкционная низколегированная. Сталь марки 09Г2С содержит: углерода - до 0,12%, кремния - 0,5-0,8%, марганца - 1,3-1,7%, меди - до 0,3%,азота - до 0,008%,мышьяка до 0,08%, серы и фосфора - до 0,04 и 0,035% соответственно.

Исходные данные и результаты выбора материала корпуса и опорной обечайки представлены в таблицах 4.2. и 4.3.

Таблица 4.2 - Выбор материала корпуса

Корпус колонного аппарата

Название среды в аппарате

ацетон

Общая высота колонного аппарата, мм

67396

Диаметр корпуса, Д1, мм

2800

Диаметр корпуса, Д2, мм

2800

Глубина днища, Н1, мм

700

Глубина днища, Н2, мм

700

Температура рабочая, 0С

100

Температура наиболее холодной пятидневки, 0С

-35

Давление рабочее, МПа

0,9

Воздействие среды

агрессивное

Материал

09Г2С

Высота рабочей среды в корпусе аппарата, h р.ж, мм

3700

Плотность среды (жидкости в кубовой части), ср, кг/м3

800

Высота корпуса, заполненная водой

65096

Плотность воды, воды, кг/м3

1000

Опорная обечайка

Название среды в опоре

воздух

Высота опоры, мм

4000

Температура среды, 0С

20

Наличие переходного участка в опоре

-

Материал переходного участка

-

Материал опорной обечайки

09Г2С

4.1.3 Определение расчетной температуры, допускаемого напряжения и расчетного давления

Расчет производится для двух условий: рабочих и условий испытаний на основании ГОСТ Р 52857.1 - 2007, ГОСТ Р 52857.2 - 2007, ГОСТ 14249 - 89.

Расчет в рабочих условиях.

Исходные данные для рабочих условий приведены в таблице 4.4.

Расчетную температуру стенки принимаем наибольшую температуру среды, но не ниже 20 оС:

. (4.1)

Для рабочих условий и условий испытаний за расчетную температуру корпуса и опорной обечайки принимаем 20 оС.

Определение допускаемого напряжения для материала корпуса аппарата производится для рабочих условий и для условий испытания.

Для рабочих условий при расчетной температуре производится по формуле:

[у]t=з·у*t, (4.2)

где у*t - нормативное допускаемое напряжение, МПа. у*t= 300 МПа;

з - поправочный коэффициент к допускаемым напряжениям. Для сварных аппаратов з=1.

[у]t=1·300=300 МПа.

Для условий испытаний допускаемые напряжения для материала корпуса аппарата определяются при t=20 0С по формуле:

(4.3)

где у20Т-предел текучести при t=20 0С. у20Т= 300 МПа;

nТ - коэффициент запаса по пределу текучестиnТ= 1,1.

МПа.

Для рабочих условий расчетное давление определяется по формуле:

(4.4)

где рраб- рабочее давление в аппарате, МПа;

- гидростатическое давление среды, МПа, которое рассчитывается по формуле:

МПа, (4.5)

где - плотность среды, кг/м3;

g - ускорение свободного падения, м/с2;

h - высота рабочей жидкости, м, которая определяется видом технологического процесса а в аппарате.

м, (4.6)

где - высота кубовой части аппарата;

НДН - высота днища аппарата, м, которая определяется в зависимости от типа днища.

Ндн = 0,25·Дв= 0,25·2,8 = 0,7 м, (4.7)

где Дв - внутренний диаметр днища, м.

МПа.

Расчетное давление для условий испытаний определяется по формуле:

, (4.8)

где РПР - пробное давление, МПа;

МПа. (4.9)

где Р20Г - гидростатическое давление воды при t=20 0С, МПа;

МПа, (4.10)

где - удельный вес воды, МН/м3;

Н - высота корпуса (без опоры), заполненная водой, м;

[у]20 - допускаемое напряжение, МПа, при температуре t=20 єС.

МПа.

Определение коэффициента прочности сварного шва.

Коэффициент прочности сварного шва показывает, равна или меньше прочность сварного шва по отношению к прочности основного металла.

Коэффициент ц может изменяться от 0,6 до 1. Если ц = 1, то сварной шов равнопрочен основному металлу, если ц меньше 1, то прочность сварного шва меньше, чем прочность основного металла.

Коэффициент прочности сварного шва ц зависит от вида сварного шва, а также от длины контролируемых швов (от 10 до 100 % от общей длины).

Длина контролируемых швов в процентах от общей длины сварных швов зависит от группы аппарата. Стальные сварные аппараты, в зависимости от расчетного давления, температуры стенки и свойств рабочей среды на пять групп.

Длина контролируемых швов для аппаратов 1-й группы - 100 % всех сварных швов; 2-й и 3-й групп - 50 %; 4-й группы - 25 %; для остальных - 10 %.

Результаты определения коэффициента прочности сварного шва представлены в таблице 4.6.

На основании данных, приведенных в таблице 4.4, коэффициент прочности сварного шва ц = 0,9.

Для определения исполнительной толщины стенки любой обечайки (то есть толщину листа, из которого в дальнейшем будут изготавливаться элементы аппарата) необходимо определить расчетную толщину стенки обечайки и определить сумму прибавок к расчетной толщине.

Таблица 4.6 - Определение коэффициента прочности сварного шва

Наименование параметра

Значение

Название жидкой фазы (среды)

Бутановая фракция

Название газообразной фазы

Воздух

Пожаро- или взрывоопасные свойства среды

ГЖ

Класс опасности среды (степень воздействия

на организм человека)

4

Группа аппарата определяется в зависимости от расчетного давления, расчетной температуры стенки и от рабочей среды:

- взрыво- или пожароопасная;

- класс опасности

II

Длина контролируемых швов, в % от общей длины

Длина контролируемых швов для аппаратов 1-й группы - 100 % всех сварных швов; 2-й и 3-й групп - 50 %; 4-й группы - 25 %; для остальных - 10 %

50

Категория аппарата (для аппаратов, транспортируемых целиком)

2

Аппарат транспортируется целиком или частями (по железной дороге, водным или автомобильным транспортом)

По железной дороге целиком

Вид сварного шва

Стыковой с двусторонним сплошным проваром

Способ сварки

Шов, выполняемый автоматической сваркой

4.1.5 Расчет исполнительной толщины стенки цилиндрической обечайки и днищ, находящихся под воздействием внутреннего избыточного давления

Расчет выполняется либо для рабочих условий, либо для рабочих условий и условий испытаний.

