СОСУДЫ И АППАРАТЫ
Нормы и методы расчета на прочность
Vessels and apparatus.
Norms and methods of strength calculation
МКС 71.120.01
Дата введения 01.01.90
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ
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 № 1264
3. ВЗАМЕН ГОСТ 14249-80
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
6. ИЗДАНИЕ (апрель 2003 г.) с Поправкой (ИУС 2-97)
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.
ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ
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, тоза 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.
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 расчетна 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.
На оборудование, зарегистрированное в органах Госгортехнадзора, оформляют соответствующую техническую документацию, в которой фиксируют состояние и результаты периодического испытания и осмотра. Для этих аппаратов установлены определенные сроки наружного и внутреннего осмотра и гидравлических испытаний. На аппаратах имеются металлические пластинки с нанесенными клеймением следующими паспортными данными наименование завода-изготовителя, заводской номер сосуда, год изготовления, рабочее давление, пробное давление, допустимая температура стенок сосуда.
При испытании на гидравлическое давление сначала удаляют воздух из системы, перекрывают перепускной вентиль 28 и доводят до давления пробного. После этого выключают электромотор и закрывают нагнетательный вентиль 24. Давление в баллоне постепенно снижают с помощью перепускного вентиля 28 до рабочего, открывают защитный кожух 9 и производят осмотр баллона.
Пробное гидравлическое испытание вновь установленных чугунных и стальных паровых котлов с рабочим давлением до 0,7 ати производится на давление, установленное заводом-изготовителем, но не менее полуторного рабочего давления. Пробное давление при этом не должно быть менее 2 ати.
Наименование Рабочее давление Пробное давление
Давление пробное - давление, при котором производится испытание сосуда.
На всех вновь изготовленных сосудах и аппаратах на видном месте заводам-изготовителем крепится металлическая пластинка с нанесенными клеймением со следующими паспортными данными наименование завода-изго-товителя, заводской номер сосуда, год изготовления, рабочее давление, пробное давление, допустимая температура стенок сосуда. На каждый изготовленный сосуд составляются паспорт установленной формы и инструкция по монтажу и безопасной эксплуатации сосуда, которые в дальнейшем передаются заказчику.
На верхней сферической части баллона должны быть отчетливо выбиты клейма в следующем порядке товарный знак завод а-изготовителя номер баллона вес баллона дата (месяц и год) изготовления (испытания) и дата следующего испытания допустимое рабочее давление пробное гидравлическое давление емкость баллона в литрах клеймо ОТК завода-изготовителя круглой формы диаметром 10 мм (за исключением стандартных баллонов большой емкости) номер стандарта (для баллонов большой емкости).
Сосуды, аппараты и цилиндры компрессорных установок после изготовления и ремонта необходимо испытать гидравлическим давлением. Пробное давление при гидравлическом испытании сосудов и аппаратов проводят в соответствии с данными табл. 2.
Давление внутреннее наружное Давление пробное Давление рабочее
Давление внутреннее (наружное) Давление пробное
Давление внутренне (наружное) Давление пробное
Давление внутреннее (наружное) Давление пробное Давление рабочее
Давление пробное - давление, при котором про-
Давление пробное - давление, при котором производится испытание сосуда.
При выпуске с заводов-изготовителей сосудов, работающих под давлением, к ним прикрепляют металлическую пластину с наименованием завода-изгото-ви еля, заводским номером сосуда, указанием года изготовления, рабочего давления, пробного давления и допустимой температуры стенок сосуда, °С. Кроме того, на каждый изготовленный сосуд составляют и передают заказчику технический, паспорт с чертежами и расчетами. Все это повышает ответственность завода-изготовителя за прочность, надежность и качество сделанного им сосуда.
На видном месте корпуса аппарата должна быть прикреплена металлическая пластинка, на которой указаны следующие паспортные данные завод-изготовитель, заводской номер аппарата, год изготовления, рабочее давление, пробное давление и допустимая температура стенок сосуда.
