МК_Справочник_том_2

Таблица 13.28. Расчетные величины коэффициентов трения (при сдвиге)

Необходимые минимальные значения напряжений из условия полного обжатия несущих слоев футеровки:

ãäå bìèí =aiT(zi) находят по табл.13.22 или по другим имеющимся источникам для несущих слоев футеровки в интервале граничных расчетных температур.

По формулам (13.115), (13.116) можно предварительно определить d при выбранной марке стали.

Предварительное определение толщины компенсационного слоя из асбестового картона выполняют по формуле

Предварительное определение размера (см) свободного или выгорающего зазора в температурных швах футеровки при l =100 см выполняют по формуле

391

6) Перемещения. Кольцевые и меридиональные перемещения участков кожуха вычисляют соответственно по формулам:

По формулам (13.120) и (13.121) можно вычислять перемещения участков кожуха доменной печи и воздухонагревателей, при этом sxt è syt определяются соответственно по формулам (13.38), (13.39) и (13.70), (13.71), а вместо l в формулу (13.121) подставляют Ín,n-1.

Кольцевые и меридиональные перемещения участков несущих слоев футеровки вычисляют соответственно по формулам:

ex, ey определены по формулам (13.110) и (13.111).

По формуле (13.122) можно определить перемещения несущих слоев футеровки в доменной печи и воздухонагревателе, при этом ex определяют соответственно по формулам (13.49), (13.87) и (13.88), а величины радиусов подставляют в соответствии с расчетными схемами (рис.13.33 и 13.38).

7) Расчет эксплуатируемых конструкций ВГД. При необходимости расчета воздухопроводов с заданной конструкцией футеровки вычисление напряжений в кожухе и футеровке ведется методом последовательных приближений с использованием предложенных формул. Обычно достаточно двух-трех пересчетов

Расчет доменных печей, воздухонагревателей и воздухопроводов горячего дутья современных конструкций с многослойной футеровкой - процесс трудоемкий, если он выполняется вручную. В ЦНИИпроектстальконструкции созданы программы для механизированного расчета современных доменных печей, воздухонагревателей и воздухопроводов горячего дутья на основе приведенных выше формул.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Разработка методики расчета напряжений и количественных оценок конструкционной прочности горна и лещади доменных печей. ЦНИИПСК, 21-Ô1401-62223, Ì., 1984

2.Руководство по расчету стальных конструкций доменных печей большого объема, ЦНИИПСК, М., 1975

3.Строительные нормы и правила, Нормы проектирования, Стальные конструкции. СНиП II-23-81*, Стройиздат, М., 1995

4.Âàí-Öçè-äå. Прикладная теория упругости, Физматгиз,М.,1959

5.Боли Б., Уайнер Дж. Теория температурных напряжений. Мир, М., 1964

6.Гейтвуд Б.Е. Температурные напряжения. Ин.лит.,М, 1959

7.Бажанов В.А., Гольденблат И.И., и др. Расчет конструкций на тепловые воздействия. Машиностроение, М., 1969

8.Биргер И.А., Мавлютов P.P. Сопротивление материалов,Наука, М., 1986

9.Определение напряженно-деформированного состояния стальной круглой плиты – днища доменной печи. Тарасов И.Б., Озеров С.И. ЦНИИПСК М., 1986

10.Типовые конструкции днища и системы воздушного охлаждения лещади доменной печи. Основные технические решения, Т-138828, Гипромез, М., 1986

11.Тарасов И.Б. Разрешающие уравнения напряженно-деформированного состояния цилиндрической трехслойной оболочки типа воздухопровода горячего дутья доменной печи большого объема. Рефер.журн. «Строительство и архитектура», серия 75, вып.10, М., 1983

392

ГЛАВА 14

ГАЗГОЛЬДЕРЫ

14.1. ÎБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Газгольдеры, как специфические инженерные сооружения, являются непременным звеном современных химических, нефтеперерабатывающих, азотнотуковых, коксохимических предприятий, а также элементом городского коммунального хозяйства. Они необходимы для хранения газообразных продуктов различного состава и происхождения и оснащаются специальными устройствами для регулирования основных технологических параметров содержимого продукта. Среди важнейших функций, выполняемых газгольдерами, могут быть отмечены:

∙длительное и кратковременное хранение газа;

∙аккумулирование энергии хранимого продукта;

∙смешивание и перемешивание газов различной концентрации и состава, а также контроль предписанных параметров;

∙измерение количества поступающего и накапливаемого газопродукта;

∙выравнивание давления газа в замкнутой газораспределительной системе.

Âзависимости от применяемого давления газгольдеры могут быть разделены на два основных класса:

∙ газгольдеры высокого давления > 70 кПа, класс 1;

∙газгольдеры низкого давления ≤ 70 кПа, класс 2.

