Прочностной расчет теплообменников

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕПЛООБМЕННОГО ОБОРУДОВАНИЯ

(продолжение)

В расчетах на прочность расчетную температуру определяют на основании тепловых расчетов или опытных данных. При положительных температурах за расчетную принимают наибольшую температуру стенки. При работе элементов химической аппаратуры в условиях любых отрицательных температур за расчетную температуру принимают 20°С. В тех случаях, когда по тем или иным причинам нельзя воспользоваться ни расчетными, ни опытными данными либо нагрев элементов аппаратуры неравномерен, за расчетную следует принимать наибольшую температуру среды, н6о не ниже 20°С. Расчетную температуру используют для определения физико-механических характеристик материалов и допускаемых напряжений.

Под рабочим давлением понимают максимальное внутреннее избыточное или наружное давление, возникающее при нормальном протекании рабочего процесса, без учета гидростатического давления среды и без учета допустимого кратковременного повышения давления при срабатывании предохранительного клапана или других устройств.

Под условным (номинальным) давлением принято понимать наибольшее избыточное давление при расчетной температуре 20°С, при котором обеспечивается длительная работа аппарата или сосуда при той же температуре. Ряд условных давлений нормализован (ГОСТ 9493-80) в пределах от 0,10 до 100 МПа. Значения условных давлений в МПа выбирают из ряда: 0,10; 0,16; 0,25; 0,30; 0,40; 0,60; 0,80; 1,00; 1,25; 1,60; 2,0; 2,5; 3,2; 4,0; 5,0; 6,3; 8,0; 10,0; 12,5; 16,0; 20,0; 25,0; 32,0; 40,0; 50,0; 63,0; 80,0; 100. Приведенный ряд распространяется на промышленные резервуары и газгольдеры.

Под расчетным понимают давление, для которого проводят расчет элементов аппаратуры на прочность. Его принимают, как правило, равным рабочему давлению или выше последнего. При расчете элементов, разделяющих пространства с разными давлениями (например, в аппаратах с рубашками), за расчетное принимают либо давление в каждом из этих пространств, либо давление, требующее большей толщины стенки рассчитываемого элемента. Если на элемент сосуда или аппарата действует гидростатическое давление, составляющее 5% или более от рабочего, то расчетное давление для этого элемента следует увеличить на это же значение.

Под пробным понимают давление, при котором проводят испытание сосуда или аппарата.

Допускаемое напряжение для выбранного материала приближенно можно определить по формуле

, (1)

где η – коэффициент; s* - нормативное допускаемое напряжение.

Для взрыво- и пожароопасных сред η принимают равным 0,9, в остальных случаях η=1,0. Значения s* принимаются по табличным данным.

Значения модуля продольной упругости Е в зависимости от выбранного материала при расчетной температуре определяют по табличным данным.

Коэффициент прочности сварных швов (φ) характеризует прочность сварного шва по сравнению с прочностью основного материала. Значение этого коэффициента зависит от метода сварки и типа сварного соединения. Для бесшовных элементов сосудов и аппаратов φ=1.

При расчете сосудов и аппаратов необходимо учитывать прибавку к расчетным толщинам элементов (с). Исполнительную толщину стенки элемента определяют по формуле

, (2)

где прибавка к расчетной толщине (s_p) равна

. (3)

Прибавки с₂ (для компенсации минусового допуска) и с₃ (для компенсации утонения в процессе изготовления аппаратуры), как правило, невелики и учитываются технологами по обработке мкталлов. Гораздо существеннее прибавка с₁ для компенсации коррозии и (или) эрозии элементов сосуда или аппарата. Таким образом, формула может быть записана в виде

, (4)

где П – скорость коррозии или эрозии; Т_а – срок службы аппарата.

Для конструктивных элементов, имеющих защитные покрытия, с=0. При двустороннем контакте с коррозионной и (или) эрозионной средой прибавку с₁ необходимо соответственно удваивать.