1

Politechnika Rzeszowska

Katedra Inżynierii
Chemicznej i Procesowej

PROJEKT ZBIORNIKA

CIŚNIENIOWEGO

Nr projektu:

Imię i Nazwisko

Imię i Nazwisko

Imię i Nazwisko

Imię i Nazwisko

Rzeszów, data

2

Treść projektu

Oblicz wymiary powłoki walcowej, den elipsoidalnych i króćców wlotowych dla zbiornika pionowego

do magazynowania substancji o temperaturze t

r

i pod ciśnieniem p

r

, o masie całkowitej wynoszącej

m

s

.

Obliczenia należy przeprowadzić dla dwóch wariantów, tj. przy założeniu stosunku wysokości

całkowitej aparatu do jego średnicy zewnętrznej s równym około 2,5 oraz około 6,5. Należy wskazać

optymalny wariant zbiornika pod względem zużycia materiału.

Podczas obliczeń należy przyjąć następujące założenia:

1. Substancja wypełnia maksymalnie 80% objętości zbiornika,

2. Czas eksploatacji zbiornika wynosi co najmniej 10 lat

3. Dna aparatu posiadają otwory umożliwiające napełnienie i opróżnienie zbiornika

w najkrótszym możliwym czasie, bez konieczności wzmacniania otworów.

Dane projektowe:

Lp.

Substancja

t

r

[

o

C]

p

r

[bar]

m

s

[kg]

125

Kwas mrówkowy 20%

20

5

350

3

WARIANT 1

4

Dane

Obliczenia

Wyniki

wg [1]

I. Obliczenie objętości zbiornika

Obliczam objętość magazynowanej substancji:

Obliczam objętość całkowitą zbiornika:

II. Ustalenie temperatury obliczeniowej

Wg warunków UDT [2] przyjmuję:

III. Ustalenie ciśnienia obliczeniowego

Obliczam ciśnienie podczas próby ciśnieniowej PT

wg [2]

Wyznaczam ciśnienie hydrostatyczne cieczy. W tym

celu obliczam przybliżoną średnicę aparatu:

√

√

W oparciu o normę PN-75/M-35412 [3] dobieram

średnicę nominalną aparatu:

5

Dane

Obliczenia

Wyniki

oraz pozostałe wymiary dna:

Obliczam objętość dna aparatu:

Obliczam maksymalną wysokość słupa cieczy

w zbiorniku:

(

)

( )

Obliczam ciśnienie hydrostatyczne cieczy:

Sprawdzam udział ciśnienia hydrostatycznego

w ciśnieniu roboczym:

Nie uwzględniam ciśnienia hydrostatycznego

w ustalaniu wartości ciśnienia obliczeniowego:

6

Dane

Obliczenia

Wyniki

IV. Obliczenie grubości nominalnej ścianki

powłoki walcowej

W oparciu o tablice korozyjne [4] oraz normę PN-EN

10028-7 [5] dobieram stal stopową austenityczną

1.4301 (X5CrNi18-10) należącą do grupy stali 18-10,

dla której umowna granica plastyczności w temp.

20

o

C wynosi

Obliczam naprężenie dopuszczalne w ściankach

powłoki walcowej:

Zakładam wartość współczynnika

, stąd

Zgodnie z warunkami UDT [2] przyjmuję wartość

współczynnika wytrzymałościowego

Wartość współczynnika

przyjmuję w oparciu o

warunki UDT [2] dla ciśnienia dopuszczalnego PS

równego ciśnieniu obliczeniowemu:

Obliczam grubość obliczeniową ścianki powłoki

walcowej wg [2]:

7

Dane

Obliczenia

Wyniki

Obliczam naddatki grubości ścianki.

Eksploatacyjny naddatek grubości ścianki obliczam

uwzględniając szybkość korozji materiału

konstrukcyjnego:

Przyjmuję wartość naddatku ze względu na obecność

dodatkowych naprężeń:

Obliczam najmniejszą wymaganą grubość ścianki

powłoki walcowej wg [2]:

W oparciu o katalog producenta blach [6] dobieram

rozmiary arkusza blachy na powłokę walcową

zbiornika: 4x1900 mm.