Газгольдеры высокого давления предназначены для эксплуатации при рабочем давлении от 70 кПа до 3 МПа, а иногда и при более высоком давлении. Рабочее давление в газгольдерах низкого давления назначают, исходя из специфики технологических процессов, в большинстве случаев оно не превышает 4–5 кПа. Каждый из этих двух классов может быть подразделен на подклассы и типы, различающиеся объемами, конструктивной формой, материалом конструкций, положением в пространстве, условиями функционирования и т.п. Первичное представление о многообразии типов газгольдеров, укоренившемся в мировой практике, дает рис.14.1.

Газгольдеры высокого давления являются емкостями постоянного объема. В них геометрический объем остается стабильным, а давление газа может быть изменено в специально оговариваемых пределах, исходя из принятой технологии, а также из условий прочности и надежности самого сосуда.

Газгольдеры низкого давления являются емкостями переменного объема, в которых объем хранимого продукта легко изменяется, тогда как давление остается практически неизменным.

14.2.ÃАЗГОЛЬДЕРЫ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ

Âотечественной практике из этого класса сооружений наиболее широкое применение находят шаровые, а также цилиндрические горизонтальные и вертикальные газгольдеры со сферическими днищами. Их проектирование и расчет осуществляются в соответствии со строительными нормами и правилами СНиП 2.09.0385, СНиП 2.01.07-85, СНиП II-23-81*. Учитывая специализацию предприятийизготовителей, отработанную оснастку и технологию изготовления и монтажа элементов сосудов, в РФ предпочтение отдано шаровым газгольдерам объемом 600 м3 на давление до 1,8 МПа и объемом 2000 м3 на давление до 1,2 МПа для несгораемых продуктов хранения; сосуды этих объемов для хранения горючих газов должны проектироваться на давление не более 0,25 МПа.

393

Рис.14.1. Классификация газгольдеров

Вместимость цилиндрических газгольдеров принимается при горизонтальном размещении от 50 до 300 м3, при вертикальной установке – îò 50 äî 200 ì3.

Материал конструкций газгольдеров необходимо назначать, пользуясь указаниями СНиП 2.09.03-85 и СНиП II-23-81* и принимая во внимание район строительства, вместимость газгольдера, степень агрессивности среды, пожаро- и взрывоопасности хранимого продукта и др.

14.2.1. Шаровые газгольдеры

Необходимая толщина оболочки t шарового газгольдера (рис.14.2) определяется по внутреннему давлению Ð

ãäå gf – коэффициент надежности по нагрузке, gc – коэффициент условий работы, r – радиус резервуара, Ry – расчетное сопротивление стали растяжению, C – технологическая надбавка к расчетной толщине оболочки.

Кроме того оболочка должна быть рассчитана на гидростатическое давление при испытании газгольдера наливом воды аналогично расчету сферических резервуаров (см.гл.15) с проверкой местных напряжений у опорных стоек. В виду зна- чительной нагрузки, приходящейся на опоры при наливе воды она является основной для расчета опорных стоек. Опорные стойки устанавливаются вертикально по экватору шара.

394

газгольдера, наполняемого газом, происходит за счет выдвижения подвижных звеньев газгольдера и вдвижкой их обратно при расходовании газа. Неподвижное звено мокрого газгольдера состоит из резервуара с водой.

Давление в газгольдере поддерживается в пределах 4–5 кПа за счет веса подвижных звеньев и специальной пригрузки этих звеньев.

Необходимая герметичность соединения подвижных звеньев газгольдера достигается устройством специальных водяных затворов между ними. Схема мокрого газгольдера приведена на рис.14.4. Изменение объема сухого газгольдера происходит за счет подъема и опускания шайбы. Давление в газгольдере поддерживается за счет веса шайбы и грузов, расположенных на ней. Выбор материала конструкций и расчет газгольдеров необходимо производить в соответствии со строительными нормами и правилами (СНиП II.23-81*, СНиП 2.09.03-85, СНиП 2.01.02-85*).

14.3.1. Мокрые газгольдеры с вертикальными направляющими

Мокрые газгольдеры являются газгольдерами низкого давления. Мокрый газгольдер (рис.14.5) состоит из резервуара для воды – неподвижное звено и двух подвижных звеньев – телескопа и колокола. В газгольдерах емкостью до 6000 м3 имеется одно подвижное звено-колокол. В пустом газгольдере подвижные звенья находятся внизу и расположены на подкладных балках на днище резервуара. При подаче газа в газгольдер вначале поднимается колокол и, зацепив гидрозатвором телескоп, поднимает его. Чтобы подвижные звенья при движении вверх и вниз сохраняли свое горизонтальное положение, устанавливается система выравнивающих роликов.

Верхние ролики устанавливаются на крыше колокола и на верху телескопа. Верхние ролики опираются на внешние направляющие, закрепленные к стенке резервуара с внешней стороны. Между собой направляющие соединены площадками, распорками и раскосами, образующими пространственную решетчатую систему.

