Proiect de an Utilaje Petrochimice-Petre Rev3

8/6/2019 Proiect de an Utilaje Petrochimice-Petre Rev3

1/87

Ciobanu Petre Proiect de an

UNIVERSITATEA PETROL-GAZE PLOIETI

A. TEM: Proiectarea mecanic a unui schimbtor de cldur tubularcunoscnd:

1. Tipul schimbtorului de cldur: cu cap mobil;2. Suprafaa de schimb de cldur: 150m2;3. Numrul de treceri in manta/evi: 1/2 M/T;4. Dispunerea evilor: in triunghi echilateral;5. Mediul tehnologic in manta/evi: ulei/apa;6. Presiunea de lucru in compartimentul manta/evi: 0,70/0,80 MPa;7. Temperatura de lucru in manta/evi: 220/500C;8. Presiunea de calcul in manta/evi: 0,85/0,95 MPa;9. Temperatura de calcul in manta/evi: 230/600C;10. Durata de serviciu: 12,5 ani;11. Viteza de coroziune: 0,15 mm/an. Adaos de coroziune: 2 mm

B. Coninutul memoriului tehnic:

1. Prezentarea constructiv-funcional a principalelor tipuri deschimbtoare de cldur.

2. Alegerea pe criterii tehnico-economice a materialelor, determinareacaracteristicilor mecanice elastice si fizice ale acestora, calcululrezisteelor admisibile si stabilirea coeficientului(coeficienilor) de

rezistena pentru imbinarile sudate.3. Calculul diametrului interior al mantalei si stabilirea dimensiunilor

constructive si de gabarit.4. Calculul de rezistena al principalelor elemente componente al

schimbtorului de caldur.5. Calculul de verificare al mantalei in dreptul suporilor de rezemare.6. Instruciuni privind montajul, intreinerea si exploatarea

schimbtorului de cldur proiectat.7. Norme de Securitate si Sanatate in Munca ce trebuie respectate la

realizarea unui schimbtor de cldur.8. Concluzii.9. Bibliografie.

C. Coninutul parii grafice:

1. Desenul de ansamblu.2. Subansamblul: camera de distribuie.

1


2/87


INTRODUCERE

Schimbtoarele de cldur servesc la realizarea transferului de cldur ntre doi agenitermici, n industria chimic, rafinrii i combinate petrochimice ndeplinind funcii multiple ca

prenclzitoare, nclzitoare, rcitoare, condensatoare i refierbtoare.Schimbtoarele de cldur la care transmiterea cldurii de la un agent termic la altul se

face prin un perete despritor (n general metalic), fr producerea de reacii chimice i fracumularea de cldur se numescschimbtoare de cldur n suprafa. Acestea se clasificdup urmtoarele criterii standardizate conform STAS 843575:

1) Operaia termic la care folosete schimbtorul de cldur (prenclzitor, nclzitor,rcitor, condensator sau vaporizator);

2) Starea de agregare a agenilor termici (lichid lichid, lichidgaz, lichidvapori, gazgaz i gazvapori);

3) Direcia i sensul de deplasare a agenilor termici (echicurent, contracurent, curentncruciat, curent mixt);

4) Configuraia peretelui despritor i forma constructiv dup acest criteriu sedeosebescschimbtoare de cldur tubulare (cu manta, fr manta i cu evi cuaripioare nalte) i schimbtoare de cldur netubulare.

Cele mai rspndite schimbtoare de cldur sunt cele cu fascicul tubular. Materialeleutilizate n construcia schimbtoarelor de cldur sunt n funcie de condiiile de exploatare i denatura fluidelor care circul prin schimbtor.

La executarea mantalei se folosete uzual oelul carbon.Fascicolul tubular se execut din evi de oel care constituie o clas special sub aspectulpreciziei diametrului exterior pentru care abaterile limit sunt severe n scopul realizrii uneimbinri mandrinate de calitate, STAS 937790.

Alegerea materialelor este condiionat de condiiile de exploatare:- oelul carbon - pentru utilizri generale;- oelul inoxidabil n condiiile utilizrii produselor corozive la temperaturi ridicate;- alam naval - pentru aparatele care folosesc ca agent de rcire apa de mare;- aluminiul i cuprul pentru condiiile exploatrii la temperaturi sczute.Cauza principal a scoaterii din funciune a instalaiilor din rafinrii i combinate

petrochimice o reprezint defectarea schimbtoarelor de cldur (cca. 36% din incidentele

funcionale).Principalele defectri survenite n exploatarea schimbtoarelor de cldur, sunt corodarea

corpului i fascicolului tubular i obturarea evilor datorit depunerilor. Acestea implic msurisistematice privind reducerea efectelor coroziunii (folosirea inhibitorilor de coroziune, alegereacorect a materialelor), exploatarea i ntreinerea corespunztoare.

2


3/87


CAPITOLUL 1PREZENTAREA CONSTRUCTIV-FUNCIONAL A

PRINCIPALELOR TIPURI DE SCHIMBTOARE DE CLDURUTILIZATE N PETROCHIMIE

1.1 DEFINIIA SCHIMBTORULUI DE CLDUR

Prin schimbtor de cldur se nelege un aparat sau o instalaie care are drept scop realizarea unuitransfer de cldur de la un corp mai cald la unul mai rece, n procese de nclzire nsoit eventual detopire, fierbere, vaporizare, uscare, etc. sau de rcire eventual nsoit de condensare cum sunt celedin cazanele de abur ori ap cald sau fierbinte, cuptoare, prenclzitoare, distilatoare, condensatoare, etc.

Cele dou corpuri n care are loc transferul de cldur sunt denumite purttori de cldur sau agenitermici; corpul mai cald care cedeaz cldura i se rcete, se numete agent sau purttor primar, iarcorpul mai rece care preia cldura cedat de primul i se nclzete, se numete agent sau purttor decldur secundar.

Din definiia schimbtoarelor de cldur se vede marea diversitatea a acestora, att din punct devedere constructiv ct i al calculului lor.

1.2 PRINCIPII GENERALE ALE CONSTRUCIEI SCHIMBTOARELOR DECLDUR

Construcia raional a diferitelor tipuri de schimbtoare de cldur este condiionat de respectareaunor condiii cerute acestor aparate. Dintre acestea trebuiesc menionate:- respectarea condiiior de desfurare a proceselor tehnologice (la nclzirea sau la rcireaprodusului), care asigur buna calitate a acestuia;- construcie simpl, compact, cu greutate mic i cu cost redus;- construcie uor de montat i de reparat;- siguran n funcionare i comoditate n exploatare.

Soluiile particulare de realizare constructiv a schimbtoarelor de cldur sunt foarte diferite. ncele ce urmeaz vom examina pe scurt civa factori constructivi ai schimbtoarelor de cldur. Acesteinformaii sunt grupate n aceeai ordine ca i condiiile cerute schimbtoarelor de cldur, ele putnd ficonsiderate drept principalele caracteristici ale unor aparate termice raional executate.

1.2.1 RESPECTAREA CONDIIIOR DE DESFURARE A PROCESELOR TEHNOLOGICE

n acest sens au importan urmtorii factori:- meninerea condiiilor de temperatur necesare procesului, prin alegerea unei suprafee

convenabile de nclzire sau de contact ntre agenii termici, prin alegereacorespunztoare a agentului termic de nclzire sau de rcire, prin posibilitatea reglriitemperaturilor agenilor termici;

- durata de rmnere n aparat a produsului, care este legat de caracterul staionar saunestaionar al procesului i de vitezele reale ale produsului;

- proprietile chimce ale agenilor termici, care determin alegerea materialelor deconstrucie a aparatului i a calitii lor anticoriosive;

- presiunile agenilor termici, care determin forma aparatului i a elementelor lui,dimensiunile pieselor, calitatea materialelor, modul de mbinare i de etanare ale

diferitelor pri.

3


4/87


1.2.2 PRODUCTIVITATEA I EFICIENA ECONOMIC A APARATELOR

Este necesar s se in seama de urmtorii factori, legai de creterea intensittii transmiteriicldurii i, in aceli timp, de realizarea rezistenelor hidraulice optime ale aparatelor:

- alegerea vitezelor agenilor termici monofazici (n general trebuie s se tind sprerealizarea unei curgeri turbulente a agenilor monofazici);- alegerea direciei relative de deplasare a agenilor termici (n cazul agenilor termici

monofazici, rezulatele cele mai bune le dau de obicei schimbtoarele de cldur cucontracurent);

- asigurarea condiiilor optime pentru schimbarea strii de agregare a ageniolr termici (deexemplu, alegerea locului de introducere a vaporilor i de evacuare a condensatului i agazelor necondensate, asigurarea circulaiei lichidului care se vaporizeaz i a niveluluioptim la vaporizare, etc.)

- realizarea, pe ct posibil a unor rezistene termice de valori ct mai apropiate de celedou pri ale suprafeei de nclzire i alegerea, n caz de nevoie, a unor tipuriconstructive speciale de aparate, cu suprafee cu nervuri sau cu aripioare;

- prentmpinarea murdririi suprafeei de nclzire i asigurarea posibilitii unei cuririuoare a depunerilor de pe suprafaa de nclzire:

- ndeprtarea spaiilor moarte i a volumelor inutile din aparate.

1.2.3 CONSTRUCIA SIMPL I COSTUL REDUS

Aceste caracteristici ale schimbtoareloe de cldur sunt determinate de urmtorii factori:- alegerea configuraiei suprafeei de nclzire (cea mai simpl este construcia cu evi);- dispoziia i modul de fixare a evilor n placile tubulare;- prezena i tipul pereilor despritori (mai ales la aparatele cu mai multe treceri n spaiul

dintre evi);

- prezena i caracterul etanrilor (mai ales la aparatele de nalt presiune);- alegerea metodelor de prelucrare a pieselor aparatelor;- aezarea colectoarelor, a capacelor si a fundurilor;- calitatea materialelor folosite la fabricarea aparatelor;- alegerea lungimii i diametrelor evilor, precum i a dimensiunilor de gabarit ale

aparatelor, legate de acestea;- standardizarea pieselor.

1.2.4 UURINA MONTRII I REPARRII

Aceasta are o mare importan pentru reducerea la minimum a timpului de lucru, pentru realizareaunor operaii ct mai simple i a unor consumuri minime de materiale. Aceti factori sunt legai direct de

muli alii, examinai anterior n legtur cu realizarea unor aparate simple.

1.2.5 SIGURANA N FUNCIONARE I COMODITATEA N EXPLOATARE

Din acest punct de vedere, trebuie s se ine seama de urmtorii factori:- compensarea dilatrilor termice ale pieselor aparatelor, evitndu-se construciile rigide;- rezistena i etaneitatea imbinrilor demontabile ale pieselor aparatului;- prevenirea coroziunii chimice a materialelor din care sunt executate piesele aparatului;- posibilitate de acces la suprafaa de nclzire revizie i curire;- legarea uoar a aparatelor cu conductele;- uurina controlului asupra funcionrii n condiiile de exploatare.

Factorii indicai mai sus nu epuizeaz,desigur, toate criteriile care au importan la construireaschimbtoarelor de cldur. Dar chiar i aceast enumerare incomplet a lor ne arat c este necesar s seacorde o deosebit atenie alegerii tipului constructiv i realizrii schimbtoarelor de cldur.

