proracun

Mašinski Fakultet Univerziteta u BeograduKatedra za procesnu tehnikuOprema procesnih instalacija

TEHNIČKA DOKUMENTACIJA

PROJEKTOVANJE CEVOVODA

Profesor: Aleksandar PetrovićAsistent: Aleksandar PetrovićDatum izdavanja: 20.03.2001.Datum predaje: Izradio:Ocena: Jovanović Dušan 122/99

Beograd, 2002/2003.

Sadržaj

Sadržaj 2

Tehnički opis cevovoda 3

1. Proračun cevovoda I 4o 1.1.Dimenzije cevovoda 4o 1.2.Pritisak i temperatura radnog fluida 4o 1.3.Izbor izolacije 4o 1.4. Proračun termičkih dilatacija i elemenata za kompenzaciju 6

2. Proračun cevovoda II 10o 2.1.Dimenzije cevovoda 10o 2.2.Pritisak i temperatura radnog fluida 10o 2.3.Izbor izolacije 10o 2.4. Proračun termičkih dilatacija i elemenata za kompenzaciju 11

Literatura 14

2

Tehnički opis cevovoda

Cevovod se izrađuje od cevi dimenzija DN 100 za transport suvozasićene vodene pare pritiska 8 bar, DN 50 za transport tople vode temperature 50C. Sastoji se iz tri deonice:

- prva horizontalna, dužine 35 m,- druga vertikalna, visine 12 m i- treća horizontalna, dužine 3,5 m.

Čvrsti oslonci se nalaze na krajevima cevovoda i 8 m od krivine horizontalne deonice sa P kompenzatorom sa vertikalnom deonicom. Na deonicama se pokretni oslonci nalaze na rastojanju od 6 m.

Na horizontalnom delu cevovoda se nalazi P - kompenzator. Izvršeno prednaprezanje iznosi .

Kao izolacioni materijal je predviđena mineralna vuna. Izolacija je spolja zaštićena aluminijumovim limom debljine 1 mm.

Predviđeni materijali:

- cevovod DN 100: Č 1212- cevovod DN 50: Č 1212- svi elementi pokretnih oslonaca: Č 0461- svi elementi nepokretnih oslonaca: Č 0461- zastitni lim izolacije: aluminijum- izolacija: mineralna vuna.

Dimenzije kolena su date na crtežu, kolena su posebno pravljena, ne savijana, privarena za cevovod.

Na cevovodu koji transportuje vodenu paru predviđen je odvajač kondenzata postavljen na horizontalnom delu cevovoda.

Na cevovodu predviđenom da transportuje toplu vodu postavljen je odzračni ventil na horizontalnom delu cevovoda.

Ispitivanje cevovoda se vrši vodom pod pritiskom.

Kontrola zavarenih spojeva je predviđena da se vrši radiografskom metodom, prema standardu JUS C.T3.035 i prema standardu JUS M.E2.159.

Zavareni spojevi su izrađeni MAG postupkom.

Zaštita cevovoda od korozije izvodi se farbanjem.

3

1. Proračun cevovoda I

1.1.Dimenzije cevovoda

— nazivni prečnik cevovoda I – dat u postavci zadatka NV100 – DN100 PN40

Usvajamo cevi od Č.1212 bez šava (JUS C.B5.122), (Tab.P.4.11. [1]-168. strana):

— unutrašnji prečnik cevi d1 = 110,7 mm

— spoljašnji i prečnik cevi d2 = 114,3 mm

— debljina cevi = 3,6 mm

— masa po dužnom metru mc = 9,90 kg/m

1.2.Pritisak i temperatura radnog fluida — pritisak suvozasićene pare u cevovodu – dat u postavci zadatka p = 8 bar

