Инструкция по проектированию футеровок тепловых агрегатов нефтеперерабатывающей промышленности из легкого жаростойкого бетона и теплоизоляционных материалов всн 315-80

Вид материала

Инструкция

Содержание 3. Основные положения расчета элементов футеровок 4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУТЕРОВОК ИЗ ЛЕГКОГО ЖАРОСТОЙКОГО БЕТОНА И ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ Расчет прочности элементов футеровок

Подобный материал:

• Технологические приемы повышения эффективности футеровок тепловых агрегатов в металлургии, 255.27kb.
• "Переработка всн по проектированию и бесканальной прокладке в г. Москве городских двухтрубных, 499.6kb.
• Открытое акционерное общество «липецкстальпроект» институт по проектированию и конструированию, 34.09kb.
• Инструкция по проектированию линейно-кабельных сооружений связи всн 116-93, 996.73kb.
• Инструкция по проектированию сборных железобетонных крыш жилых и общественных зданий, 384.89kb.
• Инвестиционное предложение Организация производства теплоизоляционных строительных, 17.33kb.
• Инструкция по устройству покрытий и оснований из щебеночных, гравийных и песчаных материалов,, 1072.92kb.
• Инструкция разработана на основе, 530.77kb.
• Правила защиты от статического электричества в производствах химической, нефтехимической, 1090.21kb.
• Инструкция по проведению диагностирования технического состояния сосудов, трубопроводов, 1024.14kb.

3. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАСЧЕТА ЭЛЕМЕНТОВ ФУТЕРОВОК

3.1. Теплотехнический расчет является основным для футеровок тепловых агрегатов из легких жаростойких бетонов и теплоизоляционных материалов. По его результатам подбирают толщину отдельных слоев и всего ограждения.

Наибольшие значения температуры нагрева легких жаростойких бетонов и теплоизоляционных материалов и арматуры в сечениях панелей при их эксплуатации следует определять по результатам теплотехнического расчета температур для установившегося теплового потока при проектной температуре рабочего пространства.

Удельную теплоемкость жаростойких бетонов и изоляционных материалов принимают равной 0,25 ккал/(кг ^. °С).

3.2. Температуры бетона и теплоизоляционных материалов в сечениях элементов ограждающих конструкций определяют в соответствии с "Указаниями по тепловому расчету конструкций тепловых агрегатов" .

3.3. Прочность элементов ограждений тепловых агрегатов из легких жаростойких бетонов и деталей их крепления к кожуху в стадии эксплуатации следует рассчитывать в тех случаях, когда свободные температурные деформации элементов ограничены, и вследствие этого возникают усилия от воздействия температуры.

3.4. Панели из легких жаростойких бетонов и теплоизоляционных материалов следует рассчитывать на нагрузку от собственной массы, возникающую при изготовлении, транспортировании и монтаже.

3.5. Расчет элементов ограждений и их креплений к несущим конструкциям агрегатов следует производить с учетом усилий от воздействия температуры в соответствии с пп. 4.1 - 4.8 настоящей инструкции.

4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУТЕРОВОК ИЗ ЛЕГКОГО ЖАРОСТОЙКОГО БЕТОНА И ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Расчет прочности элементов футеровок

4.1. Расчет прочности элементов ограждений и их креплений к несущим конструкциям в стадии эксплуатации производят для футеровок из железобетонных панелей, прикрепляемых к ранее смонтированному кожуху.

4.2. Расчет прочности крепления элементов футеровки к кожуху следует производить, исходя из усилий, действующих при подъеме температуры, выдержке при стационарном температурном режима во время эксплуатации и охлаждении.

4.3. Усилия в креплениях панелей при нагревании (рис. 2, а) определяют при температуре нагретой поверхности t_r = 250 °С по формуле:

, (1)

где Z_n - усилие, возникающее в креплении панели, ктс;

M_t - определяемый no CH 482-76 температурный момент в закрепленной панели, кгс ^. м;

a - расстояние от крепления панели до ее края, м.