4


5/87


Aceti factori sunt destul de diferii, iar unii dintre ei chiar contradictorii. Astfel, de exemplu,realizarea unei construcii compacte duce deseori la scumpirea acesteia; o construcie simpl micoreazuneori sigurana n funcionare a schimbtorului de cldur, etc. Dar tocmai rezolvarea acestor cerinecontradictorii constituie o baz pentru realizarea unor construcii raionale de schimbtoare de cldur

Construirea raional a schimbtoarelor de cldur este strns legat de calculul lor. Un rolimportant in aceast privin l joac calculele termice, hidraulice i mecanice, bazate pe cele mai noi datetiinifice, care permit o alegere fundamental a principalelor caracteristici ale aparatelor, contribuie lamrirea productivitaii lor i conduc la economii n consumul de metal pentru fabricarea aparatelor.

O dat cu tipizarea construciilor raionale, dezvoltarea schimbtoarelor de cldur este legat deintensificarea proceselor de productie, de mrirea productivitii echipamentului, de dezvoltareaaparatului de nalt presiune, de folosirea unor noi materiale i metode de prelucrare a acestora, dedezvoltarea automatizrii controlului i conducerii.

1.3 ALEGEREA PURTTORILOR DE CLDUR

n numeroase cazuri, unul sau ambii purttori de cldur sunt impui, astfel c alegerea purttorilornu este ntotdeauna liber. ntr-adevr de exemplu n cazul unui schimbtor destinat recuperrii cldurii

dintr-o resurs energetic refolosibil termic, purttorul de cldur corespunztor acestei resurse esteimpus, i numai de purttorul de cldur ce urmeaz a fi nclzit este eventual la libera alegere aproiectantului schimbtorului de cldur; s-a spus eventual, pentru c se poate ca i schimbtorul decldur ce urmeaz a fi nclzit pe baza cldurii cedate de resursa energetic refolosibil s fie impus, fiede necesitile proceselor n care el va fi folosit in continuare ca agent nclzitor, fie de faptul c estevorba de o nclzire direct a unei materii fluide sau a unui subprodus ori a uni produs tehnologic fluid,nclzire cerut de un proces tehnologic oarecare.

De asemenea, n cazul cnd un schimbtor de cldur are alt rol dect cel de recuperator (are deciun rol pur tehnologic) este posibil ca ambii purttori s fie impui de natura tehnologic (rcirea unuia,precum i nclzirea celuilat fiind cerute de tehnologie) sau ca agentul ce urmeaz a fi nclzit s fienumai el impus (fiind o materie prim, un subprodus sau un produs tehnologic n stare fluid) i numaiagentul nclzitor s fie la libera alegere, n msura n care nu este i el impus prin faptul existenei i

disponibilitii lui prealabile n cadrul unitii industriale respective.Pentru a corespunde din punct de vedere tehnic i economic scopului n care sunt destinai,

purttorii de cldur ce pot fi liber alei trebuie s indeplineasc urmtoarele condiii:- s fie avantajoi din punct de vedere termodinamic i anume produsul dintre greutateaspecific i cldura specific s fie ct mai mare, s aib cldura de vaporizare mare i uncoeficient de schimb de cldur superficial ct mai ridicat, n scopul realizrii uni debit decldur ct mai ridicat la un debit de agent termic ct mai mic, deci al realizrii uneiconstrucii ct mai compacte a scimbtorului de cldur; de asemenea purttorul de cldurtrebuie poat avea temperaturi ct mai mari la presiuni mici, ceea ce conduce la o greutatemai redus a aparatului;- s fie avantajoi din punct de vedere hidrodinamic, i anume s aib o vscozitate ct mai

mic;- s fie stabili din punct de vedere termic i neagresivi asupra materialelor din care esteconstruit aparatul, chiar sub aciunea ndelungat a unor temperaturi ridicate;- s nu formeze depuneri pe supafeele de contact, acestea ducnd att la micorareacoeficientului global de trecere a cldurii (micornd transferul de cldur), ct i aseciunilor de trecere a agentului prin aparat; n cazul formrii de depuneri, acestea trebuie spoat fi uor nlturate cu mijloace tehnice economice i cu ntreruperi minime nfuncionarea aparatului;- s fie ieftini i destul de rspndii, deoarece unele cheltuieli majorate pentru alegerea unorpurttori de cldur deosebii, pot fi uor recuperate prin micorarea altor cheltuieli deexploatare i a investiiei corespunztoare schimbtorului de cldur.

La alegerea purttorilor de cldur este necesar, ca n fiecare caz n parte, s se in seama n

amnunt de toate instalaiile aferente schimbtoarelor de cldur, i anume att de condiiile funcionalect i de cele econmice, acestea fiind bineneles subordonate celor funcionale.

5


6/87


1.4. CLASIFICAREA SCHIMBTOARELOR DE CLDUR

Tipurile i construciile schimbtoarelor de cldur sunt foarte diferite (vezi SR EN 13445-3). Deaceea, este necesar o clasificare a schimbtoarelor de cldur, tinnd seama de particularitile lorfuncionale i constructive.

Dup modul de transmitere a cldurii, schimbtoarele de cldur pot fi mprite n dou grupe:aparate de suprafa i aparate de amestec.

Laschimbtoarele de cldur de suprafa, agenii termici (primar i secundar) sunt despriiprintr-un perete (suprafaa de transmitere a cldurii sau suprafaa de nclzire) dintr-un material bunconductor de cldur, prin care se transmite cldura.

Laschimbtoarele de cldur de amestec, agenii termici se amestecdirect unul cu altul, amestecarea fiind nsoit de o transmitere a clduriide la un agent la altul.

Schimbtoarele de cldur de suprafapot fi mprite n urmtoarele clase caracteristice:

I. Dup destinaia schimbtoarelor de cldur, deosebim:- prenclzitoarele, folosite pentru nclzirea diferitelor substane lichide sau gazoase

necesare industriei ;- rcitoarele, folosite pentru rcirea gazelor sau a lichidelor (produse industriale)

In afar de acestea, poate fi menionat o mare grup de schimbtoare cldur denumite condensatoare,folosite pentru condensarea vaporilor. Pe lng procesul de condensare a vaporilor n care, dup cumse tie, temperatura acestora rmne constant, n condensatoare mai are loc i nclzirea agentuluitermic de rcire (de cele mai multe ori ap).

II. Dup direcia de deplasare a agenilor termici deosebim :

- aparate cu echicurent (fig.1.1), n care agenii termici se deplaseaz n acelai sens;

Fig. 1.1 Schimbtor de cldur tubular orizontal cu echicurent,cu o singur trecere

(construcie rigid)

- aparate cu contracurent (fig.1.2) n care agenii termici se deplaseaz, n sensuri contrare;

Fig. 1.2 Schimbtor de cldur vertical cu contracurent, cu o singur trecere

6


7/87


- aparate cu curent ncruciat (fig.1.3), n care agenii termici se deplaseaz n direciiperpendiculare una pe alta;

- aparate cu curent mixt (fig.1.4) n care direciile de deplasare ale agenilor termici potforma diferite combinaii, din cele indicate mai sus (o parte - echicurent, o parte -contra curent, etc).

Fig. 1.3 Schimbtor de cldur cu curent ncruciat

Fig. 1.4 Schimbtor de cldur cu curent mixt, cu perei despritori longitudinali n spaiul dintre evi

III. Dup numrul de treceri deosebim schimbtoare de cldur :- cu o singur trecere (fig.1.1 i fig.1.2), n care agenii termici se deplaseaza pe o

singur cale, fr s-i schimbe sensul de micare;- cu mai multe treceri (fig.1.5 i fig.1.6) n care agenii termici se deplaseaz prin ctevaci, schimbndu-i succesiv sensul de micare.

Fig. 1.5 Schimbtor de cldur cu mai multe treceri (n spaiul din interiorul evilor)

Fig. 1.6 Schimbtor de cldur cu mai multe treceri (n spaiul dintre evi)

7


8/87


O particularitate constructiv a schimbatoarelor de cldur cu mai multe treceri este prezenapereilor despritori, care fa de axa geometric a aparatului, pot fi longitudinali sau transversali. Infuncie de dispoziia pereilor despritori, aparatele pot avea mai multe treceri n spaiul din interiorulevilor (fig.1.5), n spaiul dintre evi (fig.1.6) sau simultan n spaiul din interiorul evilor ct i n celdintre evi (fig. 1.7).

Fig. 1.7 Schimbtor de cldur cu mai multe serpentine(att n spaiul din interiorul evilor ct i n spaiul dintre evi)

IV. Dup starea de agregare a agenilor termici, deosebim:

- schimbtoare de cldur vapori-lichid;- schimbtoare de cldur lichid-lichid;- schimbtoare de cldur gaze-lichid;- schimbtoare de cldur gaze-gaze etc, n funcie de ageniitermici care acioneaz reciproc n procesul de transmitere a cldurii.

V. Dup configuraia suprafeelor de nclzire deosebim:- aparate tubulare, a cror suprafa de nclzire este compus dinevi drepte (de exemplu fig.1.1);- aparate cu serpentine, a cror suprafa de nclzire este compusdin serpentine (fig.1.8 i fig.1.9);

Fig. 1.8 Schimbtor de cldur cu serpentin cilindric

Fig. 1.9 Schimbtor de cldur nnecat, cu serpentin plan

8


9/87


- aparate de tipuri speciale (cu plci, cu nervuri, cu aripioare, cu ace, n fagure,spirale etc.); elementele componente ale acestora sunt reprezentate n fig.1.10;

Fig. 1.10 Elemente constructive ale schimbtoarelor de cldur: a-cu plci i curent ncruciat; b-cu

nervuri; c-cu aripioare; d-form acicular; e-cu fagure; f-cu spiral

- aparate combinate, a cror suprafa de nclzire este compus din elemente deconfiguraie diferit (de exemplu, din evi drepte i din serpentine, ca n fig. 1-11).

Fig. 1.11 Schimbtor de cldur combinat (tubular cu serpentin)

Din marea grup a aparatelor tubulare (ca i a unor alte aparate) putem meniona :- aparate verticale, n care elementele suprafeei de nclzire (de exemplu, evile)sunt aezate vertical (fig. 1.1);

- aparate orizontale (fig. 1.12);- aparate nclinate.

9


10/87


Fig. 1.12 Schimbtor de cldur tubular, cu corp alunector

VI. Dup materialul din care este construit suprafaa de nclzire sau de transmitere a clduriiputem deosebi:

- aparate metalice, a cror suprafa de nclzire este executat din metal;- aparate nemetalice, a cror suprafa de nclzire este executat din materiale nemetalice

bune conductoare de cldur (de exemplu, din materiale ceramice, din grafit etc).

VII. Dup rigiditatea construciei schimbtoarelor de cldur tubulare, deosebim :- aparate de construcie rigid, care nu permit compensarea dilatrii elementelor din care

sunt compuse (evi i mantale);- aparate de construcie elastic, la care se prevede compensarea total a dilatrii

elementelor componente (schimbtoare de cldur cu corp alunector, cu presetupe laplcile tubulare,cu evi n form de U, cu evi duble, etc.)

- aparate de construcie semielastic, cu o compensare parial a dilatrilor.Schema unui schimbtor de cldur tubular de construcie rigid este prezenat n fig.1.1, cea a

schimbtorului de cldur construcie elastic n fig.1.12...fig 1.15, iar cea a schimbtorului de cldurconstrucie semielastic in fig.1.16.

