Совершенствование процесса гидроочистки

Выбор и определение допускаемых напряжений для материала корпуса и опорной обечайки

Допускаемые напряжения для материала корпуса аппарата для рабочих условий:

[у]t = з?уt*, (4.132)

гдеуt* - нормативное напряжение, МПа, при tрас = 345 °С при помощи интерполяции:

уt* = 142 - (142 - 131)/50?45 = 132,1 МПа, (4.133)

з - поправочный коэффициент, учитывающий вид заготовки, для сварных аппаратов з = 1.

Подстановкой значений з и уt* в предыдущее определяются допускаемые напряжения для материала корпуса аппарата для рабочих условий:

[у]t = 1•132,1 = 132,1 МПа. (4.134)

Допускаемое напряжение для материала опорной обечайки для рабочих условий также определяется по формуле (4.135) при расчетной температуре 20 °С, уt* = 154 МПа.

[у]20 = 1•154 = 154 МПа. (4.135)

Определение допускаемого напряжения для условий испытания.

Допускаемое напряжение для условий испытаний для материала корпуса и для материала опорной обечайки находятся по формуле (4.136) при температуре 20 °С:

[у]И = з?уТ/nТ, (4.136)

гдеуТ - предел текучести при температуре 20°С, выбирается по таблице 3.3.3 [20], ут = 250 MПa для материала корпуса и опорной обечайки, поскольку они выполнены из одинакового материала;

nт - коэффициент запаса прочности по пределу текучести, для гидравлических испытаний nт =1,1.

Определим допускаемое напряжение для материала корпуса аппарата для условий испытаний:

[у]И = 1?250/1,1 = 227,272 МПа. (4.137)

Данные значения допускаемых напряжений необходимы для осуществления расчетов на прочность и устойчивость основных элементов сварных аппаратов.

Определение расчётного и условного давлений

Исходные данные:

- рабочая температура среды в аппарате: tраб = 345 °С;

- рабочее давление, Рраб = 2,0 МПа;

- рабочая среда - дизельное топливо;

- внутренний диаметр: DВ =2,4 м;

- высота колонного аппарата: Н = 9200 мм;

- материал: Ст3сп.

Расчетное давление для рабочих условий определим по формуле:

, (4.138)

где - рабочее давление в аппарате, Рраб = 2,0 МПа;

- гидростатическое давление среды, которое рассчитывается по следующей формуле:

, (4.139)

гдесср - плотность среды, сср = 680 кг/м3;

g - ускорение свободного падения, g = 9,81м/с2;

h - высота рабочей жидкости, м, принимается равной:

h = hур + hдн, (4.140)

гдеhур - высота жидкости в цилиндрической части аппарата, hур = 3 м;

hдн - глубина днища, м; так как днище эллиптическое, то:

hдн = 0,25·Dв = 0,25·3,2 = 0,8 м. (4.141)

Подставив данные в (1.153) получаем:

h = 0,8 + 3 = 3,8 м. (4.142)

Гидростатическое давление среды равно:

Ргt = 680·9,81·3,8 = 25349,04 Па = 0,025 МПа. (4.143)

Если Pгt < 0,05, то его значением можно пренебречь и принять . Поэтому рассчитывается величина 0,05 и ее значение сравнивается со значением :

0,05•Pраб = 0,05•0,29 = 0,0145 МПа < 0,025 МПа, (4.144)

значит величиной Ргt нельзя пренебрегать. Тогда:

Ррасt = 0,29 + 0,025 = 0,32 МПа. (4.145)

На рисунке 4.2 представлен эскиз колонны при рабочих условиях и условиях испытаний.

Расчетное давление для условий испытаний определяется по следующей формуле:

, (4.146)

гдеРпр - пробное давление, рассчитываемое по формуле:

, (4.147)

где[у]20 - допускаемое напряжение материала при температуре 20 С, которое выбирается по таблице 3.3.1 [20], [у]20 = 154 МПа;

[у]t - допускаемое напряжение для рабочих условий, [у]t = 132,1 МПа при tрас = 245 °C, определяется с помощью интерполяции.

, (4.148)

- гидростатическое давление воды при температуре 20 С, МПа, которое рассчитывается по формуле:

Pги= ?g?Hсв, (4.149)

где плотность воды, = 1000 кг/м3;

g - ускорение свободного падения, g = 9,81м/c2;

Нсв высота корпуса аппарата, заполненного водой, равная 24,030 м

Pги = 9,81?1000?24,030 = 0,235 МПа. (4.150)

Рисунок 4.2 Эскиз колонны

а при рабочих условиях; б при условиях испытаний

Если < 0,05, то его значением можно пренебречь и принять . Поэтому рассчитывается величина 0,05 и её значение сравнивается со значением

0,05• = 0,05•0,46 = 0,023 МПа < 0,235 МПа, (4.151)

значит, величиной не пренебрегаем, т. е.:

= 0,423 + 0,235 = 0,66 МПа. (4.152)

Условное (номинальное) давление Ру - избыточное рабочее давление при температуре элемента аппарата 20 °С (без учета гидростатического давления).

Принимаем Pу = 2,6 МПа при tраб = 345 °С.