Рис. 2. Схема усилий в футеровке:

а - при нагревании; б - при охлаждении

При расчете деформаций для определения усилий при t_r = 250 °С принимается треугольная эпюра температуры по сечению панелей. Усилия, возникающие в креплениях панелей при остывании (рис. 2, б) определяют по формуле:

, (2)

где M_бT - изгибающий момент, воспринимаемый бетоном непосредственно перед появлением трещин и определяется по формуле:

M_бT = W_T ^. R_p ^. m_pt, (3)

где W_t - момент сопротивления сечения для крайнего растянутого волокна, определяемый при охлаждении бетона как для упругого материала методами сопротивления материалов;

R_p - расчетное сопротивление бетона осевому растяжению;

m_pt - коэффициент условий работы бетона при растяжении, зависящий от температуры;

Температура, °С Коэффициент

500 0,5

700 0,4

900 0,2

d - расстояние от креплений до крайнего усадочного шва панели, а при отсутствии швов - равное половине меньшего расстояния между креплениями панели, м.

4.4. Усилия в креплениях крайних панелей определяют по формулам, приведенным ниже.

Во время подъема температуры (см. рис. 2, а) при t_r = 250 °С:

. (4)

При стационарном температурном режиме (см. рис. 2, а):

(5)

где Z₀ - усилие в горизонтальных креплениях опорных элементов, кгс;

H - толщина панелей, см;

h - расстояние между креплениями рассчитываемого элемента, см;

N_t - продольные усилия от воздействия температуры (см. п. 4.5), кгс;

N_q - нагрузка от собственной массы панелей, кгс;

(H - 3) - расстояние от места действия продольных усилий до менее нагретой поверхности панелей, см;

Y_ц - расстояние от центра тяжести приведенного железобетонного сечения панели до менее нагретой поверхности панели (см), определяемое по формуле:

, (6)

где S_n - статический момент приведенного сечения, см³;

F_n - площадь приведенного сечения, см²;

F_a - площадь арматуры, см²;

n_t - коэффициент приведения:

,

где E_at - модуль упругости арматуры в нагретом состоянии, кгс/см²;

E_б - модуль упругости бетона при 20 °С, кгс/см².

Площадь приведенного сечения равна:

, (7)

где i = 1, 2, 3... - количество слоев сечения, в пределах которых свойства бетона принимают постоянными в зависимости от температуры центра слоя;

F_ni - приведенная площадь частей, на которые разбивают элемент; ее определяют по формуле:

, (8)

где F_i - площадь слоя i, см²;

β_бi - коэффициент изменения модуля упругости бетона для i-того слоя в зависимости от температуры центра слоя; значения коэффициента β_б принимать согласно табл. 6;

- коэффициент, принимаемый в зависимости от температуры бетона в центре тяжести i-того слоя сечения; значения коэффициента принимают по данным табл. 6;

E_бi и E_б - модуль упругости бетона соответственно i-той части сечения в ненагретом состоянии и бетона менее нагретого слоя, к которому приводится все сечение;

β_бi - коэффициент изменения модуля упругости бетона для i слоя в зависимости от температуры центра слоя; значения этого коэффициента принимают по данным табл. 6.

Таблица 6

Коэффициент	Температура нагрева, °С
	20	100	200	300	500	700	800
βб	1	0,70	0,53	0,40	0,31	0,27	0,23
	1	0,8	0,75	0,7	0,53	0,32	0,25

Статический момент приведенного сечения равен:

, (9)

где Y_i и Y_α - соответственно расстояния от центра тяжести слоя и арматура до менее нагретой поверхности панели, см.

4.5. Максимальное значение продольного усилия от воздействия температуры N_t, вызываемого различием температурных удлинений футеровки и кожуха, определяют по формуле (10) при средней расчетной зимней температуре воздуха наиболее холодной пятидневки, принимаемой по графе 19 табл. 1 главы СНиП II-А.6-72.

