ГОСТ 34233.7-2017 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Теплообменные аппараты

ГОСТ 34233.7-2017

Группа Г02

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

Сосуды и аппараты

НОРМЫ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ

Теплообменные аппараты

Vessels and apparatus. Norms and methods of strength calculation. Heat-exchangers

МКС 71.120

75.200

ОКП 36 0000

Дата введения 2018-08-01

Предисловие

Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены в ГОСТ 1.0-2015 "Межгосударственная система стандартизации. Основные положения" и ГОСТ 1.2-2015 "Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, обновления и отмены"

Сведения о стандарте

1 РАЗРАБОТАН Межгосударственным техническим комитетом по стандартизации МТК 523 "Техника и технологии добычи и переработки нефти и газа"; Закрытым акционерным обществом "ПЕТРОХИМ ИНЖИНИРИНГ" (ЗАО "ПХИ"); Акционерным обществом "Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт нефтяного машиностроения" (АО "ВНИИНЕФТЕМАШ"); Закрытым акционерным обществом "ПЕТРОХИМ ИНЖИНИРИНГ" (ЗАО "ПХИ"); Обществом с ограниченной ответственностью "Научно-техническое предприятие ЦЕНТРХИММАШ" (ООО "НТП ЦЕНТРХИММАШ"); Акционерным обществом "Научно-исследовательский и конструкторский институт химического машиностроения" (АО "НИИХИММАШ")

2 ВНЕСЕН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии

3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 14 июля 2017 г. N 101-П)

За принятие проголосовали:

(Поправка. ИУС N 9-2023).

4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 14 декабря 2017 г. N 1995-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 34233.7-2017 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 августа 2018 г.

5 В настоящем стандарте учтены основные нормативные положения следующих международных стандартов:

- ISO 16528-1:2007* "Котлы и сосуды, работающие под давлением. Часть 1. Требования к рабочим характеристикам" ("Boilers and pressure vessels - Part 1: Performance requirements", NEQ);

________________

* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей. - .

- ISO 16528-2:2007 "Котлы и сосуды, работающие под давлением. Часть 2. Процедуры выполнения требований ISO 16528-1" ("Boilers and pressure vessels - Part 2: Procedures for fulfilling the requirements of ISO 16528-1", NEQ)

6 Подготовлен на основе применения ГОСТ Р 52857.7-2007*

________________

* Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 14 декабря 2017 г. N 1995-ст ГОСТ Р 52857.7-2007 отменен с 1 августа 2018 г.

7 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном информационном указателе "Национальные стандарты", а текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет ()

ВНЕСЕНА поправка, опубликованная в ИУС N 9, 2023 год

Поправка внесена изготовителем базы данных

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает нормы и методы расчета на прочность элементов кожухотрубчатых теплообменных аппаратов и аппаратов воздушного охлаждения, применяемых в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей и смежных отраслях промышленности, работающих в условиях однократных и многократных нагрузок под внутренним избыточным давлением, вакуумом или наружным давлением. Нормы и методы расчета на прочность применимы, если отклонение от геометрической формы и неточности изготовления рассчитываемых элементов сосудов не превышают допусков, установленных нормативными документами. Настоящий стандарт применяется совместно с ГОСТ 34233.1.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 34233.1-2017 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность.

ГОСТ 34233.2-2017 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет цилиндрических и конических обечаек, выпуклых и плоских днищ и крышек

ГОСТ 34233.3-2017 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Укрепление отверстий в обечайках и днищах при внутреннем и внешнем давлениях. Расчет на прочность обечаек и днищ при внешних статических нагрузках на штуцер

ГОСТ 34233.4-2017 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет на прочность и герметичность фланцевых соединений

ГОСТ 34233.5-2017 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет обечаек и днищ от воздействия опорных нагрузок

ГОСТ 34233.6-2017 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет на прочность при малоцикловых нагрузках

ГОСТ 31842-2012 Нефтяная и газовая промышленность. Теплообменники кожухотрубчатые. Технические требования

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Обозначения

В настоящем стандарте применены следующие обозначения:

4 Общие положения

В настоящем стандарте рассмотрены следующие конструкции кожухотрубчатых теплообменных аппаратов: с неподвижными трубными решетками, компенсатором на кожухе, аппараты с плавающей головкой, U-образными трубами, а также аппараты воздушного охлаждения с камерами разъемной и неразъемной конструкций.

Настоящий стандарт позволяет определять допустимые нагрузки при поверочном расчете и исполнительные размеры элементов аппаратов при проектировании.

5 Расчет элементов кожухотрубчатых теплообменных аппаратов

5.1 Расчетные схемы

Основные типы кожухотрубчатых теплообменных аппаратов приведены на рисунках 1-6.

Рисунок 1 - Аппарат с неподвижными трубными решетками

Рисунок 2 - Аппарат с компенсатором на кожухе

Рисунок 3 - Аппарат с расширителем на кожухе

Рисунок 4 - Аппарат с U-образными трубами

Рисунок 5 - Аппарат с плавающей головкой

Рисунок 6 - Аппарат с компенсатором на плавающей головке

5.2 Теплообменные аппараты с неподвижными трубными решетками, компенсатором или расширителем на кожухе

Толщины трубных решеток теплообменных аппаратов с неподвижными трубными решетками, компенсатором или расширителем на кожухе назначаются конструктивно с последующей проверкой по формуле (45).

