các phương pháp tính bền cho thân thiết bị

p: aùp suaát tuyeät ñoái pa : aùp suaát khí quyeån (tuyeät ñoái) pm: aùp suaát moâi tröôøng trong TB (aùp suaát laøm vieäc), aùp suaát dö, aùp suaát mamometes pv : aùp suaát chaân khoâng, ñoä chaân khoângp: aùp suaát tuyeät ñoái pa : aùp suaát khí quyeån (tuyeät ñoái) pm: aùp suaát moâi tröôøng trong TB (aùp suaát laøm vieäc), aùp suaát dö, aùp suaát mamometes pv : aùp suaát chaân khoâng, ñoä chaân khoângp: aùp suaát tuyeät ñoái pa : aùp suaát khí quyeån (tuyeät ñoái) pm: aùp suaát moâi tröôøng trong TB (aùp suaát laøm vieäc), aùp suaát dö, aùp suaát mamometes pv : aùp suaát chaân khoâng, ñoä chaân khoâng

CHƯƠNG 6

CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN

BỀN CHO THÂN THIẾT BỊ

6.1 CÁC THƠNG SỐ SỬ DỤNG TRONG THIẾT KẾ VÀ TÍNH TỐN THIẾT

BỊ HĨA

§ Khái niệm về áp suất

p

P = 0, áp suất chân không tuyệt đối

P = p a , áp suất khí quyển

A

p m p

B p

p v

p: áp suất tuyệt đối

pa: áp suất khí quyển (tuyệt đối)

pm: áp suất môi trường trong TB (áp suất làm việc), áp suất dư, áp suất mamometes

pv: áp suất chân không, độ chân không

p 1 > p 2 > p a

Thân & đáy chịu áp suất trong

và áp suất ngoài, P 1dư , p 2dư

Vỏ chịu áp suất trong p 2dư

Nắp chịu áp suất trong P

p 2 > p 1 > p a

Thân & đáy chịu áp suất trong

và ngồi ; P 1dư , P 2dư CÁC THƠNG SỐ SỬ DỤNG TRONG THIẾT KẾ VÀ TÍNH TỐN THIẾT BỊ HĨA

p 1 > p a > p 2 Thân & đáy chịu áp suất trong

Vỏ chịu áp suất trong P=p 2 - p a

Nắp chịu áp suất ngoài P= P a

CÁC THƠNG SỐ SỬ DỤNG TRONG THIẾT KẾ VÀ TÍNH TỐN THIẾT BỊ HĨA

p a > p 1 > p 2 Thân & đáy chịu áp suất trong

Vỏ chịu áp suất ngoài P= P a

Nắp chịu áp suất ngoài

CÁC THƠNG SỐ SỬ DỤNG TRONG THIẾT KẾ VÀ TÍNH TỐN THIẾT BỊ HĨA

6.2 Qui định thiết bị áp lực

Theo quy định hiện hành, tất cả các thiết bị sau đây:

 Bình áp lực có áp suất làm việc lớn hơn 0,7 kG/cm2, dung

tích lớn hơn 25 lít,

 Nồi hơi có áp suất làm việc lớn hơn 25 lít, nồi đun nước

nóng có nhiệt độ nước lớn hơn 115 oC

trở lên, đường ống dẫn hơi quá nhiệt có đường kính từ 51

mm trở lên

6.3 Lý thuyết vỏ mỏng

Lý thuyết vỏ mỏng

Lý thuyết vỏ mỏng

Lý thuyết vỏ mỏng

 Ứng suất cho phép khi kéo của vật liệu: [] (N/mm2)

 Ứng suất cho phép khi nén của vật liệu: [n] (N/mm2)

 Ứng suất cho phép khi uốn của vật liệu: [u] (N/mm2)

 Ứng suất cho phép của thân khi chịu nén: [n]TB (N/mm2)

 Ứng suất cho phép của thân khi uốn:[u]TB (N/mm2)

 Ứng suất tương đương: td (N/mm2)

 Ứng suất nén trong thân do tác dụng của lực nén chiều trục:

nP (N/mm2)