N_t = 0,21 (ε_nt - ε_kt) ^. E_б F_n (1+μn_t), (10)

где ε_nt - относительное температурное удлинение панелей, определяемое согласно инструкции СН 482-76;

ε_kt - температурное удлинение кожуха;

F_n - площадь сечения панелей, приведенного к одному материалу со свойствами бетона при 20 °С, см²;

μ - коэффициент армирования бетона.

Начальный модуль упругости бетона, к которому приводят сечение, принимают по главе СНиП II-21-75.

4.6. При определении температурного удлинения панелей коэффициент линейного температурного расширения α_бр, температурной усадки α_бу и температурной деформации α_бt для легких жаростойких бетонов принимают по табл. 7.

Таблица 7

№ состава (см. табл. 1)	Вид бетона	Коэффициент	Значения коэффициентов при температуре бетона, °C
			20 - 100	300	500	700	900	1000
1	Перлитобетон на портландцементе с тонкомолотым шамотом γ0 = 800 кг/м3	αбt	-	3,0	1,8	-	-	-
		αбр	-	7,2	5,5	-	-	-
		αбу	-	4,2	3,7	-	-	-
2	Перлитобетон на глиноземистом цементе γ0 = 800 кг/м3	αбt	1,8	0,8	0,6	0,4	- 3,7	- 8,6
		αбр	5,0	5,7	5,6	5,5	5,6	5,7
		αбу	3,2	4,8	5,0	5,1	9,3	14,3
3	Керамзитобетон на портландцементе с тонкомолотым шамотом γ0 = 800 кг/м3	αбt	-	3,8	3,9	4,0	3,0	-
		αбр	-	5,0	5,5	5,7	5,3	-
		αбу	-	1,2	1,6	1,7	2,5	-
4	Керамзитобетон на жидком стекле с тонкомолотым шамотом γ0 = 800 кг/м3	αбt	-	4,2	4,8	5,8	-	-
		αбр	-	5,8	5,1	5,0	-	-
		αбу	-	1,6	0,3	0,8	-	-
5	Перлитошамотный бетон на глиноземистом цементе γ0 = 1200 кг/м3	αбt	2,0	1,0	1,2	0,9	0,9	-
		αбр	7,0	6,6	5,2	5,1	5,1	-
		αбу	5,0	5,6	4,0	4,2	4,2	-
6	Вермикулитобетон на глиноземистом цементе γ0 = 650 кг/м3	αбt	-	- 4,5	- 5,5	- 2,8	- 3,5	-
		αбр	-	6,8	6,9	7,1	6,9	-
		αбу	-	11,3	12,4	9,9	10,4	-
7	Вермикулитобетон на жидком стекла γ0 = 650 кг/м3	αбt	-	5,0	7,3	6,8	-	-
		αбр	-	9,1	8,6	8,0	-	-
		αбу	-	4,1	1,3	1,2	-	-
8	Вермикулитокерамзитобетон на портландцементе с тонкомолотым шамотом γ0 = 800 кг/м3	αбt	-	3,3	3,2	2,4	1,6	-
		αбр	-	10,4	8,7	6,7	6,6	-
		αбу	-	7,1	5,5	4,3	5,0	-
9	Вермикулитокерамзитобетон на глиноземистом цементе γ0 = 800 кг/м3	αбt	-	3,3	3,2	2,4	1,6	-
		αбр	-	10,4	8,7	6,7	6,6	-
		αбу	-	7,1	5,5	4,3	5,0	-
10	Керамзитобетон на жидком стекле с нефелиновым шламом γ0 = 750 кг/м3	αбt	-	4,3	5,1	3,3	1,7	-
		αбр	-	6,2	6,6	6,8	5,8	-
		αбу	-	1,9	1,5	3,5	4,1	-
11	Газобетон на глиноземистом цементе γ0 = 900 кг/м3	αбt	-	- 18,9	- 18,8	-14	- 11	-
		αбр	-	8,0	5,1	5,9	6,1	-
		αбу	-	27,9	23,9	19,9	17,1	-
12	Керамзитошамотный бетон на глиноземистом цементе γ0 = 1200 кг/м3	αбt	2,0	1,0	1,2	0,9	0,9	-
		αбр	7,0	6,6	5,2	5,1	5,1	-
		αбу	5,0	5,6	4,0	4,2	4,2	-