Примечание - Если теплообменник имеет трубный пучок, смещенный относительно центра аппарата, или на контуре имеется беструбная область, то проводят два расчета при максимальном и минимальном значениях с расчетным числом труб, равным .

5.2.1 Вспомогательные величины

5.2.1.1 Относительную характеристику беструбного края трубной решетки вычисляют по формуле

. (1)

5.2.1.2 Коэффициенты влияния давления на трубную решетку вычисляют по формулам:

- со стороны межтрубного пространства

; (2)

- со стороны трубного пространства

. (3)

5.2.1.3 Основные характеристики жесткости элементов теплообменного аппарата

Модуль упругости основания (системы труб) вычисляют по формуле

. (4)

Приведенное отношение жесткости труб к жесткости кожуха вычисляют по формуле

. (5)

Коэффициенты изменения жесткости системы трубы - кожух вычисляют по формулам:

; (6)

. (7)

Для аппаратов с неподвижными трубными решетками .

Для аппаратов с компенсатором на кожухе, расширителем на кожухе и компенсатором на расширителе и определяют по приложению А.

Коэффициент системы решетка - трубы вычисляют по формуле

. (8)

Для теплообменных аппаратов с двумя отличающимися друг от друга по толщине или модулю упругости решетками коэффициент вычисляют по формуле

. (9)

Безразмерный параметр системы решетка - трубы вычисляют по формуле

. (10)

Коэффициенты ослабления трубной решетки , , жесткости перфорированной плиты , а также коэффициенты системы кожух - решетка , обечайка - фланец камеры и коэффициенты жесткости фланцевого соединения при изгибе приведены в приложениях Б-Е.

5.2.2 Определение усилий в элементах теплообменного аппарата

5.2.2.1 Приведенное давление вычисляют по формуле

(11)

где - коэффициент влияния давления на продольную деформацию труб:

. (12)

5.2.2.2 Приведенное отношение жесткости труб к жесткости фланцевого соединения вычисляют по формуле

. (13)

5.2.2.3 Коэффициенты, учитывающие поддерживающее влияние труб , , , определяют по таблице 1 или по формулам, приведенным в приложении К.

Таблица 1 - Коэффициенты , ,

Окончание таблицы 1

5.2.2.4 Значения , , определяют по приложению Г в зависимости от и или вычисляют по формулам:

; (14)

; (15)

, (16)

где . (17)

5.2.2.5 Изгибающий момент и перерезывающую силу, распределенные по краю трубной решетки, вычисляют по формулам:

- для изгибающего момента

; (18)

- для перерезывающей силы

, (19)

где ; (20)

; (21)

. (22)

5.2.2.6 Изгибающий момент и перерезывающие силы, распределенные по периметру перфорированной зоны решетки, вычисляют по формулам:

- для изгибающего момента

; (23)

- для перерезывающей силы

. (24)

5.2.2.7 Осевую силу и изгибающий момент, действующие на трубу, вычисляют по формулам:

- для осевой силы

; (25)

- для изгибающего момента

, (26)

где - для аппаратов без перегородок в кожухе;

- для аппаратов с перегородками.

5.2.2.8 Нагрузки на кожух вычисляют по формулам:

- усилие, распределенное по периметру кожуха

; (27)

- изгибающий момент, распределенный по периметру кожуха

; (28)

- суммарная осевая сила, действующая на кожух

. (29)

5.2.3 Расчетные напряжения в элементах конструкции

5.2.3.1 Крепления трубной решетки к кожуху или фланцу

Расчетные схемы узлов соединения трубной решетки с концевой обечайкой кожуха теплообменных аппаратов, соответствующих требованиям ГОСТ 31842, приведены на рисунках 7 и 8.

Другие расчетные схемы присоединения трубной решетки к фланцу и корпусу теплообменных аппаратов приведены на рисунках 9 и 10.

Толщину стенки кожуха для схемы, приведенной на рисунке 9, принимают равной эквивалентной толщине втулки фланца , вычисляемой по ГОСТ 34233.4 (приложение Е).

; ;

Рисунок 7 - Решетка, приваренная втавр к обечайке кожуха

;

Рисунок 8 - Решетка, приваренная встык к обечайке кожуха

; ;

Рисунок 9 - Решетка, вваренная во фланец

; ; ; ; ;

Рисунок 10 - Решетка, вваренная в кожух

5.2.3.2 Расчетные напряжения в трубных решетках

Напряжения в трубной решетке в месте соединения с кожухом вычисляют по формулам:

- изгибные

; (30)

- касательные

. (31)

Напряжения в перфорированной части трубной решетки вычисляют по формулам:

- изгибные

; (32)

- касательные

, (33)

где - максимальный расчетный изгибающий момент в перфорированной части трубной решетки.