Fig. 1.13 Schimbtor de cldur tubular, cu evi n form de U

Fig. 1.14 Schimbtor de cldur tubular, cu evi duble

Fig. 1.15 Schimbtor de cldur tubular, cu compensator cu prestup

10


11/87


Fig. 1.16 Schimbtor de cldur tubular, cu compensator n form de lentil

VIII. Dup caracterul regimului termic al aparatului deosebim:- aparate cu regim termic staionar, la care temperaturile agenilor termici ntr-un sector dat

al suprafeei de nclzire nu varieaz in timp;- aparate cu regim termic nestaionar, la care condiia menionat mai sus nu este respectat.

Din prima grup fac parte aparatele cu aciune contunu (schimbtoarele de cldur propriu-zise),iar din cea de-a doua grup schimbtoarele de cldur cu aciune periodic(ntlnite de cele mai multe orica aparate de reacie).

IX. Dup construcie schimbtoarele de cldur tubulare i cu serpentine, se pot mpri n :- aparate elementare (fig.1.17) compuse dintr-o eava (eava n eava") sau dintr-un numrmic de evi aezate ntr-un corp;

Fig. 1.17 Schimbtor de cldur monotubular elementar (eav n eav)

- aparate cu manta (fig.1.1i fig.1.2), compuse dintr-un numr mare de evi nchise ntr-omanta comun (corp);

- aparate necate (fig.1.9), compuse din elemente scufundate ntr-un corp;- aparate cu stropire (fig.1.18), stropite direct de agentul termic i care nu au un corpdespritor.

Fig. 1.18 Schimbtor de cldur cu stropire

n afar de acestea, putem meniona :a.) aparate ntr-un singur corp (fig.1.1 sau fig1.17),. compuse dintr-un singur corp, manta sau

element;b.) aparate cu mai multe corpuri sau secionale (cu mai multe elemente) compuse din dou sau mai

multe corpuri, mantale sau elemente legate n serie (fig.1.19 i fig.1.20).

11


12/87


Fig. 1.19 Schimbtor de cldur din mai multe elemente (secional)

Fig. 1.20 Schimbtor de cldur tubular, cu manta i cu dou corpuri

Tot aici trebuie menionate aparatele cu cma, la care suprafaa de nclzire este reprezentat depereii aparatului (fig.1.21).

Fig. 1.21 Schimbtor de cldur cu cma

12


13/87


n euronorma SR EN 13445-3 terminologia componentelor schimbtoarelor de cldura sunt prezentate nfigura de mai jos.

13


14/87


CAPITOLUL II

ALEGEREA PE CRITERII TEHNICO-ECONOMICE AMATERIALELOR, DETERMINAREA CARACTERISTICILOR

MECANICE, ELASTICE SI FIZICE ALE ACESTORA, CALCULULREZISTENELOR ADMISIBILE I STABILIREA COEFICIENTULUI(COEFICIENILOR) DE REZISTEN PENTRU MBINRILOR

SUDATE

n cadrul acestui subcapitol se vor alege materialele necesare confecionrii mantalei,camerei de distribuie, fascicolului tubular si a celorlalte elemente necesare schimbtorului decldur.

2.1 ALEGEREA PE CRITERII TEHNICO-ECONOMICE A MATERIALELOR

Proiectarea tehnologic a unui schimbtor de cldur necesit o serie de informaiisuplimentare referitoare la destinaia aparatului, tipuri constructive de aparate, agresivitateafluidelor fa de diverse materiale care pot fi utilizate pentru confecionarea mantalei si atuburilor fascicolului tubular.

n construirea, montarea sau repararea recipientelor pot fi folosite materiale prevzute inSR EN 13445-2 Recipiente sub presiune nesupuse la flacr Partea 2:Materiale care s rezistela solicitri mecanice (statice i dinamice), termice, chimice, corespunztor condiiilor deexploatare n vederea funcionrii in condiii de siguran a instalaiei.

Alegerea mrcilor materialelor se va face din gama celor tipizate sau echivalente aleacestora conform reglementrilor n vigoare.

Se aleg urmtoarele materiale pentru principalele pari componente ale schimbtorului decldur, tabel 2,1:Nr.crt

Denumire element schimbtor de cldur Marca materialeStandardSTAS SR EN

1 Manta Virol K410.2b P265GH 10028-2Flan K460.2b P295GH 10028-2

2 Fascicul tubular eava OLT35K P235GH 10216-2Plci tubulare K460.2b P295GH 10028-2icane K410.2b P265GH 10028-2

3 Camer de distributie Capac plat K460.2b P295GH 10028-2Virol K410.2b P265GH 10028-2Flan K460.2b P295GH 10028-2

4 Racorduri manta sicamer de distribuie

Flan cu gt K460.2b P295GH 10028-2eava OLT35K P235GH 10216-2Inel de ntrire K410.2b P265GH 10028-2

5 Capac mare Virola K410.2b P265GH 10028-2Fund elipsoidal K410.2b P265GH 10028-2Flan K460.2b P295GH 10028-2

6 Suport de rezemare tip a K410.2b P265GH 10028-27 Capac flotant Calot sferic K410.2b P265GH 10028-2

Flan K460.2b P295GH 10028-2

8 Organe de asamblare Prezon 42MoCr11 21CrMoV5-7 11269-2Piuli OLC45AS-K C45E 10269-2

14


15/87


16/87


Compoziie chimic: Tabelul2.3Marca deoel

C Mn Si P S Al

P265GH max 0,2 0,5...13 max. 0,35 max. 0,035 max. 0.030 0,02...0,035

Pentru confecionarea racordurilor i fascicolului tubular se aleg ca materiale P235 GH(racord cu gt, evi) conform SR EN 10216-3:2003 si P295 GH (racord forjat, flane) conformSR EN 10028-2:2004 [12].

SR EN 10216-2:2003 se refer la mrcile i condiiile tehnice de calitate ale oelurilornealiate i aliate, rezistente la temperaturi i presiuni ridicate utilizate n principal pentru evi.

SR EN 10028-2:2003 stabilete condiiile tehnice de calitate pentru piesele forjate din oelcarbon de calitate i aliate pentru cazane i recipiente sub presiune cu grosimea de maxim 500mm. Prescripiile standardului nu se aplic pieselor forjate cu grosimi peste 500 mm ; pentruaceste piese forjate condiiile tehnice de calitate se stabilesc prin acord ntre pri.

Piesele forjate se obin din lingouri sau semifabricate forjate sau laminate. Suprafeele

pieselor forjate nu trebuie s aib crpturi, incluziuni nemetalice, urme de retasur vizibile cuochiul liber.

Piesele forjate se livreaz n stare tratat termic. Ele trebuie s fie marcate prin poansonarecu urmtoarele specificaii :

- marca de fabricare a ntreprinderii producatoare ;- marca oelului ;- numarul arjei ;- simbolul tratamentului termic aplicat ;- categoria piesei ;- semnul organului de control tehnic al calitii ;- numarul lotului de tratament termic.

Caracteristici mecanice: Tabelul 2.4

Marca de oelLimita de curgere la20oC; C20[N/mm2]

Rezistena la traciune;Rm20[N/mm2]

Alungirea la rupere;A5 [%]

P235 GH 235 340...440 22P295 GH 295 450...590 18

Compoziie chimic: Tabelul 2.5

Marca deoel C Mn Si P S Al

P235 GH max. 0.17 0,4...0,9 0,15...0,35 max. 0,04 max. 0.04 0,02...0,045

P295 GH 0,12...0,2 0,9...1,4 max. 0,4max.0,035

max. 0,03 0,02...0,035

Pentru confecionarea organelor de asamblare (uruburile cu care se realizeaz mbinrileflanelor) se aleg ca materiale 21CrMoV5-7 (prezoane) i C45E (piulie) n conformitate cu

SR EN10269:2002.Acest standard se refer la oelurile carbon de calitate i oelurile aliate folosite la

fabricarea organelor de asamblare destinate utilajelor i instalaiilor sub presiune, care lucreaz la

temperaturi cuprinse ntre 100oC i 550oC, respective n medii care provoac fenomenul decoroziune fisurant sub tensiune.

16


17/87


Caracteristici mecanice: Tabelul 2.6

Marca de oelLimita de curgere la20oC; C20[N/mm2]

Rezistena la traciune;Rm20[N/mm2]

Alungirea la rupere;A5 [%]

21CrMoV5-7 590 780 14

C45E 350 590 19

Compoziie chimic: Tabelul 2.7Marca deoel

C Mn Si Cr Ni Mo P S

21Cr-MoV5-7

0,17...0,25

0,40...0,80

0,17

...0,40

1,2...1,5

max.0,6

0.5 5...0,8

max.0,030

max.0,030

C45E0,42...0,5

0,5...0,8

0,17...0.37

max 0,3max.

0,3-

max.0,035

max.0,035

Caracteristicile mecanice la temperatura de calcul:

Limita de curgere convenional(tehnic) se calculeaz prin interpolare cu relaia:

( )121

21

1 tttt

t

c

t

ct

c

t

c

+=

, [N/mm2] , [N/m2];

n care: tc - limita de curgere convenional la temperatura de calcul, [N/mm2] , [N/m2];

1tc - limita de curgere convenional la temperatura imediat inferioar temperaturii de

calcul, [N/mm2] , [N/m2];

2tc - limita de curgere convenionala la temperatura imediat superioara temperaturii de

calcul, [N/mm2] , [N/m2];t - temperatura de calcul, [oC];t1 - temperatura imediat inferioar temperaturii de calcul, [oC];t2 - temperatura imediat superioar temperaturii de calcul, [oC].

2.1.2 CALCULUL REZISTENELOR ADMISIBILE I STABILIREACOEFICIENTULUI DE REZISENT PENTRU MBINRILE SUDATE

a) Calculul rezistenei admisibile la 20o C (20

a )

Calculul rezistenei admisibile se face cu urmtoarea formul:

=20a min

c

c

r

r

cc

2020

;

, [N/mm2] , [N/m2];

17


18/87


n care:20

a - este rezistena maxim admisibil a materialului, [N/mm2] , [N/m2];

( )20 2,020

pc R - este limita tehnic de curgere a materialului, [N/mm2] , [N/m2] ;

( )mr R - este limita de rupere a materialului, [N/mm2] , [N/m2] ;

cr - este coeficientul global de siguran fa de rezistena la rupere a materialului;Se adopt : cr = 3,5.cc - este coeficientul global de siguran fa de limita tehnic de curgere a materialului;

Se adopt : cc = 1,5 .

b) Calculul rezistenei admisibile la temperatura de calcul )(t

a

Se noteaz cu t[oC] temperatura de calcul a componentei de utilaj considerate. Printemperatur de calcul se nelege valoarea maxim a temperaturii de regim a peretelui metalic ncele mai severe condiii de solicitare mecanic.