Наименование Рабочее давление Пробное давление
Собирают схему пневматических испытаний в соответствии с принципиальной, приведенной на рис. 1.23. Аналогичная схема применяется и при испытании группы сосудов. Диаметр трубопровода 9 для аварийного сброса воздуха из испытываемого сосуда принимают не менее диаметра трубопровода 10, подводящего воздух в испытываемый сосуд, но не менее 20 мм. Условный проход запорного вентиля 8 на трубопроводе 9 принимают равным или больше диаметра трубопровода. На трубопроводе сжатого воздуха от источника давления устанавливают редукционный клапан 6, отрегулированный на испытательное давление, и запорный вентиль 7. Между редукционным клапаном 6 и запорным вентилем 7 устанавливают предохранительный клапан 4> отрегулированный на открытие при давлении на 2-3% больше испытательного давления (пробного). Предохранительный клапан, его установка и пропускная способность должны удовлетворять требованиям правил . Измерение давления в сосуде производят по контрольному манометру 5 по ГОСТ 8625-77Е класса точности 0,4-1. Контроль давления в трубопроводе подвода воздуха в сосуд осуществляют по проверенному рабочему манометру 11. Выбирая манометры,. исходят
Давления условные ру кг/см Давления пробные (водой при температуре ниже 00 С) рпр кг/смг Давления рабочие наибольшие при температурах среды, °С
Давления условные Ру кг/см Давления пробные (водой при температуре ниже 100° С) рпр кг/см Давления рабочие наибольшие при температурах среды, °С Условные проходы >у, мм
Давление внутреннее (наружное) Давление пробное
Испытуемый Рабочее давление Пробное давление
Сосуды, работающие под давлением. Эти сосуды снабжают следующей арматурой приборами для измерения давления, предохранительными устройствами, запорной арматурой. На корпусе сосуда должна быть пластинка со следующими паспортными данными наименование завода-изготовителя, заводской номер сосуда, год изготовления, рабочее давление, пробное давление, допустимая температура стенок сосуда.
Условное давление Пробное давление
Сосуды, работающие под давлением. Должны быть снабжены следующей арматурой приборами для измерения давления, предохранительными устройствами, запорной арматурой. На корпусе сосуда должна быть пластинка со следующими паспортными данными наименование завода-изГотовителя, заводской номер сосуда, год изготовления, рабочее давление, пробное давление, допустимая температура стенок сосуда.
Следующие данные наименование зайбДа-изГотовителя, тип баллона, номер баллона вес баллона в килограммах (фактический, с учетом веса нанесенной краски, без вентиля и колпака) для малолитражных баллонов - с точностью до 0,1 кг и для транспортных баллонов - с точностью до 0,2 кг дата (месяц и год) изготовления (испытания) и следующего освидетельствования рабочее давление пробное гидравлическое давление, равное полуторакратному рабочему давлению емкость баллона в литрах для малолитражных - номинальная, для транспортных - фактическая с точностью до 0,2 л клеймо ОТК завода-изготовителя.
Давления условные (Ру) Давления пробные (Рпр) Давления рабочие наибольшие Ораб) при температуре среды (°С
Давления условные Ру кг/см Давления пробные (водой при температуре ниже 100° С) Давлен при т до 200 яя рабочие наибольшие гмпературе среды, °С до 250 до 00 V Условные проходы >у мм
Дагления условные РУ> кг/смг Давления пробные (водой при температуре ниже 100° С) рпр, кг/см Давления рабочие наибольшие при температурах среды Условные проходы Оу, мм
Давления условные РУ Давления пробные рпр Давления рабочие наибольшие (Рр0д) при температуре среды, °С
Пробное давление. Давление, при котором испытывается аппарат, называется пробным. Величина пробного давления при гидравлическом испытании цилиндрических, конических, шаровых и других сосудов и аппаратов определяется по ОСТ 26-291-71 (табл. 9.3.5). В таблице доп20 и доп t - допускаемые напряжения для материала сосуда и его элементов при соответственно t = 20 °С и при рабочей температуре. Отношение доп20 / доп t принимается по тому из примененных в аппарате материалов, для которого это отношение наименьшее (обечайки, днища, аппаратные фланцы, патрубки и др.).
Таблица 9.3.5. Пробное давление при гидравлических испытаниях [ 2 ]
Величина пробного гидравлического давления для сосудов и аппаратов, работающих при минусовых температурах, принимается такой же, как при t = 20 °С. Сосуды и аппараты, работающие под давлением ниже 0,07 МПа, должны испытываться при р пр = 0,2 МПа. При испытании вертикальных аппаратов в горизонтальном положении к пробному давлению прибавляется гидростатическое давление.
