Как рассчитать сосуд высокого давления

ГОСТ 25215-82 Сосуды и аппараты высокого давления. Обечайки и днища. Нормы и методы расчета на прочность

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

СОСУДЫ И АППАРАТЫ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ

НОРМЫ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО СТАНДАРТАМ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

Сосуды и аппараты высокого давления

Нормы и методы расчета на прочность

High-pressure vessels and apparatus.
Shells and heads.
Norms and methods of strength calculation

Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 16 апреля 1982 г. № 1551 срок введения установлен

Несоблюдение стандарта преследуется по закону

Настоящий стандарт распространяется на однослойные обечайки, плоские и выпуклые днища сосудов и аппаратов кованых, ковано-сварных стальных, а также однослойных сосудов и аппаратов, изготовленных из стального листового проката, работающих при статических нагрузках под действием внутреннего избыточного давления свыше 10 до 100 МПа в химической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности, и устанавливает нормы и методы расчета на прочность однослойных обечаек, плоских и выпуклых днищ.

Требования настоящего стандарта действительны при условии, что расчетная температура не превышает значений, при которых в расчетах на прочность учитывается ползучесть материалов. В случае отсутствия точных данных о температуре, настоящий стандарт применим при расчетной температуре, не превышающей 380 °С для углеродистой стали, 420 °С для низколегированной и среднелегированной сталей и 525 °С для аустенитной стали.

Стандарт полностью соответствует СТ СЭВ 3027-81.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Расчетная температура, рабочее и расчетное избыточные давления (далее — рабочее и расчетное давления) — по ГОСТ 14249-80.

Условные обозначения величин в соответствии с приложением 2.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

1.2. Значение пробного избыточного давления (далее — пробного давления) при гидравлических испытаниях следует определять по «Правилам устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением», утвержденным Госгортехнадзором СССР.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

1.3. Допускаемое напряжение при расчете по предельным нагрузкам конструктивных элементов из углеродистых, низколегированных и среднелегированных сталей вычисляют по формуле

(1)

Коэффициенты nт и nв в зависимости от условий нагружения следует определять в соответствии с таблицей.

Коэффициент запаса прочности

(Измененная редакция, Изм. № 1).

1.4. Если значение пробного давления больше значения, определяемого по формуле , то следует проводить проверку на прочность конструктивных элементов сосудов и аппаратов, подставляя в соответствующие формулы значение пробного давления. При этом коэффициент nтвыбирают в соответствии с таблицей.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

1.5. В формулы для расчетов на прочность элементов сосудов и аппаратов, имеющих сварные соединения, необходимо вводить коэффициент , учитывающий снижение прочности сварного шва по сравнению с основным металлом. Для сосудов и аппаратов, изготовленных из стального листового проката с продольным сварным швом, значения коэффициента — по ГОСТ 14249-89. Для сосудов и аппаратов кованых, кованосварных стальных коэффициент I принимают равным I.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

1.6. Значение прибавки С к расчетным толщинам конструктивных элементов сосуда или аппарата — по ГОСТ 14249-80. При расчете выпуклых днищ, изготовленных штамповкой, технологическая прибавка для компенсации утонения учитывается во всех случаях.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

1.7. Расчет на усталостную прочность цилиндрических однослойных обечаек и днищ, а также других конструктивных элементов сосудов и аппаратов не производится, если число циклов нагружения не превышает 1000 и обеспечиваются следующие условия:

скорость подъема температуры стенки сосуда или аппарата при выводе на режим или во время рабочего процесса не превышает 30 °с/ч;

температура стенки внутри сосуда или аппарат, не имеющего наружной теплоизоляции, не более 200 °С;

температура стенки сосуда или аппарата, при использовании аустенитных сталей в качестве защитного слоя для корпуса, выполненного из углеродистой и низколегированной сталей, не превышает 200 °С независимо от наличия наружной теплоизоляции.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

1.8. Если расчетное число циклов нагружений превышает 1000 или не выполняется какое-либо из требований п. 1.8 настоящего стандарта, то кроме расчета по данному стандарту следует выполнять проверку на усталостную прочность. При выполнении условий п. 1.8 настоящего стандарта и колебании нагрузки от действия давления, не превышающем 15 % расчетной, проверку на усталостную прочность не проводят.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

2. РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ОДНОСЛОЙНЫХ ОБЕЧАЕК

2.1. Расчет применим для цилиндрических обечаек при условии

2.2. Толщину цилиндрической однослойной обечайки следует рассчитывать по формулам:

(2)

(3)

2.3. Расчетный коэффициент толстостенности следует рассчитывать по формуле

. (4)

Значения выбирают по справочному приложению 1.