Определение толщины стенки цилиндрической обечайки в общем случае производится для рабочих условий и условий испытания по следующей формуле:

, (4.11)

где DB - внутренний диаметр цилиндрической обечайки, м;

- коэффициент прочности сварного шва.

Определение расчетной и исполнительной толщины стенки цилиндрической обечайки и днищ для рабочих условий.

Определение суммы прибавок к расчетной толщине показано в таблице 4.5. Результаты расчета толщины стенки цилиндрической обечайки и днищ для рабочих условий представлены в таблице 4.6.

Расчетная толщина стенки без учета суммы прибавок вычисляется по формулам:

- для цилиндрической обечайки

; (4.8)

- для эллиптического днища

, (4.9)

где (для эллиптического днища).

Вычислим по (4.8) и (4.9) расчетную толщину стенки для обечайки и днища

Определение толщины стенки днищ аппарата, соответствующей рабочим условиям и условиям испытаний, производится по следующему выражению:

, (4.12)

где R - расчетный радиус днища, м.

R = Дв=2,6 м.

где Дв - внутренний диаметр днища, м.

Величина прибавки С для различных элементов корпуса (цилиндрических обечаек и днищ) определяется по формуле:

, (4.13)

где С1-прибавка для компенсации коррозии и эрозии, мм;

С2 - прибавка для компенсации минусового допуска, мм;

С3 - прибавка технологическая, мм.

,

.

Исполнительная толщина стенки цилиндрической обечайки Sцисп и днищ Sднисп корпуса аппарата рассчитывается по формулам:

Sцисп= SцR + Сц, (4.14)

Sднисп= SднR + Сдн. (4.15)

Sцисп=9,8+2,8=12,6 мм,

Sднисп=9,8+3,9=13,7 мм.

Sиспл округляем до ближайшего большого значения Sиспл=10 мм.

Таблица 4.7 - Значения прибавок к расчетной толщине

Наименование параметра

Значение

Цилиндрическая обечайка

Днище

Прибавка для компенсации коррозии и эрозии, мм (при отсутствии данных С1 может приниматься равной 2 мм)

С1 = 2 мм

С1 = 2 мм

Прибавка для компенсации минусового допуска, мм (определяется по значениям Sцр и Sднр)

С2 = 0,8 мм

С2 = 0,8 мм

Прибавка технологическая, С3, мм

С3= 0

(для цилиндрической обечайки принимаем С3 =0)

С3=0,15*7,3 = 1,1мм

(для эллиптического и полусферического днищ, изготавливаемых штамповкой С3 принимаем равной 15 % от Sднр)

Сумма прибавок С2 и С3 (прибавки учитываются в тех случаях, когда их суммарное значение превышает 5 % расчетной толщины Sцр или Sднр)

С2 +С3=0,8+0=0,8 мм

(<или>5 % расчетной толщины Sцр)

С2 + С3 =0,8+1,1=1,9 мм

(<или>% расчетной толщины Sднр)

Сумма прибавок к расчетной толщине стенки, мм

Сц=С1+С2 +С3=2+0,8=2,8

Сдн=С1+С2 +С3=2+0,8+1,1=3,9

Прибавка для компенсации коррозии и эрозии, мм (при отсутствии данных С1 может приниматься равной 2 мм)

С1 = 2 мм

С1 = 2 мм

Прибавка для компенсации минусового допуска, мм (определяется по значениям Sцр и Sднр)

С2 = 0,8 мм

С2 = 0,8 мм

Прибавка технологическая, С3, мм

С3= 0

(для цилиндрической обечайки принимаем С3 =0)

С3=0,1 * 7,3 = 1,1мм

(для эллиптического и полусферического днищ, изготавливаемых штамповкой С3 принимаем равной 15 % от Sднр)

Сумма прибавок С2 и С3 (прибавки учитываются в тех случаях, когда их суммарное значение превышает 5 % расчетной толщины Sцр или Sднр)

С2+ С3 =0,8+0=0,8 мм

(<ил >5 % расчетной толщины Sцр)

С2 + С3 =0,8+1,1=1,9 мм

(<или>5% расчетной толщины Sднр)

Сумма прибавок к расчетной толщине стенки, мм

Сц=С1+С2 +С3=2+0,8=2,8

Сдн=С1+С2 +С3=2+0,8+1,1=3,9

Наименование параметра

Значение

Цилиндрическая обечайка

Днище

Прибавка для компенсации коррозии и эрозии, мм (при отсутствии данных С1 может приниматься равной 2 мм)

С1 = 2

С1 = 2

Прибавка для компенсации минусового допуска, мм (определяется по значениям Sцр и Sднр)

С2 = 0,12

С2 = 0,12

Прибавка технологическая, С3, мм

С3= 0

(для цилиндрической обечайки принимаем С3 =0)

С3= 0,13

(для эллиптического и полусферического днищ, изготавливаемых штамповкой С3 принимаем равной 15 % от Sднр)

Сумма прибавок С2 и С3 (прибавки учитываются в тех случаях, когда их суммарное значение превышает 5 % расчетной толщины Sцр или Sднр)

С2 + С3 = 0,12

(>5 % расчетной толщины Sцр)

С2 + С3=0,25

(>5 % расчетной толщины Sднр)

Сумма прибавок к расчетной толщине стенки, мм

Сц=С1+С2 +С3=2,12

Сдн=С1+С2 +С3=2,25

Таблица 4.8 - Результаты определения исполнительной толщины стенки цилиндрической обечайки и днищ для рабочих условий

Цилиндрическая обечайка

Днище эллиптическое

Sц ? S црас + Сц = 0,83+2,12= 2,95

Принимаем S ц гост = 3 мм

Sдн ? Sдн рас + Сдн = 0,83 + 2,25= 3,08

Принимаем Sдн гост = 4 мм

4.1.6 Проверка условий применения расчетных формул

Результаты проверки условий применения расчетных формул представлены в таблице 4.9.

