8-7 RAPPORT Nr :
SCHEIDING VAN ETHEEN EN PROPEEN UIT EEN GASMENGSEL DOOR MIDDEL VAN DESTILLATIE. G-opdracht,W-gedee1te.
1977.
TECHNISCHE HOGESCHOOL DELFT AFDELING DER WERKTUIGBOUWKUNDE LABORATORIUM VOOR CHEMISCHE WERKTUIGEN
SCHEIDING VAN ETHEEN EN PROPEEN UIT EEN GASMENGSEL DOOR MIDDEL VAN DESTILLATIE. G-opdracht 1977 W-gedeelt~:
18-4-1977 t/m 31-5-1977
Studenten:
Begeleiders: .
J.p. Boogaerdt
Ir, W.J.B. van den Bergh
H.M. van Gennip
Ir. B.G.M. de Leer
H.K. Scheepstra
Ir. C. Nieulant
Veel dank zijn wij verschuldigd aan de Heer J. Boot en ook aan de typistes: Hilde en Ria.
(Tebodin)
Samenvatting: Uitgaande van de resultaten van het technologisch gedeelte is in dit werktuigbouwkundig gedeelte 1. een flowsheet opgesteld en daarin de hoofdkomponenten voor
de regeling aangegeven. Tevens zijn de gevolgen van enkele mogelijk optredende storingen bestudeerd. 2, de propaan/propeen kolom op sterkte berekend volgens de daar-'
voor geldende regels van de dienst voor het Stoomwezen en vervolgens constructief uitgewerkt, 3, de condensor van de propaan/propeen kolom warmtetechnisch
berekend en vervolgens op sterkte berekend volgens de daarvoor geldende regels van de dienst van het Stoomwezen, 4, een samenstellingstekening met details van belangrijke onder-
delen gemaakt van de propaan/propeen kolom en de condensor,
- 2 -
Inhoudsopgave.
Samenvatting
pag.
Inhoudsopgave
" " "
Flowsheet Kolomregeling- inleiding
elp-kolom
11
- pip-kolom - storingsanalyse - regelappar a tuur D~
destillatie kolommen- inleiding - wanddiktebeoordeling van een vertikaal opg estelde kolom onder druk - gebruiksomstandigheden - windbelasting - berekening van het gewicht v a n de kolom - bere kening van de wanddikte van het vat berekening van de spanningen in de wand - sterktekontrole v a n de cilinder - stabiliteitskontrole van de cilinder
Schotels en valpijpen- ontwerp - construktie (figuren) Voetring en ankerbouten-methode van berekening Skirt
"
12 12 " 13 " 15 11 16 " 18 " 20 " 22 11 24 " 26
"
11
11
Scheefstand van d e kolom
11
- rekensch ema - symbolenlijst bij ~et rekenschema warmtetechnische berekening - stofgeg e v ens kontrole op drukverlies
11
"
Mangaten
Warmteoverdraçhtsapparatuur- inleiding
3 5 6 6 8
" 9 " 10 "
"
Trillingstijd van de kolom
2
" "
" "
" ti
11
~O
45 47 51 53 54 55 56 57 57 64
- 3 -
- resultaten computerberekening Tebodin - sterkte berekening van de onderdelen van
pag.66 11 11
67
11
69
- mantel
11
69
- pijpplaat
11
70
- fronten
11
72
- flenzen
11
72
- construktieve aspekten
11
74
- pijpplaat lay-out
11
76
11
77
de condensor . - bijlage 1- berekening van de onderdelen
Literatuurlijst Bijlage 2: tekening 701 , kolom-regeling
4-
fL OW-SHEEt ·
~ ~ J.,O'f t/~
T:
t,
'/"i.' -Co
Ta 3S·C
k'l.,J
'tI'S
q&
R .1.3, $'
~H2.: O,S~ °/~
Hllt,.
J(~H'1 • 0l" O/g
r. - yo·C
x'e;' • ~ t '310
;: ',1-"
(~:: o.'1Jo/r:. Ko
es
#
:
ai>, I,t %
)Cel::
2.,Ot
_1(".,. :
O,l t
% °/~
CS"
f
'* o
,."
LJJ
+
:U.r Jc.~
lew
~
.
n.: 15'0
1IlD,?l.
a..:
~:: Vy,?
Jc'/J
~11t.' S,O&.
°10.
. ~It"l
a
1.e".- •
a..: ~~ I,(h. 'tf~ :
e: ~/.",/ f(l.f
T:. CfI:,,1
9°",0/0
•
0,40 %
/10
~~
Ic.,,,,,,J Ol
: 0, I. 10
~:: 0,'9~.. 9~/'t Of.
XcJ • 0,08 'I.
·c
~ .0,lso/o
Jbo~
l(cj : 91,03%,
"l k~ (f ....S1tl\
.
.(c, : l.,U 3
%
~). 0,3"%
;'S~/•.
.--.- f ~ .l,S- i'/~ ~. J.I1.1
I '
kw
1
'Î:o,cJ
e: Cf fo
r: (J1
tIl.. i
\,:: tJ,/I%
10
.tIl;
8
-f/lv.. / 4"/"MJ i
i
S'JlOC
~./ ~ Cf/, 'Ir ·/0 '
XcJ
.tS".e.
1= lIJD ~'/'-
vree
T.
((.J# :
I~OO '/0
•
'f'
e" K
1:/1-
-!-1." ·c
Ta
~Ct 1..c1.# k.n •..,. ~
I'fl 1<111
: SO,rJ
%
~et: 8,01..%
Kolomregeling !~!~~~~~~~ .
De kolomregeling zal beschouwd worden aan de hand van het P&I-diagram uitgevoerd op tekening no.701 (zie bijlage achterin). In dit schema is gebruik gemaakt van enkele afkortingen waarvan hier de betekenis wordt weergegeven: F= flow P= pressure T= temperature L= level C= control 1= indicator A= alarm
s= signal Voor de apparaten die voor het proces noodzakelijk zijn is voorzover de duidelijkheid dit toeliet de gebruikelijke chemische notatie gebruikt. Een belangrijke eis,dte in het T-gedeelte aan het proces gesteld werd is,dat de propeen voor
99,9% zuiver teruggewonnen
diend~
te worden uit
de aangeboden stromen. Dit houdt in, dat het bodemprodukt van de elp-kolom aan bepaalde zuiverheidseisen dient te voldoen, omdat het topprodukt van de p/p7kolom anders niet voldoende zuiver is. De wijze waarop dit gerealiseerd kan worden, zal zowel voor de e/p- als voor de pip-kolom bekeken worden.
Als eis is gesteld een zuiver bodemprodukt. Hiertoe wordt een temperat~uropnemer
op de tweede schotel onder de voeding geplaatst. M.b.v.
een TC wordt de stoomtoevoer naar de reboiler geregeld door in te grijpen op de regelklep van de condensaatleiding. Gekozen is voor de t weede schotel ond er de voeding , omdat daar nog een redelijke temperatuurgr adiënt in de .' kolom aanwezig is (zie grafiek E uit het T-gedeelte). Een andere oplos sing zou kunnen zijn om op 3 schotels onder in de kolo m nauwkeurige temperatuuropne mers te plaatsen. De s a menstelling van het bodemprodukt wordt nu bein v loed door extra stoom aan de reboil er toe te voeren,als de t emperatuur op de tweede schotelonden de voeding te laag wordt. Het teveel aan lichte co mponenten in het bodemprodukt zal dan verdampen.
Op
de stoomtoevoer naar
6 -
de reboiler is een PICA geplaatst die ingrijpt op een smoorventiel. Deze PICA moet de reboiler vrijwaren van schommelingen of
storin~en
in het
stoomnet. Bij de reboiler's van elp en pip-kolom zijn de opneemelementen die de regelaar's bedienen inde condensaatleidingen geplaat s t. Doordat de regelaar's de afvoerleidingen geheel of gedeeltelijk af kunnen sluiten is het mogelijk de reboiler gevuld te houden. In de reboilerpijpen kan dan een condensaatlaag ontstaan, waardoor de warmteoverdracht binnen bepaalde grenzen te beheersen. Bovendien kan voor de opneemelementen een kleinere uitvoering worden gekozen, die dan bovendien een langere levensduur zal hebben. Dit laatste komt omdat deze elementen niet aan het stoom worden blootgesteld. Voor en na de regelklep zijn afsluiters geplaatst om de regelklep op eenvoudige wijze te kunnen demonteren. De funktie van de regelklep kan dan worden overgenomen door een hand bediende regelklep. In de top v a n de elp-kolom wordt de druk die in de kolom moet heersen geregeld door een PC , die ingrijpt op een regelklep in de afvoer van het topprodukt uit de condensor. In die afvoer zit gasvormig topprodukt plus een groot gedeelte inert gas. Een dergelijke regeling reageert sneller dan een PC, die ingrijpt op een regelklep in de toevoer van de koelvloeistof naar de kondensor. In de kondensor wordt een dampmengsel gekondenseerd. Dergelijke mengsels hebben een kondensatietrajekt. Bij een stijging van de druk in de kolom wordt via de PC meer gasvormig topprodukt af g eblazen. Om te voorkomen dat dit resulteert in te weinig kondensaat voor de reflux is na de kondensor in de kondensaatafvoerleiding een TC opgenomen t die de hoeveelheid koelmiddel regelt d.m.v. een regelklep. Voor een betrouwbaar bodemprodukt is een konstante refluxstroom in het proces noodzakelijk. Om schommelingen in het aanbod va n kondensaat (ook verschil in s a menstelling) tegen te gaan, maakt men de accumulator zó groot dat deze vijf minuten reflux kunnen bevatten. In de refluxleiding naar de kolom is een FC (meetflens) aangebracht die schommelingen in de reflux meet, waarna d.m.v. de regelaar ingegrepen wordt. Veranderingen in de samenstelling van de voeding worden via de temperatuurmeting op de tweede schotel onder de voeding teruggekoppeld op de stoomtoevoer naar de reboiler. Bij konstante reflux zal dit uiteindelijk leiden tot het toe- of afnemen van de hoeveelheid kondensaat in de accumulator. Een LC op de accumulator kan het
setpoint van de Fe in de refluxleiding veranderen,zodat deze storing gedurende enige tijd kan worden opgevangen. Op de accumulator is naast een Le ook een LA geplaatst, die gekoppeld is aan een regelklep in een leiding die aansluiting geeft op de fakkel. Bovendien is er overeenkomstig de eisen van het stoomwezen een veiligheidsklep op de accumulator aangesloten. Met deze regeling wordt een voldoende zuiver bodemprodukt gevormd, dat naar de pip-kolom gevoerd wordt,door gebruik te maken van het drukverschil tussen de e/p~ en pip-kolom (llato) • De afvoer van het bodemprodukt wordt geregeld door een Le in de bodem van de kolom. Verder is
~en
LA (laag) aangebracht die samen met de Le uit de bodem
gekoppeld is aan de voeding van de pip-kolom om droogkoken van de reboiler te voorkomen. Tussen de e/p- en pip-kolom is nog een opslagtank geplaatst waarin het bodemprodukt uit de elp-kolom kan worden opgeslagen, indien er in de pip-kolom storingen optreden. Daartoe is er een activator aangebracht die reageert op het SFA, komende van de Fe op de toevoerleiding van het koelwater van de kondensor van de plp-kolom,waarna enkele kleppen geopend c.q. gesloten worden.
Bij deze kolom worden er eisen aan de zuiverheid van het topprodu kt gesteld.Een uitgangspunt voor het regelen van de pi-kolom kan zijn, ervoor te zorgen, da t de dampstroom door de kolom konstant blijft, terwijl de reflux de topsamenstelling regelt. Om een konstante warmtet oevoer in de reboiler te verkrijgen, wordt de stoomtoevoer naar de reboiler geregeld door een Fe. Men moet zich wel realiseren dat de regelbaarh eid van de warmtetoevoer naa r de reboiler beperkt is wanneer dit één apparaat is. Het zou beter zijn om de reboiler op te bouwen uit meerdere reboiler's. Hetzelfde geldt trouwens ook voor de kondensor uit dit proces. Aangezien dan aan het doel van de afvalzuivering voorbij wordt gegaan is hier Van afgezien. De reflux wordt konstant gehouden d.m.v. een Fe in de refluxleiding. Een Te op een schotel boven de voeding kan bij afwijkingen van de juiste temperatuur het setpoint van de Fe Van de reflux wijzigen.
