Расчет и конструирование типового оборудования (стр. 10 из 35)
7 .7.1. Основные термины
В дальнейшем будем использовать терминологию, установленную отраслевым стандартом 7 .Сосуд – герметично закрытая емкость, предназначенная для проведения химических, тепловых и других технологических процессов, а также для хранения и перевозки газообразных, жидких и других веществ. Границей сосуда являются входные и выходные штуцера.
Аппарат – сосуд, оборудованный внутренними устройствами и предназначенный для проведения химико-технологических процессов. Аппараты в зависимости от их конструкции и осуществляемого в них технологического процесса имеют различные названия: колонные аппараты, реакторы, автоклавы и др.
Сосуды и аппараты состоят из следующих основных элементов: цилиндрического корпуса, днищ (или днища и крышки), штуцеров (для присоединения трубопроводов, арматуры, контрольноизмерительных приборов), люков, лючков, опор, строповых устройств, фланцевых соединений, внутренних устройств.
Элемент сосуда – сборочная единица или деталь сосуда, предназначенная для выполнения одной из основных функций сосуда. Элементы сосудов и аппаратов соединяются между собой, как правило, сваркой.
Сборочная единица – изделие, составные части которого подлежат соединению между собой сваркой, свинчиванием, развальцовкой и другими сборочными операциями.
7.2. Емкостные аппараты
В химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности любой физико-химический процесс требует, прежде всего, наличия емкости, ограниченной корпусом. Эти корпуса по условиям протекающих в них процессов должны быть достаточно прочными и в подавляющем большинстве случаев герметичными.
Емкостной аппарат – это сосуд, главной технической характеристикой которого является объем внутреннего пространства.
Емкостные аппараты или емкости могут быть оснащены нагревателями, мешалками и другими устройствами, предназначенными для осуществления различных технологических процессов.
Корпус – основная сборочная единица, состоящая из обечайки и днищ и составляющая основу сосуда.
Главным составным элементом корпуса является обечайка.
Обечайка – цилиндрический или конический элемент замкнутого профиля, открытый с обоих торцов.
В основном емкостные аппараты имеют цилиндрические обечайки. Конические обечайки применяются, как правило, в качестве днищ и переходов.
В зависимости от технологического назначения аппараты могут быть в горизонтальном, вертикальном и наклонном исполнении. С точки зрения возможности уменьшения толщины стенки, а следовательно, и массы аппарата, предпочтение следует отдавать вертикальному исполнению, особенно для аппаратов, работающих при небольшом избыточном давлении. В этих случаях исключаются дополнительные изгибающие напряжения в обечайке от силы тяжести аппарата и среды, имеющие место в горизонтальных аппаратах, лежащих на седловых опорах. Однако с точки зрения технологии процесса и удобства обслуживания горизонтальный аппарат часто оказывается более подходящим.
Рис.7.1. Горизонтальный емкостной аппарат
Рис.7.2. Вертикальный емкостной аппарат с эллиптическими днищами
Днищем называется элемент емкостного аппарата, который ограничивает корпус снизу или сверху (вертикальные аппараты) и с боков (горизонтальные аппараты), составляя с ним одно целое.
Днище – неотъемная часть корпуса сосуда, ограничивающая внутреннее пространство с торца.
Днища могут быть эллиптические, сферические, конические и плоские. Наибольшее распространение получили эллиптические днища. Эллиптические днища стандартизованы и применяются в горизонтальных и вертикальных аппаратах с внутренним диаметром от 0,4 до 4 м при давлении от 0,07 МПа до 10 МПа. При диаметре корпуса больше 4 м применяются сферические днища.
Конические днища применяются в основном в нижней части вертикальных цилиндрических аппаратов, если это требуется по условиям технологического процесса (для жидких и сыпучих сред при необходимости их непрерывного или периодического удаления через нижний спуск). Днища с углом при вершине 60° применяются для вязких жидкостей и суспензий, с углом 90° – для невязких жидкостей.
Рис.7.3. Вертикальный емкостной аппарат с нижним коническим днищем
В горизонтальных аппаратах с диаметром больше 1,5 м, работающих под наливом и небольшим избыточным давлением (до 0,07 МПа) также целесообразно применять конические днища с большим углом при вершине (140°).