Potrivit prescripiilor tehnice ISCIR. C4/1-2003, tensiunea admisibil a materialului debaz, la temperatura de calcul tse stabilete cu urmtoarele formule:

=ta min { }tat

a 21; , [N/mm2] , [N/m2];

n care:t

a1 - reprezint tensiunea admisibil a materialului de baz n funcie de strile limit de

curgere i de iniiere a ruperii, respectiv este acea tensiune admisibil specific solicitrilor descurt durat (independente de factorul timp) i se calculeaz cu relaia :

t

a1 = min

c

t

c

r

r

t

cc

; , [N/mm2] , [N/m2];

unde: tc este limita de curgere convenional ( tehnic ) la temperatura de calcul n N/mm2 ;t

a 2 - reprezint tensiunea admisibil a materialului de baz stabilit n funcie de strilelimit dezvoltate n condiii de fluaj ( ruperea sau distrugerea prin fluaj ) i starea limit dedeformaie prin fluaj. Se calculeaz cu relaia :

t

a 2 = min

d

t

d

f

t

f

cc

; , [N/mm2] , [N/m2];

unde : tf = Rt

100000/1 este limita tehnic de fluajLimita convenional ( tehnic ) de fluaj, reprezint acel efort unitar , corespunztor

seciunii iniiale a epruvetei i unei anumite temperaturi constante date, pentru care ntr-uninterval de timp determinat, egal n general cu durata maxim de serviciu s - rezult o anumit

deformaie remanent de fluaj sau o anumit vitez de fluaj wfmin. . Se exprim n N/mm2

iare simbolul f .t

r

t

dR

100000/= este rezistena tehnic de durat.Rezistena convenional ( tehnic ) de duratreprezint acel efort unitar , corespunztorseciunii iniiale a epruvetei, pentru care, la o anumit temperatur constant dat, survinedistrugerea ( ruperea ) prin fluaj ntr-un interval de timp determinat r= . Se exprim n

N/mm2 i are simbolul d .Valorile coeficienilor de siguran se stabilesc n funcie de modul de prelucrare al

materialului de construcie i de agresivitatea mediului tehnologic sau a mediului de lucru:a) n cazul oelurilor prelucrate prin deformare plastic (laminate, forjate, matriate, cuexcepia celor turnate) se impun urmtoarele valori :

- pentru medii de lucru obinuite care nu provoac coroziunea fisurant sub sarcin i/sau carenu sunt letale

18


19/87


cr = 2,4; cc = 1,5; cf = 1,0 ; cd = 1,5.cf - coeficientul de siguran fa de limita tehnic de fluaj ;cd - coeficientul de siguran fa de rezistena tehnic de durat.

- dac mediul de lucru este letal i (sau) provoaca coroziunea fisurant sub sarcin (CORFIS),coeficientul de sigurana se majoreaz cu circa 20% dup cum urmeaz :

cr = 3,0; cc = 1,8; cf= 1,2; cd = 1,8.b) n cazul oelurilor turnate coeficienii de siguran precizai anterior se majoreaz dupcum urmeaz :

- la elementele supuse controlului bucat cu bucat (control defectoscopic) coeficieniise majoreaz de 1,5 ori ;

- daca controlul nu se face bucata cu bucat, coeficienii de siguran definii anterior semajoreaz de 1,4 ori.

Caracteristicile mecanice privind fenomenul de fluaj se iau n consideraie dactemperatura de calcul ta materialului utilajului proiectat ndeplinete condiia :

t f ttn care :

tt - este temperatura de topire a materialului, [oC];f - este coeficientul care are valorile :

- 0,3 pentru materiale pure ;- 0,4 pentru oeluri ;- 0,6 pentru aliaje speciale.

n cazul oelurilor caracteristicile mecanice privind fluajul ( f , d , a 2 ) se iau nconsideraie de la temperatura 380oC.

n cazul n care se proiecteaz un schimbtor ce vehiculeaz produse toxice, letale,explozive sau care provoac coroziune fisurant sub tensiune, coeficienii de siguran anteriori( cr, cc, cd, cf) se majoreaz cu 20%.

A. Pentru oelul P295GH avem:

r= 450...590 N/mm2

20

a = min

5.1

295;

4.2

450= min(187,5 N/mm2; 196,6 N/mm2 )

20

a =187,5 N/mm2

( ) 6,237)200228(250200

2282502501

21

21

1 =

+=

+= tttt

t

c

t

ct

c

t

c

N/mm2

230a =min

5.16,237;

4.2450 230a =min(187,5;158,4) N/mm2

230

a = 158,4N/mm2

B. Pentru oelul P265GH avem:

r= 410...530 N/mm2

19


20/87


21/87


E. Pentru oelul 21CrMoV5-7 avem:

r= 780 N/mm2

20

a

= min

5.1

590;

4.2

780= min(325 N/mm2; 393,3 N/mm2 )

20

a =325N/mm2

( ) 488)200230(300200

4605005001

21

21

1 =

+=

+= tttt

t

c

t

ct

c

t

c

N/mm2

230

a =min

5.1

488;

4.2

780 230a =min(325;325,3) N/mm2

230

a = 325N/mm2

2.2 CALCULUL COEFICIENILOR DE REZISTENAL MBINRILOR SUDATE

Pentru micorarea pierderilor de cldur spre exterior, pe mantaua schimbtorului de cldur seaplic un strat de izolaie termic, grosimea acesteia rezultnd pe baza pierderilor de energie termicadmise prin izolaie i se va folosi vata mineral.

In cazul utilajelor de rafinrie, la care mbinarea elementelor componenete se realizeaz prinsudare, pentru determinarea i alegerea rezistenei admisibile este necesar s se in seama i de

coeficientul de sudur numit i cifra de calitate a cordonului de sudur, notat cu .Coeficientul de rezisten cuprinde o serie de factori dintre care cei mai importani sunt:- tipul mbinrii sudate;- modul i mijloacele de control ale cordonului (radiografiere,ultrasunete);- proprietile fizico-mecanice ale mbinrii prin sudare.

ntruct la nivelul mbinrilor sudate se produce o diminuare a capacitii portante att la nivelulcusturii ct i n zona influenat termic se materializeaz defecte de material i structur, zonele aferenteacestor mbinri sudate se caracterizeaz printr-o ncrcare mai mic dect a materialului de baz.

n aceste condiii pentru o dimensionare corespunztoare a componentelor de utilaj este necesarcorectarea tensiunilor admisibile ale materialului de baz corespunztor diminurii capacitii portante lanivelul mbinrii sudate.

Se definete tensiunea admisibil a unui material la nivelul imbinrii sudate:

a,st= a t , [N/mm2] , [N/m2],n care :

1 este coeficientul de calitate ( sau coeficientul de rezisten sau cifra de rezisten ) ambinrii sudate;

Acest coeficient de rezisten reflect diminuarea capacitii de rezisten a materialului la nivelulcusturii i n ZIT.Formula general pentru calculul coeficientului de rezisten al sudurii este urmtoarea:

= k1 k2 k3 k4 on care:

k1 - este coeficientul de corecie ce ine seama de sudabilitatea materialului de baz.k2 - este coeficientul de corecie ce ine seama de tratamentul termic de detensionare.k3 - este coeficientul de corecie ce ine seama de examinarea defectoscopic nedistructiv prin

radiografie sau gamagrafiere.

21


22/87


k4 - este coeficientul de corecie ce ine seama de ncercrile mecanice distructive i de examinareaaspectului exterior.

o - este coeficientul teoretic sau maxim al mbinrii sudate n funcie de tipul mbinrii sudate ; demodul de prelucrare al marginilor pieselor ; de procedeul de sudare. Valoarea se alege din [5],pag. 143, tab. 4.19.

Determinarea cifrei de calitate a mbinrii sudate se face cu relaia :% Mn + % Cr + % Ni + %SiValorile coeficienilor se aleg din [5], pag. 144, tab. 4.20.

Pentru oelul P265GH, avem :% Mn + % Cr + % Ni + % Si = 1.85 %

Din [2], tab. 4, pag. 142, oelul se ncadreaz n grupa de sudabilitate I a (simbol B). Corespunztoracestei grupe de sudabilitate se aleg valorile coeficienilor de corecie :

k1 =1, grupa I de sudabilitate;k2 = 0.94, nu se face tratament termic de detensionare;k3 = 0.95, examinarea defectoscopic nedistructiv este parial;k4 = 1, ncercri mecanice pariale.

Sudur cap la cap n X, execuie automat sub flux: 0 = 1

Deci, avem c : = 1 1 0.94 0.95 1 = 0.89Rezistena admisibil a materialului la temperatura de calcul este :t

a = 129,86 N/mm2 t

a

t

as *= = 115,57 N/mm2Pentru oelul P235GH folosit pentru evi, avem :

% Mn + % Cr + % Ni + %Si=0,8 % + 0, % + 0 % + 0,3 % = 1,1 %k1 =1, grupa I de sudabilitate;k2 = 1, se face tratament termic de detensionaresudur plac tubular;k3 = 0.95, examinarea defectoscopic nedistructiv este total;k4 = 1, ncercri mecanice complete, se execut n totalitate.

Se alege: o =0.8, se va face sudur incomplet pe o singur parte fr completare la rdcin, WIGnormal .

Deci, avem c : = 0.8 1 1 1 1 = 0.8.Rezistena admisibil a materialului la temperatura de calcul este :t

a = 115.33 N/mm2 t

a

t

as *= = 92.26 N/mm2

CAPITOLUL III

CALCULUL I ALEGEREA DIMENSIUNILOR TEHNOLOGICE IDE GABARIT ALE SCHIMBTORULUI DE CLDUR

Aceast etap are drept scop verificarea corelaiilor existente ntre aria suprafeei de schimb decldur, numrul si dimensiunile evilor,respectiv diametrul interior al mantalei. n alegerea numrului idimensiunilor evilor se va ine cont ca datorit grosimii plcii tubulare i a grosimii cumulate a icanelor

22


23/87


transversale, precum i datorit modului de amplasare a racordurilor nu se poate asigura o suprafaintegral de utilizare a plcii tubulare. Suprafaa efectiv de schimb de cldur trebuie s fie egal cusuprafaa tehnologic.Pentru materialul tubular, se aleg evi cu urmtoarele caracteristici:

- diametrul exterior de= 25 mm;- lungimea evii LT = 6000 mm;- pasul de dispunere t = 1.25 de, deci t = 1.25 25 = 31,3 mm, se adopt t = 32mm;- diametru interior di = 20 mm;- numrul de evi se calculeaz cu formula:

innd cont c pentru realizarea suprafeei de schimb de cldur A, n m2, se folosesc evi culungimea LT i diametrul exterior de, se poate deduce numrul de evi necesare realizriisuprafeei de schimb de cldur A:

22,3346000*25*

10*150*05,1

**

* 6'===

Te Ld

Akn

Se alegen = 336 evi

.

evile i orificiile n plcile tubulare i n icane se amplaseaz n ptrat (P), sau n triunghi (T) cu pasul,conform urmtorului tabel i cu respectarea razei minime de curbur, conform SR 8566:1998:

Pasul dintre tevi: Tabelul 2.8.Diametrul exterior al evilor[mm] 20 25Pasul, (t); [mm] 26 32

Fig 3.1Dispunerea evilor n placa tubular, cu amplasare n triunghi.

Se calculeaz diametrul de nscriere al ultimului hexagon, astfel:

23


24/87


25/87


Stabilirea numrului de virole necesar executrii schimbtorului de cldur.In tabel exemplu de livrare a tablelor de productori.

Din calculele efectuate mai jos a reieit c:Lschimbator=7156 mm

Lmanta=5830 mmLcamera de distributie=566 mmLcapac mare=550 mmMantaua se poate executa din 2 virole de 2200mm (2*2200=4400) i o virol de 1430mm, saudin 2 virole de 2500mm(2*2500=5000) i o virol de 830mm.Rezult, c pentru executarea schimbtorului de cldur sunt necesare 3 virole pentru manta.