— temperatura u cevima za dat pritisak, (Tab.4.2.4. [2]-37. strana) t = 170,42°C

1.3.Izbor izolacije

1.3.1. Temperatura izolacije

— maksimalna dozvoljena temperatura na spoljašnjoj strani izolacije t = 50°C

1.3.2. Specifični toplotni fluks

specifični toplotni fluks po 1m dužine cevi

ili

1.3.2.1. Podaci za izabranu cev

— gustina materijala cevi sa 0,1% C, (Tab.6.4. [2]-112. strana) = 7850 kg/m3

— termička provodnost materijala cevi, (Tab.6.4. [2]-112. strana) 1 = 52,3 W/mK

— koeficijent linearnog širenja – dat u postavci zadatka = 1,2·10-5 °C-1

— modul elastičnosti – dat u postavci zadatka E = 2,05·105 MPa

4

1.3.2.2. Podaci za izabranu izolaciju

Za izolacioni materijal usvajamo mineralnu vunu

— gustina materijala za minaralnu vunu = 200 kg/m3

— termička provodnost minaralne vune 2 = 0,0465 W/mK

1.3.2.3. Kritični spoljašnji prečnik izolacije cevi

d3 kr =

— koeficijent prolaza toplote sa izolacije na okolnu sredinuII = ( 4 ... 6 ) W/m2K = 6 W/m2K

d3 kr = 2 = 0,0155 = 15,5 mm

Uslov d3 kr< d2 = 114,3 mm je ispunjen.

1.3.2.4. Određivanje koeficijenta prolaza toplote sa radnog fluida na unutrašnjost cevi I

I =

Nuseltov broj

Rejnoldsov brojRe =

— maksimalna dozvoljena brzina strujanja fluida u cevovodu – preporučena vrednost f = 30 m/s

— kinematska viskoznost vodene pare za pritisak p = 8 bar i temperaturu t = 170,42°C, (Tab.4.2.7. [2]-57. strana) = 3,54·10-6

Re = = 0,9381.106

Imamo oblik turbulentnog strujanja u pravoj tehnički glatkoj cevi ili kanalu, pošto je 1·104 < Re < 5·106

— Prantlov broj vodene pare za pritisak p = 8 bar i temperaturu t = 170,42°C, (Tab.4.2.7. [2]-57. strana) Pr = 1,21

— koeficijenti za određivanje Nuseltovog broja, (Tab.8.4. [2]-136. strana)

n = 0,43m = 0,8

p = 0

C = 0,021 l

l = 1

= 0,021 . (0,9381.106)0,8 . 1,210,43 . 1 . 1 = 1367

4

— termička provodnost vodene pare za pritisak p = 8 bar i temperaturu t = 195,04°C, (Tab.4.2.7. [2]-57. strana) = 3,1339·10-2 W/mK

I = = 386,996 W/m2K

1.3.3. Određivanje prečnika izolacije pomoću specifičnog toplotnog fluksa

= 659,734 d3

Za vrednost prečnika d3 = 0,1594 m = 159,4 mm dolazi do poklapanja vrednosti specifičnog toplotnog fluksa

1.3.4. Debljina izolacionog materijala

= = = 22,55 mm

usvajamo d3 tako da debljina izolacije bude tačno = 30 mm

1.3.5. Usvojena vrednost spoljašnjeg prečnika izolacije

d3 = d2 + 2 = 114,3 + 2 · 30 = 174,3 mm (zaokruženo 175 mm)

1.4. Proračun termičkih dilatacija i elemenata za kompenzaciju

1.4.1. Dužine deonica

Usvajamo da se jedan čvrsti oslonac nalazi na 8 m udaljen od ugla 90 na pravcu AB, a drugi se nalazi na 8 m udaljen od istog ugla na pravcu BC.

AB: lAB = l = 35 m

BC: lm= 3,5 m l = 12 m

1.4.2. Određivanje težine dužnog metra cevi

q = qc + qv + qiz = 97,12 + 94,248 + 17,06 = 208,428 N/m

1.4.2.1. Težina cevi

qc = = = 97,12 N/m

6

1.4.2.2. Težina radnog fluida

qv = = = = 94,248 N/m

1.4.2.3. Težina izolacije

qiz = = = = 17,06 N/m

q = 97,12 + 94,248 + 17,06 = 208,428 N/m

1.4.3. Provera čvrstoće deonice AB

1.4.3.1. Ukupno izduženje deonice AB

lAB = lAB t = 1,2 10-5 35 (170,42 – 20) = 0,06318 m = 63,18 mm

1.4.3.2. Izvršeno je prednaprezanje cevovoda

lPAB = = 32 mm

1.4.3.3. Dužina koju treba da primi kondenzator

lsAB = lAB - lPAB = 64 – 32 = 32 mm

1.4.3.4. Izbor dimenzija P kompenzatora

— visina kompenzatora za d1 = 110,7 mm i lsAB = 32 mm, (Tab.P.6.1. [2]-206. strana) H = 1,2 m

