1

Politechnika Rzeszowska

Katedra Inżynierii Chemicznej

i Procesowej

PROJEKT ZBIORNIKA

CIŚNIENIOWEGO

Nr projektu:

Imię i Nazwisko

Imię i Nazwisko

Imię i Nazwisko

Imię i Nazwisko

Rzeszów, data

2

Treść projektu

Oblicz wymiary powłoki walcowej oraz den elipsoidalnych dla zbiornika pionowego do

magazynowania substancji o temperaturze t

r

i pod ciśnieniem p

r

o masie całkowitej wynoszącej m

s

.

Obliczenia należy przeprowadzić dla dwóch wariantów, tj. przy założeniu stosunku wysokości

całkowitej aparatu do jego średnicy zewnętrznej s równym około 2,5 oraz około 6,5. Należy wskazać

optymalny wariant zbiornika pod względem zużycia materiału.

Podczas obliczeń należy przyjąć następujące założenia:

1. Substancja wypełnia maksymalnie 80% objętości zbiornika,

2. Czas eksploatacji zbiornika wynosi co najmniej 10 lat

3. Dna aparatu posiadają otwory umożliwiające napełnienie i opróżnienie zbiornika

w najkrótszym możliwym czasie, bez konieczności wzmacniania otworów.

Dane projektowe:

Lp.

Substancja

t

r

[

o

C]

p

r

[bar]

m

s

[kg]

225

Alkohol butylowy 100%

wrzenia

2

420

3

WARIANT 1

4

Dane

Obliczenia

Wyniki

wg

[1]

I. Obliczenie objętości zbiornika

Ustalam temperaturę wrzenia butanolu pod

ciśnieniem roboczym

wg [1]:

Obliczam objętość magazynowanej substancji:

Obliczam objętość całkowitą zbiornika:

II. Ustalenie temperatury obliczeniowej

Wg wytycznych UDT [2] przyjmuję:

III. Ustalenie ciśnienia obliczeniowego

Obliczam ciśnienie podczas próby ciśnieniowej PT

wg [2]

Wyznaczam ciśnienie hydrostatyczne cieczy. W tym

celu obliczam przybliżoną średnicę aparatu:

√

√

5

Dane

Obliczenia

Wyniki

W oparciu o normę na dna PN-75/M-35412 [3]

dobieram średnicę nominalną aparatu:

oraz pozostałe wymiary dna:

Obliczam objętość dna aparatu:

Obliczam maksymalną wysokość słupa cieczy

w zbiorniku:

(

)

( )

Obliczam ciśnienie hydrostatyczne cieczy:

Sprawdzam udział ciśnienia hydrostatycznego

w ciśnieniu roboczym:

Uwzględniam ciśnienie hydrostatyczne w ustalaniu

wartości ciśnienia obliczeniowego:

6

Dane

Obliczenia

Wyniki

IV. Obliczenie grubości nominalnej ścianki

powłoki walcowej

W oparciu o tablice korozyjne [4] oraz normę PN-EN

10028-2 [5] dobieram stal niestopową 1.0481

(P295GH) należącą do grupy stali węglowych, dla

której umowna granica plastyczności w temp. 150

o

C

wynosi

Obliczam naprężenie dopuszczalne w ściankach

powłoki walcowej:

Zakładam wartość współczynnika

, stąd

Zgodnie z wytycznymi UDT [2] przyjmuję wartość

współczynnika wytrzymałościowego

Wartość współczynnika

przyjmuję w oparciu

o wytyczne UDT [2] dla ciśnienia dopuszczalnego

PS równego ciśnieniu obliczeniowemu:

Obliczam grubość obliczeniową ścianki powłoki

walcowej wg [2]:

7

Dane

Obliczenia

Wyniki

Obliczam naddatki grubości ścianki.

