МПа < 0,9∙540 = 486 МПа,(4.1.5.3.17)

301 МПа < 0,9∙540 = 486 МПа,(4.1.5.3.17)

где [σ]₀ = 0,003∙Е = 0,003∙1,8∙10⁵ = 486 МПа;

φ - коэффициент прочности сварных швов, равный 0,9.

Окружное напряжение в кольце фланца находим по формуле:

σ_к = М₀∙(1 - ν∙(1 + 0,9∙λ'_ф))∙ψ₂/(D∙h²_ф),(4.1.5.3.18)

σ_к = 0,0129∙(1 - 0,99∙(1 + 0,9∙0,002))*(4.1.5.3.19)

*16,9/(0,92∙0,024²) = 4,1 МПа.

Условие герметичности фланцевого соединения:

θ = (σ_к/Е)∙(D/h_ф) < [θ],(4.1.5.3.20)

где θ - угол поворота фланца;

[θ] - допускаемый угол поворота плоского фланца, равный 0,013 рад.

θ = (4,1/1,8∙10⁵)∙(0,92/0,024) = (4.1.5.3.21)

= 0,001 < [θ] = 0,013 рад.

Таким образом, условие герметичности выполняется, следовательно, расчет фланцевого соединения считаем законченным. [19]

4.1.6 Расчет укрепления отверстий

Корпус аппарата снабжен необходимым количеством штуцеров для подключения его к технологической линии. Отверстия не только уменьшают несущую площадь материала корпуса, механически ослабляя конструкцию, но и вызывают высокую концентрацию напряжений вблизи края отверстия.

Необходимо снизить повышенные напряжения в области отверстий до допускаемых значений за счет компенсации ослабления, вызванного наличием выреза.

Сначала проверим выполнение условия укрепления одиночных отверстий.

Наибольший диаметр одиночного отверстия, не требующего укрепления:

d₀ = 2{[(s - c)/s_p - 0,8] - c},(4.1.6.1)

где s - исполнительная толщина обечайки, равная 5 мм по (4.1.2.8);

s_p- расчетная толщина стенки, равная 0,2 мм по (4.1.2.3);

c - суммарная прибавка к расчетной толщине, равная 4 мм (4.1.2.7);

D - диаметр аппарата, равный 0,53 м по (3.5.3.29).

Таким образом,

d₀ = 2{[(5 - 4)/0,2 - 0,8] -(4.1.6.2)

- 4∙10^-3} = 0,185 м = 185 мм

Диаметры вырезов в корпусе под штуцеры

d₁ = 0,14 м по (4.1.4.2)

d₂ = 0,11 м по (4.1.4.3)

d₃ = 0,05 м по (4.1.4.4) меньше d₀, следовательно их можно не укреплять. [19]

4.1.7 Расчет тепловой изоляции

В качестве материала тепловой изоляции выберем совелит - наиболее распространенный асбесто-магнезиальный материал (85% магнезии + 15% асбеста).

Сырьем для производства совелита служат доломит и асбест. Совелит применяют для тепловой изоляции, материал способен выдерживать температурную нагрузку до +500 °С. Коэффициент теплопроводности совелита λ_и = 0,08 Вт/м∙К.

Принимаем температуру наружной поверхности стенки t_ст = 50 °С, температуру окружающей среды t_в = 20 °С, тогда толщина слоя изоляции:

δ_и = [λ_и∙(t_б - t_ст)]/[α_в∙(t_ст - t_в)], (4.1.7.1)

где α_в - коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности изоляции в окружающую среду;

t_б – температура стенки аппарата без изоляции, равная 300 °С.

a_в = 8,4 + 0,06∙(t_ст - t_в) = (4.1.7.2)

= 8,4+0,06∙(50 - 20) = 10,2 Вт/м²×К.

Таким образом, формула (4.1.6.1) принимает вид:

d_и = [0,08∙(300 - 50)]/[10,2∙(50 - 20)] = 0,06 м. (4.1.7.3)

Принимаем толщину слоя тепловой изоляции равной 60 мм. При такой толщине изоляция будет весить примерно 400 кг.

4.1.8 Расчет опор аппарата

В качестве опор выбираем опорные лапы подвесных аппаратов. Находим массу аппарата.

Масса цилиндрической обечайки:

G_o = 0,785∙(D_н² – D²)∙Н∙r_ст, (4.1.8.1)

где D_н - наружный диаметр обечайки, равный сумме внутреннего диаметра и толщины стенки, 0,53 + 0,005 + 0,005 = 0,54 м;

D - диаметр аппарата, равный 0,53 м по (3.5.3.29);

Н_ц - высота цилиндрической части аппарата, равная 2 м;

r_ст - плотность стали, равная 7800 кг/м³.

G_o = 0,785∙(0,54² – 0,53²)∙2∙7800 = 131 кг. (4.1.8.2)

Масса плоского днища:

G_пд = 0,785∙D²∙s∙r_ст, (4.1.8.3)

где s - толщина днища, равная 5 мм.

G_пд = 0,785∙0,53²∙0,005∙2700 = 3 кг.(4.1.8.4)

Масса конической крышки с диаметром D_H= 920 мм равна 35,9 кг по ГОСТ 12620-78.

Масса конической обечайки с углом при вершине 20° и высотой 1,1 м равна 100 кг.

Принимаем массу вспомогательного оборудования (загрузочное и разгрузочное устройства, фланцы, штуцера, газораспределительная решетка) 30% от массы основных частей аппарата, тогда полная масса аппарата:

G_a = 1,3∙(G_o + G_к+G_пд+ G_кд), (4.1.8.5)

G_a = 1,3∙(131 + 100 + 3 + 35,9) = 351 кг. (4.1.8.6)

Тогда вес аппарата с учетом веса теплоизоляции будет равен 7367 Н.

Принимаем, что аппарат установлен на четырех опорах, тогда нагрузка приходящаяся на одну опору:

Р_оп = 7367/4 = 1842 Н.(4.1.8.7)

Принимаем опоры по ГОСТ 26296-84 с допускаемой нагрузкой 0,0063 МН.