— sila elastične deformacije za d1 = 110,7 mm i lsAB = 32 mm, (Tab.P.6.1. [2]-206. strana) PK = 0,25 t = 2,5 kN

R = 2 Dsr = = 0,225 m

l2 = H – 2R = 1,2 – 2 0,225 = 0,750 m

l1 = 0,5 l2 = 0,5 0,750 = 0,375 m

B = l1 + 2 R = 0,375 + 2 0,225 = 0,825 m širina kompenzatora (825 mm)

7

1.4.3.5. Sila od težine cevi

T = q

— koeficijent trenja pokretnog oslonca = 0,3

T= 0,3 . 208,428 = 1094,454 N = 1,1 kN

1.4.3.6. Sila u nepokretnom osloncu

N = PK + T = 2,5 + 1,1 = 3,6 kN

1.4.3.7. Napon od statičkog pritiska tečnosti

a = = = 6,35 MPa

1.4.3.8. Rezultujući napon

R = = = 11,85 MPa

Dobijena vrednost rezultujućeg napona R = 11,85 MPa je manja od maksimalnog dozvoljenog napona dop= 110 MPa , tako da dolazi do samokompenzacije.

1.4.4. Deonica BC

1.4.4.1. Napon od temperaturnih dilatacija

sb =

— koeficijenti za napon od temperaturnih dilatacija, za lm = 3,5 m ; l = 12 m i = 0 - dati u postavci zadatka,(Tab. P.6.5,P.6.6. [1]-210,211. strana)

A = 18

B = 23

C = 6,2

n = = = 3,43

sb = = 74,92 Mpa


a = = = 6,35 MPa


7

R = a + sb = 6,35 + 74,92 = 81,27 MPa

Dobijena vrednost rezultujućeg napona R = 81,27 MPa je manja od maksimalnog dozvoljenog napona dop = 110 MPa , tako da dolazi do samokompenzacije.

1.4.4.4. Moment inercije za prstenasti poprečni presek

I = = = 39,76 .10 -6 m4

1.4.4.5. Otpori oslonaca

Px = A . . E . I = 18 . 1,2 . 2,05 . 39,76 = 21,6 kN

Pz = B . . E . I = 23 . 1,2 . 2,05 . 39,76 = 27,62 kN

2. Proračun cevovoda II

2.1.Dimenzije cevovoda

9

— nazivni prečnik cevovoda II – dat u postavci zadatka NV50 - DN50 PN40

Usvajamo cevi od Č.1212 bez šava (JUS C.B5.122), (Tab.P.4.11. [1]-168. strana):

— unutrašnji prečnik cevi d1 = 57,4 mm

— spoljašnjii prečnik cevi d2 = 60,3 mm

— debljina cevi = 2,9 mm

— masa po dužnom metru mc = 4,14 kg/m

2.2.Pritisak i temperatura radnog fluida — temperatura tople vode u cevovodu – data u postavci zadatka t = 50 OC

— pritisak p = 6 bar

— specifična zapremina, (Tab.4.2.6. [2]-45. strana) v = 0,001012 m3/kg

— gustina fluida = 978 kg/ m3

— maksimalna dozvoljena brzina strujanja fluida u cevovodu – preporučena vrednost f = 2 m/s

2.3.Izbor izolacije

2.3.1. Temperatura izolacije

— maksimalna dozvoljena temperatura na spoljašnjoj strani izolacije t = 50 OC

Temperatura unutar cevi iznosi t = 50 C, pa proračun debljine izolacije nije potreban, već usvajamo d3 tako da debljina izolacije bude tačno = 30 mm. Izolacija je potebna da bi se smanjili toplotni gubici u cevovodu.