При вычисляют по формуле

, (34)

где - коэффициент, определяемый по приложению Г в зависимости от и :

, (35)

при и вычисляют по формуле

, (36)

где - коэффициент, определяемый по приложению Г в зависимости от и :

. (37)

5.2.3.3 Напряжения в кожухе в месте присоединения к решетке вычисляют по формулам:

- в меридиональном направлении:

мембранные

, (38)

изгибные

; (39)

- в окружном направлении:

мембранные

, (40)

изгибные

. (41)

5.2.3.4 Напряжения в трубах вычисляют по формулам:

- в осевом направлении:

мембранные

; (42)

суммарные

; (43)

в окружном направлении

. (44)

5.2.4 Проверка прочности трубных решеток

5.2.4.1 Проверку статической прочности проводят по формуле

. (45)

5.2.4.2 Проверку трубной решетки на малоцикловую прочность проводят по ГОСТ 34233.6.

Если в расчете должна учитываться ползучесть материала, допускается проводить проверку на малоцикловую прочность по приложению Д.

При проверке трубной решетки на малоцикловую прочность следует принимать:

- в месте соединения с кожухом

, (46)

, (47)

- см. рисунки 7-10;

- в перфорированной части

, (48)

, (49)

. (50)

5.2.4.3 Для многоходовых по трубному пространству теплообменных аппаратов прочность трубных решеток в зоне паза под перегородку проверяют по формуле (84).

При этом следует принимать:

. (51)

5.2.5 Проверка жесткости трубных решеток

Проверку проводят, когда к жесткости трубных решеток предъявляются какие-либо дополнительные требования, например для аппаратов со стекающей пленкой, с перегородками по трубному пространству, если недопустим переток между ходами.

Условие жесткости:

. (52)

Рекомендуемые допустимые значения прогибов трубных решеток [] в зависимости от внутреннего диаметра кожуха аппарата приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Допустимые значения прогибов трубных решеток

5.2.6 Расчет прочности и устойчивости кожуха

Проверку прочности кожуха в месте присоединения к решетке следует проводить только для конструкций, приведенных на рисунках 7, 8 и 10.

5.2.6.1 Условие статической прочности кожуха в месте присоединения к решетке:

. (53)

5.2.6.2 Проверку кожуха на малоцикловую прочность в месте присоединения к решетке проводят по ГОСТ 34233.6. Если в расчете должна учитываться ползучесть материала, допускается проводить проверку на малоцикловую прочность по приложению Д.

При проверке кожуха на малоцикловую прочность следует принимать:

; (54)

; (55)

. (56)

- см. рисунки 7-10.

5.2.6.3 Если условие прочности кожуха в месте соединения с решеткой по 5.2.6.1 и 5.2.6.2 не выполняется, можно установить переходный пояс увеличенной толщины длиной не менее 2.

5.2.6.4 Если осевая сила в кожухе F<0, следует провести проверку кожуха на местную устойчивость от действия сжимающей силы F по ГОСТ 34233.2.

5.2.7 Расчет труб на прочность, устойчивость и жесткость и расчет крепления труб в решетке

5.2.7.1 Условие статической прочности труб:

. (57)

5.2.7.2 Проверку труб на малоцикловую прочность проводят по ГОСТ 34233.6. Если при расчете необходимо учитывать ползучесть материала, допускается проводить проверку на малоцикловую прочность по приложению Д.

При проверке труб на малоцикловую прочность следует принимать:

; (58)

. (59)

. (60)

5.2.7.3 Проверку труб на устойчивость проводят, если .

Условие устойчивости:

, (61)

где - коэффициент уменьшения допускаемого напряжения при продольном изгибе, определяемый по графику на рисунке 11 или по приложению К, в зависимости от .

, (62)

где - для рабочих условий;

- для условий гидроиспытания;

- для аппаратов без перегородок;

- для аппаратов с перегородками.

Рисунок 11 - Коэффициент уменьшения допускаемого напряжения при продольном изгибе

5.2.7.4 Проверка жесткости труб

Проверку проводят, когда к жесткости труб предъявляют какие-либо дополнительные требования, например для аппаратов со стекающей пленкой. Проверку жесткости труб проводят только при .

Прогиб трубы вычисляют по формуле

, (63)

где - коэффициент, определяемый по графику, приведенному на рисунке 12 или по приложению К, в зависимости от

, (64)

где - для аппаратов без перегородок в кожухе;

- для аппаратов с перегородками.

Рисунок 12 - Коэффициент для определения максимального прогиба трубы

Во всех случаях прогиб трубы не должен превышать зазор между трубами в пучке и приводить к их соприкосновению.

5.2.7.5 Проверка прочности крепления трубы в решетке

Если трубы крепятся в решетке с помощью развальцовки, должно выполняться условие

. (65)

Допускаемую нагрузку на соединение трубы с решеткой определяют на основании испытаний или по нормативным документам.

При отсутствии данных о прочности вальцовочного соединения допускается принимать по приложению Е.

Если трубы крепятся к решетке способом приварки или приварки с подвальцовкой, должно выполняться условие

, (66)

где . (67)

В случае крепления труб к решетке способом развальцовки с обваркой должно выполняться условие

. (68)

5.3 Теплообменные аппараты с плавающей головкой

5.3.1 Толщина трубной решетки в зоне перфорации должна отвечать условию

, (69)

где . (70)

- эффективный коэффициент ослабления решетки определяют по приложению Б.

