UNIVERSITATEA DIN BACAU

FACULTATEA DE INGINERIE

SPECIALIZARE I.P.M.I.

B.P.I.P.M.

- PROIECT -

Proiectul va cuprinde:

A ) Partea scrisa :

1. Graficul de lucru.

2. Tema de proiect.

3. Descrierea unui recipient sub presiune.

4. Proiectarea corpului recipientului.

4.1. Stabilirea geometriei fundului si capacului.

4.2. Schita la scara a recipientului cu dimensiunile stabilite.

4.3. Determinarea inaltimii lichidului in recipient.

4.4. Alegerea si justificarea materialului de constructie a recipientului; calculul tensiunii admisibile a materialului ales.

4.5. Calculul grosimii virolei cilindrice a recipientului, solicitata la presiune interioara.

4.6. Alegerea agentului termic si precizarea presiunii sale. Alegerea modalitatii de realizare a transferului termic.

4.7. Verificarea grosimii virolei cilindrice supusa la presiune exterioara ( calculul de stabilitate ).

4.8. Calculul grosimii capacului si fundului supuse la presiune   interioara.

4.9. Verificarea grosimii fundului si capacului recipientului supuse la presiune exterioara si alegerea grosimilor finale.

4.10. Verificarea la presiunea de proba hidraulica a elementelor recipientului.

4.10.1. Calculul presiunii de proba.

4.10.2. Determinarea tensiunii efective.

Tronsonarea partii cilindrice a corpului recipientului.

4.12. Alegerea si justificarea materialului de constructie pentru sistemul de incalzire; stabilirea tensiunilor admisibile pentru materialul ales.

4.13. Calculul de rezistenta a sistemului de incalzire.

4.14. Alegerea flansei dintre capac si corpul recipientului.

4.15. Alegerea si dimensionarea racordurilor.

4.16. Calculul de compensare al orificiilor.

B ) Partea grafica.

2. TEMA DE PROIECTARE

Sa se proiecteze un recipient sub presiune in constructie sudata cu urmatoarele caracteristici tehnice :

diametrul nominal al recipientului: D_n = 1230 _;

- raportul lungimea partii cilindrice: L/ D_n = 2,7 ;

- presiunea nominala : P_n = 1,42

- temperatura nominala :           t_n = 126

- temperatura agentului termic de incalzire :              t_ag = 185

- gradul de umplere :        = 75 % ;

- densitatea fazei continue : _c = 1103 - densitatea fazei disperse :       r_d = 1521 ;

- participatia fazei disperse :      j = 18 % ;

- GRC gradul de rezistenta la coroziune al otelului carbon OLC = 3 ;

- aria de transfer termic : A_t = 1 A_l ( aria laterala ).

3. DESCRIEREA FUNCTIONALA A RECIPIENTULUI

Descrierea functionala a recipientului sub presiune

Recipientul sub presiune este alcatuit din capac de forma elipsoidala ( 1 ), virola cilindrica ( 2 ) si fund ( 3 ). Capacul este prevazut cu un racord de alimentare cu fluid de lucru ( 5 ). Fluidul este evacuat prin racordul de evacuare fluid de lucru ( 6 ). Virola este protejata de o manta de incalzire ( 4 ). Mantaua prezinta un racord de alimentare cu agent termic ( 7 ), agent termic, ce este evacuat prin racordul de evacuare cu agent termic ( 8 ). Pe capac mai este prevazuta o supapa de siguranta ( 14 ) care, are rol de protectie in caz de depasiri ale presiunii la care a fost proiectat recipientul, si un manometru ( 12 ), cu care se masoara presiunea din interior. In interiorul virolei este dispusa serpentina ( 11 ).

Capacul este prevazut cu un racord de alimentare agent termic in serpentina ( 9 ), agent termic ce trece prin serpentina, fiind evacuat prin racordul de evacuare agent termic din serpentina ( 10 ). In interiorul virolei se mai gaseste un termometru ( 13 ), care are rolul de a masura temperatura fluidului de lucru. Accesul in interiorul virolei se face prin gura de vizitare ( 15 ).

4. PROIECTAREA CORPULUI RECIPIENTULUI.

4.1. Stabilirea geometriei fundului si capacului.

Am ales capac si fund semielipsoidal cu urmatoarele caracteristici geometrice:

inaltimea partii cilindrice, h = 40 mm;

inaltimea partii bombate, Hi = 300 mm;

diametrul desfasuratei,       Dd = 1 544 mm

diametrul nominal,            Dn = 1 230mm;

grosimea capacului, s.

relatia de calcul a volumului capacului semielipsoidal.

