Основные расчетные параметры. Нормативные ссылки

Нормативные ссылки
ГОСТ Р 52857.1-2007 - ГОСТ Р 52857.12-2007 «СОСУДЫ И АППАРАТЫ. Нормы и методы расчета на прочность»
№ 1 – Общие требования
№ 2 – Расчет цилиндрических и конических обечаек, выпуклых и плоских днищ и крышек»
№ 3 – Укрепление отверстий в обечайках и днищах при внутреннем и внешнем давлениях. Расчет на прочность обечаек и днищ при внешних статических нагрузках на штуцер
№ 4 – Расчет на прочность и герметичность фланцевых соединений и т.д.

Общие положения
Расчет на прочность необходимо проводить для всех прогнозируемых состояний сосудов, возникающих во время их эксплуатации, испытания, транспортировки, монтажа.
При этом следует учитывать все нагрузки и внешние факторы:
внутреннее(внешнее)давление,
температуру окружающей среды и рабочую,
статическое давление
нагрузки от массы сосуда и содержимого
инерционные нагрузки при движении, остановках и колебаниях, от ветровых и сейсмических воздействий
реактивные усилия от опор, креплений, трубопроводов и т.д.
нагрузки от стеснённости температурных деформаций
усталость при переменных нагрузках, эрозию, коррозию и т.д.

Температура
Рабочая температура tраб – это температура содер­жащейся или перерабатываемой среды в аппарате при нормальном протекании в нем технологического процесса.
Расчетная температура tрас – это температура стен­ки для определения физико-механических характеристик конструкционного материала и допускаемых напряже­ний.

Определение расчетной температуры
Расчетная температура корпуса
t рас=max{ tраб ; 20 оC},
Расчетная температура опоры
t рас оп.=max{ tрас – ∆t; 20 оC},

Зависимость перепада температуры от высоты опоры

При температуре ниже 20оС за расчетную температуру при определении допускаемых напряжений принимают температуру 20 оС.
При обогреве открытым пламенем, отработанными газами, отработанными газами или электронагревателями расчетную температуру принимают равной температуре среды, увеличенной на 20 0С при закрытом обогреве и на 50 0С при прямом обогреве, если нет более точных данных

Давление
Рабочее давление Рраб – максимальное внутреннее избыточное или наружное давление среды в аппарате при нормальном протекании технологического процесса без учета гидростатического давления и допускаемого кратковременного повышения давления во время действия предохранительного устройства (клапана и др.).
Если технологический процесс в аппарате протекает при разрежении, то рабочим давлением является вакуум.
Расчетное давление Ррас – максимальное допускаемое рабочее давление, на которое производится расчет на прочность и устойчивость элементов аппарата при максимальной их температуре.
Для аппаратов, работающих под вакуумом, расчетное наружное давление pрас = 0,1 МПа

Расчетное давление для рабочих условий
Ррас= Рраб+Рг
Рг = ρр.ж.ghр.ж.
hр.ж.= Нкуб+Ндн

Рекомендуемые значения расчетного давления для некоторых сред

Расчетное давление для условий гидроиспытаний
Ррас= Рпр+Рг
Рпр = 1,25Ррас[σ]20/[σ]t
Рг = ρвghв
hв= (Н-hоп)+Ндн

Пробные давления в сварных химических аппаратах (ОСТ 26 – 29194)
Пробное давление рпр – избыточное давление, на которое аппарат испытывается на прочность и плот­ность после его изготовления и периодически при экс­плуатации.
Пробное давление

Условное давление
Условное давление (номинальное) Ру (МПа) - избыточное рабочее давление при температуре элемента аппарата 20°С (без учета гидростатического давления).
Характеризует то давление, которое выдержит изделие при 20 0С.
Применяется для стандартизации изделий (например фланцев и т.д.)
Условные и рабочие давления для изделий из углеродистых сталей при различных температурах среды

