Scheiding van etheen en propeen uit een gasmengsel door middel van destillatie: W-gedeelte

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

G-opdracht 1977

SCHEIDING VAN ETHEEN EN PROPEEN UIT EEN GASMENGSEL DOOR MIDDEL VAN DESTILLATIE.

W-gedeelt~: 18-4-1977 t/m 31-5-1977 Studenten: J.p. Boogaerdt H.M. van Gennip H.K. Scheepstra Begeleiders: .

Ir, W.J.B. van den Bergh Ir. B.G.M. de Leer

Ir. C. Nieulant (Tebodin)

Veel dank zijn wij verschuldigd aan de Heer J. Boot en ook aan de typistes: Hilde en Ria.

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 daar-voor 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,

Samenvatting Inhoudsopgave Flowsheet Inhoudsopgave. Kolomregeling- inleiding

elp-kolom

- pip-kolom

- storingsanalyse - regelapparatuur D~ destillatie kolommen- inleiding

- wanddiktebeoordeling van een vertikaal opgestelde kolom onder druk

- gebruiksomstandigheden - windbelasting

- berekening van het gewicht van de kolom - berekening van de wanddikte van het vat berekening van de spanningen in de wand - sterktekontrole van de cilinder

- stabiliteitskontrole van de cilinder Schotels en valpijpen- ontwerp

- construktie (figuren) Voetring en ankerbouten-methode van berekening Skirt

Mangaten

Scheefstand van de kolom Trillingstijd van de kolom

Warmteoverdraçhtsapparatuur- inleiding - rekenschema

- symbolenlijst bij ~et rekenschema warmtetechnische berekening - stofgegevens kontrole op drukverlies pag.

2

"

3

"

5

"

6

11

6

"

8

"

9

"

10

"

11

"

12

"

12

"

13

11

15

"

16

"

18

"

20

11

22

"

24

"

26

11 ~O

"

45

11

47

11

51

"

53

"

54

"

55

"

56

"

57

ti

57

11

64

- resultaten computerberekening Tebodin pag.66 - sterkte berekening van de onderdelen van 11

de condensor . 11

67 - bijlage 1- berekening van de onderdelen 11 ₆₉

- mantel 11 ₆₉ - pijpplaat 11 ₇₀ - fronten 11 ₇₂ - flenzen 11 72 - construktieve aspekten 11 ₇₄ - pijpplaat lay-out 11 ₇₆ Literatuurlijst 11 77 Bijlage 2: tekening 701 , kolom-regeling

4-(J1

+

:U.r

Jc.~

~ ~

J.,O'f

t/~

T:

'/"i.'

-Co

t,

'tI'S

k'l.,J

~H2.: O,S~ °/~

J(~H'1 • 0l" O/g

x'e;' • ~

t

'310

(~::

o.'1Jo/r:.

Ko

_es

# :

ai>,

I,t

%

)Cel::

2.,Ot

%

_

1(".,.

:

O,l t

°/~

15'0 lew

"l

k~ (f .... S1tl\

k.n

• ..,.

~

.

f

'*

o ,."

n.:

LJJ

fL

OW-SHEEt

·

1

IlD_,?l.

1:/1-Ta

-!-1."

·c

~::

Vy,?

Jc'/J

~11t.' S,O&.

°10.

. ~It"l a I~OO

'/0

1.e".- •

9°",0/0

~Ct

• .tIl;

10

1..c1.

# • 0,40

%

r. -

yo·C

~~

I,(h.

'tf~

:

e :

f(l.f

~/.",/

T:. CfI:,,1

·c

\,:: tJ,/I%

~

.0,lso/o

l(cj :

91,03%

,

.(c, :

l.,U

%

I

. 3 '

~).

0,3"%

1 CS" ~

a..:

a..:

R

.1.3,

$'

;: ',1-"

tIl..

i

e"

'f'

8

Ic.,

,,,,,J

T.

vree

K /10 Ol ~~ : 0, I. 10

~:: 0,'9~ ..

((.J# :

9~/'t

Of.

Xc

_J •

0,08

'I.

Jbo~ ;'S~/ •.

.--.- f

~ .l,S- i'/~ ~. J.I1.1

kw

'Î:o,cJ

-f/lv..

/

e :

Cf fo

4"/"M

Ji

r: S'JlOC

i

~./ ~ Cf/, 'Ir

·/0

'

Xc

J : SO,rJ

%

~et:

8,01..%

Ta 3S·C

q

& I ' f l 1<111 Hllt,. .tS".e.

1=

lIJD

~'/'-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

tempe-rat~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 onder de voeding, omdat daar nog een redelijke

tempe-ratuurgradiënt in de.'kolom aanwezig is (zie grafiek E uit het T-gedeelte). Een andere oplossing zou kunnen zijn om op

3

schotels onder in de kolom

nauwkeurige temperatuuropnemers te plaatsen.

