ГОСТ Р 54522-2011 Сосуды и аппараты высокого давления. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет цилиндрических обечаек, днищ, фланцев, крышек. Рекомендации по конструированию

Обложка ГОСТ Р 54522-2011 Сосуды и аппараты высокого давления. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет цилиндрических обечаек, днищ, фланцев, крышек. Рекомендации по конструированию
Обозначение
ГОСТ Р 54522-2011
Наименование
Сосуды и аппараты высокого давления. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет цилиндрических обечаек, днищ, фланцев, крышек. Рекомендации по конструированию
Статус
Действует
Дата введения
2012.01.06
Дата отмены
-
Заменен на
-
Код ОКС
71.120.01


ГОСТ Р 54522-2011



НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Сосуды и аппараты высокого давления

НОРМЫ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ

Расчет цилиндрических обечаек, днищ, фланцев, крышек. Рекомендации по конструированию

High pressure vessels and apparatus. Norms and methods of strength calculation. Calculation of cylindric shells, heads, flanges, covers. Design recommendations

ОКС 71.120.01

ОКП 36 1000

Дата введения 2012-06-01

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Открытым акционерным обществом "Иркутский научно-исследовательский и конструкторский институт химического и нефтяного машиностроения" (ОАО "ИркутскНИИхиммаш"), Открытым акционерным обществом "Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт нефтяного машиностроения" (ОАО "ВНИИНЕФТЕМАШ"), Открытым акционерным обществом "Научно-исследовательский институт химического машиностроения" (ОАО "НИИХИММАШ"), Федеральной службой по экологическому, технологическому и атомному надзору (Ростехнадзор)

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 23 "Техника и технологии добычи и переработки нефти и газа"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 24 ноября 2011 г. N 598-ст

4 В настоящем стандарте учтены основные нормативные положения следующих международных документа и стандарта: Директива 97/23/ЕС* Европейского парламента и совета от 29 мая 1997 г. по сближению законодательств государств-членов, касающаяся оборудования, работающего под давлением [Directive 97/23/ЕС "Pressure equipment" (Directive PED), NEQ]; ЕН 13445-3-2002 "Сосуды, работающие под давлением без огневого подвода теплоты. Часть 3. Конструкция" (ЕN 13445-3-2002 "Unfired pressure vessels - Part 3: Design", NEQ)

________________

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

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

6 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Май 2019 г.

Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. N 162-ФЗ "О стандартизации в Российской Федерации". Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя "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 (www.gost.ru)

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает нормы и методы расчета на прочность при статическом нагружении и рекомендации по конструированию сосудов и аппаратов (далее - сосудов) стальных кованых, кованосварных, многослойных и однослойных, изготовленных из поковок и листового проката, работающих под действием внутреннего давления свыше 10 до 130 МПа, применяемых в газовой, нефтяной, нефтехимической, химической промышленности, производстве минеральных удобрений и других смежных отраслях промышленности.

________________

Сосуды, изготовляемые в соответствии с [1], допускается рассчитывать по ГОСТ 34233.1- ГОСТ 34233.12.

Расчетные формулы настоящего стандарта применимы при условии, что свойства материалов, требования к конструкции, изготовлению и контролю отвечают требованиям нормативных документов на изготовление и что расчетные температуры не превышают значений, при которых наступает ползучесть материалов.

При отсутствии точных данных о температуре, при которой необходимо учитывать ползучесть материала, формулы применимы для расчетной температуры стенки сосудов, не превышающей: для углеродистой стали 380°С, для низколегированной и среднелегированной сталей - 420°С и для аустенитной стали - 525°С.

Минимальная (отрицательная) температура определяется физико-механическими свойствами применяемых материалов по стандартам и техническим условиям на изготовление сосудов, утвержденными в установленном порядке.

Настоящий стандарт не распространяется на сосуды, работающие под внешним давлением.

Для сосудов, находящихся в эксплуатации, в процессе монтажа, изготовления или оконченных проектов до введения настоящих норм, переоформление расчетов на прочность в соответствии с настоящим стандартом не требуется.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 26303 Сосуды и аппараты высокого давления. Шпильки. Методы расчета на прочность

ГОСТ 34233.1 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Общие требования

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

ГОСТ 34233.3 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 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет на прочность и герметичность фланцевых соединений

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

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

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

ГОСТ 34233.8 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Сосуды и аппараты с рубашками

ГОСТ 34233.10 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Сосуды и аппараты, работающие с сероводородными средами

ГОСТ 34233.11 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Метод расчета на прочность обечаек и днищ с учетом смещения кромок сварных соединений, угловатости и некруглости обечаек

ГОСТ 34233.12 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Требования к форме представления расчетов на прочность, выполняемых на ЭВМ

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 заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Обозначения

В настоящем стандарте применены следующие обозначения:

- сумма прибавок к расчетным толщинам стенок, мм;

- прибавка для компенсации коррозии и эрозии, мм;