Допускаемое напряжение при расчете по предельным нагрузкам аппаратов, работающих при статических однократных нагрузках, МПа
– для углеродистых и низкоуглеродистых сталей
Допускаемые напряжения для условий испытаний
– для углеродистых и низкоуглеродистых сталей
где σт -минимальное значение предела текучести;
σт0,2- минимальное значение условного предела текучести, при котором остаточное удлинение составляет 0,2%;
σт20 - минимальное значение предела текучести при температуре 20 °С;
σт0,220 – минимальное значение условного предела текучести при температуре 20°С, при которых остаточные удлинения составляет соответственно 0,2 %;
σД105 – среднее значение предела длительной прочности за 105 ч при расчетной температуре;
σв - минимальное значение временного сопротивления (предела прочности);
σп1,0/105 - среднее значение 1 %-го предела ползучести за 105 ч.

Значения коэффициентов запаса прочности в расчетах на прочность

Коэффициент η
Поправочный коэффициент к допускаемым напряжениям должен быть равен единице, за исключени­ем стальных отливок, для которых коэффициент η име­ет следующие значения:
0,8 – для отливок, подвергающихся индиви­дуальному контролю неразрушающими методами;
0,7 – для остальных отливок.

Коэффициент прочности сварного шва
Коэффициентом прочности сварного шва ϕ называется отношение прочности шва к прочности основного материала. Коэффициент прочности сварного шва показывает, равна или меньше прочность сварного шва по отношению к прочности основного металла.
Коэффициент (ϕ) может изменяться от 0,6 до 1.
Если φ = 1, то сварной шов равнопрочен основному металлу, если ϕ меньше 1, то прочность сварного шва меньше, чем прочность основного металла. В этом случае при расчете толщины стенки допускаемое напряжение уменьшается пропорционально значению коэффициента прочности сварного шва, т.е. в формуле для расчета толщины стенки допускаемое напряжение [σ] умножается на коэффициент ϕ.
Коэффициент прочности сварного шва (ϕ) зависит от:
вида сварного шва и способа сварки (таблица А.1) - стыковкой или тавровой с двухсторонним сплошным проваром, выполняемый автоматической, полуавтоматической сваркой или вручную и т.д.
длины контролируемых швов в процентах от общей длины (от 10 до 100 % от общей длины).
Способ выполнения сварного шва (выполняется автоматической, полуавтоматической или ручной сваркой) определяется категорией аппарата, которая выбирается в зависимости от возможности транспортировать аппарат целиком или соответствующими частями с соединением сваркой или на фланцах на монтажной площадке.
Длина контролируемых швов в % от общей длины сварных швов зависит от группы аппарата.
Для бесшовных элементов сосудов и аппаратов ϕ=1.

Группа аппарата

Объем контроля сварных соединений
Стальные сварные аппараты, в зависимости от расчетного давления, температуры стенки (расчетной температуры) и свойств рабочей среды (взрывоопасная или пожароопасная или 1-го, 2-го опасности, взрывобезопасная или пожаробезопасная или 4-го класса опасности и т.д.) подразделяются на пять групп. Пятая группа в свою очередь подразделяется на группы 5а и 5б . Сосуды, работающие под вакуумом или без давления (под наливом), независимо от расчетного давления следует отнести к группе 5а или 5б.
Длина контролируемых швов для аппаратов 1-й группы – 100 % всех сварных швов; 2-й и 3-й групп – 50 %; 4-й группы – 25 %; для остальных – 10 %.

Категории аппаратов
К перевозке по железной дороге целиком в зависимости от категории допускаются аппараты, имеющие значения массы, диаметра и длины, не превышающие, указанные в таблице.
Если аппарат допускается к перевозке по железной дороге целиком, то применяется стыковой или тавровый шов с двухсторонним сплошным проваром, выполняемый автоматической сваркой.
В случае, если хотя бы одно из значений m, D или L будет большим, чем указано в таблице, аппарат должен транспортироваться по железной дороге соответствующими частями. В этом случае обычно шов стыковкой с подваркой корня шва или тавровый с двухсторонним сплошным проваром, выполняемый вручную.