Таблица 4.9 - Результаты проверки условий применения расчетных формул

Наименование параметра

Значение

Условие применения расчетных формул для цилиндрической обечайки корпуса аппарата

(SГОСТ - С)/Dв ? 0,1;

(14 - 2,8)/2800 = 0,004? 0,1

условие выполняется или не выполняется

Условие применения расчетных формул для эллиптической оболочки

0,002 ? (14 - 3,9)/2800 ? 0,100

0,002 ? 0,00361 ? 0,100

0,2 ? 700/2800 ? 0,5

0,2? 0,25 ? 0,5

условие выполняется

Так как условия применения расчетных формул для цилиндрической обечайки корпуса и эллиптического днища выполняются, следовательно, расчет был проведен корректно.

4.1.7 Выбор стандартного днища

Параметры выбранного днища приведены в таблице 4.10.

Таблица 4.10 - Параметры эллиптического днища

Dв,мм

Sдн, мм

Ндн, мм

hц, мм

Fдн,м2

mдн, кг

Vдн, м3

2800

16

700

60

9,03

994

3,2298

Эскиз эллиптического днища приведен на рисунке 4.2.

D - внутренний диаметр цилиндрической обечайки, днища, м; D1 - наружный диаметр цилиндрической обечайки, днища, м; Н - высота выпуклой части днища, м; h1 - высо-та отбортовки, м; S1, - толщина стенки; R - внутренний радиус выпуклого днища, м.

Рисунок 4.2 - Эскиз эллиптического днища

4.1.8 Проверка прочности

Допускаемое внутреннее избыточное давление для рабочих условий и условий испытаний для цилиндрической оболочки равно 0,6 МПа и 0,92 МПа. Расчетное давление в рабочих условиях равно 0,085 МПа, а расчетное давление для условий испытаний равно 0,5 МПа.

Из полученных данных видно, что расчетное давление в рабочих условиях и расчетное давление для условий испытаний меньше внутреннего избыточного давления для рабочих условий и условий испытаний. Прочность цилиндрической обечайки и днища обеспечена при данных параметрах.

Допускаемое избыточное давление для цилиндрической обечайки вычисляется по формуле

- для рабочих условий

; (4.10)

- для условий испытания

. (4.11)

Вычислим по (4.10) и (4.11) значения избыточного давления для цилиндрической обечайки

Определяем допускаемое внутреннее избыточное давление для рабочих условий и условий испытаний для цилиндрической оболочки:

. (4.16)

МПа.

. (4.17)

МПа.

Наименование

Расчет

Для рабочих условий

Для условий испытания

Допускаемое внутреннее избыточное давлении для цилиндрической оболочки

=(2?1?177(12 - 2,8))/(2800+(12-2,8))=1,16

=(2?1?272,7(14 - 2,8))/(2800+(14-2,8))=2,173

Допускаемое внутреннее избыточное давлении для днищ

=(2?1?177(12 - 3,9))/ (2800+0,5(12-3,9)) = 1,023

=(2?1?272,7(14 - 3,9))/ (2800+0,5(14-3,9)) = 1,964

Условие прочности для цилиндрической обечайки

Ррасt ? [Р]t

0,92 ? 1,16

условие прочности

выполняется

Рраси ? [Р]и

1,91 ? 2,173

условие прочности

выполняется

Условие прочности для днища (эллиптического или полусферического)

Ррасt ? [Р]t

0,92 ? 1,023

условие прочности

выполняется

Рраси ? [Р]и

1,91 ? 1,964

условие прочности

выполняется

В таблице 4.12 приведены результаты, полученные при выполнении раздела 4 проекта.

Таблица 4.12 - Результаты, полученные при выполнении раздела 4

Наименование параметра

Значение

Сумма прибавок к расчетной толщине, С, мм

С=2,12

Расчетная толщина стенки цилиндрической обечайки без учета суммы прибавок, мм

Sцр=3,12

Исполнительная толщина стенки цилиндрической обечайки по ГОСТ, мм

Sцгост=10

Расчетная толщина стенки эллиптического днища без учета суммы прибавок

Sднр=5,24

Исполнительная толщина стенки эллиптического днища по ГОСТ, мм

Sднгост=8

В данном разделе 4.1 проведен расчет на прочность колонного аппарата 80а/1. В качестве материала корпуса выбрана сталь Х18Н10Т, а опорной обечайки выбрана Ст3сп. Определены расчетная температура, допускаемое напряжение и расчетное давление для корпуса и опорной обечайки, коэффициент прочности сварных швов. В результате прочностного расчета на воздействие внутреннего избыточного давления исполнительная толщина стенки составила 10 мм.

4.2 Расчет аппаратов колонного типа от ветровых нагрузок

Работа высоких колонных сооружений на технологических установках проходит в тяжелых условиях при совместном воздействии:

- давления (внутреннего или наружного);

- осевой сжимающей силы от собственного веса аппарата;

- изгибающих моментов, возникающих от ветровых и сейсмических нагрузок.

Толщина же стенки обычно рассчитывается при воздействии только внутреннего избыточного давления. Поэтому возникает необходимость проверить прочность и устойчивость основных элементов колонного аппарата при суммарном воздействии всех нагрузок, которые могут действовать на аппарат.

4.2.1 Область применения, цель и задачи расчета, исходные данные

Расчет аппаратов колонного типа от ветровых нагрузок и сейсмического воздействия производится по ГОСТ Р 51273-99 (2006) [6] и 51274-99 (2006) [7].