5.3.2 Расчет элементов плавающей головки

Расчетная схема элементов плавающей головки приведена на рисунке 13.

Рисунок 13 - Элементы плавающей головки

5.3.2.1 Усилия, действующие на шпильки, и усилие на прокладке. Проверка прочности шпилек и прокладки

Проверку прочности шпилек и прокладки выполняют по ГОСТ 34233.4.

Усилия, действующие на шпильки плавающей головки при монтаже и в рабочих условиях , и равнодействующую внутреннего давления определяют по ГОСТ 34233.4. При этом коэффициенты жесткости фланцевого соединения и определяют по ГОСТ 34233.4, как для соединения фланца с крышкой, угловая податливость фланца (полукольца) принимается равной нулю.

Угловую податливость сферических неотбортованных крышек определяют по ГОСТ 34233.4.

Угловую податливость крышек с эллиптическим днищем, отвечающих условию , определяют по ГОСТ 34233.4, как для плоских фланцев с прямой втулкой.

Угловую податливость крышек с эллиптическим днищем, отвечающих условию , определяют по ГОСТ 34233.4, как для сферической неотбортованной крышки с радиусом кривизны, равным радиусу кривизны в вершине эллиптического днища в соответствии с ГОСТ 34233.2.

Если используют привалочную поверхность с шипом шириной и плоской металлической прокладкой шириной , эффективную ширину прокладки вычисляют по формуле

. (71)

Средний диаметр плоской прокладки в этом случае принимается равным полусумме наружного и внутреннего диаметров шипа.

Проверку прочности шпилек и прочности прокладки плавающей головки выполняют по ГОСТ 34233.4.

Усилие на прокладке плавающей головки в условиях монтажа равно:

. (72)

Усилие на прокладке плавающей головки в рабочих условиях:

. (73)

5.3.2.2 Расчет на прочность при действии внутреннего давления крышек плавающих головок со сферическим неотбортованным днищем выполняют по ГОСТ 34233.2 (пункт 6.5).

Если условие при расчете на прочность крышек плавающих головок со сферическим неотбортованным днищем по ГОСТ 34233.2 не выполняется, допускаемое избыточное давление из условий прочности краевой зоны вычисляют по формуле

, (74)

где ; (75)

. (76)

, и определяют по ГОСТ 34233.2 (пункт 6.5).

Расчет сферического неотбортованного донышка крышки на действие наружного давления выполняют по ГОСТ 34233.2 (пункт 6.5).

5.3.2.3 Расчет допускаемого избыточного давления из условий прочности краевой зоны крышек с эллиптическим днищем, отвечающих условию , выполняют так же, как и для крышек плавающих головок со сферическим неотбортованным днищем с радиусом кривизны, равным радиусу кривизны в вершине соответствующего эллиптического днища по ГОСТ 34233.2 (пункт 6.5). При этом принимают равным 0.

Расчет фланцевой части и примыкающей к ней отбортовки крышек с эллиптическим днищем, отвечающих условию , выполняют по ГОСТ 34233.4, как плоского фланца с прямой втулкой.

Расчет эллиптического днища на внутреннее и наружное давления выполняют по ГОСТ 34233.2 (пункт 6.3).

5.3.2.4 Толщину полукольца (см. рисунок 13) определяют из условий изгиба по формуле

, (77)

где определяют по ГОСТ 34233.4.

5.3.2.5 Толщину наименьшего сечения полукольца определяют из условий среза по формуле

. (78)

5.3.2.6 Расчет по 5.3.2.2-5.3.2.5 следует выполнять как для рабочих условий, так и для условий монтажа до подачи внутреннего давления. При расчете в рабочих условиях следует принимать равным , а при расчете в условиях монтажа - равным .

5.4 Теплообменные аппараты с U-образными трубами

5.4.1 Толщина трубной решетки в зоне перфорации должна отвечать условию

, (79)

где . (80)

Эффективный коэффициент ослабления решетки определяют по приложению Б.

5.4.2 Если к жесткости трубных решеток аппаратов с U-образными трубами предъявляют специальные требования (недопустим остаточный прогиб решетки), расчетную толщину вычисляют по формуле

. (81)

5.5 Дополнительные требования к толщинам трубных решеток

5.5.1 При наличии беструбной зоны (см. рисунок 14) принятая толщина трубной решетки должна дополнительно удовлетворять условию

. (82)

Рисунок 14 - Диаметр окружности, вписанной в максимальную беструбную площадь

5.5.2 Толщина решеток аппаратов с плавающей головкой и U-образными трубами в месте уплотнения под кольцевую прокладку должна отвечать условию

. (83)

5.5.3 Для многоходовых по трубному пространству аппаратов толщина трубной решетки в сечении канавки должна быть не менее

. (84)

5.5.4 Для трубных решеток, выполненных заодно с фланцем, принятая толщина должна быть не менее толщины кольца ответного фланца. Допускается уменьшение толщины решетки по сравнению с толщиной ответного фланца при условии подтверждения плотности и прочности фланцевого соединения специальным расчетом.

