3. Конструктивно-механический расчет

В механическом расчете аппарата обоснованно выбирают материалы для изготовления его элементов и проводят все необходимые прочностные расчеты, подтверждающие возможность его безопасной и длительной эксплуатации при заданных параметрах работы (температура, давление) и с учетом свойств теплообменивающихся потоков. Основными элементами расчета кожухотрубчатых теплообменников являются следующие:

1. Выбор материалов для изготовления элементов аппарата и определение его основных характеристик – предела прочности (σ_в) и предела текучести (σ_т), согласно общим принципам выбора материалов с учетом максимальных температур и давлений, а также с учетом свойств сред (агрессивность, коррозионность). При установке аппарата на открытой площадке необходимо также учитывать температуры окружающего воздуха в месте установки объекта.

2. Расчет толщины стенки цилиндрической части аппарата.

3. Расчет толщины стенки эллиптического днища.

4. Расчет веса аппарата.

5. Расчет опор.

В зависимости от исполнения аппарата применяют опоры различных типов: для горизонтальных теплообменников используют, как правило, седловые опоры; вертикальные устанавливают на подвесных лапах или стойках. Одноходовые испарители устанавливают, как правило, вертикально [7].

3.1. Выбор материала.

Корпус кожухотрубчатых испарителей изготавливают из сталей ВСт3сп, 16ГС, или биметаллическим с защитным слоем из сталей 08Х13, 12Х18Н10Т и др. Для труб и трубных решеток используют стали 10, 20 и легированные; применяют также трубы из алюминиевых сплавов и латуни. По трубам будет проходить ацетон - опасная для человека жидкость, поэтому материал следует выбирать так, чтобы он был устойчив к данной среде

Основываясь на данных, приведенных в таблице III.7 [7, с. 186], рассмотрим сталь 12Х18Н10Т – 0,12% углерода, 18% хрома, 10% никеля и небольшое содержание титана (не превышающее 1,5%). По таблице III.5 [7, с. 185] определяем основные характеристики этой стали:

Таблица 3: Характеристика рекомендуемой стали

Марка стали	ГОСТ	Температура, °C	Давление, МПа	Примечание
12Х18Н10Т	5632	-253 - +610	Не ограничено	Коррозионностойкая сталь; используется при повышенных давлениях и температурах

• Предел прочности: σ_в = 509 МПа;

• Предел текучести: σ_т = 206 МПа.

3.2. Расчет обечайки корпуса

Цилиндрическая часть теплообменника представляет собой тонкостенный цилиндр, исполнительную толщину стенки которого определяют по формуле [7, с. 60]:

где S_р, S – расчетная и исполнительная толщина стенки цилиндрической обечайки, м; Р_р – расчетное избыточное давление, Па; D_в – внутренний диаметр обечайки аппарата, м (принят по результатам теплового расчета), D_в = 0,6 м; [σ] - допускаемое напряжение на растяжение для материала аппарата, Па; φ - коэффициент прочности продольного сварного шва (таблица III.8 [7, с. 187]); С - прибавка на коррозию, величину которой принимают в зависимости от коррозионных свойств в пределах 1-6 мм.

Величина суммарной прибавки С в общем виде определяется по формуле [1, с. 41]:

мм

где - прибавка на коррозию или другой вид химического воздействия рабочей среды на материал, мм [1, с. 41]; - прибавка на эрозию или другой вид механического воздействия рабочей среды на материал, мм [1, с. 41]; - дополнительная прибавка по технологическим, монтажным и другим соображениям, мм [1, с. 41]; - прибавка на округление размера, мм.

Расчетное избыточное давление принимают на 10 % (но не менее, чем на 0,2 МПа) больше технологического Р = 0,2 МПа, используя расчетное избыточное давление [7, с. 60]:

В качестве расчетного давления используют большее из значений, полученных при расчете по формулам:

Допускаемое напряжение для данного типа стали определяется по формуле [7, с. 60]:

где η – поправочный коэффициент, принимают с учетом типа среды - равный 0,9 для взрыво-пожароопасных и токсичных сред.

[σ∙] – нормативное допускаемое напряжение для материала корпуса при расчетной температуре, (МПа) [7, c. 186].

За нормативное допускаемое напряжение для материала корпуса принимаем меньшее из значений, полученных по формулам:

МПа

Толщина стенки обечайки составит:

Проверяем условие применимости толщины для обечаек по формуле

[1, с. 44]:

Окончательно принимаем исполнительную толщину стенки обечайки S = 4 мм.