Описание конструкции и механические расчёты оборудования

 

Реактор разложения оксидов азота изготовлен из нержавеющей стали. Это вертикальный, цилиндрический аппарат со съемной верхней крышкой. Диаметр аппарата 2224 мм, высота 3900 мм.

В верхней крышке реактора расположена решетка с отверстиями диаметром 15 мм для равномерного распределения газа. Внизу аппарата на колосниковую решетку кладется мелкая сетка из нержавеющей стали, на которую насыпается катализатор СТК(среднетемпературный катализатор) слоем 400 мм, кладется еще одна мелкая сетка из нержавеющей стали, на которую насыпается катализатор АВК-10Мили ИК 1-6слоем 400 мм. Между катализатором АВК 10М и СТК имеется отборная точка для определения эффективности работы катализатора АВК 10М (ИК 1-6). Во избежание попадания катализаторной пыли в турбодетандер газодувной машины на выходе из ректора установлен фильтр. Реактор имеет 4 штуцера: 1) штуцер А предназначен для входа хвостовых газов; 2) штуцер Б предназначен для выхода хвостовых газов; 3) штуцер В предназначен для установки термопары, отслеживающей характеристику среды до прохождения слоёв катализатора; 4) штуцер B₁ предназначен для установки термопары, отслеживающей характеристику среды на выходе из катализаторных слоёв. Реактор теплоизолирован стекловатой.

Механические расчёты

Расчёт обечайки

Рисунок 2 - Расчётная схема гладкой цилиндрической обечайки.

 

Определить толщину стенки цилиндрической обечайки аппарата и проверить её работоспособность.

Исходные данные

D = 2212 мм - внутренний диаметр обечайки;

P = 0,32 МПа - рабочее внутреннее избыточное давление;

t = 290 °С - максимальная рабочая температура среды;

Материал обечайки – сталь Х18Н10Т ГОСТ 5632-72;

C₁ = 2 мм - прибавка на компенсацию коррозии;

Вид сварного шва - стыковой с односторонним сплошным проваром, выполняемый автоматической сваркой;

Длина контролируемых швов от общей длины составляет до 100 %.

1 Расчётная толщина стенки цилиндрической обечайки корпуса, нагруженного внутренним давлением:

S_R=             (15)

где P = 0,32 МПа - расчётное внутреннее избыточное давление (равное рабочему);

 = 105 МПа - допускаемое напряжение для стали X18H10T при расчётной температуре t = 290 °C (равной максимальной рабочей) по ГОСТ 14249-89 (Приложение 3);

= 0,9 - коэффициент прочности продольного сварного шва (для заданного вида сварного шва и объёма контроля) по ГОСТ 14249-89 (Приложение 5).

1.1 Проверка необходимости учёта расчётного давления в знаменателе формулы (15). Условие необходимости учёта расчётного давления:

       (16)

Т. к. критерий учёта расчетного давления больше, чем пятьдесят единиц, т. е.  > 50 - то расчётным давлением в знаменателе формулы (15) воз­можно пренебречь.

2   Проверка применимости расчётных формул.

Условие применимости расчётных формул:

                 (17)

Т. к. критерий применимости расчётных формул  - то расчётные формулы применимы.

3   Исполнительная толщина стенки обечайки.

Исполнительная толщина стенки обечайки;

         (18)

Принимаем, с учётом округления до стандартного размера, S = 6 мм.

4   Проверка принятой толщины стенки.

В данном случае проверка принятой толщины стенки производится из условия проч­ности по допускаемому внутреннему избыточному давлению.

Допускаемое внутреннее избыточное давление:

(19)

Т. к. рабочее внутреннее избыточное давление в аппарате меньше допускаемого внут­реннего избыточного давления, т. е. P = 0,32 МПа < [Р] = 0,34 МПа - то прочность обечайки корпуса аппарата обеспечена.

Следовательно, принимаем толщину стенки аппарата S = 6 мм.

Окончательно принимаем исполнительную толщину стенки цилиндрической обечайки аппарата, нагруженного внутренним избыточным давлением, S = 6 мм.

Расчёт ведётся по [5, 9]

 

Расчёт опоры

Рисунок 3 – Расчётная схема вертикальной опоры-стойки.

