proracun cevovoda 4

Mašinski Fakultet Univerziteta u BeograduKatedra za procesnu tehnikuOprema procesnih instalacija

TEHNIČKA DOKUMENTACIJA

PROJEKTOVANJE CEVOVODA

Profesor: Martin BognerAsistent: Aleksandar PetrovićDatum izdavanja: 20.03.2001.Datum predaje: Izradio:Ocena: Rade Bučevac 20/98

Beograd, 2001/2002.

Sadržaj

Sadržaj 2 Tehnički opis cevovoda 3

1.Proračun cevovoda I 4

1.1.Dimenzije cevovoda 41.2.Pritisak i temperatura radnog fluida 41.3.Izbor izolacije cevi 41.4.Proračun termičkih dilatacija i elemenata za samokompenzaciju 6

2.Proračun cevovoda II 10

2.1.Dimenzije cevovoda 102.2.Pritisak i temperatura radnog fluida 102.3.Izbor izolacije cevi 102.4.Proračun termičkih dilatacija i elemenata za samokompenzaciju 102.5.Raspored pokretnih i nepokretnih oslonaca 13

Literatura14

Tehnički crtež cevovoda

student: Rade Bučevac, br. indeksa: 20/98, školska godina: 2001/2002. strana: 2/14

Tehnički opis cevovoda

Cevovod se izrađuje od cevi dimenzija DN 125 za transport suvozasićene vodene pare pritiska 12 bar, DN 65 za transport tople vode temperature 50C. Sastoji se iz dve deonice:

- prva vertikalna, visine 27,5 m i- druga horizontalna dužine 41 m.

Čvrsti oslonci se nalaze na krajevima cevovoda i na krivini horizontalne deonice sa P kompenzatorom. Na horizontalnom delu pokretni oslonci su na rastojanju od 6 m, dok se na vertikalnom delu nalaze na ????????????????

Na horizontalnom delu cevovoda se nalazi P - kompenzator. Izvršeno

prednaprezanje iznosi .

Kao izolacioni materijal je predviđena mineralna vuna. Izolacija je spolja zaštićena aluminijumovim limom debljine 1 mm.

Predviđeni materijali:

- cevovod DN 125: Č 1212- cevovod DN 65: Č 1212- svi elementi pokretih oslonaca: Č 0461- svi elementi nepokretnih oslonaca: Č 0461- zastitni lim izolacije: aluminijum- izolacija: mineralna vuna.

Dimenzije kolena su date na crtežu, kolena su posebno pravljena, ne savijana, privarena za cevovod.

Na cevovodu koji transportuje vodenu paru predviđen je odvajač kondenzata postavljen na horizontalnom delu cevovoda.

Na cevovodu predviđenom da transportuje toplu vodu postavljen je odzračni ventil na horizontalnom delu cevovoda.

Ispitivanje cevovoda se vrši vodom pod pritiskom.

Kontrola zavarenih spojeva je predviđena da se vrši radiografskom metodom, prema standardu JUS C.T3.035 i prema standardu JUS M.E2.159.

Zavareni spojevi su izra|eni MAG postupkom.

Zaštita cevovoda od korozije izvodi se farbanjem.


1. Proračun cevovoda I

1.1. Dimenzije cevovoda

Polazni podatak zadatka je da je nazivni prečnik cevovoda I DN125. Uzimamo cevi od Č.1212 bez šava (JUS C.B5.122) iz Tab.P4.11 [1]. Njene dimenzije su:

d1 = 125 mm unutrašnji prečnik cevid2 = 133 mm spoljašnji prečnik cevis = 4 mm debljina cevimc = 12,8 kg/m masa po dužnom metru

1.2. Pritisak i temperatura radnog fluida Polazni podatak je da je pritisak suvozasićene pare u cevovodu p = 12 bar. Pritisku suvozasićene para u cevi odgovora temperatura t1 = 187,95 C (Tab.4.2.4. [2]).

1.3. Izbor izolacije cevi

1.3.1. Temperatura izolacije

Maksimalna dozvoljena temperatura koja je dozvoljena na spoljašnjoj strani izolacije je t3 = 50 C.

1.3.2. Specifični toplotni fluks

Specifični toplotni fluks po 1m dužine cevi

ili

gde je t2 = tug = 5 ºC temperatura okolnog vazduha, tj. temperatura pri ugradnji cevovoda (polazni podatak)

1.3.2.1. Podaci za izabranu cev

= 7850 kg/m3 gustina materijala cevi sa 0,1% C

1 = 52,3 W/mK koeficijent provođenja toplote materijala cevi

Ova dva podatka uzeta su iz (Tab.6.4. [2]).


= 1,2 10-5 C-1 koeficijent linearnog širenja (polazni podatak)

E = 2,15 105 MPa modul elastičnosti (polazni podatak)

1.3.2.2. Podaci za izabranu izolaciju

Za izolacioni materijal je izabrana mineralna vuna.

= 200 kg/m3 gustina materijala za minaralnu vunu

2 = 0,0465 W/mK termička provodnost minaralne vune

Ova dva podatka uzeta su iz (Tab.6.5. [2]).