- a-
Deze TC moet wel op drie punten bepaald en daarna gemiddeld worden, r
omdat in~deze kolom nauwelij~ een temperatuurgradiint aanwezi~ is •
.
Een hogere temperatuur betekent meer zware komponenten, zodat dan wordt overgegaan op een hogere reflux. Een nadeel van dit systeem is dat ook bij een stijging van de druk de temperatuur stijgt. Een betere regeling kan verkregen worden door de samenstelling van het topproduct te meten met bijvoorbeeld een gaschromatograaf en hiermee de reflux te regelen. De druk in de kolom wordt door een PC die op de koelwaterleiding en de dampleiding is aangesloten geregeld. De afvoer van topproduct wordt geregeld door een LC op de accumulator. Een pomp voor transport is niet nodig vanwege het drukverschil (19 ato). Evenals bij de elp kolom zit er bij de pip kolom een LA in de accumulator en in de bodem. De reboiler is ook d.m.v. een PICA beschermd tegen schommelingen in het stoomnet. Besloten is ook om geen regeling aan te brengen voor de afvoer van het bodemproduct. De hoeveelheid die hiervan per uur ontstaat is zo miniem, dat het beter lijkt dit periodiek te spuien naar de fakkel. Om eventuele drukopbouw in de kolom te voorkomen zijn ook veiligheidskleppen op de elp en de pip kolom aangebracht. Deze moeten op de ontwerpdruk worden afgesteld.
~~~E~~~~~~~~~~~~ In verband met de tijd zijn alleen storingsgevallen voor de pip-kolom beschouwd. De storingen in de elp-kolom zullen echter analoog behandeld kunnen worden. Mogelijk optredende storingen zouden kunnen zijn: 1) koelwater van de kondensor valt uit. 2) stoomtoevoer reboiler stopt.
3) 4) 5) 6) 7) 8)
refluxpomp valt uit. voeding stopt. het LC van de accumulator is defekt (bedrijfsaspekt). leiding-
of klepbreuk (bedrijfsaspekt).
de instrumentenlucht valt uit. de elektriciteit valt uit.
Ad.l: Als het koelwater uitvalt zal er geen kondensaat meer gevormd worden . In de accumulator is nog voldoende kondensaat voor vijf minuten reflux. Een FA zal deze storing melden. Bi j l angduriger storing zal de stoomtoevoer in de reboiler gestopt moeten worden. De refluxpomp zal gest~pt worden door het LA in de accumulator. Het bodemprodukt van de elp-kolom zal naar de opslagtank gevoerd moeten worden. Het signaal dat van de FA , die geplaatst is op de koelwaterleiding van de kondensor in de top
- 9 -
van de p/p-kolom,zal hiervoor zorg dragen. Ad.2: Indien de stoomtoevoer stapt zal de gasstroom wegvallen,er zal geen reflux meer komen en dan gaan de reakties analoog aan de storing v a n het koelwater. Ad.3: Deze storing is anal oog aan storing 1). Ook bij deze storing moet het proces gestaakt worden . Men zou in het geval v an een mechanische storing een reden kunnen zien om deze pomp dubbel uit te voeren,maar dan wordt weer aan het primaire doel van het proces voorbijgegaan. Ad.4: In dit geval schakelt de kolom vanzelf over op totale reflux totdat er weer voeding binnengebracht wordt. Ad.?: In dit geval wordt de reboiler afgesloten (zie de regelklepkonstruktie in het P&I-diagram) en wordt de kondensor maximaal gekoeld. Ad.8: Dit is analoog aan geval 3). Alleen heeft dubbel uitvoeren van de pomp geen effekt.
-Hoe alle type-regelaars eruit komen te zien wordt a an de mensen v an Meet
& Regeltechniek overgelaten.
- 10 -
De destillatiekolommen.
In het T-gedeelte is besloten de opwerking van propeen uit de afvalstromen uit ' te voeren in een elp-kolom gevolgd door een pip-kolom. Deze laatste kolom is op sterkte berekend. Alvorens hiertoe over te gaan is besloten de pip-kolom te splitsen
f/p-
in twee kolommen van nagenoeg gelijke afmetingen.
koLr)!f
Deze kolommen staan vertikaal opgesteld en hebben een hoogte van 27 meter. , In totaal bevatten zij 102 schotels,die gelijk over beide kolommen zijn verdeeld. In de eerste kolom van de pip-scheiding zitten 23 schotels onder de voeding en 27 schotels boven de voeding. In de tweede kolom zijn 51 schotels aangebracht. Beide kolommen hebben een uitwendige diameter van 1100 mm. Tot een hoogte van 16 meter boven
tt~
.1
het maaiveld is de wanddikte van de kolommen 12 mm en daarboven 10mm. Beide kolommen staan op een skirt van 3.5 meter hoogte.De t wee kolommen zijn verbonden door een damp- en vloeistofleiding. In de vloeistofleiding is een pomp geplaatst. Beide kolommen zijn voorzien van 3 mangaten ( met een doorsnede van 0,5 m ),ter plaatse van de
4 bordessen.
De bordessen zijn te bereiken door een kooiladder. Warmteafgifte naar de omgeving wordt te gengegaa n door de kolom te isoleren met 90 mm dik FOAM-glas. De noodzakelijke randapparatuur zoals condensor's,pompen,accu mulat or en regela pparatuur wordt
op een enkele meter's hoog bordes of op
het maaiveld geplaatst. De kolommen worden v er vaardigd van H-II k~telp laat,de skirt's van Koolstofstaal ( C-45 ). De kolommen worden horizontaal geperst mbv. water. Een inzicht van de constructieve uitvoering van het geheel verschaft tekening no.702 ( zie bijlagen ).
- 11 -
.
Het stoomwezen onderscheid de vol geride drie toestanden( d1201/1) 1) Gebruikstoestand
A:
-berekeningsdruk Pd ( vlg. bladDOl03),waarbij de hoogte van een eventuele vloeistofkolom steeds in rekening moe t worden gebracht. -metaaltemperatuur
( vlg. blad DOI03 ).
-belasting door wind,eigen gewichtskracht en gewichtskracht van de vulling (vl g .blad D1201). 2) Gebruikstoestand B: -als gebruikstoestand A,waarbij echter Pd en de gewi chtskracht van de vloeistofvulling op nul gesteld worden. 3) Beproevingstoestand (alleen als in gemonteerde en opgestelde toestand gepers t wordt). -de berekeningsdruk Pd wordt gelijk gesteld met de persdruk Pt' vermeerderd met de druk van de tijdens het persen aanwezige vloeistofkolom. -metaaltemperatuur in beproevingstoestand (meestal omg evingstemperatuur). -belasting door wind 0,75 maal de waarde voor de gebruikstoestand. -belasting door gewichtskrachten (vlg.dit blad 1201). De berekening wordt gedaan ter plaatse van de ongunstigste doorsnede, omd at men de wanddikte van de kolom tot 16 meter boven het maaiveld konstant wil houden op 12 mm en daarboven op 10 mm .De ongunstigste doorsneden zijn: A-A onder in de kolom en B- B ter plaatse van de ov ergang van 10 naar 12mm (zie fig.2). De berekening wordt niet uitgevoerd vo6r de beproevingstoestand,omdat de kolommen horizontaal worden geperst .
~~~~~~~~~~~!~~~~~~~~~~~de in rekening te brengen waarden van de
druk en temperatuur (DOI03) l)de werkdruk p p
w
w is gedefinieerd als de hoogste absolute druk welke in het hoogste
punt van een toestel kan ontstaan wanneer het in werking wordt
gebracht,verminderd met
~ên
atmosfeer,zodat er eerr overdruk overblijft.
- 12 -
2 Bij de beschouwde kolom is p =18 ato=1,8 N/mm • w 2)de berekeningsdruk Pd
Pd is de absolute druk die ontstaat door de werkdruk p t e verw
~en
meerderen met
druktoeslag AP in v erband met afwijkingen van
de werkdruk. De grootte van ontwerper. Bij
d~
is· voor de verant woording van de
~p
b eschouwde kolom is voor de toeslag AP een gr o-
tere waarde genomen dan de druk toename die ontstaat indien de kolom vol zou lopen met produktvloeistof. Vollopen van de kolom geeft een
~p
van:
Hiermee zou Pd=18 1,24=19,24 atm. worden. Als extra veiligheid zijn de veiligheidskleppen in het systeem 2 afgesteld op 21 ato.( =2,1 N/mm ).- Dit is de Pd waarmee gerekend is. 3)de persdruk pt,vlg. blad T0240. Pt is de absolute druk in atm,welke in een toestel bij beproeving heerst,verminderd met één atm. Bi j horizontale beproeving v an het toestel door afpersen met water geeft de dienst voor het stoomwezen als voorschrift: Pt=
1,3./:t. fo,l=~93%:-bij
eerste beproeving en
Pt =
I,~!ti.. t ~Z =1.,J2.1'1mfJ.bi j
herbeproeving •
4)~~_~~~E~~~!~~~ o Het destillatieproceswordt bedreven bij een temperatuur v an 50 C. Bij deze te mperatuur behoeven de stofeigenschappen van de konstruktie ma teri alen niet gecorrigeerd te worden.
Windbelasting. De windbelasting op elk deel n van de konstruktie is gelijk aan
F" = Pw'
Cw '
11ra
(
111)
2
waar in: p = stuwdruk CN/mm ) w c = weerstandscoëfficiënt (-) w 2 A = geprojecteerde oppervlak (m ) n
De berekende kracht F
n
grijpt aan in het zwaartepunt van het gepro-
j ekteerde oppervlak A • n
- 13 -
.'
De stuwdruk p
w
: .
wordt bepaald volgens NEN 1055 ,uitgave 1955. Voor de
,
stuwdruk wordt gerekend met een maximale windsnelheid van
45 mis,
hetwelk overeenkomt met zeer hevige storm. De door de totale hoogte h (in meters) bepaalde stuwdruk wordt gerek~nd over de gehele hoogte konstant te zijn. Uit NEN 1055 volgt dan: zodat:
Ph" =
(/:l.{)O+
b /..,)
ftV =
13B3
"''/-n,z-
AI/mot
Voor de !ee~st!nd~co~ff!ci~nt~n van de verschillende onderdelen gelden de volgende waarden (D1201): Romp
= 0,67 c w= 1,5 c = 1,0 w c
Pijpen Staalkonstrukties:
w
Het geprojekteerde oppervlak wordt via enkele vereenvoudigingen bepaald. 2 Voor bordessen welke vierkant hoekig zijn stelt men A =1,7 m n 2 Voor kooiladders met vertikaal gemeten hoogte stelt men An=h xO,33 m l Bij de kolom en de leidingen rekent men met het geprojekteerde op-
a6
pervlak.
Dit levert voor de
!~PÈÈ~l~§~~Eg
Boven doorsnede B-B kolom leidingen bordessen kooi ladder
13 (J 3 K ~I
.tlf 1383 ~ ( J Y I(
~J 3J)
*
IJ2J
~ l
1)'* 'Y.lt>
13&3 If 1 It
Boven doorsnede A-A
7( ,
I" "'"
~
:.
Iy :; ~
/3113
::
* (),6 r ~ ~~8 * 1.15"00::
kolom
13!}!'
leidingen
.z~ 13 3
bordessen
3..f
kooiladder
61
de volgende waarden:
* I,S"~ /I{./o~Z 1383 *' I,r 8
(Z},f'1f O,J~)
1e"
'00 J'.I
Cd.
I~
Cd.
8100 N
~r1.
J.~
c.a.
b3,() AI
JO IV
C-1. o3t, S"OD IJ
J.l.S-uo:o C~.
16 () 00 AI
:~.
~()IJDN
* 1* 138j
. :- ca. Il r-iJl>
IV
Voor de beschouwde doorsneden A-A en B-B berekent men hieruit de waarden voor het
ÈEi-g~EÈ_!!1~.!!l~E!
ten gevolge van de windbelasting,door deze krach-
ten te vermenigvuldi gen met de momentarm. De berekende krachten F
n
grijpen aan in het zwaartepunt van de geprojekteerde oppervlakken A • n
De momentarm is te verifiëren m.b.v. figuur 2.
