Новое поколение нефтяных аппаратов 2020

Стенки по отдельности в этом случае представляют собой раму из стержневого проката (трубы прямоугольного сечения, двутавры, швеллеры) и приваренные листы стенки оболочки.

Стержни каркаса размещают в местах максимального восприятия нагрузок от массы жидкости.

Функцию несущей конструкции выполняет каркасная металлоконструкция, а листовая металлоконструкция имеет функцию создания внутреннего объема. Каркасная металлоконструкция по стенке как правило выполняется решетчатой. Элементы листовой металлоконструкции прогибаются в центре ячеек решетки и работают как пластина, закрепленная по четырем краям.

Разработки коробчатых сосудов и резервуаров нового поколения должна выполняться при расчетах на прочность и жесткость методом конечных элементов в программах МКЭ.

При правильном проектировании обеспечивается минимальная толщина стенки листового материала и минимальный сортамент стержней каркаса с одновременно максимальной прочностью и жесткостью.

Технология сварки отрабатывается с целью исключения деформаций и коробления листового металла после его приварки к стержневому металлопрокату (прямоугольным трубам).

В сосудах предыдущего поколения применялось решение в виде цилиндрической обечайки из биметалла. Наружный слой выполняет функцию несущей конструкции. Такое же решение может быть применено для листового материала коробчатого резервуара. Но в аппаратах нового поколения функция несущей конструкции может быть реализована более выраженно и ярко. За счет того, что может быть использована оболочка из нержавеющей стали AISI 304 (сталь 12Х18Н10Т) и каркас из стали 09Г2С. Сварной шов выполняется сваркой по аустенитному типу. Здесь необходим правильный подбор сварочных материалов. Явление, при котором будет протекать электрохимическая коррозия за счет наличия сопряжения нержавеющей и черной стали устраняется защитой.

В аппаратах колонного типа предыдущего поколения применяются укрепляющие кольца. Назначение этих элементов, как правило, в повышении жесткости оболочки для условий работы под внутренним вакуумом. То есть при расчете по нормам на жесткость гладкая цилиндрическая оболочка не выдерживала нагрузок, но выдерживала нагрузки от внутреннего давления. Вряд-ли в проектных институтах целенаправленно конструировали ребристые оболочки сосудов. Результатом является ребристая оболочка, эквивалентная гладкой оболочки, но увеличенной толщины. И поэтому достигалось проектирование аппарата с минимальной массой.

Сведения об эквивалентной оболочке и о расчете ребристых оболочек подробно приведены в работах Новожилова [12] и Михайловского [13].

В работах Ефанова [7], [8] рассмотрено решение по углублению применения пространственного взаимодействия и перехода от ребристо оболочки к решетчатой оболочке. То есть можно выстроить ряд:

гладкая оболочка – ребристая оболочка – решетчатая оболочка.

Решетчатые оболочки уже находят применение в емкостном оборудовании. Ребра выполняют из пластин. И как указано выше находят применение в коробчатых резервуарах.

__

Решетчатая конструкция является конструкцией аппаратов нового поколения 2020.

Конструктивно синтезируется из листовой и стержневой металлоконструкции, позволяет получить аппараты и резервуары, цилиндрические и коробчатые с минимальной массой и применить разные материальные исполнения для оболочечной и каркасной металлоконструкций.

Составим сравнительную таблицу металлоконструкций аппаратов нового 2020 и предыдущего поколений:

3.2. Теплообменные рубашки емкостных аппаратов

Сейчас находят применение просечные рубашки «пуклеванные», описанные еще в работе Касаткина [14].

Аппараты с «пуклеванной» рубашкой нашли широкое распространение в производстве емкостного оборудования из тонколистовой нержавеющей стали AISI 304. Например, еще в начале 2000 одна из Питерских компаний-изготовителей изготавливала такие рубашки из стали и титана.

Опытный образец для испытаний оболочки рубашки был выполнен небольших размеров прямоугольной формы. Образец вваривался в коробчатую открытую оболочку со штуцерами и подвергался гидроиспытанию.

«Пуклеванные» оболочки за счет наличия близко расположенных конусных элементов имеют наибольшую жесткость и прочность при минимальной толщине стенки, возможной для теплообменной рубашки. Недостаток классических рубашек в форме полого цилиндра состоит в неравномерном течении жидкости и наличии застойных зон с противоположной стороны от нижнего штуцера выхода (входа). Для этого в классических конструкциях могут применяться спиральные направляющие. В «пуклеванных» рубашках поток изменяет направление при обтекании конусных элементов. Конусные элементы тем самым интенсифицируют процесс теплообмена.

В настоящее время, по-видимому «пуклеванные» рубашки являются лучших конструкторским решением по теплообменным устройствам типа рубашек для аппаратов емкостного типа (вертикальные и горизонтальные аппараты емкостного типа и вертикальные аппараты с мешалками).