1.3.2.3. Kritični spoljašnji prečnik izolacije cevi

d3 kr = 2 = 2 = 0,0155 = 15,5 mm< d2 = 133 mm

Gde je 2 = ( 4 ... 6 ) W/m2K = 6 W/m2K koeficijent prelaženja toplote sa izolacije na okolnu sredinu.

1.3.2.4. Određivanje koeficijenta koeficijenta prelaženja toplote sa radnog fluida na unutrašnjost cevi I

Gde je:

f = 30 m/s maksimalna dozvoljena brzina strujanja fluida u cevovodu (preporuka).

Fizičke veličine suvozasićene vodene pare na p = 12 bar i t1 = 187,95 C

= 3,388 10-2 W/mK koeficijent provodjenja toplote vodene pare = 2,54 10-6 kinematska viskoznost vodene parePr= 1,29 Prantlov broj vodene pare

Podaci uzeti iz (Tab.4.2.7.[2])

Rejnoldsov broj

=

Imamo oblik turbulentnog strujanja u pravoj tehnički glatkoj cevi ili kanalu, pošto je 1 104 < Re < 5 106 . Određivanje Nuseltovog broja


Gde su podaci n = 0,43; m = 0,8; p = 0; C = 0,021 l; l = 1; T=1 uzeti iz (Tab.8.4.[2])

1.3.3. Određivanje prečnika izolacije pomoću specifičnog toplotnog fluksa

= 848,23 d3

Za vrednost prečnika d3 = 0,175 m = 175 mm dolazi do poklapanja vrednosti specifičnog toplotоg fluksa.

1.3.4. Debljina izolacionog materijala

= = = mm

Kada je debljina izolacije manja od 30 mm, usvajamo d3 tako da debljina izolacije bude tačno = 30 mm.

1.3.5. Usvojena vrednost spolljašnjeg prečnika izolacije

d3 = d2 + 2 = 133 + 2 30 = 193 mm

1.4. Proračun termičkih dilatacija i elemenata za kompenzaciju

1.4.1. Dužine deonica i mesta oslonaca

Podelićemo cevovod na dve deonice, jedna je z-krivina (AB) a druga prava deonica (BC) sa P-kompenzatorom.

AB: lm = 1,8 m l = 27,5 m l = 1,8 m

CD: l = 41 m

1.4.2. Određivanje težine dužnog metra cevi

q = qc + qv + qiz = 125,57 + 120,17 + 30,14 = 257,88 N/m


1.4.2.1. Težina cevi

qc = = 125,57 N/m

1.4.2.2. Težina radnog fluida

Uzimamo vodu kao fluid za ispitivanje

qv = = = = 120,17 N/m

1.4.2.3. Težina izolacije

qiz = = = = 30,14 N/m

1.4.3. Provera čvrstoće deonice AB

1.4.3.1. Napon od temperaturnih dilatacija

s = = = 28,535 MPa

Uzeli smo da je na deonici AB, lm = 1,8 m, l = 27,5 m, a l = 1,8 m. Za ove podatke dobijamo vrednosti koeficijenata A, B, C u Tab. P.6.7 i P6.8 [1]:

A = 25 B = 80 Cmax = 25

za n = = = 0,5 p = = = 0,131

1.4.3.2. Napon od statičkog pritiska tečnosti

a = = = 9,975 MPa

1.4.3.3. Rezultujući napon

R = a + s(d) = 28,535 + 9,975 = 38,51 MPa

Dobijena vrednost rezultujućeg napona R= 66,71 MPa je manja od maksimalnog dozvoljenog napona dop= 100 MPa, tako da dolazi do samokompenzacije.

1.4.3.4. Moment inercije za prstenasti poprečni presek

I = = = 3,37 10-6 m4

1.4.3.5. Otpori oslonaca su


Pz = A E I 106= 25 1,2 2,15 3,37 10-6 106= 1,23 kN

Py = B E I 106= 80 1,2 2,15 3,37 10-6 106= 3,93 kN

1.4.4. Provera čvrstoće deonice BC

1.4.4.1. Ukupno izduženje deonice BC

lBC = lBC t = 1,2 10-5 41 (187,95 – 5) = 0,09 m = 90 mm

1.4.4.2. Izvršeno je prednaprezanje cevovoda

lPBC = = 45 mm

1.4.4.3. Dužina koju treba da primi kompenzator

lsBC = lBC - lPBC = 90 – 45 = 45 mm

1.4.4.4. Izbor dimenzija P kompenzatora

Za vrednosti d1 = 125 mm i lsBC = 45 mm uzimamo iz Tab.P6.1 [1] dobijamo vrednosti:

H = 1,8 m visina kompenzatora PK = 0,30 t = 3,0 kN sila elastične deformacije

R = 2 Dsr = = 0,258 m

l2 = H – 2R = 1,8 – 2 0,258 = 1,284 ml1 = 0,5 l2 = 0,5 1,284 = 0,642 mB = l1 + 2 R = 0,642 + 2 0,258 = 1,158 m širina kompenzatora (1160 mm)


1.4.4.5. Sila od težine cevi

T = q = 0,3 257,88 = 1,6 kN

gde je = 0,3 koeficijent trenja pokretnog oslonca.