De samenstelling van het bodemprodukt wordt nu beinvloed door extra stoom aan de reboiler toe te voeren,als de t emperatuur op de tweede schotelonden de voeding te laag wordt. Het teveel aan lichte comp

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

opneemele-menten 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

re-boilerpijpen kan dan een condensaatlaag ontstaan, waardoor de

warmte-overdracht 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

over-genomen 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

top-produkt plus een groot gedeelte inert gas. Een dergelijke regeling

reageert sneller dan een PC, die ingrijpt op een regelklep in de

toe-voer van de koelvloeistof naar de kondensor.

In de kondensor wordt een dampmengsel gekondenseerd. Dergelijke

meng-sels 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 v

a

n

k

on-densaat (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

inge-grepen wordt. Veranderingen in de samenstelling van de voeding

wor-den 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

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

gekop-peld 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

aange-bracht die reageert

op het SFA, komende van de Fe op de

toevoerlei-ding 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

k

t

gesteld.Een uitgangspunt voor het regelen van de

pi-kolom kan zijn,

ervoor te zorgen, d

a

t de dampstroom door de kolom konstant blijft,

terwijl de reflux de topsamenstelling regelt.

Om een konstante warmtet

o

evoer in de reboiler te verkrijgen, wordt de

stoomtoevoer naar de reboiler geregeld door een Fe. Men moet zich

wel realiseren dat de regelbaarh

e

id van de warmtetoevoer na

a

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

af-gezien.

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

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

accu-mulator 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 veiligheids-kleppen 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 behan-deld kunnen worden.

Mogelijk optredende storingen zouden kunnen zijn: 1) koelwater van de kondensor valt uit. 2) stoomtoevoer reboiler stopt.

3)

refluxpomp valt uit.

4)

voeding stopt.

5)

het LC van de accumulator is defekt (bedrijfsaspekt).

6)

leiding- of klepbreuk (bedrijfsaspekt).

7)

de instrumentenlucht valt uit.

8)

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 ang-duriger storing zal de stoomtoevoer in de reboiler gestopt

moe-ten worden. De refluxpomp zal gest~pt worden door het LA in de

accumulator. Het bodemprodukt van de

elp-kolom

zal naar de

op-slagtank gevoerd moeten worden. Het signaal dat van de FA , die

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 van het koelwater.

Ad.3: Deze storing is analoog aan storing 1). Ook bij deze storing

moet het proces gestaakt worden. Men zou in het geval van 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

regelklep-konstruktie 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 aan de mensen

De destillatiekolommen.

In het T-gedeelte is besloten de opwerking van propeen uit de

afval-stromen 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

in twee kolommen van nagenoeg gelijke afmetingen.

Deze kolommen staan vertikaal opgesteld

en hebben een hoogte van 27 meter. ,In

to-taal 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

scho-tels boven de voeding. In de tweede kolom

zijn 51 schotels aangebracht. Beide

kolom-men hebben een uitwendige diameter van

f/p-

koLr)!f

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 kolom-men zijn verbonden door een damp- en vloeistofleiding. In de

vloeistof-leiding is een pomp geplaatst. Beide kolommen zijn voorzien van

3

man-gaten ( met een doorsnede van 0,5 m ),terplaatse van de

4

bordessen.

De bordessen zijn te bereiken door een kooiladder.

Warmteafgifte naar de omgeving wordt tegengegaan door de kolom te

isoleren met 90 mm dik FOAM-glas.

De noodzakelijke randapparatuur zoals condensor's,pompen,accumulator

en regelapparatuur wordt op een enkele meter's hoog bordes of op

het maaiveld geplaatst.

De kolommen worden vervaardigd van H-II k~telplaat,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 ).

Het stoomwezen onderscheid de volgeride drie toestanden( d1201/1) 1) Gebruikstoestand

A:

-berekeningsdruk Pd ( vlg. bladDOl03),waarbij de hoogte van een eventuele vloeistofkolom steeds in rekening moet worden gebracht.

-metaaltemperatuur ( vlg. blad DOI03 ).

-belasting door wind,eigen gewichtskracht en gewichtskracht van de vulling (vlg.blad D1201).

2) Gebruikstoestand B:

-als gebruikstoestand A,waarbij echter Pd en de gewichtskracht van de vloeistofvulling op nul gesteld worden.

3) Beproevingstoestand (alleen als in gemonteerde en opgestelde toestand geperst 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 evings-temperatuur).

-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,

omdat 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 overgang 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

w

p is gedefinieerd als de hoogste absolute druk welke in het hoogste

w

punt van een toestel kan ontstaan wanneer het in werking wordt

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 ver-w

meerderen met ~en druktoeslag AP in verband met afwijkingen van

de werkdruk. De grootte van ~p is· voor de verantwoording van de ontwerper. Bij d~ beschouwde 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

afgesteld op 21 ato.( =2,1 N/mm2).- 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. Bij horizontale beproeving van het

toestel door afpersen met water geeft de dienst voor het stoom-wezen als voorschrift:

Pt=

1,3./:t.

fo,l=~93%:-

bij

eerste beproeving en P

t =

I,~!ti..

t

~Z

=1.,J2.1'1mfJ.

bi

j herbeproeving •

4)~~_~~~E~~~!~~~

Het destillatieproceswordt bedreven bij een temperatuur van 50oC.