В выпускной квалификационной работе рассчитывается отдельно стоящий аппарат колонного типа - ректификационная колонна.

Цели расчета:

- проверка прочности корпуса колонного аппарата в сечении В-В под совместным воздействием внутреннего давления Ррас, осевой сжимающей силы F от собственного веса и изгибающего момента МV, возникающего от ветровых нагрузок (в выпускной квалификационной работе сечение В-В совмещается с сечением Г-Г);

- проверка прочности сварного шва (сечение Г-Г) под воздействием изгибающего момента МV и осевой сжимающей силы F;

- расчет элементов опорного узла в месте присоединения нижнего опорного кольца (сечение Е-Е) под воздействием изгибающего момента МV и осевой сжимающей силы F:

- определение ширины нижнего опорного кольца;

- расчет на прочность анкерных болтов (определение внутреннего диаметра резьбы анкерных болтов).

Необходимость в проверке прочности возникает вследствие того, что толщина стенки корпуса была определена только под действием внутреннего или наружного расчетного давления, без учета дополнительного воздействия осевой сжимающей силы и изгибающего момента, напряжения от которых могут достигать больших величин и привести к разрушению колонного аппарата.

Исходные данные, необходимые для выполнения данного раздела, приведены в таблице 4.13.

Таблица 4.13 - Исходные данные при расчете колонного аппарата на воздействие ветровых нагрузок

Параметр

Рекомендация

Значение

Территориальный район установки аппарата

приложение

II

Диаметр колонны наружный (без изоляции), мм

Dн=Dв+2Sгост

2832

Толщина стенки опорной обечайки, Sоп, мм (принимаем равной толщине стенки цилиндрической обечайки)

-

16

Модуль упругости ЕtМПа, при расчетной температуреtрас для рабочих условий

приложение

1,91·105

Модуль упругости, Е 20,МПа, при расчетной температуре

tрас = 20 0С

приложение

1,99·105

Тип грунта:

- слабые грунты;

- грунты средней плотности;

- плотные грунты

Учебное пособие к КП

грунты средней плотности

Коэффициент неравномерности сжатия грунта, Cf,, Н/м3(выбирается в зависимости от типа грунта)

Учебное пособие к КП

0,107

Тип массообменных устройств

- тарелки;

- насадки и тарелки под насадку

Исх. данные

тарелки

Общее число тарелок, шт

Исх. данные

110

Масса тарелки, кг

приложение

2460

Число слоев насадок nн, шт

ПЗ №1

-

Насыпная плотность насадки сн, кг/м3

-

Количество опорных решеток под слой насадки nреш, шт

ПЗ №1

-

Масса решетки под слой насадки mреш, кг

Учебное пособие к КП

-

Учет сейсмических нагрузок (указать, учитываются или нет)

приложение

нет

Наличие изоляции (указать, имеется или нет)

-

имеется

Материал изоляции:

- асботермит;

- шлаковая вата,

- стеклянная вата

приложение

стекловата

Толщина изоляции, мм

приложение

100

Количество люков,шт.

ПЗ№1

12

Количество обслуживающих площадок,шт.

ПЗ№1

12

Расстояние от поверхности земли до обслуживающей площадки, i, мм:

- первой; (нумерация сверху вниз)

- второй;

- третьей;

- четвертой

- пятой

ПЗ№1

1 =63100

2=58150

3 =53100

4 =48050

5 =43000

6 =37950

7 =32900

8 =27850

9 =22350

10 =16850

11 =11350 12 =5850

Расстояние от поверхности земли до оси лаза, Х 0Д-Д, мм

ПЗ№1

850

Диаметр лаза, мм

ПЗ№1

500

4.2.2 Порядок расчета колонных аппаратов от ветровых нагрузок

Расчет на ветровую нагрузку по стандарту состоит из двух частей, в первой из которых определяются изгибающие моменты от ветровых нагрузок в каждом расчетном сечении по ГОСТ 51273-99 [6], а во второй - производится расчет на прочность и устойчивость отдельных элементов аппарата по ГОСТ 51274-99 [7].

Порядок расчета колонного аппарата от ветровой нагрузки следующий:

- определяются исходные данные;

- разрабатывается расчетная схема аппарата, определяется количество участков z и их параметры (высота участка hi, расстояние от поверхности земли до центра тяжести i-го участка - xi);

- определяется период собственных колебаний для трех расчетных условий х = 1; 2; 3;

- находятся ветровые нагрузки Рi на каждом участке для трех расчетных условий х = 1; 2; 3;

- определяются изгибающие моменты Мv в каждом из расчетных сечений аппарата (Г-Г, Д-Д, Е-Е) для х = 1; 2; 3;

- проводится проверка прочности стенки корпуса колонного аппарата для х = 1; 3 в следующих расчетных сечениях:

- для аппаратов переменного поперечного сечения - в поперечных сечениях корпуса, переменных по диаметру или толщине стенки, под суммарным воздействием Ррас, F и Мх (в ВКР ведется расчет только для сечения Г-Г);

- выбирается тип опорной обечайки и определяются все размеры опорного узла;

- производится проверка прочности сварного шва в сечении Г-Г под суммарным воздействием F и Мх для х = 1; 2;

- проводится расчет элементов опорного узла для х = 1; 2;

- расчет анкерных болтов.

4.2.3 Выбор расчетной схемы и определение расчетных сечений аппарата

В качестве расчетной схемы аппарата колонного типа принимают упруго-защемленный стержень.

Из-за непостоянства скорости ветра, аппарат по высоте разбивается на z участков, высота каждого из которых не должна превышать hz ? 10 м, нумерация участков производится сверху вниз.

При этом высоты участков могут быть как равны друг другу (h1=h2=hi=hz), так и не равны (h1?h2?hi?hz).

Расстояние от поверхности земли до центра тяжести соответствующего участка обозначается через xi (таблица 4.14).