Grubość nominalna blachy:

8

Dane

Obliczenia

Wyniki

W oparciu o normę PN-EN 10051 [7] ustalam

wartość technologicznego naddatku grubości ścianki

równego co do wartości największej odchyłce

minusowej grubości blachy z uwzględnieniem

podwyższenia odczytu o 30% (dla stali

austenitycznych bez dodatku Mo):

Sprawdzam warunek prawidłowego doboru grubości

nominalnej:

Grubość nominalna została dobrana prawidłowo.

Obliczam grubość rzeczywistą ścianki powłoki

walcowej:

Obliczam średnicę zewnętrzną aparatu:

Sprawdzam założoną wartość współczynnika



:

9

Dane

Obliczenia

Wyniki

V. Obliczenie grubości nominalnej ścianki dna

elipsoidalnego

W oparciu o tablice korozyjne [4] oraz normę PN-EN

10028-7 [5] dobieram stal stopową austenityczną

1.4301 (X5CrNi18-10) należącą do grupy stali 18-10,

dla której umowna granica plastyczności w temp.

20

o

C wynosi

Wstępnie dobieram dno elipsoidalne stalowe wg PN

75/M-35412 [3] o następujących wymiarach:

Obliczam naprężenie dopuszczalne w ściankach dna

elipsoidalnego:

Obliczam średnicę zewnętrzną dna elipsoidalnego:

10

Dane

Obliczenia

Wyniki

3

W oparciu o katalog producenta blach [6] dobieram

rozmiary arkusza blachy na dno elipsoidalne: 4x1500

mm.

W oparciu o normę PN-EN 10051 [7] ustalam

wartość technologicznego naddatku grubości ścianki

, równego co do wartości największej odchyłce

minusowej grubości blachy z uwzględnieniem

podwyższenia odczytu o 30% (dla stali

austenitycznych bez dodatku Mo):

Obliczam grubość rzeczywistą ścianki dna

elipsoidalnego:

Obliczam największą średnicę otworu nie

wymagającego wzmocnienia:

(

)

(

)

( )

( )

√

(

)(

)

√ ( )( )

11

Dane

Obliczenia

Wyniki

Średnica otworu w dnie nie powinna przekraczać

najmniejszej z obliczonych wartości, czyli 77,1mm.

Dobieram średnicę otworu w dnie w oparciu o normę

PN ISO 1127 [11] z uwzględnieniem 2mm luzu:

Obliczam wartość współczynnika



:

√

√

Obliczam wartość stosunku

:

Obliczam wartość współczynnika konstrukcyjny dna

y

w

w oparciu o warunki UDT [2] stosując podwójną

interpolację dla uzyskanych wartości współczynnika



i stosunku

:

( )

( )

( )

12

Dane

Obliczenia

Wyniki

Obliczam grubość obliczeniową ścianki dna

elipsoidalnego:

Obliczam najmniejszą wymaganą grubość ścianki

dna elipsoidalnego:

Sprawdzam warunek prawidłowego doboru grubości

nominalnej dna elipsoidalnego:

Grubość nominalna dna została dobrana prawidłowo.

VI. Wyznaczenie masy całkowitej aparatu

Obliczam długość walcowej części zbiornika:

(

)

( )

( )

13

Dane

Obliczenia

Wyniki

wg [12]

Obliczam masę części walcowej zbiornika:

(

)

(( )

( )

)

Obliczam masę pustego zbiornika:

Obliczam masę całkowitą zbiornika:

Obliczam całkowitą długość aparatu:

(

)

(

)

Sprawdzam stosunek długości całkowitej do średnicy

zewnętrznej aparatu:

14

WARIANT 2

15

Dane

Obliczenia

Wyniki

wg [1]

I. Obliczenie objętości zbiornika

Obliczam objętość magazynowanej substancji:

Obliczam objętość całkowitą zbiornika:

II. Ustalenie temperatury obliczeniowej

Wg wytycznych UDT [2] przyjmuję:

III. Ustalenie ciśnienia obliczeniowego

Obliczam ciśnienie podczas próby ciśnieniowej PT

wg [2]

Wyznaczam ciśnienie hydrostatyczne cieczy. W tym

celu obliczam przybliżoną średnicę aparatu:

√

√

W oparciu o normę PN-64/M-35411 [9] dobieram

średnicę nominalną aparatu:

16

Dane

Obliczenia

Wyniki

oraz pozostałe wymiary dna:

Obliczam przybliżoną objętość dna aparatu:

Obliczam maksymalną wysokość słupa cieczy

w zbiorniku:

(

)

( )

Obliczam ciśnienie hydrostatyczne cieczy:

Sprawdzam udział ciśnienia hydrostatycznego

w ciśnieniu roboczym:

Nie uwzględniam ciśnienia hydrostatycznego

w ustalaniu wartości ciśnienia obliczeniowego:

17

Dane

Obliczenia

Wyniki

IV. Obliczenie grubości nominalnej ścianki

powłoki walcowej

W oparciu o tablice korozyjne [4] oraz normę PN-EN

10216-5 [10] dobieram stal stopową austenityczną

1.4301 (X5CrNi18-10) należącą do grupy stali 18-10,

dla której umowna granica plastyczności w temp.

20

o

C wynosi

Obliczam naprężenie dopuszczalne w ściankach

powłoki walcowej:

Zakładam wartość współczynnika

, stąd

Zgodnie z warunkami UDT [2] przyjmuję wartość

współczynnika wytrzymałościowego

Obliczam grubość obliczeniową ścianki powłoki

walcowej wg [2]:

18

Dane

Obliczenia

Wyniki

Obliczam naddatki grubości ścianki.

Eksploatacyjny naddatek grubości ścianki obliczam

uwzględniając szybkość korozji materiału

konstrukcyjnego:

Przyjmuję wartość naddatku ze względu na obecność

dodatkowych naprężeń:

Obliczam najmniejszą wymaganą grubość ścianki

powłoki walcowej wg [2]:

W oparciu o normę PN-ISO 1127 [11] dobieram

grubość nominalną rury.

Grubość nominalna rury na powłokę walcową:

19

Dane

Obliczenia

Wyniki

W oparciu o normę PN-ISO 1127 [11] ustalam

wartość technologicznego naddatku grubości ścianki

, równego co do wartości największej odchyłce

minusowej grubości rury o klasie tolerancji T1:

Sprawdzam warunek prawidłowego doboru grubości

nominalnej:

Grubość nominalna została dobrana prawidłowo.

Obliczam grubość rzeczywistą ścianki powłoki

walcowej:

Obliczam średnicę wewnętrzną aparatu:

Sprawdzam założoną wartość współczynnika



:

20

Dane

Obliczenia

Wyniki

V. Obliczenie grubości nominalnej ścianki dna

elipsoidalnego

W oparciu o tablice korozyjne [4] oraz normę PN-EN

10028-7 [5] dobieram stal stopową austenityczną

1.4301 (X5CrNi18-10) należącą do grupy stali 18-10,

dla której umowna granica plastyczności w temp.

20

o

C wynosi

Wstępnie dobieram dno elipsoidalne stalowe wg PN

64/M-35411 [9] o następujących wymiarach:

Obliczam naprężenie dopuszczalne w ściankach dna

elipsoidalnego:

Obliczam średnicę wewnętrzną dna elipsoidalnego:

21

Dane

Obliczenia

Wyniki

W oparciu o katalog producenta blach [6] dobieram

rozmiary arkusza blachy na dno elipsoidalne: 4x1500

mm.

W oparciu o normę PN-EN 10051 [7] ustalam

wartość technologicznego naddatku grubości ścianki

równego co do wartości największej odchyłce

minusowej grubości blachy z uwzględnieniem

podwyższenia odczytu o 30% (dla stali

austenitycznych bez dodatku Mo):

Obliczam grubość rzeczywistą ścianki dna

elipsoidalnego:

Obliczam największą średnicę otworu nie

wymagającego wzmocnienia:

(

)

(

)

( )

( )

√

(

)(

)

√ ( ) ( )

22

Dane

Obliczenia

Wyniki

Średnica otworu w dnie nie powinna przekraczać

najmniejszej z obliczonych wartości, czyli 76,3mm.

