Politechnika Rzeszowska
Katedra Inżynierii Chemicznej
i Procesowej
Nr projektu: 46
Paula Kowalska
Joanna Lisowska
Rzeszów, 11.06.2011r.
Treść projektu.
Oblicz wymiary powłoki walcowej oraz den elipsoidalnych dla zbiornika pionowego do magazynowania substancji o temperaturze tr i pod ciśnieniem pr.
Masa całkowita magazynowanej substancji wynosi ms.
Obliczenia należy przeprowadzić dla dwóch wariantów, tj. przy założeniu, że stosunek wysokości do jego średnicy zewnętrznej mieści się w przedziale
Należy wskazać optymalny wariant zbiornika pod względem zużycia materiału.
Podczas obliczeń należy przyjąć następujące założenia:
Substancja wypełnia maksymalnie 80% objętości zbiornika.
Czas eksploatacji zbiornika wynosi co najmniej 10lat.
Dna aparatu posiadają otwory umożliwiające napełnienie i opróżnienie zbiornika w najkrótszym możliwym czasie, bez konieczności wzmacniania otworów.
Dane projektowe:
| Lp. | Substancja | tr [°C] | pr [bar] | ms [kg] |
|---|---|---|---|---|
| 46 | Amoniak 25% | 30 | 7,9 | 820 |
WARIANT 1
| Dane | Obliczenia | Wyniki |
|---|---|---|
wg [1] wg [2] wg[4] wg [2] wg[10] |
Obliczam objętość magazynowanej substancji: Obliczam objętość całkowitą zbiornika:
Wg wytycznych UDT [2] przyjmuję:
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: 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:
W oparciu o tablice korozyjne [4] oraz normę PN-EN 10028-2 [5] dobieram stal niestopową P265 należącą do grupy stali węglowych, dla której umowna granica plastyczności w temperaturze 30°C wynosi : Obliczam naprężenie dopuszczalne w ściankach powłoki walcowej: Zakładam wartość współczynnika stąd Zgodnie z wytycznymi UDT [2] przyjmuję wartość współczynnika wytrzymałościowego . Wartość współczynnika przyjmuję w oparciu o wytyczne UDT [2] dla ciśnienia dopuszczalnego PS równego ciśnieniu obliczeniowemu: Obliczam grubość obliczeniową ścianki powłoki walcowej wg [2]: Obliczam naddatki grubości ścianki. Eksploatacyjny naddatek grubości ścianki obliczam uwzględniając szybkości 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: o grubości 4,5mm i szerokości 2150mm. Grubość nominalna blachy: W oparciu o normę PN-EN 10051 [7] ustalam wartość technologicznego naddatku grubości ścianki równego co do wartości największej odchyłce minusowej grubości blachy w temperaturze obliczeniowej: 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 :
W oparciu o tablice korozyjne [4] oraz normę PN-EN 10028-2 [5] dobieram stal niestopową P265 należącą do grupy stali węglowych, dla której umowna granica plastyczności w temperaturze 30°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: W oparciu o normę PN-EN 10051 [7] ustalam wartość technologicznego naddatku grubości ścianki równego co do wartości największej odchyłce minusowej grubości blachy w temperaturze obliczeniowej: Obliczam grubość rzeczywistą ścianki dna elipsoidalnego: Obliczam największą średnicę otworu nie wymagającą wzmocnienia: Średnica otworu w dnie nie powinna przekraczać najmniejszej z obliczonych wartości, czyli 0,0845m Dobieram średnicę otworu w oparciu o normę PN-EN 10220 [8] z uwzględnieniem 2mm luzu: Obliczam wartość współczynnika Obliczam wartość stosunku : Obliczam wartość współczynnika wyoblenia dna w oparciu o wytyczne UDT [2] stosując podwójną interpolację dla uzyskanych wartości współczynnika i stosunku : 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 prawidłowo dobrana.
