ГОСТ Р 52857.8-2007
Группа Г02
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Сосуды и аппараты
НОРМЫ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ
Сосуды и аппараты с рубашками
Vessels and apparatus. Norms and methods of strength calculation. Jacketed vessels and apparatus
___________________________________________________________
ОКС 71.120
75.200
ОКП 36 1500
Дата введения 2008-04-01
Предисловие
Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. N 184-ФЗ "О техническом регулировании", а правила применения национальных стандартов Российской Федерации - ГОСТ Р 1.0-2004 "Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения"
Сведения о стандарте
1 РАЗРАБОТАН Открытым акционерным обществом "Научно-исследовательский и конструкторский институт химического машиностроения" (ОАО НИИХИММАШ); Закрытым акционерным обществом "Петрохим Инжиниринг" (ЗАО Петрохим Инжиниринг); Открытым акционерным обществом "Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт нефтяного машиностроения" (ОАО ВНИИНЕФТЕМАШ); Федеральной службой по экологическому, технологическому и атомному надзору (Ростехнадзор)
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 260 "Оборудование химическое и нефтегазоперерабатывающее"
3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 27 декабря 2007 г. N 503-ст
4 В настоящем стандарте учтены основные нормативные положения следующих международных и европейских стандартов: Директивы 97/23* ЕС Европейского Парламента и Совета от 29 мая 1997 г. по сближению законодательств государств-членов, касающейся оборудования, работающего под давлением; ЕН 13445-3:2002 "Сосуды, работающие под давлением. Часть 3. Расчет" (EN 13445-3:2002 "Unfired pressure vessel - Part 3: Design")
5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты", а текст изменений и поправок - в ежемесячно издаваемых информационных указателях "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет
1 Область применения
Настоящий стандарт распространяется на сосуды с U-образной или цилиндрической рубашкой, с рубашкой, сопряженной анкерными трубами или отбортовкой, а также с рубашкой в виде змеевиковых или регистровых каналов для обогрева или охлаждения сосуда, нагруженные избыточным давлением в сосуде или (и) в рубашке, собственной массой и стесненностью температурных деформаций.
Настоящий стандарт применяется совместно с ГОСТ Р 52857.1.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ Р 52857.1-2007 Сосуды и аппараты стальные. Нормы и методы расчета на прочность. Общие требования
ГОСТ Р 52857.2-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет цилиндрических и конических обечаек, выпуклых и плоских днищ и крышек
ГОСТ Р 52857.6-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет на прочность при малоцикловых нагрузках
Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.
3 Обозначения
В настоящем стандарте применены следующие обозначения:
- коэффициент осевого усилия;
- площадь поперечного сечения канала, мм
;
- размер сварного шва, мм;
- коэффициент сопряжения с помощью конуса;
- наибольший свободный интервал между двумя жесткими элементами для цилиндрической обечайки с кольцами жесткости, мм;
- ширина кольца, мм;
- толщина ленты направляющей спирали, мм;
- ширина канала, мм;
- сумма всех прибавок к расчетным толщинам стенок, мм;
- внутренний диаметр сосуда, мм;
- внутренний диаметр рубашки, мм;
- средний диаметр сосуда (
), мм;
- средний диаметр рубашки (
), мм;
- наибольший внутренний диаметр компенсатора, мм;
- расчетный диаметр, мм: для цилиндрической обечайки
; для днища
;
- наружный диаметр отбортовки или анкерной трубы, мм;
- диаметр окружности сопряжения рубашки с днищем сосуда, мм; если рубашка присоединена не к днищу, то
принимают равным нулю;
- модуль упругости материала сосуда при расчетной температуре, МПа;
- модуль упругости материала рубашки или канала при расчетной температуре, МПа;
- расстояние от середины стенки рубашки до наружной стороны стенки сосуда, мм;
- расстояние от центра тяжести поперечного сечения канала до середины стенки сосуда, мм;
- осевое усилие от собственной массы, Н;
- осевое усилие на компенсатор, Н;
,
,
,
- коэффициенты прочности сопряжений при помощи конуса;
,
- коэффициенты прочности сопряжений анкерными трубами и отбортовками;
- собственная масса сосуда и его содержимого, Н;
- собственная масса рубашки и ее содержимого, Н;
- относительный размер кольца;
- исполнительная толщина кольца, мм;
- расчетная толщина кольца, мм;
- ширина ленты направляющей спирали, мм;
- высота канала
, мм;
- момент инерции поперечного сечения канала относительно оси, проходящей через центр его тяжести параллельно стенке сосуда, мм
;
,
,
- коэффициенты для расчета напряжений в зоне сопряжения с помощью конуса;
,
,
,
,
,
- коэффициенты для расчета напряжений в сопряжении анкерными трубами или отбортовкой;
,
,
- коэффициенты для расчета напряжений в каналах;
- расчетная длина рубашки, мм;
,
- расчетные длины цилиндрических обечаек с кольцами жесткости, мм;
- длина примыкающего элемента, учитываемая при определении расчетной длины, мм; определяют по ГОСТ Р 52857.2;