2.4. Допускаемое давление следует рассчитывать по формуле

, (5)

. (6)

3. РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ПЛОСКИХ ДНИЩ

3.1. На черт. 1- 3 приведены расчетные модели плоских днищ. Чертежи не определяют конструкцию плоских днищ и приведены для указания расчетных размеров.

Плоское днище с коническим переходом

Плоское днище с радиусным переходом

Плоское днище с проточкой

3.2. Расчет применим для плоских днищ при условии

3.3. Толщину днищ с коническим и радиусным переходами следует рассчитывать по формулам:

(7)

(8)

3.4. Расчетный диаметр определяют по формулам

для днищ с коническим переходом ( черт. 1)

(9)

для днищ с радиусным переходом и днищ с проточкой ( черт. 2 и 3)

(9а)

(Измененная редакция, Изм. № 1).

3.5. Допускаемое давление для днищ с коническим и радиусным переходами

(10)

3.6. Коэффициент ослабления днища неукрепленными отверстиями для плоских днищ всех типов следует определять по формуле

( 11)

в случае одиночного центрального отверстия по формуле

(12)

3.7. В случае несквозного отверстия в формулы (11) и ( 12) подставляют значение расчетного диаметра , определяемого с учетом глубины отверстия.

(13)

3.8. Расчет плоского днища с проточкой применим при соблюдении следующих условий:

(14)

(15)

(16)

3.9. Толщина плоского днища с проточкой должна быть рассчитана по формулам:

(17)

(18)

3.10. Допускаемое давление для плоского днища с проточкой следует рассчитывать по формуле

(19)

где

4. РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ВЫПУКЛЫХ ДНИЩ

4.1. На черт. 4, 5 приведены расчетные модели выпуклых днищ. Чертежи не определяют конструкцию выпуклых днищ и приведены для указания расчетных размеров.

4.2. Расчет применим для сферических и эллиптических днищ при соблюдении следующих условий:

1)

2) расстояние от края отверстия до внутренней цилиндрической поверхности ;

3) угол между нормалью к внутренней поверхности на краю днища и осью сосуда или аппарата °.

4.3. Толщина выпуклого днища

(20)

(21)

Если длина цилиндрической отбортованной части

то толщина днища должна быть не меньше толщины обечайки, рассчитанной по формуле (2).

4.4. Допускаемое давление

(22)

4.5. Расчетный радиус кривизны днища

(23)

где R= D — для эллиптических днищ с H=0,25 D;

R=0,5 D — для полусферических днищ с H=0, 5 D.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Определение коэффициента

Источник

Как рассчитать сосуд высокого давления

ГОСТ 14249-89

Группа Г02

Нормы и методы расчета на прочность

Vessels and apparatus. Norms and methods of strength calculation

МКС 71.120.01
ОКП 36 1510

Дата введения 1990-01-01

_________________
* См. примечания ФГУП «СТАНДАРТИНФОРМ»

1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Министерством химического и нефтяного машиностроения

2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 18.05.89 N 1264

4. Стандарт полностью соответствует СТ СЭВ 596-86, СТ СЭВ 597-77, СТ СЭВ 1039-78, СТ СЭВ 1040-88, СТ СЭВ 1041-88

5. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ

Обозначение НДТ, на который дана ссылка

Номер пункта, приложения

Приложение 1, приложение 2

Приложение 1, приложение 2

6. ИЗДАНИЕ (апрель 2003 г.) с Поправкой (ИУС 2-97)

Переиздание (по состоянию на июнь 2008 г.)

Настоящий стандарт устанавливает нормы и методы расчета на прочность цилиндрических обечаек, конических элементов, днищ и крышек сосудов и аппаратов из углеродистых и легированных сталей, применяемых в химической, нефтеперерабатывающей и смежных отраслях промышленности, работающих в условиях однократных и многократных статических нагрузок под внутренним избыточным давлением, вакуумом или наружным избыточным давлением и под действием осевых и поперечных усилий и изгибающих моментов, а также устанавливает значения допускаемых напряжений, модуля продольной упругости и коэффициентов прочности сварных швов. Нормы и методы расчета на прочность применимы при соблюдении «Правил устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением», утвержденных Госгортехнадзором СССР, и при условии, что отклонения от геометрической формы и неточности изготовления рассчитываемых элементов сосудов и аппаратов не превышают допусков, установленных нормативно-технической документацией.

1. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ

1. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ

1.1. Расчетная температура

1.1.1. Расчетную температуру используют для определения физико-механических характеристик материала и допускаемых напряжений.

