Запас прочности для сосуда
ГОСТ 26159-84
(СТ СЭВ 4008-83)
Группа Г02
ОКСТУ 3603
РАЗРАБОТАН Министерством химического и нефтяного машиностроения
ИСПОЛНИТЕЛИ
В.И.Рачков, канд. техн. наук (руководитель темы); С.М.Кутепов, канд. техн. наук; Т.С.Плешакова
ВНЕСЕН Министерством химического и нефтяного машиностроения
Член Коллегии А.М.Васильев
УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 18 апреля 1984 г. N 1338
1. Настоящий стандарт распространяется на чугунные сосуды и аппараты, применяемые в химической, нефтеперерабатывающей и смежных отраслях промышленности, и устанавливает общие требования к нормам и методам расчета на прочность конструктивных элементов сосудов и аппаратов, работающих при статических нагрузках.
Стандарт полностью соответствует СТ СЭВ 4008-83.
Термины, применяемые в настоящем стандарте, и их условные обозначения приведены в справочном приложении.
2. Расчетную температуру определяют в соответствии с ГОСТ 14249-80.
3. Рабочее, расчетное и пробное давление определяют в соответствии с ГОСТ 14249-80.
4. За расчетные усилия и моменты принимают действующие в состоянии нагружения (например, при эксплуатации, испытании или монтаже) усилия и моменты, возникающие от действия собственного веса, присоединительных трубопроводов и других нагрузок.
5. Допускаемые напряжения и коэффициенты запаса прочности при расчете по предельным нагрузкам
5.1. Допускаемые напряжения [] определяют по формулам: для чугуна с пластинчатым графитом и для ковкого чугуна
; (1)
для чугуна с шаровидным графитом
. (2)
Коэффициенты и определяют по табл.1.
Таблица 1
Условия расчета | Коэффициент |
Отожженный или эмалированный чугун | *= 1,0 |
Неотожженный чугун | *= 0,8 |
Неразрушающий контроль и контроль механических характеристик, проводимый на каждой отливке | *= 1,0 |
Для серийных изделий при проверке соблюдения литейной технологии и контроле механических характеристик, проводимых на всей плавке | *= 1,0 |
Контроль механических характеристик, проводимый на всей плавке, при отсутствии неразрушающего контроля | *= 0,85 |
Элементы, испытывающие преимущественно изгибающую нагрузку (плоские днища, торосферические и сферические неотбортованные днища в случаях расчета в краевых зонах, фланцы) | *= 1,4 |
Элементы, испытывающие преимущественно мембранные напряжения (цилиндрические обечайки, выпуклые днища при расчете в центральных зонах) | *= 1,0 |
________________
* Соответствует оригиналу. – Примечание “КОДЕКС”.
5.2. Коэффициенты запаса прочности должны соответствовать приведенным в табл.2.
Таблица 2
Коэффициент запаса прочности | |||
Условия нагружения | Для чугуна с пластинчатым графитом и ковкого чугуна | Для чугуна с шаровидным графитом (относительное удлинение при разрыве 12%) | |
Рабочие условия | 7,0 | 4,4 | 3,0 |
Условия испытания и монтажа | 3,5 | 2,2 | 1,5 |
Примечание. Для чугуна с шаровидным графитом, у которого относительное удлинение при разрыве меньше 12%, коэффициенты запаса прочности принимают как для чугуна с пластинчатым графитом.
5.3. Коэффициент запаса устойчивости () при расчетах сосудов и аппаратов на устойчивость по нижним критическим напряжениям в пределах упругости следует принимать:
2,4 – для рабочих условий;
1,8 – для условий испытания и монтажа.
Проверку устойчивости чугунных элементов, как правило, не производят.
5.4. Толщины стенок или допускаемые нагрузки для деталей или узлов сосудов и аппаратов определяют по ГОСТ 14249-80, ГОСТ 24755-81 с допускаемыми напряжениями и коэффициентами запаса прочности в соответствии с пп.5.1 и 5.2 и с прибавками в соответствии с пп.7.1, 7.2.
6. Допускаемые напряжения, коэффициенты запаса и условия прочности при расчете на основе теории упругости
6.1. Расчет применим для деталей из чугуна с пластинчатым графитом, для которых выполняются условия, соответствующие (по табл.1).
6.2. Расчет на прочность на основе теории упругости производят в следующих случаях:
при подробном исследовании напряженного состояния сосуда или аппарата;
когда расчетная схема учитывает все особенности конструкции, а также концентрацию напряжений от дефектов типа раковин и зазубрин.