Расчёт толщины стенки корпуса

Расчёт толщины стенки корпуса заключается в определении расчетных толщин стенок цилиндрической обечайки и днищ, нахождении суммы прибавок к расчетной толщине, округлении полученных величин до стандартных значений по ГОСТу и проверке условия применимости формул для расчета тонкостенных оболочек .

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

,

где - коэффициент прочности сварного шва, = 1.

Расчетная толщина стенки цилиндрической обечайки:

.

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

,

гдеR - расчетный радиус днища, мм.

Для эллиптического днища расчетный радиус равен R = Dв, для полушарового - вычисляется по формуле:

R = Dв/2, (4.156)

гдеDв - внутренний диаметр днища, мм.

Расчетная толщина стенки эллиптического днища

.

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

, (4.158)

гдеС1 - прибавка для компенсации коррозии и эрозии, мм;

С2 - прибавка для компенсации минусового допуска, мм;

С3 - прибавка технологическая, мм.

Прибавка С1 при проницаемости П < 0,05 мм/год принимается равной 1 мм. При большей проницаемости, а также при двухстороннем контакте коррозионной или эрозионной средой прибавка С1 соответственно увеличивается.

Прибавки С2 и С3 учитывают в тех случаях, когда их суммарное значение превышает 5 % номинальной (расчетной) толщины листа.

. (4.159)

Выбор стандартной толщины стенки корпуса

Исполнительная толщина стенки цилиндрической обечайки Sцисп и днищ Sдн исп корпуса аппарата рассчитывается соответственно по формулам (4.160, 4.161).

Sцисп = SцR + Сц, (4.160)

Sиспдн = SRдн + Сдн. (4.161)

Далее Sисп округляется до ближайшего большого значения по ГОСТу - SГОСТ.

По стандартному ряду находим исполнительную толщину стенки цилиндрической обечайки Sцисп и днищ Sднисп:

Sиспц = 5,17 + 2,6 = 7,77 мм, (4.162)

Sиспдн. эллипт. = 5,17 + 2,6 = 7,77 мм. (4.163)

Округлим до стандартной толщины:

Sгостцил = 8 мм, (4.164)

Sгостдн. эллипт. = 8 мм. (4.165)

Определение допускаемых давлений для цилиндрической обечайки и днищ. Проверка прочности

Определяется допускаемое внутреннее избыточное давление для рабочих условий и условий испытаний :

- для цилиндрической оболочки по формулам:

, (4.166)

; (4.167)

- для днищ по формулам:

, (4.168)

, (4.169)

гдеR - расчетный радиус днища, мм; для эллиптического днища R = Dв, для полушарового - R = Dв/2.

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

 (4.170)

. (4.171)

Определим допускаемое внутреннее избыточное давление для рабочих условий и условий испытаний для эллиптического днища:

(4.172)

(4.173)

Проверка прочности цилиндрической обечайки и днища

Сравнение расчетных давлений для рабочих условий Ррасt = 0,32 МПа и условий испытаний Рраси = 0,66 МПа с допускаемыми [Р]t и [Р]и. Сравним расчетные давления с допускаемыми давлениями только для эллиптического днища, так как материал и температуры одинаковы, а допускаемые давления в эллиптическом днище меньше, чем в цилиндрической обечайке:

Ррасt = 0,32 МПа < [Р]t = 0,4 МПа, (4.174)

Рраси = 0,66 МПа < [Р]и = 0,69 МПа. (4.175)

Расчётные давления меньше допускаемых, следовательно, условие прочности выполняется. гидроочистка дизельный топливо реактор

Проверим условие применения расчетных формул для цилиндрической обечайки корпуса аппарата, которое записывается следующим образом:

, (4.176)

SГОСТЦ - C = 8 - 2,6 =5,4, (4.177)

5,4/3200 = 0,0021 < 0,1. (4.178)

Проверяется условие применения расчетных формул для эллиптического днища, которое записывается по формуле 4.179, 4.180:

(4.179)

(4.180)

Подставив данные, получим:

, (4.181)

, (4.182)

После вычисления толщины стенок аппарата, производим подбор стандартных днищ. Далее выписываются параметры днищ, их масса (таблица 4.8) и приводится эскиз на рисунке 4.3.

Таблица 4.8- Параметры эллиптического днища

D, мм	SГОСТ, мм	Ндн, мм	hц, мм	Fдн, м2	mдн, кг	Vдн, м3
3200	8	800	60	11,70	916	4,7523



Рисунок 4.3 - Эллиптическое отбортованное днище для стальных сварных аппаратов

Определение напряжений, действующих в стенке цилиндрической оболочки

Тангенциальное и меридиональное напряжения соответственно равны:

, (4.183)

, (4.184)

Данные, полученные в результате выполнения расчетов, занесены в таблицы 4.9 и 4.10.