Многослойные рулонированные сосуды высокого давления подвергаются на заводе-изготовителе гидравлической опрессовке технологическим давлением, равным 1,5 от расчетного давления, в целях увеличения плотности многослойной стенки и проверки прочности и герметичности соединений.
Сосуды и аппараты, на которые имеются специальные ГОСТы, испытываются при давлениях, указанных в этих ГОСТах.
Гидравлическое испытание. Сосуды и аппараты с защитным покрытием или изоляцией испытываются гидравлически, до наложения покрытия или изоляции.
Гидравлические испытания водой, температура которой не должна быть ниже 5 и выше 40 °С, проводят следующим образом. Аппарат в течение определенного времени (в зависимости от толщины стенки аппарата) находится при пробном давлении, после чего давление снижается до рабочего, при котором производят осмотр аппарата и обстукивание сварных швов молотком массой 0,5 - 1,5 кг (в зависимости от толщины стенки). Повышать давление до пробного и снижать до рабочего необходимо плавно и медленно.
При испытании многослойных рулонированных сосудов высокого давления снижение давления производят со скоростью 10 МПа/мин. При этом давление, равное рабочему, поддерживается в течение всего времени, необходимого для осмотра. Для литых и многослойных сосудов независимо от толщины стенки время выдержки принимают 60 мин.
Аппараты, работающие при атмосферном давлении, должны испытываться наливом воды. Залитый водой до верхней кромки сосуд выдерживается в течение четырех часов до начала осмотра с обстукиванием сварных швов молотком. В отдельных случаях допускается производить испытание смачиванием керосином сварного шва. При испытании керосином на поверхности, покрытой мелом, не должно быть масляных пятен.
Пневматическое испытание. Контроль плотности приварки укрепляющих колец и патрубков штуцеров осуществляется пневматическим испытанием при давлении 0,4-0,6 МПа с обмыливанием швов внутри и снаружи аппарата. Кроме того, в тех случаях, когда проведение гидравлического испытания невозможно (недопустимы большие напряжения от массы воды в аппарате; трудность удаления воды; наличие внутри аппарата футеровки, препятствующей заполнению аппарата водой), разрешается, согласно ОСТ 26-291-71, заменять его пневматическим испытанием посредством воздуха или другого нейтрального газа.
Пневматическое испытание производят, принимая особые меры предосторожности, так как этот вид испытания значительно опаснее гидравлического. Поэтому пневматическое испытание допускается только при условии положительных результатов, полученных после тщательного внутреннего осмотра и проверки прочности сосуда. Обстукивание аппарата под давлением при пневматическом испытании запрещается; для проверки аппарата производят обмыливание сварных швов.
Аппараты признаются выдержавшими гидравлическое и пневматическое испытания, если в процессе испытания не замечается падения давления по манометру в течение установленного времени, течи или потения через сварные швы и фланцевые соединения и если после испытания не возникает остаточных деформаций.
Техническое освидетельствование. Каждый аппарат, подведомственный Госгортехнадзору, подвергают внутренним осмотрам и гидравлическим испытаниям не только до пуска в работу, но и периодически - в процессе эксплуатации и досрочно после ремонта. Досрочным, или внеочередным, освидетельствованиям (внутреннему осмотру и гидравлическому испытанию) аппараты подвергаются: 1) после реконструкции или ремонта, например при применении сварки или пайки частей аппарата, работающих под давлением; 2) после демонтажа аппарата и установки на новом месте; 3) перед наложением на стенки аппарата защитного покрытия (если это производит предприятие-владелец аппарата).
При ремонте (или вскрытии) аппарата, связанном с удалением из него рабочей среды, предприятия, на которых эксплуатируется аппаратура, должны производить внутренний осмотр всех аппаратов не реже чем через 12 месяцев. Исключение составляют аппараты, работающие со средой, не вызывающей коррозии металла; такие аппараты подвергаются внутреннему осмотру не реже чем через 2 года. В процессе эксплуатации в соответствии с «Правилами устройства и эксплуатации сосудов, работающих под давлением» внутренний осмотр аппаратов проводится не реже чем через четыре года. Этим осмотром выявляется состояние внутренних и наружных поверхностей аппарата и влияние среды на его стенки. Гидравлическое испытание проводится не реже чем через восемь лет с предварительным внутренним осмотром.