При выполнении этих условий вместо расчета по предельным нагрузкам в соответствии с пп.5.1-5.4 должен выполняться расчет по пп.6.1-6.7.
6.3. Допускаемое напряжение определяют по формулам:
для суммарных напряжений
; (3)
для мембранных напряжений
. (4)
6.4. Коэффициенты запаса прочности должны соответствовать приведенным в табл.3.
Таблица 3
Условия нагружения | Коэффициент запаса прочности | |
Рабочие условия | 2,2 | 3,5 |
Условия испытания и монтажа | 1,3 | 2,2 |
6.5. Для внутренней и наружной стороны стенки сосуда должны выполняться условия прочности:
6.6. Максимальные и минимальные суммарные напряжения на внутренней и наружной стороне стенки сосуда определяют по формулам:
; (8)
. (9)
Индексы 1 и 2 обозначают направление напряжений в плоскости стенки.
В формулах (8) и (9) необходимо учитывать знаки напряжений и . При этом следует иметь в виду, что > 0, если изгиб вызывает на рассматриваемой стороне стенки напряжение растяжения, и < 0, если изгиб вызывает напряжение сжатия.
6.7. Значения коэффициентов и принимают в зависимости от марки чугуна и элемента конструкции; при отсутствии таких данных следует принимать:
= 1,45;
= 3,0.
Значение коэффициента принимают из условия:
7. Прибавки к расчетным толщинам конструктивных элементов
7.1. При расчете сосудов и аппаратов необходимо учитывать прибавку к расчетным толщинам элементов сосудов и аппаратов.
Исполнительная толщина стенки элемента сосуда и аппарата должна определяться по формуле
. (10)
Величина прибавки к расчетным толщинам , мм, должна определяться по формуле
.
7.2. Обоснование всех прибавок к расчетным толщинам должно быть приведено в технической документации на сосуды и аппараты, утвержденной в установленном порядке.
При двустороннем контакте с коррозионной и (или) эрозионной средой прибавка для компенсации коррозии и (или) эрозии должна соответственно увеличиваться.
Технологическую прибавку учитывают в тех случаях, когда ее величина превышает 5% номинальной толщины стенки.
8. Для сосудов и аппаратов, работающих при переменных статических нагрузках, вызывающих усталостное разрушение, кроме расчета по настоящему стандарту, следует выполнять проверку на усталостную прочность.
ПРИЛОЖЕНИЕ (справочное). ТЕРМИНЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В НАСТОЯЩЕМ СТАНДАРТЕ, И ИХ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ
Справочное
Термин | Единицы измерения | Условное обозначение |
Сумма прибавок к расчетным толщинам стенок | мм (см) | |
Прибавка для компенсации коррозии и эрозии | мм (см) | |
Прибавка технологическая | мм (см) | |
Коэффициент, равный отношению предела прочности при изгибе к пределу прочности при растяжении | ||
Коэффициент, равный отношению предела прочности при сжатии к пределу прочности при растяжении | ||
Коэффициент, учитывающий знак напряжения от изгиба | ||
Коэффициент, учитывающий влияние термической обработки | ||
Коэффициент, учитывающий объем контроля | ||
Коэффициент, учитывающий нагружение элементов конструкции | ||
Коэффициент запаса прочности по пределу прочности при растяжении для чугуна с шаровидным графитом | ||
Коэффициент запаса прочности по пределу прочности при растяжении, для суммарных напряжений | ||
Коэффициент запаса прочности по пределу прочности при растяжении для ковкого чугуна и чугуна с пластинчатым графитом | ||
Коэффициент запаса прочности по пределу прочности при растяжении для мембранных напряжений | ||
Коэффициент запаса прочности по условному пределу текучести при 0,2%-ном удлинении для чугуна с шаровидным графитом | ||
Коэффициент запаса устойчивости | ||
Исполнительная толщина стенки | мм (см) | |
Расчетная толщина стенки | мм (см) | |
Минимальное значение условного предела текучести при расчетной температуре (при 0,2%-ом остаточном удлинении) | МПа (кгс/см) | |
Минимальное значение предела прочности при растяжении при расчетной температуре | МПа (кгс/см) | |
Напряжение от изгиба | МПа (кгс/см) | |
Мембранное напряжение | МПа (кгс/см) | |
Максимальное суммарное напряжение на внутренней или наружной стороне стенки сосуда | МПа (кгс/см) | |
Минимальное суммарное напряжение на внутренней или наружной стороне стенки сосуда | МПа (кгс/см) | |
Допускаемое напряжение при расчетной температуре | МПа (кгс/см) | |
Допускаемое напряжение для суммарных напряжений | МПа (кгс/см) | |
Допускаемое напряжение для мембранных напряжений | МПа (кгс/см) |
Текст документа сверен по:
официальное издание
М.: Издательство стандартов, 1984
Источник
Версия для печати
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 производить 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 [s] при расчете по предельным нагрузкам сосудов и аппаратов, работающих при статических однократных* нагрузках, определяют:
- для углеродистых и низколегированных сталей
(1)
- для аустенитных сталей
(2)
* Если сосуды и аппараты работают при многократных статических нагрузках, но количество циклов нагружения от давления, стесненности температурных деформаций или других воздействий не превышает 103, 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
(3)
Для условий испытаний сосудов и аппаратов из аустенитных сталей допускаемое напряжение определяют по формуле
(4)
1.4.2. Коэффициенты запаса прочности должны соответствовать значениям, приведенным в табл. 1.