5.6 Перегородки между ходами по трубному пространству кожухотрубчатых теплообменных аппаратов

Толщина перегородки должна отвечать условию

, (85)

где . (86)

6 Расчет элементов аппаратов воздушного охлаждения

6.1 Условия применения расчетных формул

6.1.1 Расчетные формулы применяют, если расчетная температура не превышает значений, при которых возникает ползучесть материалов [ГОСТ 34233.2 (пункт 5.2.2)].

6.1.2 Расчетные формулы применяют, если разность температур между смежными потоками в многоходовых секциях не превышает 100°С.

6.1.3 Расчетные формулы применяют при выполнении следующих условий:

; (87)

. (88)

6.1.4 Расчетные формулы применяют, если обеспечено свободное перемещение пучка в результате температурных удлинений.

6.1.5 Допускается использовать расчетные формулы для аналогичных схем камер аппаратов воздушного охлаждения, не приведенных на рисунках 15-18 и 20-24.

Рисунок 15 - Камера разъемной конструкции со сварной крышкой

Рисунок 16 - Камера разъемной конструкции с литой крышкой

Рисунок 17 - Камера разъемной конструкции с литой или штампованной крышкой

Рисунок 18 - Камера разъемной конструкции со сварной полуцилиндрической крышкой

6.2 Расчет камер разъемной конструкции

6.2.1 Расчетные схемы камер разъемной конструкции

Схемы камер разъемной конструкции приведены на рисунках 15-18.

6.2.2 Расчет элементов камер разъемной конструкции

6.2.2.1 Формулы для определения вспомогательных величин для расчета камер разъемной конструкции приведены в приложении Ж.

6.2.2.2 Усилие в болтах (шпильках) в условиях эксплуатации вычисляют по формуле

. (89)

6.2.2.3 Усилие в болтах (шпильках) в условиях испытания или монтажа вычисляют по формуле

. (90)

6.2.2.4 Величины и определяют по приложению Ж. Характеристики прокладки и - по ГОСТ 34233.4.

Коэффициент для фланцевых соединений с эксцентрично расположенной прокладкой в первом приближении принимают равным 2. Уточненное значение определяют по приложению И. Если предусмотрены специальные конструктивные меры, позволяющие разгрузить элементы разъемных камер от действия болтового изгибающего момента, то принимают равным 1.

6.2.2.5 Условие прочности шпилек (болтов)

; (91)

, (92)

где ; - допускаемые напряжения для материала шпилек (болтов) по ГОСТ 34233.4.

6.2.3 Расчет трубной решетки

6.2.3.1 Толщина трубной решетки в пределах зоны перфорации должна отвечать условию

. (93)

Безразмерную характеристику нагружения решетки болтовым изгибающим моментом вычисляют по формуле

. (94)

Безразмерную характеристику нагружения решетки давлением, действующим на беструбную зону , вычисляют по формуле

. (95)

Коэффициент несущей способности трубного пучка вычисляют по формулам:

- при

; (96)

- при

. (97)

Коэффициент, зависящий от соотношения сторон перфорированной зоны решетки , вычисляют по формуле

. (98)

, , , и определяют по приложению Ж, эффективный коэффициент ослабления - по приложению Б, коэффициент уменьшения допускаемого напряжения при продольном изгибе - по 5.2.7.3.

При следует увеличивать толщину труб для выполнения условия .

6.2.3.2 Толщины трубной решетки в месте уплотнения и вне зоны уплотнения должны отвечать условиям:

; (99)

. (100)

Усилие от болтовой нагрузки на единицу длины решетки или крышки вычисляют по формуле

. (101)

6.2.3.3 Условие прочности крепления труб в решетке

. (102)

Коэффициенты и определяют по графику, приведенному на рисунке 19, в зависимости от величины , вычисляемой по формуле

. (103)

Рисунок 19 - Коэффициенты и

Коэффициенты и вычисляют по Ж.2 (приложение Ж).

6.2.4 Расчет крышки

6.2.4.1 Толщина донышка крышки (см. рисунки 15-17) должна отвечать условию

. (104)

Безразмерную характеристику нагружения крышки аппарата воздушного охлаждения болтовым изгибающим моментом вычисляют по формуле

. (105)

Безразмерную характеристику нагружения крышки давлением, действующим на ее фланцевую часть, вычисляют по формуле

. (106)

Коэффициенты, зависящие от соотношения сторон крышки и , вычисляют по формулам:

; (107)

. (108)

Коэффициент сопротивления фланцевой части крышки вычисляют по формуле

. (109)

6.2.4.2 Толщина донышка крышки (см. рисунок 18) должна отвечать условию

. (110)

Коэффициент сопротивления фланцевой части крышки вычисляют по формуле

. (111)

6.2.4.3 Толщина стенки крышки в месте присоединения к фланцу должна отвечать условию

, (112)

где - расчетное усилие, вычисляемое по формуле (101);

- коэффициент вычисляют по формуле (109);

- коэффициент для крышек по рисункам 15, 16а, 17 вычисляют по формуле (111); для крышек по рисунку 16б вычисляют по формуле (109).

6.2.4.4 Толщину фланца крышки вычисляют по формуле (99) при .