Таблица 4.9 - Результаты, полученные при выполнении расчета

Корпус колонного аппарата	Опорная обечайка
1	2	3	4
Материал корпуса	Ст3сп	Материал опорной обечайки	Ст3сп
Воздействие среды	некоррозионное
Расчетная температура корпуса, °С	tрас = 245	Расчетная температура опорной обечайки, °С	tрас = 20

Таблица 4.10 - Результаты, полученные при выполнении расчетов

Наименование параметра	Значение
1	2
Наименование жидкой и газообразной фаз (сред)	дизельное топливо, углеводородные газы
Пожаро-взрывоопасные свойства среды	пожароопасная
Группа аппарата	1
Категория аппарата	1
% контролируемых швов	100
Коэффициент прочности сварного шва	1
Прибавка на коррозию и эрозию, мм	2
Прибавка на минусовое отклонение по толщине листа, мм	0,6
Расчетная толщина стенки цилиндрической обечайки, мм	5,17
Толщина цилиндрической обечайки по ГОСТу, мм	8
Расчетная толщина стенки эллиптического (полусферического) днища, мм	5,17
Толщина эллиптического (полусферического) днища по ГОСТ, мм	8
Меридиональное напряжение в стенке цилиндрической обечайки, МПа	31,5
Тангенциальные (кольцевые) напряжение в стенке цилиндрической обечайки, МПа	63
Сравнение допускаемых и расчетных давлений для цилиндрической обечайки: - для рабочих условий; - для условий гидроиспытаний	Ррасt = 0,32 МПа < < [Р]t = 0,4 МПа Рраси = 0,66 МПа < < [Р]и = 0,69 МПа
Сравнение допускаемых и расчетных давлений для днища: - для рабочих условий; - для условий гидроиспытаний	Ррасt = 0,32 МПа < < [Р]t = 0,4 МПа; Рраси = 0,66 МПа < < [Р]и = 0,69 МПа

= , (4.185)

4.10 Расчёт аппаратов на действие ветровых нагрузок

Область применения и условия работы колонных аппаратов

Расчёт аппаратов колонного типа на ветровую нагрузку производится по ГОСТ Р 51273-99 и ГОСТ Р 51274-99. Расчету на ветровую нагрузку подлежат аппараты, устанавливаемые на открытой площадке. Расчету на сейсмическое воздействие подлежат аппараты, предназначенные для установки в районах с сейсмичностью 7 и более баллов по шкале Рихтера.

ГОСТ Р 51273-99 устанавливает метод определения расчетных усилий, возникающих в элементах вертикальных цилиндрических сосудов (аппаратов колонного типа) от ветровых нагрузок и сейсмических воздействий.

ГОСТ Р 51274-99 устанавливает метод расчета на прочность аппаратов колонного типа, работающих под воздействием внутреннего избыточного или наружного давления, собственного веса, изгибающих моментов от ветровых нагрузок или сейсмических воздействий, а также изгибающих моментов, возникающих от действия эксцентрически приложенных весовых нагрузок.

Аппарат необходимо рассчитывать для трёх расчётных условий:

1) Рабочие условия (х = 1). В этом случае: вес аппарата G1 - это совокупный вес корпуса и опорной обечайки, обслуживающих площадок, изоляции, внутренних устройств, рабочей среды; расчетное давление в рабочих условиях - Ррас = Рtрас; допускаемое напряжение при расчетной температуре [у]t ;

2) условия испытаний (х = 2). Для этих условий вес аппарата G2 состоит из веса корпуса и опорной обечайки, обслуживающих площадок, изоляции, внутренних устройств, воды; расчетное давление в условиях испытаний равно пробному - Ррас = Рпр; допускаемое напряжение вычисляется по формуле:

,

гдеnт = 1,1 - коэффициент запаса по пределу текучести для условий гидроиспытаний.

3) условия монтажа (х = 3). Для этих условий вес имеет два значения:

а) G3 - максимальный вес аппарата в условиях монтажа,

б) 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; расчетное давление равно нулю, т.е. Ррас = 0; допускаемое напряжение вычисляется по формуле:

, (4.187)

гдеnт = 1,2 - коэффициент запаса по пределу текучести для условий монтажа.

В данной ВКР для упрощения расчётов принимаем G3 = G4 и расчёт ведём только при минимальном весе в условиях монтажа.

Определение веса колонны для трёх расчетных сечений

Вес колонны находится для каждого расчетного состояния, т.е. для х = 1, 2, 3. Для определения веса колонны и, соответственно, осевой сжимающей силы F рассчитываются веса каждого участка Gi, которые сосредоточены в середине участка (рисунок 1.8) и суммируются.

Расчёт весов участков и всего аппарата для трех расчетных состояний проводим по программе Excel. Итоговые значения внесены в таблицу 4.11.

