PODSTAWOWE DEFINICJE PROJEKTOWE
Urząd Dozoru Technicznego reguluje definicje wielkości występujących podczas
projektowania aparatury chemicznej (wg WUDT/UC/2003)
Najwyższe dopuszczalne ciśnienie (PS)  określone przez producenta najwyższe
ciśnienie, na które urządzenie zostało zaprojektowane, mierzone w określonym miejscu
przyłączenia urządzeń zabezpieczających lub ograniczników albo w górnej części
urządzenia ciśnieniowego, a jeżeli jest to niewłaściwe  w innym miejscu określonym przez
producenta.
Ciśnienie dopuszczalne (PD)  najwyższe nadciśnienie lub podciśnienie przy którym UDT
zezwolił na eksploatację urządzenia ciśnieniowego.
Ciśnienie próby ciśnieniowej (PT)  nadciśnienie płynu, przy którym przeprowadzana jest
próba ciśnieniowa
Najwyższa/najniższa dopuszczalna temperatura (TS)  określona przez producenta
najwyższa/najniższa temperatura robocza ścianki, na którą urządzenie zostało
zaprojektowane.
Temperatura dopuszczalna (TD)  wartość najwyższej/najniższej temperatury, przy której
UDT zezwolił na eksploatację urządzenia ciśnieniowego.
PODSTAWOWE DEFINICJE PROJEKTOWE
Ciśnienie obliczeniowe  najwyższa wartość nadciśnienia czynnika roboczego jaka może
wystąpić w urządzeniu, bez uwzględniania chwilowego wzrostu ciśnienia spowodowanego
działaniem urządzeń zabezpieczających.
Przy ustalaniu ciśnienia obliczeniowego należy także uwzględnić :
" wartość nadciśnienia występującego w warunkach próby wytrzymałościowej, jako wartości
większej z dwóch:
5Ø9Ü5ØGÜ
5ØCÜ5ØGÜ = 1.255ØCÜ5ØFÜ lub 5ØCÜ5ØGÜ = 1.435ØCÜ5ØFÜ
5Ø9Ü
gdzie: FT  naprężenia dopuszczalne dla materiału w temperaturze próby
F  naprężenia dopuszczalne dla materiału w temperaturze obliczeniowej
" ciśnienie hydrostatyczne cieczy:
5Ø]Ü! = 5Ø;Ü5Øß5ØTÜ
jeżeli wartość ciśnienia hydrostatycznego przekracza 5% wartości ciśnienia obliczeniowego.
Temperatura obliczeniowa  najwyższa temperatura jaką ścianka elementu może mieć
podczas pracy urządzenia ciśnieniowego, jednak nie mniej niż 20oC.
W przypadku zbiorników nie ogrzewanych temperaturę obliczeniową przyjmuje się równą
najwyższej temperaturze czynnika stykającego się z tym elementem.
WYTRZYMAA
OŚĆ MATERIAA
ÓW KONSTRUKCYJNYCH
Przed przystąpieniem do obliczeń rozmiarów aparatów należy ustalić dopuszczalne
naprężenia w ściankach projektowanych elementów.
W czasie pracy aparatu naprężenia występujące w materiale plastycznym nie powinny
przekraczać granicy plastyczności, aby nie doszło do nieodwracalnych odkształceń trwałych.
Wartość naprężeń dopuszczalnych k dla temperatur obliczeniowych nie przekraczających
granicznej temperatury dla określonego gatunku stali ustala się według jednego z równań:
gdzie: Re/t  wyraz
na granica plastyczności w temperaturze obliczeniowej
R0,2/t , R1,0/t - umowne granice plastyczności w temperaturze obliczeniowej
x  współczynnik bezpieczeństwa zależny od klasy materiału
konstrukcyjnego i rodzaju obliczanego elementu.