6.2.4.5 Толщина боковой стенки крышек (см. рисунки 15-17) должна отвечать условию

, (113)

а крышек (см. рисунок 18) - условию

. (114)

6.3 Расчет камер неразъемной конструкции

6.3.1 Расчетные схемы камер неразъемной конструкции

Схемы камер неразъемной конструкции приведены на рисунках 20-24.

Рисунок 20 - Камера неразъемной конструкции с полуцилиндрической задней стенкой

Рисунок 21 - Сварная камера без перегородок

Рисунок 22 - Штампосварная камера без перегородок

Рисунок 23 - Сварная камера с перегородками

Рисунок 24 - Штампосварная камера с перегородками

6.3.1.1 Толщина задней стенки камеры должна отвечать условию

. (115)

Коэффициент , зависящий от соотношения сторон задней стенки камеры, вычисляют по формуле

. (116)

Для камер с перегородками (см. рисунки 23, 24) равно 1.

Расчетный поперечный размер камеры определяют по приложению Ж, эффективный коэффициент ослабления - по приложению Б.

Толщину решетки следует принимать

. (117)

6.3.1.2 Толщины верхней и нижней стенок для конструкций, приведенных на рисунках 21 и 23, должны отвечать условию

, (118)

а конструкций, приведенных на рисунках 22 и 24, - условию

. (119)

6.3.1.3 Толщины усиливающих перегородок в камерах (см. рисунки 23, 24) должны отвечать условию

. (120)

6.3.1.4 Толщина боковой стенки должна отвечать условию

. (121)

Коэффициент , зависящий от соотношения сторон боковой стенки, вычисляют по формуле

. (122)

6.3.2 Расчет камер неразъемной конструкции с полуцилиндрической задней стенкой (см. рисунок 20)

6.3.2.1 Толщину трубной решетки вычисляют по формуле (93) при равной 0.

6.3.2.2 Толщину полуцилиндрической задней стенки определяют по ГОСТ 34233.2, как цилиндрической обечайки, внутренний диаметр которой равен .

6.3.2.3 Толщину боковой стенки определяют по формуле (114).

6.3.3 Условие прочности крепления труб в решетке:

. (123)

Коэффициент вычисляют по Ж.2 (приложение Ж).

6.3.4 Условия прочности узлов врезки штуцеров круглого сечения в верхнюю или нижнюю стенки сварных и штампосварных камер (см. рисунки 21-24) при действии внутреннего давления удовлетворяются автоматически, если толщина патрубка отвечает условиям прочности для обечайки (трубы) согласно ГОСТ 34233.2. Если используют плоскоовальные штуцеры или если на штуцеры круглого сечения кроме давления действуют внешние нагрузки от присоединенных трубопроводов, прочность узлов врезки должна быть подтверждена численным расчетом с оценкой по ГОСТ 34233.1 (пункт 8.10).

6.3.5 Допускается вместо расчета по 6.3.1 и 6.3.2 выполнять расчет камер неразъемной конструкции с помощью численного моделирования с последующей оценкой по категориям условных упругих напряжений в соответствии с ГОСТ 34233.1 (пункт 8.10). При этом уменьшение цилиндрической жесткости решетки и задней стенки камер за счет перфорации следует оценивать с помощью коэффициента жесткости перфорированной плиты , определяемого по таблице Б.1 (приложение Б), в зависимости от относительной характеристики площади решетки аппарата воздушного охлаждения , вычисляемой по формуле (Ж.9) (приложение Ж). Увеличение расчетных напряжений в перфорированной части решетки и задней стенки допускается оценивать с помощью эффективного коэффициента ослабления решетки и задней стенки аппаратов воздушного охлаждения , вычисляемого по формуле (Б.2) (приложение Б).

6.3.6 Для аппаратов воздушного охлаждения с камерами неразъемной конструкции, работающими при давлениях, превышающих 10 МПа, дополнительный расчет по 6.3.5 является обязательным.

Для аппаратов воздушного охлаждения с камерами неразъемной конструкции, работающими при давлениях, превышающих 16 МПа, рекомендуется вместо расчета по 6.3.5 выполнять прямое численное моделирование предельного состояния камер при действии внутреннего давления с использованием истинной или жесткопластической диаграммы работы материала и объемного моделирования решетки и задней стенки.

Приложение А
(обязательное)

Определение коэффициентов изменения жесткости и для аппаратов с компенсатором на кожухе, расширителем на кожухе и компенсатором на расширителе

А.1 Коэффициент определяют как отношение осевого перемещения компенсатора (расширителя) при действии растягивающей силы к осевому перемещению краев корпуса межтрубного пространства без компенсатора (расширителя) от действия той же силы.

Коэффициент определяют как отношение осевого перемещения компенсатора (расширителя) при действии внутреннего давления к осевому перемещению краев корпуса межтрубного пространства без компенсатора (расширителя) от действия того же давления.

Коэффициенты и для аппаратов с компенсатором на расширителе допускается определять, как суммы соответствующих коэффициентов для аппаратов с компенсатором и расширителем.

При определении коэффициентов и не учитывают влияние трубного пучка и равнодействующую внутреннего давления, действующую на края корпуса в осевом направлении.

Допускается определять и с помощью численных методов теории пластин и оболочек.

