8/19/2019 Projekt zbiornika ciśnieniowego PR
1/24
1
Politechnika Rzeszowska
Katedra InżynieriiChemicznej i Procesowej
PROJEKT ZBIORNIKA
CIŚNIENIOWEGO
Nr projektu:
Imię i Nazwisko
Imię i Nazwisko
Imię i Nazwisko
Imię i Nazwisko
Rzeszów, data
8/19/2019 Projekt zbiornika ciśnieniowego PR
2/24
2
Treść zadania projektowego
Oblicz wymiary elementów składowych pionowego zbiornika ciśnieniowego przeznaczonego do
magazynowania substancji ciekłej (medium) o masie MS pod ciśnieniem PS, w temperaturze TS.
Obliczenia należy przeprowadzić przyjmując następujące założenia:
1. Stosunek długości całkowitej do średnicy zewnętrznej aparatu mieści się w przedziale
s(2÷6);
2. Czas eksploatacji zbiornika wynosi co najmniej 10 lat;
3. Maksymalny poziom górny medium ciekłego nie przekracza miejsca łączenia powłoki
walcowej z górnym dnem;
4. Dno górne jest zaopatrzone w króciec doprowadzający umożliwiający napełnienie
zbiornika w czasie nie dłuższym niż N, a dno dolne w króciec spustowy
umożliwiający opróżnienie zbiornika w czasie nie dłuższym O;
5. Dno górne jest połączone z powłoką walcową poprzez kołnier z płaski do
przyspawania.
Dane projektowe:
Lp. Substancja TS [oC] PS [bar] MS [kg] N [s] O [s]
- Kwas mrówkowy 20% 20 8 1350 600 180
8/19/2019 Projekt zbiornika ciśnieniowego PR
3/24
3
Dane Obliczenia Wyniki
wg [1]
I. Obliczenie przybliżonej objętości zbiornika
Obliczam objętość magazynowanej substancji:
Przyjmuję przybliżoną objętość zbiornika:
II. Ustalenie temperatury obliczeniowej
Wg warunków UDT [2] przyjmuję:
III. Ustalenie ciśnienia obliczeniowego
Przyjmuję ciśnienie podczas próby ciśnieniowej PT
wg [2] Wyznaczam ciśnienie hydrostatyczne cieczy.
W tym celu obliczam przybliżoną średnicę aparatu:
W oparciu o normę PN-75/M-35412 [3] dobieram
średnicę nominalną aparatu w przedziale ( ):
8/19/2019 Projekt zbiornika ciśnieniowego PR
4/24
4
Dane Obliczenia Wyniki
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:
Nie uwzględniam ciśnienia hydrostatycznego
w ustalaniu wartości ciśnienia obliczeniowego:
8/19/2019 Projekt zbiornika ciśnieniowego PR
5/24
5
Dane Obliczenia Wyniki
IV. Obliczenie grubości nominalnej ścianki
powłoki walcowej
W oparciu o tablice korozyjne [4] oraz normę PN-EN
10028-7 [5] dobieram stal stopową austenityczną
1.4301 (X5CrNi18-10) należącą do grupy stali 18-10,
dla której umowna granica plastyczności w temp.
20oC wynosi Obliczam naprężenie dopuszczalne w ściankach
powłoki walcowej:
Zakładam wartość współczynnika , stąd
Zgodnie z warunkami UDT [2] przyjmuję wartość
współczynnika wytrzymałościowego Wartość współczynnika przyjmuję w oparciuo warunki UDT [2] dla ciśnienia obliczeniowego po
i temperatury dopuszczalnej TS :
,
Obliczam grubość obliczeniową ścianki powłoki
walcowej wg [2]:
8/19/2019 Projekt zbiornika ciśnieniowego PR
6/24
6
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 katalog producenta blach [6] dobieram
rozmiary arkusza blachy na powłokę walcową
zbiornika: 6x2600x2400 mm.