25


26/87


CAPITOLUL IV

CALCULUL DE REZISTEN AL PRINCIPALELOR ELEMENTESUPUSE ACIUNII PRESIUNII

Dimensionarea principalelor elemente ale schimbtorelor de cldur se face n funcie de :- presiunea de calcul prin circuitul respectiv ;- diametrul exterior al mantalei ;- rezistena admisibil a materialului i coeficientul de rezisten al mbinrii sudate.

4.1. DIMENSIONAREA MANTALEI

Mantaua cilindric este supus aciunii unei presiuni interioare uniforme.Cunoscnd rezistenele admisibile att ale materialului de baz ct i a mbinrilor sudate, pe baza uneiteorii de rezisten se va determina expresia grosimii de rezisten a mantalei recipientului.Pentru dimensionarea mantalei se cunosc:

- diametrul interior al mantalei, Di = 800 mm;- presiunea de calcul, pc = 0.85 MPa;

- temperatura de calcul, tc = 230 oC;- adaosul de coroziune, c1 = 2 mm;- coeficientul de rezisten al mbinrilor sudate, = 0.89.

Fig. 4.1 Virola manta

Grosimea de proiectare a mantalei se calculeaz cu relaia:

S>Snec = Sn +c1 +c2

unde:

26


27/87


c

t

a

icn

P

DPS

=

**2

*

85,086,129*89,0*2

800*85,0

=nS = 2,952mm

c2= 18%(Sn+c1)c2= 0,18(2,952+2)= 0,89mm

Snec=2,952+2+0,89= 5,842mmn care:Sn - grosimea de rezisten a mantalei;C1 - 2 mm - adaosul de grosime pentru coroziune;C2 - adaos de grosime ce ine cont de abaterea negativ de la grosimea tablelor;Pc - presiunea de calcul;Di - diametrul interior al mantalei;

- coeficient de siguran a mbinrii sudate;ta - tensiunea admisibil a materialului din care este confecionat mantaua la temperatura de

calcul.Conform SR 8565-1998 pentru Di de la 800 pn la 1000 grosimea minim este de 11 mm.Conform SR EN 10029-1995 se alege grosimea de = 12 mmPentru confecionarea mantalei se aleg virole conform SR EN 10029-1995, cu urmtoarele dimensiuni:

- lungime: L = 5000...12000 mm- lime: l = 1500...4000 mm

Fig. 4.2 Virola dimensiune standardizata

Presiunea de calcul la verificarea mantalei este:

)(

*)(2

1

21

csD

ccsp

ni

t

an

c +

=

[MPa] [2.34]

)212(800

89,0*86,129*)89,0212(*2

+

=cp = 2,599MPa>0,85MPa

4.2. DIMENSIONAREA VIROLEI I A FUNDULUI CAPACULUI FIX (CAPAC MARE)

Pentru dimensionarea virolei se cunosc:- diametrul interior al virolei fundului capacului fix, Di = 900 mm;- presiunea de control, pc = 0.85 MPa;- temperatura de calcul, tc = 230 oC;

27


28/87


- adaosul de coroziune, c1 = 2 mm;- coeficientul de rezisten al mbinrilor sudate, = 0.89.

Fig. 4.3 Virola manta

Grosimea de rezisten a virolei se determin cu relaia [1]:

c

t

a

icv

P

DPS

=

**2

*, [mm]

unde:pc = presiunea de calcul n circuitul evi, [MPa];Di = diametrul interior al mantalei, [mm]; = coeficientul de calitate al mbinrii sudate, [N/mm2] , [N/m2];at = tensiunea admisibil la temperatura de calcul, [N/mm2] , [N/m2];

85,086,129*89,0*2

900*85,0

=vS = 3,331mm

Grosimea de proiectare a virolei se determin cu relaia:Sv,p = Sv +c1 +c2c2= 18%(Sn+c1)c2= 0,18(3,331+2)= 0,95mm

Svp=3,331+2+0,95= 6,29mm

unde:Sv,p - grosimea de rezisten a virolei;C1 = 3 mm - adaosul de grosime pentru coroziune;

C2 adaos de grosime ce ine cont de abaterea negativ de la grosimea tablelor;Conform SR 8565-1998 pentru Di de la 800 pn la 1000 grosimea minim este de 11 mm.Conform SR EN 10029-1995 se alege grosimea de = 12 mmPentru dimensionarea fundului capacului fix se cunosc:

- diametrul interior al fundului capacului fix, Di = 900 mm;- presiunea de control, pc = 0.85 MPa;- temperatura de calcul, tc = 230 oC;- adaosul de coroziune, c1 = 2 mm;- coeficientul de rezisten al mbinrilor sudate, = 0,89.

Grosimea de rezisten a fundului capacului fix se determin cu relaia [1]:

ta

ic

f

kDP

S **4

** 5

= , [mm];unde:

28


29/87


pc = presiunea de calcul n circuitul evi, [MPa];Di = diametrul interior al mantalei, [mm]; = coeficientul de calitate al mbinrii sudate, [N/mm2] , [N/m2];at = tensiunea admisibil la temperatura de calcul, [N/mm2] , [N/m2];ks = factorul de form al fundului bombat realizat prin ambutisare, se determin din monogram ks=2.

86,129*89,0*42*900*85,0

=fS = 3,30 mm

Fig. 4.4 Fundul capacului mare

Grosimea de proiectare a fundurilor elipsoidale se determin cu relaia:

Sf,p = Sf +C1 +C2 + C3C2=(1218)%(Sf+C1) C2=0,18(3,30+2)= 0,954 mmSf,p= 3,30 + 2 + 0,954+ 1,2 = 7,454 mm

unde:Sf,p - grosimea de rezisten a fundului;C1 = 2 mm - adaosul de grosime pentru coroziune;

C2 adaos de grosime ce ine cont de abaterea negativ de la grosimea tablelor;Conform SR EN 10029-1995 se alege SfSTAS = 12 mm.Presiunea de calcul la verificarea elementului este:

5

1

*

*)(*4

kD

csp

i

t

afp

c

= [MPa]

2*900

89.0*86.129)245.7(*4 =cp =1,39 MPa>0,85 MPa

4.3 DIMENSIONAREA VIROLEI CAMEREI DE DISTRIBUIE

Pentru dimensionarea virolei se cunosc:- diametrul interior al virolei fundului capacului fix, Di = 800 mm;- presiunea de calcul, pc = 0,95 MPa;- temperatura de calcul, tc = 60 oC;- adaosul de coroziune, c1 = 2 mm;- coeficientul de rezisten al mbinrilor sudate, = 0.89.

Grosimea de rezisten a virolei se determin cu relaia [1]:

c

t

a

iccd

P

DPS

=

**2

*[mm];

unde:

pc = presiunea de calcul n circuitul evi, [MPa];Di = diametrul interior al mantalei, [mm];

29


30/87


= coeficientul de calitate al mbinrii sudate, [N/mm2] , [N/m2];at = tensiunea admisibil la temperatura de calcul, [N/mm2] , [N/m2];

95.086.129*89.0*2

800*95.0

=cdS = 3,31 mm

Grosimea de proiectare a virolei se determin cu relaia:

Scd,p = Scd +C1 +C2 = 3,31 + 2 + 0.95= 6,26 mmC2=(1218)%(Sf+C1) C2=0,18(3,31+2)= 0,955 mm

unde:Scd,p - grosimea de rezisten a virolei camerei de distribuie;C1 = 3 mm - adaosul de grosime pentru coroziune;C2 - adaos de grosime ce ine cont de abaterea negativ de la grosimea tablelor;

Conform SR 8565-1998 pentru Di de la 800 pn la 1000 grosimea minim este de 11 mmConform SR EN 10029-1995 se alege grosimea de = 12 mm.

4.4 DIMENSIONAREA ASAMBLRII PRIN FLANE DINTRE VIROLA CAMEREIDE DISTRIBUIE I MANTA

Din STAS 9801/6 se alege flana cu gt pentru sudare, cu suprafaa de etanare plan cu umr.Tabel 4.1

30


31/87


Schia flanei, mpreun cu principalele dimensiuni (conform bibliografie primit) este dat nfigura urmtoare:

Figura 4.5 Flana cu gtDin tabel 4.1 s-au ales urmatoarele dimensiuni n functie de diametrul interior calculat:

Dimensiunile flanei: Tabelul 4.2

Dndi[mm]

de [mm]d1[mm]

d2[mm]

nd3[mm]

d4[mm]

s[mm]

b[mm]

h1[mm]

h2[mm]

r[mm]

800 800 824 990 935 36x27 860 12 62 123 20 12Suprafaa deetanarePA

Simbolfilet

PresiunenominalaPn

c= 900 M27 16

Condiiile de proiectare sunt:

- presiunea de calcul, pc = 0,95 MPa;- temperatura mediului ambiant, t = 20 oC;- temperatura de calcul, tc = 230 oC;- materialul flanei, P295 GH;- materialul prezoanelor, 21CrMo5-7

Efortul admisibil n prezoane:

- la temperatura de calcul:3.393

5.1

590230

230 ===s

cas

cf

N/mm2

- la temperatura mediului ambiant:

6.2165.1

32520

20 ===s

cas

cf

N/mm2

Efortul admisibil n flan:- la temperatura de calcul:

230aff =min 5.1

6,237;4.2

450 230aff =min(187,5;158,4) N/mm2

31


32/87


230

aff =158,4N/mm2


20

aff =r

r

c

20

=187,5 N/mm2

4.5 DETERMINAREA UNGHIULUI LA GTUL FLANEISe fac urmtoarele notaii:D = di ; D1 = d1 ; D2 = d2 ; D4 = d4, s = sp0

302

800860

2

41 =

=

= ip

ddS mm

L = h1 - h2 b = 123-20-62=41 mm

D = diametrul interior al flanei, [mm];D1 = diametrul exterior al flanei, [mm];D2 = diametrul cercurilor de aezare al uruburilor, [mm];D4 = diametrul cercurilor de nceput al gtului flanei, [mm];sp0 = grosimea de proiectare a gtului flanei la captul dinspre elementul de recipient, [mm];sp1 = grosimea de proiectare a gtului flanei la captul dinspre taler, [mm];h = grosimea talerului flanei, [mm];L = lungimea gtului flanei, [mm];

Fig. 4.6 Determinarea unghiului la gatul flansei

'0

01

7023372.0

439.041

1230

3

1...

