اصول طراحي مخازن تحت فشار

فهرست مطالب

عنوان صفحه

طراحي مخازن 1

خلاصه تاريخچه 2

فصل اول ـ اصول طراحي مخازن تحت فشار 4

اصول طراحي مخازن تحت فشار 7

طراحي مخازن تحت فشار 10

طراحي براساس فشار داخلي – تعاريف 11

روش طراحي براساس فشار داخلي و قطر داخلي 12

طراحي براي Head 13

طراحي براساس فشار خارجي 14

تست فشار 14

روش طراحي براساس فشار خارجي 15

روش طراحي براي Head 17

طراحي رينگ‌هاي سخت‌كننده 19

طريقه محاسبه رينگ‌هاي سخت‌كننده 19

فصل دوم ـ طراحي مخازن عمودي 22

نيروي وزن مخزن 22

زمين لرزه 22

ارتعاشات 24

طراحي پايه 25

طراحي پيچ‌هاي اتصال 26

طراحي حلقه انكربلت 28

طراحي انكربلت‌ها همراه حلقه آن‌ها 30

روش طراحي 31

فصل سوم ـ طراحي مخازن افقي 32

تنش در مخازن افقي همراه با دو Saddle 34

طراحي مخازن تحت فشار

PRESSURE VESSEL DESIGN

Mohsen Ghiyasabadi

870957309

فصل اول

اصول طراحي مخازن تحت فشار

اينجانب محسن غیاث آبادی در بخش طراحی وساخت مخازن تحت فشار و دیگ های بخار شركت مشغول به ‌كار شدم

در بخش مكانيك دو بخش وجود دارد:

1. تجهيزات دوار

2. تجهيزات ثابت

در بخش تجهيزات دوار انتخاب و طراحي پمپ‌ها، كمپرسورها، توربين‌ها و ...انجام‌ مي‌شود و چون سازندگان داخلي در اين بخش توان ساخت را ندارند لذا سفارشات به شركت‌هاي خارجي داده مي‌شود. زيرا گاهي در مورد مواد به‌كاررفته براي ساخت (material) شركت‌هاي سازنده داخلي از عهده ساخت بر نمي‌آيند و يا به علت اندازه بزرگ تجهيزات فقط شركت‌هاي خارج از كشور اقدام به توليد اين قطعات مي‌كنند.

در بخش تجهيزات ثابت نيز به محاسبه و انجام عمليات طراحي براي مخازن تحت فشار (pressure vessel) مي‌باشد.

بدين‌ترتيب كه براسا س اطلاعات اوليه كه بخش فرايند (process) در اختيار بخش مكانيك قرار مي‌گيرد طراحي انجام مي‌گيرد كه در اين طراحي مقدار ضخامت ورق به‌كاررفته براي ساخت مخزن تحت فشار شامل بدنه (shell) و كلهگي‌ها (head) براساس كد استاندارد (American Society of Mechanical Engineers) ASME ، محاسبه نيروهاي باد (wind load) و زلزله (earth quake) و ارتعاشات (seismic load) براساس كدهاي استاندارد (Uniform Building Code) UBC انجام مي‌شود.

براي طراحي مي‌بايست ماده سازنده مناسب انتخاب شود و سپس طراحي براساس آن شكل مي‌گيرد. اين material براي مخازن پايه‌هاي نگه‌دارنده (support) مختلفي وجود دارد كه عبارتند از:

1. skirt

2. saddle

اصول طراحي مخازن تحت فشار:

طراحي براساس اطلاعات بخش فرايند كه به‌صورت GENERAL DATA در اختيار طراح قرار مي‌گيرد آغاز مي‌شود.

در مورد طراحي مخازن تحت فشار از كدهاي خاص استفاده مي‌شود كه مهم‌ترين آن كد ASMECODE مي‌باشدكه‌علامت‌اختصاريAmerica Society of Mechanical Engineers مي‌باشد و براساس هدف‌هاي طراحي و به‌دست آوردن فرمول‌هاي ثابت براي كليه اعمال طراحي و قوانين استاندارد شده در سطح بين‌المللي استفاده مي‌شود.

اساس استاندارد بين‌المللي ASME براي بويلرها و ساير مخازن تحت فشار است. براساس اين استاندارد ساخت مخازن (vessel) باتوجه به مواد سازنده آن كه از مواد با استقامت بالا در ساخت بايد استفاده شود من‌جمله از استيل ـ كربن با درصدهاي مختلف براي پايداري و استحكام بيش‌تر. در مورد اتصالات هم براساس نوع اتصال از جوش ـ آهنگري و يا پرچ و ريخته‌گري استفاده مي‌شود.