- эффективная длина стенки обечайки, учитываемая при определении эффективного момента инерции кольца или канала, мм;
- исполнительная длина укрепления стенки рубашки в месте сопряжения с помощью конуса или расстояние от первого кольцевого шва до отбортовки, мм;
- относительный момент нагружения;
,
,
- относительные реактивные моменты;
- относительный реактивный момент в месте сопряжения анкерными трубами или отбортовками;
- число рабочих циклов;
- допускаемое число рабочих циклов рассматриваемого материала при расчетной температуре и размахе напряжений
по 2.6.3 (
0; 1; 2; ... 6);
- число витков направляющей спирали;
- число витков змеевикового канала;
- число замыканий змеевикового канала;
- относительное давление, МПа;
- расчетное давление в сосуде при эксплуатации или испытании, МПа. Если абсолютное давление больше атмосферного (избыточное давление), то
0; если абсолютное давление меньше атмосферного (вакуум), то
0;
- расчетное давление в рубашке или в канале в состоянии эксплуатации или испытания, МПа;
- допускаемое внутреннее избыточное давление в рубашке или в канале, МПа;
- геометрический параметр кольца;
- радиус кривизны в вершине днища сосуда по внутренней поверхности, мм;
- радиус кривизны в вершине днища рубашки по внутренней поверхности, мм;
- внутренний радиус кривизны отбортовки для конических сопряжений, мм;
- внутренний радиус кривизны отбортовки для сопряжений с отбортовкой, мм;
- наружный радиус канала, мм;
- средний радиус канала (
), мм;
- исполнительная толщина стенки анкерной трубы, мм;
- расчетная толщина стенки анкерной трубы, мм;
- исполнительная толщина стенки цилиндрической обечайки сосуда, мм;
- расчетная толщина стенки цилиндрической обечайки сосуда, мм;
- исполнительная толщина стенки цилиндрической обечайки рубашки и конуса или канала, мм;
- расчетная толщина стенки цилиндрической обечайки рубашки и конуса или канала, мм;
- исполнительная толщина стенки днища сосуда, мм;
- исполнительная толщина стенки днища рубашки, мм;
- расчетная толщина стенки рубашки, мм; на цилиндрической обечайке
, на выпуклом днище
;
- разность между средней температурой стенки сосуда и температурой 20
- разность между средней температурой стенки рубашки или канала и температурой 20
- эффективный шаг анкерных труб или отбортовок, мм;
,
- расчетный шаг анкерных труб или отбортовок, мм;
- шаг анкерных труб или отбортовок вдоль оси на цилиндрической обечайке
, мм;
- шаг анкерных труб или отбортовок по окружности, мм:
на цилиндрической обечайке
,
на днище
;
- расстояние вдоль оси от края рубашки до первого ряда анкерных труб или отбортовок, мм;
- расстояние по окружности от края рубашки до первого ряда анкерных труб или отбортовок
, мм;
- шаг направляющей спирали или змеевикового канала, мм;
- коэффициент понижения прочности при наличии отверстий в канале в зоне штуцеров;
- момент сопротивления сварного шва на единицу его длины между корпусом сосуда и кольцом, мм
;
- момент сопротивления сварного шва на единицу его длины между кольцом и рубашкой, мм
;
,
,
- вспомогательные величины;
- угол конического сопряжения, ...°;
- коэффициент температурного удлинения материала сосуда, 1/
- коэффициент температурного удлинения материала рубашки или канала, 1/
,
- эффективные коэффициенты концентрации;
- общий эффективный коэффициент концентрации;
- половина центрального угла канала, ...°;
- угол шага анкерных труб или отбортовок на цилиндрической обечайке по окружности, ...°;
- угол шага анкерных труб или отбортовок на днище, ...°;
- угол по окружности от края рубашки до первого ряда анкерных труб или отбортовок, ...°;
- размахи напряжений (
0; 1; 2; …6), МПа;
- относительное продольное удлинение в рубашке;
- допускаемое относительное продольное удлинение в рубашке;
- разность температурных относительных удлинений;
- коэффициент, учитывающий расстояние между корпусом сосуда и рубашкой;
- коэффициент нагружения;
- коэффициент длины сопряжения;
- относительная эффективная несущая длина конуса;
- коэффициент радиуса отбортовки;
- амплитуда напряжений, МПа;
- допускаемое напряжение для кольца сопряжения или анкерной трубы при расчетной температуре, МПа;
- допускаемое напряжение для стенки сосуда при расчетной температуре, МПа;
- допускаемое напряжение для стенки рубашки или канала при расчетной температуре, МПа;
- допускаемая амплитуда напряжения рассматриваемого материала при расчетной температуре и при числе рабочих циклов
, МПа;
- допускаемый размах напряжений (
0; 1; 2; ..., 6), МПа;
- расчетный коэффициент прочности сварного шва на направляющей спирали;
- коэффициент снижения допускаемых напряжений при расчете на устойчивость;
- коэффициент прочности сварного шва;
,
- коэффициенты понижения прочности канала;
,
,
,
,
,
- расчетные коэффициенты прочности сварных швов;
- коэффициент прочности сварного радиального шва в кольце сопряжения;
- коэффициент прочности сварного продольного шва сосуда;
- коэффициент прочности сварного продольного шва рубашки;
- коэффициент прочности сварного кольцевого шва сосуда;
- коэффициент прочности сварного кольцевого шва рубашки;
- коэффициент отношения прочности корпуса сосуда и рубашки;
- половина угла обхвата рубашки с сопряжением анкерными трубами или отбортовкой, ...°.