4

1

==

==

=

=

arctgL

sstg

tg

pp

4.6 DETERMINAREA DIMENSIUNILOR CARACTERISTICE ALE GARNITURII DEETANARE

Se alege garnitura metaloplastic cu urmtoarele caracteristici:Deg - diametrul exterior al garniturii; Deg = 890 mm;Dig - diametrul interior al garniturii; Dig = 864 mm;g grosimea garniturii; g = 3mm

32


33/87


Fig. 4.7. Garnitura metaloplasticb - latura eficace de calcul;B - limea efectiv a garniturii;D3-diametrul cercului de-a lungul cruia este repartizat fora de etanare, rezultant a garniturii.

n funcie de suprafaa de etanare cu prag i adncitur se stabilete limea de referin b0 a garniturii.m coeficient specific garniturii; m = 3,75;q presiunea de strngere specific garniturii; q = 32,4 N/mm2Valoarea limii de referin i diametrul cercului pe care este repartizat garnitura:

Schema de ncrcare:

Fig.4.8 Flana cu gt

402

910990

2

210 =

=

=

ddB mm

202

40

2

00 ===

Bb mm

unde: b0 limea de referin a garnituriib limea eficace a garniturii

B0 limea de strngere a garniturii +== 2052.252.2 0bb = 11,26 mm

D3 = Dec-2b = 890 2 11,26 = 867,48 mmunde: D3 = diametrul cercului pe care este repartizat reaciunea garniturii

Dec = diametrul de contact exterior

33


34/87


Fig. 4.9 Dimensiunile garniturii metaloplastice

4.7 VALORILE FORELOR CE ACIONEAZ ASUPRA MBINRILOR

Fig. 4.10 Valorile forelor ce acioneaz asupra imbinrilor

Forele ce acioneaz asupra mbinrii vor fi:

- Fq - fora total necesar pentru realizarea presiunii de strngere a garniturii:Fq = D3bq=*867,48*11,26*32,4=994243,462 N

- FG - fora total de compresiune aplicat pe zona eficace de calcul a suprafeei de etanare:FG = 2D3bmPc=2*867,48*11,26*3,75*0,95=218641,502 N

- FT fora hidrostatic diferenial:

FT = (/4)(D32-D2)Pc=(/4)(870,482-8002)0,95=83955,508 N

- FD fora hidrostatic de capt care acioneaz asupra mbinrii:FD = (/4) D2 Pc=(/4)(867,482*0,95)= 561477,591 N

- Ps - fora total de strngere din uruburi n condiii de regim:Ps = FG+ FD +FT=218641,502 +561477,591+83955,508= 1296840,472 N

- Ps,0 fora total de strngere din prezoane n condiii de montaj sau de strngere i care seconsider egal cu fora teoretic de strngerePs,0 = Fq = 994243,462 N

4.8 VERIFICAREA CONDIIILOR DE REZISTEN PENTRU PREZOANELE MBINRIIPRIN FLAN, RESPECTIV VERIFICAREA ARIEI DE REZISTEN A PREZOANELOR

34


35/87


Se calculeaz ariile necesare pentru seciunile uruburilor- Aq - aria total a seciunii transversale a uruburilor, determinat la fundul filetului sau n zonacelui mai mic diametru, necesar n condiiile strngerii garniturii (cm2).

228.45906,216

426,99424320

===as

q

q

FA

mm2

- Ar - aria total a seciunii transversale a uruburilor, determinat la fundul filetului sau n zonacelui mai mic diametru, necesar n condiiile de exploatare:

2

2

230230 /46,140

8,2

3,393mmN

c

FFFA

s

asas

tc

as

TGDr

===

++=

Ar= 9232,809 mm2

- Anec - aria total a seciunii transversale a uruburilor, determinat la fundul filetului sau n zonacelui mai mic diametru:

Anec = max(Aq,Ar)=max(4590,228; 9232,809) Anec = 9232,809 mm2

- Aef - aria total efectiv a seciunii transversale a tuturor uruburilor, determinate la fundulfiletului sau n zona celui mai mic diametru:

467,226194

800*36

4* ====

idefnec

dnAnAA mm2

se verific condiia Aef > Anec

Solicitarea garniturii pentru condiiile de strngere:

mmB

mmB

BqD

AB

BB

tcasef

40

99,174,3248,8672

46,140467,22619

2

0

min

0

3

min

0min

=

=

=

=

Flana este bine aleas.

4.12 DIMENSIONAREA ASAMBLRII PRIN FLANE DINTRE VIROLA CAMEREIDE DISTRIBUIE I CAPACUL PLAT

Din STAS 9801/6 se alege flana cu gt pentru sudare, cu suprafaa de etanare plan cu umr.

38


39/87


Fig. 4.12 Schia flanei

Din tabel 4.1 s-au ales urmatoarele dimensiuni n functie de diametrul interior calculat.Elementele dimensionale: Tabelul 4.3

Dndi

[mm]de [mm]

d1

[mm]

d2

[mm]

nd3

[mm]

d4

[mm]

s

[mm]

b

[mm]

h1

[mm]

h2

[mm]

r

[mm]800 800 824 990 910 36x27 860 12 62 123 20 12Suprafaa deetanarePA

Simbolfilet

PresiunenominalaPn

c= 900 M27 16

Condiiile de proiectare sunt:- presiunea de calcul, pc = 0,95 MPa;

- temperatura mediului ambiant, t = 20o

C;- temperatura de calcul, tc = 60 oC;- materialul flanei, P295 GH;- materialul prezoanelor, 21CrMo5-7;

Efortul admisibil n prezoane:- la temperatura de calcul:

3.3935.1

59060

60 ===s

cas

cf

N/mm2


6.2165.1

32520

20

=== sc

as cf

N/mm2


88,124;6060

60 =

=

r

r

c

cas

ccf

N/mm2


14060

60 =

=

c

c

asc

f

N/mm2

4.13. DETERMINAREA UNGHIULUI LA GTUL FLANEI

39


40/87


Se fac urmtoarele notaii:D = di ; D1 = d1 ; D2 = d2 ; D4 = d4, s = sp0

302

800860

2

4

1 =

=

= ipdd

S mm

L = h1 - h2 b = 123-20-62=41 mm

D = diametrul interior al flanei, [mm];D1 = diametrul exterior al flanei, [mm];D2 = diametrul cercurilor de aezare al uruburilor, [mm];D4 = diametrul cercurilor de nceput al gtului flanei, [mm];sp0 = grosimea de proiectare a gtului flanei la captul dinspre elementul de recipient, [mm];sp1 = grosimea de proiectare a gtului flanei la captul dinspre taler, [mm];h = grosimea talerului flanei, [mm];L = lungimea gtului flanei, [mm];

Fig. 4.13 Determinarea unghiului la gtul flanei

'0

01

7023372.0

439.041

1230

3

1...

4

1

==

==

=

=

arctg

L

sstg

tg

pp

4.14 DETERMINAREA DIMENSIUNILOR CARACTERISTICE ALE GARNITURII DEETANARE

Se alege garnitur metaloplastic cu urmtoarele caracteristici:Deg - diametrul exterior al garniturii; Deg = 890 mm;Dig - diametrul interior al garniturii; Dig = 864 mm;

g grosimea garniturii; g = 3mm

Fig. 4.14. Garnitura metaloplastica

b - latura eficace de calcul;B - limea efectiv a garniturii;

D3-diametrul cercului de-a lungul cruia este repartizat fora de etanare, rezultant a garniturii.n funcie de suprafaa de etanare cu prag i adncitur se stabilete limea de referin b0 a garniturii.m coeficient specific garniturii; m = 3,75;

40


41/87


q presiunea de strngere specific garniturii; q = 32,4 N/mm2n funcie de suprafaa de etanare cu prag i adncitur se stabilete conform ISCIR limea de referinb0 a garniturii.

402

910990

2

210 =

=

=

ddB mm

202

402

00 === Bb mm

unde: b0 limea de referin a garnituriib limea eficace a garnituriiB0 limea de strngere a garniturii

+== 2052.252.2 0bb = 11,26 mmD3 = Dec-2b = 890 2 11,26 = 867,48 mm

unde: D3 = diametrul cercului pe care este repartizat reaciunea garnituriiDec = diametrul de contact exterior

Fig. 4.15Dimensiunile garniturii metaloplastice

4.15 VALORILE FORELOR CE ACIONEAZA ASUPRA MBINRILOR

41


42/87


Fig. 4.16 Forele ce acioneaza asupra mbinrilor


- Fq - fora total necesar pentru realizarea presiunii de strngere a garniturii:Fq = D3bq=*867,48*11,26*32,4=994243,462 N

- FG - fora total de compresiune aplicat pe zona eficace de calcul a suprafeei de etanare:FG = 2D3bmPc=2*867,48*11,26*3,75*0,95=218641,502 N

- FT fora hidrostatic diferenial:FT = (/4)(D32-D2)Pc=(/4)(867,482-8002)0,95=83955,508 N

- FD fora hidrostatic de capt care acioneaz asupra mbinrii:FD = (/4) D2 Pc=(/4)(867,482*0,95)= 561477,591 N

- Ps - fora total de strngere din uruburi n condiii de regim:Ps = FG+ FD +FT=218641,502 +561477,591+83955,508= 1296840,472 N

- Ps,0 fora total de strngere din prezoane n condiii de montaj sau de strngere i care seconsider egal cu fora teoretic de strngerePs,0 = Fq = 994243,462 N

4.16 VERIFICAREA CONDIIILOR DE REZISTEN PENTRU PREZOANELE MBINRIIPRIN FLAN, RESPECTIV VERIFICAREA ARIEI DE REZISTEN A PREZOANELOR

Se calculeaz ariile necesare pentru seciunile uruburilor

- Aq - aria total a seciunii transversale a uruburilor, determinat la fundul filetului sau n zonacelui mai mic diametru, necesar n condiiile strngerii garniturii (cm2).

364,2605325

462,94424320

===as

q

q

FA

mm2


2

2

60

60/57,192

8,2

2,539mmN

c

FFFA

s

asas

tc

as

TGDr

===

++=

Ar= 6734,384 mm2

42


43/87


- Anec - aria total a seciunii transversale a uruburilor, determinat la fundul filetului sau n zonacelui mai mic diametru:Anec = max(Aq,Ar)=max(2605,364;6734,384) Anec = 6734,384 mm2


644,150794

800*24

4* ====

idefnec

dnAnAA mm2



mmB

mmB

BqD

AB

BB

tc

asef

40

831,164,3248,8472

57,192644,15079

2

0

min

0

3

min

0min

==

=

=

Flana este bine aleas.

4.20 DIMENSIONAREA PLCILOR TUBULARE

4.20.1 DIMENSIONAREA PLCII TUBULARE FIXE

Schema de calcul este prezentat n figura 4.17 :

45


46/87


Fig.4.17 Schema de calcul

1- placa tubular fix;

2- fascicol tubular;3- flan camer de distribuie;4- virol camer de distribuie;5- virol manta;3- flan corp.

Pentru schimbtoarele de cldur cu cap mobil, grosimea de proiectare a plcii tubulare fixe se determincu relaia:

, , 1 2 3 p f p f s c c c mm = + + + +

unde:

- p,f - grosimea de rezisten a placii tubulare fixe;- c1 - adaosul de coroziunepe ambele fee, c1 = 3 mm;- c2 nlimea pragului interior al plcii tubulare, c2 = 5 mm;- c3 nlimea pragului exterior al plcii tubulare, c3 = 5 mm;

,2

c cp f

ai

D pmm

=

unde:- pc - presiunea de calcul, pc = max (pT, pM) = max (0,95;0,85) = 0,95 MPa;- a -rezistena admisibil a materialului plcii la ncovoiere, a=158 N/mm2

- Dc - diametrul de calcul al capaculuiSe adopt garnitura cu urmtoarele dimensiuni:- D1 - diametrul exterior al garniturii; D1 = 890 mm;- D2 - diametrul interior al garniturii; D2 = 864 mm;- g grosimea garniturii; g = 4 mm.

46


47/87


48/87


Tabel 4.4

Din tabelul 4.4 se aleg ajuttor dimensiunile conform diametrului interior calculat(Di=800).

48


49/87


Schema de calcul este prezentat in figura 4.19:


1- plac tubular mobil;2- inel din dou jumti;3- flana capacului mic;4- capacul camerei de ntoarcere;5- eav.