А.2 Для аппаратов с компенсатором на кожухе коэффициенты и допускается вычислять по формулам:

; (А.1)

. (А.2)

Жесткость компенсатора следует определять по нормативным документам.

Для ненормализованных компенсаторов допускается вычислять осевую жесткость по формуле

, (А.3)
где ; (А.4)

. (А.5)

Параметр жесткости компенсатора определяют по графику, приведенному на рисунке А.1, в зависимости от

(А.6)

и

. (А.7)

Рисунок А.1 - Параметр жесткости компенсатора

А.3 Для аппаратов с расширителем на кожухе при , равном 90°, коэффициент допускается вычислять по формуле

, (А.8)

а коэффициент - по формуле

, (А.9)

где ; (А.10)

. (А.11)

определяют по таблице А.1 или по формулам приложения К в зависимости от .

Таблица А.1 - Коэффициенты

А.4 Для аппаратов с расширителем на кожухе при 15°60° коэффициент допускается вычислять по формуле

, (А.12)

а коэффициент - по формуле

. (А.13)

Коэффициенты , , , определяют по таблице А.2 или по формулам, приведенным в приложении К, в зависимости от (см. рисунок 3) и .

Таблица А.2 - Вспомогательные коэффициенты

Приложение Б
(обязательное)

Коэффициенты влияния перфорации на параметры трубной решетки

Б.1 Коэффициент ослабления трубной решетки при расчете кожухотрубчатых теплообменных аппаратов с неподвижными трубными решетками и компенсатором на кожухе вычисляют по формуле

. (Б.1)

Б.2 Эффективный коэффициент ослабления при расчете кожухотрубчатых теплообменных аппаратов с плавающей головкой, U-образными трубами и аппаратов воздушного охлаждения вычисляют по формуле

, (Б.2)

где - для решеток с трубами, закрепленными на всю толщину решетки;

- для решеток с трубами, закрепленными в части толщины решетки;

- для стальных решеток с трубами из цветных металлов;

- для перфорированной задней стенки аппаратов воздушного охлаждения.

Б.3 Коэффициент жесткости перфорированной плиты в зависимости от приведен в таблице Б.1.

Таблица Б.1 - Коэффициент жесткости перфорированной плиты

Приложение В
(обязательное)

Определение коэффициентов системы кожух - решетка, обечайка - фланец камеры и коэффициента жесткости фланцевого соединения при изгибе

Коэффициенты системы кожух - решетка, обечайка - фланец камеры и коэффициент жесткости фланцевого соединения при изгибе вычисляют по формулам:

, (В.1)

, (В.2)

, (В.3)

, (В.4)

, (В.5)

, (В.6)

. (В.7)

Приложение Г
(обязательное)

Коэффициенты , , , и , используемые в формулах для определения сил и моментов в элементах кожухотрубчатых теплообменных аппаратов

Коэффициенты , , в зависимости от и приведены в таблице Г.1, коэффициент в зависимости от и - в таблице Г.2, коэффициент в зависимости от и - в таблице Г.3.

Таблица Г.1 - Коэффициенты , ,

Таблица Г.2 - Коэффициент

Таблица Г.3 - Коэффициент

Приложение Д
(обязательное)

Определение допускаемой амплитуды условных упругих напряжений при работе материала в условиях ползучести

При температуре рассчитываемых элементов теплообменных аппаратов из низколегированных и коррозионно-стойких хромистых сталей от 420 до 500°С допускается определять [] по графику, приведенному на рисунке Д.1.

Рисунок Д.1 - Расчетные кривые усталости для низколегированных и коррозионно-стойких хромистых сталей при длительности нагружения 2·10 ч

При температурах рассчитываемых элементов из аустенитных сталей от 525 до 600°С допускается определять [] по графику, приведенному на рисунке Д.2.

Рисунок Д.2 - Расчетные кривые усталости коррозионно-стойких сталей аустенитного класса при длительности нагружения 2·10 ч

Если температура рассматриваемых элементов из углеродистых сталей превышает 380°С, из низколегированных коррозионно-стойких хромистых сталей - 500°С и из аустенитных сталей - 600°С, следует при выполнении расчета элементов теплообменных аппаратов на малоцикловую усталость принимать

, (Д.1)

где - допускаемое напряжение по ГОСТ 34233.2 для рассчитываемого элемента при расчетной температуре.

Приложение Е
(справочное)

Допускаемая нагрузка на вальцовочное соединение трубы с решеткой

При отсутствии более точных данных допускается вычислять допускаемую нагрузку на вальцовочное соединение трубы с решеткой по формулам:

- для гладкозавальцованных труб

; (Е.1)

- для труб, завальцованных в пазы при наличии одного паза

, (Е.2)

но не менее чем для такого же соединения гладкозавальцованных труб;

- для труб, завальцованных в пазы с двумя или более пазами

. (Е.3)

Приложение Ж
(обязательное)

Определение вспомогательных величин для расчета аппаратов воздушного охлаждения

Ж.1 Геометрические характеристики решетки

Ж.1.1 Расчетный поперечный размер решетки вычисляют по формулам:

- для камер разъемной конструкции (см. рисунки 15-18)

; (Ж.1)

- для камер неразъемной конструкции без перегородок (см. рисунки 20-22)

; (Ж.2)

- для камер неразъемной конструкции с перегородками (см. рисунки 23-24)

. (Ж.3)

Ж.1.2 Расчетный размер решетки в продольном направлении вычисляют по формулам:

- для камер разъемной конструкции (см. рисунки 15-18)

; (Ж.4)

- для камер неразъемной конструкции (см. рисунки 20-24)

. (Ж.5)

Ж.1.3 Расчетную ширину перфорированной зоны решетки вычисляют по формуле

, (Ж.6)

где - см. рисунки Ж.1 и Ж.2.

