В общем случае на опору действуют вертикальная сила (реакция опоры), Н:
Q=0,5Gmax ,
Q=0.5*293кг=1.4кН горизонтальная сила, Н:
P1=k1Q ,
где k1 = 0,18 461δ - 0,123 077;
δ - угол охвата корпуса аппарата водой, град;
P1=0.652*1.4кН=937Н горизонтальная сила трения, Н:
P2=0,15Q.
P2=0.15*1.4кН=215.
5Н Площадь опорной плиты, м, принимается конструктивно и должна удовлетворять условию
где σфунд — допускаемое напряжение сжатия бетона фундамента, МПа:
Марка бетона 500 300 200 σфунд, МПа 10 8 6
Расчетная толщина опорной плиты, м,
где b — ширина поперечных ребер опоры (см. рис. 4), м;
k2 коэффициент, определяемый по рис. 6 в зависимости от отношения b/a;
σм — допускаемое напряжение материала опорной плиты, МПа.
Рис. 6. График для определения коэффициента k2
Фактическая толщина опорной плиты Sпф>10 мм.
Расчетная толщина ребра 1 из условия прочности на изгиб и растяжение, м, где D — наружный диаметр корпуса аппарата, м;
σ - допускаемое напряжение материала, МПа.
4.7 Расчет на устойчивость
Цель расчета на устойчивость корпуса аппарата — определение критического давления, при котором он может утратить свою цилиндрическую форму и стать эллиптическим или волнообразным.
Критическая длина тонкостенной оболочки где Dc — средний диаметр оболочки (корпуса или днища), м;
S — толщина стенки оболочки, м.
Критическое напряжение:
при
при 0,5Dc
Коэффициент η принимаем меньшим из двух значений:
η = 0,7 или η = λ/(λ+1), где λ = σm/σкр.
В качестве расчетной длины L для гладкой цилиндрической оболочки принимается расстояние, равное сумме длины оболочки, длины отбортованных частей и одной трети высоты каждого днища, а при наличии фланцев — расстояние между фланцами.
5 Расчет тепловой изоляции Тепловая изоляция должна обеспечивать нормативный уровень тепловых потерь оборудованием и трубопроводами, безопасную для человека температуру их наружных поверхностей и требуемые параметры теплоносителей при эксплуатации. В состав конструкции тепловой изоляции для поверхностей с положительной температурой в качестве обязательных элементов должны входить: теплоизоляционный слой покровный слой и элементы крепления.
5.1 Выбор материала тепловой изоляции
В соответствии с действующими нормативными документами (в частности, СНиП 41−03−2003) для теплоизоляции оборудования с температурой содержащихся в нем веществ в диапазоне от 20 до 300 °C следует применять материалы и изделия с плотностью не более 200 кг/м3 и коэффициентом теплопроводности в сухом состоянии не более 0,06 Вт/(м· К). При температурах содержащихся веществ в диапазоне от 300 °C и выше допускается применение материалов и изделий с плотностью не более 350 кг/м3 и коэффициентом теплопроводности при средней температуре 300 °C не более 0,12 Вт/(м· К).
5.2 Расчет толщины основного слоя тепловой изоляции
Выбор конструкции и расчет толщины тепловой изоляции производится из условий соблюдения двух основных параметров: 1) допустимой температуры поверхности изоляции; 2) допустимого теплового потока с неё [].
По санитарным нормам температура поверхности изоляции оборудования, находящегося в закрытом помещении при температуре окружающей среды = 25 0С не должна превышать величины = 45 0С.
Для выполнения этого требования из условия равенства тепловых потоков со стороны теплоносителя к изолируемой стенке аппарата и теплового потока с поверхности изоляции в окружающую среду толщина основного стоя тепловой изоляции должна быть не менее
где λиз коэффициент теплопроводности основного слоя изоляции;
, температуры изолируемой стенки аппарата, поверхности изоляции и температура окружающей среды;
αиз коэффициент теплоотдачи с поверхности изоляции в окружающую среду.
Теплопроводность λиз при рассчитанной средней температуре определяем по справочным таблицам [3]:
Температура стенки берется из теплового расчета. Эта величина соответствует максимальной температуре теплоносителя межтрубного пространства (воды). Следует учитывать, что температуры различных частей аппарата могут существенно отличаться. В этом случае толщина слоя изоляции на разных участках аппарата будет меняться. Если разница температур различных частей аппарата незначительна, величину следует принимать по наиболее нагретому узлу теплообменника, а толщину слоя изоляции по всей поверхности аппарата из условий удобства монтажа изоляции. Критерием в вопросе: делать изоляцию постоянной или переменной величины является экономическое сравнение стоимости изоляционных материалов и работ, связанных и с их монтажом. Поэтому, в силу малой толщины изоляции в наиболее нагретом узле корпуса, толщина слоя по всему аппарату будет одинакова и равна 15 мм.
Проведем проверку полученной величины по допустимому тепловому потоку []. Для этого рассчитываем тепловой поток с изолированной поверхности аппарата по формуле Полученный результат удовлетворяет условию, расчет считается законченным.