Pentru schimbtoarele de cldur cu cap mobil, grosimea de proiectare a plcii tubulare mobile sedetermin cu relaia:

, , 1 2 3 p m p m s c c c mm = + + + +

unde:- p,m - grosimea de rezisten a placii tubulare mobile;- c1 - adaosul de coroziune pe ambele fee, c1 = 6 mm;- c2 nlimea pragului interior al plcii tubulare, c2 = 5 mm;- c3 nlimea pragului exterior al plcii tubulare, c3 = 5 mm;

,2

c cp m

ai

D pmm

=

unde: - pc - presiunea de calcul, pc = max (pT, pM) = max (0,95, 0,85) = 0,95 MPa;- a - rezistena admisibil a materialului plcii la ncovoiere,a=158N/mm2- Dc - diametrul de calcul al capacului.

Se adopt garnitura cu urmtoarele dimensiuni:- D1 - diametrul exterior al garniturii; D1 = 790 mm;- D2 - diametrul interior al garniturii; D2 = 784 mm;- g grosimea garniturii; g = 3 mm.

49


50/87



mmDD

B 132

764790

2

120 =

=

=

mmB

b 5,62

13

2

00 ===


mmbb 424,625,2 0 ==

D3 = D1-2b = 790 2 6,424 = 777,152 mm

unde: - D3 = diametrul cercului pe care este repartizat reaciunea garniturii- D1 = diametrul de contact exterior

mmmp 61,42

158

95,0

2

152,777, ==

=mps , 42,61+3+5+5= 55,61

Din considerente constructive, se adopt sp,m = 60 mm.

4.21 CALCULUL ELEMENTELOR CAPULUI MOBIL(CALOT SFERIC, FLAN, INEL DE STRNGERE)

50


51/87


52/87


Fig.4.21 Shema de calcul

Condiiile de proiectare sunt:- presiunea de calcul, pc = 0,95 MPa;- temperatura mediului ambiant, t = 20 oC;- temperatura de calcul, tc = 230 oC;- materialul flanei, P295 GH;- materialul prezoanelor, 21CrMo5-7;

Efortul admisibil n prezoane:- la temperatura de calcul:

3.3935.1

590230230 ===s

cas

cf

N/mm2


6.2165.1

32520

20 ===s

cas

cf

N/mm2


230

aff =min

5.1

6,237

;4.2

450

230

aff =min(187,5;158,4) N/mm2

230

aff =158,4N/mm2


20

aff =r

r

c

20

=187,5 N/mm2

4.21.3 DETERMINAREA DIMENSIUNILOR CARACTERISTICE ALE GARNITURII DEETANARE

52


53/87


Se alege garnitura metaloplastic, cu urmtoarele caracteristici:Deg - diametrul exterior al garniturii; Deg = 790 mm;Dig - diametrul interior al garniturii; Dig = 764 mm;g grosimea garniturii; g = 3mmm coeficient specific garniturii; m = 3;q presiunea de strngere specific garniturii; q = 52,4 N/mm2

Fig. 4.22Garnitura metaloplastica

b - latura eficace de calcul;B - limea efectiv a garniturii;D3-diametrul cercului de-a lungul cruia este repartizat fora de etanare, rezultant a garniturii

n funcie de suprafaa de etanare cu prag i adncitur se stabilete conform ISCIR limea dereferin b0 a garniturii.

132

764790

2

210 =

=

=

ddB

mmB

b 3,65,62

13

2

00 >===


02,52 6.4b b mm= =D3 = Dec-2b = 790 2 6.4 = 777,2 mm

unde: - D3 = diametrul cercului pe care este repartizat reaciunea garniturii- Dec = diametrul de contact exterior

4.21.4 VALORILE FORELOR CE ACIONEAZ ASUPRA MBINRILOR


- Fq - fora total necesar pentru realizarea presiunii de strngere a garniturii:Fq = D3 bq Fq = 818830,339N- FG - fora total de compresiune aplicat pe zona eficace de calcul a suprafeei de etanare:FG = 2D3bmPc FG = 89071,239N- FT fora hidrostatic diferenial:FT = (/4)(D32-D2)Pc= (/4)(777,22-7602)*0,95=19727,511N FT = 19727,511N- FD fora hidrostatic de capt care acioneaz asupra mbinrii:FD = (/4) D2 Pc FD = 430963,680N

4.21.5 VERIFICAREA CONDIIILOR DE REZISTEN PENTRU PREZOANELEMBINRII PRIN FLAN, RESPECTIV VERIFICAREA ARIEI DE REZISTEN

53


54/87


A PREZOANELOR

- se calculeaz ariile necesare pentru seciunile uruburilor- Aq - aria total a seciunii transversale a uruburilor, determinat la fundul filetului sau n zona

celui mai mic diametru, necesar n condiiile strngerii garniturii (cm2).

380,37806,216

339,81883020

===as

q

qf

FA mm2


807,1660325

511,19727239,89071680,430963230

=++

=++

=as

TGDr

FFFA

mm2

- Anec - aria total a seciunii transversale a uruburilor, determinat la fundul filetului sau n zonacelui mai mic diametru:

Anec = max(Aq,Ar) Anec = 3780,380 mm2


865,198544

790*32

4* ====

idefnec

dnAnAA mm2



mmB

B

BqD

AB

BB

tc

asef

13

30,124,522,7772

325865,19854

2

0

min

0

3

min

0min

=

=

=

=

Mc = 537907650,667 Nmm

4.21.7 CALCULUL GROSIMII FLANEI

Grosimea de proiectare a flanei h va fi:JFFh ++= 2

Cu condiia:

2 pch s

1=MkR=0,5D=0,8*760=608

( )DDf

DRDpF

af

c

=1

230

22

8

4

( )702,4

7608754,1588

760608476095,0 22=

=F

515,63686760875

760875

7604,158

667,5379076501

1

1

230=

+

=

+

=

DD

DD

Df

MkJ

af

cMN/mm2

05,80515,63686702,4702,422

=++=++= JFFh mm

55


56/87


h=80 mm

4.21.8 CALCULUL INELULUI DE STRNGERE AL CAPULUI MOBIL

Inelul de strngere al capului mobil este realizat din oel P265 GH, conform SR EN 10028-2-1996.

Dimensiunile inelului de strngere sunt alese constructiv, funcie de dimensiunile flanei capului mobil,dimensiuni ce au fost calculate anterior, i sunt prezentate n figura 2.23.

Fig.4.23 Dimensiunea flanei capului mobil

4.22 CALCULUL DE CONSOLIDARE AL ORIFICIILOR CU METODACOMPENSRII

56


57/87


Figura 4.24 Schia modelului de calcul de consolidare al orificiilor - Metoda A.S.M.E.

Schia modelului de calcul pentru calcul de consolidare al orificiilor prin metoda A.S.M.E. este datn figura 5.1. In aceast figur intervin urmtoarele notaii, notaii ce vor fi folosite i pe parcursul calculuianalitic:

dn - diametrul nominal al tuului mm]de - diametrul exterior al tuului [mm]di - diametrul interior al tuului [mm]D - diametrul interior al mantalei [mm]Di - diametrul inelului de consolidare [mm]sm , sR- grosimea nominal a peretelui mantalei, respectiv a racordului [mm]

rRs,r

ms - grosimea de rezisten a mantalei, respectiv a racordului [mm]

oRs,

om

s - grosimea excedentar a mantalei, respectiv a racordului [mm]si - grosimea inelului de consolidare [mm]hi - limea interioar mantalei a dreptunghiului de eficien [mm]he - limea exterioar mantalei a dreptunghiului de eficien [mm]L - semilungimea dreptunghiului de eficien [mm]Aind - aria ndeprtat prin practicarea orificiului [mm2]Am - aria disponibil pentru compensare n manta [mm2]AR- aria disponibil pentru compensare n racord [mm2]Ai - aria disponibil pentru compensare n inel [mm2]

20fa,

,20sa,

- rezistena maxim admisibil a materialului tuului [N/mm2], [N/m2]

20ma, - rezistena maxim admisibil a materialului mantalei [N/mm2] , [N/m2]

Condiia pe care trebuie s o ndeplineasc un orificiu este ca suprafaa seciunii dinmaterialul decupat s fie nlocuit cu o suprafa cel puin echivalent din cadruldreptunghiului de consolidare.

Aplicarea consolidrii nu este necesar dac diametrul orificiului rmne sub valoarea:

( )

= 11

1

1

lim 875,02 ccsDs

csd pi

p

n care:sp grosimea de proiectare a nveliului, n mm;s1 grosimea de rezisten a nveliului, n mm;

57


58/87


Di diametrul interior de calcul al elementului de recipient pe care se afl amplasatorificiul, n mm;

c1 adaosul de coroziune, n mm.

( ) mmd 87,1232212800875,029,6

2122lim =

=

S-a ales pentru compartimentul manta racorduri de intrare i ieire produs de Dn 100 (R1, R2).Deoarece di


59/87


=++++

=

=m

m md

L8 96 2,03 8,33 0,37,6

2

1 5 0

1 5 0

m a x

1

L=150mm

( )( )

+

+=r

RR

r

mmi

ss

ss

h

h

0

0

5,2

5,2m i n

Observaie : dac racordul nu penetreaz n interiorul mantalei

atunci: h = 0 hi = 0

( )

( )

=+

=+

=

=

m

m

h

hi

1 06 2,03 8,35,2

2 53 0,37,65,2

0

m i n

hi = 10 mm.

( )( )

=+

=+=++=

m mss

msss

h rRR

i

r

mm

e

1 05,2

5 51 25,22 55,25,2m i n 0

0

Observaie: dac nu se prevede inel de rigidizare si = 0he = 10 mm

- aria ndeprtat prin practicarea orificiului :( ) 2,54130,3)72150(2 , =+=+=

r

mSTASRiind ssdA mm2

- aria disponibil pentru compensare n manta : ( )[ ] ( )[ ] 1,9587,67150150222 0,1 =+=+= mSTASRiM ssdLA mm2

- aria disponibil pentru compensare n racord :( ) ( ) ( ) ( )111,1000 2222 chcsssssshA STASR

r

RR

r

mmReR +++++=

( ) ( ) ( ) ( ) 6,371210227262,038,330,37,6238,3102 =+++++=RA mm2

AR=371,6mm2

SR1,STAS > 2 C1

- aria disponibil pentru compensare n inel :

( )[ ] ( )[ ] 2,3 763212721508002 mmssdDA iSTASRiii =+=+=

Ai=7632 mm

2

Compensarea orificiului are loc dac este ndeplinit condiia:

59


60/87


indA

20ma,

20fa,

RA

iA

MA ++

2,415170,83

187,56,71363271,589 ++

2,54196,8997

Compensarea orificiului are loc dac este aplicat un inel de ntrire cu dimensiunile:Dinel= 310 mmSinel= 12 mm

4.23 DETERMINAREA PRESIUNILOR DE NCERCARE HIDRAULIC N CIRCUITELEMANTALEI SI EVI

Presiunea de prob hidraulic se determin cu relaia :

[ ]MPappt

af

af

t

ar

ar

t

fam

fam

cph ;;;

;min25,1

2020

,

20

,

=

unde:a20m,f; atm,f tensiunile admisibile ale materialului din tabl din care se confecioneaz mantaua i

fundul recipientului la temperatura normal de 20oC, respectiv la temperatura de calcul tc;a20r.; atr- tensiunile admisibile ale materialului din eav din care se confecioneaz racordurile

recipientului la temperatura normal de 20oC, respectiv la temperatura de calcul tc;a20f ; atf - tensiunile admisibile ale materialului forjat din care se confecioneaz att flana de

aparat ct i flana pentru racord.