Bij deze temperatuur behoeven de stofeigenschappen van de

konstruk-tie materialen niet gecorrigeerd te worden.

Windbelasting.

De windbelasting op elk deel n van de konstruktie is gelijk aan

F"

=

P

w' Cw '

11

ra (

111)

waarin: p = stuwdruk CN/mm2)

w

c

=

weerstandscoëfficiënt (-) w

A

=

geprojecteerde oppervlak (m2) n

De berekende kracht F grijpt aan in het zwaartepunt van het gepro-n

j ekteerde oppervlak A • n

.' :.

De stuwdruk p wordt bepaald volgens NEN 1055 ,uitgave 1955. Voor de

w

,

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 /..,)

AI/mot

ftV

= 13B3

"''/-n,z-Voor de !ee~st!nd~co~ff!ci~nt~n van de verschillende onderdelen gelden

de volgende waarden (D1201): Romp Pijpen c _w

= 0,67

c _w

= 1,5

Staalkonstrukties: c

= 1,0

w

Het geprojekteerde oppervlak wordt via enkele vereenvoudigingen bepaald. Voor bordessen welke vierkant

a6

hoekig zijn stelt men A =1,7 m2

n

2 Voor kooiladders met vertikaal gemeten hoogte stelt men An=h

l xO,33 m

Bij de kolom en de leidingen rekent men met het geprojekteerde

op-pervlak.

Dit levert voor de !~PÈÈ~l~§~~Eg de volgende waarden: Boven doorsnede B-B

kolom 13 (J

3

K

~I

61

*

IJ2J

~

l<t

:. Cd.

I~

'00

J'.I

leidingen .tlf 1383 ~

1)'*

'Y.lt>

~z. ~

Iy :;

Cd. 8100

N

bordessen 13&3 If 1 It

I"

~ ~r1. J.~ JO IV

kooi ladder ( J Y I(

~J

3J) 7( , "'" /3113 ::

c.a.

b3,() AI

Boven doorsnede A-A

kolom _13!}!'

*

_(),6

r

~ ~~8

*

_1.15"00::

_{C-1. o3t,}

S"OD IJ

leidingen .z~ 13

8

3

*

I,S"~ /I{./o ~Z 1e" J.l.S-uo:o C~.

_{16 ()}

00 AI

bordessen 3..f 1383

*'

I,r :~. ~()IJDN

kooiladder _(Z},f'1f

O,J~)

*

_{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 vermenigvuldigen met de momentarm. De berekende krachten F

n

grijpen aan in het zwaartepunt van de geprojekteerde oppervlakken A •

n

Doorsnede B-B: kolom leidingen bordessen kooiladder totaal: . Doorsnede A-A:

kolom leidingen bordessen kooiladder totaal: I 11&

*

10

N~

,

8

0,

fj]

JE 10 .." -~

°133 i

10 -lI-1 {)I

"Ir-

*

10

-,,-1,5/ Ilil

!Vmm.

I

a

- I -

TO ,...

13

- ~. 0.

Voor de sterkteberekening is het noodzakelijk om het gewicht van de

kolom te berekenen,om een juiste indruk van de optredende spanningen

te verkrijgen. Vooral 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 totaalgewicht niet groot is. De gewichten zijn echter "ruim" geschat, zodat het werkelijke totaal-gewicht zeker niet groter zal zijn dan het berekende.

In het kort zal nu aangegeven worden hoe deze schattingen zijn gemaakt,

alsmede het resultaat voor het totaalgewicht boven de beschouwde door-sneden A-A ~n B-B.

Isolatie: Foam-glas , dikte 90 cm. gewicht: ~.D.d.H.p.9,8l

Schotels: inclusief vloeistof geeft de firma METAWA als richtlijn

Ladder: Bordes: kolom:

2

100 kg per m schoteloppervlak, en voor de valpijpen 400 kg per m2 valpijpoppervlak.

Een andere richtlijn geven Brownell and Young

(3 )

en wel 25 lb per sq. ft of area.

Volgens Brownell and Young bedraagt dit ongeveer 25 lb/ft. Volgens

(3)

bedraagt dit ongeveer

35

lb/sq.ft of area. Hiervoor wordt een schatting gemaakt van het benodigde volume aan materiaal, en dat wordt vermenigvuldigd met de dichtheid van dat materiaal.

-Ondersteuningscilinder: op analoge wijze als het gewicht van de kolom.

Reboiler: hier moet een sommatie gemaakt worden van het gewicht van

de aanwezige vloeistof en de benodigde hoeveelheid materiaal.

Vloeistofhoogte in de kolom: Volume maal de dichtheid.

Dampleiding: sommatie van materiaal ~n inhoud.

Dit levert voor het totaalgewicht:

Boven doorsnede B-B: P

=

Y

Boven doorsnede A-A: P =

Y

5

OJ

9

~ 10

/1/.

:;

1,9

7f- 10

N.