/ :

h = 40 mm = 2 mm;

Hi = 300 mm = 15 mm;

Ds = 1 544 mm = 77,2 mm;

Dn = 1 230 mm = 61,5 mm.

4.2. Schita la scara a recipientului cu dimensiunile stabilite.

4.3. Determinarea inaltimii lichidului in recipient.

(4.3.1)

unde:

   volumul cilindrului;

volumul fundului respectiv capacului recipientului.

(4.3.2)

unde:

    volumul utilizat;

    gradul de umplere.

(4.3.3)

volumul de lichid din partea cilindrului.

(4.3.4)

(4.3.5)

unde:

       - inaltimea din partea cilindrica;

(4.3.5)

unde:

   inaltimea lichidului din recipient;

4.4. Alegerea si justificarea materialului de constructie a recipientului. Determinarea tensiunii admisibile a materialului ales.

Otelul ales va fi otel inoxidabil cu urmatoarele caracteristici:

X10CrNiMoTi18.10

= 500 N/mm²

= 205 N/mm²

= 165 N/mm²

(4.4.1)

unde:

- tensiunea admisibila;

- tensiunea admisibila la curgere;

- tensiunea admisibila la rupere;

c_c = 1,5 reprezinta coeficientul de siguranta la curgere;

c_r = 2,4 reprezinta coeficientul de siguranta la rupere.

(4.4.2)

4.5. Calculul grosimii virolei cilindrice supusa la presiune interioara.

(4.5.1)

unde:

grosimea;

P_n - presiune interioara, [MPa ]

D_n - diametrul interior, [ mm ];

coeficientul de calitate a cordonului de sudura;

deoarece corespunde unei examinari complete cu raze X in sistem automat.

(4.5.2)

unde:

   grosimea finala a virolei cilindrice;

adaosul de coroziune;

   adaos pana la valoarea standardizata a tablei.

n - numarul anilor de functionare, n = 10;

   viteza de coroziune;

(4.5.3)

unde:

   viteza de coroziune pe partea interioara;

  viteza de coroziune pe partea exterioara.

Cu cat GRC este mai mare, v_c este mai mic. GRC = 0 → 0,001 [mm/an]

GRC = 3; dar deoarece avem un otel inoxidabil rezulta ca pentru GRC = 0

   adaosul pana la valoarea standardizata a tablei;

Din STAS se va alege valoarea imediat superioara a tablei, adica se va alege o coala de tabla cu urmatoarele dimensiuni:

4.6. Alegerea agentului termic si precizarea presiunii sale. Alegerea modalitatii de realizare a transferului termic.

Am ales ca modalitate de realizare a transferului termic mantaua de incalzire.

nu se suplimenteaza necesarul de caldura.

Ca agent termic folosim aburul, dar pentru t > 180⁰ alegem DIFIL ca agent termic.

t_ag = 185⁰

4.7. Verificarea grosimii virolei cilindrice solicitata la presiune exterioara. ( Calculul de stabilitate ).

(

unde:

S_p = S_v;

S_v - grosimea de rezistenta, S_v = 9 ;

adaos de coroziune, ;

(4.7.2)

unde:

;

;

   modulul de elasticitate longitudinal.

(4.7.3)

unde:

  coeficient de stabilitate in domeniul elastic;

Daca : Pc^' < Pag → (4) si (5)

Pc^' > Pag → Sst = Sv

DIFIL → Pag = 1,9ּ10^-2 MPa

Pc^{' =} 0,20 > 0,019

S_ST - grosimea de stabilitate.

4.8. Calculul grosimii capacului si fundului supuse la presiune interioara

(

unde :

grosimea capacului;

presiunea interioara ;

raza interioara ( rep. raza de curbura a capacului ).

unde:

  inaltimea totala a fundului;

Am ales S_c = 8 [mm]

Rezulta ca:

4.9. Verificarea grosimii fundului si capacului supuse la presiune exterioare si alegerea grosimii finale

(

(

Din relatiile ( 1 ) si ( 2 ), alegem cea mai mica valoare a lui .

Alegem .

( 4.9.4)

( 4.9.6 )

Din relatiile ( 4.9.3 ) si ( 4.9.4 ), alegem valoarea cea mai mare lui

Am ales

Pentru alegerea grosimilor finale:

ale virolei:

- ale capacului:

- ale fundului:

Rezulta ca alegem cea mai mare grosime, respectiv .

Daca S_f < S_v → S_f = S_v.

S_f = 16 [mm]

16 < 9 S_f = S_v = 16 [mm]

S_v = 9 [mm]

4.10. Verificarea la presiunea de proba hidraulica a elementelor recipientului.

4.10.1. Calculul presiunii de proba.

(4.10.1)

unde:

presiunea de proba.