[ ]MPap ph ;4,158

5,187;

;3,115

6,141;

8,129

84,170min85,025,1

=

pph=min(1,4;1,3;1,25) pph=1,25MPa= 12,5 bar pentru circuitul manta

[ ]MPap ph ;4,158

5,187;

;3,115

6,141;

8,129

84,170min95,025,1

=

pph=min(1,56;1,45;1,4)pph=1,4MPa= 14 bar pentru circuitul evi

4.24 VERIFICAREA CONDIIILOR DE REZISTEN PENTRU ELEMENTELEDIMENSIONATE

1. Verificarea elementelor dimensionate n condiii de regimVerificarea elementelor dimensionate n condiii de regim se realizeaz cu formula [1]:

[ ]M PpD

sp c

m

t

a

c

=*

, *2

unde:

pc presiunea de calcul,[MPa]; coeficient de siguran al mbinrii sudate;

60


61/87


at tensiunea admisibil a materialului din tabl la temperatura t,[N/mm2] ,[N/m2]s* - grosimea de perete a mantalei sau fundului n condiii corodate, [mm];s* = s c1,[mm];D*m diametrul mediu n condiii corodate, [mm];D*m= Di + sm + c1 , [mm];

Manta i virol camer de distribuies* = s c1 = 12 3 = 7 mmD*m= Di + sm + c1 = 800 + 12 + 2 =814 mm

[ ]MPapp cc =

= 98,1814

78,12989,02,

Fund elipsoidals* = s c1 = 12 2 = 10 mmD*m= Di + sm + c1 = 800 + 12 + 2 =814 mm

[ ]MPapp cc =

= 83,2814

108,12989,02,

2. Verificarea elementelor dimensionate n condiii de IPHVerificarea elementelor dimensionate n condiii de IPH se realizeaz cu formula :

[ ];/,.2

2

*

*

, mmNs

Dpt

c

mpht

IPHc

=+

=

n condiii de IPH:

];/[,)(2

)(2

1

1

,. mmNcs

csdpt

c

R

RephIPH

Rc

=+

=

n condiii de IPH:

];/[,8,0)(2

)(220

1

1

,. mmNcs

csdpc

t

c

R

RephIPH

Rc

Mm opt, ceea ce ducela evazarea exagerat a zonei frontale a eviimandrinate, respectiv a mbinrii prinmandrinare obinute;

Caseta mandrineitrebuie introdus n eava supus mandrinriiastfel nct cel puin 65% din lungimea activ a rolelor demandrinare s se afle n contact direct cu suprafaa interioar acaptului ET din zona frontal a plcii tubulare. Tentativa deredresare printr-o mandrinare mecanic de a doua trecereeueaz ,rezultnd configuraii tronconice care nu corespundlimitelor admise (0,15...0,20mm) i impunndu- se,deci,nlocuirea evilor;

78


79/87


10

Introducerea i poziionarea evii n orificiuldin placa tubular sunt necorespunztoare,petrecerea fiind prea mare (a>10...15mm).Evident, n aceast situaie, contactul rolelorde mandrinare cu eava, n zona plcii

tubulare, se va realiza pe o adncime maimic 65% din lungimea activ a rolelor,ceea ce duce la evazarea exagerat lainterior sau chiar cu fisurarea evii;

eava se va introduce i poziiona n orificiul din placatubular corect i astfel nct s rezulte a10...15mm. evilela care a survenit evazarea di0

peste cea admis i care, dup o eventual nou mandrinare,nu corespund prescripiilor privind conicitatea permis,precum i cele fisurate, se nlocuiesc;

11

Extinderea zonei de mandrinare dincolo deposteriorul plcii tubulare, fr ca aceasta sfie indicat prin proiectul de execuie;

Mandrinarea mecanic se va regla n mod corespunztor, prinserii de msurri prealabile. n cazul unor mandrinri extinsedincolo de posteriorul plcii tubulare (b>0,9sp) se va solicitaavizul proiectantului. Dac parametrii funcionali ai aparatuluitermic nu permit defectele de execuie citate, atunci evilencriminate se nlocuiesc.

12

Mandrinarea mecanic n mai multe treceri,necesitat de asigurarea adncimii demandrinare b impuse prin documentaie ncondiiile plcilor tubulare groase,esteneuniform, prezentnd conicitate saudiscontinuitate longitudinal;

Acelai cuplu de mandrinare, cu moment prestabilit Mm Mmopt, se va respecta i aplica pentru toate trecerile. Evazrileexagerate nu se pot remedia, impunndu-se nlocuirea evilorn discuie. Discontinuitatea longitudinal poate fi evitat daczona mandrinat ntr-o etap precedent se suprapune cu celpuin 8mm peste zona care urmeaz a fi mandrinat ntr-onou etap. Discontinuitatea respectiv, dac apare, se poateremedia printr-o remandrinare;

13

Uzura mandrinei, care poate favorizadeteriorarea suprafeei interioare a eviimandrinate, mai ales in condit. mandrinriimecanice uscate;

Ungerea cu lubrifiant se asigur n mod permanent. Stareaelementelor mandrinei se supravegheaz continuu i se erificsistematic, nlocuindu-se elementele deteriorate sau chiarmandrina uzat;

14Mandrinarea mecanic neconform,executat de personal neinstruit i/sauneexperimentat.

Tot personalul integrat n procesele mandrinrii mecanicetrebuie s cunoasc bine documentaia normativ specific,fiind instruit din punctul de vedere al proteciei muncii.Personalul fr experien n domeniu va fi instruit n modspecial.

Notaii: ET elementele tubulare, respectiv evile; PT elementele de tipul plcilor tubulare;HBp,HBt duritatea Brinell corespunztoare materialelor plcii tubulare i evilor; sp geosimeaelementelor de tip PT; b adncimea de mandrinare.

79


80/87


I. mbinrile prin mandrinare

Tabel 6.3

Sim

bolul

Denumireambinrii

Schiaexemplificativ

Precizri

Sim

bolul

Denumireambinrii

Schiaexemplificativ

Precizri

1 2 3 4 5 6 7 8

A

Mandrinare

lis

Solicitri

mici D

Mandrinare

lis, cursfrngere(berclu)

Solicitri miciFore axiale

medii

BMandrinarecu renur Solicitri

mediiE

Mandrinare curenur irsfrngere(berclu)

Solicitri

medii cu foreaxiale

CMandrinarecudou renuri

Solicitrimari,diferene detemperaturmari

F

Mandrinarecu dourenuri, cursfrngere(berclu)

Solicitri maricu fore axialemari

80


81/87


CAPITOLUL VII

PRESCRIPII TEHNICE DE EXECUIE, MONTAJ , NTREINERE

I EXPLOATARE PENTRU SCHIMBTORUL DE CLDUR

Caracteristicile de calitate ale unui produs sau ale unui grup de produse se prescriu n standarde,norme tehnice, caiete de sarcini, etc. pe care orice productor trebuie s le respecte cu strictee.

Se consider c un produs are calitate optim atunci cnd sunt ndeplinite sarcinile pentru care estedestinat, iar cheltuielile globale pentru realizarea i exploatarea lor sunt minime.

Legea privind asigurarea i controlul calitii prevede urmtoarele:- produsele trebuie livrate numai dup un control final efectuat de un personal calificat

corespunztor;- furnizorul rspunde de fiabilitatea produselor i are obligaia de a urmrii comportarea

acestora n exploatare.

Caracteristicile de calitate i metodele recomandate pentru controlul aparaturii chimice ipetrochimice, n diferite etape ale procesului de fabricaie montare i recepie sunt reglementate prinprescripii tehnice i instruciuni elaborate de ctre ISCIR sau prin standarde de stat.

Conform prescripiilor ISCIR C4 2010, verificarea recipientelor sub presiune n timpulconstruirii, montajului i reparrii cuprinde:

1.) controlul ndeplinirii condiiilor stabilite de ISCIR cu privire la verificarea i avizareaproiectelor de execuie;

2.) controlul calitilor materialelor utilizate;3.) controlul calitii mbinrilor sudate;4.) controlul calitii recipientelor asamblate.

1.) Prescripiile tehnice ISCIRprevd urmtoarele condiii cu privire la realizarea proiectelor pentruconstruirea i repararea recipientelor sub presiune:

- proiectele trebuiesc elaborate de uniti de proiectare specializate, mputernicite de organelecentrale i autorizate de ISCIR;- unitile de proiectare autorizate trebuie s numeasc persoane de specialitate care s verificeproiectele n ceea ce privete concordana cu prevederile prescripiilor ISCIR i s avizeze din acestpunct de vedere desenul tip de ansamblu care se anexeaz la cartea recipientului;- unitile de proiectare autorizate sunt obligate s prezinte proiectele elaborate, respectiv deseneletip de ansamblu pentru a fi avizate da ctre ISCIR cu privire la respectarea prescripiilor tehnice.

Verificarea ndeplinirii acestor condiii face obiectul primei etape de control a recipientelor sub presiune.2.) Controlul calitii materialelor utilizate

Caracteristicile de calitate ale materialelor utilizate la fabricarea utilajelor sunt stabilite prin

standarde de stat i atestate prin marcare i prin certificatele de calitate care le nsoesc.La recepia materialelor de ctre utilizator, se verific corespondena dintre caracteristicile de calitatenscrise n certificatul de calitate emis de productor.Pentru materialele ce pot suferi degradri n timp, verificarea calitii se face att la recepia lor, de ctreproductor, ct i nainte de utilizator.3.) Controlul calitii mbinrilor sudate

Complexitatea factorilor care intervin n procesul de sudare, a impus o mare diversitate de ncercrii examinri pentru a urmri influena fiecrui factor, precum i influena global a acestora.Aceste ncercri au ca scop depistarea eventualelor defecte existente i aprecierea calitii mbinrilor.Calitatea mbinrilor sudate prezint un factor de echilibru hotrtor al siguranei n exploatare.Pentru aprecierea calitii mbinrilor sudate pe baza rezultatelor controlului nedistructiv, sunt calitativede genul acceptare respingere.

80


82/87


4.) Controlul calitii recipientelor asamblate:Conform prescriiilor tehnice ISCIR C4-2010, recipientele sub presiune se supun, dup asamblare,

urmtoarelor verificri i ncercri:- verificarea crii recipientului;- verificarea calitii materialelor;- verificarea aspectului i dimensiunilor;- verificarea marcrii;- ncercarea la presiune hidraulic.

Cartea recipientului trebuie s cuprind toate datele tehnice ale acestuia. Cartea recipientuluicuprinde calculele de rezisten, condiiile tehnice i instruciunile de exploatare ale recipientului.

Verificarea calitii materialelor se face pentru fiecare element al recipientului, stabilindu-se dacmaterialele corespund calitativ prescripiilor din cartea recipientului, documentaiilor de execuie,standardelor i altor normative n vigoare.

Verificarea marcrii const n a stabili dac recipientul este prevzut cu o plac de timbru, conformSTAS coninnd caracteristicile tehnice ale tuturor spaiilor de lucru i dac sunt marcate prin poansonarelng placa de timbru, denumirea ntreprinderii constructoare, numrul de fabricaie i anul fabricaieirecipientului.

5.) ncercarea de pre

Date post:	07-Apr-2018
Category:	Documents
Upload:	petre-ciobanu
View:	243 times
Download:	0 times

Proiect de an Utilaje Petrochimice-Petre Rev3

Documents