- прибавка для компенсации минусового допуска, мм;

- технологическая прибавка, мм;

- внутренний диаметр сосуда или аппарата, мм;

- внутренний диаметр проточки плоского днища, мм;

- наружный диаметр фланца корпуса, мм;

- диаметр окружности центров шпилек, мм;

- наружный диаметр фланца выпуклой крышки, мм;

- наименьший диаметр выточки под уплотнение, мм;

- наибольший диаметр выточки под уплотнение, мм;

- наружный диаметр центральной обечайки, мм;

- наружный диаметр кожуха многослойной обечайки, мм;

- расчетный диаметр плоского днища и уплотнения, мм;

- диаметр отверстия под шпильку основного крепежа, мм;

- диаметр центрального отверстия в днищах или крышках, мм;

- диаметры отверстий в днищах или крышках, мм;

- расчетный диаметр несквозного отверстия, определяемый с учетом глубины отверстия, мм;

- наружный диаметр резьбы шпильки, мм;

- сумма диаметров отверстий для наиболее ослабленного диаметрального сечения в плоской крышке или днище, мм;

- расчетное усилие, действующее на шпильки при расчетном давлении, Н;

- осевая сила от действия уплотнительного кольца или прокладки, Н;

- осевая сила от действия давления среды на крышку, Н;

- осевое усилие, действующее на поперечное сечение стенки, Н;

- осевое усилие, действующее на участок торца фланца, заключенный между внутренней поверхностью сосуда и средней линией уплотнительной поверхности, Н;

- высота выпуклой части днища по внутренней поверхности без учета цилиндрической части, мм;

- толщина центральной части крышки, мм;

- исполнительная толщина крышки в месте расположения выточки под уплотнение, мм;

- расчетная толщина крышки в месте расположения выточки под уплотнение, мм;

- исполнительная толщина периферийной части плоской крышки, мм;

- предварительная расчетная толщина периферийной части плоской крышки, мм;

- расчетная толщина периферийной части плоской крышки, мм;

- исполнительная толщина фланца выпуклой крышки, мм;

- расчетная толщина фланца выпуклой крышки, мм;

- длина цилиндрической отбортовки выпуклого днища, мм;

- длина конического или радиусного перехода, мм;

- длина цилиндрической отбортовки плоского днища, мм;

- высота цилиндрической части фланца корпуса, мм;

- усредненная высота фланца корпуса, мм;

- расчетная условная высота фланца корпуса, мм;

- высота цилиндрической части фланца, стыкуемой с обечайкой, мм;

- коэффициент прочности днища;

- коэффициент ослабления днища отверстиями;

- длина дополнительных слоев многослойной обечайки, мм;

- длина однослойной цилиндрической вставки, мм;

- длина переходной части стыкуемых элементов, мм;

- глубина отверстий под шпильки во фланце, мм;

- глубина -го несквозного отверстия, мм;

- расчетный изгибающий момент, Н·мм;

- допустимый изгибающий момент, Н·мм;

- коэффициент запаса прочности по временному сопротивлению (пределу прочности);

- коэффициент запаса прочности по пределу текучести;

- расчетное давление в сосуде или аппарате, МПа;

- расчетное давление, воспринимаемое слоями, расположенными между центральной обечайкой и кожухом, МПа;

- допустимое давление, МПа;

- пробное давление, МПа;

- расчетный радиус кривизны днища по внутренней поверхности, мм;

и - радиусы закругления, мм;

- минимальное значение предела текучести при расчетной температуре, МПа;

- минимальное значение предела текучести при температуре 20°С, МПа;

- минимальное значение условного предела текучести при остаточном удлинении 0,2% при расчетной температуре, МПа;

- минимальное значение условного предела текучести при остаточном удлинении 0,2% при температуре 20°С, МПа;

- минимальное значение предела текучести при остаточном удлинении 1,0% при расчетной температуре, МПа;

- минимальное значение предела текучести при остаточном удлинении 1,0% при температуре 20°С, МПа;

- минимальное значение временного сопротивления (предела прочности) при расчетной температуре, МПа;

- минимальное значение временного сопротивления (предела прочности) при температуре 20°С, МПа;

- исполнительная толщина цилиндрической обечайки, мм;

- расчетная толщина цилиндрической обечайки, мм;

- исполнительная толщина днища, мм;

- расчетная толщина днища, мм;

- минимальная толщина днища в зоне проточки, мм;

- исполнительная толщина центральной обечайки, мм;

- общая исполнительная толщина слоев, расположенных между центральной обечайкой и кожухом, мм;

- исполнительная толщина наружного кожуха многослойной обечайки, мм;

- исполнительная толщина многослойной цилиндрической обечайки, мм;

- расчетная толщина многослойной цилиндрической обечайки, мм;

- расстояние от края отверстия в выпуклой крышке или днище до внутренней стенки сосуда или аппарата, мм;

- расстояние между кромками соседних отверстий, мм;