Таблица 4.14 - Исходные данные для составления расчетной схемы

Номер участка

Внутренний диаметр колонны на участке, Dвi, мм

hi,мм

xi, мм

1

2800

66830

35481,5

2

2800

4133

4030,5

3

2800

4000

2000

4

2800

0

0

К центру тяжести каждого из z участков прикладываются нагрузки - ветровые Рi и весовые Gi, которые рассматриваются как сосредоточенные силы. Нагрузку от веса Gi прикладывают вертикально, а ветровые и сейсмические Рi нагрузки прикладываются горизонтально.

Расчетные сечения. При расчете колонного аппарата с переменным поперечным сечением устанавливаются следующие расчетные сечения:

- сечения В1-В1 и В2-В2 в местах изменения диаметра КА;

- сечение Г-Г - поперечное сечение корпуса и опорной обечайки в месте их присоединения друг к другу (рисунок 4.2);

- сечение Д-Д - поперечное сечение опорной обечайки в местах расположения отверстий (в выпускной квалификационной работе в качестве данного сечения выбираем сечение по центру лаза);

- сечение Е-Е - поперечное сечение опорной обечайки в месте присоединения нижнего опорного кольца.

Сечение Г-Г - поперечное сечение опорной обечайки в месте присоединения к корпусу; сечение Д-Д - поперечное сечение опорной обечайки в местах расположения отверстия (лаза); сечение Е-Е - поперечное сечение опорной обечайки в месте присоединения нижнего опорного кольца к фундаменту

Рисунок 4.2 - Стандартная цилиндрическая опора

Расстояние от земли до соответствующего расчетного сечения обозначается через х0 (таблица 4.15).

Таблица 4.15 - Определение координат расчетных сечений

Расчетное сечение

х0, мм

Хог-г

4000

Ход-д

850

ХоЕ-Е

0

Все расчеты аппарата необходимо проводить параллельно для трех расчетных условий:

- рабочее условие (условное обозначение - х = 1);

- условия испытания (х = 2);

- условия монтажа (х = 3).

Расчетные условия отличаются набором исходных параметров, которые определяются следующим образом:

- рабочее условие (х = 1). В этом случае:

а) вес аппарата - G1 включает вес корпуса и опорной обечайки, обслуживающих площадок, изоляции, внутренних устройств, рабочей среды;

б) расчетное давление в рабочих условиях - ррас=рtрас;

в) расчетная температура - tрас;

г) допускаемое напряжение при расчетной температуре - [у]t;

д) модуль упругости первого рода при расчетной температуре tрас - Еt;

- условие испытания (х = 2). Для этих условий:

а) вес аппарата - G2 включает вес корпуса и опорной обечайки, обслуживающих площадок, изоляции, внутренних устройств, воды;

б) расчетное давление в условиях испытаний равно пробному с учетом гидростатического от столба воды - рирас=рпр+ Рг.в.;

в) расчетная температура - tрас = 20 °С;

г) допускаемое напряжение -

,

где nт = 1,1 в условиях гидроиспытания;

д) модуль упругости первого рода при расчетной температуре tрас =20 0 С - Е 20;

- условие монтажа (х = 3). Для этих условий:

а) вес имеет два значения:

1) G3 - максимальный вес аппарата в условиях монтажа

2) G4 - минимальный вес аппарата в условиях монтажа после установки его в вертикальное положение, т.е. только вес колонного аппарата со штуцерами и люками, без внутренних устройств, изоляции, рабочей среды, площадок (в курсовом проекте для упрощения расчетов принимаем G3= G4 и расчет ведем только при минимальном весе в условиях монтажа);

б) расчетное давление равно нулю, т.е. ррас=0;

в) расчетная температура - tрас = 20°С;

г) допускаемое напряжение -

,

где nт= 1,2;

д) модуль упругости первого рода при расчетной температуре tрас =20 0 С - Е20.

Расчет проводится параллельно для трех условий, поскольку для каждого из них характерно опасное сочетание параметров:

- для рабочих условий - это возможность осуществления процесса при высокой рабочей температуре и, соответственно, допускаемые напряжения будут иметь низкие значения;

- для условий испытаний - это высокое расчетное давление (сумма пробного и давления столба воды), которое больше чем расчетное в рабочих условиях минимум в 1,25 раза, а также большое значение осевой сжимающей силы из- за веса воды в корпусе;

- для условий монтажа - это минимальный вес аппарата. В этом случае могут преобладать растягивающие напряжения от изгибающего момента над сжимающими напряжениями от веса КА, что очень опасно для анкерных болтов.

4.2.5 Определение веса колонного аппарата и осевой сжимающей силы

Вес колонны находится для каждого расчетного условия, т.е. для х = 1; 2; 3. Для определения общего веса колонны G рассчитывается вес каждого участка Gi, который сосредоточен в середине участка.

Осевая сжимающая сила F находится как сумма весов всех участков, т.е.

F= G=Gi. (4.14)

Вес каждого участка, в зависимости от условий работы, складывается из веса корпуса аппарата Gк, веса изоляции Gиз, веса рабочей жидкости Gр.ж. или веса воды Gв, веса внутренних устройств Gвн.у., веса внешних устройств. В курсовом проекте прини-маем, что вес внешних устройств (площадок, штуцеров фланцев, люков, лазов) составляет приблизительно 18 % от собственного веса стального корпуса Gк и опоры [9].

В таблице 4.17 представлено сочетание параметров для трех расчетных условий, в таблице 4.16 - исходные данные для расчета.

Таблица 4.16 - Исходные данные для расчета

Тип аппарата

Тип массообменных устройств

Изоляция

Материал изоляции

Толщина изоляции Sиз, мм

Плотность изоляции, Н/м3

Постоянного поперечного сечения

Тарелки

Трапецвидно

клапанные

стекловата

100

200

Методика расчета приведена в пунктах 4.2.5.1, 4.2.5.2. Результаты расчета представлены в таблицах 4.18 и 4.19.

4.2.5.1 Методика расчета веса колонного аппарата и осевой сжимающей силы.