Расчетные значения коэффициентов принимают равными числовым значениям, умноженным на 10^-6.

Для остальных бетонов значения коэффициентов принимают согласно опытным данным.

4.7. Анкеры в панелях с внутренним слоем из теплоизоляционных изделий рассчитывают как консоли, нагруженные массой футеровки, в соответствии с положениями ОСТ 16.0.640.001-70. При расчете анкеров у основания в сечении А - А (рис. 3) нагрузку на один анкер определяют по формуле

, (11)

где n - коэффициент перегрузки, учитывающий колебания объемной массы и принимаемый равным 1,2;

j - количество слоев в панели;

V_j - объем материала слоя j, м³;

γ_0j - объемная масса слоя j, кг/м³;

k - количество анкеров в панели, воспринимающих нагрузку от массы футеровки; для панелей с прямоугольными анкерами за k принимают количество анкеров, большая сторона которых расположена вертикально.

При расчете анкеров с отгибами по сечению в уровне менее нагретой поверхности бетона (сечение Б - Б на рис. 3) каждый отгиб рассчитывают на нагрузку, равную 0,5Р, с учетом соответствующей высоты сечения отгиба.

Нагрузку на один анкер определяют по формуле:

, (12)

где V_б - объем бетона, м³.

Проверку бетона на смятие проводят в сечении 1 - 1. Возникающие в бетоне напряжения не должны превышать 0,1 ^. R_прt, где R_прt - призменная прочность бетона в нагретом состоянии, кгс/см².



Рис. 3. Расчетная схема металлических анкеров в двухслойных панелях:

1 - легкий жаростойкий бетон; 2 - теплоизоляционный слой; 3 - металлический анкер; 4 - металлическое основание панели

4.8. Расчет прочности панелей из легких жаростойких бетонов и теплоизоляционных материалов на стадиях изготовления, транспортирования и монтажа производят на действие изгибающего момента, возникающего от собственной массы панелей, с учетом коэффициента динамичности. Коэффициент динамичности принимают равным 1,8 (при транспортировании) и 1,5 (при подъеме и монтаже).

Прочность панелей следует проверять в сечении, в котором возникает наибольший изгибающий момент, а также в сечении с наибольшими ослаблениями.

4.9. При расчете панелей на стадиях изготовления, транспортирования и монтажа нагрузки необходимо принимать по объемной массе легкого жаростойкого бетона в невысушенном состоянии. Ее определяют умножением объемной массы в высушенном состоянии на коэффициент увеличения объемной массы К_р, указанный ниже.

Объемная масса бетона в высушенном состоянии, кг/м3	Значение коэффициента Кр
Менее 400	2,5
Свыше 400 до 600	2,0
Свыше 600 до 800	1,5
Свыше 800	1,2

Нагрузки от собственной массы теплоизоляционных изделий следует принимать с учетом влажности материалов после изготовления, указанной в соответствующих нормативах (см. табл. 5).

4.10. В случае возможного увлажнения теплоизоляционных слоев панелей в период транспортирования монтажа, необходимо учитывать увеличение массы этих материалов путем умножения ее на коэффициент 2,0.

4.11. При расчете бетонных панелей с металлическим основанием бетон учитывают только в сжатой зоне сечения. Поэтому места захватов при подъеме и монтаже и подкладок при транспортировании должны быть расположены таким образом, чтобы в бетоне панели с неармированной стороны не возникали растягивающие напряжения.