Расчетная часть-Расчет отстойника ОГ-200 установки подготовки нефти-Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа

Расчетная часть-Расчет отстойника ОГ-200 установки подготовки нефти-Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа

2 РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ ОТСТОЙНИКА

2.1 Выбор базовой модели и техническая характеристика отстойника

За базовую модель принимаем отстойник ОГ – 200 установки подготовки нефти. Техническая характеристика отстойника приведена в таблице 2.1
Таблица 2.1 - Техническая характеристика отстойника ОГ – 200
Параметры ОГ - 200
Рабочее давление, МПа 0,8
Рабочая среда Нефть, газ, пластовая вода
Пропускная способность м3/сут 8000
Обводненность нефти, %
На входе,
выходе 
30
0,2
Вязкость эмульсии не более, мм2/с 10
Объем аппарата, м3  200
Масса отстойника, кг  39950
Габаритные размеры, мм:  
- высота  4320
- ширина  3432
- длина  22500

2.2 Определение основных параметров отстойника

2.2.1 Расчет на прочность основных деталей

Основными конструктивными элементами отстойника, подлежащими
расчёту, являются цилиндрическая обечайка, эллиптические днища. Расчёт производится исходя из минимальных фактических толщин элементов, для рабочих условий и для гидроиспытания.

2.2.2 Расчет обечайки, работающей под избыточным внутренним давлением
Расчетным давлением сосудов служит пробное давление испытания Рпр- для литых сосудов при любом давлении

, (2.1)
где [σ]20 – допускаемое напряжение при 20 ̊С, МПа;
 [σ]t – допускаемое напряжение при рабочей температуре, МПа.
Для изготовления корпуса отстойника используем сталь 09Г2С по ГОСТ 5520–79 [ 7 ]. Допускаемое напряжение при 20 ̊С, [σ]20=196 МПа. Рабочее давле-ние Рв принимаем 0,8 МПа.
Допускаемое напряжение, [σ]t, МПа, при рабочей температуре определяется по формуле
, (2.2)
где σт – предел текучести стали, σт =280 МПа
,
МПа,
МПа,
МПа
Толщина стенки корпуса отстойника, S, м, схема к расчету представлена на рисунке 2.1
, (2.3)
где φ  – коэффициент, зависящий от способа сварки, φ=0,9
 с  – поправка на коррозию, с=0,004 м
м
Дополнительное температурное напряжение на внутренней стенке
отстойника
, (2.4)
где Е
α

μ
tн
tв
Rн
Rв –
–

–
–
–
–
– модуль упругости, Е=2∙1011;
температурный коэффициент линейного расширения, для
низколегированной стали, α=11,7∙10-6 К-1;
коэффициент Пуассона, μ=0,28;
температура снаружи, tн =40 ̊С;
температура внутри отстойника, tв=20 ̊С;
наружный радиус корпуса отстойника, Rн =1,732 м;
внутренний радиус корпуса отстойника, Rв =1,7 м
МПа.
Суммарное напряжение на внутренней стенке отстойника, σвн, МПа
, (2.5)
,
МПа
.
2.2.3 Расчет эллиптического днища, работающего под избыточным внутренним давлением

Схема представлена на рисунке 2.1

Расчетная толщина стенки днища, S ́, м
, (2.6)
где R – радиус кривой днища, м, R=Dв
м.

2.2.4 Расчет прокладки на прочность

Конструкция прокладки восьмиугольного сечения представлена на рисунке 2.2. Для определения прочности прокладки проверяют параметр β1, отражающий устойчивость формы прокладки при действии на нее осевых сил
, (2.7)
где S
В
Rср –
–
– высота прокладки, S=0,025 м;
ширина прокладки, В=0,02 м;
средний радиус прокладки, м
(2.8)
где Dнп  диаметр наружный прокладки, Dнп=0,775 м
м
.
0,088≤1 .