W przypadku gdy temperatura obliczeniowa przekracza temperaturÄ™ granicznÄ…
w miejsce granicy plastyczności wstawia się wytrzymałość materiału na pełzanie
w temperaturze obliczeniowej Rz(t)/t
WYTRZYMAA
OŚĆ MATERIAA
ÓW KONSTRUKCYJNYCH
Dla materiałów charakteryzujących się wyraz
ną granicą plastyczności (Rys .1a) wartość Re
wyznacza się z równania:
S0  Początkowe pole przekroju poprzecznego badanej próbki
Rys. 1. Wykres rozciÄ…gania dla metali a) wykazujÄ…cych wyraz
ną granice plastyczności,
b) nie wykazujących granicy plastyczności
Dla materiałów nie wykazujących wyraz
nej granicy plastyczności (Rys .1b) przyjmuje się
umowne granice plastyczności wywołujące w próbce umowne wydłużenie trwałe wynoszące
0,2% lub 1,0%:
POWA
OKI CYLINDRYCZNE
Tok obliczania powłok cylindrycznych (i innych) pracujących pod ciśnieniem wewnętrznym:
" ustalenie temperatury obliczeniowej t0 i ciśnienia obliczeniowego p0
" dobór materiału konstrukcyjnego i wyznaczenie naprężenia dopuszczalnego k
" obliczenie grubości obliczeniowej ścianki g0 wg jednego z równań:
Gdzie: Dz, Dw  odpowiednio zewnętrzna i wewnętrzna średnica powłoki,
k  naprężenie dopuszczalne, að - współczynnik konstrukcyjny,
z  współczynnik wytrzymałościowy uwzględniający osłabienie powłoki
" ustalenie wielkości naddatków grubości ścianki, z których :
c1  technologiczny naddatek grubości ścianki równy jest sumie największej
minusowej odchyłki grubości wyrobu hutniczego i największego ścienienia się ścianki
wyrobu podczas jego przetwarzania na element docelowy;
c2  eksploatacyjny naddatek grubości ścianki na zmniejszenie grubości na
skutek działań czynników mechanicznych i chemicznych;
c3  naddatek ustalany przez projektanta
(uwzględniający dodatkowe naprężenia np. naprężenia termiczne, przenoszone
z instalacji itd.)
POWA
OKI CYLINDRYCZNE
" obliczenie najmniejszej wymaganej grubości ścianki g:
" dobór grubości nominalnej ścianki gn spełniającej równanie:
" obliczenie grubości rzeczywistej ścianki powłoki grz:
" sprawdzenie poziomego elementu walcowego na dodatkowe naprężenia
gnÄ…ce
Gdzie:
s1  naprężenie obwodowe, s2  naprężenie wzdłużne, s3  naprężenie promieniowe,
sg  naprężenie gnące, M  moment gnący, W  wskaz
nik wytrzymałości na zginanie
POWA
OKI CYLINDRYCZNE
Moment gnący M w powłoce poziomej przy założeniu dwóch podpór:
5Ø@Ü = 0.02155Ø:Ü5Ø?Ü5Ø\Ü
Moment gnący M w powłoce poziomej przy założeniu trzech podpór:
5Ø@Ü = 0.01055Ø:Ü5Ø?Ü5Ø\Ü
Gdzie: G  ciężar aparatu, Lo  długość obliczeniowa aparatu
Ciężar aparatu: Długość obliczeniowa aparatu:
5Ø?Ü5Ø\Ü = 5Ø?Ü5ØdÜ + 25Ø?Ü5Ø7Ü5ØMÜ
5Ø:Ü = 5ØZÜ5ØPÜ5ØNÜÅ‚5ØXÜ " 5ØTÜ
Wskaz
nik wytrzymałości na zginanie W w punkcie obliczania momentu gnącego:
5Øß 5Ø7Ü5ØgÜ4 - 5Ø7Ü5ØdÜ4
5ØJÜ =
32 5Ø7Ü5ØgÜ
POWA
OKI CYLINDRYCZNE
Dodatkowe informacje dotyczące obliczania grubości nominalnej powłoki cylindrycznej:
" Współczynnik wytrzymałościowy z określa stopień osłabienia ścianki elementu
spowodowany obecnością spoin i otworów. Wyznaczany jest w oparciu o wytyczne UDT:
z = 1 dla powłok nieosłabionych spoinami i otworami
z Îð (0÷1) dla powÅ‚ok osÅ‚abionych otworami i spoinami
" Naddatek grubości c1 przyjmuje się z norm opisujących największe minusowe odchyłki
grubości blach (dla średnic aparatu e" 600 mm) lub grubości ścianki rur (dla średnic aparatu
< 600 mm) (przy założeniu, że nie nastąpi ścienienie ścianki podczas przetwarzania na
element docelowy)
" Naddatek grubości c2 uzależniony jest od szybkości korozji materiału s i założonej
trwałości (czasu pracy) elementu t:
5ØPÜ2 = 5Ø`Ü " 5Øß
Szybkość korozji materiału lub jego odporność korozyjną określa się na podstawie tablic
odporności korozyjnej (bądz
ustala doświadczalnie).
Najczęściej przyjmuje się czas eksploatacji aparatu (zbiornika) około 10 lat.