- разность толщин стыкуемых элементов, мм;

- число шпилек, шт.;

- угол наклона образующей конической части фланца, градус;

- коэффициент толстостенности;

- расчетный коэффициент толстостенности;

- угол между нормалью к внутренней поверхности на краю днища или сферической части выпуклой крышки и осью сосуда или аппарата, градус;

- половина исполнительного угла сферического сегмента выпуклой части крышки, градус;

- допустимое напряжение при расчетной температуре, МПа;

- допустимое напряжение при температуре 20°С, МПа;

- допустимое напряжение для материала центральной обечайки при расчетной температуре, МПа;

- допустимое напряжение для материала слоев при расчетной температуре, МПа;

- допустимое напряжение для материала кожуха при расчетной температуре, МПа;

- коэффициент прочности сварных швов;

- угол конусности уплотнительных поверхностей, градус;

- угол трения на уплотнительных поверхностях, градус.

4 Общие положения

4.1 Расчетная температура

4.1.1 Расчетную температуру используют для определения физико-механических характеристик материала и допустимых напряжений.

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

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

4.1.3 Если невозможно провести тепловые расчеты или измерения и если во время эксплуатации среда соприкасается со стенкой, то за расчетную температуру следует принимать наибольшую температуру среды, но не ниже 20°С.

4.2 Рабочее, расчетное, пробное давление, давление опрессовки

4.2.1 Под рабочим давлением для сосуда следует понимать максимальное внутреннее избыточное 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.

4.2.2 Под расчетным давлением для элементов сосудов следует понимать давление, на которое проводится их расчет на прочность.

Расчетное давление для элементов сосуда принимают равным максимально возможному рабочему давлению.

При повышении давления в сосуде во время действия предохранительных устройств, ограничивающих давление более чем на 10% по сравнению с рабочим, элементы сосуда следует рассчитывать на давление, равное 90% давления при действии этих устройств.

4.2.3 Под пробным давлением в сосуде следует понимать давление, при котором проводят испытание сосуда на прочность и плотность.

4.2.4 Значение пробного давления при гидравлических испытаниях следует назначать в соответствии с ПБ 03-576 [2].

4.2.5 Расчет прочности деталей на пробное давление проводят, подставляя в расчетные формулы значение пробного давления вместо расчетного давления . При этом коэффициент запаса прочности по пределу текучести для пробного давления следует принимать по таблице 4.1.

4.2.6 Под давлением опрессовки следует понимать однократное давление при изготовлении сосуда, переводящее внутренние слои многослойной стенки за предел текучести.

4.2.7 Многослойные сосуды следует подвергать испытанию повышенным избыточным давлением опрессовки в соответствии с нормативным документом на изготовление.

4.2.8 При нагружении многослойного сосуда давлением опрессовки необходимо проводить проверку прочности деталей по формулам соответствующих разделов, подставляя в расчетные формулы значение давления опрессовки вместо расчетного давления. При этом коэффициент запаса прочности по пределу текучести при температуре испытаний принимают согласно таблице 4.1.

Указанную проверку не проводят для многослойных цилиндрических обечаек и при расчете укрепления отверстий.

4.3 Допустимое напряжение, коэффициенты запаса прочности

4.3.1 Допустимое напряжение при расчете по предельным нагрузкам конструктивных элементов из углеродистых, низколегированных, среднелегированных и аустенитных сталей вычисляют по формуле

. (1)

Прочностные характеристики материалов могут быть выбраны в соответствии с приложением А.

4.3.2 Коэффициенты запаса прочности , в зависимости от условий нагружения следует определять в соответствии с таблицей 4.1.

Таблица 4.1 - Коэффициенты запаса прочности

Условие нагружения

Рассчитываемый элемент

Рабочие условия

Все элементы, кроме шпилек

1,50

2,4

Шпильки

1,50

-

Условия испытания:

- гидравлические

Все элементы

1,10

-

- пневматические

Все элементы

1,20

-

- опрессовка

Все элементы, кроме шпилек

1,07

-

- многослойных сосудов

Шпильки

1,00

-

4.4 Коэффициент прочности сварных соединений

В формулы для расчетов на прочность элементов сосудов, имеющих сварные соединения, необходимо вводить коэффициент , учитывающий снижение прочности сварного шва по сравнению с основным металлом.

Значения коэффициента - согласно приложению Б.

4.5 Прибавки к расчетным толщинам конструктивных элементов

4.5.1 При расчете сосудов необходимо учитывать прибавки к расчетным толщинам элементов сосудов.

Исполнительную толщину стенки элемента сосуда вычисляют по формуле

, (2)

где - расчетная толщина стенки элемента сосуда.

Прибавку к расчетным толщинам вычисляют по формуле

. (3)

При двухстороннем контакте с коррозионной и (или) эрозионной средой прибавку следует определять как сумму соответствующих прибавок с внутренней и наружной сторон.