Таблица 4.11 - Результаты расчёта весов каждого участка

Номер участка	Внутренний диаметр колонны Dв, мм	Наружный диаметр	Высота участка h, мм	Вес колонны G, Н
		с изоляцией (рабочие условия	с изоляцией (условия ГИ)	без изоляции (условия монтажа)		н
						1	2	3
						рабочие условия	условия испытания	условия монтажа
1	2,40	2,56	2,96	2,56	2,6	89260	676079	59259
2	2,40	2,56	2,96	2,56	3	85553	684865	55653
3	2,40	2,56	2,96	2,56	5	199884	252833	35885
Общий вес колонны, Н	374697	1613778	150797

В рабочих условиях общий вес составил 374697 Н. Веса первого и второго участка оказались неодинаковыми, хотя число тарелок в каждом участке равное, причина разности весов - наличие днища на первом участке, вносящего весомый вклад в общий вес участка. Вес третьего участка превышает веса первого и второго, хотя высота его меньше - причина кроется в учёте веса рабочей жидкости в кубовой части. Вес в условиях испытания составил 1613778 Н, который учитывает не только вес аппарата, изоляции и внутренних устройств, но также и вес воды, заполняющей аппарат. Вес в условиях монтажа оказался меньшим из трех условий, и составил - 150797 Н, т.к. не учитывается вес изоляции, рабочей жидкости и внутренних массообменных устройств.

Определение ветровых нагрузок

Под действием ветра аппарат совершает колебания с определенным периодом Т. В связи с этим, прежде чем рассчитать ветровые нагрузки Рi необходимо найти период колебаний аппарата.

Расчёт периода колебаний проведен в Excel. Итоговые результаты расчета периода колебаний колонного аппарата занесены в таблицу 4.12.

Таблица 4.12 - Результаты расчёта периода собственных колебаний

Расчётные условия	Период Т, с-1
х = 1	0,782157754
х = 2	1,601087708
х = 3	0,489429468

Итоговые результаты сведены в таблицы 4.13 и 4.14.

Таблица 4.13 - Определение ветровой нагрузки для II-го района

Показатель	Участки аппарата
	1	2	3
1	2	3	4
q0, Н/м2	300
К	1,4
	1,2397077	1,0	0,650671
qix, Н/м2	520,67723	420	273,2818
	0,6935144	0,20451	0,014241
, 1/нм		1 (Et)	434·10-9	2,01·10-9	4,61·10-10
		2,3 (E20)	4,25·10-9	1,98·10-9	4,59·10-10
mk = mi	0,6849504	0,76	0,93567
Pkst (Pist), Н		1	18640,245	15036	4891,744
		2	18640,245	15036	4891,744
		3	16744,98	13507,2	4394,371
Gk (Gi), Н		1	117446,94	112571,3	263003,7
		2	889578,11	901138,4	332675,7
		3	77972,80	73227,6	47217,2
		1	1,28·10-1	5,94·10-2	1,36·10-2
		2	1,71·10-2	7,96·10-3	1,84·10-3
		3	1,77·10-1	8,25·10-2	1,91·10-2
		1	0,0171486
		2	0,0351034
		3	0,0107306
		1	1,6155607
		2	1,8376327
		3	1,5078286
, Н		1	20507,49	9101,13	4875,38
		2	23499,52	11107,24	949,00
		3	17512,76	7674,07	1145,20

Таблица 4.14 - Определение ветровой нагрузки для района Ia

Показатель	Участки аппарата
	1	2	3
q0, Н/м2	170
К	1,4
	1,2397077	1,0	0,650671
qix, Н/м2	295,05043	238	154,8597
	0,6935144	0,20451	0,014241
, 1/нм		1 (Et)	4,34·10-9	2,01·10-9	4,61·10-10
		2,3 (E20)	4,25·10-9	1,98·10-9	4,59·10-10
mk = mi	0,6849504	0,76	0,93567
Pkst (Pist), Н		1	10562,805	8520,4	2771,988
		2	10562,805	8520,4	2771,988
		3	9488,8219	7654,08	2490,144
Gk (Gi), Н		1	117446,94	112571,3	263003,7
		2	889578,11	901138,4	332675,7
		3	77972,80	73227,6	47217,2
		1	7,27·10-2	3,37·10-2	7,72·10-3
		2	9,67·10-2	4,51·10-3	1,04·10-3
		3	1,00·10-1	4,68·10-2	1,08·10-2
		1	0,012909
		2	0,0264248
		3	0,0080777
		1	1,5473132
		2	1,7399884
		3	1,4538422
, Н		1	11130,00	4939,44	2646,01
		2	12608,82	5959,66	509,19
		3	9568,58	4192,94	625,71
, Н		1	21692,81	13459,84	5418,00
		2	23171,62	14480,06	3281,18
		3	19057,40	11847,02	3115,85

Анализ результатов расчёта на ветровую нагрузку показал, что ветровая нагрузка в районе установки Iа меньше, чем в районе II, т.к. значение нормативного скоростного напора ветра в районе Iа меньше, чем в районе II.

Определение изгибающих моментов

Расчётный изгибающий момент Мv согласно ГОСТ Р 51274-99 должен определятся для всех расчетных сечений. В курсовом проекте значения изгибающих моментов находятся только для сечений Г-Г, Д-Д и Е-Е (рисунок 4.4). Расстояние от земли до соответствующего расчётного сечения обозначается как хо.

Изгибающие моменты рассчитаны в программе Excel для двух ветровых районов.

Рисунок 4.4 - Сечения опоры

Результаты расчета сведены в таблицы 4.15, 4.16 и 4.17.