Bij de sterkte berekening van het skirt wordt het gewicht van de

onder-steuning en de reboiler wel in rekening gebracht zodat het totaa

l-gewicht daar wordt:

s

P _Y =

ol

_, 3~ _. ~ /0 '" _• I

Bij de sterktebeoordeling van de wand vàn het drukvat (de kolom die

bedreven wordt op

19

atm), wordt de minimum wanddikte of formulewand

-dikte d gebruikt.

De werkelijke wanddikte dd is altijd groter dan de formulewanddikte,

en wel om de volgend~ redenen.

1) Bij de vervaardiging van het vat kan, bv. door omflenzen, persen

of buigen van het materiaal, de wanddikte plaatselijk afnemen.

Daarom wordt bij het ontwerp de formulewanddikte d vermeerderd

met een vervaardigingstoeslag ~df.

2) Door s l i j tage kan de wanddikte verminderen. Daarom wordt de

for-mulewanddikte vermeerderd met een interingstoeslag ~d "

c

3)

Het uitgangsmateriaal vertoont maatafwijkingen. Daarom wordt de

formulewanddikte vermeerderd 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 dat:

In de wanddikteberekeningen van het vat is voor deze toeslagen 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 voldoende nauwkeurig behandeld

In de wanddikte berekening van het skirt behoeft geen

tolerantie-toeslag 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 deze formule:

2

Pd= berekeningsdruk (2,1 N/mm • D

i = inwendige middellijn van de romp (1080 mm). 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. verzwakking t.g.v. lasna -den, mangaten, stompen en pijpaansluitingen is verdwenen door gebruik te maken van versterkingsringen. Berekening van openingen is uitgevoerd in het hoofdstuk mangaten. Verzwakking t.g.v. lasnaden wordt

tegenwoor-dig als nihil weY~On beschouwd.

De ontwerpspanning f is afhankelijk van de rek na breuk (A

dP5) van het materiaal ,gemeten aan een proefstaaf d

p5 • Voor H-II-ketelplaat is volgens DIN 17155 de rek zeker groter dan 10%.

Volgens D 0201 moet voor f dan de kleinste waarde genomen worden van: 0,67.Re= 171 N/mm2•

0,44.Rm= 177 N/mm2•

De rekgrens is hier dus bepalend:

Beide vlg's DIN 17155. 2

f= 171 N/mm •

Dit levert als eerste schatting voor de formulewanddikte:

1..,1 •

1000 I

d=

:o,lJnnr

J.

.1.

'1/

-.t,I

Wel moet gelden: d S

o.a

Dl.

d ~

0,.3.

1080=-

32.'1

17717).

De werkelijke wanddikte moet dus minimaal 7,0 + 1,5 = 8,5 mm zijn. Bij de sterktebeoordeling zal het noodzakelijk blijken om naar een

grotere formulewanddikte over t e gaan, nl. 10 mm boven en 12 mm onder in de kolom.

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

b

_clxj

I IC

6àJt,

f -

~lt;r

+

~K.;'"

6d

X ;L c

~.(';f

-

r~x;p

-

idK,;

11 (windzijde) (leizijde) is de axiale spanning t.g.v. inwendige druk.

R

~-p:

~

~ ~/y

ti,

(~t.

-,t.)

is de axiale spanning het· gewicht.

u:

eh-H

=

---:0

"'::t

)

""OS tt.

(~t.,

-11.)

J. is de axiale spanning he t bui.gend moment_

3)

de schuifspanning door wringing

"'t~

rt

cr

"$1

ti..

(~e

-d..)~

waarbij in deze formules:

D

=

uitwendige diameter van de kolom ( mm ).

e

d

=

formulewanddikte van de kolom ( rum ).

berekeningsdruk ( N/mm2 ).

t.g.v.

t.g.v.

Pd=

P

=

Y gewichtskracht op de desbetreffende doorsnede

buigend moment in de desbetreffende doorsnede

( N ) .

M

_by

=

Mty=

( Nmm ) .

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:

Gebruikstoestand A :

Boven doorsnede

,

B-B

(d= 8,5 mm)

C"

=

135 N/mm

2

G&c.>1>

=

67,5 N/mm

2

~j6fW

=

3,1 N/mm

2

Gebruikstoestand B :

Boven doorsnede B-B

c;;,

= °

N/mm

2

6dJC;f

=

0 N/mm2 2 {;~"EW=

3,1 N/mm

}

ÖalC'

H

=

31,6 N/mm

2

)

Boven doorsnede

A-A

(d= 10,5 mm)

ç,

=

109 N/mm

2

Boven

~l)

~jP

2

=

54,5

N/mm

doorsnede

A-A

0

N/mm

2

=

0

N/mm

2

=

~.

,

H

=

97,5

N/mm

2

~~!!~:!:~~E~~~~~

ten gevolge van het

wringend

moment.

Het geprojekteerde oppervlak van

2

de dampleiding

=

4,2 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

4-

c I

en onder voor d: 10,5 mm

lt.t.=-

0,02

dan zijn deze te verwaarlozen.