2.3.1.1. Podaci za izabranu izolaciju

Za izolacioni materijal usvajamo mineralnu vunu

— gustina materijala za minaralnu vunu = 200 kg/m3

— termička provodnost minaralne vune 2 = 0,0465 W/mK

2.3.2. Usvojena vrednost spoljašnjeg prečnika izolacije

d3 = d2 + 2 = 60,3 + 2 . 30 = 120,3 mm (zaokruženo 125 mm)

2.4. Proračun termičkih dilatacija i elemenata za kompenzaciju

2.4.1. Dužine deonica

10

Kako pravimo da cevovod ll ide paralelno sa cevovodom l, položaj i broj oslonaca će biti isti kao u slučaju cevovoda l, tj. usvajamo da se jedan čvrsti oslonac nalazi na 8 m udaljen od ugla 90 na pravcu AB, a drugi se nalazi na 8 m udaljen od istog ugla na pravcu BC.

AB: lAB = l = 35 m

BC: lm= 3,5 m l = 12 m

2.4.2. Određivanje težine dužnog metra cevi

q = qc + qv + qiz = 40,61 + 24,827 + 0,526 = 65,963 N/m

2.4.2.1. Težina cevi

qc = = = 40,61 N/m

2.4.2.2. Težina radnog fluida

qv = = = = 24,827 N/m

2.4.2.3. Težina izolacije

qiz = = = = 0,526 N/m

q = 40,61 + 24,827 + 0,526 = 65,963 N/m

2.4.3. Provera čvrstoće deonice AB

2.4.3.1. Ukupno izduženje deonice AB

lAB = lAB t = 1,2 10-5 35 (50 – 20) = 0,0126 m = 12,6 mm

2.4.3.2. Izvršeno je prednaprezanje cevovoda

lPAB = = 6,5 mm

2.4.3.3. Dužina koju treba da primi kondenzator

lsAB = lAB - lPAB = 13 – 6,5 = 6,5 mm

2.4.3.4. Izbor dimenzija P kompenzatora

11

— visina kompenzatora za d1 = 57,4 mm i lsAB = 6,5 mm, (Tab.P.6.1. [2]-206. strana) H = 1 m

— sila elastične deformacije za d1 = 57,4 mm i lsAB = 6,5 mm, (Tab.P.6.1. [2]-206. strana) PK = 0,1 t = 1 kN

R = 2 Dsr = ≈ 0,118 m

l2 = H – 2R = 1 – 2 0,118 = 0,764 m

l1 = 0,5 l2 = 0,5 0,764 = 0,382 m

B = l1 + 2 R = 0,382 + 2 0,118 = 0,618 m širina kompenzatora (620 mm)

2.4.3.5. Sila od težine cevi

T = q

— koeficijent trenja pokretnog oslonca = 0,3

T= 0,3 . 65,963 = 346,306 N = 0,35 kN

2.4.3.6. Sila u nepokretnom osloncu

N = PK + T = 1 + 0,35 = 1,35 kN


a = = = 3,12 MPa


R = = = 8,16 MPa

Dobijena vrednost rezultujućeg napona R = 8,16 MPa je manja od maksimalnog dozvoljenog napona dop= 110 MPa , tako da dolazi do samokompenzacije.

2.4.4. Deonica BC

2.4.4.1. Napon od temperaturnih dilatacija

12

sb =

— koeficijenti za napon od temperaturnih dilatacija, za lm = 3,5 m ; l = 12 m i = 0 - dati u postavci zadatka,(Tab. P.6.5,P.6.6. [1]-210,211. strana)

A = 18

B = 23

C = 6,2

n = = = 3,43

sb = = 78,83 MPa


a = = = 3,12 MPa


R = a + sb = 3,12 + 78,83 = 81,95 MPa

Dobijena vrednost rezultujućeg napona R = 81,95 MPa je manja od maksimalnog dozvoljenog napona dop = 110 MPa , tako da dolazi do samokompenzacije.

2.4.4.4. Moment inercije za prstenasti poprečni presek

I = = = 16,75 .10 -6 m4

2.4.4.5. Otpori oslonaca

Px = A . . E . I = 18 . 1,2 . 2,05 . 16,75 = 1,82 kN

Pz = B . . E . I = 23 . 1,2 . 2,05 . 16,75 = 2,32 kN

Literatura

1 Bogner M., Petrović A.: "Konstrukcije i proračuni procesnih aparata", Mašinski fakultet, Beograd, 1991.

13

2 Kozić Đ., Vasiljević B., Bekavac V.: "Priručnik za termodinamiku u jedinicama SI", Mašinski fakultet , Beograd , 1999.

14

proracun

Documents

Transcript of proracun