Реконструкция абсорбционной колонны с целью повышения эффективности ее работы

 

Таблица 1.3 – Механические характеристики материалов

Сталь	Расчетная температура,	Предел текучести при расч. темп-ре, МПа Rр1,0	Предел прочности при расч. темп-ре, МПа Rm	Допуск. напр-ние при расч. темп-ре, [σ]t	Предел текучести при 20, МПа Rе	Допуск. напр-ние при 20, МПа [σ]20
12Х18Н10Т	75	265,7	512,5	177,1	276,0	184,0

 

Таблица 1.4 – Данные по штуцерам

Обозначение штуцера	Диаметр условный Dу, мм	Фактич. миним. толщина S1, мм	Расчетная толщина S1р, мм	Миним. допуск. толщ. по [6] Smin, мм
Л2	450	9,1	0,21	4,0
Л	400	3,8	0,19	3,5
В	300	2,7	0,14	3,5
А	250	2,9	0,12	3,5
Г	100	3,0	0,05	3,0
И	80	2,0	0,04	2,5
Б1,2	50	1,6	0,03	2,0

 

Отношение допускаемых напряжений составляет для аппарата [σ]20/[σ]t = 1,039.

 

4.2 Расчет на прочность основных конструктивных элементов

4.2.1 Расчет цилиндрических обечаек, нагруженных внутренним избыточным давлением

Расчет проводится по [4]. Исходные данные для расчета сведены в таблицу 2.1

Таблица 2.1 – Исходные данные для расчета цилиндрических обечаек

Конструктивный элемент	Расчетное давление, МПа Рр	Внутренний диаметр, мм D	Миним. толщина стенки, мм S1	Прибавка на коррозию, мм C	Коэф-т прочн. сварн. шва, φр	Предел текучести при 20, МПа Rе	Допуск. напр-ние при расч. темп-ре, [σ]t
Обечайка корпуса	0,15	1600	5,5	1,0	0,9	276,0	177,1

 

Толщина стенок обечаек должна удовлетворять условию [4]

 

Допускаемое внутреннее избыточное давление определяется по формуле [4]

 

Пробное давление согласно [10] должно быть равно

Pпр = 1,25 Рр [σ]20/[σ]t

Допускаемое давление гидроиспытания из условия прочности определяется по формуле

 

- допускаемое  напряжение при гидроиспытании, определяемое по формуле

Результаты расчетов сведены в таблицу 2.2

 

Таблица 2.2. Расчет цилиндрических обечаек на прочность.

Конструктивный элемент	Sр, мм	Sдоп, мм	Smin, мм	Pпр, МПа	[P], МПа	[σ]пр, МПа	[P]пр, МПа
Обечайка корпуса	0,75	4,0	4,0	0,25	0,89	250,9	1,27

 

Согласно требованиям [9] минимально допустимая толщина для обечаек аппарата должна быть не менее 4 мм. Принимаем для обечаек аппарата Smin = 4 мм.

Фактическая толщина обечаек больше расчётной и минимально допустимой. Допускаемое внутреннее избыточное давление для цилиндрических обечаек сосуда выше расчетного. Необходимое и фактическое давление испытания меньше допускаемого. Условия прочности для цилиндрических обечаек аппарата выполняются.

 

4.2.2 Расчет эллиптических днищ, нагруженных внутренним избыточным давлением

Расчет проведен по [4] для наиболее тонкого нижнего днища. Исходные данные для расчета сведены в таблицу 2.3.

Таблица 2.3 – Исходные данные для расчета эллиптических днищ

Конструктивный элемент	Расч. давление, МПа Рр	Радиус кривизны, мм R	Миним. толщина стенки, мм S1	Прибавка на коррозию, мм С	Коэфф-т прочности свар, шва φ	Допуск, напр-ние при расч. темп-ре, МПа [σ]t	Предел текучести при 20°С, МПа Rр0,2
Эллиптическое днище нижнее	0,15	1600	9,3	1,0	0,9	177,1	276,0

 

Толщина стенки днища рассчитывается по формулам [4]

S1 ≥ Sp + С, где

Допускаемое внутреннее избыточное давление рассчитывается по формуле

 

Допускаемое внутреннее избыточное давление при гидроиспытании определяется по формуле:

 

Результаты расчетов сведены в таблицу 2.4

Таблица 2.4 – Расчет эллиптических днищ

Конструктивный элемент	Sр, мм	Sдоп, мм	Smin, мм	Pпр, МПа	[P], МПа	[σ]пр, МПа	[P]пр, МПа
Эллиптическое днище нижнее	0,75	4,0	4,0	0,25	1,65	250,9	2,34

 

Согласно требованиям [9] минимально допустимая толщина для днищ аппарата должна быть не менее 4 мм. Принимаем для днищ аппарата Smin = 4 мм.