Таблица 1
Условие нагружения | Коэффициент запаса прочности | |||
|---|---|---|---|---|
nт | nв | nд | nп | |
Рабочие условия | 1,5 | 2,4 | 1,5 | 1,0 |
Условия испытания: | ||||
– гидравлические испытания | 1,1 | – | – | – |
– пневматические испытания | 1,2 | – | – | – |
Условия монтажа | 1,1 | – | – | |
Для сосудов и аппаратов группы 3, 4 по «Правилам устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением» Госгортехнадзора СССР коэффициент запаса прочности по временному сопротивлению nв допускается принимать равным 2,2.
В случае, если допускаемое напряжение для аустенитных сталей определяют по формуле (1), коэффициент запаса прочности nт по условному пределу текучести Rp0,2 для рабочих условий принимается равным 1,3.
Для сосудов и аппаратов, работающих в условиях ползучести при расчетном сроке эксплуатации 104 до 2×105 ч, коэффициент запаса прочности nд равен 1,5. При расчетном сроке эксплуатации 2×105 ч допускается коэффициент запаса прочности nд принимать равным 1,25, если выполняют контроль жаропрочности и длительной пластичности материала в эксплуатации, а отклонение в меньшую сторону длительной прочности и ползучести от среднего значения не превышает 20%.
Расчет на прочность цилиндрических обечаек и конических элементов, выпуклых и плоских днищ для условий испытания проводить не требуется, если расчетное давление в условиях испытания будет меньше, чем расчетное давление в рабочих условиях, умноженное на 1,35.
1.4.3. Поправочный коэффициент к допускаемым напряжениям (h) должен быть равен единице, за исключением стальных отливок, для которых коэффициент h имеет следующие значения:
- 0,8 – для отливок, подвергающихся индивидуальному контролю неразрушающими методами;
- 0,7 – для остальных отливок.
1.4.4. Для сталей, широко используемых в химическом, нефтехимическом и нефтеперерабатывающем машиностроении, допускаемые напряжения для рабочих условий при h = 1 должны соответствовать приведенным в приложении 1.
1.4.5. Для стального листового проката, изготовляемого согласно техническим условиям по двум группам прочности, допускаемые напряжения для первой группы прочности принимают по табл. 5 приложения 1. Для листового проката второй группы прочности (стали ВСт3пс, ВСт3сп, ВСт3Гпс и 09Г2С) допускаемое напряжение, принимаемое по табл. 5 приложения 1, увеличивают на 6%, а для стали 09Г2 – на 7 %. При применении сталей ВСт3пс ВСт3сп и ВСт3Гпс второй группы прочности при температуре выше 250 °С, а сталей 09Г2С и 09ГС второй группы прочности при температуре выше 300 °С допускаемые напряжения принимают такими же, как для стали первой группы.
1.4.6. Разрешается допускаемое напряжение при температуре 20 °С определять по п. 1.4.1, принимая гарантированные значения механических характеристик в соответствии со стандартами или техническими условиями на стали с учетом толщины листового проката. При повышенных температурах допускаемые напряжения, принимаемые с учетом толщины проката и групп прочности стали, разрешается определять по нормативно-технической документации, утвержденной в установленном порядке.
1.4.7. Расчетные механические характеристики, необходимые для определения допускаемых напряжений при повышенных температурах для сталей, не приведенных в приложении 1, определяют после проведения испытаний представительного количества образцов, обеспечивающих гарантированные значения прочностных свойств.