4.10.2. Determinarea tensiunii efective.

(4.10.2)

(4.10.3)

Ambele relatii verifica inegalitatile.

4.11. Tronsonarea partii cilindrice a recipientului.

lungimea;

Am ales doua coli cu dimensiunile 16 x 1800 x 6000.

4.12. Alegerea si justificarea materialului de constructie pentru sistemul de incalzire. Stabilirea tensiunilor admisibile pentru materialul ales.

Materialul ales pentru manta este un otel slab aliat de tip R37 - STAS 2883 - 76 cu urmatoarele caracteristici:

4.13. Calculul de rezistenta al sistemului de incalzire.

(4.13.1 )

unde:

D_M - diametrul interior al mantalei;

d - distanta dintre peretele recipientului si peretele virolei;

d = 100 150 [mm];

S_v = 16 [mm].

Alegem grosimea de 4 [mm] pentru rezistenta mantalei in momentul amplasarii suportilor de sustinere.

4.14. Alegerea flansei dintre capac si corpul cilindrului.

Flansa aleasa va fi cu suprafata de etansare cu prag si adancitura ( PA ).

Dimensiunile flanselor plate cu gat, captusite, mm.

Vom mari grosimea virolei de la grosimea de 9 [mm], la grosimea de 10 [mm].

4.15. Alegerea si dimensionarea racordurilor.

1. Pentru manta:

(4.15.1)

(4.15.2)

Debitul necesar umplerii mantalei:

(4.15.3)

unde:

Q - debitul necesar umplerii mantalei [m³/s];

volumul util al mantalei;

t - timpul necesar evacuarii, alimentarii, t = 7 min = 420 s.

(4.15.4)

unde:

d_i - dimensiunea racordului de alimentare cu agent termic pentru mantaua de incalzire;

Q - debitul de fluid care intra sau iese prin raportul respectiv;

w - viteza fluidului, are urmatoarele valori:

w = 3 [m/s]

2. Pentru virola:

Dimensiunea racordului pentru recipient:

4.16. Calculul de compensare a orificiilor.

La proiectarea recipientelor sub presiune trebuie sa se tina seama ca orice orificiu constituie un concentrator de tensiuni, adica langa racord valorile tensiunilor sunt mai mari decat cele calculate si pot provoca avarierea recipientului. Evitarea acestui efect nedorit se poate face fie prin intarirea peretelui recipientului cu inel de compensare, fie prin ingrosarea peretelui racordului sau ingrosarea recipientului.

Un orificiu se considera izolat daca distanta fata de orificiul cel mai apropiat satisface conditia:

(4.17.1.)

a₀- distanta minima dintre doua orificii;

De asemenea, trebuie sa se tina seama de faptul ca nu toate orificiile izolate necesita compensare, ci numai cele care au diametrul mai mare decat valoarea rezultata din relatia:

(4.17.2.)

Cea mai utilizata metoda de compensare este cea realizata prin intermediul inelelor de compensare.

1. Pentru manta:

a₀ - distanta dintre racorduri;

d_i = 37 [mm];

S_p = 4 [mm]

C₁ = 0,02

2. Pentru virola:

d_i = 58 [mm];

S_p = 10 [mm];

C₁ = 0,02

Pentru manta d₀

d₀ = diametrul minim de compensare;

2. Pentru virola, fund, capac: d₀

d_{i manta} = 37 [mm];       d_{i virola} = 58 [mm];

d_{0 manta} = 856,90 [mm].                                  d_{0 virola} = 17,99 [mm].

Daca: d_racord > d₀ se compenseaza;

d_racord < d₀ nu se compenseaza.

Compensare virola

Grosimea echivalenta de calcul a inelului de compensare se determina prin incercari succesive astfel incat sa satisfaca inegalitatea:

     (4.17.3)

S_ci =

K_r = 1;

K_i = 1;

d- diametrul interior al racordului;

s- grosimea de proiectare a racordului;

s- grosimea de rezistenta a racordului, (grosimea virolei);

d_r = d_i = 58 [mm];

S_pr = S_p =10 [mm];

S_0r = 10 [mm];

S₀ = 7,99 [mm]

S₀ =

h- lungimea partii exterioare ale racordurilor care participa la compensare;

h- lungimea partii interioare ale racordurilor care participa la compensare;

=

Latimea inelului de compensare, L, se stabileste cu relatia:

(4.17.4)

Diametrele interior, D₁ si exterior, D₂, ale inelului de compensare sunt:

(4.17.5)

si

(4.17.6)

BIBLIOGRAFIE

1. Taca C.D., - "Calculul mecanic al utilajului chimic", Editura MATRIX ROM, Bucuresti, 2002