Таблица 4.15 - Геометрические характеристики обслуживающих площадок и результаты расчета

Показатель	Площадки
	1	2	3	4
1	2	3	4	5
Диаметр площадки, Dпл,j, м	5,576
Высота площадки, hпл,j, м	1
Расстояние от земли до низа площадки, xj, м	16,575	10,575	7,575	2,975
, м2	1,95
	1,29	1,19	1,07	0,75

Таблица 4.16 - Определение изгибающих моментов для ветрового района II

Условия работы аппарата	Расчетное сечение х0, м	Изгибающий момент от ветровой нагрузки
		на обслуживающую площадку	на корпус аппарата
Рабочие условия	ХоГ-Г	89341,75983	902639,8374	991981,597
	ХоД-Д	95360,47763	975691,8287	1071052,306
	ХоЕ-Е	101379,1954	1048743,82	1150123,015
Условия испытания	ХоГ-Г	95102,25467	970582,1085	1065684,363
	ХоД-Д	101463,4692	1044705,858	1146169,327
	ХоЕ-Е	107824,6837	1118829,608	1226654,292
Условия монтажа	ХоГ-Г	86547,21552	788859,2903	875406,5058
	ХоД-Д	92399,78053	849837,8722	942237,6528
	ХоЕ-Е	98252,34554	910816,4542	1009068,80

Таблица 4.17 - Определение изгибающих моментов для ветрового района Iа

Условия работы аппарата	Расчетное сечение х0, м	Изгибающий момент от ветровой нагрузки
		На обслуживающую площадку	На корпус аппарата
Рабочие условия	ХоГ-Г	49623,81401	500858,2234	550482,0374
	ХоД-Д	52974,77537	541428,8676	594403,643
	ХоЕ-Е	56325,73673	581999,5118	638325,2485
Условия испытания	ХоГ-Г	52455,98438	534570,2706	587026,255
	ХоД-Д	55975,33562	575503,1319	631478,4675
	ХоЕ-Е	59494,68687	616435,9931	675930,680
Условия монтажа	ХоГ-Г	48249,86510	439367,3645	487617,2296
	ХоД-Д	51519,13678	473387,6442	524906,781

Анализ проведённых расчётов показывает, что изгибающий момент достигает наибольшего значения в сечении Е-Е, т.е. колонный аппарат ведёт себя как упругий стержень, у которого в заделке момент достигает максимального значения. Если сравнить оба района установки, то в районе Iа суммарные изгибающие моменты окажутся меньше, т. к. и ветровые нагрузки в этом районе меньше, чем в районе II.

Таблица 4.18 - Сочетание нагрузок

Условия	Расчетное давление Р, МПа	Осевое сжимающее усилие F, Н	Расчетный изгибающий момент М, Н·м
Рабочее условие (х = 1)	Р1 = Рtрас	F1 = G1	Для сейсмических районов принимают большее из двух значений:
Условие испытания (х= 2)	Р2 = Рирас	F2 = G2
Условие монтажа (х = 3)	Р3 = 0	Для анкерных болтов F3 = G4	Для сейсмических районов принимают большее из двух значений:

Сочетание нагрузок для каждого расчетного состояния

Рассматриваемые три условия работы аппарата характеризуются различным сочетанием нагрузок (P, G, M). Сочетание нагрузок для расчётных условий для района II приведено в таблице 4.18.

гдеР1 - расчетное давление в рабочих условиях, МПа;

Р2 - пробное давление в условиях испытания, МПа;

Мх - изгибающий момент от действия ветровых нагрузок (Мх1 - в рабочих условиях, Мх2 - в условиях испытания, Мх3 - в условиях монтажа), Н·м;

МG - максимальный изгибающий момент от действия эксцентрических весовых нагрузок, в том числе от присоединяемых трубопроводов и др. (МG1 - в рабочих условиях, МG2 - в условиях испытания, МG3 - в условиях монтажа), Н·м;

G1 - вес аппарата (включая вес обслуживающих площадок, изоляции, внутренних устройств, рабочей среды) в рабочих условиях, Н;

G2 - вес аппарата (включая вес жидкости, заполняющей аппарат) в условиях испытания, Н;

G3 - максимальный вес аппарата в условиях монтажа, Н;

G4 - минимальный вес аппарата в условиях монтажа после установки его в вертикальное положение, Н;

F1 - осевое сжимающее усилие в рабочих условиях, Н;

F2 - осевое сжимающее усилие в условиях испытания, Н;

F3 - осевое сжимающее усилие в условиях монтажа, Н.

В дипломном проекте мы не учитываем изгибающий момент от действия эксцентрических весовых нагрузок и от сейсмического воздействия. В этом случае сочетание нагрузок для района установки II представлено в таблице 3.17 и далее весь расчёт будем вести для данного ветрового района.

Проверка прочности и устойчивости корпуса колонного аппарата

Корпус аппарата должен быть проверен на прочность и устойчивость.

Проверку прочности следует проводить для рабочего условия и условия монтажа.

Определяются продольные (меридиональные) напряжения на наветренной и подветренной сторонах соответственно по формулам:

, (4.188)

. (4.189)

Результаты расчетов приведены в таблице 4.19.