 Ứng suất do áp suất bên trong thân gây ra: np (N/mm2)

 Ứng suất uốn trong thân do tác dụng của moment uốn:

 Giới hạn chảy của vật liệu: (N/mm2)

 Giới hạn bền kéo của vật liệu: (N/mm2)

t c

t B



 Heä soá kc

 Heä soá ku

 Hệ số làm giảm ứng suất cho phép khi uốn dọc: 

 Thông số đặc trưng cho đại lượng áp suất tới hạn: K

 Tổng chiều dài thiết bị chịu nén chiều trục (thân trụ, đáy, nắp):

L  (mm)

 Khoảng cách tâm giữa 2 vòng tăng cứng kề nhau: l (mm)

 Bề rộng của vòng tăng cứng tiếp xúc với thân: bk (mm)

 Khoảng cách từ trọng tâm của tiết diện (vòng tăng cứng) đến bề mặt trung hòa của thân:

e (mm)

 Khoảng cách từ trọng tâm của tiết diện (vòng tăng cứng và một phần thân) đến bề mặt trung hòa của thân:

eo (mm)

 Chiều dài tính toán tương đương của phần chịu nén ở tâm phụ thuộc vào phương pháp giữ 2 đầu mút:

ln (mm)

 Chiều dài hữu hiệu cần thiết của thân (dùng để tính tiết diện ngang tổng của vòng tăng cứng và phần thân ở đó): lh (mm)

 Moment quán tính tiết diện ngang (vòng tăng cứng) đối vớiđường trục (đi qua trọng tâm của tiết diện song song với đường sinhcủa thân trụ): Jk (mm4)

 Moment quán tính hữu hiệu của tiết diện ngang (tổng của vòngtăng cứng và một phần thân ở đó) đối với đường tâm x – x:

Jx (mm4)

 Moment uốn ở tiết diện ngang của thân tác dụng theo phươnghướng kính của nó: Mu (N.mm)

1 THÂN HÌNH TRỤ HÀN

Thân hình trụ hàn là phương pháp phổ biến để chế tạo các TB hóa chất làm việc ở áp suất dư đến 10N/mm 2 , áp suất khí quyển hay điều kiện chân không.

MỘT SỐ ĐIỂM CẦN CHÚ Ý KHI THIẾT KẾ THÂN HÌNH TRỤ HÀN

 Tổng chiều dài các mối hàn là bé nhất.

 Thân có thể được cuốn theo chiều dài hay chiều ngang của tấm thép.

 Mối hàn dọc và ngang cần phải hàn giáp mối.

BỀ DÀY TỐI THIỂU (s min ) TƯƠNG ỨNG VỚI ĐƯỜNG KÍNH THÂN TRỤ

Trình từ tính toán các thiết bị

Thân hình trụ hàn-chịu áp suất trong

Tính bề dày tối thiểu

Lựa chọn vật liệu

(các thông số cơ tính của VL)

Yêu cầu đáp ứng

p,t ca…

 

  p 2

pD s

p 2

pD s

h n h t

KIM LOẠI GIÒN, PHI KIM

KIM LOẠI DẺO

2

pD s

2

pD s

D 5 , 0 s

1 p

p D

5 , 0 s

h

h n

h

h t

5 , 0 s

1 C

D 5 , 0 s

n

a t

       

a t

a h

C s D

C s 2

n

h D 2 C

D lg

3 , 2 p

 

 

1 1 D 5 , 0

C s

1 1 D 5 , 0

C s

t a

2 t

a h

KIỂM TRA ÁP SUẤT TÍNH TOÁN CHO PHÉP, [p]

KIỂM TRA ÁP SUẤT TÍNH TOÁN CHO PHÉP

VẬT LIỆU

KIM LOẠI GIÒN, PHI KIM

KIM LOẠI DẺO

p  [p]

tp = Bề dày thân chịu áp suất trong, in

t = Bề dày hiện tại (trừ hệ số bỗ xung chống ăn mòn), in

Trình từ tính toán các thiết bị Thân hình trụ hàn-chịu áp suất ngoài

(kim loại dẻo, hệ số an toàn ổn định, ny = 2,6)