396

35538

29598

17358

IV

Рис.14.5. Мокрый газгольдер с вертикальными направляющими вместимостью 20 тыс.м3

397

Нижние ролики установлены по низу колокола и телескопа и опираются на внутренние направляющие, закрепленные на стенке резервуара и телескопа с внутренней стороны. В настоящее время применяются мокрые газгольдеры с вертикальными направляющими номинальной емкостью 100, 300, 600, 1000, 3000, 6000, 10000, 15000, 20000 и 30000 м3. Полезная емкость газгольдера может быть определена по формулам:

для однозвенных газгольдеров

Максимальное давление газа внутри газгольдера возникает при наивысшем положении колокола и зависит от веса колокола и телескопов, пригрузов, находящейся в затворах воды, объема и удельного веса газа, хранимого в газгольдере.

ãäå Dk – диаметр колокола для однозвенных газгольдеров и диаметр нижнего телескопа для многозвенных газгольдеров в м; Q – полный вес колокола, телескопов, пригрузов, роликов, находящегося на колоколе или телескопах оборудования, воды в гидравлических затворах; V – объем газа, находящегося внутри газгольдера, в м3; gb – âåñ 1 ì3 воздуха в т/м3; gã – âåñ 1 ì3 ãàçà â ò/ì3 (вес воздуха и газа принимается при одной и той же температуре).

Пригрузы укладываются на специальные кольцевые площадки, располагаемые на кровле у борта стенки колокола и у нижнего борта колокола (у гидрозатвора) с внутренней стороны. Для лучшей устойчивости колокола около 2/3 пригрузов укладывается у нижнего борта. Вес отдельных пригрузов для удобства укладки принимается не более 65 кг. Во избежание больших потерь в весе при погружении в воду, а также с целью компактности пригрузы, располагаемые у нижнего борта, обычно делаются чугунными.

Расчет стенок резервуара производится аналогично расчету вертикальных цилиндрических резервуаров на гидростатическое давление от заполнения водой и избы-

ãäå p – давление в газгольдере в кгс/см2; g = 0,001 êãñ/ñì3 – удельный вес воды при 4°; gf – коэффициент надежности по нагрузке; gc – коэффициент условий работы; r – радиус резервуара в см; t – толщина стенки резервуара в см; Ry– расчетное сопротивление стали растяжению в кгс/см2; y– расстояние от зеркала воды до низа расчетного пояса в см.

Расчет стенок телескопа на внутреннее давление производится аналогично рас-

Вследствие малого давления газов обычно толщина стенки телескопа составляет 4 мм, а верхнего и нижнего поясов 5–10 ìì.

398

Ветровая нагрузка, действующая на оболочку телескопа, передается на верхнее и нижнее кольца в виде касательных усилий, распределяющихся по синусоидальному закону (рис.14.6)

ãäå Q – ветровая нагрузка на весь телескоп.

3-3 ϕo

Рис.14.6. Передача усилий от колокола

к телескопу и расчетная схема оболочки колокола и краевого кольца

Опорной реакцией, воспринимающей эту нагрузку, служит отпор роликов, действующий по радиусу круга. Приближенно можно принять закон изменения давления роликов в виде следующего уравнения:

ãäå à – расстояние между роликами.

Цилиндрическая оболочка колокола и опорное кольцо у места прикрепления роликов рассчитываются аналогично указанному выше для телескопа.

Оболочка купола рассчитывается на внутреннее давление. Радиус сферы

ãäå r – радиус цилиндрической части колокола; f – стрелка подъема купола. Толщина оболочки сферы определится по формуле

t = g f × p × r

2Ry

ãäå p – внутреннее давление в газгольдере в кгс/см2.

399

Наружное кольцо, расположенное в месте сопряжения кровли с цилиндром, рассчитывают в двух предположениях.

1. Кольцо сжимается вследствие передачи на него усилий от кровли при внутреннем давлении газа. Под нагрузкой p подразумевается равнодействующая внутреннего давления газа и собственного веса оболочки. На наружное кольцо действуют следующие усилия:

Обозначения приведены на рис.14.6.

При отсутствии радиальных балок усилие в кольце и напряжения в нем определяются по формулам:

При учете работы радиальных балок напряжения найдутся после определения совместной деформации кольца и радиальных балок:

откуда после преобразования имеем:

Изгибающий момент в кольце на опорах и в середине пролета соответственно определяется по формулам:

Таблица 14.1. Изгибающие моменты верхнего кольца колокола при различном количестве арок n

Значения моментов на опорах и в пролетах при различном количестве арок приведены в табл.14.1. Знак минус указывает на растяжение наружных волокон кольца, знак плюс – на растяжение внутренних волокон кольца. Сжимающее усилие в кольце с учетом работы радиальных балок

400