При поверочном расчете прибавку вычитают из значений исполнительной толщины стенки. Если известна фактическая толщина стенки, то при поверочном расчете можно не учитывать значения и .

4.5.2 Обоснование всех прибавок к расчетным толщинам должно быть приведено в технической документации.

4.6 Сосуды с противокоррозионным покрытием

При определении расчетной толщины стенки элементов сосудов, работающих при температуре свыше 200°С, толщину аустенитного наплавленного или плакирующего защитного слоя, а также футеровки и аустенитной центральной обечайки не учитывают.

5 Расчет цилиндрических обечаек

5.1 Цилиндрические однослойные обечайки

5.1.1 Расчет применим для цилиндрических обечаек при выполнении условия

. (4)

5.1.2 Толщину цилиндрической однослойной обечайки вычисляют по формуле

, (5)

где

(6)

5.1.3 Расчетный коэффициент толстостенности вычисляют по формуле

, (7)

где - коэффициент прочности сварных швов.

5.1.4 Допустимое давление вычисляют по формуле

, (8)

где

. (9)

5.2 Цилиндрические многослойные обечайки

5.2.1 Расчет распространяется на цилиндрические многослойные обечайки с концентрическим и рулонированным расположением слоев.

5.2.2 Исполнительная толщина стенки должна удовлетворять условию

. (10)

В рулонированной обечайке к расчетной толщине стенки прибавляют толщину одного слоя.

5.2.3 Расчетную толщину цилиндрической многослойной обечайки вычисляют по формуле

, (11)

где

(12)

- нулевое приближение величины . (13)

Точность расчета проверяют подстановкой вместо в формулу (12). Расчеты повторяют до получения одинаковых значений с точностью 0,2 МПа.

5.2.4 Допустимое давление вычисляют по формуле

, (14)


где

(15)

. (16)

5.2.5 При определении толщины стенки или допустимого давления не учитывают наружный кожух, изготовленный из материала с пределом текучести меньше значения

, (17)

где ;

- повышенное давление опрессовки (определяется по нормативному документу на изготовление).

5.3 Соединение цилиндрических обечаек

5.3.1 Соединение однослойных обечаек между собой и с многослойными обечайками и многослойных обечаек между собой рекомендуется выполнять в соответствии с рисунком 5.1.


Рисунок 5.1 - Соединение цилиндрических обечаек

При этом следует соблюдать условие

. (18)

5.3.2 При 1,2 толщина более тонкой обечайки увеличивается до толщины в соответствии с рисунками 5.1а, 5.1б, 5.1в. Толщину более тонкой многослойной стенки увеличивают до величины дополнительными слоями на длине

. (19)

При 1,2 конический переход допускается выполнять за счет скоса более толстой обечайки в соответствии с рисунками 5.1г, 5.1д, 5.1е, 5.1ж, 5.1и, 5.1к.

6 Расчет днищ

6.1 Кованые плоские отбортованные днища, сопряженные с однослойными обечайками

6.1.1 На рисунках 6.1-6.3 приведены конструктивные варианты плоских днищ.

6.1.2 Расчет применим для днищ при выполнении условий:

0,35; ; ; ; .


Рисунок 6.1 - Плоское днище с коническим переходом


Рисунок 6.2 - Плоское днище с радиусным переходом


Рисунок 6.3 - Плоское днище с проточкой

6.1.3 Толщину днища с коническим и радиусным переходами, выполненными в соответствии с рисунками 6.1, 6.2, вычисляют по формуле

, (20)

где

(21)

Для днищ с отношением 0,11 принимают , равным 1;

для днищ с отношением 0,11 поправочный коэффициент вычисляют по формуле

. (22)

6.1.4 Расчетный диаметр вычисляют по формулам:

- для днищ с коническим и радиусным переходами (см. рисунки 6.1, 6.2):

, (23)

- для днищ с проточкой (см. рисунок 6.3)

. (24)

6.1.5 Допустимое давление для днищ с коническим и радиусным переходами вычисляют по формуле

. (25)

6.1.6 Расчет плоского днища с проточкой применим при соблюдении следующих условий:

; (26)


. (27)

6.1.7 Толщину плоского днища с проточкой (см. рисунок 6.3) вычисляют по формулам:

; (28)


. (29)

Для днищ с отношением 0,11 1;

для днищ с отношением 0,11 поправочный коэффициент вычисляют по формуле (22).

6.1.8 Допустимое давление для плоского днища с проточкой вычисляют по формуле

. (30)

6.1.9 Коэффициент ослабления днища неукрепленными отверстиями для плоских днищ всех типов вычисляют по формуле

, (31)

где - число отверстий, попадающих в рассматриваемое сечение;

в случае одиночного центрального отверстия - по формуле

. (32)

Максимальная сумма длин диаметров и хорд отверстий в наиболее ослабленном диаметральном сечении днища (см. рисунок 6.4) вычисляют по формуле

. (33)


Рисунок 6.4 - Наиболее ослабленные диаметральные сечения днища

6.1.10 В случае несквозного отверстия в формулы (31) и (32) подставляют значение расчетного диаметра , определяемого с учетом глубины отверстия

. (34)

6.1.11 В случае ступенчатого отверстия при определении коэффициента ослабления днища отверстиями в качестве расчетного диаметра принимают эквивалентный внутренний диаметр , определяемый из условия равенства площади фасонного сечения , вырезанной из стенки днища, площади сечения , т.е.