در كليه اين موارد مي‌بايست براساس كد اقدام شود و در بعضي موارد كه كد اطلاعات كافي در اختيار ما قرار نمي‌دهد به كد UG-2 ارجاع داده است. در اين شرايط قوانين مشخصي بر مبناي كد وجود ندارد و در اين‌حالت تجربه و دقت مهندس در طراحي و ساخت به‌كار مي‌آيد و مي‌بايست براساس امكانات ساخت و تجهيزات كارخانه سازنده اطلاعات را جمع‌آوري كرد.

طراحي براي مخازن تحت فشار بر مبناي hand book pressure vessel انجام مي‌گيرد در كتاب اطلاعات لازم از استاندارد VIII divl sec ASME گرفته شده است و به آساني در اختيار قرار گرفته شده است. براي بخش‌هاي ديگر طراحي گاهي به استاندارد‌هاي ديگر مثل UBC براي زلزله و نيروي باد و هم‌چنين IPA(American petroleum Institute) احتياج مي‌شود.

در طراحي بايد كليه نيروهاي زلزله ـ ارتعاشات ـ نيروي عكس‌العمل پايه‌ها نيروهاي وارد بر نردبان (ladder) و سكو (platform) (كه براي جاگذاري openingها و دسترسي به نقاط بالاي مخزن تعبيه مي‌شود). هم‌چنين نيروهاي حاصل از opening ونازل‌هاي ورودي و خروجي از مخزن.

در كتاب كليه اطلاعات و موارد موردنظر به سادگي در دسترس مي‌باشد از جمله فرمول‌ها ـ نمودارها ـ چارت‌ها ـ جداول و ... كه به راحتي قابل پيداكردن و استفاده مي‌باشد.

كتاب شامل 5 بخش مي‌باشد:

در بخش اول كليه اطلاعات موردنياز طراحي براي انواع مخازن موجود است.

در بخش دوم مسايل جانبي مخزن به عنوان Layout مطرح مي‌شود.

در بخش سوم نمودارها و چارت‌هاي لازم به‌طور كامل موجود است.

در بخش چهارم وزن و ارتباط با ساير مراحل طراحي و محاسبات لازم قرار دارد.

در بخش پنجم طراحي و محاسبات براي مقاطع مختلف قرار گرفته است.

در كتاب كدهاي لازم و مرتبط با piping و هم‌چنين كدهاي API براي مخازن تحت فشار و قوي و هم‌چنين روش‌هاي كشيدن نقشه‌هاي لازم براي ساخت وجود دارد. و براي همه مسايل مرتبط با مخازن من‌جمله نقاط اتصالات (جوش‌ها ـ پرچ‌ها ـ پيچ‌ها) و هم چنين مسايل شيميايي از جمله خوردگي موردبررسي قرار مي‌دهد.

طراحي مخازن تحت فشار:

طراحي براساس تنش‌هاي طولي و جانبي كه در vessel كه مانند يك پوسته جدار نازك مي‌ماند انجام مي‌گيرد. كه مي‌توان با داشتن فشار داخلي و داشتن ضخامت و قطر مخزن اين تنش‌ها را به‌دست آورد. البته اين تنش‌ها كل تنش‌ وارده بر مخزن نيست بلكه نيروهاي جانبي ديگر مثل نيروي باد و زمين‌لرزه و ...نيز بر اين تنش‌ها مي‌افرايند.

لذا براي اين كه در حالت اطمينان باشيم كه به ما پيشنهاد مي‌كند كه از تنش جانبي براي محاسبات استفاده كنيم.

و فرمول مناسب براي محاسبه به صورت زير تعريف مي‌شود:

D: قطر مخزن

P: فشار مخزن (داخلي يا خارجي) Psi

S1: تنش طولي Psi

S2: تنش جانبي Psi

T: ضخامت ديواره

FORMULAS

CIRCUMFERENTIAL

JOINT

LONGITUDINAL

JOINT

S1=

S2=

طراحي براساس فشار داخلي:

تعاريف

· فشاركاري (عملي):

فشاري است كه پروسه در آن فشار كار مي‌كند در زماني كه مخزن در حالت نرمال كار مي‌كند.