Рисунок 2.1 – Диаметр, толщина стенки и днища отстойника

2.2.5 Расчет усилий затяжки фланцевых соединений

Прокладки изготавливаем из стали марки 08Х18Н10 по ГОСТ 28758.9 –90.
За расчетное усилие Ррасч, кН, принимают большее из двух
(2.9)
, (2.10)
где Рэксп
Рзат
Dнп
Рр
Вэф –
–
–
–
– эксплуатационное усилие, МН;
усилие предварительной затяжки, МН;
средний диаметр уплотнения, м;
рабочее давление среды, МПа;
эффективная ширина прокладки
, (2.11)
где  В – ширина прокладки, В=0,02 м
м.
  qп

m –

– удельное давление смятия прокладки для создания герме-
тичности, qп=180 МПа;
прокладочный коэффициент, зависящий от упругих
свойств материала прокладки, m=6,5
Дополнительное усилие нагружения прокладок, Рt, кН
, (2.12)
где  Рt
∆t
hшп
hр

α

Ешп
Епр
fшп –
–
–
–

–

–
–
– усилие от воздействия температурной среды, кН;
разность температур фланца и шпилек в момент прогрева, 10 ̊С;
длина растягиваемой части шпильки, м;
высота прокладки между поверхностями ее опоры о соседние фланцы, м;
коэффициент теплового расширения материала фланца, α=11,7∙10-6 К-1;
модуль упругости материала шпильки, Ешп=2∙1011 Па;
модуль упругости материала прокладки, Епр=2∙1011 Па;
площадь горизонтального сечения шпильки и прокладки, м2
, (2.13)
, (2.14)
, (2.15)
где  Н
Rо –
– высота прокладки, Н=0,025 м;
радиус округления прокладки, Rо=0,0016 м
м,
м2,
кН,
МН,
МН.
За расчетное усилие Ррасч принимаем Рэксп=6,5 МН [7].

2.2.6 Расчет фланцев

Расчет сводится к проверке прочности фланца на изгиб.
Схема фланцевого соединения представлена на рисунке 2.2. При расчете фланца его можно представить в виде консольной балки с заделкой в сечении А – С и приложенной сосредоточенной силой Ррасч. Геометрические размеры фланца изображены на рисунке 2.3. Размеры фланца приведены в таблице 2.2.
Таблица 2.2 – Размеры фланца
Наименование Размер, мм
Условный проход, Dу 700
Диаметр проходного отверстия, Dв 700
Наружный диаметр фланца,Dф 1020
Диаметр делительной окружности центров отверстий под шпильки, Dш 935
Диаметр проточки на приварочном торце, D1
 883
Окончание таблицы 2.2
Средний диаметр канавки под прокладку, Dср.к 775
Диаметр отверстий под шпильки, d 46
Число отверстий под шпильки, z 28
Высота фланца, Н 240
Высота тарелки, h+f1=Нф 116
Ширина канавки, m 20
Глубина канавки, f 12
Радиус округления канавки, R 1,6








Рисунок 2.2 – Схема фланцевого соединения


Рисунок 2.3 – Геометрические размеры фланца


Рисунок 2.4 – Прокладка восьмиугольного сечения

Используем фланцы стальные приварные встык с условным давлением Ру до 11 МПа по ГОСТ 28759.4 – 90 [15] и прокладки к ним восьмиугольного сечения по ГОСТ 28758.9 – 90 [16].
В опасном сечении А – С изгибающий момент, МАС, кН∙м
, (2.16)
где l – плечо действия расчетной нагрузки, м
, (2.17)
где Dш