. (35)

6.2 Выпуклые днища, сопряженные с однослойными обечайками

6.2.1 На рисунках 6.5, 6.6 приведены конструктивные варианты выпуклых днищ.


Рисунок 6.5 - Сферическое днище


Рисунок 6.6 - Эллиптическое днище

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

а) 0,2; 0,15;

б) минимальное расстояние от внутренней (наружной) поверхности днища до резьбового гнезда для крепежного элемента должно быть не менее диаметра этого гнезда, ;

в) угол между нормалью к внутренней поверхности на краю днища и осью сосуда или аппарата 75°.

6.2.3 В случае или конструктивное оформление зоны сопряжения выполняют по рисунку 6.5 или 6.6 соответственно, при этом должно соблюдаться условие 3.

6.2.4 Толщину выпуклого днища вычисляют по формуле

, (36)


где

(37)

6.2.5 Если длина цилиндрической отбортованной части больше значения , то толщина днища должна быть не меньше толщины обечайки, вычисленной по формуле (6) при для материала днища.

6.2.6 Допустимое давление вычисляют по формуле

. (38)

6.2.7 Расчетный радиус кривизны вычисляют по формуле

, (39)

для эллиптических днищ с ;

для полусферических днищ с .

6.3 Выпуклые днища, сопряженные с многослойными обечайками

6.3.1 Выпуклые днища, сопряженные с многослойными обечайками, следует выполнять в соответствии с 6.2.

6.3.2 Сферические днища с углом сегмента 90°87° соединяются с многослойной обечайкой непосредственно согласно рисунку 6.7а или через однослойную вставку согласно рисунку 6.8.

6.3.3 Зону перехода рекомендуется выполнять по одному из вариантов рисунка 6.7а, при этом следует соблюдать условие 3.

6.3.4 Принятая толщина эллиптического днища высотой , равной , должна быть не менее .

6.3.5 Выпуклые днища в виде сферического сегмента с углом 87°75° соединяются с многослойной обечайкой посредством однослойной цилиндрической вставки согласно рисунку 6.8.

6.3.6 Расчетную толщину однослойной цилиндрической вставки для днищ в виде сферического сегмента с углом 87°75° определяют по 5.1 и принимают не менее .

6.3.7 Длина однослойной цилиндрической вставки в соответствии с рисунком 6.8 должна удовлетворять требованию

. (40)


Рисунок 6.7 - Выпуклые днища, сопряженные с многослойной обечайкой без вставки

6.3.8 Зону перехода от однослойной цилиндрической вставки к днищу выполняют согласно рисунку 6.8, при этом следует соблюдать условие 3.


Рисунок 6.8 - Сферические днища с углом сегмента 87°75°, сопряженные с многослойной обечайкой посредством вставки

6.3.9 При (см. рисунок 6.8б) увеличивается до величины дополнительными слоями на длине

. (41)

При 1,2 допускается не вводить дополнительные слои. При этом делается скос однослойной вставки (в соединении с многослойной обечайкой) согласно рисункам 6.8б, 6.8в так, чтобы соблюдалось условие 3.

6.3.10 Радиусы закругления на рисунках 6.8 принимают в соответствии с 6.1.2.

6.3.11 Зону сопряжения эллиптического днища с многослойной обечайкой выполняют в соответствии с рисунками 6.7б, 6.7в, 6.7г, 6.7д, при этом следует соблюдать условия

, . (42)

6.3.12 При ,

если 1,2, вводят дополнительные слои в соответствии с рисунком 6.7г;

если 1,2, скос осуществляют за счет днища в соответствии с рисунком 6.7б.

При соединение осуществляют со скосом многослойной обечайки согласно рисунку 6.7д.

7 Расчет фланцев

7.1 Условия применения расчетных формул

7.1.1 Расчет распространяется на кованые фланцы, соединенные посредством сварки с однослойной или многослойной цилиндрической обечайкой. Модель фланца приведена на рисунке 7.1. Схема фланца, сопряженного с многослойной обечайкой, приведена на рисунке 7.2.


Рисунок 7.1 - Кованый фланец


Рисунок 7.2 - Кованый фланец, сопряженный с многослойной обечайкой

7.1.2 Размеры фланца принимают, исходя из следующих соотношений.