· فشار طراحي:

فشاري كه طراحي براساس آن صورت مي‌گيرد بيش‌تر از فشار عملي درنظر گرفته مي‌شود بدين ترتيب كه اين فشار را در حدود 30 Psi و يا % 10 بيش‌تر مي‌گيرند.

· فشار تست هيدرو استاتيك:

اين فشار براساس فشار آب در هنگام تست هيدرو استاتيك تعيين مي‌شود كه برابر3/1 برابر فشار ماكزيمم طراحي مي‌باشد.

اگر تنش ايجاد شده در مواد سازنده vessel كم‌تر از تنش هيدرو استاتيك باشد براي فشار تست بايد شرايط vessel براي اين حالت تغيير كند مثل افزايش ضخامت پوسته و ...

· ماكزيمم فشار مجازكاري

اين فشا ردر شرايط زير به‌كار برده مي‌شود:

1. در شرايط خوردگي كامل (corroded condition)

2. در شرايط اثر حرارتي طراحي

3. در شرايط اثر نيروهاي خارجي (باد ـ زلزله ـ فشار هيدرواستاتيك و ...)

· تنش مجاز ماكزيمم

براساس نوع ماده انتخاب شده تعيين مي‌شود.

· ضريب اتصالات ويژه

اين ضريب براساس استاندارد و شرايط طراحي انتخاب مي‌شود به اين ترتيب كه باتوجه به شرايط كد نقاط جوش و اتصالات تعريف مي‌شود و براساس فشار داخلي و فشار خارجي و نيروهاي باد ـ زلزله و عكس‌العمل پايه‌ها و saddel و هم‌چنين تنش طولي طراحي انجام مي‌گيرد.

روش طراحي براساس فشار داخلي و قطر داخلي:

براي اين طراحي براساس اطلاعات داده شده توسط پروسس (General data) كه در آن فشار داخلي و دماي كاري مشخص شده است و مي‌بايست ضخامت لازم براي shell و Head طراحي و محاسبه گردد به ترتيب زير مي‌باشد:

P : فشار داخلي psi

S : تنش مجاز ماده psi

E : ضريب تأثير (براساس كد)

D : قطر داخلي R : شعاع داخلي

T: ضخامت ديواره

C.A :Corrosion Allowance بر مبناي دستوري كه پروسس مي‌دهد.

طراحي براي Head :

حال بايد Head طراحي گردد كه براي اين منظور براساس تجربه و اين‌كه مخزن به صورت عمودي يا افقي است و مورداستفاده مخزن از انواع مختلف Head مي‌توان استفاده كرد. براي Head‌هاي مختلف فرمول خاصي براي تعيين ضخامت موجود است كه عبارت است از :

1. كروي و نيمه كروي

2. بيضوي 2 : 1 (قطر بزرگ 2 برابر قطر كوچك)

3. مخروطي و هرمي

4. فلانج و ديش

طراحي براساس فشار خارجي :

زماني كه از كد طراحي مخزن در شرايط فشار خارجي استفاده مي‌شود طراحي بايد بر مبناي فشار مجاز ماكزيمم انجام گيرد. در اين شرايط كد پيشنهاد مي‌كند كه از ماكزيمم فشار كاري به‌عنوان فشار خارجي استفاده شود. Code UG28 (f)

براي مخازني كه تحت فشار كم‌تر از 15 psi هستند ممكن است كه دستورالعمل مناسبي نداشته باشد. بنابراين براي اين شرايط هم از قوانين موجود در Code UG28 (f) استفاده مي‌شود. در شرايطيكه دماي محيط كاري از 20درجه فارنهايت كم‌تر باشد ديگر نمي‌توان از كد بالا استفاده كرد و طراحي براساس code UCS- 66 ( c) (2) يا UHA –51(b) براي جلوگيري از تست فشار دوباره استفاده مي‌شود.

تست فشار:

ضخامتي كه در اين حالت به‌دست مي‌آيد در شرايط vacuum به تنهايي است و در شرايط تست بايد فشار هيدرواستاتيك و يا شرايط پنوماتيك را هم اضافه كرد( code UG99 (f)) .

نوع ديگر تست اين است كه فشار نبايد 1 1/2 برابر تفاوت فشار بين فشار اتمسفر و مي‌نيمم فشار داخلي طراحي كم‌تر باشد (code UG 99 (f) .