Рис.7.4. Горизонтальный емкостной аппарат с коническими днищами с углом при вершине в 140°
Элементы корпусов цельносварных аппаратов соединяются между собой сваркой и для доступа к внутренней части аппарата, его осмотра, обслуживания и ремонта должны иметь люки.
Люк – устройство, обеспечивающее доступ к внутреннему пространству аппарата.
В разъемных корпусах со съемной крышкой люки не устанавливают.
Крышка – отъемная часть корпуса сосуда, закрывающая внутреннее пространство.
В процессе эксплуатации емкостного аппарата в него периодически или непрерывно входит исходный поток среды на обработку и выводится обработанная среда. Этот технологический процесс может включать нагрев или охлаждение среды в аппарате и ее перемешивание, при этом осуществляется непрерывный контроль за уровнем жидкости в аппарате, измеряются температура и давление среды. Указанные процессы и действия осуществляются путем присоединения к аппарату труб, запорной арматуры (краны, вентили, задвижки), уровнемеров, манометров, термометров, термопар, предохранительного клапана, а также путем введения в рабочий объем аппарата трубного пучка, мешалки или погружного насоса.
Рис.7.5. Емкостной аппарат со змеевиком
Рис.7.6. Емкостной аппарат с крышкой
В подавляющем большинстве случаев трубы, арматура, измерительные приборы и технологическое оборудование имеют разъемное присоединение к аппарату, что обусловлено удобством их осмотра, ремонта и замены. Разъемное присоединение к аппарату осуществляется при помощи фланцевых штуцеров или резьбовых бобышек.
Штуцер – устройство для присоединения к сосуду трубопроводов, арматуры и КИП.
Патрубок – отрезок трубы или фасонная деталь в виде отрезка трубы.
Корпуса аппаратов могут иметь рубашки. Рубашки в емкостной аппаратуре предназначены для нагревания или охлаждения обрабатываемой среды через стенку корпуса аппарата. По конструкции рубашки бывают несъемные (приварные) и съемные. Последние крепятся к корпусу аппарата при помощи фланцев и применяются в тех случаях, когда требуется периодическая чистка корпуса под рубашкой от накипи (для улучшения теплообмена) или требуется периодический осмотр зоны внутри рубашки.
Рис.7.7. Аппарат с рубашкой
7.3. Общие требования к конструкции
1. Конструкция сосудов должна обеспечивать работоспособность, надежность, долговечность и безопасность в течение расчетного срока службы и предусматривать возможность проведения технического освидетельствования, полного опорожнения, очистки, промывки, продувки, ремонта, эксплуатационного контроля металла и сварных соединений.
2. Устройства, препятствующие наружному и внутреннему осмотрам сосуда (мешалки, змеевики, рубашки, тарелки, перегородки и другие устройства), должны быть, как правило, съемными.
3. Конструкция внутренних устройств должна обеспечивать удаление воздуха из сосуда при гидравлическом испытании и воды - после гидравлического испытания.
4. На каждом сосуде должен быть предусмотрен вентиль, кран или другое устройство, позволяющее осуществлять контроль за отсутствием давления в сосуде перед его открыванием.
5. При проектировании сосудов должны учитываться требования "Правил перевозки грузов железнодорожным, водным или автомобильным транспортом".
6. Расчет на прочность сосудов и их элементов должен проводиться согласно действующей нормативной документации.
7. Сосуды должны иметь строповые устройства (захватные приспособления) для проведения погрузочно-рагрузочных работ и установки сосуда в проектное положение.
8. Базовые диаметры сосудов должны приниматься по ГОСТ 9617.
9. Сосуды должны быть снабжены необходимым количеством люков и смотровых лючков, обеспечивающих осмотр, очистку и ремонт сосудов, а также монтаж и демонтаж разборных внутренних устройств.
Сосуды с внутренним диаметром более 800 мм должны иметь люки, а с внутренним диаметром 800 мм и менее - лючки. Внутренний диаметр круглых люков должен быть не менее 400 мм, размеры овальных люков по осям в свету должны быть не менее 325 400. Внутренний диаметр лючков или размер наименьшей оси овальных лючков должен быть не менее 80 мм.Крышки люков должны быть съемными. Крышки массой более 20 кг должны быть снабжены подъемно-поворотными или другими устройствами для их открывания и закрывания.