Расчетная толщина переходов не превышает толщин присоединяемых труб, так как для переходов используются ASTM A234 Gr. P91 or 14MoV6-3, такие же как и для гладких труб (см. табл. 2.1). Прочность переходов обеспечена.

.4 Трубы Вентури

Труба Вентури изображена на рисунке 2.3. Материал трубы Вентури - ASTM A335 GR. P91.

Рис.2.3

Исполнительная толщина стенки трубы Вентури должна удовлетворять условию РД 10-249-98 [1]:

где р =12,1 МПа, (патрубки не влияют на величину коэффициента ).

Расчет минимальной толщины труб Вентури сведен в таблицу 2.4

Таблица 2.4

( D^//)

мм×мм (дюйм)Материал труб

ммс

мм

ммs

Условие прочности выполнено.

.5 Отводы, колена

Исполнительная толщина стенки отвода должна удовлетворять условию РД 10-249-98 [1]:

где р =12,1 МПа, ;

.

Материал отводов - ASTM A234 GR WP91.

Расчет минимальной толщины отводов сведен в таблицу 2.5

Таблица 2.5

Условие прочности выполнено.

.6 Спец. деталь № 1

Эскиз спецдетали №1 изображен на рис 2.4

Рис 2.4.

Таблица 2.6

Исполнительная толщина стенки спецдетали №1 должна удовлетворять условию

РД 10-249-98 [1]:

мм

где р =12,1 МПа; МПа;

Отверстия и являются одиночными, так как расстояние между кромками отверстий:

мм

Коэффициент прочности с учетом укрепления одиночных отверстий равен:

-

коэффициент прочности неукрепленного одиночного отверстия;

-

коэффициент прочности одиночного отверстия с учетом укрепления;

мм²

площадь укрепления отверстия;

мм

-

коэффициент прочности неукрепленного одиночного отверстия;

-

коэффициент прочности одиночного отверстия с учетом укрепления;

мм² -

площадь укрепления отверстия;

мм

Вывод: Необходимо укрепление спецдетали №1.

.7 Спецдеталь № 2

Эскиз спецдетали №2 изображен на рис 2.5.

Рис. 2.5

Исполнительная толщина стенки спецдетали №2 должна удовлетворять условию

РД 10-249-98 [1]:

мм

где р =12,1 МПа; МПа;

Отверстия и являются одиночными, так как расстояние между кромками отверстий:

мм

Коэффициент прочности с учетом укрепления одиночных отверстий равен:

коэффициент прочности неукрепленного одиночного отверстия;

коэффициент прочности одиночного отверстия с учетом укрепления;

мм²

площадь укрепления отверстия;

мм

коэффициент прочности неукрепленного одиночного отверстия;

коэффициент прочности одиночного отверстия с учетом укрепления;

мм²

площадь укрепления отверстия;

мм

Вывод: Необходимо укрепление спецдетали №2.

2.8 Спецдеталь № 3

Эскиз спецдетали №3 изображен на рис 2.6

Рис 2.6

Исполнительная толщина стенки спецдетали №3 должна удовлетворять условию

РД 10-249-98 [1]:

мм

где р =12,1 МПа; МПа; Отверстия  являются одиночными, так как расстояние между кромками отверстий:

мм

Коэффициент прочности с учетом укрепления одиночных отверстий равен:

коэффициент прочности неукрепленного одиночного отверстия;

коэффициент прочности одиночного отверстия с учетом укрепления;

мм²

площадь укрепления отверстия;

мм

Вывод: Условие прочности спецдетали №3 выполнено.

3. Поверочный расчет

Таблица 3.1

Номер участка труб           Наименование трубопровода       ( D^//)

В поверочном расчете паропровода рассмотрены следующие расчетные сочетания нагрузок:

) Собственный вес паропроводов, включая арматуру и теплоизоляцию (G);

) Максимальная статическая нагрузка, включающая собственный вес паропроводов, давление и температурную нагрузку (GTP);

) Максимальная статическая нагрузка, включающая собственный вес паропроводов, давление и температурную нагрузку и максимальную ветровую нагрузку (GTP+WIND);

) Максимальная статическая нагрузка, включающая собственный вес паропроводов, давление, температурную нагрузку и максимальную снеговую нагрузку (GTP+SNOW);

) Максимальная статическая нагрузка, включающая собственный вес паропроводов, давление, температурную нагрузку и сейсмическую нагрузку (GTP+SEI);

) Максимальная статическая нагрузка, включающая собственную массу компонентов, давление и температурную нагрузку, снеговую, сейсмическую нагрузку и максимальную ветровую нагрузку (GTP+ SNOW +SEI+WIND);

Определение напряжённо-деформированного состояния трубопроводов проводится с помощью программы ANSYS [10] методом конечных элементов.