Минимальная фактическая толщина днищ больше расчетной и минимально допустимой. Расчётное давление ниже допускаемого. Допускаемое пробное давление выше необходимого и фактического. Условия прочности для эллиптических днищ аппарата выполняются.

 

4.2.3 Расчет укрепления отверстий

Расчет проводится по [5]. Обозначения приняты согласно [5].

4.2.3.1 Укрепление отверстия в цилиндрической обечайке

Расчет проводится для люка-лаза Dy 450 мм на обечайке корпуса. Расчетный диаметр отверстия в стенке обечайки, не требующего дополнительного укрепления, при наличии штуцера с круглым поперечным сечением, ось которого совпадает с нормалью к поверхности в центре отверстия, определяется по формуле

dp = d + 2Cs.

Здесь d - внутренний диаметр штуцера, мм;

Cs - прибавка на коррозию для штуцера, мм.

Расчетный диаметр отверстия, не требующего укрепления, при наличии избыточной толщины стенки сосуда определяется по формуле:

 

S - фактическая минимальная толщина  обечайки корпуса, мм;

Sp — расчетная толщина стенки обечайки согласно [4], мм;

Dp - расчетный диаметр, мм.

Для цилиндрических обечаек Dp = D.

Если выполняется условие dp ≤ d0, то дальнейших расчетов укрепления отверстия не требуется.

Результаты расчетов сведены в таблицу 2.5.

Таблица 2.5 – Расчет укрепления отверстий в цилиндрических обечайках

Расположение штуцера	d, мм	Сs, мм	S, мм	S1, мм	Sр, мм	Dр	d0, мм	d0, мм	dр ≤ d0
Обечайка корпуса	450	1,0	5,5	9,1	0,75	1600	878,3	452,0	выполняется

 

Условие выполняется, следовательно, дальнейших расчетов укрепления отверстия не требуется.

 

4.2.3.2 Укрепление отверстия в эллиптическом днище

Расчет проводится для штуцера Dy 100 мм на нижнем днище сосуда. Расчетный диаметр отверстия в стенке днища при наличии штуцера с круглым поперечным сечением, ось которого совпадает с нормалью к поверхности в центре отверстия, определяется по формуле:

dp = d + 2Gs, где

d - внутренний диаметр штуцера, мм;

Cs - прибавка на коррозию для штуцера, мм.

Расчетный диаметр отверстия, не требующего укрепления, при наличии избыточной толщины стенки сосуда определяется по формуле:

 

S - фактическая минимальная толщина днища, мм;

Sp - расчетная толщина стенки днища согласно [5], мм;

Dp - расчетный диаметр, мм.

 

Для центрального отверстия в эллиптическом днище

 

Если выполняется условие dp ≤ d0, то дальнейших расчетов укрепления отверстия не требуется.

Результаты расчётов сведены в таблицу 2.6.

Таблица 2.6 – Расчет укрепления отверстия в эллиптическом днище

Расположение штуцера	d, мм	Сs, мм	S, мм	S1, мм	Sр, мм	Dр	d0, мм	d0, мм	dр ≤ d0
Обечайка корпуса	100	1,0	9.3	3,0	0,68	3200	3731,6	102,0	выполняется

 

Условие выполняется, следовательно, дальнейших расчетов укрепления отверстия не требуется.

 

4.3 Расчет на устойчивость и прочность от действия ветровой и сейсмической нагрузок

Расчет проводился по [7] и [8] для двух сечений: в месте приварки опорной обечайки к корпусу и в месте приварки верхнего эллиптического днища к обечайке в рабочих условиях и в условиях ГИ с учётом реконструкции корпуса. Здесь приведен расчет для нижнего сечения (в месте приварки опорной обечайки к корпусу) в условиях гидроиспытания, по которому получилась максимальная расчетная толщина обечайки.

4.3.1 Определение расчетных усилий от ветровых нагрузок

4.3.1.1 Определение периода собственных колебаний

Период основного тона собственных колебаний аппарата постоянного сечения следует определять по формуле [6]

 

Н – высота аппарата, м       (18,94)

G – вес колонны в условиях гидроиспытания, Н  (453037)

g – ускорение силы тяжести, м/с2     (9,81)

E – модуль продольной упругости, Н/м2    (1,991011)

Cf – коэффициент неравномерности сжатия грунта, Н/м3 (6,0 107)

I1 – момент инерции верхнего основного металлического сечения аппарата относительно центральной оси, м4

,

Dн – наружный диаметр обечайки, м (1,612)

D – внутренний диаметр обечайки, м (1,6).

 

If – минимальный момент инерции подошвы фундамента, м4

If = 3,14

Df – наружный диаметр фундаментного кольца, м (2,5)