Met de reeds eerder bepaaJ:de ontwerpspanning

f= 171 N/mm

2

,

levert een wringspanning van

2

0,15.171= 25,65 N/mm •

Dus de schuifspanningen

li,

en

ztz.

zijn inderdaad te

ver-waarlozen.

Aangezien de beproeving van de kolommen in horizontale toestand geschiedt, wordt voor de beproevingstoestand geen spannings-berekening gemaakt.

Met behulp van de berekende spanningen in de twee gebruiks-toestanden kunnen de totaalspanningen worden berekend.

Voor de windzijde

~x>p

&:')('

_,

_{p .,..}

_G"cl lt • ,.., _>

Voor de lijzijde _(7QJC.

,f ....

_58.'(;

_{P -}

_6"~;'"

Dit levert de volgende waarden: Gebruikstoestand A. Boven doorsnede

B-B

G"'~. t

=

32,8 N/mm

2

I Gebruikstoestand

B.

---Boven doorsnede

B-B

G"~.,

_,

₌

2

28,5

N/mm

DcU;.t

=

-34,7

N/mm

2

Sterktekontrole van de cilinder.

---Boven doorsnede A-A

~~.,

=

146,7

N/mm

2

>

~~.~

=

-48,3

N/mm2

)

Boven doorsnede A-A

~Jt'1

_,

=

92,2 N/mm

2

DclJ(;.t.

=

-102,8

N/mm

2

Volgens blad D

1201

moet voor de gebruikstoestanden A en

B

voldaan zijn aan:

waarin z de toelaatbare verzwakkingsfaktor is ( blad D 0201 ). Bij de berekening op inwendige druk is een bijbehorende verzwak-kingsfaktor 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

Ö

_v de grootste van

de volgende waarden:

IOdlt;1}

\ G'"(bc;.1 \

1

G"t, -

ç\ll(;

1 }

1

~~

-

()a.:;.1 )

Dit levert de volgende waarden voor

G

_v

Gebruikstoestand A boven doorsnede B-B 2

=

135

N/mm

Gebruikstoestand B boven doorsnede

B-B

2

=

34,7

N/mm

boven doorsnede

A-A

boven doorsnede A-A 2

r;

=

102,8 N/mm

"

-Met deze vervangingsspanningen kunnen de toe te stane

ver-zwak1~ingsfaktoren worden bepaald.

bV

z=

-I

~

waarbij: f= 171 N/mm 2

Gebruikstoestand À.

boven doorsnede

B-B

boven doorsnede A-A

z=

0,79

z=

0,92

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 worden tot ~=_~~Z2 en boven doorsnede A-A tot_~=_2~2~~

Stabiliteitskontrole van de cilinder.

Indien

~'L

<

D (

=

drukspanning ), moet de kolom gekontroleerd

I

worden op stabiliteit. Er moet voldaan zijn aan:

2)

2=~o,t

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 ge'en s ta-J

Boven doorsnede A-A

Volgens het criterium moet gelden:

hieraan wordt dus

Gebruikstoestand B. Boven doorsnede B-B: I

o,S-d

(11 00 - 10,

r-)

~

voldaan. N/.~~1.

- 3'1,

?

..---r

"'1_2-liD'.

kJ

Volgens het criterium mo~t gelden:

/

0d~)'

,..

t

/

~

~r

*

2 ol,.

Ib

r

~

,zIJb)

r

8

(11 Of) -

a,r)

,

V~.(. ~ ~

-

lot)

1

N /

.,,,"hf,'}-)

r

Et

(~)

:.

I,?

Iv

NI

~l

Volgens het criterium moet gelden: Boven doorsnede A-A :

/ 6"ch'.t

I

S -

IO,r -

-1/

~t.

/f/

=-

203

N

/...,2-)

a

(11 (), -

do,.r)

Aan de eerste eis voor de stabiliteit wordt dus in de beide ge-bruikstoestanden 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 lOOOmm

<

D ~ l500mm

e moet D~ 500mm.

waarbij D

=

uitwendige diameter van de kolom.

e

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.

-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. D

_.

e voorgeschreven afmetingen hier-van 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-slotll

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 afdichtings-materiaal (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.

Voor de bevestiging is in de voorkomende gevallen voor een bout-verbinding gekozen •.

Om de zeefplaat aan de oplegging te bevestigen wordt gebruik gemaakt van een klem. De constructie is gegeven in figuur E-62.

GENERAL NOTES:

Tray: 750 - 2000

m

m di

a

rn.

Ma

in-beam not requir

e

d.

Panels att

a

che

d

on rin

g

.

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

ccrtificates for all

m~t~rialti use~are

available.

Spare parts

Leaktest

Manways

Tolerances

10

%

on small components (except valves).

5

%

on snap-in valves.

not required.

where possible, min. opening 320 x 500 mme

see page A-6.

,

,

.

EXECUTION

I

EXECUTION

Ir

-kJ

IN CASE WHERE EXPLOSION

DANGER 15 NOT EXPECTED.

IN CASE WHERE EXPLOSION

DANGER

15

EXPECTED: VACUUM COLUMNS

MAIN CRUOE COLUMNS, STRI PPERS. ~ I

i

!

