Колонна стабилизации первичной переработки нефти

Дырчатые  тарелки (рисунок 13 а) аналогичны по устройству ситчатым тарелкам и отличаются от последних лишь отсутствием сливных устройств. Диаметр отверстий в этих тарелках равен 4¸10 мм, а суммарная площадь сечения всех отверстий по отношению к сечению колонны составляет 10¸25%  [2, с.481].

Решётчатые  тарелки (рисунок 13 б) имеют отверстия в виде выфрезерованных или выштампованных щелей шириной 3¸8 мм.

Трубчатые тарелки представляют собой чаще всего решётки, образованные из ряда параллельных труб, присоединённых к коллектору.

Волнистые тарелки – гофрированные металлические листы с отверстиями 4¸8 мм.

Дырчатые и решётчатые провальные тарелки отличаются простотой  конструкции, низкой стоимостью изготовления и монтажа, сравнительно небольшим  гидравлическим сопротивлением. К достоинству  провальных тарелок относится лёгкость отвода тепла от барботажного слоя на тарелке путём пропускания охлаждающего агента по трубам, из которых состоит тарелка. Однако эти тарелки в сравнении с дырчатыми и решётчатыми значительно сложнее по устройству и монтажу.

Основной недостаток колонн с дырчатыми, решётчатыми и трубчатыми провальными тарелками – небольшой  интервал изменения скоростей газа и жидкости, в пределах которого поддерживается устойчивая и эффективная  их работа.

В более широком диапазоне  нагрузок работают волнистые провальные тарелки. Однако эти тарелки сложнее, чем дырчатые и решётчатые провальные тарелки по устройству и монтажу.

Таким образом, мы рассмотрели  классификацию конструкций  массообменных  аппаратов  с  непрерывным  и  со  ступенчатым  контактом  фаз. Большое разнообразие контактных устройств затрудняет выбор оптимальной конструкции тарелок. Клапанные тарелки   имеют наибольшее  преимущество в связи с тем, что сравнительно высокая пропускная способность по газу и гидродинамическая устойчивость и достигается более высокая степень разделения однородных жидких смесей. Поэтому выбираем  в качестве  контактных  устройств тарелки клапанные трапецеидальные, так как они по ряду показателей превосходят другие тарелки, а так же хорошо себя зарекомендовали в отраслях химической промышленности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Конструирование  и расчет.

2.1. Выпуклые днища

Расчет на прочность по ГОСТ 14249-89

Элемент: Верхнее эллиптическое днище, работающее под действием внутреннего давления

Рабочие условия

Рисунок 14 – схема выпуклого  днища.

Исходные  данные

Материал днища         09Г2С

Расчетная температура        T = 170 ºС

Расчетное давление        p = 1.5 МПа

Внутренний диаметр днища       D = 2600 мм

Высота выпуклой части  днища без учета

 цилиндрической  части        H = 650 мм

Исполнительная толщина  стенки днища     s1= 25 мм

Прибавка на коррозию и  эрозию      c1= 6  мм

Прибавка – минусовый  допуск      c2 = 0.8 мм

Прибавка технологическая       c3= 3.75 мм

Коэффициент прочности сварного шва     = 1 

Допускаемое напряжение       [σ] = 168.5  МПа

Длина цилиндрической отбортовки      h1 = 80 мм

Результаты  расчета

Радиус кривизны в вершине  эллиптического или

полусферического днища:        R = = = 2600 мм

 

Сумма прибавок к расчетной  толщине стенки:        c=c1+c2+c3= 10.55 мм

Расчетная толщина стенки эллиптического или по-

лусферического днища от действия внутреннего

давления:

S_1p = =   =  11.6 мм

Расчетная толщина стенки днища от действия дав-

ления с учетом прибавки:          s1p+c = 22.15 мм

Допускаемое внутреннее давление для эллиптиче-

ского или полусферического днища:   

      = = 1.868 МПа

Днище отвечает условиям прочности  в соответствии с требованиями ГОСТ 14249-89

2.2. Цилиндрические обечайки

Расчет на прочность по ГОСТ 14249-89

Элемент: Гладкая цилиндрическая обечайка, работающая под действием

внутреннего давления - осевой сжимающей силы - изгибающего момента

Рабочие условия

Рисунок 15 – схема цилиндрической обечайки.