Таблица 4.19 - Сочетание нагрузок для различных условий работы аппарата

Индекс условий работы	Условие работы	Давление Р, МПа	Осевое сжимающие усилие F, H	Расчетный изгибающий момент М, Н·м	Расчетная температура tR, °С	Допускаемое напряжение, МПа
1	2	3	4	5	6	7
	Рабочие условия	Р1 = Ррасt = 0,32	F1 = G1 = 493022	M1 = M1 = 991981,6	tрас =245 tрас.оп = 20	[у]tкор = 132,1 [у]tоп = 154
	Условия испытаний	Р2 = Pпр = 0,66	F2 = G2 = 2123392	M2 = 0,6M2 = 639410,62	t = 20 °С
	Условия монтажа	Р3 = 0	F3 = G3 = 198417,6	M3 = M3 = 875406,51	t = 20 °С

гдеtрас, tрас.оп - расчетные температуры корпуса колонны и опорной обечайки, °С;

[у]tкор, [у]tоп - допускаемые напряжения соответственно корпуса колонны и опорной обечайки, МПа, при х = 1, 2, 3.

Кольцевые (тангенциальные) напряжения рассчитываются по формуле:

, (4.190)

гдеDi - внутренний диаметр колонны в соответствующем расчетном сечении, мм;

Si - исполнительная толщина стенки колонны в соответствующем расчетном сечении, мм; С - сумма всех прибавок к расчетной толщине стенки, мм. При в формулы (1.201), (1.202), (1.203) подставляется Р = Р1, М = М1, F = F1; при Р = 0, М = М3, F = F3.

Рассчитываются эквивалентные напряжения на наветренной и подветренной сторонах для и по формулам:

(4.191)

(4.192)

Производится проверка прочности:

- на наветренной стороне по формуле:

 (4.193)

- на подветренной стороне по формуле:

(4.194)

где[у] - допускаемое напряжение для материала корпуса аппарата при расчетной температуре, МПа;

- коэффициент прочности сварного шва;

Произведем расчёты:

- для рабочих условий:

(4.195)

(4.196)

(4.197)

(4.198)

(4.199)

(4.200)

(4.201)

Условие прочности для рабочих условий выполнено.

- для условий монтажа:

(4.202)

(4.203)

(4.204)

(4.205)

(4.206)

(4.207)

(4.208)

Условие прочности выполняется.

Проверку устойчивости проводим для рабочих условий и условий испытания.

Проверку устойчивости для рабочих условий и условий испытаний проводим по формуле:

, (4.209)

где[F] - допускаемое осевое сжимающее усилие, Н;

[M] - допускаемый изгибающий момент, Н·м, соответственно для рабочих условий и условий испытаний;

F - осевое сжимающее усилие, Н;

M - изгибающий момент, Н·м.

Значения [Р], [F], [M] для гладких цилиндрических обечаек определяют согласно ГОСТ 14249-89.

Допускаемое осевое сжимающее усилие, Н, следует рассчитывать по формуле:

, (4.210)

где[F]П - допускаемое осевое сжимающее усилие из условия прочности, Н, определяется по формуле:

, (4.211)

где[F]Е - допускаемое осевое сжимающее усилие в пределах упругости из условия устойчивости, Н, определяемое по соотношению:

, (4.212)

где[F]E1 - допускаемое осевое сжимающее усилие, Н, определяемое из условия местной устойчивости при l/D<10 в пределах упругости по формуле:

, (4.213)

гдеny - коэффициент запаса устойчивости; ny = 1,8 - для условий испытания и монтажа; ny = 2,4 - для рабочих условий.

Допускаемое осевое сжимающее усилие из условия общей устойчивости при l/D?10 в пределах упругости определяется по формуле

(4.214)

где- гибкость, определяется по формуле:

, (4.215)

Приведенную расчетную длину lпр, м, принимают равной:

lпр = 2l = 2Н, (4.216)

гдеН - высота колонны, так как расчетная схема колонны представляет упруго-защемленный стержень.

Если обечайки нагружены изгибающим моментом, то допускаемый изгибающий момент следует рассчитывать по формуле:

(4.217)

где[М]п - допускаемый изгибающий момент из условия прочности, Н·м, который рассчитывается по формуле:

, (4.218)

где[М]Е - допускаемый изгибающий момент, Н·м, из условия устойчивости в пределах упругости рассчитывается по формуле:

. (4.219)

Произведём расчеты:

- для рабочих условий:

(4.222)

(4.224)

(4.225)

(4.226)

(4.227)

(4.228)

 (4.229)

Условие устойчивости выполнено. - для условий испытания:

(4.230)

(4.232)

(4.234)

(4.235)

(4.236)

(4.237)

(4.238)

(4.239)

Условие устойчивости выполнено.

Расчёт опорной обечайки

Минимальные Qmin и максимальные Qmax приведенные нагрузки определяются соответственно по формулам:

, (4.240)

, (4.241)

гдеМ1, М2, М3 - расчетные изгибающие моменты в нижнем сечении опорной обечайки (Е-Е) соответственно при , , , Н·м;

F1 = G1; F2 = G2; F3 = G3 - осевые сжимающие силы, действующие в сечении Е-Е соответственно при , , , Н.

