Projekt zbiornika ciśnieniowego PR

8/19/2019 Projekt zbiornika ciśnieniowego PR

1/24

1

Politechnika Rzeszowska

Katedra InżynieriiChemicznej i Procesowej

PROJEKT ZBIORNIKA

CIŚNIENIOWEGO

Nr projektu:

Imię i Nazwisko

Imię i Nazwisko

Imię i Nazwisko

Imię i Nazwisko

Rzeszów, data


2/24

2

Treść zadania projektowego

Oblicz wymiary elementów składowych pionowego zbiornika ciśnieniowego przeznaczonego do

magazynowania substancji ciekłej (medium) o masie MS pod ciśnieniem PS, w temperaturze TS.

Obliczenia należy przeprowadzić przyjmując następujące założenia:

1. Stosunek długości całkowitej do średnicy zewnętrznej aparatu mieści się w przedziale

s(2÷6);

2. Czas eksploatacji zbiornika wynosi co najmniej 10 lat;

3. Maksymalny poziom górny medium ciekłego nie przekracza miejsca łączenia powłoki

walcowej z górnym dnem;

4. Dno górne jest zaopatrzone w króciec doprowadzający umożliwiający napełnienie

zbiornika w czasie nie dłuższym niż N, a dno dolne w króciec spustowy

umożliwiający opróżnienie zbiornika w czasie nie dłuższym O;

5. Dno górne jest połączone z powłoką walcową poprzez kołnier z płaski do

przyspawania.

Dane projektowe:

Lp. Substancja TS [oC] PS [bar] MS [kg] N [s] O [s]

- Kwas mrówkowy 20% 20 8 1350 600 180


3/24

3

Dane Obliczenia Wyniki

wg [1]

I. Obliczenie przybliżonej objętości zbiornika

Obliczam objętość magazynowanej substancji:

Przyjmuję przybliżoną objętość zbiornika:

II. Ustalenie temperatury obliczeniowej

Wg warunków UDT [2] przyjmuję:

III. Ustalenie ciśnienia obliczeniowego

Przyjmuję 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 w przedziale ( ):


4/24

4


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:


5/24

5


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.

20oC 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 oparciuo warunki UDT [2] dla ciśnienia obliczeniowego po

i temperatury dopuszczalnej TS :

,

Obliczam grubość obliczeniową ścianki powłoki

walcowej wg [2]:


6/24

6


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: 6x2600x2400 mm.

Grubość nominalna blachy:


7/24

7


W oparciu o normę PN-EN 10029 [7] ustalam

wartość technologicznego naddatku grubości ścianki

równego wartości bezwzględnej największejodchyłki minusowej grubości blachy klasy A:

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 :


8/24

8


V. Obliczenie grubości nominalnej ścianki den

elipsoidalnych





20oC 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:


9/24

9


W oparciu o katalog producenta blach [6] dobieram

rozmiary arkusza blachy na dno elipsoidalne:

6x1500x1500 mm.

W oparciu o normę PN-EN 10029 [7] ustalam

wartość technologicznego naddatku grubości ścianki

, równego wartości bezwzględnej największejodchyłki minusowej grubości blachy klasy A:

Obliczam grubość rzeczywistą ścianki dna

elipsoidalnego:

Obliczam średnicę otworu nie wymagającego

wzmocnienia:

( ) ( ) ( ) ( )

√ ( )( ) √ ( )()


10/24

10


Średnica otworu bez wzmocnienia nie powinna

przekraczać najmniejszej z obliczonych wartości,

czyli

.

Obliczam minimalną średnicę otworu w dnie

górnym, umożliwiającą napełnienie aparatu

w założonym czasie z prędkością w = 1 m/s:

Otwór nie będzie wymagał wzmocnienia.

Obliczam minimalną średnicę otworu w dnie

dolnym, umożliwiającą opróżnienie aparatu

w założonym czasie z prędkością w = 1 m/s:

Otwór będzie wymagał wzmocnienia.