Исходные  данные

Материал обечайки       09Г2С

Расчетная температура       T = 170 ºС

Расчетное давление       P = 1.5 МПа

Расчетное осевое усилие      F = 3.133 Н

Расчетный изгибающий момент     M = 1.926 H·мм

Расчетное поперечное усилие     Q = 2.801 H

Внутренний диаметр обечайки     D = 2600 мм

Расчетная длина обечайки      L = 1.222мм

Толщина стенки обечайки      S = 22 мм

Прибавка на коррозию       C1 = 6 мм

Прибавка – минусовый  допуск     С2= 0.8 мм

Прибавка технологическая       C3 = 0 мм

Коэффициент прочности продольного  сварного шва  _p = 1

Допускаемое напряжение      [σ ] = 168.5  МПа

Модуль продольной упругости     Е = 1.835 МПа

Приведенная расчетная длина      Lпр =1.222  мм

Результаты  расчета

Расчетная толщина стенки

обечайки от действия давления: S_p = =  =    11.62 мм

Расчетная толщина стенки

обечайки от действия давления

с учетом прибавки:                             S 11.62 + 6.08 = 18.42 мм

Допускаемое внутреннее

давление          = = 1.959 МПа

 

Допускаемое осевое сжимающее усилие из условия местной

устойчивости в пределах упругости:  

                                   4.187 Н

 

Допускаемое осевое усилие из

условия устойчивости в пределах упругости:

                                          4.187 Н

Допускаемое осевое сжимаю-

щее усилие из условия прочности:

 2.104 Н

Допускаемое осевое сжимающее  усилие:

                         1.88Н

Допускаемый изгибающий

момент из условий устойчивости

 в пределах упругости:

3.11Н·мм

Допускаемый изгибающий

момент из условия прочности:

  1.368 Н·мм

Допускаемый изгибающий

момент:

 1.252 Н·мм

Допускаемое поперечное усилие

 из условия устойчивости  в

пределах упругости:

7.668Н

Допускаемое поперечное уси-

лие из условия прочности:  5.23 Н

Допускаемое перерезывающее

усилие:

                              4.321  Н

Условие устойчивости

(п.2.3.7 ГОСТ 14249-89)   + + = 0.03209 < 1

Обечайка отвечает условиям прочности и устойчивости в соответствии с требованиями ГОСТ 14249-89.

 

 

2.3. Конические переходы и днища

Расчет на прочность по ГОСТ 14249-89

Элемент: Не отбортованный конический переход, расположенный между верхней 2600 мм и нижней 3000 мм частью аппарата, работающий под действием внутреннего давления - осевой сжимающей силы

Рабочие условия:

Рисунок 16 – схема конического  перехода.