1.4.8. Для элементов сосудов и аппаратов, работающих в условиях ползучести при разных за весь период эксплуатации расчетных температурах, в качестве допускаемого напряжения разрешается принимать эквивалентное допускаемое напряжение [s]экв, вычисляемое по формуле
,(5)
где [s]i = [s]1; [s]2; … [s]n – допускаемое напряжение для расчетного срока эксплуатации при температурах ti (i = l, 2 …);
Ti – длительность этапов эксплуатации элементов с температурой стенки соответственно ti (i = l, 2 …), ч;
– общий расчетный срок эксплуатации, ч;
m – показатель степени в уравнениях длительной прочности стали (для легированных жаропрочных сталей рекомендуется принимать m = 8).
Этапы эксплуатации при разной температуре стенки рекомендуется принимать по ступеням температуры в 5 и 10 °С.
1.4.9. Для сосудов и аппаратов, работающих при многократных нагрузках, допускаемую амплитуду напряжений определяют по ГОСТ 25859.
1.4.10. Для элементов сосудов и аппаратов, рассчитываемых не по предельным нагрузкам (например, фланцевых соединений) допускаемые напряжения должны определять по соответствующей нормативно-технической документации, утвержденной в установленном порядке.
1.4.11. Расчетные значения предела текучести, временного сопротивления и коэффициентов линейного расширения приведены в приложениях 2, 3.
1.4.12. Коэффициент запаса устойчивости (nу) при расчете сосудов и аппаратов на устойчивость по нижним критическим напряжениям в пределах упругости следует принимать:
- 2,4 – для рабочих условий;
- 1,8 – для условий испытания и монтажа.
1.5. Расчетные значения модуля продольной упругости
1.5.1. Расчетные значения модуля продольной упругости Е для углеродистых и легированных сталей в зависимости от температуры должны соответствовать приведенным в приложении 4.
1.6. Коэффициенты прочности сварных швов
При расчете на прочность сварных элементов сосудов и аппаратов в расчетные формулы следует вводить коэффициент прочности сварных соединений:
- jр – продольного шва цилиндрической или конической обечаек;
- jт – кольцевого шва цилиндрической или конической обечаек;
- jк – сварных швов кольца жесткости;
- ja – поперечного сварного шва для укрепляющего кольца;
- j, jА, jВ – сварных швов выпуклых и плоских днищ и крышек (в зависимости от расположения).
Числовые значения этих коэффициентов должны соответствовать значениям, приведенным в приложении 5.
Для бесшовных элементов сосудов и аппаратов j = 1.
1.7. Прибавки к расчетным толщинам конструктивных элементов
1.7.1. При расчете сосудов и аппаратов необходимо учитывать прибавку к расчетным толщинам элементов сосудов и аппаратов.
Исполнительную толщину стенки элемента сосуда и аппарата должны определять по формуле
s ³ sp + c, (6)
где sp – расчетная толщина стенки элемента сосуда и аппарата.
Прибавку к расчетным толщинам следует определять по формуле
c = c1 + c2 + c3. (7)
При поверочном расчете прибавку вычитают из значений исполнительной толщины стенки.
Если известна фактическая толщина стенки, то при поверочном расчете можно не учитывать c2 и c3.
1.7.2. Обоснование всех прибавок к расчетным толщинам должно быть приведено в технической документации.
При двухстороннем контакте с коррозионной и (или) эрозионной средой прибавку c1 для компенсации коррозии и (или) эрозии должны соответственно увеличивать.
Технологическая прибавка c3 предусматривает компенсацию утонения стенки элемента сосуда или аппарата при технологических операциях – вытяжке, штамповке, гибке труб и т. д. В зависимости от принятой технологии эту прибавку следует учитывать при разработке рабочих чертежей.
Прибавки c2 и c3 учитывают в тех случаях, когда их суммарное значение превышает 5% номинальной толщины листа.
Технологическая прибавка c3 не включает в себя округление расчетной толщины до стандартной толщины листа.
При расчете эллиптических днищ, изготовляемых штамповкой, технологическую прибавку c3 для компенсации утонения в зоне отбортовки не учитывают, если ее значение не превышает 15% расчетной толщины листа.
1.8. Проверка на усталостную прочность
1.8.1. Для сосудов и аппаратов, работающих при многократных нагрузках с количеством циклов нагружения от давления, стесненности температурных деформаций или других воздействий более 103 за весь срок эксплуатации, кроме расчета по настоящему стандарту, следует выполнять проверку на усталостную прочность.
1.8.2. Сосуды и аппараты, работающие при многократных нагрузках, проверяют на циклическую прочность по ГОСТ 25859.
<< к содержанию ГОСТ 14249-89 / вперед >>
Источник