- 14- -
Doorsnede B-B:
* 10I8
kolom
11&
leidingen
0, fj] JE 10
,
bordessen
°133 i {)I "Ir-
kooiladder totaal:
N~ .." -
~
10
1
* 10
-lI-
-,,-
1,5/ Ilil !Vmm.
a
I
-I-
TO ,.....
13
-
~.
0.
. Doorsnede A-A: kolom leidingen bordess en kooiladder totaal:
Voor de sterkteberekening is het noodzakelijk om het gewicht van de kolom te b e rekenen,om een juiste indruk v an de optredende spanningen te verkrijgen. Voor a l
bij de sterkteberekening in montagetoestand is
het gewicht de bepalende faktor. Voor de gewichten van de onderdelen kunnen slechts schattingen worden gemaakt, zodat de betrouwbaarheid van het totaalg ewi cht niet groot is. De gewichten zijn echter "ruim" ge schat, zodat het werkelijke totaalgewicht zeker niet g roter zal zijn d a n het berekende. In het kort zal nu aangegeven worden hoe deze schattingen zijn gemaakt, alsmede het result aa t sneden A-A
~n
voor het totaalgewi cht boven de beschou wd e door-
B-B.
Isolatie: Foam-glas , dikte 90 cm. gewicht: ~.D.d.H.p.9,8l Schotels: inclusief vloeistof geeft de firma METAWA als richtlijn 2 100 kg per m schoteloppervlak, en voor de valpijpen 2 400 kg per m v a lpijpoppervlak . Een andere richtlijn geven Brownell and Young
(3 )
en
wel 25 lb per sq. ft of area. Ladder:
Volgens Brownell and Young bedraagt dit ongeveer 25 lb/ft.
Bordes:
Volgens
kolom:
Hiervoor wordt een schatting gemaak t v an het benodigde
(3) bedraagt dit onge ve er 35 lb/sq.ft of area.
volume aan materiaal, en dat wordt v e rmenig vuldi gd met de dichtheid van dat mater iaal. - 15 -
Ondersteuningscilinder: op analoge wijze als het gewicht va n de kolom. Reboiler: hier moet een sommatie gemaakt worden van het gewicht van de aanwezige vloeistof en de benodigde ho e veelheid materiaal. Vloeistofhoogte in de kolom: Volume maal de dichtheid. Dampleiding : sommatie van materiaal ~n inhoud. Dit levert voor het totaalgewicht:
= Y
Boven doorsnede B-B:
P
Boven doorsnede A-A:
P = Y
OJ
5
9 ~ 10 /1/.
1,9
7f- 10
:;
N.
Bij de sterkte berekening van het skirt wordt h e t gewicht van de ondersteuning en de reboiler wel in rekening gebracht zoda t het totaa lgewicht daar wordt:
s
P Y=
ol, 3~ . ~ /0 '" •
I
Bij de sterkt e beoordeling van de wa nd v àn het drukv at (de kolom die be dre ven wordt op
19
atm), wordt de minimum wanddikte of formul ewand-
dikte d gebruikt. De werkelijke wanddikte dd is altijd groter dan de formulew anddik te, en wel om de
volgend~
redenen.
1) Bij de verv aar digi ng v an het v a t
kan, bv. door omflenzen, persen
of buig en v a n het materiaal, de wanddikte plaatselijk afne men . Daarom wordt bij het ontwerp de formule wandd ikte d v e rmeerd erd met een vervaardigingstoeslag
~df.
2) Door slijtage kan de wa nddikte verminderen. Daarom wordt d e formulewa nddikte vermeerderd met een interingstoeslag
~d
" c 3) Het uit gangsmateri aa l vertoont maatafwijkingen. Daarom wordt de formulew anddikte v e rmeerderd met een tolerantietoeslag 6d " t De werkelijke wanddikte dd wordt met deze toeslagen: dd )
d. + ArA f '*" A rJ...c. .,.
à.ti; .
Volgens het stoomwezen moet daarbij in ieder geval nog gelden da t:
In de wanddikteberekeningen v an het v a t is voor de ze toesl a gen in totaal 1,5 mm genomen; en wel 0,5 mm voor tolerantie en 1,0 mm voor corrosie. Er is
v~nuit
gegaan dat deze vaten voldoend e nau wke uri g behandeld wor-
den zoda t er geen vervaardigingstoe slag noodzakelijk is.
- 16 -
In de wanddikte berekening van het skirt behoeft geen tolerantietoeslag toegepast te worden. De corrosietoeslag is hier echter 2,0 mm, omdat het geheel hier op rust. De formulewanddikte d wordt berekend volgens blad D 0201 m.b.v. de formule ,welke geldig is voor cilinders die belsat worden door inwendige druk. In dez e formule: 2 Pd= berekeningsdruk (2,1 N/mm •
D = inwendige middellijn v a n de romp (1080 mm). i z = verzwakkingsfaktor; te bepalen met blad D 0501 f = ontwerpspanning;te bepalen met blad D 0201 De verzwakkingsfaktor z wordt in deze berekening op 1 gesteld. Dit komt overeen met totale versterking ,d.w.z. v erzwakking t. g .v. lasna den, mangaten, stompen en pijpaansluitingen is verd wenen door geb ruik te maken van v e rsterkingsringen. Berekening van openingen is uit g evoerd in het hoofdstuk mangaten. Verz wakking t.g.v. lasnad e n wordt tegenwoordig als nihil
weY~On
b e schouwd.
De ontwerpspanning f is afhankelijk van de rek na breuk (A het materiaal, gemeten aan een proefstaaf d
) van dP5 • Voor H-II-ketelplaa t
p5 is volgens DIN 17155 de rek zeker groter d a n 10%.
Volgens D 0201 moet voor f dan de kleinste waarde genomen worden van: 2 0,67.Re= 171 N/mm • 2 0,44.Rm= 177 N/mm •
Beide vlg's DIN 17155.
De rekgrens is hier dus bepalend:
2
f= 171 N/mm •
Dit levert als eerste schatting voor de formulewanddikte: d=
1..,1 • 1000
J. .1. '1/ -.t,I
Wel moet gelden: d S
o.a
d ~
0,.3.
I
:o,lJnnr
Dl. 1080=-
32.'1
17717).
De werkelijke wanddikte moet dus minimaal 7,0 + 1,5 = 8,5 mm zijn. Bij de sterktebeoordeling zal het noodzakelijk blijke n om naar een grotere formulewanddikte over t e gaan, nl. 10 mm boven en 12 mm onder in de kolom.
- 17 -
De verschillende spanningen worden als volgt berekend: . 1) de normaalspanning in omtreksrichting t.g.v. inwendige druk
~ = f>et· (!)t -IIC.) c;-, .z ti., 2) de normaalspanningen in langsrichting
bclxj I
IC
6àJt, f
-
6d X ;L c ~.(';f
-
~lt;r + ~K.;'"
(windzijde)
r~x;p - idK,; 11
(leizijde)
is de axiale spanning t.g.v. inwendige druk.
~-p: ~
R~
is de axiale spanning t.g.v.
~/y ti, (~t. -,t.)
het· gewicht. is de axiale spanning t.g.v.
u:eh- H =
"'::t(~t., -11.) he t ------:0
""OS tt.
)
bui.gend moment_
J.
3) de schuifspanning door wringing
rt
cr
"$1
"'t~
ti..
(~e -d..)~
waarbij in deze formules: D
e
=
uitwendige diameter van de kolom ( mm ).
d = formulewanddikte van de kolom ( rum ). 2 ). Pd= berekeningsdruk ( N/mm
P = gewichtskracht op de desbetreffende doorsnede Y Mby = buigend moment in de desbetreffende doorsnede
( N ). ( Nmm
).
Mty= wringend moment in de desbetreffende doorsnede ( Nrum ).
Indien we aannemen dat de kolom op
14
m
van de top overgaat van
een werkelijke wanddikte van 12mm naar lOmm, dan zijn de spanningen als volgt:
- 18 -
Gebruikstoestand A : Boven doorsnede ,B-B
Boven doorsnede A-A
(d= 8,5 mm)
(d= 10,5 mm)
C"
=
ç,
2
135 N/mm
G&c.>1>
= 67,5
~j6fW
= 3,1 N/mm
N/mm
2
=
109 N/mm
= 54,5
2
N/mm
2
2
Gebruikstoestand B : Boven doorsnede A-A
Boven doorsnede B-B
c;;,
=°
6dJC;f =
2
~l)
0 N/mm2
~jP
N/mm
{;~"EW= 3,1 N/mm
= 0 N/mm
=
0 N/mm
2
2
2
}
ÖalC)' H
= 31,6
~~!!~:!:~~E~~~~~
N/mm
2
~. H =
,
97,5 N/mm
2
ten gevolge van het wringend moment.
Het geprojekteerde oppervlak van de dampleiding
= 4,2
2
m •
De windbelasting wordt hiermede: .J
Fw= 'cw.An.pw= ~5'*1t)Z.'-' /38~; ~l.'oA/ Het wringend moment voor twee leidingen wordt dan:
Met de formule voor de schuifspanning door wringing levert dit:
It
Ta: ty t 1,$"7' ti. .l~t.-J.JI. Boven voor d= 8,5 mm en onder voor d: 10,5 mm
4-
I
c
lt.t.=-
Indien deze waarden kleiner zijn dan
0,02 O,15.f ( de ontwerpspannin g ), - 19 - , .
dan zijn deze te ve r waarlozen.
2
Met de reeds eerder bepaaJ:de ontwerpspanning f= 171 N/mm , levert een wringspanning van
2 0,15.171= 25,65 N/mm • Dus de schuifspanningen waarlozen.
li,
en
ztz. zijn
inderdaad te ver-
Aangezien de beproeving van de kolommen in horizontale toestand geschiedt, wordt voor de beproevingstoestand geen spanningsberekening gemaakt. Met behulp van de berekende spanningen in de twee gebruikstoestanden kunnen de totaalspanningen worden berekend. Voor de windzijde
~x>p
Voor de lijzijde
(7QJC.
&:')(', p .,.. G"cl lt >• ,..,
,f . . 58.'(; P - 6"~;'"
Dit levert de volgende waarden: Gebruikstoestand A. Boven doorsnede B-B
Boven doorsnede A-A
G"'~.I t = 32,8 N/mm 2
~~., >
=
~~.~
= -48,3
)
146,7 N/mm N/mm
2 2
Gebruikstoestand B.
------------------Boven doorsnede B-B
, = 28,5
G"~.,
DcU;.t = -34,7
N/mm
Boven doorsnede A-A 2
N/mm
2
~Jt'1 ,
= 92,2
DclJ(;.t.
=
N/mm
2
-102,8 N/mm
2
Sterktekontrole van de cilinder.
-------------------------------Volgens blad D 1201 moet voor de gebruikstoestanden A en B voldaan zijn aan:
, - 20 -
waarin z de toelaatbare verzwakkingsfaktor is ( blad D 0201 ). Bij de berekening op inwendige druk is een bijbehorende verzwakkingsfaktor toelaatbaar van z= 0,78 boven doorsnede B-B, en z= 0,64 boven doorsnede A-A. Deze verzwakkingsfaktoren worden bepaald door de minimaal benodigde wanddikte t.g.v.
inwendige
druk te delen door de in de konstruktie gekozen wanddikte. Opm.
Deze laatste wanddikte volgt uit de sterkteberekening m.b.v. de totaalspanningen.