7.1.2.1 Диаметр окружности центров шпилек вычисляют по формуле

. (43)

Для затворов с плоской металлической прокладкой должно также соблюдаться условие

. (44)

7.1.2.2 Наружный диаметр фланца определяют из условия

. (45)

7.1.2.3 Рекомендуемый угол наклона образующей конической части фланца

, (46)

допускается принимать

. (47)

Для радиуса перехода от конической части фланца к цилиндрическому корпусу должно выполняться условие

. (48)

7.1.2.4 Величины и определяют из условий:

- при 30°

, ; (49)

- при 30°45°

, , (50)

где определяют по нормативному документу на резьбовые соединения.

7.1.2.5 Исполнительная толщина стенки цилиндрической части фланца, стыкуемой с обечайкой корпуса, должна быть не менее , определяемой по 5.1.2, и толщины стыкуемой с фланцем обечайки.

Для фланцев, стыкуемых с многослойной обечайкой, при согласно рисунку 7.2 толщину обечайки в месте стыка следует увеличить до толщины путем дополнительной намотки слоев на длине , которую выбирают из формулы (41).

При 1,2 допускается дополнительные слои не вводить, в этом случае на фланце в месте стыка с многослойной обечайкой делается скос по аналогии с оформлением зоны сопряжения выпуклого днища с обечайкой в соответствии с 6.3 и рисунком 6.8в.

7.2 Поверочный расчет фланца

7.2.1 Условие прочности фланца на изгиб в диаметральном сечении:

. (51)

7.2.2 Изгибающий момент относительно диаметрального сечения фланца вычисляют по формуле

, (52)

где , , определяют по ГОСТ 26303.

Осевое усилие, действующее на поперечное сечение стенки, вычисляют по формуле

. (53)

Осевое усилие, действующее на участок торца фланца, заключенный между внутренней поверхностью сосуда и средней линией уплотнительной поверхности, вычисляют по формуле

. (54)

7.2.3 Допустимый изгибающий момент вычисляют по формуле

, (55)


где

; (56)

, (57)

где

(58)

7.2.4 Допустимый изгибающий момент для фланцев, стыкуемых с многослойной обечайкой, вычисляют по формуле

. (59)

7.2.5 Если не выполняется условие формулы (51), то необходимо увеличить высоту цилиндрической части фланца или его наружный диаметр, после чего осуществить повторный расчет.

8 Расчет крышек

8.1 Плоские крышки

8.1.1 Схема плоской крышки приведена на рисунке 8.1.


Рисунок 8.1 - Схема плоской крышки

8.1.2 Предварительную расчетную толщину крышки вычисляют по формуле

, (60)

где , , определяют по ГОСТ 26303;

- сумма хорд отверстий для наиболее ослабленного диаметрального сечения в крышке, мм, в случае несквозных отверстий .

Для крышек с отношением 0,11 поправочный коэффициент 1;

для крышек с отношением 0,11 поправочный коэффициент вычисляют по формуле

. (61)*

________________

* Формула соответствует оригиналу. - .

8.1.3 Уточненную толщину крышки вычисляют по формуле

, (62)

где


. (63)

8.1.4 Минимальную толщину крышки в месте расположения выточки под уплотнение (в случае применения затвора с двухконусным кольцом) вычисляют по формуле

, (64)

где выбирают большим из двух значений

и (65)

. (66)

Если значение подкоренного выражения в формуле (66) меньше нуля, величину вычисляют по формуле (65).

8.1.5 В случае использования восьмигранного уплотнительного кольца расчетную толщину крышки вычисляют по формуле

(67)

где , , , , определяют no [3] и [4], при этом согласно [3] , .

8.2 Выпуклые сферические крышки

8.2.1 Условия применения расчетных формул:

а) ;

б) ;

в) ;

г) половину угла сферического сегмента крышки принимают из интервала 55°80°.

д) температура крышки до 200°С без наружной теплоизоляции и свыше 200°С при наличии теплоизоляции всей ее наружной поверхности;

е) уплотнение - двухконусным кольцом или кольцом треугольного сечения.

Расчетная модель выпуклой сферической крышки приведена на рисунке 8.2.


Рисунок 8.2 - Схема конструкции выпуклой крышки

8.2.2 Толщину стенки сферической части выпуклой крышки вычисляют по формуле

, (68)

где

, (69)

- наименьшее из двух значений: допустимого напряжения материала сферической части крышки и допустимого напряжения материала фланца крышки при расчетной температуре.

8.2.3 Расчетную высоту фланца выпуклой крышки вычисляют по формуле

, (70)

где

; (71)

. (72)

8.2.4 Расчетный момент, действующий на фланцевое кольцо крышки, вычисляют по формуле


, (73)

где усилия и вычисляют по формулам (53) и (54);

, , определяются по ГОСТ 26303.