 

Проверить на прочность для рабочих условий эллиптическое днище корпуса вертикального аппарата установленного на опоры-стойки от воздействия опорных нагрузок.

Исходные данные

D = 2212 мм - внутренний диаметр обечайки;

P = 0,32 МПа - рабочее внутреннее избыточное давление;

t = 290 °С - максимальная рабочая температура среды;

Материал обечайки – сталь Х18Н10Т ГОСТ 5632-72;

C₁ = 1 мм - прибавка на компенсацию коррозии;

S = 6 мм – толщина стенки эллиптического днища в зоне приварки опоры;

Q = 36940 H – максимальный вес аппарата в условиях эксплуатации;

М = 0 – принятый равным нулю изгибающий (внешний) момент, действующий на обечайку в сечении, где расположены опорные узлы;

n = 3 – принятое к установке количество опор-стоек;

d₄ = 2010 мм – диаметр опорной окружности;

d₂ = 340 мм – наибольший поперечный размер опоры- стойки;

- коэффициент прочности сварного шва;

- угол между осью стойки и осью аппарата

Тип опоры-стойки – вертикальная;

Требования к монтажу аппарата – обычный монтаж.

 

1 Вертикальное усилие на опорную стойку

            (20)

где – коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по опорам и принимаемый в зависимости от количества опор и требований к точности монтажа; т. о. в данном случае .

     (21)

2 Определение допускаемого вертикального усилия на опорную стойку

2. 1 Радиус средней кривизны днища у опорной окружности

 (22)

2. 2 Угол, характерезующий расположение опорной окружности диаметром d₄ на днище

 (23)

отсюда .

2.3 Параметр, зависящий от наличия у опорной стойки подкладного листа.

Предварительный расчёт делается в предположении, что проверка условия прочности даст благоприятный результат и установка подкладного листа не понадобится.

Поэтому принимаем

2.4 допускаемое вертикальное усилие

(24)

 = 105 МПа - допускаемое напряжение для стали X18H10T при расчётной температуре t = 290 °C (равной максимальной рабочей) по ГОСТ 14249-89 (Приложение 3).

Допускаемое внутреннее избыточное давление в серединной области эллиптического днища, нагруженного внутренним избыточным давлением

   (25)

где R=D = 2212 мм – радиус кривизны в вершине днища, равный внутреннему диаметру обечайки.

4 Условие прочности (несущей способности) днища:

 (26)

Расчёт ведётся по [5, 99]

Расчёт крышки

 

Рисунок 4 – расчётная схема к конструированию укрепления отверстия в эллиптической крышке аппарата.

 

Определить толщину стенки эллиптической крышки, нагруженной внутренним давлением, и проверить его работоспособность.

Исходные данные

D = 2212 мм - внутренний диаметр обечайки;

P = 0,32 МПа - рабочее внутреннее избыточное давление;

t = 290 °С - максимальная рабочая температура среды;

Материал крышки – сталь Х18Н10Т ГОСТ 5632-72;

C₁ = 2 мм - прибавка на компенсацию коррозии;

Крышка изготовлена из целой заготовки.

1 Расчётная толщина стенки, эллиптической крышки, нагруженной внутренним давлением

       (27)

где R = D = 2212 мм –радиус кривизны в вершине днища;

 = 105 МПа - допускаемое напряжение для стали X18H10T при расчётной температуре t = 290 °C (равной максимальной рабочей) по ГОСТ 14249-89 (Приложение 3);

- коэффициент прочности сварного шва для днища изготовленного из целой заготовки.

2 Исполнительная толщина стенки крышки.

Исполнительная толщина стенки крышки:

    (28)

Принимаем, с учётом округления до стандартного размера, S = 6 мм.

3 Проверка принятой толщины стенки.

В данном случае проверка принятой толщины стенки производится из условия прочности по допускаемому внутреннему избыточному давлению.

Допускаемое внутреннее избыточное давление для крышки:

   (29)

Т. к. рабочее внутреннее избыточное давление, действующее на крышку, меньше допускаемого внутреннего избыточного давления, т. е. p = 0,32 МПа < [P] = 0,38 МПа – то прочность крышки аппарата обеспечена; крышка – работоспособна.

Окончательно принимаем исполнительную толщину, эллиптической крышки, нагруженной внутренним давлением, S = 6 мм.

Расчёт ведётся по [5, 17]