Определение веса колонного аппарата и осевой сжимающей силы осуществляется по следующей методике для трех расчетных условий.

Для рабочих условий () вес i-го участка колонного аппарата рассчитывается по формуле

Gi1 = Gк.i + Gиз.i + Gр.ж.i+ Gвн.y.i + 0,18•Gк., (4.15)

где Gк,i - вес стального корпуса и опорной обечайки колонны на i-м участке, Н;

Gиз,i - вес изоляции на i-м участке, Н;

Gр.ж,i - вес рабочей жидкости на i-м участке, Н;

Gвн.y.i - вес внутренних устройств на i-м участке, Н;

0,18•Gк.i- вес штуцеров, площадок, люков, который в КП принимаем равным 18 % веса Gк.i.

Вес материала корпуса и опоры аппарата определяется по формуле

Gk.i = Gцил.i + Gдн.i, (4.16)

где Gцил.i - вес металла цилиндрической части i-го участка аппарата, Н;

Gдн.i - вес металла днища i-го участка аппарата, Н.

Таблица 4.16 - Сочетание параметров для трех расчетных условий

Расчетное условие, индекс

расчетных условий

Расчетное давление Р, МПа

Расчетная

температура

t рас, оС

Вес колонного аппарата, Н

Модуль упругости, МПа

Допускаемое

Напряжение,

МПа

Рабочие условия

Р1 = Р tрас= 0,085

tрас кор =104

tрас оп =20

G1 =3,028•105

Еtкор = 1,91•105

Еt оп =1,99*105

[]tкор=148,7

[]tоп=250

Условия испытаний

В КП

Р2= Pирас= 0,5

tрас=20

G2=5,531•106

Е20=1,99*105

=250/1,1=227,27

=250/1,1=227,27

Условия монтажа

Р3=0

tрас=20

G3= G4=7,286•104

Е20=1,99*105

=250/1,2=208,3

=250/1,2=208,3

Теплоизоляционный материал - шлаковая вата, далее определяется толщина изоляции Sиз, исходя из диаметра аппарата и рабочей температуры.

В качестве внутренних устройств в экстракционной колонне выступают клапанные тарелки.

При определении веса тарелок сначала они распределяются группами (рисунок 4.3) по высоте аппарата в зависимости от расположения люков и штуцеров ввода сырья, вывода продукта и т.д. (см. пункт раздел 4.1). Тип и общее количество тарелок задаются в задании. Далее конструктивно определяется количество тарелок на каждом участке и определяется их вес.

Рисунок 4.3 - Группа тарелок в корпусе колонного аппарата

Для условий испытаний () вес i-го участка рассчитывается следующим образом:

Gi2 = Gk.i+ Gиз.i + Gв.i+ Gвн.y.i + 0,18?Gк.i, (4.17)

где Gв.i- вес воды на i-м участке, Н.

Для условий монтажа () в КП принимаем, что аппарат пустой, без изоляции, но с обслуживающими площадками и штуцерами.

Вес i-го участка в этом случае определяется

Gi3 = Gк.i+ 0,18?Gк.i. 4.18)

4.2.6 Определение ветровых нагрузок

Одна из задач при проведении расчета колонного аппарата от ветровых нагрузок заключается в определении непосредственно силы ветра (ветровой нагрузки).

При этом если несущие конструкции зданий и строительных сооружений обычно рассчитывают в предположении действия установившегося ветра, такое предположение оказывается недостаточным при расчете вертикальных цилиндрических аппаратов нефтеперерабатывающих заводов, устанавливаемых на открытом воздухе.

Сила ветра складывается:

- из установившегося потока, который оказывает статическое действие;

- динамической составляющей, являющейся функцией пульсации скоростного напора и периода колебаний колонного аппарата.

Поэтому прежде чем рассчитать ветровые нагрузки, необходимо определить период собственных колебаний аппарата.

4.2.6.1 Определение периода основного тона собственных колебаний аппарата.

Период основного тона собственных колебаний определяется либо для аппаратов постоянного поперечного сечения, либо переменного в зависимости от расчетной схемы (таблица 4.20).

Таблица 4.20 - Исходные данные для расчета

Тип аппарата

Тип грунта

Коэффициент неравномерности сжатия грунта СF, Н/м3

Наружный диаметр корпуса (без изоляции) Dн, мм

Толщина стенки опорной обечайки Sоп, мм

Внутренний диаметр опорной обечайки Dоп, мм

Постоянного сечения

средний

60000000

2800

18

2600

Определение периода собственных колебаний аппарата осуществляется по следующей методике: для аппаратов переменного сечения период собственных колебаний Т, с, определяется для трех расчетных условий работы по формуле

(4.17)

где -относительное перемещение i-го участка

. (4.18)

Период собственных колебаний для различных расчетных условий приведен в таблице 4.21.

Таблица 4.21 - Период собственных колебаний для различных условий

Расчетные условия

Период Т, с-

х=1

2,731

х=2

5,033

х=3

1,908

4.2.6.2 Определение ветровой нагрузки на каждом участке.

Ветровая нагрузка состоит из двух составляющих:

- статической (по ГОСТ Р 51273 - 99 (2006) [6] - это средняя составляющая ветровой нагрузки);

- динамической (по ГОСТ Р 51273 - 99 (2006) [6] - это пульсационная составляющая ветровой нагрузки).

Таким образом, ветровая нагрузка Рi на i-м участке находится как сумма двух слагаемых:

-- средняя составляющая ветровой нагрузки на i-м участке, Н;

- - пульсационная составляющая ветровой нагрузки на i-м участке, Н.

Таблица 4.22 - Исходные данные для расчета ветровой нагрузки

Параметр

Значение

Ветровой район установки аппарата (по заданию)

II

Нормативный скоростной напор ветра на высоте 10 м q0,Н/м2

300

Аэродинамический коэффициент К

0,85

Количество жесткостей аппарата

1

Рисунок 4.4 - Аппарат с тремя жесткостями I1, I2, I3 (с тремя разными диаметрами)

4.2.6.2.1 Методика расчета ветровой нагрузки.