روش طراحي براساس فشار خارجي:

فشار خارجي در مواقعي كه مخزن تحت vacuum و يا به‌صورت پوسته لوله (Tube shell And) باشد شكل مي‌گيرد و مخزن بايد براساس اين فشار طرح گردد كه اساس كار آن در زير مي‌آيد:

P: فشار خارجي psig

Pa : ماكزيمم فشار كاري مجاز Psig

Do : قطر خارجي مخزن

L : طول مخزن

T: ضخامت موردنياز ديواره

حال شرايطي داريم كه بايد در طراحي اعمال كنيم.

· زماني كه Do/t برابر يا بزرگ‌تر از 10 باشد فشار ماكزيمم مجاز برابر است با

Pa =

· ضريب B بايد از طريق نمودارهاي داده شده به‌دست آيد.

· سپس بايد مقدار فشار ماكزيمم مجاز طراحي (Pa) را به‌دست آورد. اگر pa، از فشار طراحي كم‌تر شود بايد تغييراتي در مخزن اعمال شود كه اين تغييرات عبارتند از:

1- افزايش ضخامت

2- كاهش طول L توسط رينگ هاي سخت‌كننده

زماني كه مقدار نسبت (Do/t) كم‌تر از 10 باشد از فرمول زير براي محاسبات استفاده مي‌شود:

Pa =

· براي محاسبه ضريب A بايد به نمودار مراجعه كرد.

· كليه فرمول‌هاي اين قسمت از (CODE UG –28 ( C) (2) مي‌بايست پيروي كند.

روش طراحي براي head:

1- كروي و نيمه كروي

Pa=

ابتدا بايد ضريب B را محاسبه كنيم: به‌اين ترتيب كه براي T مقداري را حدس مي‌زنيم سپس مقدار ضريب A را از فرمول:

A =

اگر ماكزيمم فشار مجاز كاري به‌دست آمده از فرمول بالا از فشار طراحي كم‌تر باشد مي‌بايست مقدار t بزرگ‌تر انتخاب شود كند.

2 - بيضوي:

ضخامت لازم براي اين Head را بزرگ‌تر از مقدار به‌دست آمده از فرمول و قوانين زير مي‌گيريم:

1- توسط فرمول ضخامت براي فشار داخلي با اين تفاوت كه فشار طراحي را برابر 67،1 برابر فشار خارجي مي‌گيرند با ضريب اتصال E=1

2- ضخامت را از فرمول زير به‌دست مي‌آوريم زماني كه DO Ro-0.9 و مقدار B مانند حالت كروي محاسبه مي‌شود.

3- فلانج و ديش (dish and flange)

براي اين نوع Head محاسبات براي ضخامت موردنياز و فشار ماكزيمم مجاز مشابه نوع بيضوي مي‌باشد.

طراحي رينگ‌هاي سخت كننده (STIFFENIG RINGS)

در شرايط فشار خارجي اگر ماكزيمم فشار خارجي از فشار طراحي كم‌تر باشد بايد تغييراتي بر روي بدنه انجام گيرد. يكي از اين تغييرات قراردادن رينگ‌هاي سخت‌كننده بدنه است به اين ترتيب كه اسقامت بدنه را از طريق كوتاه‌كردن طول بدنه بالا مي‌برد. البته راه ديگري براي افزايش استقامت بدنه وجود دارد كه آن افزايش ضخامت بدنه است كه در بعضي مواقع فشار به حدي زياد است كه افزايش ضخامت به تنهايي پاسخ‌گوي اين فشار نيست و براي تقويت بدنه نياز به طرح و قراردادن رينگ‌هاي سخت‌كننده بر روي SHELL مي‌باشيم.

طريقه محاسبه رينگ‌هاي سخت‌كننده

1. ابتدا نوع رينگ را انتخاب مي‌كنيم (نبشي ـ قوطي ـ ...) و مساحت مقطع آن را حساب مي‌كنيم.

2. تعداد رينگ‌هاي سخت‌كننده را حدس‌زده و فواصل موردنياز و مساوي بين رينگ‌ها را انتخاب مي‌كنيم.

طول اين فواصل معمولاً از 3/1 بالاتر از محل اتصال SHELL با HEAD شروع مي‌شود و تا 3/1 پايين‌تر از محل اتصال SHELL با HEAD خاتمه مي‌يابد مطابق شكل.

3. محاسبه ممان اينرسي رينگ و مقايسه آن با ممان اينرسي بدنه (SHELL).