Подставляя данные, получим:

, (4.242)

,

Выбираем опору типа 3 с кольцевым опорным поясом. Выписываем все значения для данного типа опоры, таблица 4.20 .

Таблица 4.20 - Размеры цилиндрической опоры

D1	D2	DБ	S1	S2	S3	d2	dБ	Число болтов	d	d1
3560	3050	3420	12	30	25	42	М36	24	70	100

Рисунок 4.5 - Конструкция выбранной цилиндрической опоры

Проверка прочности сварного шва

Прочность сварного шва в сечении проверяется при и по формуле:

, (4.244)

гдеD3 = Dвн - внутренний диаметр опорной обечайки, мм;

а1 = S3 - толщина сварного шва, мм;

S3 - исполнительная толщина стенки опорной обечайки, мм;

[у]оп, [у]к - допускаемые напряжения соответственно опорной обечайки и корпуса колонны, при и , МПа.

Проверим прочность сварного шва:

(4.245)

(4.246)

Условие прочности сварного шва выполняется.

Расчет элементов нижнего опорного узла

Расчет элементов опорного узла следует проводить для рабочего условия () и условия испытания () для сечения Е-Е.

Ширину нижнего опорного кольца b1 опоры аппарата, устанавливаемого на бетонном фундаменте, следует определять по формуле:

b1 = 0,5·(D1-D2), (4.247)

И, также, должно выполняться условие:

, (4.248)

гдeD1, D2 - соответственно наружный и внутренний диаметр нижнего опорного кольца, м.

DБ - диаметр окружности анкерных болтов, м;

[]бет - допускаемое напряжение бетона марки 100 на сжатие, выбирается по таблице 3.9.6 [20], []бет = 8 МН/м2.

Для рабочих условий:

b1 = 0,5·(3,56 - 3,05) = 0,255 м, (4.249)

, (4.250)

0,255 > 0,021. (4.251)

Условие выполняется.

Для условий испытания:

b1 = 0,5·(3,56 - 3,05) = 0,255 м, (4.252)

, (4.253)

0,255 > 0,041.(4.254)

Условие выполняется.

4.11 Механический расчет теплообменника

Толщина цилиндрической стенки Ш 325

, (4.255)

гдеDн = 352 мм - наружный диаметр цилиндрической стенки;

Р = 10 МПа - внутреннее давление;

ц = 1 - коэффициент прочности цилиндрической стенки в продольном направлении;

[Gо] = 168 МПа - допускаемое напряжение при 100 °С;

С - прибавка на коррозию, мм.

. (4.256)

Принимаем S = 10 мм.

Толщина цилиндрической стенки Ш 108.

. (4.257)

Принимаем S = 4 мм.

Толщина цилиндрической стенки Ш 57.

. (4.258)

Принимаем S = 4 мм.

Толщина эллиптической крышки:

, (4.259)

гдеhв = 80 мм - высота выпуклой части днища;

k = 1 - для днищ без отверстий;

цш = 1 - при отсутствии сварного шва радиального;

С = 2 - прибавка на коррозию;

[G] = 168 МПа - допускаемое напряжение для материала днища 40Х18Н10Т при 20 °С.

. (4.260)

Принимаем S = 10 мм.

Толщина плоского днища с 4-мя отверстиями:

, (4.261)

гдеD1 = 0,06 м - диаметр отверстия в днище;

[G] = 168 МПа - допускаемое напряжение для материала днища 40Х18Н10Т при 20 °С;

С = 2 - прибавка на коррозию;

ц = 0,6 - коэффициент ослабления днища отверстиями.

. (4.262)

Принимаем S = 40 мм.

4.12 Расчет сепаратора высокого давления

Расчет сепаратора высокого давления (СВД) заключается в определении состава отделяемого газа и сводится к определению доли отгона, рассчитываемой на ЭВМ.

Режим работы СВД:

Температура tc=40 0С;

Давление Рс=4 МПА

Количество газов, поступающих в СВД, приведено в таблице 4.21.

Таблица 4.21 - Состав циркулирующего газа

Компоненты	Массовые	кг/ч
H2	0,192	3004,2
CH4	0,427	6681,2
C2H6	0,201	3145,04
C3H8	0,103	1611,6
C4H10	0,077	1204,8
Сумма	1,000	15647, 00

Суммарное количество газо-продуктовой смеси, поступающей в СВД, приведено в таблице 4.22.

Таблица 4.22 - Состав газо-продуктовой смеси, поступающей в СВД

Компоненты	кг/ч
H2	3004,2
CH4	6681,2
C2H6	3145,04
C3H8	1611,6
C4H10	1204,8
Сероводород	3450
Бензин-отгон	3450
Гидроочищенная дизельная фракция	188411
Сумма	210957

(4.263)

(4.264)

(4.265)

(4.266)

(4.267)

Фугитивность паров дизельного топлива:

Приведенное давление:

(4.268)

Для значений ТПР=0,430 и РПР=5,9.10-7 находим коэффициент активности жидкости Ух=1

Фугитивность жидкой фазы дизельного топлива fжПРРС рассчитывается:

(4.269)

(4.270)

Температура газопродуктовой смеси на входе в аппарат Т2=659 К

Температура газопродуктовой смеси на выходе из аппарата Т2=413 K

Тепловая нагрузка аппарата рассчитывается:

(4.271)

Энтальпия дизельного топлива:

При 323К I323=99,06 кДж/кг

При 553К I553=676,84 кДж/кг

I553=1902, 9 кДж/кг

Поверхность теплообменного аппарата:

(4.272)

?tmax=386-280=106 0C

?tmin=140-50=90 0C

Энтальпии индивидуальных компонентов водородосодержащего газа представлены в таблице 4.23.