Приложение А
(справочное)


Расчетные характеристики прочности сталей при повышенных температурах

Таблица А.1

Марка стали

Максимальная толщина заготовки (листа), мм

Нормативная характеристика прочности при температуре 20°С

Предел текучести
, МПа, при температуре, °С

Временное сопротивление
, МПа, при температуре, °С

, МПа

, МПа

100

200

300

400

450

475

500

560

100

200

300

400

450

475

500

560

20

800

167

334

167

167

147

132

112

112

-

-

333

323

294

274

225

205

-

-

300

215

410

206

196

177

157

135

130

-

-

410

402

392

373

350

325

-

-

20К

500

195

390

177

167

157

147

147

142

-

-

410

402

392

373

350

325

-

-

20

250

410

245

240

195

150

-

-

-

-

420

410

380

360

340

-

-

-

40

240

410

235

230

190

145

-

-

-

-

20КА

500

195

390

177

167

157

147

147

142

-

-

-

373

363

353

305

255

-

-

22К

500

215

432

215

196

186

176

176

171

-

-

430

392

392

373

353

320

-

-

70

255

432

-

216

191

176

176

171

430

392

392

373

353

320

20ЮЧ

500

215

432

215

195

185

165

160

155

-

-

430

390

370

360

350

320

-

-

10Г2

500

215

432

-

210

200

185

165

155

-

-

-

410

390

360

320

300

-

-

15ГС

350

294

490

294

275

226

167

150

145

-

-

461

441

412

392

312

300

-

-

16ГС

400

274

451

274

255

226

167

150

145

-

-

451

441

412

392

312

300

-

-

20

315

480

300

275

220

175

-

-

-

-

480

460

420

400

-

-

-

-

32

295

470

280

265

205

165

-

-

-

-

470

450

415

390

-

-

-

-

60

285

460

270

250

200

160

-

-

-

-

450

430

410

380

-

-

-

-

09Г2С

500

294

451

280

255

206

186

175

170

-

-

441

432

383

373

355

345

-

-

20

325

470

305

275

225

180

-

-

-

-

480

460

425

390

-

-

-

-

32

305

460

285

260

215

170

-

-

-

-

465

435

400

380

-

-

-

-

60

285

450

265

240

200

160

-

-

-

-

440

420

400

380

-

-

-

-

80

275

440

260

235

195

155

-

-

-

-

430

410

390

370

-

-

-

-

160

265

430

250

225

185

150

-

-

-

-

420

400

380

360

-

-

-

-

10Г2С1

20

335

490

310

275

235

185

-

-

-

-

490

470

425

400

-

-

-

-

32

325

470

300

265

220

180

-

-

-

-

480

460

420

390

-

-

-

-

60

325

450

300

265

220

180

-

-

-

-

460

450

410

380

-

-

-

-

160

315

440

275

245

200

165

-

-

-

-

440

420

390

370

-

-

-

-

14ХГС

550

314

490

294

275

255

226

195

185

-

-

466

441

422

392

372

365

-

-

12ХМ

300

245

470

245

240

220

200

190

190

190

190

470

440

420

390

380

370

355

315

100

245

431

245

240

216

196

186

-

-

-

-

430

-

420

400

-

-

-

15ХМ

300

275

530

275

275

265

215

200

200

200

200

530

520

500

500

491

470

422

380

12МХ

300

235

412

235

230

225

205

200

-

-

-

402

392

383

353

314

-

-

-

40

220

420

220

215

210

190

180

-

-

-

-

-

-

-

380

-

-

-

12X1МФ

400

245

470

245

245

216

196

196

177

167

150

461

451

441

422

392

392

392

305

40

295

470

285

275

240

220

210

-

-

-

410

430

420

380

350

-

-

-

30ХМА

350

395

615

373

323

323

314

294

385

-

-

595

555

540

530

471

450

-

-

80

650

800

620

600

500

480

440

-

-

-

790

780

740

660

600

-

-

-

200

550

700

540

520

500

450

420

-

-

-

680

660

640

600

560

-

-

-

10Х2М

50

295

450

240

230

216

206

196

186

-

-

-

-

400

-

-

-

-

-

08Г2СФБ

5

450

600

420

385

350

-

-

-

-

-

585

570

550

-

-

-

-

-

12ХГНМ

4

500

700

490

475

450

390

350

-

-

-

685

670

650

630

-

-

-

-

12ХГНМФ

4

500

700

490

475

450

390

350

-

-

-

685

670

650

630

-

-

-

-

15ХГНМФТ

5

450

650

440

425

410

370

350

-

-

-

635

625

605

580

550

-

-

-

10Х2ГНМ

50

470

620

450

415

385

355

345

-

-

-

600

540

495

455

450

-

-

-

80

450

580

440

400

375

345

340

-

-

-

560

512

480

445

440

-

-

-

110

420

560

410

380

360

340

340

-

-

-

540

505

475

445

440

-

-

-

240

353

490

345

330

300

290

290

-

-

-

480

435

400

390

390

-

-

-

20Х2МА

550

392

539

378

348

304

260

240

220

216

-

520

500

452

402

383

370

358

-

15Х5М

400

216

392