DNA APARATÓW (DENNICE)
Dna są jednym z podstawowych elementów aparatury chemicznej. Są łączone
z powłoką i najczęściej są wykonywane z tego samego materiału co powłoka.
Powłoki ze względu na profil dna można podzielić na:
wyoblone (inaczej: sferoidalne, wypukłe), płaskie, stożkowe i sitowe.
Dna wyoblone stosuje się w zbiornikach ciśnieniowych.
Wykonywane są z odpowiednio przyciętych blach lub wytłoczek poprzez obróbkę zwaną
wyoblaniem (drykowaniem). Dna wyoblone składają się z części cylindrycznej (o wysokości
Hc) i części wyoblonej (o wysokości Hz).
Profil części wyoblonej dna może być półkulisty, półeliptyczny lub koszykowy, tj. utworzony
z trzech łuków kołowych.
Dno koszykowe Dno półeliptyczne
DNA WYOBLONE
Rozmiary den wyoblonych elipsoidalnych i koszykowych powinny spełniać następujące
warunki:
Grubość obliczeniową ścianki dna wyoblonego podlegającego ciśnieniu od strony wklęsłej
wyznacza siÄ™ z wzoru:
Wartość współczynnika konstrukcyjnego dna yw wyznacza się wg tablicy zamieszczonej
w WUDT, przy czym współczynnik yw jest funkcją rozmiarów dna (Hz, Dz) oraz
współczynnika osłabienia dna otworami w:
5ØQÜ
gdzie 5Øß = d  Å›rednica najwiÄ™kszego otworu w dnie nie wymagajÄ…cego
5Ø7Ü5ØgÜ5ØTÜ5Ø_Ü5ØgÜ
wzmocnienia
OTWORY W ÅšCIANACH POWA
OK I DEN
Jeżeli grubość ścianki powłoki lub dna została obliczona przy założeniu braku otworów,
a w rzeczywistości takie otwory będą występować, należy sprawdzić czy powłoka (dno) nie
powinna zostać wzmocniona.
Największa średnica otworu (każdego, wzmocnionego lub nie wzmocnionego) w powłoce
walcowej może być równa maksymalnie:
" 0,35Dz dla średnic aparatu Dz e" 1500 mm
" 0,5Dz (jednak nie więcej niż 500 mm) dla średnic < 1500 mm
" średnicy aparatu Dw jeżeli
" p0 d" 0,07 MPa
" p0 d" 2 MPa oraz Dw < 170 mm
Największą średnicę otworu w elemencie stożkowym
oblicza się według tych samych zasad, z tym że zamiast
średnicy aparatu Dz należy przyjmować średnicę mierzoną
w osi planowanego otworu Dsto wg rysunku.
Jeżeli w powłoce istnieją dwa otwory wymagające wzmocnienia o różnych średnicach d1 i d2
i tworzą mostek o długości mniejszej od średnicy mniejszego z otworów, to grubość ścianki
(lub wzmocnienie) należy obliczać tak jakby nie było mostka (czyli jak dla jednego dużego
otworu opisanego na obu otworach).
OTWORY W ÅšCIANACH POWA
OK I DEN
Największa dopuszczalna średnica otworu d nie wymagającego wzmocnienia
w powłoce walcowej lub w dnie wypukłym równa jest najmniejszej spośród trzech podanych
wartości:
Gdzie: Dz  średnica zewnętrzna powłoki walcowej
lub dna elipsoidalnego,
grz  rzeczywista grubość ścianki
c2  eksploatacyjny naddatek grubości
ścianki
zrz  współczynnik wytrzymałościowy
powłoki osłabionej otworem:
dla powłoki walcowej
lub dna elipsoidalnego
dla elementu stożkowego
WZMOCNIENIA OTWORÓW
Jeżeli otwory w powłoce lub w dnie są większe od obliczonych, wtedy należy zastosować
wzmocnienie otworu nakładkami z blachy.
Ustalenie wymiaru nakładki wzmacniającej otwór opiera się na zasadzie ustalającej
warunek, że pole powierzchni przekroju materiału wzmacniającego Fwzm (zielone) nie może
być mniejsze niż pole powierzchni przekroju powierzchni straconej Fstr (czerwone)
w obszarze tzw. prostokÄ…ta wzmocnienia ABCD:
W przypadku gdy otwór jest wycięty w dnie wypukłym, to rozmiary wzmocnienia oblicza się
podobnie, z tym, że prostokąty są zamieniane na wycinki pierścieni, a ustalone wzmocnienie
nie może zachodzić na część wyobloną dna.