Dobieram średnicę otworu w dnie w oparciu o normę

PN ISO 1127 [11] z uwzględnieniem 2mm luzu:

Obliczam wartość współczynnika



:

√

√

Obliczam wartość stosunku

:

Obliczam wartość współczynnika konstrukcyjnego

dna y

w

w oparciu o wytyczne UDT [2] stosując

podwójną interpolację dla uzyskanych wartości

współczynnika



i stosunku

:

( )

( )

( )

23

Dane

Obliczenia

Wyniki

Obliczam grubość obliczeniową ścianki dna

elipsoidalnego:

Obliczam najmniejszą wymaganą grubość ścianki

dna elipsoidalnego:

Sprawdzam warunek prawidłowego doboru grubości

nominalnej dna elipsoidalnego:

Grubość nominalna dna została dobrana prawidłowo.

VI. Wyznaczenie masy całkowitej aparatu

Obliczam objętość dna elipsoidalnego:

24

Dane

Obliczenia

Wyniki

wg [12]

Obliczam długość części walcowej zbiornika:

(

)

( )

( )

Obliczam masę części walcowej zbiornika:

(

)

(( )

( )

)

Obliczam masę pustego zbiornika:

Obliczam masę całkowitą zbiornika:

Obliczam całkowitą długość aparatu:

(

)

( )

25

Dane

Obliczenia

Wyniki

Sprawdzam stosunek długości całkowitej do średnicy

zewnętrznej aparatu:

26

Zestawienie najważniejszych wyników:

Jednostka

Wariant 1

Wariant 2

Objętość całkowita aparatu

m

3

0,418

0,418

Ciśnienie obliczeniowe (dopuszczalne)

Pa

7,15∙10

5

7,15∙10

5

Temperatura obliczeniowa

o

C

20

20

Materiał konstrukcyjny powłoki walcowej

-

Stal 1.4301

(X5CrNi18-10)

Stal 1.4301

(X5CrNi18-10)

Materiał konstrukcyjny dna elipsoidalnego

-

Stal 1.4301

(X5CrNi18-10)

Stal 1.4301

(X5CrNi18-10)

Naprężenie dopuszczalne w ściance powłoki

walcowej

MPa

127

118

Naprężenie dopuszczalne w ściance dna

elipsoidalnego

MPa

150

150

Średnica zewnętrzna powłoki walcowej

mm

608

457

Grubość nominalna ścianki powłoki walcowej

mm

4

4

Średnica zewnętrzna dna elipsoidalnego

mm

608

457

Grubość nominalna ścianki dna elipsoidalnego

mm

5

4

Średnica otworu w dnie elipsoidalnym

mm

90,9

62,3

Długość całkowita aparatu

mm

1590

2720

Masa pustego aparatu

kg

121,1

126

Masa całkowita aparatu

kg

471,1

476

Ze względu na mniejszą masę całkowitą wskazuję wariant I jako optymalny.

27

Literatura:

[1] R.H. Perry, D.W. Green – Chemical Engineers’ Handbook, McGraw-Hill, 2008.

[2] Warunki Urzędu Dozoru Technicznego, 2003.

[3] PN-75/M- 35412 Dna elipsoidalne stalowe o średnicy wewnętrznej od 600 do 4000 mm.

[4 ] Outokumpu Stainless Corrosion Handbook, 2009.

[5] PN-EN 10028-7 Wyroby płaskie ze stali na urządzenia ciśnieniowe. Część 7: Stale

odporne na korozję.

[6] Katalog blach walcowanych na gorąco firmy Outokumpu

[7] PN-EN 10051 Blacha gruba, blacha cienka i taśma walcowane na gorąco w sposób ciągły

niepowlekane ze stali niestopowej i stopowej. Tolerancje wymiarów i kształtu.

[8] PN-EN 10220 Rury stalowe bez szwu i ze szwem. Wymiary i masy na jednostkę długości.

[9] PN-64/M- 35411 Dna elipsoidalne stalowe o średnicy zewnętrznej od 33,5 do 508 mm.

[10] PN-EN 102016 Rury stalowe bez szwu do zastosowań ciśnieniowych. Warunki

techniczne dostawy. Część 5: Rury ze stali odpornych na korozję.

[11] PN-ISO 1127 Rury ze stali nierdzewnych.

[12] PN-EN 10088-1 Stale odporne na korozję. Część 1: gatunki stali odpornych na korozję.