Tính bề dày tối thiểu

Lựa chọn vật liệu

(các thông số cơ tính của VL)

Yêu cầu đáp ứng

p,t ca…

Tính toán vòng tăng cứng

TÍNH BỀ DÀY TỐI THIỂU, s

4 , 0 t

t

L E

p D

18 , 1

Chiều dài tính toán của thân, L

 L = H (trụ) (thân có lắp mặt bích, nối với 2 đáy phẳng)

   

3

đáy h

trụ

H

b L

L , 0 b

L

k k

xúc tiếp cứng tăng

vòng của

rộng bề

: b

nhau kề

cứng tăng

vòng 2

giữa tâm

cách khoảng

: :

đó

Trong

k



a t

2 t

a n

E C

s

D L 02 , 1 1 D

C s 2

a

C s 2

D D

L D

C s 2 5 , 1

a t

c

t

C s 2 E

a t

c

t

C s 2 E

t

D

C

s L

D E 649 , 0

giống Tính

5 D

L VÀ C

s 2

D D

L

t a

t t

BƯỚC 4: TÍNH VÒNG TĂNG CỨNG

Moment quán tính tính toán của tiết diện ngang (tổng của vòng tăng cứng và phần thân ở đó) đối với đường trục (đi qua trọng tâm của tiết diện ngang), J’ (mm 4 )

3

E

p D 18 ,

1 12

L J

Chọn vòng tăng cứng có tiết diện ngang phù hợp, F k (mm 2 )

t c

Moment quán tính tiết diện ngang (vòng tăng cứng) đối với đường trục (đi qua trọng tâm của tiết diện song song với đường sinh của thân trụ), J k (mm 4 )

J k = f(D n ,Lp)

e 

 Khoảng cách từ trọng tâm của tiết diện (vòng tăng cứng và một phần thân) đến bề mặt trung hòa của thân, e o (mm)

 Chiều dài hữu hiệu cần thiết của thân (dùng để tính tiết diện ngang tổng

của vòng tăng cứng và phần thân ở đó), lh (mm)

 Diện tích tiết diện các phần của thân, F o (mm 2 )

 Moment quán tính hữu hiệu của tiết diện ngang (tổng của vòng tăng cứng và một phần thân ở đó) đối với đường tâm x – x, J x (mm 4 )

 Kiểm tra áp suất tính toán cho vòng tăng cứng, [p]

2

J 12

C

s D

L 2 f

2

J 12

J 12 C

s E 85 , 0

C s J

K L

D

E

2 t

t 2



n k

h

h

C s 30 b

s 0278 , 0

k

e

F e

2 o k

k

e 12

1 9

, 10

C s

F e

e F J

Tính áp suất chịu sự móp có đàn hồi

Tính áp suất chịu sự biến dạng

Trong đó

So sánh ứng suất sau khi tăng cứng và ứng suất cho phép

Áp suất chịu móp sau khi được tăng cứng

Chiều dài thân chống được móp sau gia cố

Trình từ tính toán các thiết bị Thân hình trụ hàn-chịu tác dụng của lực nén chiều trục

Tính bề dày tối thiểu

S’

Tính bề dày thực

S = S’+C

Tính ứng suất nén chịu tác dụng của lực Lựa chọn vật liệu

(các thông số cơ tính của VL)

Yêu cầu đáp ứng

p,t ca…

Tính toán hệ thông số phụ thuộc

Và hệ số phụ thuộc

TÍNH BỀ DÀY TỐI THIỂU, s

 n

t D

P s

82 ,

t c

E 875

KIỂM TRA ỨNG SUẤT CHO PHÉP CỦA THÂN KHI CHỊU NÉN, [ n ] TB

s D

C

s E

K

t

a

t c TB

P C

c 0 , 155 K

Trình từ tính toán các thiết bị Thân hình trụ hàn-chịu tác dụng của momen uốn

Tính bề dày thực

S = S’+C

Lựa chọn vật liệu

(các thông số cơ tính của VL)