De verzwakkingsfaktor t.g.v.
inwendige druk moet vergeleken
worden met de verzwakkingsfaktor die toegestaan kan worden bij de berekening t.g.v. windbelasting. Na vergelijken wordt de grootste faktor maatgevend. ~c3rzwakkingen
zoals mangaten,openingen etc. dienen dan tot die
waarde versterkt te worden. DI;} vervangende spanning G'"v mag naar keuze worden berekend op basis van de hypothese van de maximale schuifspanning of op basis van de hypothese van de vormverànderingsarbeid. Aangezien de wringspanning verwaarloosd mag worden is de eerste hypothese gebruikt, omdat deze in dit geval eenvoudiger is. Volgens deze hypöthese ( het theorema van Guest-Mohr ) is de in rekening te brengen vervangingsspanninge Öv de volgende waarden:
de grootste van
IOdlt;1}
\ G'"(bc;.1 \
1 G"t, - ç\ll(; 1 } 1 ~~ - ()a.:;.1 ) Dit levert de volgende waarden voor
Gv
Gebruikstoestand A boven doorsnede B-B
= 135
N/mm
boven doorsnede
A-A
2
Gebruikstoestand B boven doorsnede B-B
= 34,7
N/mm
2
boven doorsnede A-A
r; = 102,8
"
N/mm
2
- 21 -
Met deze vervangingsspanningen kunnen de toe te stane verworden bepaald.
zwak1~ingsfaktoren
-IbV
z= waarbij:
~
f= 171 N/mm
Gebruikstoestand
2
À.
boven doorsnede A-A
boven doorsnede B-B
z= 0,92
z= 0,79 Gebruikstoestand B. boven doorsnede B-B
boven doorsnede A-A
z= 0,20
z= 0,60
De verzwakkingsfaktoren ten gevolge van inwendige druk, zijn respectievelijk voor de desbetreffende faktoren z= O,~& en z= 0,64 voor de doorsneden B-B en A-A. I We concluderen hieruit dat er boven doorsnede B-B versterkt moet ~=_~~Z2
worden tot
en boven doorsnede A-A
tot_~=_2~2~~
Stabiliteitskontrole van de cilinder. Indien ~'L I
( = drukspanning ), moet de kolom gekontroleerd
worden op stabiliteit. Er moet voldaan zijn aan:
2=~o,t
2) waarbij
Et (Q",,)
de tangentmodulus bij de betrokken metaal-
temperatuur ~~
is bij een spanning .l'~;C'L • De waarde van
is grafisch weergegeven in VBR. 14.
(1)"). ;,
Gebruikstoestand A Boven doorsnede B-B is~ . .t. positief, zodat hiervoor g e'en s taJ
biliteitskontrole nodig is.
- 22 -
Boven doorsnede A-A
Volgens het criterium moet gelden: I o,S-
d
(11 00 - 10,
r-)
~
hieraan wordt dus voldaan. Gebruikstoestand B.
- 3'1, ?
Boven doorsnede B-B:
liD'. kJ r mo~t
Volgens het criterium
/
,..
/
0d~)' t
..---
"'1_2-
gelden:
~r
* 2,ol,. 8 (11 Of) - a,r)
~
N/.~~1.
Ib
r
~
,zIJb) r
V~.(. ~ ~ - lot) 1 N / .,,,"hf,'}) r Et (~) :. I,? Iv NI ~l
Boven doorsnede A-A :
Volgens het criterium moet gelden: / 6"ch'.t
)
I S a-
IO,r (11 (), -
-
do,.r)
-1/
~t. /f/ =-
203
N
/.........,2-
Aan de eerste eis voor de stabiliteit wordt dus in de beide gebruikstoestanden voldaan. Het tweede criterium
Z~~l
zit reeds als eis in de berekening
van de kolom op windbelasting, zodat ook hieraan is voldaan. We mogen dus zeggen dat de kolom voldoende stabiel is. Over de invloed van openingen op de stabiliteit is nog slechts weinig bekend; daarom worden met betrekking tot openingen en hun verzwakkingsfaktor enige beperkende voorwaarden gesteld. De grootste gatafmeting van een opening moet voldoen aan: bij
waarbij D
e
=
<
moet D~ 500mm. ~ l500mm e uitwendige diameter van de kolom.
lOOOmm
D
D = de gatdiameter. Uit deze eis blijkt dat voor de beschouwde kolom de mangaten maximaal 500mm in diameter mogen zijn. Om praktische redenen zijn de mangaten op deze maximale diameter gekozem.
- 23 -
Ontwerp van de schotels en de valpijpen: In de pip kolom zijn 102 zeefplaten gemonteerd op een onderlinge afstand van O,S meter. De zeefplaten hebben een diameter van 1060 mmo De perforatiediameter is 10 mmo en het vrije oppervlak is 10 % van het totale oppervlak betrokken op de inwendige diameter van de kolom. Deze gegevens volgen uit het T-gedeelte van dit verslag. De dikte van de zeefplaten is 2 tot 3 mmo conform de catalogus van de firma Metawa te Tiel. Het is mogelijk om het complete binnenwerk van de kolom (zeefplaten en valpijpen) te bestellen bij bovengenoemde firma. Een voorwaarde is wel dat voor elke schotel aan de binnenzijde van
.
de kolom een steunring is gelast. De voorgeschreven afmetingen hiervan zijn te vinden in
fig~ur
E-3 execution I (breedte 40 mm, dikte
8 mm.) De zeefschotel wordt opgebouwd uit 4
sectie~.
(zie figuur A-2).
Iedere schotel wordt voorzien van een mangat. Voor de beschouwde kolom is een hoofdligger niet vereist. De schotelsecties zijn aan elkaar te bevestigen door een "lip-slot ll constructie. (zie figuur E-13) De plaat die het mangat afdekt is aan de schotel bevestigd door middel van een constructie met een draadstang en twee moeren, zodanig dat het mangat van elk van de beide zijden te openen is. (zie figuur E-S3). De wand van de valpijp bestaat uit twee platen, die via een omgezet plaatgedeelte met bout- of spieverbindingen aan elkaar bevestigd worden. Tussen de twee omgezette delen zit een laag afdichtingsmateriaal (teflon) om het lekken van een valpijp te voorkomen. (zie figuur E-6S of figuur E-66). De wand van de valpijp is opgehangen aan vertik ale strippen, die aan de wand van de kolom zijn gelast. Ze kunnen aan elkaar bevestigd worden door bout- dan wel door spieverbindingen. Göl hier is tussen de wand van de valpijp en de strip een laag afdichtingsmateriaal aangebracht. (zie figuur E-67 of figuur E-68), Voor de bevestiging van de zeefplaat aan de valpijp wordt verwezen naar figuur E-S6 tot en met E-S9.
- 24 -
Voor de bevestiging is in de voorkomende gevallen voor een boutverbinding gekozen •. Om de zeefplaat aan de oplegging te bevestigen wordt gebruik gemaakt van een klem. De constructie is gegeven in figuur E-62.
-25
Tray: 750 - 2000 mm di a rn. Main-beam not requir ed. Panels atta che d on ring .
GENERAL NOTES: This typical tray-deck is useable for: a) ealming section-- valve/sieve trays. b) dual flow sieve trays. All parts are marked as specified on tray drawing. The panels ean pass through a hole with min. 15}2" I.D. (394 mrn). Supporting of trays: Bupportring 50 mm width preferably. Max. load from top to bottom : 200 kg/m 2 at 350 0 C. 2 during assembly:lOO kg/m resulting from ene man. Mat: Alloysteel
as specified on order, thickness 1,5 mme
Spare parts
ccrtificates for all m~t~rialti use~are available. 10 % on small components (except valves).
5 %
Leaktest Manways Tolerances
on snap-in valves. not required. where possible, min. opening 320 x 500 mme see page A-6.
All parts will be crated or packed for shipping •
.. . ~ ••• , . . .... .... . , •• __ . _
.... .... '1 ••• • , , .. ~ .. . _ ....... ,, "" . . . . .... . . \ • • • , .
"'\ '
..
1-
.
... , '
.,
. ..
•
,..,~ . . . , • • • · ~ . ·' ~ f'
• .,·f ...~7'".....,..... JlO ., . " , ... : \.."".. ~ ... . . ... . _ .
,
EXECUTION I
,
.
Ir
EXECUTION
IN CASE WHERE EXPLOSION DANGER 15 NOT EXPECTED.
IN CASE DANGER
-kJ
WHERE EXPLOSION 15 EXPECTED:
VACUUM COLUMNS MAIN CRUOE COLUMNS, STRI PPERS.
~ Ii ! I
I; ,
. I _
__
.~O~l,JMN .~ All
i t
. 1 ' I
,;
,......,~-.,-~--:--~---,
~
;' "
''' ~
,
_. . __ 1
Al
,--1
. ,
,
I ,..
1
I It
I , 1 · I
"i . f-!
B
.---1
-- ... . . _ .. _ .. _.... __
t
I
FOR CALMING SECTION TRAYS.
"A"
I. D. COLUMN UP TO 750 mm 750 TO 2000 mmo
WITHOUT SUPPORTRING
8 m.m. 2000 TO 6000 m.m. 8 m.m - -+--6000 AND OVER' 8 m. m.
S,A6"
40 m.m. 1Y2" 50m.m 2"
5;';6 ..
60 m.m.
5;16"
20/8 "
FOR DRAW-OFF TRAYS. ~U~P_T~0__6 _0_0._0~m~.m ~ . __~8__m~.m~.__s~ n~6--+_6_ 0~m~.~m~2~%~:~ 6000 AND OVER 12 m.m . '/2" 100 m.m. 4"
'A
o
REVISION DRAWN.:
2-6-'70 17- 2 - '10 DATE
D.L . Q l.
WELD
BY
DESCRIPTION OF REVISION
I DATE: 17 -
D. L.
-
ADDED
ORI GI NAL DRAWI NG
2 - '70
.v. METAWA TIEL
DETAIL
HOLLAND
APPP...:
DATE:
TrrLE:
TRAY SUPPORTRI NG FOR CALM ING SECTION TRAYS. SCAlE
DRWG. No.:
--
E-3
_.-..-----...,------~~---
-~_
....
_-
~ '-J Lr;'-
.~
1,.1 t I I 1I 1 1i 1 I If I 11 ' I I1 1
I
11 I I
[
1
lil I I1I
I II ! I
II I I I I, I 11 :
,-
1
: :1 1 1 I I '-12-_IJ
I' -12 i'
r ---~' ~
;
.-
11
!
10
J
MOUNTING
v
POSITION
. ,
/'
33
347
• I"
MIN. POSITION
-a"'' '
,=Z'ûzzqvz'" y~ llZ' =;- , .
-
3150
/" I
,
NOM. PO SITION
"
'S"""'\..
21 . rvfl//ä//l///Z,--r__ _
1.. /
/1
'"~'
.
353 ------- -
--
MAX. POSITION
o REVISION DRAWN.:
ORIGIN Al. SY
DATE
D.l.
DATE:
19-11 - '69
"tv . METAWA TIEL
~J
DATE: ·
APPR.: TITLE:
LIP ~ SLOT
HOLLAND SCAlE
__________________
DRAWIN G
DESCR IPTtON OF REVISION
'CO NSTRUCTION >
.
,
DRWG. No.:
________- -__________________________
~
E-13
__________
~
______
~
•• .
M-10
-
3/8"UNC
3/8" UNC
3/8" UNC M-10
Ir o REVISION DRAWN.:
28-3.'73
R. v. S.
DATE
BY
R. v. S.
DATE:
ORIGINAL DRAWING DESCRIPTION OF REVISION
28 _3 -'73
APPR.:
DATE:
TITLE:
N.V. METAWA TIEL
-
MANWAY
CLAMP
HOLLAND
m at. 2 - 3 m m th i ck SCALE
E-S3
DRWG. No.:
"'--. ---
-
-- .
" Ir' .,/
"
/
~~
. . \ ""
.
..
/
________L -______-r-L________
LJ k .... Wf'< ·
R . IJ , S .
! . .Ad:
~
o D ESCRIPTIO N O F RE VI SIO N ____ _
28- j -"/3
I
TITLE
N .V. METAWA T IE L
[JATE .
APPR.:
DlYlDED WITH
HOLLAND SC ALE
OOWNCOMER CONNECTION
WEDGE.2. DRVv G .
~-J o ..
E-65
I
.
2 / tS11
/ - ---_ . ---.,.i-----
o
REVISION
DRAWN .:
28.3.'7'3
""p,\.:
.v. MET •
..
_. ... --_._. __.
TllLE .
A
OAH
OIVIOED QQW~ÇQ.MEB ÇON~E.ÇT10~.
WITH SQL.TS aod. W!SHEBJi
HOLLAND SCAI.Il
DII.Wü No.
..66
__.-
. .......- -- -.,_.-
DESCfl.IPTlÖN OF ,nV/SION
R.v.S.