Obliczam długość walcowej części zbiornika: 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: |
WARIANT 2
| Dane | Obliczenia | Wyniki |
|---|---|---|
wg [1] wg [2] wg[4] wg [2] wg[10] |
Obliczam objętość magazynowanej substancji: Obliczam objętość całkowitą zbiornika:
Wg wytycznych UDT [2] przyjmuję:
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: 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:
W oparciu o tablice korozyjne [4] oraz normę PN-EN 10028-2 [5] dobieram stal niestopową P265 należącą do grupy stali węglowych, dla której umowna granica plastyczności w temperaturze 30°C wynosi : Obliczam naprężenie dopuszczalne w ściankach powłoki walcowej: Zakładam wartość współczynnika stąd Zgodnie z wytycznymi UDT [2] przyjmuję wartość współczynnika wytrzymałościowego . Wartość współczynnika przyjmuję w oparciu o wytyczne UDT [2] dla ciśnienia dopuszczalnego PS równego ciśnieniu obliczeniowemu: Obliczam grubość obliczeniową ścianki powłoki walcowej wg [2]: Obliczam naddatki grubości ścianki. Eksploatacyjny naddatek grubości ścianki obliczam uwzględniając szybkości 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 o grubości 4mm i szerokości 2150mm. Grubość nominalna blachy: W oparciu o normę PN-EN 10051 [7] ustalam wartość technologicznego naddatku grubości ścianki równego co do wartości największej odchyłce minusowej grubości blachy w temperaturze obliczeniowej: 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 :
W oparciu o tablice korozyjne [4] oraz normę PN-EN 10028-2 [5] dobieram stal niestopową P265 należącą do grupy stali węglowych, dla której umowna granica plastyczności w temperaturze 30°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: W oparciu o normę PN-EN 10051 [7] ustalam wartość technologicznego naddatku grubości ścianki równego co do wartości największej odchyłce minusowej grubości blachy w temperaturze obliczeniowej: Obliczam grubość rzeczywistą ścianki dna elipsoidalnego: Obliczam największą średnicę otworu nie wymagającą wzmocnienia: Średnica otworu w dnie nie powinna przekraczać najmniejszej z obliczonych wartości, czyli 0,0696m Dobieram średnicę otworu w oparciu o normę PN-EN 10220 [8] z uwzględnieniem 2mm luzu: Obliczam wartość współczynnika Obliczam wartość stosunku : Obliczam wartość współczynnika wyoblenia dna w oparciu o wytyczne UDT [2] stosując podwójną interpolację dla uzyskanych wartości współczynnika i stosunku : 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 prawidłowo dobrana.
Obliczam długość walcowej części zbiornika: 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: |
Zestawienie najważniejszych wyników:
| Jednostka | Wariant I | Wariant II | |
|---|---|---|---|
| Objętość całkowita aparatu | M3 | 1,136 | 1,136 |
| Ciśnienie obliczeniowe (dopuszczalne) | Pa | 11,297·105 | 11,297·105 |
| Temperatura obliczeniowa | °C | 30 | 30 |
| Materiał konstrukcyjny powłoki walcowej | - | Stal P265 | Stal P265 |
| Materiał konstrukcyjny dna elipsoidalnego | - | Stal P265 | Stal P265 |
| Naprężenie dopuszczalne w ściance powłoki walcowej | MPa | 147 | 147 |
| Naprężenie dopuszczalne w ściance dna elipsoidalnego | MPa | 171 | 171 |
| Średnica zewnętrzna powłoki walcowej | mm | 810 | 609 |
| Grubość nominalna ścianki powłoki walcowej | mm | 4,5 | 4 |
| Średnica zewnętrzna dna elipsoidalnego | mm | 810 | 608 |
| Grubość nominalna ścianki dna elipsoidalnego | mm | 4,5 | 4 |
| Średnica otworu w dnie elipsoidalnym | mm | 78,1 | 65,5 |
| Długość całkowita aparatu | mm | 2410 | 4230 |
| Masa pustego aparatu | kg | 253,93 | 253,72 |
| Masa całkowita aparatu | kg | 1055,93 | 1073,72 |
| Ze względu na mniejszą masę całkowitą wskazuję na wariant pierwszy. |
Literatura:
[1] R.H. Perry, D.W. Green – Chemical Engineers’ Handbook, McGraw-Hill, 2008.
[2] Wytyczne Urzędu Dozoru Technicznego, 2003.
[3] PN-75/M-35412 Dna elipsoidalne stalowe o średnicy wewnętrznej od 600 do 4000mm.
[4] Outokumpu Stainless Corrosion Handbook, 2004.
[5] PN-EN 10028-2 Wyroby płaskie ze stali na urządzenia ciśnieniowe.
[6] Katalog blach ArcelorMittal
[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 508mm.
[10] PN-EN 10028-1 Wyroby płaskie ze stali na urządzenia ciśnieniowe. Część pierwsza: wymagania ogólne.