Для определения напряжений, усилий и перемещений в трубопроводе от действия давления, температуры, веса, самокомпенсации и смещений защемлённых концевых опор создана конечно-элементная модель, показанная на рисунке 3.1.

Типы элементов использованных в расчете для задания деталей трубопроводов:

для задания прямой трубы - элементы PIPE16 (Elastic straight Pipe),

для задания гибов (колено) - элементы PIPE18 (Elastic Curved Pipe),

для задания арматуры - элементы PIPE16 (Elastic straight Pipe) с опцией «Valve»;

для задания тройников - элементы PIPE16 (Elastic straight Pipe) с опцией «Tee».

Опорно-подвесная система включает в себя: неподвижные, скользящие и направляющие опоры, пружинные подвески и опоры.

Типы элементов использованных в расчете для задания опор и подвесок:

для задания пружинной подвески или опоры- элементы COMBIN14 (Spring-Damper);

опоры скользящие и направляющие (без зазоров) заданы запрещением перемещений узла по соответствующей оси;

опоры скользящие и направляющие (с зазорами) заданы контактным элементом CONTAC52.

Перечень примененных опор приведен в таблице 3.2.

Таблица 3.2. Перечень примененных опор

Проектом предусмотрена проверка опорно-подвесной системы после и во время монтажа и испытаний на соответствие проектным чертежам.

Проектом предусмотрена установка клапанов в объеме документов «Спецификация на материалы трубопроводов, № AA R-LY 1001», «Спецификация на клапан (задвижка) 9FB09»,

«Спецификация на клапан (задвижка) 8FB09» и «Спецификация на клапан (запорный клапан) 9ЕB04». Клапаны устанавливаются с твердыми уплотнительными поверхностями, имеющими требуемую твердость, для исключения деформации уплотнительных поверхностей. Перечень арматуры паропроводов приведен в Приложении в таблице П1. Для оценки напряженного состояния трубопровода по группам категорий напряжений в соответствии с РД 10-249-98 [1] принимаются следующие комбинации нагрузок:

) (P), (P_h) - для оценки по группе категорий мембранных напряжений в расчётном режиме и режиме гидравлических испытаний (выбор основных размеров):

) (G + P), (G + P_h) - для оценки по группе категорий напряжений (от давления + весовых нагрузок +монтажных усилий в пружинных подвесках) в расчётном режиме:

) (G + P), (G + P_h) - для оценки по группе категорий напряжений (от давления + весовых нагрузок +монтажных усилий в пружинных подвесках) в режиме гидравлических испытаний:

) (G + P + T + ДZ + ДY) - для оценки по группе категорий напряжений в расчётном режиме (от давления + весовых нагрузок + монтажных усилий в пружинных подвесках + самокомпенсации от температурных расширений):

Примечание: Компенсация температурных перемещений трубопроводов обеспечивается за счет естественной самокомпенсации в углах поворота трасс трубопроводов

) (G + P + ДZ + ДY+ SEI) - для оценки по группе категорий напряжений в расчётном режиме (от давления + весовых нагрузок + монтажных усилий в пружинных подвесках + сейсмическую нагрузку):

) (G + P + ДZ + ДY+ WIND) - для оценки по группе категорий напряжений в расчётном режиме (от давления + весовых нагрузок + монтажных усилий в пружинных подвесках + ветровую нагрузку):

Примечание: в соответствии с РД 10-249-98 [1]:

усилия воздействия трубопровода на оборудование при задании расчетной температуре: 525⁰С;

при расчете высокотемпературных трубопроводов по этапу II с целью оценки прочности допускается расчет саморастяжки, обусловленный релаксацией напряжений самокомпенсации. В этом случае вместо значений действительной температуры нагрева вводилась значения фиктивной (условно заниженной) температуры нагрева, определенной по формуле:. (в соответствии с п. 5.2.3.6 РД 10-249-98).