TtEL
'
- .- ---- ---.--- -- .---.-.-... .- --.. - .. .._- . ._--. - - ' ....._.. -.... R.v.S. ORIGINAL DRAWING y
DATE
-- ' ._ - - - -- -_. -._-_ ..... _--- .-... ..
I.
I . Ii I Ij
I I
I
I I I
I
I1 I1 I
i
: I !
I
I .
I1
WING DATE: TITLE:
FASTENING D.e. PLATE ON BOlTlNG aAR. WITH BOlTS and WASHERS
SCALE
DRWG. No.:
E- 67
,
... .
o REVISION DRAWN. :
28-3-'73
R.v . S.
DATE
BY
R.v.S.
DATE:
ORIGINAL
DRAWING
DESCRIPTION OF REVISION
28 _ 3 -'73
APPR.: TITLE:
DATE:
CLAMPING D.C.PLATE ON BOLTING BAR WITH
SCALE
HEAVY
WEDGES DRWG. No.:
E-68
\ ---_._---------------------------=---~
o REVISION DRAWN .:
28-3 -'73
R. v. S.
DATE
BY
R. V. S.
DATE:
OR I GI NAl
28- 3 -'73 .
N.V. METAWA TIEL
~
DRAWI NG
DESCRIPTION OF REV(SION
HOLLAND
APPR.: TITLE:
DATE:
PANEL FASTENI NG ON O.C. PlAT E WITH
SCALE
BOlTS and WAS HERS DRWG. No.:
E-56
/'
o REVISION DRAWN.:
28-3 -'73
R. v. S.
DATE
BY
R. v. S.
DATE:
ORIGINAL
28 - 3 -'73
.v. METAWA TIEL
DRAWI NG
DESCRIPTION OF REVISION
HOLLAND
APPR.: TITLE:
DATE:
PANEL CLAMPI NG ON D,C. PLATE WITH BRACKET and WEDGES
SCALE
DRWG . No.:
E-57
o REVISION DRAWN.:
28~3-'73 DATE
R.V. S.
R.v.S.
ORIGINAL
BY DATE:
DRAWING
DESCRIPTION OF REVISION
28 -3 -'73
DATE: .
APPR.: TITLE:
PANEL WliH
SCALE
FASTENING ON D.C, PLATE WEDGES DRWG. No. :
E-58
----~ ~--~----~ .
,
nut ~
( tackw.>
mat 3-6mm thick
Rv. S .
28-3-'73
R.v . S.
REVISION
DATE
BY
DRAWN.:
R. v. S.
DATE:
ORIGINAL ORAWING DESCRIPTION OF REVISION
28 - 3 -'73
APPR.:
DATE:
PANEL CLAMPING ON O.C. PLATE
TITlE:
WITH Bal TS and WASHERS SCAlE
3 BOLT LENGTH NOT MORE THAN 5 THREADS ABOV E WASHER
M-10
GS40/~11
Bol t
o
28-3-'73
REVISION DRAWN.:
DATE
R. V. S.
N .V. TIEL
R.v.S . BY DATE :
ORIGINAL DRAWING DESCRIPTION OF REVISION
28 - 3 - 73
M~TA
APPR.:
DATE:
TITLE:
A
TRAY
CLAMP - BOLTED
HOLLAND SCALE
. -. _.-
tackw.
DRWG. No.:
E-62
--------------------------.-~--------__l
Vo e t r ing en a n ke rbouten.
De voetring is berekend volgens D1302 van het Stoomwezen:
(1)
Sterktebereke ning van verankering met cirkelvormige voetring o Volg e ns dit blad moet de berekening uitgevoerd worden voor twee toestanden. a) Gebruikstoestand. Toestel en ondersteuning belast door wind eigen gewichtskracht en gewichtskracht van de vulling.
b) Beproevingstoestand. In ons geval is dit niet van toepassing. Deze berekening gebeurt alleen als in gemonteerde en opg e stelde toestand geperst wordt.
De ankers moeten op sterkte gecontroleerd worden.De materiaalspanning 0l moet voldoen aan:
°1 =
(/~-?) .0,
Sjas-nlf
~ 0 Lj ;
;f~I
Hierin is Mb=het op de fundering uitgeoefende buigende moment als gevolg Van de windbelasting en exentrische gewichtskrachten. (N mm ) P=de op de fundering uitgeoefende totale gewichtskracht&P . van het complete toestel met inbegrip van vulling en ondersteuning. (N) Dl=middellijn anke rcirkel. (mm) D =kern middellijn ankers . (m m) 2
- 40 -
n=aantal ankers. (-) 2 Rel=rekgrens ankermateriaal. (N/mm ) Ook de vlaktedruk op de betonfundering moet gecontroleerd worden. Aan de twee onderstaande voor waarden moet voldaan zijn: o =0 +0 2 2ja 2jp
5,5 N/mm
o 2max =0 2ja +0 2jp +0 2jm
2
7,5 N/mm
2
waarin:
p
o 2jp =- - - , - - 3 ,14.b.D
=
o
;2 j m
O
2
2 = totale vlaktedruk beton. (N/mm )
O
2 max
O
Mb
-0-,-7"""8-5-.b-.D-
2 ja
2 =maximum vl akte druk beton. (N/mm )
2 =vlaktedruk beton door aanhaalkrachten. ( N/mm )
2 02jm=vlaktedruk beton door moment. (N/mm )
O
2 jp
=vlaktedruk door gewicht. {N/mm2 )
b=br eedte voetring. (m m) bl=breedte voetring buitenzijde. (mm) b 2 =breedte voetring binnenzijde. (mm) D=gereduce erde middellijn. (mm)
D3=gemiddelde middellijn onderzijde skirt. (m m) - 41 -
De dikte van de voetring kan nu bepaald worden met behulp van
en
d =b 2
4,5·°2 max
dl=dikte voetring buitenzijde. (mm) d =dikte voetring binnenzijde. (mm) 2 2 R =rekgrens materiaal voetring. (N/mm ) e2
- 42 -
Berekening voetring en ankerbouten.
Gegevens voor de berekening: materiaal van skirt en voetring:kool st ofstaal C 45. materiaal van de ankers:Fe 37. aantal en afmeting v an de ankers:24XM30 rekgrens van het ankermateriaal:R
A
-----~-=-
J
el
2 =235,5 N/mm •
i --..<. ~ -- -- -":;.. - -f)
~30~-t--
Sterkte controle:
4.11,8.10 3200
8
- 2,35.10
5
=
86<.0,4.235,5=94,2 N/mm
2
De sterkte voldo e t dus aan de eis o
Controle -op vlaktedruk: 2 0,1.Rele n • D2
o 2;a =--~-- b.D
= 0,75
=
N/mm
2
200.2 880
- 43 -
0
p
=
2;p
. . 5 .·2, 35.10
=
= 0,13
3,14.200.2880 8 11,8.10 Mb = . 2 =0,91 2 0,7 85.200.2880 0,785.b.,D
N/mm
2
3,14.b.D
o 2;m=
N/mm
2
Nu toetsen aan het criterium: O
2 = °2 ;a +
0
2jp
= 0,88 L 5,5 en
0
5,5 N/mm
~
N/mm
2
2
voldoet.
/ 7 5 N/mm 2max =0 2ja+0 2jp+0 2;m~ ,
2
. 2 =1,79<'7,5 N/mm voldoet. Dikte voetring : De dikte aan binnen- en buitenzijde is gelijk genomen: dl =d 2 : à • 4,5. 0 2 max
-----
4, 5 • 1,7 ~ =100 26 • 9,81
=
0,018
m
neem voor d=20mm.
- 44 -
Skirt Het skirt heeft een hoogte van 3,5 m en een wanddikte van 12 mm en is zodanig tegen de romp van de kolom geplaatst dat het hart van de kolomplaat en het hart van de skirtplaat in één lijn liggen. De verbinding is als een stompe las uit te voeren.
Om het skirt extra weerstand te geven is voor een halve tophoek van 14 o gekozen, dit overeenkomstig de eisen van het stoomwezen blad D 1302. Het materiaal waaruit het skirt is vervaardigd is koolstofstaal C 45. Voor de constructieve uitvoering van het skirt wordt verwezen naar tekening nr. 702. berekening. De minimum wanddikte van het skirt moet zijn: (volgens D0101)
3,5 mm
met toeslagen en toleranties behoeft .geen rekening te worden gehouden. Voor corrosietoeslag is minimaal 2 mm materiaal vereist. De keuze van 12 mm voldoet dus ruimschoots aan de eis van
minimu~
wanddikte, die hier 5,5 mm blijkt te zijn.
Het grootst optredende buigend moment ten gevolge van de windbelasting op het skirt bedraagt:
l\y
=
1,18. 10 9
Nmm
(dit is inclusief moment van reboiler).
De gewichtsbelasting t.g.v. de kolom en eigen gewicht bedraagt: p
y
2,35 • 10 5
N
De aangebrachte gaten voor de leidingen dienen versterkt te worden tot de verzwakkingsfactor de waarde 1 heeft bereikt. berekening van de spanningen: Alleen de membraamspanningen in langsrichting worden in rekenong gebracht:
ax;2
=
waarin
dax;p 6ax;M
=
(5'ax., M
-
p
y
- 3,14.d.(D -d).z.cos e
~y
1,57.d.(De -d)
a
2 ----:--:"-
(z-0,5)
Voor z zou ook gerekend kunnen worden met
z
3,14.D e - s 3,14.D e - 45 -
waarin s de vermindering van de omtrek is t.g.v. de openingen. In de procesindustrie moeten deze openingen echter versterkt
worden. Dit levert voor de membraamspanningen:
d ax ,• p
=
2.35 • :lQ5 3,14.10. (1145-10) .1.0,97
=
.
10 9 1 2 18 1,57.10.1135·1135.0,5
dax;M
6,8
N/mm
117,0
N/mm
2
2
hiermee
c5 ax; 1
-6,8 + 117
110,2
dax;2
-6,8 - 117
= -123,8
N/mm
2
N/mm2
sterktecontrole: De spanningen moeten voldoen aan de volgende twee voorwaarden:
I({
ax; 1
I~
I d ax;2 I ~
f f
waarbij f afhankelijk is van de aansluiting van het schort op de kolom. gekozen i? voor een spleetloze las. Dan is f de kleinste van de volgende twee waarden;
0,5 . Re (e m) 0,33. Rm Voor het gekozen koolstofstaal levert dit f = 127,5 N/mm2 (DIN 17100) De optredende membraamspanningen blijken toelaatbaar te zijn. stabiliteitscontrole: De materiaalspanning moet voldoen aan:
lc!ax;21~ 8'(~e-d)
• Et (9 m)
Uit VBR 14 wordt gevonden
d
I
ax; 2
I~
10 8. ( 11 35 )
De optredende
d ax;2
Et (G m)
• 1,67.10 5
1,67.10 5
N/mm
2
184
van 123,8 N/mm2 geeft dus gee"n stabilitei ts-
problemen.
- 46 -
Mangaten:
Bij de sterkteberekening van de wand van de kolom is naar voren gekomen dat de verzwakkingsfactor in de bodem van de kolom minimaal 0,92 mag worden. Dit betekend dat het mangat versterkt moet worden tot z de waarde van 0,92 aanneemt. Het mangat mag maximaal een diame ter van 500 mm hebben. De verzwakkingsfactor van het mangat wordt aangeduid met z5. Alvorens men deze kan bepalen berekend men eerst de versterkingsterm w • 1
=
2.(k ·A 1 + k 2 ·A 2 ) 1 d • D
= k 2 op 1 wordt gesteld = wanddikte van de kolom, = diameter van mangat,
waarin:
mm mm
= de in rekening te brengen doorsnede-oppervlakte ·· 2 van d e vlakk eversterk lngsrlng,mm
=
de in rekening te brengen doorsnede-oppervlakte van de tubulure,
mm
2
Om de benodigde versterking te bereiken is gekozen voor een tubulure met een wanddikte yan 20mm (dus formulewanddikte
=
18 mm). en een vlakke verstevigingsring van
12 mm (formulewanddikte
=
10,5 mm).