4. ممان اينرسي به‌دست آمده براي رينگ نبايد كم‌تر از مقدار محاسبه‌شده توسط فرمول‌هاي زير باشد.

Is =

Is=

براي محاسبه ضريب A ابتدا بايد ضريب B را از فرمول زير به‌دست‌آورد:

سپس باتوجه به نمودارهاي ضميمه فاكتور A را محاسبه مي‌كنيم.

فصل دوم

طراحي مخازن عمودي
طراحي مخازن عمودي:

ابتدا بايد نيروي باد را براي مخزن محاسبه كرد. نيروي اوليه باد از روي نمودارها و كد UBC به‌صورت تعريف شده مشخص مي‌باشد و بايد شرايط رادر فرمول‌ها و نمودارها قرار داد و مقادير را به‌دست آورد. (UBC SECTION 1615)

براي محاسبه نيروي باد فشار طراحي مخزن نبايد از 10 PSI كم‌تر باشد.

نيروي باد باعث ايجاد يك نيروي برشي مي‌شود كه اين نيروي برشي ممان خمشي ايجاد كرده و اين نيروها بر روي SHELL تنش ايجاد مي‌كند. اين تنش‌ها بر روي مخزن و پايه‌ها نيرو وارد مي‌كند. از اين نيروها از نيروي برشي باد در مقابل بقيه نيروها مي‌توان صرف‌نظر كرد به علت اين كه مقدار تنشي كه ايجاد مي‌كند بسيار كوچك‌تر از تنشي است كه در اثر ممان ايجاد مي‌شود. بنابراين براساس تنش ايجاد شده مي‌توان ضخامت مورد نياز را محاسبه كرد.

نيروي وزن مخزن:

وزن مخزن نيز باعث ايجاد تنش فشاري بر روي پايه‌ها مي‌شود كه در صورتي اين تنش را داريم كه هيچ نيروي خارج از مركزي نداشته باشيم(نيروهايي كه از محور مخزن دور هستند) وزن را براي همه قطعات مخزن محاسبه مي‌كند كه عبارتند از:

1. shell

2. Head

3. پايه‌ها و supportها

4. رينگ‌هاي سخت‌كننده

5. كليه OPPENINGها

6. صفحه‌هاي داخل مخزن

7. صفحه پايه‌ پيچ‌ها

8. پيچ‌ها (Anchor Bolt)

9. نردبان و سكو

10. كليه عايق‌ها

11. جمع موارد زير به اضافه 6% از وزن shell به‌عنوان ضريب اطمينان

S: تنش مجاز

W: وزن كل مخزن S=

C: ضريب واحد

T: ضخامت Shell يا skitt

زمين لرزه:

براي به‌دست آوردن مقدار نيروي زلزله نيز بايد به استاندارد UBC مراجعه كنيم و باتوجه به دستور بخش فرآيند(process) ناحيه موردنظر را انتخاب مي‌كنيم و باتوجه به نمودارهاي UBC مقدار زلزله را به‌دست مي‌آوريم.

ضميمه 1 استاندارد UBC را نمايش مي‌دهد.

ارتعاشات:

به علت نيروي باد در مخازن عمودي ارتعاش به‌وجود مي‌آيد و براي اين‌كه ايجاد نشود بايد دوره نوسان اين ارتعاش محدود و در دسترس باشد و از مقدار مجاز تجاوز نكند. زماني كه بيش‌ترين دوره نوسان طبيعي در مخزن به‌دست مي‌آيد ممكن است مخزن در نقاط اتصالات دچار وامادگي و تغييرشكل در مخزن و يا شكست در آن مي‌شود. به همين علت دوره نوسان مجاز بايد محاسبه شود.

D: قطر خارجي T = 0.0000265

H: قطر مخزن از پايه دوره نوسان

G : شتاب گرانش زمين

T : ضخامت skir . Ta= 080

V: نيروي برشي باد دوره نوسان موجاز

W: وزن مخزن

W: وزن ويژه مخزن

طراحي پايه (SKIRT SUPPORT) SKIRT:

SKIRT نام پايه‌ايست كه مخازن عمودي بر روي آن قرار مي‌گيرد. اين پايه توسط جوش به Head متصل مي‌شود و معمولاً نياز است كه قطر جوش با ضخامت SKIRT برابر باشد براي محاسبه ضخامت موردنياز است كه قطر جوش با ضخامت SKIRT برابر باشد براي محاسبه ضخامت موردنياز SKIRT از فرمول زير استفاده مي‌شود:

t =

D: قطر خارجي SKIRT

E: ضريب اتصال

MT: ممان درمحل اتصال SKIRT و SHELL

R: شعارع خارجي SKIRT

S: تنش مجاز

T: ضخامت موردنياز

W: وزن مخزن بر روي HEAD

اتصال SKIRT به HEAD به دو نوع مي‌باشد:

1.BUTT WELD كه در شكل A آمده و در اين حالت E= 0.6

2.LAP WELD كه در شكل B آمده است و در اين حالت E=0.45

طراحي پيچ‌هاي اتصال anchor bolt :

براي مخازن عمودي مي‌بايست مخزن توسط پيچ به پايه‌هاي بتوني متصل شود. به‌همين مناسبت پايه بتوني توسط بخش مكانيك طرح و براي ساخت و چك نهايي به بخش سازه داده مي‌شود .

تعداد انكربلت‌ها

تعداد پيچ‌ها بايد به صورت جفت باشد و در حالت كلي بايد مضربي از 4 باشد و براي مخازن عمودي خيلي بلند حداقل بايد 8 عدد باشد.

فاصله انكربلت‌ها

فاصله دقيق آن ها در فونداسيون بتني معلوم نيست اما اين فاصله نبايد از 10 اينج نزديك‌تر باشد. براي اين كه مينيم فاصله درنظرگرفته شود، اگر مخزن كوچك باشد و قطر بزرگي داشته باشد براي جبران اين نياز است كه بزرگ‌بودن قطر قرارگيري بلت‌ها توسط بزرگ‌تر كردن محل آن و استفاده از واشر (gussets) تأمين شود.

قطر انكربلت‌ها

مساحت تمامي بلت‌ها در جدول A نشان داده شده است. براي خوردگي مجاز 1/8 بايد به قطر انكربلت‌ها اضافه شود.

براي طراحي انكربلت‌ها و طراحي صفحات مي‌بايست به توضيحات زير توجه كنيم:

1.يك روش ماكزيمم كه در تمامي موارد و caseها جوابگو باشد.

2.روشي كه در هنگام بارگذاري و شرايط لازم جوابگو باشد.

يكي از اين روش‌هاي طراحي انكربلت‌ها اين است تعداد آن‌ها را حدس بزنيم و جاي آن از رينگ‌هايي براي محاسبه استفاده كنيم سپس قطر مناسب بولت را برابر فضاي رينگ‌ها قرار دهيم.

مساحت موردنياز بلت‌ها در شرايطي كه مخزن خالي است اندازه‌گيري مي‌شود. براي محاسبات داريم:

ماكزيمم كشش lb/in. in T=

مساحت موردنياز 1 بلت: in^2 BA =

تنش وارد بر انكريت psi SB =

AB: مساحت دايره بلت

CB: محيط دايره بلت

M: ممان حاصل از باد يا زمين‌لرزه

N: تعداد انكربلت

SB: ماكزيمم تنش مجاز ماده سازنده بلت

W: وزن مخزن در حالت ايستاده

طراحي حلقه انكربلت :

حلقه بايد به اندازه‌كافي بزرگ باشد تا زماني كه بر روي پي بتوني قرار مي‌گيرد مقدار نيروي مناسب را تحمل كند.

ضخامت اين حلقه بايد به اندازه‌ كافي باشد تا بتواند تنش ايجاد شده در اثر نيروي باد يا زلزله را تحمل كند و براي اين از فرمول‌هاي زير استفاده مي‌كنيم:

ماكزيمم نيروي فشاري : 1b/ in Pc=

فاصله عرضي از حلقه: in L=

ضخامت حلقه: in tB = 0.321

تنش كششي: psi S1=

تنش فشاري: psi S2 =

AR: مساحت حلقه

AS: مساحت بين SKIRT

Cs: محيط از قطر خارجي SKIRT

Fb : ضريب اطمينان نيرو و بتن (جدول E)

L1 : in

L1L2: in

M: ممان تا پايه

W: وزن مخزن در شرايط عادي يا تست

طراحي انكربلت‌ها همراه حلقه آن‌ها:

براي طراحي در اين شرايط ضخامت حلقه موردنظر است. بنابراين بايد تنش‌هاي وارد بر حلقه را به‌دست آوريم. هنگامي كه يك مخزن تحت نيروي باد يا زلزله قرار مي‌گيرد در قسمت و طرفي كه در مقابل باد قرار مي‌گيرد تنش كششي در حلقه فولادي ايجاد مي‌شود و در طرف ديگر تنش فشاري در فونداسيون بتني بيش‌تر مي‌شود. اين هم واضح است كه سطح بلت‌ها محل قارگيري آن‌ها به هم وابسته‌اند اگر سطح بلت‌ها افزايش يابد سطح حلقه كاهش مي‌يابد پس با هم نسبت عكس دارند. با روش طراحي كه در زير مي‌آيد مي‌نيمم مقدار سطح انكربلت‌ها بر اساس سطح حلقه داده شده است و چون مقاومت فولاد و بتن با هم متفاوت است بنابراين محور مركزي بر مركز SKIRT منطق نمي‌شود.

Table E

Properties of concrete four Mixtures

Ultimate 28 day Strength pai	2000	2500	3000	3750
Allowable compr. Strength fc psi	800	1000	1200	1500
Safe bearing load Fb psi	500	625	750	938
Factor n	15	12	10	8

روش طراحي :

1.ابتدا مقدار ضريب k را محاسبه مي‌كنيم.

2.تعداد و سايز انكربلت‌ها را محاسبه مي‌كنيم مانند آنچه در بخش قبل آمد.

3.محاسبه قطر داخلي و خارجي حلقه مركزي

4.محاسبه تنش انكربلت‌ها و فونداسيون

5.اگر اختلاف نسبت تنش مجاز به‌دست آمده زياد بود محاسبات را دوباره تكرار مي‌كنيم.

6.محاسبه ضخامت حلقه اصلي

7.از واشرها يا حلقه‌ فشاري اگر موردنياز بود استفاده شود.

فصل سوم

طراحي مخازن افقي

HORIZONTAL VESSEL

طراحي مخازن افقي:

روش طراحي مخازن افقي بر اساس كدهاي استاندارد ASME و API مي‌باشد.

در مخازن افقي كه بر روي Saddle قرار دارند نيروهاي گوناگوني وجود دارد كه عبارتند از :

1. عكس‌العمل saddle

به‌دست آوردن اين نيرو احتياج به تجربه در طراحي مخازن تحت فشار دارد و براي اين كه به‌درستي به‌دست آيد بايد نيروي وزن زمان تست هيدرو استاتيك را هم در آن حساب كرد.

2. فشار داخلي:

زماني كه تنش طولي در مخزن ايجاد مي‌شود و مقدار آن نصف تنش جانبي است مقدار ضخامتي كه محاسبه مي‌شود (از فرمول‌هاي فصل اول) براي حالت هيدروتست هم‌ به‌طور كامل جواب مي‌دهد.

3.فشار خارجي:

اگر مخزن در شرايط vacuum كامل طراحي نشده باشد (باتوجه به پروسس) بايد به شرايط vacuum در سوپاپ اطمينان به‌طور ويژه توجه شود در هنگامي كه خروجي مخزن با يك پمپ در تماس باشد.

4.نيروي باد:

در مخازن بزرگ كه در آن نسبت t/r خيلي كوچك است دريچه‌ها تحت تأثير نيروي باد قرار مي‌گيرد. (روش zick).

5.نيروي فشاري:

اگر در محاسبه اين نيرو اشتباهي رخ دهد ضرر بزرگي و آسيب‌جدي به مخزن وارد مي‌شود اين نيرو را بعد از اين كه saddle و نوع جوش آن به بدنه طرح شد بايد محاسبه شود.

تنش در مخازن افقي همراه با دو saddle

Q: نيروي وارد بر يك پايه saddle

R: شعاع shell

S: تنش

Ts: : ضخامت shell

Th: ضخامت head

K: ثابت باتوجه به جدول

: ثابت زاويه saddel

اصول طراحي مخازن تحت فشار

مطالب مشابه :

آشنايي با استاندارد هاي ASME ,ASTM ، API ، لوله و اتصالات

طراحی مخازن ذخیره‌ی اتمسفریک با نرم‌افزار TANK

دانلود استاندارد API 650 برای جوشکاری مخازن فولادی ذخیره سازی

اصول طراحي مخازن تحت فشار

بازرسی مخازن ذخیره اتمسفریک مطابق با API 650

بازرسی مخازن تحت فشار