I I; , i t . I _ __ .~O~l,JMN .~

All

. 1 ' I

,...,~-.,-~--:--~---,

_

...

__

1

,;

~

,

'''

~

A

l

;'

"

,

--

1

1 I I , I 1· t

"

B

t I i . f -- -- ... .. _ .. _.. _ .... __

.-

--1

! I

FOR CALMING SECTION TRAYS.

I.

D.

COLUMN

"A"

. , I ,.. , UP TO

750

mm

WITHOUT SUPPORTRING

750

TO

2000

mm

o

8 m.m.

5;16"

2000

TO

6000 m.m

.

8

m.m

S,A6" - -+--

-6000

AND OVER'

8

m.

m.

5;';6 ..

FOR DRAW-OFF TRAYS.

40

m.m.

1

Y2"

50m.m 2"

60 m.m.

20/

_8"

~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

2-6-'70

D.L. WELD DETAIL ADDED

o

17-

2

- '10

Q

l.

ORI GI NAL DRAWI NG

REVISION DATE BY DESCRIPTION OF REVISION

DRAWN.:

D. L.

I

DATE:

17

-

2 - '70

APPP...: DATE: TrrLE:

.v.

METAWA

TIEL

-

HOLLAND

TRAY SUPPORTRI NG

FOR CALM ING SECTION TRAYS.

SCAlE DRWG. No.:

~'-J Lr;'-1,.1 t I I1I 1 1 i f 1 I I I 11' I I1

I

1 11 I I1 [ l i l -I I1I I II!

I

III I I I, I 11: 1

: :1

1 I I1

'-12--

_{_IJ} .~

I

i

;

v

MOUNTING POSITION

'

-12

'

11

!

10

r

--

-

~

'

.

.

-

J / ' ~

33

_{• I"}

347

MIN. POSITION

~

.

,=Z'ûzzqvz'"

y llZ'

-a"''''

=;- ,

NOM. PO SITION / " I

3150

-,

1

"

'S"""'\.. . . rvfl//ä//l///Z,--r_21_ _ /

'"

~'

/ 1

..

353

-- --- -MAX. POSITION

o

ORIGIN

Al.

D

RAWIN

G

REVISION DATE SY DESCRIPTtON OF REVISION DRAWN.:

D.l.

DATE:

19-11 -

'69

APPR.:

TITLE:

DATE:·

"tv

..

METAWA

LIP

~

SL

OT

'

CO

NSTR

UCTION

>

TIEL

HOLLAND

.

,

.

,

-Ir

o

REVISION

M-10

-3/8"UNC 3/8" UNC 3/8" UNC

M-10

28-3.'73 R. v. S. ORIGINAL DRAWING DATE BY DESCRIPTION OF REVISION

DRAWN.:

R.

v.

S.

DATE:

28 _

3 -'73 APPR.: DATE:

N.V. METAWA

TIEL

-

HOLLAND

TITLE: SCALE MANWAY CLAMP DRWG. No.: m at.

2 - 3

m m

th

i

ck

E-S3

--

. . ,/ / " ~~

Ir'

"

.. \"" .

.

.

/

o

DESCRIPTION OF RE VISION ________ L -_ __ _ _ _ - r - L ________ ~ ____ _

!

..

.

Ad: 28-j -"/3

I

APPR.: [JATE. LJk .... Wf'<· R. IJ, S.

N

.V.

METAWA

TITLE

DlYlDED OOWNCOMER CONNECTION

I . 2 /tS11

/

- -

--

_

.

-

- -

'

.

_ - - - -

-

- _

.

-._-_

...

_

-

--

.-

... ' ..

_

....

--

_

.

_.

_

_

.

__

. -- -- -- . , . i -- -- -- -- -- - .--- ---.--- .---.-.-.... ---.. -.. .. _-.. _--. --' ... _.. -.... . ... - -- -.

,_.-o

28.3.'7'3

R.v.S.

ORIGINAL DRAWING

REVISION DATE y DESCfl.IPTlÖN OF ,nV/SION

DRAWN.:

R

.

v.S

.

""p,\.

:

OAH TllLE.

OIVIOED QQW~ÇQ.MEB ÇON~E.ÇT10~

.

.

v.

MET

A

TtEL

•

HOLLAND

WITH SQL.TS

aod.

W!SHEBJi

I

.

I

.

I

i

I

Ij

I

I

I

I1

I

I1

I

I

i

: I I .

I

! I

I

I1

WING

DATE: TITLE:

FASTENING D.e. PLATE ON BOlTlNG

aAR.

o

28-3-'73 R.v.S. ORIGINAL DRAWING

REVISION DATE BY DESCRIPTION OF REVISION

DRAWN.: R.v.S. DATE: 28 _ 3 -'73 APPR.: DATE:

TITLE:

CLAMPING D.C.PLATE ON BOLTING BAR

WITH HEAVY WEDGES

SCALE _{DRWG. No.:}

E-68

o

28-3 -'73 R.

v.