1.4.4.6. Sila u nepokretnom osloncu

N = PK + T = 2,0 + 1,6 = 3,6 kN


a = = = 9,975 MPa


R = = =

= 12,2 MPa

Dobijena vrednost rezultujućeg napona je manja od maksimalnog dozvoljenog napona dop= 100 MPa, tako da dolazi do samokompenzacije.


2. Proračun cevovoda II

2.1. Dimenzije cevovoda

Polazni podatak zadatka je da je nazivni prečnik cevovoda II DN 65. Uzimamo cevi od Č.1212 bez šava (JUS C.B5.122) iz Tab.P.4.11 [1]. Njene dimenzije su:

d1 = 70,3 mm unutrašnji prečnik cevid2 = 76,1 mm spoljašnji prečnik cevis = 2,9 mm debljina cevimc = 5,28 kg/m masa po dužnom metru

2.2. Pritisak i temperatura radnog fluida Polazni podatak je da fluid, topla voda, temperature t = 50 C. Maksimalna dozvoljena brzina tople vode je po preporukama f=2 m/s

2.3. Izbor izolacije cevi

Temperatura unutar cevi iznosi t = 50 C, pa proračun debljine izolacije nije potreban, već usvajamo d3 tako da debljina izolacije bude tačno = 30 mm. Izolacija je potebna da bi se smanjili toplotni gubici u cevovodu.

2.3.1. Usvojena vrednost spolljašnjeg prečnika izolacije

d3 = d2 + 2 = 76.1 + 2 30 = 136 mm

2.4. Proračun termičkih dilatacija i elemenata za kompenzaciju

2.4.1. Dužina deonica i mesto čvrstih oslonaca

Kako pravimo da cevovod ll ide paralelno sa cevovodom l , položaj i broj oslonaca će biti isti kao u slučaju cevovoda l.

2.4.2. Određivanje težine dužnog metra cevi

q = qc + qv + qiz = 51.80 + 38.00 + 19.57 = 109.37 N/m

2.4.2.1. Težina cevi

qc = = 51,80 N/m

2.4.2.2. Težina radnog fluida

qv = = = = 38.00 N/m


2.4.2.3. Težina izolacije

qiz = = = = 19.57 N/m

2.4.3. Provera čvrstoće deonice AB

2.4.3.1. Napon od temperaturnih dilatacija

s = = = 8,03 MPa

Uzeli smo da je na deonici AB, lm = 1,8 m, l = 27,5 m, a l = 1,8 m. Za ove podatke dobijamo vrednosti koeficijenata A, B, C u Tab. P.6.7 i P6.8 [1]:

A = 25 B = 80 Cmax = 25

za n = = = 0,5 p = = = 0,131


a = = = 0,66 MPa


R = a + s = 0,66 + 8,03 = 8,69 MPa


2.4.3.4. Moment inercije za prstenasti poprečni presek

I = = = 0,45 10-6 m4

2.4.3.5. Otpori oslonaca

Pz = A E I = 25 1,2 2,15 0,45 10-6 = 1,306 kN

Py = B E I = 80 1,2 2,15 0,45 10-6 = 4,179 kN


2.4.4. Provera čvrstoće deonice BC

2.4.4.1. Ukupno izduženje deonice BC

lBC = lBC t = 1,2 10-5 41 (50 – 5) = 0,0221 m = 22,1mm

2.4.4.2. Izvršeno je prednaprezanje cevovoda

lPBC = = 11,05 mm

2.4.4.3. Dužina koju treba da primi kompenzator

lsBC = lBC - lPBC = 22,1 – 11,05 = 11,05 mm

2.4.4.4. Izbor dimenzija P kompenzatora

Za vrednosti d1 = 70,3 mm i lsCD = 11,05 mm uzimamo iz Tab.P6.1 [1] dobijamo vrednosti:

H = 1 m visina kompenzatoraPK = 0,20 t = 2,0 kN sila elastične deformacije

R = 2 Dsr = = 0,146 m

l2 = H – 2R = 1 – 2 0,146 = 0,708 ml1 = 0,5 l2 = 0,5 0,708 = 0,354 mB = l1 + 2 R = 0,354 + 2 0,146 = 0,646 m širina kompenzatora (650 mm)

2.4.4.5. Sila od težine cevi

T = q = 0,3 109,37 = 0,67 kN

gde je = 0,3 koeficijent trenja pokretnog oslonca.

2.4.4.6. Sila u nepokretnom osloncu


N = PK + T = 2,0 + 0,67 = 2,67 kN


a = = = 0,66 MPa


R = = =

= 4,67 MPa


2.5.Raspored pokretnih i nepokretnih oslonaca


Literatura

1 Bogner M.,Petrović A.: " Konstrukcije i proračuni procesnih aparata", Mašinski fakultet, Beograd, 1991.

2 Kozić Đ.,Vasiljević B.,Bekavac V.: " Priručnik za termodinamiku u jedinicama SI" , Mašinski fakultet , Beograd , 1999.


Documents

proracun cevovoda 4