Dobieram średnicę zewnętrzną króćca górnego wg

PN ISO 1127 [11]:


11/24

11


Przyjmuję średnicę otworu pod krócieć z 2mm

luzem:

Obliczam wartość współczynnika :

√ √

Obliczam wartość stosunku :

Obliczam wartość współczynnika konstrukcyjnego

dna yw w oparciu o WUDT [2] stosując podwójną

interpolację dla uzyskanych wartości współczynnika

i stosunku:

()

() ()


12/24

12


Obliczam grubość obliczeniową ścianki dna

elipsoidalnego:


dna elipsoidalnego:


nominalnej dna elipsoidalnego:

Grubość nominalna dna została dobrana prawidłowo.

V. Obliczenie rozmiarów króćca do napełniania

(górnego)





20oC wynosi


13/24

13


Obliczam naprężenie dopuszczalne w ściankach

króćca górnego:

Zakładam wartość współczynnika , stąd Zgodnie z warunkami UDT [2] przyjmuję wartość

współczynnika wytrzymałościowego Obliczam grubość obliczeniową ścianki króćca

górnego wg [2]:

Naddatki grubości ścianki przyjmuję jak dla powłoki

walcowej i dna.


króćca górnego:


14/24

14


W oparciu o normę PN ISO 1127 [9] dobieram

grubość nominalną ścianki króćca górnego:

W oparciu o normę PN ISO 1127 [9] ustalam wartość

technologicznego naddatku grubości ścianki równego wartości bezwzględnej największej

odchyłki minusowej grubości ścianki rury klasy T1:


nominalnej:


Obliczam średnicę wewnętrzną króćca górnego:


Obliczam czas napełniania zbiornika z założoną

prędkością w = 1 m/s:

()


15/24

15

VI. Obliczenie rozmiarów króćca do opróżniania

(dolnego)

W oparciu o normę PN ISO 1127 [9] przyjmuję

średnicę zewnętrzna króćca dolnego:





20oC wynosi Obliczam naprężenie dopuszczalne w ściankach

króćca dolnego:

Zakładam wartość współczynnika , stąd Zgodnie z warunkami UDT [2] przyjmuję wartość

współczynnika wytrzymałościowego Obliczam grubość obliczeniową ścianki króćca

dolnego wg [2]:


16/24

16


Naddatki grubości ścianki przyjmuję jak dla powłoki

walcowej i dna.


króćca dolnego:

W oparciu o normę PN ISO 1127 [9] dobieram

grubość nominalną ścianki króćca dolnego:

W oparciu o normę PN ISO 1127 [9] ustalam wartość

technologicznego naddatku grubości ścianki równego wartości bezwzględnej największej

odchyłki minusowej grubości ścianki rury klasy T1:


nominalnej:


Obliczam średnicę wewnętrzną króćca górnego:


17/24

17



Obliczam czas opróżniania zbiornika z założoną

prędkością w = 1 m/s:

()

Obliczam rozmiary wzmocnienia otworu pod króciec

dolny. Przyjmuję średnicę otworu w dnie pod krócieć

z 2mm luzem:

Obliczam minimalną grubość pierścienia blachy

wzmacniającej spełniającej warunek:

w kwadracie wzmocnienia ABCD przy założeniu

średnicy zewnętrznej pierścienia równej i bezuwzględniania spoin wg WUDT [2]:

( ) ()

W oparciu o katalog producenta blach [6] dobieram

rozmiary arkusza blachy na pierścień wzmacniający

otwór pod dolny króciec: 3x250x250 mm.


18/24

18


VII. Ustalenie rozmiarów kołnierzy do łączenia

powłoki walcowej z górnym dnem oraz kołnierzykróćców

Dobieram materiał na kołnierze: stal stopowa 1.4301

Dobieram kołnierz do połączenia powłoki walcowej

z górnym dnem: kołnierz płaski do przyspawania typ

01 dla PN 16 według PN EN 1092-1 [10]

o rozmiarach:

Średnica zewnętrzna: Średnica podziałowa otworów: Średnica otworów na śruby: Liczba śrub: Rozmiar śrub: Średnica otworu:

Grubość kołnierza: Dobieram kołnierz króćca górnego: kołnierz płaski

do przyspawania typ 01 dla PN 16 według PN EN

1092-1 [10]

o rozmiarach:

Średnica zewnętrzna:

Średnica podziałowa otworów: Średnica otworów na śruby: Liczba śrub: Rozmiar śrub: Średnica otworu: Grubość kołnierza:


19/24

19


wg [11]

Dobieram kołnierz króćca dolnego: kołnierz płaski

do przyspawania typ 01 dla PN 16 według PN EN

1092-1 [10]

o rozmiarach:

Średnica zewnętrzna: Średnica podziałowa otworów: Średnica otworów na śruby: Liczba śrub: Rozmiar śrub:

Średnica otworu: Grubość kołnierza: VIII. Obliczenie masy i ciężaru aparatu

Obliczam długość części walcowej zbiornika:

( ) () Obliczam masę części walcowej zbiornika:

( )

(() ())

Obliczam masę dna elipsoidalnego:

( ) ( )


20/24

20


(() ())

(() ()) Przyjmuję długość króćca górnego:

Obliczam masę króćca górnego:

(() ())

Przyjmuję długość króćca dolnego:

Obliczam masę króćca dolnego:

(() ())

Obliczam masę pierścienia wzmacniającego wokół

króćca dolnego:

()


21/24

21


Obliczam masę kołnierza do połączenia powłoki

walcowej z górnym dnem

[ ] (() ())

() Obliczam masę kołnierza górnego króćca:

[ ] (() ())

() Obliczam masę kołnierza dolnego króćca:

[ ] (() ())

()

Obliczam masę pustego zbiornika:


22/24

22


Obliczam masę całkowitą zbiornika:

Obliczam ciężar zbiornika:

̆ Obliczam rzeczywistą objętość zbiornika:

()

Obliczam długość całkowitą zbiornika:

( ) ()


23/24

23

Zestawienie najważniejszych wyników:

Jednostka Wartość

Objętość całkowita aparatu m3 1,4

Ciśnienie obliczeniowe MPa 1,2

Temperatura obliczeniowaoC 20

Materiał konstrukcyjny powłoki walcowej - Stal 1.4301

Materiał konstrukcyjny dna elipsoidalnego - Stal 1.4301

Materiał konstrukcyjny króćców - Stal 1.4301

Materiał konstrukcyjny kołnierzy - Stal 1.4301

Naprężenie dopuszczalne w ściance powłoki walcowej MPa 127

Naprężenie dopuszczalne w ściance dna elipsoidalnego MPa 150

Naprężenie dopuszczalne w ściance króćców MPa 118Średnica zewnętrzna powłoki walcowej mm 812

Grubość nominalna ścianki powłoki walcowej mm 6

Średnica zewnętrzna dna elipsoidalnego mm 812

Grubość nominalna ścianki dna elipsoidalnego mm 6

Średnica otworu w dnie elipsoidalnym mm 62,3

Średnica zewnętrzna króćca górnego mm 60,3

Grubość nominalna ścianki króćca górnego mm 2

Średnica zewnętrzna króćca górnego mm 114,3

Grubość nominalna ścianki króćca górnego mm 2,6

Długość całkowita aparatu mm 2892

Masa pustego aparatu kg 121,1

Masa całkowita aparatu kg 471,1


24/24

Literatura:

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

[2] Warunki Ur zędu Dozoru Technicznego, 2005.

[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 Quarto Plate Europe firmy Outokumpu

[7] PN-EN 10029 Blachy stalowe walcowane na gorąco grubości 3mm i większej . Tolerancje

wymiarów i kształtu.

[8] PN-EN 10216-5 Rury stalowe bez szwu do zastosowań ciśnieniowych. Warunki

techniczne dostawy. Rury ze stali odpornych na korozję.

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

[10] PN EN 1092-1 Kołnierze i ich połączenia. Kołnierze okrągłe do rur, armatury, kształtek,

łączników i osprzętu z oznaczeniem PN. Część 1: Kołnierze stalowe.

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

Documents

Projekt zbiornika ciśnieniowego PR