4 Условия применения расчетных формул
4.1 Общие условия применения расчетных формул
4.1.1 Формулы применимы, если в рубашке действует только избыточное внутреннее давление (
0).
4.1.2 Формулы для проверок малоцикловой прочности (см. разделы 5-8) применимы, если рабочие температуры не превышают значений, при которых следует учитывать ползучесть материалов, то есть когда допускаемое напряжение, приведенное в ГОСТ Р 52857.1, определяют только по пределу текучести или временному сопротивлению (пределу прочности). Если нет точных данных, то формулы применимы, если расчетная температура не превышает следующих значений:
380°С - для углеродистой стали;
420°С - для низколегированной стали;
525°С - для аустенитной стали.
4.1.3 Формула для определения допускаемого размаха напряжений
действительна, если радиусы кривизны, полученные методом холодной деформации (
,
,
), больше четырехкратной толщины стенки.
4.1.4 Проверка на малоцикловую прочность приведена только для мест сопряжения сосуда с рубашкой или каналом. Для всех других элементов, испытывающих циклическую нагрузку, расчет следует проводить по ГОСТ Р 52857.6.
4.1.5 Проверка на малоцикловую прочность приведена для напряжений, вызываемых изменениями средних температур стенок. Если возникающая разница температур между соседними точками составляет больше 15°С, то расчет на малоцикловую прочность проводят по ГОСТ Р 52857.6.
4.2 Условия применения формул для сосудов с U-образной и цилиндрической рубашкой
4.2.1 Формулы применимы при соотношении:
- диаметров
;
- толщины стенки и диаметров
;
- толщин стенок
.
4.2.2 Формулы для сопряжений с помощью конуса применимы для углов
.
4.2.3 Формулы для сопряжений с помощью конуса применимы при условии полностью проваренных сварных швов, а для числа циклов нагружения
10
- при условии двустороннего сварного шва между конусом и рубашкой (см. рисунок А.1, приложение А).
4.2.4 Формулы для сопряжения с помощью кольца применимы при толщине кольца
- для U-образной рубашки,
- для цилиндрической рубашки.
4.2.5 Формулы для сопряжений с помощью кольца применимы при условии полностью проваренных сварных швов между кольцом и рубашкой (см. рисунок А.2, приложение А).
4.2.6. Диаметр окружности сопряжения рубашки с днищем сосуда должен удовлетворять условию
.
Расчет сопряжения рубашки с днищем сосуда не проводят, если оно соответствует рисунку А.3, приложение А.
4.3 Условия применения формул для сосудов с рубашками, сопряженными анкерными трубами или отбортовками
4.3.1 Угол шага
сопряжения анкерными трубами или отбортовками должен удовлетворять условию
.
4.3.2 Формулы по 4.3-4.5 применимы при соотношении шагов
.
4.3.3 Формула для сопряжения отбортовкой применима при углах отбортовки 30° и 45° (см. рисунок А.4, приложение А) и при проваренных сварных швах.
4.3.4 Формулы для анкерных труб применимы при размере сварного шва
.
4.3.5 Расчет на усталость по 4.6 применим при соотношении толщин стенок
.
4.4 Условия применения формул для сосудов с каналами
4.4.1 Расчетные формулы по разделу 5 применимы при:
- ширине канала
,
- высоте канала
;
- половине центрального угла канала 20°
4.4.2 Формулы для каналов применимы при V-образных сварных швах с полным проваром, а для каналов полукруглого сечения также и при угловых швах.
4.4.3 Расчет на усталость по 8.6 применим при соотношении толщин стенок
.
5 Сосуды с U-образной рубашкой