Zie ondè rstaand figuur.
l'
I I
Ji
-_J
- 47 -
Voor de maximaal in rekening te brengen hoogte van de pijp of staande ring h
geldt de betrekking:
max
= 524 • 18 waarin:
D e2 d ' 2
= 97,1
mm
=
uitwendige middellijn van de pijp
mm
=
formulewanddikte van de pijp
mm
Voor de maximaal in rekening te brengen uitvlendige middellijn van de vlakke versterkingsring moet de kleinste gekozen worden van de volgende vier Haarden: 1. 2. 3. 4. waarin:
D e d 0
d
2
D + D .d e D + D .d
o
2
+ 2.d 0 + 4.d
e 2.D + 2.d 2 2.D + 2.d 0 + 4.d
= = =
uitwendige diameter van de cilinder
mm
VODr inwendige druk vereiste dikte Voor de pijp, mm formulewanddikte van. de pijp of staande ring
Bepalend is 1. voor d
+ 2.d
= 500
De1max
+
1100. 10,5 + 2.10,5 = 628,5
=
3,35 mm
mm mm
geldt volgens D 0201: d
0
Nu kunnen A 1
=
Pd
. D.
1
2.z.f - Pd en A bepaald worden: 2
= . De1max
- 500
628,5 - 500 d
2
=
h
max
• ( d - d
1max
=
0
=
.12
2
97,1 • 14,65
= 771
mrn
=1423
mrn
2
2
Hiermee kan de versterhingsterm Hl bepaald worden:
=
2. ( 771 + 1423)
=
0,835
10,5 • 500
De verzwakkinsfactor z5 wordt berekend volgens blad D 0501:
= waarin:
z k
o
=
zo 1
k + 0,5 1
= 0,9Lc + 2
c
=
+ 3,64.c + 5,47.c
2
D
VDe od
- 48 -
Voor de beschouwde opening levert dit achtereenvolgens:
=
c k z
o
=
500
=
'V1100.10,5
4,65 1
0,91.4,65 +
2 + 3,64.4,65 + 5,47.4,65
= - - -1- - - 4,24 + 0,5
=
2
=
4.24
0,21
dit geeft z5
=
= 0,95
0,21. ( 1 + 4,24 . 0,835 )
Het mangat is dus voldoende versterkt. Voor het mangat dat ter plaatse van de voeding wordt aangebracht behoeft in principe niet tot z =. 0·,92 versterkt te worden, omdat het buigend moment ten gevolge van de windbelasting ter plaatse kleiner is dan in de bodem. Het is echter geen bezwaar dat het gat sterker is dan noodzakelijk, daarom is voor dit mangat dezelfde constructie gekozen. Het mangat in de top van de kolom moet versterkt worden tot z
= 0,84
(hier is de inwendige druk bepalend).
Gekozen is voor een tubulure met een wanddikte van 10 mm
= 8,5
(zodat d
mm)
De berekening is analoog aan de vorige. h
max D e1m d 0
Al A 2
= = = = =
66,5
mm
500 +
1100.8,5
+ 2.8,5
=
614
mm
3,35 mm 684
mm
908
mm
2 2
De versterkingsterm w wordt hiermee: 1
w 1
=
2
.( 8,5
684 + 908 )
. 500
=
0,75
Voor de berekening van z5: c
k z
0
= = =
500 1100.8,5
=
5,17
4,71 0,19
- 49 -
dit geeft:
z5
=
0,i9. ( 1 + 4,71 • 0,75)
=
0,86
Hiermee wordt aan de eis voor de versterking voldaan.
50 -
Scheefstand van de kolom. Tengevolge van windkrachten en andere krachten die buigmomenten in de kolomdoorsneden veroorzakentzal de kolom doorbuigen. De scheefstand van de bovenste schotel van de kolom is te berekenen met behulp van de betrekking uit C~ J Aangezien de kolom uit twee delen bestaat(tot 17 meen wanddikte van 12mm en van 17-31m een wanddikte van lOmm) moet de berekening ook in twee stappen gebeuren. Voor de hoekverdraaiing van het onderste gedeelte van de kolom geldt:
Voor het bovenste gedeelte geldt: -~
~. J-' . ~ . ~
~ez
(
l;f ' .f
l
/;Ia - ft) _11
("'1,
l' ~
k/~
I
111. ) IJ"
Jïj
r-,(,.J ;Ir _11
I
Hl =lengte onderste gedeelte van de kolom. (m)
"
.l
I
H =lengte gehele kolom met uitzondering van de bolcap. (m) 2 ~k =totale
kolomlengte • (m) 3
f=dichtheid van lucht. (kg/m ) v=windsnelheid. (mis) D=kolomdiameter. (m) 2 E=elasticiteitsmodulus. (N/mm ) 4 I =traagh el'd smoment van d e k olom. (m )
ck=vormcoëfficient voor de kolom. (-)
Voor de gehele kolom is de hoekverdraaiing aan de bovenkant gelijk
aan:~
-=
t 11;- r) - 51 -
'
Als nu de windrichting in de richtingvande
overstort-
rand is,is bij een lengte 1 van de overstortrand het hoogteverschil tussen twee uiterste punten van de overstortrand:
Als criterium voor,A h nemen we:
A
;!ffla.t·
< ~/.J( -4'ff~
Ch v I oelsto . f=nom. hoogte vloeistofniveau boven de schotel) . met .
.
fi:J; 2 kglm 3 ·V lucht =45
mi s (in overeenstenuning me t het stoomwezen)
~=0,67
D=1,28 m(diamete r plus isolatie) 11 2 E t 1=2,1.10 N/m s
a~
1= R t
H =31 m k H =17 m 1 H =30,5 m
2
A4 ,: ~ ..r -1"= j{.t.u,,- J,Jf Cri te ri urn voor
11/ =
4!1 ~ :
4~_<~/~~:
- 52 -
Trilling sti jd van de kolom.
Als een kolom elastisch uit zijn evenwicht wordt gebracht bijvoorbeeld door het exploderen van een in de buurt staande kolom of tank, bestaat de kans dat de kol om in een harmonische trilling komt. Voor de trillingstijd van deze beweging geven Brownell en Young
(3) de volgende relatie:
T=trillingstijd (sec) H=totale kolomhoogte (ft) D=kolomdiameter (ft) G=kolomgewicht (lbs/ft) t=kolomwanddikte (inches )
Voor de door ons beschouwde kolom levert dit een trillings tijd op van T=1,3 seconden.
In gebieden waar gevaar voor aardbevingen best aat is de kennis van het trillingsgetal van groot belang . Zware bevingen liggen tussen de 1,3 en 1,5 seconden ongeveer. Lichte bevingen liggen tussen 0 en 1 seconde.
- 53 -
Warmteoverdrachts apparatuur.
In het verslag van het technologisch gedeelte zijn de resultaten van de globale berekening van het warmtewisselend oppervlak vermeld op blz.
67.
In dit hoofdstuk zal alleen de condensor vande pip kolom in detail worden berekend. De warmtetechnische berekening wordt uitgevoerd naar voorbeeld van Holland (2). Vanwege de kleine temperatuurverschillen over de condensor blijkt een relatief eenvoudige vlarmtewisselaar met vaste pijpplaten toegepast te kunnen worden. Daar echter voor de koeling vervuild en vaak brak Rijnmond water wordt gebruikt, is nu in tegenstelling tot het in het T-gedeelte gestelde, gekozen voor circulatie van het koelwater door de pijpen en condensatie op de pijpen. Bij demontage van de verdeelkasten
z~jn
de pijpen nu op een
eenvoudige wijze inwendig te reinigen. Bij een optredend lek in een pijp kan de betrokken pijp worden afgeplugd. In het hierna volgende gedeelte zal de condensor eerst warmtetechnisch worden berekend en vervolgens, uitgaande van de daarbij gevonden waarden, op sterkte worden berekend volgens de regels van het stoomvlezen . Voor de berekening van de condensor zijn de volgende aannamen gedaan: - horizontale pijpbundel-mantel condensor met vaste pijpplaten. - koelwater door de pijpen, procesmedium condenseert op de pijpen. - brak koelwater (licht corrosief). - materiaal mantel en fronten: H volgens DIN 17155. II materiaal pijpen en pijpplaten: aluminium-messing volgens DIN 17660
- 54- -
Rekenschema warmtetechnische berekening: 1. Bereken de af te voeren warmte Q in de condensor (hier gegeven). 2. Bereken de massastroom van het koelwater door de buizen. 3. Bereken het gemiddelde log. temp. verschi14 T . 4. Kies een stroomsnelheid u van het koelwater ~gor de buizen en bereken het minimale benogigde stromingsoppervlak S. per tube pass. 5. Bereken het minimaal aantal benodigde pijpen per tuBe pass. 6. Bereken de minimale manteldiameter D.. 7. Corrigeer het aantal benodigde pijpe~ dat bij de gevonden (en afgeronde) D. in de mantel gepast kan worden. 8. Bereken de fäctor jb voor de warmteoverdracht aan de pijpzijde. 9. Bereken hiermee de lnwendige warmteoverdrachtscoëfficient h .. l 10. Neem de maximale pijplengte L=16 ft. 11. Bereken de totale warmteoverdrachtscoëfficient U.. 12. Bereken hiermee als eerste benadering de uitwendige warmteoverdrachtscoëfficient h zonder vuilweerstand. 13. Bereken de wandtemperatu~ van de pijpen T en schat een w gemiddelde condensaat film temperatuur T . f 14. Bereken bij T de viscositeit, dichtheid en warmtegeleidingscoëff. f van het condensaat 15. Bereken de uitwendige warmteoverdrachtscoeff. uit de van Nusselt afgeleide correlatie en corrigeer hiermee de wandtemperatuur. 16. Bereken met deze tweede benadering van de wandtemperatuur de viscositeit van het koelwater en vervolgens de term N . . 17. Bereken de inwendige warmteoverdrachtscoëfficient opnYê~w met de hierboven gevonden term. 18. Bereken de wandtemperatuur en de filmtemperatuur opnieuw met de gecorrigeerde h .. 19. Bepaal bij dezetweêde benadering van de filmtemperatuur de stofconstanten. 20. Bereken met deze gegevens hopnie uw. s 21. Bereken vervolgens de totale warmteoverdrachtscoëfficient zonder vuilweers ·tand. 22. Nu moet gecontroleerd worden of de maximaal optredende vervuiling toelaatbaar is bij bovenstaand ontwerp. A. Indien dit erg ruim is kan de lengte van de pijpen (zie punt 10) verminderd worden. B. Indien dit niet toelaatbaar is dan moet het aantal tube-passes worden vermeerderd .
Controle op drukverlies: 1. 2.
3.
4. 5.
Bereken de weerstandsfactor jf voor de stroming door de pijpen. ~erek2n de dr~kval. Neem voor e~ke tube pass vier maal de term 2' .u extra l.V.m. stroomomkerlng. Kies een baffleafstand b en bereken het Reynoldsgetal voor de stroming aan de mantelzijde. Bereken ~e weerstandsfactor jf( s) ' Bereken de drukval.
- 55 -
Symbolenlijst behorende bij warmtstechnis c he berekening: 2
A
Warmtewisselend opp er vlak
m
b
baffle (ke ers chotten) afstand
m
c
p
spec. soortelijke warmte
d
pijpdiameter
m
D
manteldiameter
m
g
zwaartekrachts versnelling
G
massastroom per pijpdoorsnede
kg/s.m
GI
dampbe lasting
h
film warmtedoorgangscoëfficient
kg/s.m W/m 2 .oK
jf
wrijvingsfactor
jh
warmteoverdrachts factor
k
warmtegeleidingscoëffici e nt
L
lengte van de pijpen
m
aantal rijen pijpen in halve mantel
Pm
Massastroom
n
N equiv. aantal pijpen
n
2 2
m
max. aant. pijpen betrokken op inw. diam. mantel
D LP
m/s
ks/s
n
n
9,81
aantal tube passes tota al aantal
T Pr
Prandtl getal
Re
Reynoldsgetal
St
Stanton getal
~ijpen
N~is Viscosite its verhouding p
tube pitch (pij ps teek)
Ap
drukval
of inch 2 2 N/m of pdl/ft
Q
warmtestroom
W
Rf
vuil weerstand
S.].