S. OR I GI NAl DRAWI NG

REVISION DATE BY DESCRIPTION OF REV(SION

DRAWN.: R. V. S. DATE: 28- 3 -'73 . APPR.: DATE:

N.V. METAWA

TIEL

~

HOLLAND

TITLE: PANEL FASTENI NG ON

O

.

C.

PlATE

/ '

o

28-3 -'73 R.

v

.

S. ORIGINAL DRAWI NG

REVISION DATE BY DESCRIPTION OF REVISION

DRAWN.: R. v. S. DATE: 28 - 3 -'73 APPR.: DATE:

.v.

METAWA

TITLE:

PANEL CLAMPI NG ON D,C. PLATE

TIEL HOLLAND WITH BRACKET and WEDGES

o

28~3-'73 R.v.S. ORIGINAL DRAWING REVISION DATE BY DESCRIPTION OF REVISION

DRAWN.: R.V. S. DATE: 28 -3 -'73 APPR.: DATE: . TITLE:

PANEL FASTENING ON

D.C,

PLATE

WliH WEDGES

SCALE _{DRWG. No.:}

E-58

nut~ (tackw.>

mat 3-6mm thick

Rv. S

.

28-3-'73 R.v.S. ORIGINAL ORAWING

REVISION DATE BY DESCRIPTION OF REVISION

DRAWN.: R. v. S. DATE:

28

-

3 -'73 APPR.: DATE:

TITlE: PANEL CLAMPING ON

O.C.

PLATE

WITH BalTS and WASHERS

3 BOLT LENGTH NOT MORE

THAN 5 THREADS ABOVE WASHER M-10

GS40/~11

Bol

t

tackw.

o

28-3-'73 R.v.S. ORIGINAL DRAWING

REVISION DATE BY DESCRIPTION OF REVISION

DRAWN.: R. V. S. DATE: 28 -

3

-

73 APPR.: DATE:

TITLE:

N

.V.

M~TA

A

_{TRAY CLAMP -BOLTED}

TIEL HOLLAND

Voetring en ankerbouten.

De voetring is berekend volgens D1302 van het Stoomwezen:

(1)

Sterkteberekening van verankering met cirkelvormige voetringo

Volgens 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 opgestelde toestand geperst

wordt.

De ankers moeten op sterkte gecontroleerd worden.De

materiaal-spanning 0l moet voldoen aan:

°

₁

=

(/~-?)

_.0,

Hierin is

Sjas-nlf

~ 0 Lj

;f

; ~I

Mb=het op de fundering uitgeoefende buigende moment

als gevolg Van de windbelasting en exentrische

gewichtskrachten. (Nmm)

P=de op de fundering uitgeoefende totale

gewichts-kracht&P.van het complete toestel met inbegrip

van vulling en ondersteuning. (N)

Dl=middellijn ankercirkel. (mm)

D

2=kernmiddellijn ankers. (mm)

-n=aantal ankers. (-)

2

Rel=rekgrens ankermateriaal. (N/mm )

Ook de vlaktedruk op de betonfundering moet gecontroleerd

worden.

Aan de twee onderstaande voorwaarden moet voldaan zijn:

waarin: 2 o =0 +0

5,5

N/mm 2 2ja 2jp

o

=0 +0 +0

7,5

N/mm 2max 2ja 2jp 2jm p o _{2jp - - - , - - -}

=

3,14.b.D o

=

Mb ;2 j m

-0-,-7"""8-5-.

b-.D-2 2 O

2= totale vlaktedruk beton. (N/mm )

O

2 =maximum vlakte druk beton. (N/mm

2 )

max

2

O

2 ja =vlaktedruk beton door aanhaalkrachten. (N/mm )

2

02jm=vlaktedruk beton door moment. (N/mm )

O

2 jp =vlaktedruk door gewicht. {N/mm2)

b=breedte voetring. (mm)

bl=breedte voetring buitenzijde. (mm)

b 2=breedte voetring binnenzijde. (mm)

D=gereduceerde middellijn. (mm)

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

2=dikte voetring binnenzijde. (mm) R

e2=rekgrens materiaal voetring. (N/mm

2 )

-Berekening voetring en ankerbouten.

Gegevens voor de berekening:

materiaal van skirt en voetring:koolstofstaal C

45.

materiaal van de ankers:Fe 37.

aantal en afmeting van de ankers:24XM30

2 rekgrens van het ankermateriaal:R

el=235,5 N/mm • A J f) i -- ---~-=- ..<. ~---":;..- --Sterkte controle:

~30~

-

t

--8

5

4.11,8.10 - 2,35.10 3200

=

86<.0,4.235,5=94,2 N/mm 2

De sterkte voldoet dus aan de eiso

Controle-op vlaktedruk: 2 0,1.Rele n • D2

o

_2;a

=

_--~--­

=

b.D 200.2880

=

0,75 N/mm2

p . . 5 0 _{= =} .. ·2,35.10

=

0,13 N/mm 2;p 3,14.b.D 3,14.200.2880 8 Mb 11,8.10 _{=0,91 N/mm}

o

_2;m

=

= 0,785.b.,D2 0,78. 5.200.2880 2

Nu toetsen aan het criterium:

~ _5,5 N/mm 2 O 2 = °2 _;a + 0 _2jp

0,88

L

_5,5

_N/mm 2 _voldoet.