) (G + P + ДZ + ДY+ SNOW) - для оценки по группе категорий напряжений в расчётном режиме (от давления + весовых нагрузок + монтажных усилий в пружинных подвесках + снеговую нагрузку):

) (G + P + T + ДZ + ДY+ SNOW илиWIND) - для оценки циклической прочности в расчётном цикле пуск-останов (от давления + весовых нагрузок + монтажных усилий в пружинных подвесках + самокомпенсации от температурных расширений + снеговую нагрузку или (ветровую нагрузку):

Для оценки прочности трубопроводов по группам категории напряжений результаты расчета по программе ANSYS [10] выведены в виде напряжений:(кольцевые напряжения у_Ш);(осевые напряжения, вызванные давлением и растягивающим усилием - у_z);или SBEND18 (напряжения, вызванные изгибающими моментами - у_b);(максимальная разность главных напряжений у₁ - у₃);, J - начало и конец элемента.

Расчёт сейсмических нагрузок проводится линейно-спектральным методом с использованием программы ANSYS [10].

Определение собственных частот трубопровода проведено по программе ANSYS[10] с использованием модального анализа.

Результаты расчета приведены в следующих приложениях:

Приложение П1. Перечень арматуры паропроводов

Приложение П2. Весовые + монтажные нагрузки+давление (G+P_монт+Р);

- Приложение П3. Весовые + монтажные нагрузки+давление+температура G+P_монт+Р+Т;

- Приложение П4. Характеристики пружинных подвесок;

- Приложение П5. Реакции в опорах в расчетном случае: G+P_монт+Р;

Приложение П6. Реакции в опорах в расчетном случае: G+P_монт+Р+Т;

- Приложение П7. Перемещения в режиме G+P+P_монт+T.

Эпюры напряжений приведены на следующих рисунках:

- Максимальные эквивалентные напряжения при G+P_монт на рис.3.2;

Максимальные эквивалентные напряжения при G+P_монт+ Р на рис.3.3;

Максимальные эквивалентные напряжения при G+P_монт+ Р + Т на рис. 3.4

Максимальные эквивалентные напряжения при ветровых нагрузках (wind)на рис. 3.5;

Максимальные эквивалентные напряжения при снеговых нагрузках (snow) на рис. 3.6;

- Максимальные эквивалентные напряжения при сейсмических нагрузках (earthquake) на рис. 3.7;

Максимальные эквивалентные напряжения при гидроиспытании на рис. 3.8.

Рисунок 3.1 Расчетная схема паропровода

Рисунок 3.1.1 Фрагмент расчетной схемы паропровода (тр-д 80016)

Рисунок 3.1.2 Фрагмент расчетной схемы паропровода (тр-д 80007)

Рисунок 3.1.3 Фрагмент расчетной схемы паропровода (тр-д 80007)

Рисунок 3.1.4 Фрагмент расчетной схемы паропровода (тр-ды: 10998, 10999.11, 10999.12)

Рисунок 3.1.5 Фрагмент расчетной схемы паропровода (тр-д: 80000)

Рисунок 3.1.6 Фрагмент расчетной схемы паропровода (тр-д: 80998)

Рисунок 3.1.7 Фрагмент расчетной схемы паропровода (тр-ды: 80001, 80002, 80008)

Рисунок 3.1.8 Фрагмент расчетной схемы паропровода (тр-д: 80015)

Рисунок 3.1.9 Фрагмент расчетной схемы паропровода (тр-д: 80015)

Рисунок 3.1.10 Фрагмент расчетной схемы паропровода (тр-д: 80015)

Рисунок 3.1.11 Фрагмент расчетной схемы паропровода (тр-д: 80015)

Рис. 3.2 Максимальные эквивалентные напряжения при G+P_монт

Рис. 3.3 Максимальные эквивалентные напряжения при G+P_монт+ Р

Рис. 3.4 Максимальные эквивалентные напряжения при G+P_монт+ Р + Т

Рис. 3.5 Максимальные эквивалентные напряжения при ветровых нагрузках (wind)

Рис. 3.6 Максимальные эквивалентные напряжения при снеговых нагрузках (snow)

Рис. 3.7 Максимальные эквивалентные напряжения при сейсмических нагрузках (earthquake)

Рис. 3.8 Максимальные эквивалентные напряжения при гидроиспытании

4. Оценка прочности

Оценка по группе категорий мембранных напряжений в расчётном режиме (см. выбор основных размеров):

Вывод: Условие прочности выполняется кроме спецдеталей №1 и №2. Необходимо укрепление либо паропровода либо патрубков.

Оценка по группе категорий мембранных напряжений в режиме гидравлических испытаний (в запас расчета принимаем)  МПа

Вывод: Условие прочности выполнено кроме спецдеталей №1 и №2. Необходимо укрепление либо паропровода либо патрубков.