Doorstroomd oppervlak
T
tempera tuur
W/m2.oK -1 2 m oK of oe
t6Tlngemiddel~ logaritmisch temperatuursversch.
m
oe
mis
u
snelheid
u.].
totale warmteoverdra chtcoë fficient
2 e W/m • K
x
wanddikte pij pen
m
dyn. viscositeit
Ns/m
dichtheid
kg/m 3
w
- 56 -
1I14.tJ~.Jn;om
é~ C6J~ s.wevv
/;em.perv.1uar
1JfÀ1/l-
t~a.át-ur~C#tjJtruéW
[p2.
dal/v1f :
da.w.;o
1;5"" .,
kadwd~ PI'l Iwdtuai;ev- wf
Láhu~ ~ fJ(j~
drû.keJt.s..sw maX. fodad-~ VW"VWltAj5/ac.lovfl!UU.
ktls
7- IJ
C.
:Zff
Pc.
~5"
~
C
'.3,05"
f11m
.25; Ifo
?nm -41
~5. /0
'
tod. drukvcJ fJbfZ.~·de
jJro;;an
[%~ov]
J(n;tvlM'
~S() cvf-o
mor . foei. dvuiümJ. tlUJuiel2ittLt-
OJIO
_J
do
volj"". lid/ow()(2)
~ T:f1 =1f'j'°C
Ge' '
)
~~===========:;-I
1- ~Ud" 3~(O{
-;:r-)-
~ Tw l
COrrelaties
CHe#1l ca l
lALt
I!/oe/sfvlfl~ ..
T
Vu
I
shal/
pa..f>5 .
1; tuk F55e5.
Ci:,,:::.z<;
:: '15"'"c:
E/I1fJt'n.(J2N~
...
ai-
en
f
S
At'Ov.
1{j16.
ok
::::
/ 31;, ol;
b
-
I/I!.;";.
oMvda/M.~kc->fOr-- :
T
80.
-7' T~ to .
k. ~ /tflf . 10 -~ ~ee/6
-
57 -
gasfP.,se
= 560 fgf!j8VeMS
P-c.
--
1~9Jo
pc
=
/000
=
L;(tfJL;
e
fc
Jre R-
:::
0,6/
=
~f(3
S t00r?jeufMS
~W
--
(66'
lwelwafar, -ti
,{IJ
'tg
T =:
30·()
!lI~z kff/fY13
J/Ict lAfM
tJ /(
/?Jf~1
300
~i<
- 58 -
).
Q::;.
J.
rf/vlc ;:
-? j,
l>gtY
JO
epe
(7;t«( -
::::.
4 T0-.
4 T4
.4
:::
~G
:J
nr ::
no1
Je.
Ar
--
m
2
jJJ'~5S
16'0/3
11tM1
.yttuk~~.
dt':Z
b
61(3/
rv
Oe>3/5'5' .J
-
5; 1/.
L
~
Si
'-i
0
/
LlTud
IJ
(lLp
IL;'-f
--
L1r~
::.
=
'0/0
k%
!;7J 3
--
-.4 Tud'
Uc
hT
h/~. 11. 'Ig-ededle)
(zIe
W
Q
, t{. fi. ..--
G
(;;fJr -11
g,eell-
/lp ;:
2g,zg
3
iJl-
6.
"'--
.-".
p
Dt.'
fl.f.LVvi
(nv +-) -= /nd
:;;;- 32
30.,2;
incÁ
(c/Yo~ htUlr bovw
j
5mhdcu:urd
IiwLLt).
----
nD
,-
m -
nT
-
rJ/V --
3 I
~571
nD
tn (z ho /Jo -;--1
-
T ~'I23
JJ1)
=
:::-
/ tJ,31
T:Jg/g
- /6
Z
- 59 -
:<
-
S"0Corr) L
UC{wY-~
iT
dl '
t.;
:;
-
f),
:;::
In
é)/o3lLffJ
'I
!hc-
--
IJ:Z
7
IJ{
5;(wr-r) . fJe
8.
.---
Ge
~Mc-
:::
:;
krK
/:z6~o/
--
Si
}Ac.
-
7:JJ) ,
Re
==
Ge. . dl.'
lO
-'7
111 2
Ali/ml--
2'joo~3
-
(!)? 00
Ac-
Jh 1),
/0.
./'
0/0 2 1
==
(Re)O ,2
ht'
=
.hi
-
L IJl'
j~. 'joe- . Ge. Pr) '4 , kvl)~o,l;;
:=
/I,
Ut' --
/1,
..:l- -
0/
1
9
::::- I
,
~z ek
60g2./9-
=
fA ~6- kroJ
f}eem
t 0
,-
U,,'
3(]62
L;>JJ?7
nr·
Q fh', ATk J
he'
L
TT. dl" "
i-
=
--
I
dJ/;/ !3
-*w ' dm
T
2-
\V4~ok
b
11;3/
/lJy , d.(
')1/J
-d/
ct.,
,
/ --..
hs - 60 -
--13. J
+
~-<.~.
hs .40
::::
bri deu
I~.
--
.
~~~ 2cj~ dL. 5&1/;~~5
~I ~
~7.zfi .
P/ : :
IttPo, q
~/;
I, 02/J
tCJ
-f
:
111%2-
htlm 3 .
tp
-I
WJn ~/(
ae brm Inr}~br~f de. hûit1/1kcdtl1j ~ bOUW .eJke~ &y~ f?i;~ /;".. 11&kv.M.""J
Re
I
/ 031'
Tw -
- 61 -
....ib.
(,!V /,/'1 hi
ti·
~3cY
=
ll't"5
-
60321g
::::.
~2ol;
62J712
-
~grf 0
Tw
-
/f.
--
Tt
32 1
tt (.
3 2 J?t + Lr?
--
3~gOC
-:=.
Z
~I
=
PI --
20
--
6
7
ttb.
10-5"
4J!o,y
AI~2-
"14 3
kl-
~
IJ o3ocf· Lt;-
hs
=
1217 tiJ
I
ûJ4 i 0
~~~
;;e~l1)
tcu&de ~ ~dL ~b7! ~ ~M~. Er ~M- I'UA- ~
IJe
is . ~!~ { '~
sk.p~ ~ ~!.
H(erw~ ~ c&
,folnk
ifOé)v-
~ ~sor (Z/lAtUv- trer(;{U'~)
GU~,k.~coej!u~ 4.J~ ~.
-
t
J.
- 62 -
~'2-. Uî~ "f'
(.v. lfI.
'~1') - I
t(~df ww.~ "
_ f
t{)
-y
::
f~5J·«/ [~20t;]
Hieruit blijkt dat deze condensor net niet voldo et wat betreft de optredende v ervuiling . Er zijn t wee moge lijkheden om het ont werp we l
aan de eisen te laten
voldo en . Vergroting v an het aantal pij pen . - Ver gro ting van de pijplengte. Ver meerdering van het aantal tube-passes zoals vermeld in punt 22-B is in dit geval
nie~
mogeli j k.
4 tube-passes en I shell-pas is
maximaal haalbaa r.
-
63 -
·
jt ::
"
(Ja~
Ja/f:- L1 f
:=:
fu:U"6~' tuy ?Ic/~
- 64 --.
•
•
... - .
~
..
-------.~..-
--
- _ '--~"-',,~"''''-'-''''''
.,--....--~"1' .... S!'
Bij Tebodin in Den Haag is, uitgaande van dezelfde gegevens, een warmtetechnische berekening uitgevoerd op de computer. Het resultaat komt vrijwel overeen met de hiervoorstaand e berekening. Een groot voordeel van een berekening op de co mputer is, dat het programma ook een opti malisa tie berekening uitv oert, zodat snel het meest ide a le ontwerp wordt verkregen. Verder is ook in het programma een controle op trillingen v an de pijpen opgeno men . De resultaten v an de co mpu terberekening zijn hieronde r vermeld en zullen dienen als uitgangspunt voor de
bere~ening
op sterkte
van de condensor. Bij de ver geli jking van de resultaten kan nog o pgemerk t worden. - de warmteoverdrachtsco~fficienten zijn vrijwel geli jk. - het aantal pijpen is bij de berekening van Tebodin groter, deze conclus ie werd al aan het eind van de voor staande berekening getrokken. - de drukval aan de pijpzijde is bij de berekening van Tebodin iets l ager omda t de snelheid van het koelwater in de pijpen ook al iets lager li gt .
- 65 -
Resultaten computerbere ken ing Tebodin:
= = =
af te voeren warmte gem. log temp.verschil Overall coëf. benodigd
. 106
2,11 lJ+,4
oe
577,19
W/m2 .oK W/m 2 • OK
Overall coëf. werkelijk
= 1093,3L~ = 578,77
aantal pijpen
=
896
aantal tube- passes
=
4
W.W. oppervlak
261
inw. diam. mantel
= =
aantal baffles
=
8
onderlinge afstand baffles
0,5927
uitw. diam pijpen
= = = = =
lengte pijpen
=
Ov eral l
coëf. berekend
dikte baffles baffle cut inw. diam. pijpen
=
driehoekssteek
mantelzijde cod ens . nroneen massastroom rj /ol m Tin
w
W/m 2 • oK
2
m
m
0,8636
m 10- 3
9,5
m
%
27,9 10- 3
m
19,05. 10- 3
m
15,8
m
4,877 25,4
.
10- 3
m
pijpzijde koelwater
P
=
=
5 0 ,6 kg/s oe 25
dichtheid
7,11 kg/s massastroom me T in = 45 ee oe T uit = 45 2o ( warmteoverdr coef =lL~41, 2 W/m 3 = 43 kg/m dichtheid
drukval
= 0,05
bar
drukval
= 5940,2 w/m oe = 994,25kg/m 3 = 0,3 bar
snelheid
= 0,98
mis
snelheid
=
Tuit warmteoverdr coef
= =
35
oe 2
1,16 mis
Maatgevend voor trillingen in pijpen is de vortex shedding frequ e ncy (FVXSn). deze moet kleiner zijn dan 0,5 maal de laag ste eigenfreq. van een pijp (FTUBE ). Fvxsn/FTUBE
= 0,266
- 66 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ . ____ _
t·
_
Sterkteber ekening van de onderdelen van de condensor.
De volgende onderdelen worden op sterkte berekend:
1. Hantel 2. Pijpplaat
3. 4.
Fronten Flenzen.
De berekeningen werden uitgevoerd volgens de daarvoor ge ldende re ge ls van de dienst VQor het Stoomwezen en de numerieke uitwerking is te vind en in bijlage 1. Al s ma teriaal voor de mantel en fronten is geko zen H ke tel plaa t II volgens DI N 17155. Materiaal wat in contact komt met het licht corrosi eve koelwater zal o f uit speciale corros iebes te nd ig e metalen moe te n bestaan, of bescher md mo e ten worden d.m.v. galvaniseren . Als materiaal voor pijpen en pijpplaat is aluminiu m-messing geko zen volgens DIN 17660.
Mantel : materi aal. k e t e lplaat H II berek ening sdruk. 21 ato. benodi g de di k t e vol ge n s stoomwezen blad D 0201,
>'
d
met:
Po • D.1 2 .z.f - Pd
=:
7,16
=:
ber ekeni ng s dru k .
N/mm
D.
;:;
inw. diam. cilinder
mm
z
;:;
v e r zwakkings f a ctor
f
;:;
ont werpspanning
Pd 1
gekozen dikte
N/mm
mm 2
2
d;:; 10 mm
- 67 -
Pi.ipplaa t: materiaal. Al-messing berekeningsdru k:
= 21 = 5
Pds
ato
Pdp ato benodigde dikte volgens stoomwezen blad D 0404
= 31,9
mm
Pd
= berekeningsdruk voor pijpplaat
Z
= verzwakkinsfactor
f
= ontwerpspanning
N/mm
Dl
= bevestiging s middellijn
mm
C
= rand en steunfactor
met:
gekozen dikte
= 35
d
N/mm
2
2
mm
Fronten: materiaal. H
II ketelplaat
berekeningsdruk.
Pd =
5
ato
benodigde dikte volgens stoomwezen blad D 0203
= 1,7 = =
met: Pd D e cl c 2 zl f e
mm
berekeningsdruk
N/mm
uitw. middellijn front
mm
2
vormfactor
= = =
spanningsconcentratie factor verzwakkinsfactor ontwerpspanning
gekozen dikte
d
=
N/mru
2
10 mm
Flenzen: materiaal: H
II ketelplaat
berekeningsdr uk.