Гидравлическое испытание при периодическом техническом освидетельствовании производится пробным давлением (см. табл. 9.3.5). При этом для аппаратов, работающих при температуре 200-400° С, величина пробного давления не должна превышать рабочее давление более чем в 1,5 раза, а при температуре стенки свыше 400° С-более чем в 2 раза. Гидравлическое испытание многослойных сосудов высокого давления проводится на пробное давление, равное 1,25 от рабочего давления.
Основной характеристикой трубопровода является диаметр и толщина стенки труб, из которых он изготовлен. Каждая труба имеет два диаметра: внутренний D вн и наружный D н. Между внутренними и наружными диаметрами труб имеется следующая зависимость:
,
где S – толщина стенки трубы.
При изменении толщины стенки трубы изменяется внутренний диаметр трубы, при этом наружный диаметр трубы остаётся постоянным, так как его изменение неизбежно вызывает изменение размеров присоединяемых арматуры и фитингов.
Чтобы сохранить для всех элементов трубопровода (труб, арматуры и соединительных частей) значение проходного сечения, обеспечивающее расчётные условия для прохода жидкости, пара или газа, введено понятие условного прохода . Под условным проходом труб, арматуры и соединительных деталей понимают средний внутренний диаметр труб (в свету), который соответствует одному или нескольким наружным диаметрам труб. Условный проход обозначают буквами DN с добавлением величины условного прохода в миллиметрах: например, условный проход диаметром 150 мм обозначают DN 150 . Истинный внутренний диаметр труб обычно не равен и не соответствует (за редким исключением) диаметру условного прохода. Так, например, у труб с наружным диаметром 159 мм при толщине стенки 8 мм истинный внутренний диаметр составляет 143 мм, а при толщине стенки 5 мм – 149 мм, однако в обоих случаях условный проход принимается равным 150 мм.
Величины условных проходов арматуры, соединительных частей, а также всех деталей технологического оборудования приборов, к которым присоединяют трубы или арматуру, установлены ГОСТом 28338-89 «Соединения трубопроводов и арматура. Проходы условные (размеры номинальные). Ряды». Эти величины имеют следующий ряд значений:
* Допускается применять только для гидравлических и пневматических устройств
** Для арматуры общего назначения применять не допускается
Толщину стенки труб и деталей трубопроводов выбирают в зависимости от наибольшего давления среды (газа или жидкости), транспортируемой по трубопроводу, от её температуры и механических свойств металла труб.
Как известно, механическая прочность металла труб, соединительных частей и арматуры с повышением температуры изменяется. Для увязки давления и температуры среды, протекающей по трубопроводу, введено понятие «условное давление», которое обозначается буквами P у.
Согласно ГОСТ 356-80 «Давления условные пробные и рабочие. Ряды». Под условным давлением (P у) следует понимать наибольшее избыточное давление при температуре среды 293 К (20 °С), при котором допустима длительная работа арматуры и деталей трубопровода, имеющих заданные размеры, обоснованные расчетом на прочность при выбранных материалах и характеристиках их прочности, соответствующих температуре 293 К (20°С).
Под пробным давлением (Р пр) следует понимать избыточное давление, при котором должно проводиться гидравлическое испытание арматуры и деталей трубопровода на прочность и плотность водой при температуре не менее 278 К (5°С) и не более 343 К (70°С), если в нормативно-технической документации не указано конкретное значение этой температуры. Предельное отклонение значения пробного давления не должно превышать ±5%.
Под рабочим давлением (Р р) следует понимать наибольшее избыточное давление, при котором обеспечивается заданный режим эксплуатации арматуры и деталей трубопровода.
Значения условных давлений арматуры и деталей трубопровода должны соответствовать следующему ряду: 0,10 (1,0); 0,16 (1,6); 0,25 (2,5); 0,40 (4,0); 0,63 (6,3); 1,00 (10); 1,60 (16); 2,50 (25); 4,00 (40); 6,30 (63); 10,00 (100); 12,50 (125); 16,00 (160); 20,00 (200); 25,00 (250); 32,00 (320); 40,00 (400); 50,00 (500); 63,00 (630); 80,00 (800); 100,00 (1000); 160,00 (1600); 250,00 (2500) МПа (кгс/см 2).