Grubość nominalna blachy:
8/19/2019 Projekt zbiornika ciśnieniowego PR
7/24
7
Dane Obliczenia Wyniki
W oparciu o normę PN-EN 10029 [7] ustalam
wartość technologicznego naddatku grubości ścianki
równego wartości bezwzględnej największejodchyłki minusowej grubości blachy klasy A:
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 :
8/19/2019 Projekt zbiornika ciśnieniowego PR
8/24
8
Dane Obliczenia Wyniki
V. Obliczenie grubości nominalnej ścianki den
elipsoidalnych
W oparciu o tablice korozyjne [4] oraz normę PN-EN
10028-7 [5] dobieram stal stopową austenityczną
1.4301 (X5CrNi18-10) należącą do grupy stali 18-10,
dla której umowna granica plastyczności w temp.
20oC 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:
8/19/2019 Projekt zbiornika ciśnieniowego PR
9/24
9
Dane Obliczenia Wyniki
W oparciu o katalog producenta blach [6] dobieram
rozmiary arkusza blachy na dno elipsoidalne:
6x1500x1500 mm.
W oparciu o normę PN-EN 10029 [7] ustalam
wartość technologicznego naddatku grubości ścianki
, równego wartości bezwzględnej największejodchyłki minusowej grubości blachy klasy A:
Obliczam grubość rzeczywistą ścianki dna
elipsoidalnego:
Obliczam średnicę otworu nie wymagającego
wzmocnienia:
( ) ( ) ( ) ( )
√ ( )( ) √ ( )()
8/19/2019 Projekt zbiornika ciśnieniowego PR
10/24
10
Dane Obliczenia Wyniki
Średnica otworu bez wzmocnienia nie powinna
przekraczać najmniejszej z obliczonych wartości,
czyli
.
Obliczam minimalną średnicę otworu w dnie
górnym, umożliwiającą napełnienie aparatu
w założonym czasie z prędkością w = 1 m/s:
Otwór nie będzie wymagał wzmocnienia.
Obliczam minimalną średnicę otworu w dnie
dolnym, umożliwiającą opróżnienie aparatu
w założonym czasie z prędkością w = 1 m/s:
Otwór będzie wymagał wzmocnienia.
Dobieram średnicę zewnętrzną króćca górnego wg
PN ISO 1127 [11]:
8/19/2019 Projekt zbiornika ciśnieniowego PR
11/24
11
Dane Obliczenia Wyniki
Przyjmuję średnicę otworu pod krócieć z 2mm
luzem:
Obliczam wartość współczynnika :
√ √
Obliczam wartość stosunku :
Obliczam wartość współczynnika konstrukcyjnego
dna yw w oparciu o WUDT [2] stosując podwójną
interpolację dla uzyskanych wartości współczynnika
i stosunku:
()
() ()
8/19/2019 Projekt zbiornika ciśnieniowego PR
12/24
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.
V. Obliczenie rozmiarów króćca do napełniania
(górnego)
W oparciu o tablice korozyjne [4] oraz normę PN-EN
10216-5 [8] dobieram stal stopową austenityczną
1.4301 (X5CrNi18-10) należącą do grupy stali 18-10,
dla której umowna granica plastyczności w temp.
20oC wynosi
8/19/2019 Projekt zbiornika ciśnieniowego PR
13/24
13
Dane Obliczenia Wyniki
Obliczam naprężenie dopuszczalne w ściankach
króćca górnego:
Zakładam wartość współczynnika , stąd Zgodnie z warunkami UDT [2] przyjmuję wartość
współczynnika wytrzymałościowego Obliczam grubość obliczeniową ścianki króćca
górnego wg [2]:
Naddatki grubości ścianki przyjmuję jak dla powłoki
walcowej i dna.
Obliczam najmniejszą wymaganą grubość ścianki
króćca górnego:
8/19/2019 Projekt zbiornika ciśnieniowego PR
14/24
14
Dane Obliczenia Wyniki
W oparciu o normę PN ISO 1127 [9] dobieram
grubość nominalną ścianki króćca górnego:
W oparciu o normę PN ISO 1127 [9] ustalam wartość
technologicznego naddatku grubości ścianki równego wartości bezwzględnej największej
odchyłki minusowej grubości ścianki rury klasy T1:
Sprawdzam warunek prawidłowego doboru grubości
nominalnej:
Grubość nominalna została dobrana prawidłowo.
