В химической промышленности серная кислота нашла самое широкое применение, в первую очередь, в производстве минеральных удобрений [1, с. 360; 4, с. 528]. Например, для производства 1 т сульфата аммония расходуется около 750 кг серной кислоты. Производительность цеха контактного производства серной кислоты может достигать 1000 т в cутки, что требует для хранения многотонных резервуаров.
Обычно на складах серной кислоты используются вертикальные резервуары рисунок 1 с плоским днищем [1, с. 360; 5, с. 744]. Резервуары устанавливаются на каркас из продольных и поперечных балок, которые в свою очередь размещаются на ленточном фундаменте в специальных облицованных кислотоупорной плиткой и снабженных насосами поддонах, чтобы устранить последствия возможных протечек кислоты. В ряде случаев днище только прихватывается к каркасу, а в других проектах закладывается приварка днища к опорным балкам сплошным швом.
Рисунок 1. Резервуар серной кислоты
1 – обечайка, 2 – кровля, 3 – днище, 4 – продольные опорные балки, 5 – поперечные балки, 6 – ленточный фундамент
Максимальные напряжения, возникающие в плоской пластине свободно опертой и жестко закрепленной по всему контуру, определяются, соответственно, по формулам [2, с. 904]:
где S – исполнительная толщина стенки днища резервуара, с – прибавка к расчетной толщине [3], а и b – расстояние между продольными и поперечными балками, соответственно (рисунок 1).
Рассмотрим конкретный пример: высота налива серной кислоты 8м, плотность 1840 кг/м3, толщина стенки плоского днища 12 мм, расстояние между полками продольных балок 475 мм, допускаемое напряжение для стали марки В Ст3 сп – 154 МПа.
В системе MathCad построим график изменения максимальных напряжений, возникающих в плоском днище резервуара, от расстояния между полками поперечных балок (рисунок 2) для случая, когда днище только прихвачено к каркасу (свободно опертая плоская пластина) и приварено сплошным швом к каркасу (пластина жестко закрепленная по всему контуру).
Рисунок 2. График зависимости максимальных напряжений в плоской пластине от расстояния между поперечными балками
Из графика следует, что напряжения в пластине жестко заделанной по контуру меньше, чем у пластины свободно опертой. Причем условия прочности при жесткой заделке выполняются, а при свободной установке резервуара на опорные балки возникающие напряжения превышают допускаемое значение – 154 МПа. Таким образом, плоские днища резервуаров для хранения серной кислоты целесообразно приваривать сплошным швом к каркасу из продольных и поперечных балок.
Из рисунка 2 также следует, что максимальные напряжения в днище, в случае приварки его к каркасу, возникают при расстоянии между поперечными балками 1280 мм. Отношение расстояния между поперечными балками к расстоянию между продольными балками составит 2,844. При дальнейшем увеличении расстояния между поперечными балками напряжения в днище не возрастают. Обычно поперечные балки устанавливают друг от друга на расстоянии, составляющим три расстояния между продольными балками, что в соответствии с приведенными данными не целесообразно. Можно вообще не устанавливать поперечные балки или ограничиться двумя по краям продольных балок для фиксации расстояния между последними.
Приведенные данные следует учитывать при расчете и проектировании вертикальных резервуаров для хранения серной кислоты и других агрессивных сред.
Список литературы:
- Амелин А.Г. Технология серной кислоты, М.: Химия, 1983. – 360 с.
- Бабицкий И.Б., Вихман Г.Л., Вольфсон С.И. Расчет и конструирование аппаратуры нефтеперерабатывающих заводов. Под ред. Вихмана Г.Л., 2-е перераб. допол. издание, М.: Недра, 1965. – 904 с.
- ГОСТ Р 52857.1-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Общие требования.
- Кутепов А.М., Бондарева Т.И., Беренгартен М.Г. Общая химическая технология. Учебник для технических вузов – 3-е изд., перераб. М.: Академкнига, 2004 г. – 528 с.
- Справочник сернокислотчика, издание 2-е дополненное и переработанное, под ред. Малинина К.М., М.: Химия, 1971. – 744 с.[schema type=»book» name=»ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА И КОНСТРУИРОВАНИЯ ДНИЩ РЕЗЕРВУАРОВ ДЛЯ ХРАНЕНИЯ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ» author=»Михаил Георгиевич Лагуткин, Андрей Викторович Колодный» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-06-15″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_ 30.12.2014_12(09)» ebook=»yes» ]