Для арматуры и деталей трубопровода, производство которых освоено до введения в действие ГОСТ 356-80, допускаются условные давления 0,6 (6); 6,4 (64) и 8,0 (80) МПа (кгс/см 2).
Производство гидравлических испытаний пробным давлением необходимо для проверки надёжности работы трубопровода в условиях эксплуатации, поэтому пробное давление всегда больше рабочего и условного давления в 1,25-1,5 раза, если нормативная документация не устанавливает ещё большие значения пробного давления.
Cтраница 1
Пробное давление при гидравлическом испытании трубопроводов выдерживается в течение 5 мин, после чего оно снижается до рабочего значения. При рабочем давлении трубопровод осматривают и обстукивают молотком места сварных швов для выявления дефектов сварки. Результаты испытания трубопровода считаются удовлетворительными, если при испытании не происходит падения давления по манометру, а в сварных швах, трубах, корпусах, арматуре и других элементах не обнаруживается признаков разрыва, течи и запотевания.
Пробное давление выдерживается в течение 5 мин, после чего его снижают до рабочего. При рабочем давлении трубопровод осматривают с обстукиванием сварных швов молотком массой не более 0 5 кг. Результаты гидравлического испытания считаются удовлетворительными, если давление не снизилось, а в сварных швах, трубах, корпусах арматуры и других частях не обнаружено признаков разрыва, течи и отпотевания.
Пробное давление при гидравлическом испытании трубопроводов должно выдерживаться в течение 5 мин, после чего давление должно быть снижено до рабочего. При рабочем давлении производятся осмотр трубопровода и обстукивание сварных швов молотком весом не более 1 5 кгс.
Пробное давление необходимо поддерживать в течение 5 мин, после чего его снижают до рабочего. При рабочем давлении осматривают паропровод и обстукивают сварные стыки молотком весом не более 1 5 кг. Гидравлическое испытание считается удовлетворительным, если не произошло падение давления по манометру во время выдержки пробного давления в паропроводе и его элементах (в сварных швах, корпусах арматуры, фланцевых соединениях и пр.
Пробное давление для баллонов, изготовленных из материала, отношение временного сопротивления к пределу текучести которого более 2, может быть снижено до 1 25 рабочего давления.
Пробное давление в котле должно создаваться ручным насосом. При использовании насосов с машинным приводом должно быть обеспечено постепенное и плановое повышение давления.
Пробное давление - избыточное давление, при котором арматура должна подвергаться гидравлическому испытанию водой на прочность и плотность материала при температуре не выше 100 С.
Пробное давление при гидравлических испытаниях принимают 1 25 рраб, но не менее рраб 3 кгс / сма.
Пробное давление при гидравлическом испытании выбирается в соответствии с условным давлением. На все трубы, а также арматуру, фланцы и шпильки, поставляемые на монтаж, завод-изготовитель составляет заводской сертификат, в котором указываются их конструктивные характеристики и марка примененной стали.
Пробное давление для баллонов, изготовленных из материала, отношение временного сопротивления к пределу текучести которого более 2, может быть снижено до 1 25 рабочего давления.
Пробное давление для баллонов, изготовленных из материала, отношение временного сопротивления к пределу текучести которого более 2, может быть снижено до 1 25 от рабочего давления.
Пробное давление для баллонов, изготовленных из материала, отношение временного сопротивления к пределу текучести которого более 2, может быть снижено до 1 25 рабочего давления.
Пробное давление, определенное по этой таблице при температуре от 200 до 400 С, не должно превышать рабочее более чем в 1 5 раза, а при температуре стенки свыше 400 С - более чем в 2 раза. При испытании высоких аппаратов необходимо учитывать гидростатическое давление столба жидкости, поэтому, например, когда колонны испытывают гидравлически до монтажа в горизонтальном положении, то к значению давления гидравлического испытания, определенного по табл. 3, прибавляют гидростатическое давление, которое будет при заполнении колонны водой в вертикальном положении. Во всех случаях напряжения в стенках сосуда при гидравлическом испытании не должны составлять более 90 % от предела текучести материала при 20 С.