Yêu cầu đáp ứng

p,t ca…

Tính toán hệ thông số phụ thuộc

Và hệ số phụ thuộc

ku, KuKiểm tra ứng suất

Tính bề dày tối thiểu

S’

 u

2 t

u

D

M

4 s

M

4 W

t c

E 875

KIỂM TRA ỨNG SUẤT CHO PHÉP CỦA THÂN KHI UỐN, [ u ] TB

t u

u a

t t

u

u a

t

a

t u TB

M 27 ,1 C

s

Hay E

s D

K

M 27 ,1 C

s

Hay s

D

C s E

u

5 , 1

t

a t

185 , 0 K

D

C s

2 E 07 , 0

u TB

thân hình trụ thân đồng thời chịu tác dụng của áp suất trong – lực dọc trục (nén hay kéo)

hàn-– moment (uốn hay xoắn)

Tính bề dày thực

S = S’+C

Lựa chọn vật liệu

(các thông số cơ tính của VL)

Yêu cầu đáp ứng

C s



Xác định ứng suất tương đương

Tính bề dày tối thiểu S’

(chọn giá trị lớn nhất trong cac PP)

t

x x

C s s D

Xác định điều kiện

MỘT SỐ ĐIỂM CẦN CHÚ Ý KHI THIẾT KẾ THÂN HÌNH CẦU

 Phương pháp gia công chủ yếu: hàn giáp mối nhiều mảnh nhỏ đã dập sẵn Các mối hàn phải dễ quan sát.

 Các lỗ khoét trên thân phải cách xa mối hàn, phải tăng cứng nếu TB chịu áp suất ngoài.

BỀ DÀY TỐI THIỂU (s min ) TƯƠNG ỨNG VỚI ĐƯỜNG KÍNH THÂN CẦU

Trình từ tính toán các thiết bị

Thân hình cầu – chịu áp suất trong

Tính bề dày tối thiểu

S’

Tính bề dày thực

S = S’+C

Lựa chọn vật liệu

(các thông số cơ tính của VL)

Yêu cầu đáp ứng

87 , 1

TÍNH BỀ DÀY TỐI THIỂU, s

CÁC CÔNG THỨC TÍNH BỀ DÀY TỐI THIỂU

2 D

5 , 0









Trình từ tính toán các thiết bị

Thân hình cầu – thân chịu áp suất ngoài

(hệ số an toàn ổn định, ny = 2,6) độ oval cho phép ở phương bất kỳ  0,5%

Tính bề dày tối thiểu

S’

Tính bề dày thực

S = S’+C

Lựa chọn vật liệu

(các thông số cơ tính của VL)

Yêu cầu đáp ứng

87 ,1

n E

p D

73 , 0

Bảng bề dày thân theo áp suất

Bài tập

1/ áp suất phản ứng : 2 bar

2/ nhiệt độ hơi nước bão hòa

dùng cho gia nhiệt : 150°C

3/ Môi trường phản ứng : pH=3

? : chọn vật liệu để gia công thiết bị

?: tính toán độ dày của các võ thiết bị

( phần hình trụ)

bài tập

Xác định thân bề dày thân hình trụ làm bằng

cao thùng chứa hoá chất H = 10m, hoá chất

KLR = 1600kg/m3, hệ số mối hàn = 0,98, hệ số hiệu chỉnh =1,3, áp suất làm việc của bồn 3bar, tốc độ ăn mòn của hoá chất T =

0,07mm/năm, ứng suất cho phép của inox 304

Bài tập

Thân thiết bị hình trụ làm bằng Inox 316 với

Ứng suất cho phép [б]*=145N/mm2, đặt thẳng đứng có đường kính trong Dt = 3,5m, có chiều cao làm việc H=5m bên trong chứa chất lỏng có khối lượng riêng ρ =1350 kg/m3, cho hệ bổ sung ăn mòn Ca = 1mm, hệ số quy tròn kích thước C0

= 1,12mm (bỏ qua các hệ số khác) Lựa chọn hệ số mối hàn φh = 0,95, hệ số hiệu chỉnh ƞ =

0,98, Aùp suất làm việc p m = 1,12 N/mm2

Tính bề thực của thân thiết bị