Pds
= 5 = 7
ato
Pts ato benodigde dikte van blokflens volgens blad D 0701
d
=
50 rum
gekozen dikte d
= 50
mm - 68 -
Bijlage 1 Berekening van de onderdelen:
1. Mantel. stoomwezen blad TI 0201. Pd
= 21 bar
TI.J. z
880 mm
2,1
N/mm2
verzwakkingsfoctor volgens TI 0501
z
o
1 k + 0,5 1 2 2 + 3,64.c + 5,47.c
0,91.c +
k
TI =1jTI e ·d'
c
1,6064
2. (k 1 • A 1
d.TI 1 1
°max
h
max =
h
.(d
-ITI e 2 'V
• d
d2
8,5 mm
TIe 2
172,4 =
0,351
=
0,7614 0,67.R
2
2
-
d )
mm
267,4
0
2
38,2
=
mm
e
7,16 gekozen dikte
d
10
mm
mm
- 69 -
2. Pijpplaat stoomwezen blad D0404
Pds
2,1
Pdp D 1 D2
0,5
N/mm N/lplD.
970
mm
910
mm
6,5.10 5
A
mm
A
2,795.10 4
A
7,07 .10 4
s
P D ep d P E
P
Cl Cl
1,625
=
s
1,029.10 5 5 1 ,029. 1 2,058.10 5 .10- 6 11 , 6 19,0 .10-
°
°
s P
À z3 d I
a
L
9 gs Sgp
mm
19,05
E E
mm
=
gekozen
d
1 a2 a
2
a
3
4 u 1 u2
2 2
mm
u
mm
z
N/mm N/mm
2
3
= =
6,93 1 0,79
=
9,193 23,25 0,7208
= = =
0,5942
°0,3195
d1
2
2 N/mm m/m.oC
d'fZ =
0,44
percentage
°Egeleg:d ingeklemd 0,260
0,7598 0,2137
Pp
m/m.oC
mm
45 30
d
·a a
2
C C· 1 C2
35 = 824,6 4877 =
2
=
3,70
=
-0,31
34
0,215
N/mm
=
0,647
N/mm
mm 3
Ps p
=
0,191
N/mm
mm °c
Pd
=
0,647
N/mm
126
f
N/mm
%
2 2 2 2 2
°c
>
. Y-A--'
C • D1
z. f
31,9 mm
.
35 mm
controle op axiale spanningen en tangentiele spanningen.
d ax1
11,72
dax2
- 4,04
11
=
- 0.04
11
=
- 4,47
11
d ax5
12,77
11
ö' ax6
8,84
11
d ax3 d ax4
N/mm
2
rltg1 d tg2 dtg3
2,68 =
N/mm
-11,26
11
- 8,58
11
2
- 70 -
de samengestelde spanning volgt uit
dv
de grootste samengestelde spanning
dv
moet kleiner zijn dan f 2 Aan deze voorwaarde wordt voldaan. =
20,82
=
~'6 ax5 2+ G"tg2 2-· d ax5 .d tg2"
0,7.Re
= 98.
.d
+ 2.d 2 )
controle op knik
d ax7
5,58 1200
= -
Ik Nu moet
mm
16 aX71~
E
k.
I
P2' (TI
ep
2 - 2.TI
ep
p
P
k
hieraan wordt voldaan. Tijdens de persproef met Ptp = 1,4 . Pdp ook aan de voorwaarde voldaan.
0,7 N/mm
2
wordt
controle romp a a a
4 4 4
. ( P dp - PP - PQ- ) . ( Ps P{.) )
.
met f
~
f
~ f
( P dp - P + P - Pe )~ s P =
0,9 • Re
f
229,3
Aan deze voorwaarde wordt in alle g evallen voldaan.
- 71 -
3. Fronten: materiaal
Hrr'
klöpper vorm conform opgave in catalogus
tankfabriek "Geertruidenberg" 2 0,5 N/mm mm = 900 = 4,1 = 1,033 =, 1 = c 3 f = 2 Re
Pd D
e
c
1
c
2 z1 f e d
"'?
d. ml.n
Pd
. 2
D
e
.
. z1
= 4 mm
c
.
.
1 f
c
=
2
509
N/mm
2
1,87
mm
e
volgens blad D 0101
gekozen uit constructieve overweging
d
10
mm
4. Flenzen: type: blokflens, a a nsluitend cilindrisch deel d
f1
10 mm
neem 32 bouten M 20.
- 72 -
D.
880
=
J.
D f1
970 10
mm
910
mm
1030 22
IDID
11
mm
d
f1 D g Df Df2
=
Df2 * F 1m F F F
F F F F F
mm
IDID
0
N N
1w
4,25.10 5 3,04.10 5
2m
0
N
2,95.10 4
N
2,11.10 4 5,2 .10 5
N
2,0 .10 4 2,2 .10 4
N
H
2t 2w 3m 3t 3w
F 4m M m Mt M = w =0 Mt* W BBm = WBBt = W BBw WBBt * df
mm
N
1,5
.10
2,48 .10
6 6 6
2,97 .10 6 2,16 .10 6 7,87 .10 2,986.10 4 2,986.10 4 2 I 86{). /0" 3,312.10 4 50
N Mmm Nmm Nmm Nmm mm 3 mm 3 ,"",3
mm 3 mm
N N
beoordeling van de flens: c
c
b
. WM
~
BB
ff
IIT .
b
='{~.
\\ 1 ,0065\ met minimum waarde van eb
Df1 (2.D f2 + df)
montage toestand
M cb'W = BB
perstoestand
cb '
M
WBB
83,6
~J
ffm
318,5
100,1
~
fft
= 293,0
:{.
ffw
= 254,8
M cb'W- = 72,8 BB Mt* C . - - = 239,16 b WBB*t
bedrijfstoestand: vormvastheid
~
=
1.
1,35.Re= 343,98
verder moet ook nog gelden. Mt-l
BBt *
D
--.1L
• 2.s ·E
1
0,017 rad. f
0,5.(d f + 0,9·Yd f1 ·(D i + d f1 )) 2,058.10 5 N/mm2 0,0078 rad,
De blokflens met dikte 50 voldoet dus, - 73 -
·
,
Constructieve aspecten:
mantel. Uit practische overwegingen is gekozen voor een uitwendige diameter van de mantel en fronten van 900 mmo Dit geeft een inwendige diameter van 880 mmo
pijpen bevestiging Eerst worden de pijpen in de pijpplaat voorgerold zodat er een goede aansluiting wordt verkregen. Hierna worden de pijpen gelast. Dit is gedaan om lekken van propeen in het koelwater te voorkomen. Vervolgens moeten de pijpen nagerold worden. De pijpen zullen na het lassen iets krimpen omdat ze i.v.m. hun dikte ten opzichte van de pijpplaat warmer zullen worden bij het lassen.
bevestiging mantel en pijpplaat De mantel wordt aan de pijpplaten gelast. De pijpplaat is in verhouding tot de mantel dikker. Daardoor wordt de warmte die bij het lassen ontstaat erg snel afgevoerd, wat een slechte las zou kunnen geven. De pijpplaat zal dan voorbewerkt moeten worden. (zie sChets). De las is op deze manier ook nog röntgenologisch te onderzoeken. Het lassen van staal op
aluminiu~-messing
hoeft geen problemen
lassen met een roldraad van Al-bron~ geeft goede 2 kwaliteit lassen. Eventueel kan, ter verhoging van de kwaliteit te geven. CO
van de las; de stalen mantel aan de uiteinden verkoperd worden. P!)PPLAftT.
/
I
74
keerschotten of baffles. Bij een horizontale condensor voor een enkelvoudige damp vervullen deze schotten hoofdzakelijk de functie van steunen voor de pijpen om knik en doorbuiging te voorkomen. Aangezien de te condenseren damp enkelvoudig is, is de onderlinge afstand niet van belang met betrekking tot het stromingspatroon in de mantel. De schotten zijn verticaal afgesneden. In verband met de condensaat afvoer is onderin de schotten een stuk weggenomen om stroming van condensaat van het ene compartiment naar het andere mogelijk te maken. (zie tekening 703) Keerschotten in de fronten.
Om 4 tube-passes te realiseren worden in de fronten keerschotten aangebracht. Om plotseling optredende drukverschillen in de compartimenten te vermijden wordt in deze schotten een klein gat aangebracht. (zie tekening 703). veiligheidskleppen. Indien een pijp zou gaan lekken is het mogelijk dat in de pijpen en fronten een hogere druk ontstaat. Daartoe wordt in één v an de fronten een veiligheidsklep aangebracht die is ingesteld op de berekeningsdruk (is gelijk aan de beveiligingsdruk van het koelwater circuit
=
5ato). Deze veiligheidsklep word t ook aan-
gesproken als de druk op zou lopen bij di chtstaande afsluiters terwijl de condensor ge vuld is met koelwater . In de mantel moet een veiligheidsklep worden aangebracht die bij storingen in werking treedt (zie hoofdstuk kolomregeling). pijpplaa t lay-ou! . Bij Tebodin is met behulp van een computerprogramma een pijpplaat lay-out gemaakt . ( zie figuur ). De bovenste 3 rijen zijn weggehaald om een stootplaat boven de pijpen te kunnen monteren. Verder dienen er nog 6 pijpen te worden weggehaald op de plaats waar de trekstangen komen voor de keerschotten. (zie tekening 703).
- 75 -
/-
"'2. ~;
Cl:
1:" l::
1:
~~.
0 d'
u
C'.'
>~
c.~
Cl
Cl ~'1l
lf'
;r-'
C-') ,t ~
è',j
,. <J
Z
0
cr
CY. W
--l
Cl
Z
~
on W (IJ
::J t-
C
0
Cl
,..., F '
>-
M
~ L; f- '
~.I
0
.... J
:.....l
.:
z
ik:
,,_1
J.
IL
cr
cr
Cl D
..J
u'
--l
:z::-
J
U
r
1:
I.
l. ;
W -1 U
>.
•.T
~
~.
:z
CJ
>-
I--
cr:
I-fr:
>-
0
"-
LW L
cr:
LW
0
v-,
I--
~J
I
~
t-
0
!L
LW
w
a:l
~
I--
CD
::J t-
N
CY. Cl I !Yr..d
>
0
I
(Y.
(I:
>~
I:
,.-
r
L1
t"'!
c: '-,
,, '
~)
~: g
'-
':
c.'
c'
Lw
n
I ( ',
L-;
lt' ~" (1;
I,
,:
:,
Cl
:" .;
U
z :r::
a
>>0
N
z
:J l-
ll..
0
k
CY. uJ l:l
I--
::-J
>-
,
a:
I--
r
U
LW
:r:
:z
1-. I
LJ
W
I
~
0
cr
W
a:l ::J
>-
Z C ;-.
cr
C!::
:J
U
u_ Z 0
!
n C
l
...
~
0
i.,
-
Ö
~
(,)
~
r--
I~
I
W
LW
Cl
,,i
I
:.n
>0 m
CY.
0 "
C,
LL: N
>-
'-'--' >
C" .
; -,1
.,
i e,
i ,
t~
>-
>
'~
'-'-
C)
G: W
,
"
LU
CL
.
!
, i,
.-._---- ....
r
N N
0
0
~
(,J
D
Z
T.
J I
Cl
u".::
z
~
0
l::
'--:!
..J
a:
I---
-::;,
I--
_--r-_
'--' , r--
I '
I I
I~ If I I I i! C)
IZ
D
~ .:.....i
b~
Z
~
cr
~
I--
>::: u
.}~
-:0 Cl
f:'::'
C-
~
LJ
C)
I
I
I :=-- ,Ii I ,
r~
r
i
;S
i;
,I
Literatuurlijst
1) Regels voor toestellen onder druk,Staatsuitgeverij, Den Haag (1977). 2) Holland, F.A.,e.a. Heat Transfer, London (1970), blz.72
3) Brownell, L.E. & Young, E.H. , Process equipment design. (1959). 4) Collegediktaat Ontwerpleer 11 C, T.H. Delft. 5) Dienst voor het Stoomwezen, Voorlopige Beoordelings Richtlijnen 14, ( december 1960 ).
- 77 -