Ветровая нагрузка Рi на i-м участке для трех расчетных условий () находится как сумма двух слагаемых

. (4.19)

Средняя составляющая ветровой нагрузки рассчитывается по формуле

, (4.20)

где qist - нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки на середине i-го участка, Н/м2, которое определяется по формуле

, (4.21)

где q0 - нормативное значение ветрового давления на высоте 10 м над поверхностью земли, Н/м2, определяется в зависимости от ветрового района, в котором установлен аппарат, г. Омск относится ко второму ветровому району;

- коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте аппарата, определяется по отношению

, , (4.22)

где хi - расстояние от поверхности земли до центра тяжести i-го участка, м;

К - аэродинамический коэффициент, учитывающий решетчатую пространственную конструкцию площадок и зависящий от формы площадки.

В ВКР для колонного аппарата принимаем К = 0,85, поскольку отсутствуют точные данные о форме площадки и нет возможности рассчитать значение .

Пульсационная составляющая ветровой нагрузки определяется по формуле

(4.23)

где - коэффициент, учитывающий пространственную корреляцию пульсации давления ветра;

- коэффициент динамичности при ветровой нагрузке;

- приведенное относительное ускорение центра тяжести i-го участка.

4.2.6.2.2 Результаты расчета ветровой нагрузки.

Результаты расчета представлены в таблице 4.23.

Таблица 4.23 - Определение ветровой нагрузки для трех расчетных условий

Показатель

Участки аппарата

1

2

3

q0, н/м2

300

k

0,85

1,039

0,812

0,490

qist, Н/м2

264,847

206,960

124,894

0,682

0,166

0,007

, 1/(Н*м)

1(Et)

4,8973E-8

2,2E-8

4,2E-9

2,3

(E20)

4,86072E-8

2,2E-8

4,2E-9

mk=mi

0,746

0,841

1,074

Gk(Gi), н

1

21569

114733

9214

2

82624

152115

45153

3

31127

32872

23780

1

0,083

0,037

0,007

2

0,022

0,010

0,002

3

0,174

0,078

0,015

1

0,034

2

0,040

3

0,034

1

1,827

2

1,885

3

1,824

1

0,873

2

0,873

3

0,873

Pkst(Pist), Н

1

3015

2356

459

2

3015

2356

459

3

2358

1843

359

, Н

1

2866

4873

354

2

4157

2455

103

3

2555

5578

569

, Н

1

5881

7229

813

2

7172

4811

561

3

4913

7421

928

4.2.7 Определение расчетного изгибающего момента от ветровой нагрузки и сейсмического воздействия

В проекте значения изгибающих моментов находятся для сечений Г-Г, Д-Д и Е-Е (рисунок 4.5).

Таблица 4.24 - Исходные данные для расчета изгибающего момента

Расчетное сечение

Расстояние от поверхности земли до расчетного сечения х0, мм

Г-Г

Хог-г=4000

Д-Д

Ход-д =850

Е-Е

ХоЕ-Е=0

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 4.5 - Расчетные сечения

Таблица 4.25 - Исходные данные по обслуживающим площадкам

Номер площадки (нумерация с верху в низ)

Расстояние от поверхности земли до j -ой площадки

хj, мм

Высота ограждения обслуживающей площадки

hпл, м

Наружный диаметр

КА с изоляцией

Dн, м

Диаметр

площадки Dпл, м

1

63100

1,0

3,032

4,932

2

58150

1,0

3,032

4,932

3

53100

1,0

3,032

4,932

4

48050

1,0

3,032

4,932

5

43000

1,0

3,032

4,932

6

37950

1,0

3,032

4,932

7

32900

1,0

3,032

4,932

8

27850

1,0

3,032

4,932

9

22350

1,0

3,032

4,932

10

16850

1,0

3,032

4,932

11

11350

1,0

3,032

4,932

12

5850

1,0

3,032

4,932

4.2.7.1 Определение расчетного изгибающего момента от ветровой нагрузки. Расчетный изгибающий момент складывается из двух составляющих:

- изгибающий момент от действия Рi-й ветровой нагрузки на колонный аппарат (сумма произведений ветровой нагрузки на плечо, где плечо - это расстояние от рассматриваемого сечения Г-Г, Д-Д или Е-Е до центра тяжести i -го участка), т.е;

- изгибающий момент от действия ветра на обслуживающие площадки и лестницы .

Таким образом, расчетный изгибающий момент в сечении на высоте x0 следует определять по формуле

, (4.24)

где n - число участков над рассматриваемым расчетным сечением;

m - число площадок над рассматриваемым расчетным сечением;

- изгибающий момент в расчетном сечении на высоте х0 от поверхности земли, возникающий от действия ветровой нагрузки на i-й участок колонны, H·м;

Mvj - изгибающий момент в расчетном сечении на высоте х0 от действия ветровой нагрузки на j - ю обслуживающую площадку, Н?м)

Принимаем, что аппарат имеет четыре обслуживающие площадки, которые располагаются на расстоянии 850 мм ниже оси люка.

Рисунок 4.6 - Параметры обслуживающих площадок

4.2.7.2 Результаты определения расчетного изгибающего момента от ветровых нагрузок.

Результаты расчета представлены в таблицах 4.26 и 4.27.

Таблица 4.26 - Геометрические характеристики обслуживающих площадок и результаты расчета изгибающего момента на обслуживающие площадки

...

Показатель

Площадки

1

2

3

Диаметр площадки DПЛ, мм

3436

Высота площадки hпл,j

1000

Расстояние от земли до низа площадки xj,мм

12700

7700

2300

, м2

2,95

1,077

0,922

0,634

0,577

0,626


Подобные документы

  • Производство ароматических углеводородов. Оборудование установок фракционирования ксилолов. Подбор оборудования к технологической схеме. Выбор конструкционных материалов основных элементов колонного аппарата. Ремонт и диагностика центробежного насоса.

