Основные расчетные параметры

Основными расчетными параметрами для выбора конструкционного материала и расчета элементов аппарата на прочность являются температура и давление рабочего процесса.

Температура. Различают рабочую и расчетную температуру.

Рабочая температура t – это температура содержащейся или перерабатываемой среды в аппарате при нормальном протекании в нем технологического процесса.

Расчетная температура t_R – это температура для определения физико-механических характеристик конструкционного материала и допускаемых напряжений. Расчетная температура определяется на основании тепловых расчетов или результатов испытаний. При положительных температурах за расчетную температуру стенки аппарата принимают наибольшее значение температуры стенки. При отрицательной температуре стенки элемента сосуда или аппарата за расчетную температуру при определении допускаемых напряжений следует принимать температуру 20 °С.

При невозможности произвести тепловые расчеты или измерения и в тех случаях, когда во время эксплуатации температура стенки повышается до температуры среды, соприкасающейся со стенкой, за расчетную температуру следует принимать наибольшую температуру среды, но не ниже
20 °С.

Давление. Различают рабочее, расчетное, условное (номинальное) и пробное давления.

Рабочее давление p – максимальное внутреннее избыточное или наружное давление среды в аппарате при нормальном протекании технологического процесса без учета гидростатического давления среды и без учета допустимого кратковременного повышения давления во время действия предохранительного устройства (клапана и др.).

Расчетное давление p_R – максимальное допускаемое рабочее давление, на которое производится расчет на прочность и устойчивость элементов аппарата при максимальной их температуре. Расчетное давление принимают, как правило, равным рабочему давлению или выше.

Расчетное давление может быть выше рабочего в следующих случаях:

- если во время действия предохранительных устройств давление в аппарате может повыситься более чем на 10 % от рабочего, то расчетное давление должно быть равно 90 % от давления в аппарате при полном открытии предохранительного устройства;

- если на элемент действует гидростатическое давление от столба жидкости в аппарате, значение которого свыше 5 % от расчетного, то расчетное давление этого элемента соответственно повышается на значение гидростатического давления.

Для элементов аппарата с раздельными пространствами, имеющими разные давления, за расчетное давление принимается каждое из них (без учета других). Допускается производить расчет на разность давлений, если при эксплуатации в любом случае надежно обеспечивается наличие давлений во всех пространствах.

Пробное давление – избыточное давление, на которое аппарат испытывается на прочность и плотность после его изготовления и периодически при эксплуатации.

Гидравлическое испытание сосудов, за исключением литых, должно проводиться пробным давлением, определяемым по формуле

где p - расчетное давление сосуда, МПа;

[s]₂₀, [s]_t - допускаемые напряжения для материала сосуда или его элементов соответственно при 20 °С и расчетной температуре.

Отношение [s]₂₀/[s]_t принимается по тому из использованных материалов элементов (обечаек, днищ, фланцев, крепежа, патрубков и др.) сосуда, для которого оно является наименьшим.

Гидравлическое испытание деталей, изготовленных из литья, должно проводиться пробным давлением, определяемым по формуле

Испытание отливок разрешается проводить после сборки и сварки в собранном узле или готовом сосуде пробным давлением, принятым для сосудов, при условии 100 % контроля отливок неразрушающими методами.

Гидравлическое испытание сосудов и деталей, изготовленных из неметаллических материалов с ударной вязкостью более 20 Дж/см² (2 кгс ´ м/см), должно проводиться пробным давлением, определяемым по формуле

Гидравлическое испытание сосудов и деталей, изготовленных из неметаллических материалов с ударной вязкостью 20 и менее Дж/см², должно проводиться пробным давлением, определяемым по формуле

Гидравлическое испытание криогенных сосудов при наличии вакуума в изоляционном пространстве должно проводиться пробным давлением, определяемым по формуле

p_пр=1,25p-0,1.

Расчетным давлением при гидравлическом или пневматическом испытании аппарата является пробное давление.

Условное (номинальное) давление p_у – избыточное рабочее давление при температуре элемента 20 °С (без учета гидростатического давления). Для более высоких температур элементов аппарата условное давление снижается соответственно уменьшению прочности конструкционного материала.

Условные давления применяются при стандартизации аппаратов и их отдельных элементов. Согласно ГОСТ 356-68 применительно к рассматриваемым аппаратам рекомендуется следующий ряд условных давлений, МПа: 0,1; 0,25; 0,4; 0,6; 1,0; 1,6; 2,5; 4,0; 6,4; 10; 16; 20.