Eksploatacyjny naddatek grubości ścianki obliczam

uwzględniając szybkość korozji materiału

konstrukcyjnego:

Przyjmuję wartość naddatku ze względu na obecność

dodatkowych naprężeń:

Obliczam najmniejszą wymaganą grubość ścianki

powłoki walcowej wg [2]:

W oparciu o normę BN75/2202-02 [6] dobieram

grubość nominalną blachy:

8

Dane

Obliczenia

Wyniki

W oparciu o normę PN-EN 10051 [7] ustalam

wartość technologicznego naddatku grubości ścianki

, równego co do wartości największej odchyłce

minusowej grubości blachy w temperaturze

obliczeniowej:

Sprawdzam warunek prawidłowego doboru grubości

nominalnej:

Grubość nominalna została dobrana prawidłowo.

Obliczam grubość rzeczywistą ścianki powłoki

walcowej:

Obliczam średnicę zewnętrzną aparatu:

Sprawdzam założoną wartość współczynnika



:

9

Dane

Obliczenia

Wyniki

V. Obliczenie grubości nominalnej ścianki dna

elipsoidalnego

W oparciu o tablice korozyjne [4] oraz normę PN-EN

10028-2 [5] dobieram stal niestopową 1.0481

(P295GH) należącą do grupy stali węglowych, dla

której umowna granica plastyczności w temp. 150

o

C

wynosi

Wstępnie dobieram dno elipsoidalne stalowe wg PN

75/M-35412 [3] o następujących wymiarach:

Obliczam naprężenie dopuszczalne w ściankach dna

elipsoidalnego:

Obliczam średnicę zewnętrzną dna elipsoidalnego:

10

Dane

Obliczenia

Wyniki

W oparciu o normę PN-EN 10051 [7] ustalam

wartość technologicznego naddatku grubości ścianki

, równego co do wartości największej odchyłce

minusowej grubości blachy w temperaturze

obliczeniowej:

Obliczam grubość rzeczywistą ścianki dna

elipsoidalnego:

Obliczam największą średnicę otworu nie

wymagającego wzmocnienia:

(

)

(

)

( )

( )

√

(

)(

)

√ ( ) ( )

11

Dane

Obliczenia

Wyniki

Średnica otworu w dnie nie powinna przekraczać

najmniejszej z obliczonych wartości, czyli 86 mm.

Dobieram średnicę otworu w dnie w oparciu o normę

PN-EN 10220 [8] z uwzględnieniem 2mm luzu:

Obliczam wartość współczynnika



:

√

√

Obliczam wartość stosunku

:

Obliczam wartość współczynnika

wytrzymałościowego y

w

w oparciu o wytyczne UDT

[2], stosując podwójną interpolację dla uzyskanych

wartości współczynnika



i stosunku

:

( )

( )

( )

12

Dane

Obliczenia

Wyniki

Obliczam grubość obliczeniową ścianki dna

elipsoidalnego:

Obliczam najmniejszą wymaganą grubość ścianki

dna elipsoidalnego:

Sprawdzam warunek prawidłowego doboru grubości

nominalnej dna elipsoidalnego:

Grubość nominalna dna została dobrana prawidłowo.

VI. Wyznaczenie masy całkowitej aparatu

Obliczam długość walcowej części zbiornika:

(

)

( )

( )

13

Dane

Obliczenia

Wyniki

wg [11]

Obliczam masę części walcowej zbiornika:

(

)

(( )

( )

)

Obliczam masę pustego zbiornika:

Obliczam masę całkowitą zbiornika:

Obliczam całkowitą długość aparatu:

(

)

(

)

Sprawdzam stosunek długości całkowitej do

średnicy zewnętrznej aparatu:

14

WARIANT 2

15

Dane

Obliczenia

Wyniki

wg

[1]

I. Obliczenie objętości zbiornika

Ustalam temperaturę wrzenia butanolu pod

ciśnieniem roboczym

wg [1]:

Obliczam objętość magazynowanej substancji:

Obliczam objętość całkowitą zbiornika:

II. Ustalenie temperatury obliczeniowej

Wg wytycznych UDT [2] przyjmuję:

III. Ustalenie ciśnienia obliczeniowego

Obliczam ciśnienie podczas próby ciśnieniowej PT

wg [2]

Wyznaczam ciśnienie hydrostatyczne cieczy. W tym

celu obliczam przybliżoną średnicę aparatu:

√

√

16

Dane

Obliczenia

Wyniki

W oparciu o normę PN-64/M-35411 [9] dobieram

średnicę nominalną aparatu:

oraz pozostałe wymiary dna:

Obliczam przybliżoną objętość dna aparatu:

Obliczam maksymalną wysokość słupa cieczy

w zbiorniku:

(

)

( )

Obliczam ciśnienie hydrostatyczne cieczy:

Sprawdzam udział ciśnienia hydrostatycznego

w ciśnieniu roboczym:

Uwzględniam ciśnienie hydrostatyczne w ustalaniu

wartości ciśnienia obliczeniowego:

17

Dane

Obliczenia

Wyniki

IV. Obliczenie grubości nominalnej ścianki

powłoki walcowej

W oparciu o tablice korozyjne [4] oraz normę PN-EN

10216-2 [10] dobieram stal niestopową 1.0425

(P265GH) należącą do grupy stali węglowych, dla

której umowna granica plastyczności w temp. 150

o

C

wynosi

Obliczam naprężenie dopuszczalne w ściankach

powłoki walcowej:

Zakładam wartość współczynnika

, stąd

Zgodnie z wytycznymi UDT [2] przyjmuję wartość

współczynnika wytrzymałościowego

Obliczam grubość obliczeniową ścianki powłoki

walcowej wg [2]:

18

Dane

Obliczenia

Wyniki

Obliczam naddatki grubości ścianki.

Eksploatacyjny naddatek grubości ścianki obliczam

uwzględniając szybkość korozji materiału

konstrukcyjnego:

Przyjmuję wartość naddatku ze względu na obecność

dodatkowych naprężeń:

Obliczam najmniejszą wymaganą grubość ścianki

powłoki walcowej wg [2]:

W oparciu o normę PN-EN 10216-2 [10] dobieram

grubość nominalną rury.

Grubość nominalna rury na powłokę walcową:

19

Dane

Obliczenia

Wyniki

W oparciu o normę PN-EN 10216-2 [10] ustalam

wartość technologicznego naddatku grubości ścianki

, równego co do wartości największej odchyłce

minusowej grubości rury:

Sprawdzam warunek prawidłowego doboru grubości

nominalnej:

Grubość nominalna została dobrana prawidłowo.

Obliczam grubość rzeczywistą ścianki powłoki

walcowej:

Obliczam średnicę wewnętrzną aparatu:

Sprawdzam założoną wartość współczynnika



:

20

Dane

Obliczenia

Wyniki

V. Obliczenie grubości nominalnej ścianki dna

elipsoidalnego

W oparciu o tablice korozyjne [4] oraz normę PN-EN

10028-2 [5] dobieram stal niestopową 1.0425

(P265GH) należącą do grupy stali węglowych, dla

której umowna granica plastyczności w temp. 150

o

C

wynosi

Wstępnie dobieram dno elipsoidalne stalowe wg PN

64/M-35411 [9] o następujących wymiarach:

Obliczam naprężenie dopuszczalne w ściankach dna

elipsoidalnego:

Obliczam średnicę wewnętrzną dna elipsoidalnego:

21

Dane

Obliczenia

Wyniki

W oparciu o normę PN-EN 10051 [7] ustalam

wartość technologicznego naddatku grubości ścianki

równego co do wartości największej odchyłce

minusowej grubości blachy w temperaturze

obliczeniowej:

Obliczam grubość rzeczywistą ścianki dna

elipsoidalnego:

Obliczam największą średnicę otworu nie

wymagającego wzmocnienia:

(

)

(

)

( )

( )

√

(

)(

)

√ ( ) ( )

22

Dane

Obliczenia

Wyniki

Średnica otworu w dnie nie powinna przekraczać

najmniejszej z obliczonych wartości, czyli 126,6 mm.