1.1.2. Расчетную температуру определяют на основании теплотехнических расчетов или результатов испытаний.

За расчетную температуру стенки сосуда или аппарата принимают наибольшее значение температуры стенки. При температуре ниже 20 °С за расчетную температуру при определении допускаемых напряжений принимают температуру 20 °С.

1.1.3. Если невозможно провести тепловые расчеты или измерения и если во время эксплуатации температура стенки повышается до температуры среды, соприкасающейся со стенкой, то за расчетную температуру следует принимать наибольшую температуру среды, но не ниже 20 °С.

При обогреве открытым пламенем, отработанными газами или электронагревателями расчетную температуру принимают равной температуре среды, увеличенной на 20 °С при закрытом обогреве и на 50 °С при прямом обогреве, если нет более точных данных.

1.2. Рабочее, расчетное и пробное давление

1.2.1. Под рабочим давлением для сосуда и аппарата следует понимать максимальное внутреннее избыточное или наружное давление, возникающее при нормальном протекании рабочего процесса, без учета гидростатического давления среды и без учета допустимого кратковременного повышения давления во время действия предохранительного клапана или других предохранительных устройств.

1.2.2. Под расчетным давлением в рабочих условиях для элементов сосудов и аппаратов следует понимать давление, на которое проводится их расчет на прочность.

Расчетное давление для элементов сосуда или аппарата принимают, как правило, равным рабочему давлению или выше.

При повышении давления в сосуде или аппарате во время действия предохранительных устройств более чем на 10%, по сравнению с рабочим, элементы аппарата должны рассчитываться на давление, равное 90% давления при полном открытии клапана или предохранительного устройства.

Для элементов, разделяющих пространства с разными давлениями (например, в аппаратах с обогревающими рубашками), за расчетное давление следует принимать либо каждое давление в отдельности, либо давление, которое требует большей толщины стенки рассчитываемого элемента. Если обеспечивается одновременное действие давлений, то допускается проводить расчет на разность давлений. Разность давления принимается в качестве расчетного давления также для таких элементов, которые отделяют пространства с внутренним избыточным давлением от пространства с абсолютным давлением, меньшим чем атмосферное. Если отсутствуют точные данные о разности между абсолютным давлением и атмосферным, то абсолютное давление принимают равным нулю.

Если на элемент сосуда или аппарата действует гидростатическое давление, составляющее 5% и выше рабочего, то расчетное давление для этого элемента должно быть повышено на это же значение.

1.2.3. Под пробным давлением в сосуде или аппарате следует понимать давление, при котором проводится испытание сосуда или аппарата.

1.2.4. Под расчетным давлением в условиях испытаний для элементов сосудов или аппаратов следует понимать давление, которому они подвергаются во время пробного испытания, включая гидростатическое давление, если оно составляет 5% или более пробного давления.

1.3. Расчетные усилия и моменты

За расчетные усилия и моменты принимают действующие для соответствующего состояния нагружения (например, при эксплуатации, испытании или монтаже) усилия и моменты, возникающие в результате действия собственной массы присоединенных трубопроводов, ветровой, снеговой и других нагрузок.

Расчетные усилия и моменты от ветровой нагрузки и сейсмических воздействий определяют по ГОСТ 24756.

1.4. Допускаемое напряжение, коэффициенты запаса прочности и устойчивости

1.4.1. Допускаемое напряжение при расчете по предельным нагрузкам сосудов и аппаратов, работающих при статических однократных* нагрузках, определяют:

— для углеродистых и низколегированных сталей

— для аустенитных сталей

______________
* Если сосуды и аппараты работают при многократных статических нагрузках, но количество циклов нагружения от давления, стесненности температурных деформаций или других воздействий не превышает 10 , то такая нагрузка в расчетах на прочность условно считается однократной. При определении числа циклов нагружения не учитывают колебание нагрузки в пределах 15% расчетной.

Предел ползучести используют для определения допускаемого напряжения в тех случаях, когда отсутствуют данные по пределу длительной прочности или по условиям эксплуатации необходимо ограничить величину деформации (перемещения).

При отсутствии данных по условному пределу текучести при 1%-ном остаточном удлинении допускаемое напряжение для аустенитной стали определяют по формуле (1).

Для условий испытания допускаемое напряжение определяют по формуле

Для условий испытаний сосудов и аппаратов из аустенитных сталей допускаемое напряжение определяют по формуле

1.4.2. Коэффициенты запаса прочности должны соответствовать значениям, приведенным в табл.1.

Источник