Оценка по группе категорий напряжений (от давления + весовых нагрузок +монтажных усилий в пружинных подвесках) в расчётном режиме:

 МПа

Оценка по группе категорий напряжений (от давления + весовых нагрузок +монтажных усилий в пружинных подвесках+ вес среды) в режиме гидроиспытания:

 МПа

Вывод: Условие прочности выполнено.

Оценка по группе категорий напряжений в расчётном режиме (от давления + весовых нагрузок + монтажных усилий в пружинных подвесках + самокомпенсации от температурных расширений) (G + P + T + ДZ + ДY):

 Мпа Вывод: в расчете для учета самокомпенсации паропроводов была задано , на самом деле величина может быть равной , поэтому считаем условие прочности выполненным. Оценка по группе категорий напряжений в расчётном режиме (от давления + весовых нагрузок + монтажных усилий в пружинных подвесках + сейсмическую нагрузку) (G + P + ДZ + ДY+ SEI):

 МПа

Вывод: Условие прочности выполнено.

Оценка по группе категорий напряжений в расчётном режиме (от давления + весовых нагрузок + монтажных усилий в пружинных подвесках + ветровую нагрузку) (G + P + ДZ + ДY+ WIND):

МПа

Вывод: Условие прочности выполнено.

Оценка по группе категорий напряжений в расчётном режиме (от давления + весовых нагрузок + монтажных усилий в пружинных подвесках + снеговую нагрузку) (G + P + ДZ + ДY+ SNOW):

МПа

Оценка циклической прочности.

В расчётном цикле пуск-останов (от давления + весовых нагрузок + монтажных усилий в пружинных подвесках + самокомпенсации от температурных расширений + снеговую нагрузку или (ветровую нагрузку) амплитуда равна:

 МПа

В соответствии с кривыми усталости для стали ASTM A335 GR.P91, приведенными в Appendix 5- mandatory design based on fatigue analysis [13] допускаемое количество циклов не менее 3000.

Выводы: Ресурс трубопровода должен быть назначен исходя из количества циклов пуск-останов равного 3000.

Заключение

Элементы паропровода проекта «Паропровод высокого давления» производства этилена № 3120 AHFA соответствуют условиям прочности РД 10-249-98 «Норм расчета на прочность котлов и трубопроводов пара и горячей воды».

На основании приведенного расчета, конструкции спецдеталей №1 и №2 должны быть откорректированы увеличением (укреплением) толщины стенки основной трубы и/или толщиной присоединяемого патрубка.

Список используемой литературы

1. «Нормы расчета на прочность котлов и трубопроводов пара и горячей воды» РД 10-249-98.

. «Правила устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов пара и горячей воды»

ПБ 10-573-03.

. «Строительные нормы и правила. Нормы проектирования. Стальные конструкции» СНиП II-23-81.

. «Строительные нормы и правила. Строительство в сейсмических районах» СНиП II-7-81.

. «Строительные нормы и правила. Типовая проектная документация» СНиП II-03-2001.

. «Свод правил. Нагрузки и воздействия» СП 20.1330.2011.

. «Строительные нормы и правила. Нагрузки и воздействия» СНиП 2.01.07-85.

. «Защита строительных конструкций от коррозии. Нормы проектирования» СНиП 2.03.11-85.

. П.Д. Одесский и др. «Предотвращение хрупких разрушений металлических строительных конструкций». г. Москва. Изд-во «СП интермет инжиниринг», 1998 г.

. Программный комплекс ANSYS, лицензия 151427. Регистрационный номер аттестационного паспорта программного средства - № 145 от 31.10.2002 г.

. Международный транслятор современных сталей и сплавов. (Серия: международная инженерная энциклопедия). Справочник. Под редакцией В.С. Кершенбаума. г. Москва, 1992-1994 г.

. «Указания по расчету на прочность и вибрацию технологических трубопроводов» РТМ 38.001-94.

. Американское общество инженеров механиков. ASME Boiler and pressure vessel Code. Section I, II, VIII, 2001.

. ASME: B16.9, B16.10/19 (тройники, трубы, отводы крутоизогнутые).

15. DIN 2615, DIN 2605, DIN 2615-1 (отводы, фитинги).

16. Стандартная спецификация на материал A 182/SA182M -04;

. Стандартная спецификация на материал A 335/SA335M -04;

. Стандартная спецификация на материал A 234/SA234M -04;

. Марочник сталей и сплавов. Справочник.(НПОЦНИИТМаш). Под редакцией А. С. Зубченко. г. Москва, изд-во «Машиностроение», 2001 г.

. Международное сопоставление стандартных марок стали. Справочник. А. Людвиг,Ф. Прокша, г. Москва, изд-во стандартов, 1992 г.