Таблица 4.23 - Энтальпии индивидуальных компонентов

Энтальпия	H2	CH4	C2H6	C3H8	C4H10
При 313К	1714,3	481,2	428,9	399,5	356,2
При 413К	2363,1	717,9	658,9	600,3	578,9

Энтальпии ЦВСГ при 40°С:

I40=1714,3.0,192+481,2.0,427+428,9.0,201+399,5.0,103+356,2.0,077=689,4 кДж/кг

Массовый расход воздуха:

(4.273)

5. АНАЛИТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ ПРОИЗВОДСТВА

Аналитический контроль производства представлен в таблице 5.1.

Таблица 5.1 - Аналитический контроль производства

Наименование стадии процесса, анализируемый продукт, место отбора пробы	Контролируемый показатель	Методы испытаний
1	2	3
1 Сырье - смесь из резервуара	1 Плотность	ГОСТ 3900-85
	2 Фракционный состав	ГОСТ 2177-82 ГОСТ 19121-83
	3 Содержание серы	СТП 010623-402-163-88
	4 Содержание сероводорода	ГОСТ 11382-76
	5 Температура вспышки в закрытом тигле	ГОСТ 6356-75
	6 Содержание механических примесей	ГОСТ 10577-78
	7 Содержание воды	ГОСТ 305-2013
2 Свежий ВСГ на установку, трубопровод свежего ВСГ	1 Концентрация водорода	СТП 010623-402-176-83
	2 Содержание сероводорода	ГОСТ 11382-76
3 Прямогонное дизельное топливо «Л»	1 Плотность	ГОСТ 3900-85
	2 Фракционный состав	ГОСТ 2177-82
	3 Содержание серы	СТП 010623-402-163-88
	4 Содержание сероводорода	ГОСТ 11382-76
	5 Температура вспышки в закрытом тигле	ГОСТ 6356-75
	6 Содержание механических примесей	ГОСТ 10577-78
	7 Содержание воды	ГОСТ 305-2013
4 Газойль легкий из трубопровода	1 Плотность	ГОСТ 3900-85
	2 Фракционный состав	ГОСТ 2177-82
	3 Содержание серы	СТП 010623-402-163-88
	4 Содержание сероводорода	ГОСТ 11382-76
	5 Температура вспышки в закрытом тигле	ГОСТ 6356-75
	6 Содержание механических примесей	ГОСТ 10577-78
	7 Содержание воды	ГОСТ 305-2013
5 Циркуляционный ВСГ из сепаратора	1 Концентрация водорода	СТП 010623-402-176-83
	2 Углеводородный состав	ГОСТ 11382-76
	3 Плотность	ГОСТ 17310-2002
	4 Содержание сероводорода	ГОСТ 11382-76
6 Циркуляционный ВСГ до очистки из сепаратора	1 Содержание сероводорода	ГОСТ 11382-76
7 Гидроочищенное дизельное топливо, после холодильника	1 Содержание серы	ГОСТ 19121-73
	2 Фракционный состав	ГОСТ 2177-82
	3 Содержание сероводорода	ГОСТ 11382-76
	4 Температура вспышки	ГОСТ 6356-75
8 Гидроочищенное дизельное топливо в товарном узле	1 Фракционный состав	ГОСТ 2177-82
	2 Содержание серы	ГОСТ 19121-73
	3 Содержание сероводорода	ГОСТ 11382-76
9 Сероводород из сепаратора	1 Содержание сероводорода	ГОСТ 11382-76
	2 Содержание углекислого газа	ГОСТ 14920-79
10 Бензин-отгон из насоса	1 Фракционный состав	ГОСТ 2177-82
	2 Испытания на медную	СТП 010323-402-165-83
11 Углеводородный газ до отчистки из сепараторов	1 Углеводородный состав	ГОСТ 14920-79
	2 Содержание сероводорода	ГОСТ 11382-76
12 Углеводородный газ после отчистки из колонн	1 Углеводородный состав	ГОСТ 14920-79
	2 Содержание сероводорода	ГОСТ 11382-76
13 Дымовые газы, после печей	1 Состав дымовых газов	ГОСТ 5438-78

6. КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И СРЕДСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ РЕАКТОРНОГО БЛОКА УСТАНОВКИ ГИДРООЧИСТКИ ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА

Автоматизация представляет собой комплекс методов управления технологическим процессом специальными устройствами. Автоматизация технологического процесса является одним из главных направлений увеличения продуктивности человеческого труда на производстве.

Автоматизи...