Obliczam średnicę wewnętrzną króćca górnego:
Sprawdzam założoną wartość współczynnika :
Obliczam czas napełniania zbiornika z założoną
prędkością w = 1 m/s:
()
8/19/2019 Projekt zbiornika ciśnieniowego PR
15/24
15
VI. Obliczenie rozmiarów króćca do opróżniania
(dolnego)
W oparciu o normę PN ISO 1127 [9] przyjmuję
średnicę zewnętrzna króćca dolnego:
W oparciu o tablice korozyjne [4] oraz normę PN-EN
10216-5 [8] dobieram stal stopową austenityczną
1.4301 (X5CrNi18-10) należącą do grupy stali 18-10,
dla której umowna granica plastyczności w temp.
20oC wynosi Obliczam naprężenie dopuszczalne w ściankach
króćca dolnego:
Zakładam wartość współczynnika , stąd Zgodnie z warunkami UDT [2] przyjmuję wartość
współczynnika wytrzymałościowego Obliczam grubość obliczeniową ścianki króćca
dolnego wg [2]:
8/19/2019 Projekt zbiornika ciśnieniowego PR
16/24
16
Dane Obliczenia Wyniki
Naddatki grubości ścianki przyjmuję jak dla powłoki
walcowej i dna.
Obliczam najmniejszą wymaganą grubość ścianki
króćca dolnego:
W oparciu o normę PN ISO 1127 [9] dobieram
grubość nominalną ścianki króćca dolnego:
W oparciu o normę PN ISO 1127 [9] ustalam wartość
technologicznego naddatku grubości ścianki równego wartości bezwzględnej największej
odchyłki minusowej grubości ścianki rury klasy T1:
Sprawdzam warunek prawidłowego doboru grubości
nominalnej:
Grubość nominalna została dobrana prawidłowo.
Obliczam średnicę wewnętrzną króćca górnego:
8/19/2019 Projekt zbiornika ciśnieniowego PR
17/24
17
Dane Obliczenia Wyniki
Sprawdzam założoną wartość współczynnika :
Obliczam czas opróżniania zbiornika z założoną
prędkością w = 1 m/s:
()
Obliczam rozmiary wzmocnienia otworu pod króciec
dolny. Przyjmuję średnicę otworu w dnie pod krócieć
z 2mm luzem:
Obliczam minimalną grubość pierścienia blachy
wzmacniającej spełniającej warunek:
w kwadracie wzmocnienia ABCD przy założeniu
średnicy zewnętrznej pierścienia równej i bezuwzględniania spoin wg WUDT [2]:
( ) ()
W oparciu o katalog producenta blach [6] dobieram
rozmiary arkusza blachy na pierścień wzmacniający
otwór pod dolny króciec: 3x250x250 mm.
8/19/2019 Projekt zbiornika ciśnieniowego PR
18/24
18
Dane Obliczenia Wyniki
VII. Ustalenie rozmiarów kołnierzy do łączenia
powłoki walcowej z górnym dnem oraz kołnierzykróćców
Dobieram materiał na kołnierze: stal stopowa 1.4301
Dobieram kołnierz do połączenia powłoki walcowej
z górnym dnem: kołnierz płaski do przyspawania typ
01 dla PN 16 według PN EN 1092-1 [10]
o rozmiarach:
Średnica zewnętrzna: Średnica podziałowa otworów: Średnica otworów na śruby: Liczba śrub: Rozmiar śrub: Średnica otworu:
Grubość kołnierza: Dobieram kołnierz króćca górnego: kołnierz płaski
do przyspawania typ 01 dla PN 16 według PN EN
1092-1 [10]
o rozmiarach:
Średnica zewnętrzna:
Średnica podziałowa otworów: Średnica otworów na śruby: Liczba śrub: Rozmiar śrub: Średnica otworu: Grubość kołnierza:
8/19/2019 Projekt zbiornika ciśnieniowego PR
19/24
19
Dane Obliczenia Wyniki
wg [11]
Dobieram kołnierz króćca dolnego: kołnierz płaski
do przyspawania typ 01 dla PN 16 według PN EN
1092-1 [10]
o rozmiarach:
Średnica zewnętrzna: Średnica podziałowa otworów: Średnica otworów na śruby: Liczba śrub: Rozmiar śrub:
Średnica otworu: Grubość kołnierza: VIII. Obliczenie masy i ciężaru aparatu
Obliczam długość części walcowej zbiornika:
( ) () Obliczam masę części walcowej zbiornika:
( )
(() ())
Obliczam masę dna elipsoidalnego:
( ) ( )
8/19/2019 Projekt zbiornika ciśnieniowego PR
20/24
20
Dane Obliczenia Wyniki
(() ())
(() ()) Przyjmuję długość króćca górnego:
Obliczam masę króćca górnego:
(() ())
Przyjmuję długość króćca dolnego:
Obliczam masę króćca dolnego:
(() ())
Obliczam masę pierścienia wzmacniającego wokół
króćca dolnego:
()
8/19/2019 Projekt zbiornika ciśnieniowego PR
21/24
21
Dane Obliczenia Wyniki
Obliczam masę kołnierza do połączenia powłoki
walcowej z górnym dnem
[ ] (() ())
() Obliczam masę kołnierza górnego króćca:
[ ] (() ())
() Obliczam masę kołnierza dolnego króćca:
[ ] (() ())
()
Obliczam masę pustego zbiornika:
8/19/2019 Projekt zbiornika ciśnieniowego PR
22/24
22
Dane Obliczenia Wyniki
Obliczam masę całkowitą zbiornika:
Obliczam ciężar zbiornika:
̆ Obliczam rzeczywistą objętość zbiornika:
()
Obliczam długość całkowitą zbiornika:
( ) ()
8/19/2019 Projekt zbiornika ciśnieniowego PR
23/24
23
Zestawienie najważniejszych wyników:
Jednostka Wartość
Objętość całkowita aparatu m3 1,4
Ciśnienie obliczeniowe MPa 1,2
Temperatura obliczeniowaoC 20
Materiał konstrukcyjny powłoki walcowej - Stal 1.4301
Materiał konstrukcyjny dna elipsoidalnego - Stal 1.4301
Materiał konstrukcyjny króćców - Stal 1.4301
Materiał konstrukcyjny kołnierzy - Stal 1.4301
Naprężenie dopuszczalne w ściance powłoki walcowej MPa 127
Naprężenie dopuszczalne w ściance dna elipsoidalnego MPa 150
Naprężenie dopuszczalne w ściance króćców MPa 118Średnica zewnętrzna powłoki walcowej mm 812
Grubość nominalna ścianki powłoki walcowej mm 6
Średnica zewnętrzna dna elipsoidalnego mm 812
Grubość nominalna ścianki dna elipsoidalnego mm 6
Średnica otworu w dnie elipsoidalnym mm 62,3
Średnica zewnętrzna króćca górnego mm 60,3
Grubość nominalna ścianki króćca górnego mm 2
Średnica zewnętrzna króćca górnego mm 114,3
Grubość nominalna ścianki króćca górnego mm 2,6
Długość całkowita aparatu mm 2892
Masa pustego aparatu kg 121,1
Masa całkowita aparatu kg 471,1
8/19/2019 Projekt zbiornika ciśnieniowego PR
24/24
Literatura:
[1] R.H. Perry, D.W. Green – Chemical Engineers’ Handbook, McGraw-Hill, 2008.
[2] Warunki Ur zędu Dozoru Technicznego, 2005.
[3] PN-75/M- 35412 Dna elipsoidalne stalowe o średnicy wewnętrznej od 600 do 4000 mm.
[4 ] Outokumpu Stainless Corrosion Handbook, 2009.
[5] PN-EN 10028-7 Wyroby płaskie ze stali na urządzenia ciśnieniowe. Część 7: Stale
odporne na korozję.
[6] Katalog blach walcowanych na gorąco Quarto Plate Europe firmy Outokumpu
[7] PN-EN 10029 Blachy stalowe walcowane na gorąco grubości 3mm i większej . Tolerancje
wymiarów i kształtu.
[8] PN-EN 10216-5 Rury stalowe bez szwu do zastosowań ciśnieniowych. Warunki
techniczne dostawy. Rury ze stali odpornych na korozję.
[9] PN-ISO 1127 Rury ze stali nierdzewnych.
[10] PN EN 1092-1 Kołnierze i ich połączenia. Kołnierze okrągłe do rur, armatury, kształtek,
łączników i osprzętu z oznaczeniem PN. Część 1: Kołnierze stalowe.
[11] PN-EN 10088-1 Stale odporne na korozję. Część 1: gatunki stali odpornych na korozję.