Аппарат емкостной ВКЭ1–1–5–1,0

АППАРАТ ЕМКОСТНОЙ ВКЭ1 – 1 – 5 – 1,0

1. Назначение и описание конструкции аппарата

Аппарат емкостной ВКЭ1–1 – 5 – 1,0 предназначен для приема, хранения и выдачи жидких и газообразных сред при условном давлении в аппарате 1 МПа.

Выдача жидких сред может осуществляться как самотеком, так и передавливанием среды сжатым воздухом, технологическим или инертным газом.

Условное обозначение аппарата [1]:

В-вертикальный;

К – с нижним коническим днищем;

Э – с верхним эллиптическим днищем;

1 – цельносварной (без разъема);

1 – без рубашки;

5 – номинальный объем 5 м³;

1,0 – условное давление 1 МПа.

Аппарат представляет собой цельносварной цилиндрический сосуд с нижним эллиптическим и верхним коническим отбортованными днищами с технологическими штуцерами и штуцерами для присоединения контрольно-измерительных устройств. Обозначение и назначение штуцеров, их условный проход и условное давление приведены в таблице штуцеров на чертеже общего вида аппарата.

Аппарат оборудован люком для осмотра внутренней поверхности аппарата, его чистки и ремонта.

Аппарат устанавливается на опорные лапы. На корпусе аппарата имеются две цапфы для строповки аппарата. Схема строповки приведена на чертеже общего вида аппарата.

Аппарат теплоизолирован, втулки для крепления теплоизоляции размещаются согласно ГОСТ 17314–81.

Конструкцией аппарата предусмотрена возможность заземления его во время эксплуатации.

2. Выбор основных конструкционных материалов

Материалы для изготовления корпуса аппарата выбираются с учетом свойств рабочей среды в аппарате, давления и температуры [1]. Для взрывоопасной, пожароопасной, вредной среды 2 класса опасности при условном давлении в аппарате 1 МПа и рабочей температуре 220 °С для изготовления корпуса аппарата принята сталь 12Х18Н10Т ГОСТ 5632–72.

Сталь 12Х18Н10Т относится к высоколегированным коррозионностойким, жаропрочным и жаростойким сталям аустенитного класса.

Состав стали 12Х18Н10Т: 0,12% углерода; 18% хрома; 10% никеля и не более 1,5% титана.

Сталь 12Х18Н10Т применяется для изготовления корпусов, днищ, фланцев и других деталей для сред, не вызывающих межкристаллитной коррозии. Температурные пределы применения от – 253 °С до + 610 °С без ограничения по давлению.

Материал труб для изготовления патрубков штуцеров – сталь 12Х18Н10Т ГОСТ 5632–72 [5], материал трубопроводных фланцев – сталь 12Х18Н10Т ГОСТ 5632–72 [3].

Обечайка люка изготавливается из листового проката из стали 12Х18Н10Т ГОСТ 5632–72, фланец люка – 12Х18Н10Т ГОСТ 5632–72 [3].

Материал крепежных изделий (болтов и гаек) по рекомендациям [3] для фланцев штуцеров из коррозионностойких сталей – 12Х18Н10Т ГОСТ 5632–72.

Материал крепежных изделий для фланцевого соединения люка по рекомендациям [3]: болтов и гаек – 12Х18Н10Т ГОСТ 5632–72.

Материал прокладок – паронит ПОН 2,0 ГОСТ 481–80.

Материал опорных лап и цапф для строповки – сталь Ст3сп5 ДСТУ 2651–94.

3. Расчеты на прочность, жесткость и устойчивость

3.1. Исходные данные

3.1.1. Расчетная температура

Рабочая температура в аппарате 220 °С. За расчетную температуру принято наибольшее значение температуры стенки t = 220 °С.

3.1.2 Допускаемые напряжения

Допускаемые напряжения при расчетной температуре  и при температуре 20 ⁰С  для элементов аппарата приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1

Допускаемые напряжения определены по пособию [2].

3.1.3 Рабочее, расчетное и пробное давления

Рабочее давление в аппарате при температуре среды 220 °С = 0,85 МПа.

Давление при полном открытии предохранительного клапана

= 1,15 , (1)

 = 1,15 · 0,85 = 0,977 МПа.

Элементы аппарата должны рассчитываться на давление, составляющее 90% давления при полном открытии клапана

0,9 = 0,9 ·0,977 = 0,88 МПа.

Гидростатическое давление среды с учетом высоты штуцера перелива, МПа

, (2)

где r_с – плотность среды, кг/м³;

g – ускорение свободного падения, м/с²;

Н_с – высота столба жидкости в аппарате, м.

Н = h + h _ш+ К₃,  (3)

где h – высота цилиндрической части аппарата, м [1];

h _ш – высота штуцера перелива, м;

К₃ - высота конического днища со штуцером выхода среды, м.

Н = 1,8 + 0,05 + 1,035 = 2,885 м.

 = 2000 · 9,81·2,885 × = 0,057 МПa.

Гидростатическое давление в аппарате составляет более 5% от рабочего давления

0,057 МПа > 0,05 · 0,85 = 0,0425 МПа,

поэтому при дальнейших расчетах учитывается.

Расчетное давление

Р = 0,88 + 0,057 = 0,937МПа.

Принимаем расчетное давление Р = 0,94 МПа.

Пробное давление, при котором проводится испытание аппарата

Р_пр = 1,25×Р×. (4)

Р_пр= 1,25·0,99 · = 1,37 МПа.

Расчетное давление при испытании Р_и равно пробному давлению, так как гидростатическое давление воды при испытании составляет менее 5% от пробного давления

, (5)

где Н_в – высота столба воды в аппарате при испытании, м.

Определяем высоту от фланцевого разъема штуцера выхода среды до фланцевого разъема люка как общую высоту аппарата за вычетом высоты крышки с ручкой и болтов

 м.

 МПа.

0,037 МПа < 0,05 ·1,37 = 0,0685 МПа.

Расчетное давление при испытании Р_и равно пробному давлению, так как гидростатическое давление воды при испытании составляет менее 5% от пробного давления. При выполнении условия

Р_и £ 1,35×Р×, (6)

расчет аппарата на прочность в условиях испытания проводить не требуется.

1,37 < 1,35×0,94×=1,48;

1,37 МПа < 1,48 МПа.

Условие (6) выполняется, следовательно, расчет на прочность производим только для рабочих условий.