Dobieram średnicę otworu w dnie w oparciu o normę

PN-EN 10220 [8] z uwzględnieniem 2mm luzu:

Obliczam wartość współczynnika



:

√

√

Obliczam wartość stosunku

:

Obliczam wartość współczynnika

wytrzymałościowego y

w

w oparciu o wytyczne UDT

[2] stosując interpolację dla uzyskanej wartości

współczynnika



:

( )

23

Dane

Obliczenia

Wyniki

Obliczam grubość obliczeniową ścianki dna

elipsoidalnego:

Obliczam najmniejszą wymaganą grubość ścianki

dna elipsoidalnego:

Sprawdzam warunek prawidłowego doboru grubości

nominalnej dna elipsoidalnego:

Grubość nominalna dna została dobrana prawidłowo.

VI. Wyznaczenie masy całkowitej aparatu

Obliczam objętość dna elipsoidalnego:

24

Dane

Obliczenia

Wyniki

wg [11]

Obliczam długość walcowej części zbiornika:

(

)

( )

( )

Obliczam masę części walcowej zbiornika:

(

)

(( )

( )

)

Obliczam masę pustego zbiornika:

Obliczam masę całkowitą zbiornika:

Obliczam całkowitą długość aparatu:

(

)

( )

Sprawdzam stosunek długości całkowitej do

średnicy zewnętrznej aparatu:

25

Zestawienie najważniejszych wyników:

Jednostka

Wariant 1

Wariant 2

Objętość całkowita aparatu

m

3

0,73

0,73

Ciśnienie obliczeniowe (dopuszczalne)

Pa

5,1∙10

5

5,2∙10

5

Temperatura obliczeniowa

o

C

140

140

Materiał konstrukcyjny powłoki walcowej

-

Stal 1.0481

(P295GH)

1.0425

(P265GH)

Materiał konstrukcyjny dna elipsoidalnego

-

Stal 1.0481

(P295GH)

1.0425

(P265GH)

Naprężenie dopuszczalne w ściance powłoki

walcowej

MPa

138

183

Naprężenie dopuszczalne w ściance dna

elipsoidalnego

MPa

161

144

Średnica zewnętrzna powłoki walcowej

mm

708

508

Grubość nominalna ścianki powłoki walcowej

mm

4

11

Średnica zewnętrzna dna elipsoidalnego

mm

708

508

Grubość nominalna ścianki dna elipsoidalnego

mm

4

10

Średnica otworu w dnie elipsoidalnym

mm

78,1

116,3

Długość całkowita aparatu

mm

1,94

4,02

Masa pustego aparatu

kg

150,1

550,7

Masa całkowita aparatu

kg

570,1

970,7

Ze względu na mniejszą masę całkowitą wskazuję wariant I jako optymalny.

26

Literatura:

[1] red. J. Bandrowski – Materiały pomocnicze do ćwiczeń i projektów z inżynierii

chemicznej, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, 2000

[2] Wytyczne Urzędu Dozoru Technicznego, 2003

[3] PN-75/M- 35412 Dna elipsoidalne stalowe o średnicy wewnętrznej od 600 do 4000 mm

[4 ] Outokumpu Stainless Corrosion Handbook, 2004

[5] PN-EN 10028-2 Wyroby płaskie ze stali na urządzenia ciśnieniowe. Część 2: Stale

niestopowe i stopowe o określonych własnościach w podwyższonych temperaturach.

[6] BN-75/2202-02 Grubości blach w zakresie od 1 do 50 mm.

[7] PN-EN 10051 Blacha gruba, blacha cienka i taśma walcowane na gorąco w sposób ciągły

niepowlekane ze stali niestopowej i stopowej. Tolerancje wymiarów i kształtu.

[8] PN-EN 10220 Rury stalowe bez szwu i ze szwem. Wymiary i masy na jednostkę długości.

[9] PN-64/M- 35411 Dna elipsoidalne stalowe o średnicy zewnętrznej od 33,5 do 508 mm.

[10] PN-EN 10216-2 Rury stalowe bez szwu do zastosowań ciśnieniowych. Warunki

techniczne dostawy. Część 2: Rury ze stali niestopowych i stopowych z określonymi

własnościami w temperaturze podwyższonej.

[11] PN-EN 10028-1 Wyroby płaskie ze stali na urządzenia ciśnieniowe. Część 1:

Wymagania ogólne.