Новое поколение нефтяных аппаратов 2020

Константин Владимирович Ефанов
Новое поколение нефтяных аппаратов 2020


3.2. Теплообменные рубашки емкостных аппаратов

Сейчас находят применение просечные рубашки «пуклеванные», описанные еще в работе Касаткина [14].



Аппараты с «пуклеванной» рубашкой нашли широкое распространение в производстве емкостного оборудования из тонколистовой нержавеющей стали AISI 304. Например, еще в начале 2000 одна из Питерских компаний-изготовителей изготавливала такие рубашки из стали и титана.

Опытный образец для испытаний оболочки рубашки был выполнен небольших размеров прямоугольной формы. Образец вваривался в коробчатую открытую оболочку со штуцерами и подвергался гидроиспытанию.

«Пуклеванные» оболочки за счет наличия близко расположенных конусных элементов имеют наибольшую жесткость и прочность при минимальной толщине стенки, возможной для теплообменной рубашки. Недостаток классических рубашек в форме полого цилиндра состоит в неравномерном течении жидкости и наличии застойных зон с противоположной стороны от нижнего штуцера выхода (входа). Для этого в классических конструкциях могут применяться спиральные направляющие. В «пуклеванных» рубашках поток изменяет направление при обтекании конусных элементов. Конусные элементы тем самым интенсифицируют процесс теплообмена.

В настоящее время, по-видимому «пуклеванные» рубашки являются лучших конструкторским решением по теплообменным устройствам типа рубашек для аппаратов емкостного типа (вертикальные и горизонтальные аппараты емкостного типа и вертикальные аппараты с мешалками).

Применение «пуклеванных» рубашек должно сопровождаться расчетом на прочность методом конечных элементов. Одной из конструктивных ошибок является закладывание рубашки более прочной, чем несущая обечайка корпуса аппарата. В этом случае при создании давления внутри рубашки, превышающем давление внутри обечайки корпуса произойдет течь в обечайке. Автор настоящей монографии наблюдал такой случай.

3.3. Днища и крышки затворов

Плоские крышки в аппаратах емкостного типа и резервуарах усиливают стержневыми металлоконструкциями. Также усиливают крышки, в которых установлен привод перемешивающего устройства.

Наименьшую толщину стенки имеет шаровое днище, так как оно имеет одинаковые меридиональный и кольцевой радиусы, которые подставляются в расчетную формулу по нормативной методике.

По современной технологии шаровые днища с диаметрами около 5 м могут изготавливаться из одного сферического сегмента и 5 лепестков по данным специалистов из Волгограда [22] (сокращается количество сварных швов).

Широко распространены эллиптические и торосферический днища. Эпюры распределения напряжения для этих типов днищ приведены в работе Новожилова [12]. Эллиптическое днище считается более прочным, так как у торосферического в месте сопряжения тора со сферой (сферическим сегментом) имеется рост напряжений, так как геометрия изменяется менее плавно, чем у эллиптического днища.

Применение плоских днищ потребует весьма толстой стенки днища, как например, в крышках байонетных затворов камер для очистки газопроводов.

Выводы из теории оболочек применительно к конструированию корпусов сосудов состоят в необходимости плавного изменения геометрии для минимальных напряжений, то есть для отсутствия краевой задачи (краевых усилий и моментов).

Днища в форме сферического сегмента по нормам аппаратов до 21МПа применяются в составе крышек затворов. В этом случае крышка из поковки с сечением, близким к прямоугольному, воспринимает краевые усилия, возникающие в месте сопряжения сферического сегмента.

Для снижения краевого усилия в кольцевом поясе затвора выполняют поднутрение по радиусу с плавным переходом. Это позволяет обеспечить снижение резкого изменения геометрии и тем самым снизить напряжения и уменьшить толщину стенки.

В эллиптических и торосферических днищах выполняют отбортовку. Назначение отбортовки состоит в вынесении сварного шва приварки днища к обечайки из зоны действия краевых усилий и моментов. Для того чтобы эти нагрузки воспринимались металлом листа со сплошной структурой, а не металлом сварного шва с литой структурой.

Но при усилении укрепляющим кольцом узла стыка или введением специальной короткой промежуточной обечайки (кольца) можно приваривать сферический сегмент или эллиптические и торосферические днища без отбортовки.

В первом случае получаем конструкцию днища, синтезированного из листовой конструкции оболочки днища (сферического сегмента, эллиптического или торосферического днища) и стержневой конструкции их круглого укрепляющего кольца. То есть днище в виде элемента аппарата нового поколения 2020. Во втором случае получает также конструкцию аппарата нового поколения при применении короткого кольца, которое можно рассматривать как изогнутый стержень прямоугольного сечения. При широком кольце сохраняется принцип конструирования аппаратов нового поколения, основанный на глубоком знании и применении теории оболочек, но аппарат конструктивно может быть отнесен к предыдущему поколению.

Эпюры напряжений при сопряжении эллиптического днища и сферического сегмента с цилиндрической обечайкой по данным Новожилова [12,с.347]:



Новожилов [12,с.343] приводит условие сопряжения днищ и обечаек для листовых конструкций аппаратов предыдущего поколения:



Приведенную выше схему Новожилова необходимо держать в уме при проектировании листовых конструкций аппаратов и резервуаров.

3.4. Опоры-юбки аппаратов

Сейчас применяют плоские днища с опорой на каркас стержневой металлоконструкции.

В опорах-юбках изнутри устанавливают диафрагмы, выполненные из труб. Диафрагмы обеспечивают жесткость цилиндрической оболочки при подъеме в условиях монтажа.

Конструктивно диафрагмы представляют собой сваренные рамы из трех или четырех стержней и установленные в опорной юбке через накладки.

В работе Мельникова [1,с.454] указывается о применении диафрагм из стержней для горизонтальных цилиндрических резервуаров. В горизонтальных сосудах в местах опор обечайки лучше укреплять кольцами жесткости, но не диафрагмами. При наличии внутренних устройств, например, в случае факельного сепаратора, диафрагма перекроет сечение аппарата, что нежелательно. Решение по установке диафрагм во внутреннем пространстве аппарата или сосуда является плохим вариантом.

Расчет опор-юбок с диафрагмами должен выполняться в программах методом конечных элементов.

3.5. Фланцы и затворы

Применяются фланцы по стандарту ASME, под установку иностранных приборов и комплектующих.

Рейтинг@Mail.ru