Исходные  данные

Материал конической обечайки или днища    09Г2С 

Материал большего конического  перехода     09Г2С 

Материал меньшего конического  перехода    09Г2С 

Материал большего цилиндрического  перехода   09Г2С 

Материал меньшего цилиндрического  перехода   09Г2С 

Материал укрепляющего кольца       09Г2С 

Расчетная температура       T = 250 ºС

Расчетное давление       P = 1.5    МПа

Расчетная осевая сила       F = 6,057 Н

Расчетный изгибающий момент     M = 6,867 H·мм

Внутренний диаметр большей  обечайки, перехода или днища D = 3000мм

Внутренний диаметр меньшей  цилиндрической обечайки  D1 = 2600  мм

Половина угла раствора при  вершине конической обечайки

(днища)          α1= 22.5 град

Половина угла раствора при  вершине 2-й конической обечайки   α2= 0 град

Исполнительная толщина  стенки конической обечайки (днища) Sк = 24 мм

Исполнительная толщина  стенки большей

цилиндрической обечайки               Sб = 24мм

Исполнительная толщина  стенки меньшей 

цилиндрической обечайки             Sм = 24 мм

Исполнительная толщина  стенки большего

конического перехода               S1б = 24 мм

Исполнительная толщина  стенки большего

 цилиндрического перехода            S2б = 24 мм

Исполнительная толщина  стенки меньшего

конического перехода               S1м = 24 мм

Исполнительная толщина  стенки меньшего

 цилиндрического перехода            S2м = 24 мм

Исполнительная толщина  стенки тороидального перехода          Sт =  24 мм

Сумма прибавок к расчетной  толщине конической

обечайки(днища)        Cк = 4.8 мм

Сумма прибавок к расчетной  толщине большего

конического перехода      C1б = 4.8  мм

Сумма прибавок к расчетной  толщине большей 

Цилиндрической обечайки (перехода)   C2б =4.8   мм

Сумма прибавок к расчетной  толщине меньшего

конического перехода      C1м =4.8 мм

Сумма прибавок к расчетной  толщине меньшей

цилиндрической обечайки (перехода)   C2м =4.8 мм

Фактическая длина переходной части конической

обечайки у большего конца      a1D = 0 мм

Фактическая длина переходной части большей 

цилиндрической обечайки     a2D = 400 мм

Фактическая длина переходной части конической

обечайки у меньшего конца     a1D = 0 мм

Фактическая длина переходной части меньшей 

цилиндрической обечайки     a2D =  400 мм

Коэффициент прочности продольного  сварного шва   = 1

Коэффициент прочности кольцевого сварного шва  = 1

Допускаемое напряжение для  материала конической

 обечайки (днища)      [σ] = 162 МПа

Допускаемое напряжение для  материала большего конического

(тороидального) перехода     [σ]1=  162 МПа

Допускаемое напряжение для  материала большей

цилиндрической обечайки (перехода)   [σ]2 =162 МПа

Допускаемое напряжение для  материала меньшего

конического перехода      [σ]1 =162 МПа

Допускаемое напряжение для  материала меньшей

цилиндрической обечайки (перехода)   [σ]2 = 162 МПа

Модуль продольной упругости  материала конической

обечайки (днища)      Е 1.76  МПа

 

 

Результаты  расчета

Расчетная длина переходной части конической обечайки: = = 174.8 мм

Расчетная длина переходной части конической обечайки у меньшего конца:

= = 162.7 мм

Расчетная длина переходной части цилиндрической обечайки:

= = 168 мм

Расчетная длина цилиндрической обечайки или штуцера у меньшего конца:

== 279.3 мм

Расчетный диаметр гладкой  конической обечайки без тороидального перехода: D = 3000 2906 мм

Расчетные коэффициенты прочности  сварных швов (табл.4 ГОСТ14249-89):

- большего перехода при  расчете на действие давления:        = 1

- большего перехода при  расчете на действие растягивающей силы:  = 1

- большего перехода при  расчете на действие изгибающего момента: = 1

- меньшего перехода при  расчете на действие давления:        = 1

- меньшего перехода при  расчете на действие осевой силы:        = 1

- меньшего перехода при  расчете на действие изгибающего момента:= 1

Эффективные толщины переходных участков:

- конической части соединения  без тороидального перехода:    24 мм

- цилиндрической части  соединения без тороидального перехода:                    24 мм

Допускаемое внутреннее избыточное давление для конической обечайки или днища: = = 1.965 МПа

Допускаемая растягивающая  сила:

  = = =2.897  Н

Допускаемая осевая сжимающая  сила:

2.391 Н

 

где:

- допускаемая осевая сила  из условия прочности: 

  = 2.391 Н

- допускаемая осевая сила  из условия устойчивости в пределах упругости:

5.533 Н

Допускаемый изгибающий момент из условия прочности:

    1.583 H·мм

Допускаемый изгибающий момент из условия устойчивости:

где:

2.113 H·мм

- допускаемый изгибающий  момент из условия прочности:

    2.324 H·мм

- допускаемый изгибающий момент из условия устойчивости в пределах

упругости: 5.073 H

- эффективный диаметр  конической обечайки при осевом  сжатии и изгибе:

  = = 3209 мм

- коэффициент запаса устойчивости: 2.4

Допускаемое давление из условия прочности большей переходной части без тороидального перехода: = 2.688 МПа

где:

- коэффициент формы:     = 0.765

- коэффициент :   = 0.4 = 0.765

Допускаемая осевая растягивающая или сжимающая сила из условия

прочности переходной части:

где:

  = 1.074 Н

- коэффициент : 2.73

Допускаемый изгибающий момент из условия прочности переходной части:

= 1.583 H·мм

Допускаемое давление из условия прочности соединения штуцера или

внутреннего цилиндрического  корпуса с конической обечайкой: где:

  = = 1.647 МПа

общий коэффициент формы  для переходной части:

- коэффициент = 1.445

Допускаемая осевая растягивающая или сжимающая сила из условия

прочности переходной части:

  = 1.344 Н

где:

Допускаемый изгибающий момент из условия прочности переходной

части: = 8.738 H·мм

Условие устойчивости   = 0.05783 < 1

Условие прочности большей переходной части

 0.5869 < 1

Условие прочности меньшей  переходной части

  0.944 < 1

Конический переход (пологое  коническое днище) отвечает условиям прочности  и устойчивости в соответствии с  требованиями ГОСТ 14249-89

 

 

2.4. Колонный аппарат

Расчет на прочность по ГОСТ Р 51273-99 и ГОСТ Р 51274-99