=

2 en 0 =0 +0 +0 / 7 5 N/mm 2max 2ja 2jp 2;m~ , . 2 =1,79<'7,5 N/mm voldoet. Dikte voetring :

De dikte aan binnen- en buitenzijde is gelijk genomen:

dl =d 2: à • 2 2 4,5.0 2 max

---

=100 4,5 • 1,7~ 26 • 9,81

=

0,018 neem voor d=20mm. m 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

o

van 14 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:

3,5

mm

(volgens D0101)

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

wind-belasting 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

5

2,35 • 10

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

a e

~y

2

----:--:"-1,57.d.(D

-d)

(z-0,5)

e

Voor

z zou ook gerekend kunnen worden met

z

3,14.D -

_e

s

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}

_,

dax;M

hiermee

c5

ax; 1

dax;2

=

2.35

•

:lQ5

3,14.10. (1145-10) .1.0,97

1

2

18

.

109

1,57.10.1135·1135.0,5

-6,8

+

117

110,2

-6,8 - 117

=

-123,8

2

N/mm

N/mm2

sterktecontrole:

6,8

N/mm

2

=

117,0

N/mm

2

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

0,33.

Rm

(e )

m

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

Et

(G

m)

I

d

I

10

ax; 2

~

8. (

11 35 )

5

• 1,67.10

1,67.105

184

2

N/mm

De optredende

d

_ax;2

van 123,8

N/mm2 geeft

dus

gee

"

n

stabilitei

ts-problemen.

-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 diameter van 500 mm hebben. De verzwakkingsfactor van het mangat wordt aangeduid met z5. Alvorens men deze kan bepalen berekend men eerst de versterkings-term w 1• waarin:

=

=

=

2.(k

_{d • D}

1

·A

1

+

k

2

·A

2

)

k 2 op 1 wordt gesteld

wanddikte van de kolom, mm

=

diameter van mangat, mm

=

=

de in rekening te brengen doorsnede-oppervlakte d kk k · · 2

van e vla everster lngsrlng,mm

de in rekening te brengen doorsnede-oppervlakte

2

van de tubulure, mm

Om de benodigde versterking te bereiken is gekozen voor een tubulure met een wanddikte yan 20mm (dus formule-wanddikte

=

18 mm). en een vlakke verstevigingsring van 12 mm (formulewanddikte

=

10,5 mm). Zie ondèrstaand figuur.

l

'

I

I

J

i

Voor de maximaal in rekening te brengen hoogte van de pijp

of staande ring h geldt de betrekking:

max

=

524 • 18

=

97,1 mm

waarin: D

e2

=

uitwendige middellijn van de pijp mm

d

2'

=

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 + 2.d₂

D

+

D .d

+

2.d

+

4.d e 0 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 mm De1max

=

500

+

1100. 10,5

+

2.10,5 = 628,5 mm voor d geldt volgens D 0201:

o Bepalend is 1. d 0 Nu kunnen A 1 Pd

.

D. 1 3,35

=

= 2.z.f - Pd en

A

2 bepaald worden:

D

-

500

=

.

e1max 2

=

h • ( d - d max 0 d 1max

=

mm

=

628,5 - 500 2 97,1 • 14,65

Hiermee kan de versterhingsterm Hl bepaald worden:

=

2. ( 771

+

1423) 10,5 • 500

=

0,835

.12

=

771 =1423 2 mrn 2 mrn

De verzwakkinsfactor z5 wordt berekend volgens blad D 0501:

waarin: z o k c

=

z _o

=

k 1

+

0,5

=

0,9Lc + D

=

VDeod 1 2 2

+

3,64.c

+

5,47.c 48

-Voor de beschouwde opening levert dit achtereenvolgens: c k z o dit geeft z5 500 4,65

=

=

'V1100.10,5 0,91.4,65 + 1

=

2 + 3,64.4,65 1 0,21

= - - - -

=

4,24 + 0,5

=

0,21. ( 1 + 4,24 . 0,835 )

Het mangat is dus voldoende versterkt.

2

+ 5,47.4,65

=

0,95

=

4.24

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 nood-zakelijk, 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

(zodat d

=

8,5 mm)

De berekening is analoog aan de vorige.

h

₌

66,5 mm max D

₌

500 + 1100.8,5 + 2.8,5

₌

614 mm e1m d

₌

3,35 mm 0 2 Al

=

684 mm 2 A 2

=

908 mm De versterkingsterm w 1 wordt hiermee: 2

.

( 684 + 908 ) 0,75 w 1

=

=

8,5

.

500 Voor de berekening van z5:

500

5,17

c

₌

₌

1100.8,5

dit geeft:

z5

=

0,i9. ( 1 + 4,71 • 0,75)

=

0,86

Hiermee wordt aan de eis voor de versterking voldaan.