    дипломная работа [834,5 K], добавлен 25.04.2015

  • Адиабатический реактор установки каталитического риформинга для превращения исходных бензиновых фракций. Принцип работы реактора риформинга. Приемка фундамента, оборудования и транспортировка. Расчет и выбор грузоподъемных средств и такелажной оснастки.

    курсовая работа [851,1 K], добавлен 01.06.2010

  • Понятие каталитического риформинга. Влияние замены катализатора на увеличение мощности блока каталитического риформинга секции 200 на установке ЛК-6У Павлодарского нефтехимического завода после модернизации производства. Технологическая схема установки.

    презентация [2,3 M], добавлен 24.05.2012

  • Характеристика нефти и обоснование ассортимента получаемых из нее фракций. Краткое описание технологической схемы установки ЭЛОУ-АВТ, ее оборудование и условия эксплуатации. Материальный и тепловой баланс блока ЭЛОУ-АВТ и атмосферных колонн К-1 и К-2.

    курсовая работа [429,6 K], добавлен 30.11.2009

  • Выбор типа установки и его обоснование. Общие энергетические и материальные балансы. Расчёт узловых точек установки. Расчёт основного теплообменника. Расчёт блока очистки. Определение общих энергетических затрат установки. Расчёт процесса ректификации.

    курсовая работа [126,9 K], добавлен 21.03.2005

  • Автоматизированные системы управления процессами очистки. Процессы удаления из масляных фракций смолистых веществ, полициклических и ароматических углеводородов, целевые продукты при селективной очистке масел. Описание технологической схемы установки.

    курсовая работа [271,2 K], добавлен 21.06.2010

  • Значение процесса каталитического риформинга бензинов в современной нефтепереработке и нефтехимии. Методы производства ароматических углеводородов риформингом на платиновых катализаторах в составе комплексов по переработке нефти и газового конденсата.

    курсовая работа [556,9 K], добавлен 16.06.2015

  • Технико-экономическая характеристика нефтехимического производства: сырье, продукты. Технологический процесс промышленной установки каталитического риформинга предприятия ОАО "Уфанефтехим". Информационные системы и экологическая политика организации.

    отчет по практике [284,6 K], добавлен 20.05.2014

  • Технические описания, расчёты проектируемой установки. Принцип работы технологической схемы. Материальный и тепловой расчёт установки. Конструктивный расчёт барабанной сушилки. Подбор комплектующего оборудования. Расчёт линии воздуха и подбор вентилятора.

    курсовая работа [2,5 M], добавлен 17.10.2010

  • Характеристика нефти, фракций и их применение. Выбор и обоснование поточной схемы глубокой переработки нефти. Расчет материального баланса установки гидроочистки дизельного топлива. Расчет теплообменников разогрева сырья, реакторного блока, сепараторов.

    курсовая работа [178,7 K], добавлен 07.11.2013

  • Обоснование необходимости реконструкции установки подготовки жидких углеводородов ДНС ДКС-3. Общая характеристика производства. Топографо-геодезические, геологические и гидрологические условия. Прокладка нефтепровода. Контроль качества сварных стыков.

    дипломная работа [215,6 K], добавлен 18.11.2012

  • Описание действия установки для разделения бинарной смеси этанол - вода. Составление и описание технологической схемы ректификационной установки, расчет основного аппарата (колонны), подбор вспомогательного оборудования (трубопроводов и обогревателя).

    курсовая работа [480,7 K], добавлен 08.06.2015

  • Обоснование и выбор исходных данных для расчета теплообменного аппарата. Подбор и обоснование выбора типа фланцевого соединения. Выбор конструктивных параметров некоторых элементов теплообменных аппаратов. Расчет толщины стенки корпуса и трубной решетки.

    курсовая работа [812,6 K], добавлен 11.12.2012

  • Процесс каталитического крекинга гидроочищенного сырья, описание технологической схемы. Физико-химические свойства веществ, участвующих в процессе. Количество циркулирующего катализатора, расход водяного пара. Расчет и выбор вспомогательного оборудования.

    курсовая работа [58,0 K], добавлен 18.02.2013

  • Анализ истории развития процесса риформинга бензинов. Проведение исследования катализаторов и их регенерации. Установка риформинга с неподвижным слоем катализатора. Составление материальных балансов реакторов. Нормирование загрязнений окружающей среды.

    дипломная работа [259,4 K], добавлен 01.07.2021

  • Описание технологической схемы установки каталитического крекинга Г-43-107 (в одном лифт-реакторе). Способы переработки нефтяных фракций. Устройство и принцип действия аппарата. Назначение реактора. Охрана окружающей среды на предприятиях нефтехимии.

    курсовая работа [2,3 M], добавлен 12.03.2015

  • Формирование требований пользователя к автоматизированным интегрированным системам проектирования. Разработка вариантов концепции системы управления блоком стабилизации бензина установки АВТ-4. Обзор технологического оборудования блока стабилизации.

    курсовая работа [564,5 K], добавлен 12.01.2015

  • Общая характеристика и принцип работы холодильной установки молочного завода, ее технико-экономическое обоснование. Методика расчета строительной площади холодильника. Тепловой расчет принятого холодильника. Расчет и подбор камерного оборудования.

    курсовая работа [94,0 K], добавлен 03.06.2010

  • Сущность процесса ректификации. Проектирование ректификационной установки с тарельчатой колонной непрерывного действия метиловый спирт–вода. Расчет расхода кубового остатка и дистиллята, и габаритных размеров колонны. Подбор вспомогательного оборудования.

    курсовая работа [629,4 K], добавлен 14.11.2012

  • Технологическая схема ректификационной установки. Материальный баланс, расчет флегмового числа. Определение средних концентраций, скорости пара и высоты колонны. Гидравлический и тепловой расчет. Параметры вспомогательного оборудования для ректификации.

    курсовая работа [887,3 K], добавлен 20.11.2013

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.