206

186

177

167

162

152

142

125

373

324

314

304

284

265

245

225

22Х3М

550

441

589

417

392

343

294

270

256

241

-

569

540

490

441

412

402

392

-

800

392

539

373

343

294

245

221

210

196

-

525

490

441

392

368

351

334

-

15Х2МФА

400

432

539

422

412

402

395

395

380

363

-

520

491

471

461

432

422

412

-

25Х2МФА

450

25Х3МФА

600

18Х2МФА

400

530

638

520

500

490

490

481

471

461

-

608

589

559

540

530

520

515

-

25Х2МФА

450

25Х3МФА

600

15Х2НМФА

350

500

620

-

470

450

470

392

375

370

350

-

592

565

525

480

460

450

440

10Х2М1А

300

310

490

310

285

260

225

220

205

195

185

490

450

400

360

340

310

275

265

18Х3МВ

350

441

589

427

392

373

343

304

290

275

-

564

540

515

490

461

430

402

-

20Х3МВФ

350

667

784

648

618

589

569

530

515

500

440

746

716

677

638

608

575

559

490

38ХН3МФА

450

638

784

618

579

564

549

540

-

-

-

736

706

697

667

608

-

-

-

08X13

50

373

559

373

334

324

298

284

280

275

235

539

500

490

453

402

378

353

300

12X13

50

373

589

373

334

324

319

304

290

275

235

589

539

539

510

490

430

383

363

20X13

200

471

628

451

417

363

363

343

330

324

280

-

589

530

490

461

401

363

310

30X13

300

559

696

539

520

500

441

427

420

417

380

-

667

657

628

569

540

530

460

08Х22Н6Т

1000

343

539

-

318

260

-

-

-

-

-

-

-

520

464

-

-

-

-

08X21Н6М2Т

1000

343

539

-

318

260

-

-

-

-

-

-

-

520

464

-

-

-

-

03Х17Н14М3

1000

176

490

170

160

150

147

142

-

-

-

-

480

450

425

400

-

-

-

08X18Н9Т

08Х18Н10Т

08Х18Н12Т

12Х18Н10Т

10Х17Н13М2Т

10Х17Н13М3Т

08Х17Н15М3Т

1000

196

490

186

172

157

147

142

137

132

132

132

470

440

420

420

400

390

390

ХН32Т

1000

176

470

165

165

160

160

155

155

155

150

150

460

430

410

395

385

370

360

Приложение Б
(справочное)


Коэффициенты прочности сварных соединений

Таблица Б.1

Тип сварного соединения

Способ сварки в соответствии с нормативными документами на изготовление

Метод, обьем контроля и качество сварного соединения

Значение коэффициента прочности

Стыковое, угловое, тавровое с полным проваром свариваемых кромок (двухстороннее; с подваркой корня шва)

Ручная покрытыми электродами; автоматическая под слоем флюса; ручная, автоматическая, механизированная в среде аргона

В соответствии с нормативными документами на изготовление

1,0

Стыковое

Электрошлаковая

1,0

Стыковое, угловое, тавровое, доступное сварке только с одной стороны

Ручная покрытыми электродами; автоматическая под слоем флюса по ручной подварке; ручная, автоматическая, механизированная в среде аргона

0,9

Стыковое на остающейся
металлической подкладке

Ручная покрытыми электродами; автоматическая под слоем флюса;

0,9

Стыковое, выполняемое на флюсовой, керамической или медной подушке без подварки

ручная, автоматическая, механизированная в среде аргона

0,8

Угловое, тавровое с конструктивным зазором, нахлесточное

0,8

Конструктивная, технологическая перлитная наплавка на перлитные элементы сосудов

1,0

Конструктивная, технологическая аустенитная наплавка на перлитные элементы сосудов

0,9

Библиография

[1]

Нормативный документ межотраслевого применения по вопросам промышленной безопасности и охраны недр ПБ 03-584-03

Правила проектирования, изготовления и приемки сосудов и аппаратов стальных сварных

[2]

Нормативный документ межотраслевого применения по вопросам промышленной безопасности и охраны недр ПБ 03-576-03

Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением

[3]

Руководящий документ РД 26-01-168-88

Уплотнения неподвижные металлические для сосудов и аппаратов на давление свыше 10 до 100 МПа (свыше 100 до 1000 кгс/см). Методика расчета на прочность и плотность

[4]

Отраслевой стандарт ОСТ 26-01-86-88

Уплотнения неподвижные металлические для сосудов и аппаратов на давление свыше 10 до 100 МПа (свыше 100 до 1000 кгс/см). Типы. Конструкции и размеры. Технические требования. Правила приемки. Методы контроля

УДК 66.023-987.001.24:006.354

ОКС 71.120.01

ОКП 36 1000

Ключевые слова: сосуды, аппараты, высокое давление, прочность, допустимые напряжения, обечайки, днища, фланцы, крышки

Электронный текст документа

и сверен по:

, 2019