Рисунок Ж.1 - Расположение отверстий по вершинам прямоугольников

Рисунок Ж.2 - Расположение отверстий по вершинам треугольников

Ж.1.4 Относительную ширину беструбного края вычисляют по формуле

. (Ж.7)

Ж.2 Вспомогательные коэффициенты вычисляют по формулам:

, (Ж.8)

, (Ж.9)

где , - см. рисунки Ж.1 и Ж.2.

Ж.3 Допускаемая нагрузка на единицу площади сечения трубного пучка

Ж.3.1 Допускаемую нагрузку из условия прочности труб вычисляют по формуле

. (Ж.10)

Ж.3.2 Допускаемую нагрузку из условия прочности крепления трубы в решетке вычисляют по формулам:

- для развальцовки

; (Ж.11)

- для приварки

; (Ж.12)

- для развальцовки с обваркой

, (Ж.13)

где - коэффициент прочности шва приварки трубы к решетке, определяемый по 5.2.7.5.

Ж.4 Плечи изгибающих моментов в камерах (см. рисунки 15-18) вычисляют по формулам:

, (Ж.14)

. (Ж.15)

Приложение И
(обязательное)

Коэффициенты податливости элементов аппаратов воздушного охлаждения

И.1 Угловые податливости крышки от действия внутреннего давления и от действия болтового изгибающего момента вычисляют по формулам:

- от действия внутреннего давления

; (И.1)

- от действия болтового изгибающего момента

, (И.2)

где коэффициенты вычисляют по формулам:

, (И.3)

, (И.4)

, (И.5)

, (И.6)

, (И.7)

. (И.8)

В формулах (И.3), (И.4), (И.6), (И.7) для крышек по рисунку 15 следует подставлять .

В формулах (И.1), (И.2) для крышек по рисунку 16б следует подставлять: ; .

- коэффициент, определяемый в зависимости от и по графику, приведенному на рисунке И.1, или по приложению К;

- коэффициент, определяемый в зависимости от и по графику, приведенному на рисунке И.2, или по приложению К;

где . (И.9)

- коэффициент, вычисляемый по формуле (106).

Рисунок И.1 - График коэффициента

Рисунок И.2 - График коэффициента

Рисунок И.3 - График коэффициента

Рисунок И.4 - График коэффициента

И.2 Угловые податливости решетки от действия внутреннего давления и болтового изгибающего момента вычисляют по формулам:

- от действия внутреннего давления

; (И.10)

- от действия болтового изгибающего момента

, (И.11)

где - коэффициент, определяемый в зависимости от по графику, приведенному на рисунке И.3, или по приложению К;

- коэффициент, определяемый в зависимости от по графику, приведенному на рисунке И.4, или по приложению К;

, , - коэффициенты, вычисляемые по формулам (Ж.5), (95) и (103).

И.3 Линейную податливость шпилек (болтов) определяют по ГОСТ 34233.4.

И.4 Линейную податливость прокладки вычисляют по формуле

. (И.12)

И.5 Коэффициент податливости фланцевого соединения крышки и решетки вычисляют по формуле

. (И.13)

Приложение К
(справочное)

Расчетные зависимости для определения величин, приведенных в таблицах и на графиках

Коэффициент, приведенный в таблице Б.1, вычисляют по формуле

;

коэффициенты, приведенные в таблице 1, вычисляют по формулам:

,

,

;

коэффициент, приведенный в таблице Г.2, вычисляют по формуле

,

а коэффициент, приведенный в таблице Г.3, вычисляют по формуле

,

где ,

,

,

- величина, принадлежащая отрезку [0, ] при 3 или отрезку [-3,0] при >3, выбираемая таким образом, чтобы коэффициенты A или B соответственно принимали максимальные значения;

, , , , - функции Бесселя.

Коэффициент, приведенный на графике рисунка 11, вычисляют по формуле

;

коэффициент, приведенный на графике рисунка 12, вычисляют по формуле

;

коэффициент, приведенный в таблице А.1, вычисляют по формулам:

при ;

при ;

коэффициенты, приведенные в таблице А.2, вычисляют по формулам:

;

;

;

.

Коэффициенты, приведенные на графиках рисунка 19, вычисляют по формулам:

;

.

Коэффициент, приведенный на графике рисунка И.1, вычисляют по формуле

,

коэффициент, приведенный на графике рисунка И.2, вычисляют по формуле

,

где .

Коэффициент, приведенный на графике рисунка И.3, вычисляют по формуле

,

коэффициент, приведенный на графике рисунка И.4, вычисляют по формуле

,

где ;

;

;

.

Редакция документа с учетом
изменений и дополнений подготовлена