D3 –

– диаметр делительной окружности центров отверстий под шпильки, Dш=0,935 м;
большой диаметр шейки, D3=0,766 м;
  Dнп – диаметр наружный прокладки, Dнп=0,775 м
м,
кН∙м.
Момент сопротивления опасного сечения А – С изгибу, WАС, м3
, (2.18)
где Dрасч – расчетный диаметр наиболее нагруженной точки сечения А – С, м
, (2.19)
где Нф
f
Dср.к –
–
– высота тарелки фланца, Нф=0,116 м;
глубина канавки, f=0,01 м;
средний диаметр канавки фланца, Dср.к=0,775 м
м,
м3.
Напряжение изгиба, σ, МПа
, (2.20)
где σТ
nф – – предел текучести и запас прочности для материала фланца, МПа;
запас прочности для материала фланца;
Фланцы изготавливаем из стали марки 09Г2С по ГОСТ 28759.4 – 90 [15], предел текучести 280 МПа. Запас прочности принимаем равный 2,5.
,
.
Условие прочности выполняется [7].
Расчет фланцевого соединения выполним с применением ЭВМ, исходные данные для расчета приведены в таблице 2.3, а выводимые параметры в таблице 2.4. В приложении А приведена программа расчета фланцевого соединения на ЭВМ, а результаты расчета приведены в таблице 2.5.

Таблица 2.3 – Исходные данные к расчету на ЭВМ
Наименование Величины Размерность Условное
обозначение Обозначение
в программе Значение величины
Коэффициент запаса прочности материала фланца  – nфл NFL 2,5
Внутренний диаметр фланца м Dу DB 0,07
Рабочее давление среды МПа Р  PP 0,5...5
Наружный диаметр фланца  м Dн DFL 1,02
Высота прокладки м Н H1 0,025
Наружный диаметр прокладки м Dнп DNP 0,795
Диаметр под шпильки м d D2 0,046
Толщина прокладки м впр B1 0,02
Толщина прокладки без учёта проекции фаски на горизонтальной плоскости м в1 BT 0,009
Диаметр делительной окружности центров отверстий фланца м Дш DD 0,935
Угол наклона внешней поверхности канавки фланца к его торцу град пр ALFA 23
Радиус закругления углов прокладки м R0 RО 0,0016
Коэффициент запаса прочности материала шпилек – n NP 4
Количество шпилек в соединении  шт. z ZT 28
Предел текучести материала фланца МПа Gm SIGT(I) 280
Предел текучести материала шпилек МПа Gm шп SIGP 280



Таблица 2.4 – Выводимые параметры
Наименование
величины Размерность Условное обозначение Обозначение в программе
Толщина тарелки фланца м в HFL
Расчётный наружный диаметр фланца м Днр DHP
Толщина стенки цилиндрической части арматуры м S S1
Предел текучести материала фланца МПа m SIGT
Внутренний диаметр резьбы шпилек м d1 D3


2.2.7 Расчет затяжки шпилек фланцевого соединения

Шпильки изготавливаем из стали марки 09Г2С по ГОСТ 9066 – 75 [17].
Прочностной расчет шпилек ведется на основании ранее определенного расчетного усилия Ррасч. При числе шпилек z=28 усилие, действующее на одну шпильку, Рш, кН, вычисляется по формуле
, (2.21)
кН.
Напряжение в шпильке, σрасч, МПа
, (2.22)
где d1
σТ
nф –
–
– внутренний диаметр резьбы под шпильку, d1=0,046 м;
предел текучести материала шпильки, σТ=280 МПа;
коэффициент запаса прочности, nф=4
,
.
Условие прочности выполняется.
Необходимый момент крепления шпилек, Мш, кН∙м
, (2.23)
где β
ρ –
– угол подъема резьбы;
угол трения в резьбе
, (2.24)
 S – шаг резьбы, S=0,003 м
, (2.25)
 f1
f
Dо –
–
– коэффициент трения в резьбе, f1=0,15;
коэффициент трения гайки о фланец, f1=0,2;
наружный диаметр опорного бурта гайки, м
, (2.26)
̊,
̊,
м,
кН∙м.
Момент крепления шпилек составляет 6,85 кН∙м [7].

2.3 Разработка конструкции усовершенствования отстойника

2.3.1 Патентные исследования