Значение допустимого теплового потока выбиралось из справочника (СНиП 41−03−2003 [11]) в зависимости от размеров аппарата и температуры теплоносителей.
6 Контрольно-измерительные и регулирующие приборы Для управления работой и обеспечения безопасных условий эксплуатации аппараты в зависимости от назначения должны быть оснащены приборами для измерения давления, приборами для измерения температуры, предохранительными устройствами, указателями уровня жидкости.
При испытании теплообменных аппаратов в эксплуатационных условиях обычно замеряются:
температура воды на входе в аппарат;
температура воды на выходе из аппарата;
давление воды на входе в аппарат;
давление воды на выходе из аппарата;
расход воды через аппарат.
Для производства замеров указанных величин теплообменный аппарат должен быть оснащен соответствующими измерительными приборами.
Место установления, класс точности, шкала и частота поверки приборов определяется согласно Правилам [8].
При необходимости контроля уровня жидкости в аппаратах, имеющих границу раздела сред, должны применяться указатели уровня.
7 Требования Ростехнадзора Основные требования к кожухотрубчатым теплообменным аппаратам изложены в «Правилах устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением» (ПБ 03−576−03) [8].
Конструкция аппаратов должна обеспечивать надежность и безопасность эксплуатации в течение расчетного срока службы, указанного в паспорте, и предусматривать возможность проведения технического освидетельствования и ремонта. Для поддержания экономичной и безотказной работы теплообменных аппаратов необходим регулярный контроль за состоянием отдельных элементов оборудования, определение фактических показателей работы аппаратов и сопоставление их с нормативными, анализ причин ухудшения показателей работы и их оперативное устранение.
Определение фактических значений эксплуатационных показателей эффективности работы аппаратов производится на основании данных гидравлических испытаний.
Гидравлическому испытанию подлежат все аппараты после их изготовления. Пробное давление Рпр при гидравлическом испытании определяем по формуле где Р расчетное давление, МПа (кгс/см2);
[σ]20,t допускаемые напряжения для материала соответственно при +20 °С и расчетной температуре t, МПа (кгс/см2).
Испытание проводят чистой водой с температурой не ниже 5 оС и не выше 40 оС, которую закачивают с помощью гидравлического насоса в аппарат.
Давление следует поднимать равномерно до достижения им значения пробного. Скорость подъема давления и время выдержки под пробным давлением принимается согласно Правилам [8].
Давление при гидравлическом испытании контролируется манометрами. Количество манометров и их класс точности принимается согласно Правилам [8].
После выдержки под пробным давлением давление снижают до расчетного, при котором производят визуальный осмотр наружной поверхности, разъемных и сварных соединений. Не допускается обстукивание аппарата во время испытаний. После проведения гидравлического испытания вода должна быть полностью удалена.
Результаты испытаний считаются удовлетворительными, если во время их проведения отсутствуют:
падение давления по манометру;
пропуски испытательной среды (течь, потение, пузырьки воздуха или газа) в сварных соединениях и на основном металле;
признаки разрыва;
течи в разъемных соединениях;
остаточные деформации.
Корпус аппарата и его элементы, в которых при испытании выявлены дефекты, после их устранения подвергаются повторным гидравлическим испытаниям пробным давлением, установленным Правилами [8].
Периодичность технических освидетельствований и гидравлических испытаний также устанавливается Правилами [8].
Список используемой литературы Стандартные кожухотрубчатые теплообменные аппараты общего назначения (каталог). М.: ЦМНТИХимнефтемаш, 1988.
Теплоэнергетика и теплотехника. В 4 кн. 3-е изд./под общ. ред. А. В. Клименко, В. М. Зорина. М.: Изд-во МЭИ, 1999.
Теплообменники энергетических установок: учебник для вузов / К. Е. Аронсон [и др.]; под ред. Ю. М. Бродова. Екатеринбург: Сократ, 2002. 968 с.
Подогреватели сетевой воды в системах теплоснабжения ТЭС и АЭС: учебное пособие / Ю. М. Бродов [и др.]; под ред. Ю. М. Бродова. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 1999. 38 с.
Бакластов А. М. Проектирование, монтаж и эксплуатация тепломассообменных установок/ А. М. Бакластов, В. А. Горбенко, П. Г. Удыма. М.: Энергоиздат, 1981. 336 с.
Лебедев П. Д. Теплоиспользующие установки промышленных предприятий (курсовое проектирование)/ П. Д. Лебедев, А. А. Щукин. М.: Энергия, 1970. 408 с.
Лащинский А. А. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры/А.А.Лащинский, А. Р. Толчинский. Л.: Машиностроение, 1970. 752 с.
ПБ 03−576−03. Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением. М.:Госгортехнадзор РФ, 2003.
9. Кутателадзе С. С. Справочник по теплопередаче/ С. С. Кутателадзе, В. М. Боришанский. М.: Госэнергоиздат, 1959. 414 с.
10. Идельчик И. Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям/ И. Е. Идельчик. М.: Машиностроение, 1975. 560 с.
11. СНиП 41−03−2003
Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов. СПб.: Изд-во ДЕАН, 2004. 64 с.
Рис.1- Кожухотрубчатый теплообменник
