بسمه تعالی

عموديطراحی مخزن

:تهیه کننده گان

8913520007آرا محمد علی کشتی 8913520001 مهدي اسداله

:استاد راهنما دکتر گالبی

فهرست مطالب

صفحه ................................................................................................................................................................................. مطالب

1 ........................................................................................................................................................................ چکیده

2 ........................................................................................................................................................... صورت مسئله

3 ......................................................................................................................... محاسبه ضخامت ها: فصل اول

4 ......................................................................................................................... محاسبه ي فشار طراحی -1-1

4 ............................................................................................................... محاسبه ي ضخامت مورد نیاز -1-2

ACSE 7 95 ....................................... 7محاسبه ي بارهاي ناشی از باد بر اساس استاندارد -1-3

11 ...................................................................... بارهاي ناشی از زلزلهتوجه به ات طراحی بامحاسب -1-4

13 .................................... داخلی و بارهاي ناشی از زلزله بررسی کفایت ضخامت در برابر فشار -1-5

19 ................................................................................................................. طراحی پایه ي مخزن: فصل دوم

Skirt ......................................................................................................................................... 20طراحی -2-1

20 ...................................................................................................................................... طراحی ورق پایه -2-2

29 .............................................................................. طراحی نازل ها و اتصاالت مربوط به آنها: فصل سوم

30 ............................................................................................................................................ اینچی 4نازل -3-1

34 ............................................................................................................................................ اینچی 8نازل -3-2

37 .........................................................................................................................................اینچی 20نازل -3-3

41 ......................................................................................................................................... انتخاب فلنج ها -3-4

41 .................................................................................................................................. له کشیونیروهاي ل -3-5

47 ......................................................................................... اینچی 20فلنج آدم رو Davitانتخاب -3-6

49 ............................................................................................ حمل و نقل مخزن و نصب آن: فصل چهارم

50 ............................................................................................ بررسی استحکام مخزن در حمل و نقل -4-1

58 ............................................ بررسی استحکام مخزن در زمان بلند کردن مخزن از روي زمین -4-2

67 ......................................................................................................................... بارهاي محلی در پوسته -4-3

71 ............................................................................................................................ ي نتایج خالصه: فصل پنجم

1

چکیده

. محاسبه خواهند شد skirtو ها کلگی،پوسته هاي در فصل اول ضخامت .شود پروژه تعریف میصورت ابتدا و ورق پایه skirtمخزن که شامل ي در فصل دوم پایه .د شددر این بخش بررسی خواهاثرات باد و زلزله نیز

فصل چهارم نیز به بررسی حمل و نقل . پردازیم می ها بررسی نازلدر فصل سوم به . د شداست، طراحی خواه . د شددر فصل پنجم ارائه خواه ي مشخصات مهم برج نیز خالصه. است هو نصب مخزن اختصاص یافت

2

:صورت مساله

الزم است که در طراحی برج . استمیخواهیم یک برج قائم طراحی کنیم که مشخصات آن به شرح زیر استبرج داراي نردبان و سکو . شود هکشی در نظر گرفت هاثرات باد یا زلزله، حمل و نقل و نیروهاي لول

.استبرج به شرح زیر نیز مشخصات

است متر2.5 برج برابر با قطر داخلی.

استمتر 35ارتفاع برج برابر با.

استبار 1.5فشار داخل برج برابر با.

شود می هدماي محیط به عنوان دماي طراحی در نظر گرفت.

استاصفهان برج در محیطی باز در پاالیشگاه .

کند میاینچ خوردگی ایجاد 0.1آب بوده که سیال داخل برج.

استساعت برکیلومتر 100حداکثر سرعت باد در منطقه.

باشند می 1 به 2با نسبت 1ي برج از نوع بیضويها کلگی.

نازلها و بخشی از ها کلگیپوسته ،جنس ،skirt ، SA240-304 است.

شود می هدرنظر گرفت 1برابر 2ضریب جوش.

استبرج داراي سه نازل به شرح زیر.

اینچ در باالي برج16 3نازل آدم رو - 1

.استکشی موجود هدر این نازل نیروهاي لول: اینچی در انتهاي برج 6ي تخلیه نازل - 2

.استکشی موجود هدر این نازل نیروهاي لول: اینچی در باالي برج 8نازل ورودي - 3

lifting lug and handling lugجایی و نصب آن از جابهبراي قرار گرفته و skirtبرج بر روي .خواهد کرد که باید بررسی گردد 4ایجاد بارهاي محلیخود ي شود که به نوبه می هاستفاد

.کشی وجود دارند هاینچی نیروهاي لول 6 و 4ي ها در نازل

بلند کردن از روي تریلی و نصب آن بر روي (الزم است که زوایاي مختلف بارهاي وارد بر برج در هنگام نصب

.شود هدر نظر گرفت °90،°45،°30،°0در زوایاي) زمین

1 - elliptical 2-Joint efficiency 3 - manhole 4 - local loads

3

فصل اول

ها ضخامتي محاسبه

4

فشار طراحیي محاسبه - 1-1

برابر با فشار ) P(فشار طراحی ASMEقبل از هر چیز فشار طراحی باید تعین گردد؛ طبق استاندارد و فشار ) Pi(، فشار عملکرد نیز برابر با مجموع فشار داخلی مخزن 5استده درصد آن ي به عالوه) Po(عملکرد

لذا داریم، .است) Ph(هیدرواستاتیکی سیال داخل مخزن

퐷 = 2.5푚 ≅ 99푖푛 = 8.25푓푡ℎ = 35푚 = 1378 = 114.83푓푡

� ⇒ 푉 =휋4 퐷 ℎ =

휋4 × 8.25 × 114.83

= 2219푓푡

훾 = 62.43푙푏푓푡 ⇒ 푃 = 훾ℎ = 62.43 × 114.83 = 7165.6

푙푏푓푡 = 49.76푝푠푖

푃 = 1.5푏푎푟 ≅ 22푝푠푖

푃 = 1.1 × (푃 + 푃 ) = 1.1 × (22 + 49.76) ≅ 79푝푠푖

ضخامت مورد نیازي محاسبه - 1-2

. رددگ و نیروي ناشی از زلزله تعیین می ضخامت اجزاي یک مخزن بر اساس عواملی از جمله فشار، نیروي بادزیادي روي ضخامت بسیار شود، نیروي باد و زلزله اثر میانجام برجبا توجه به این که طراحی براي یک

.بررسی گردد ها بایست در برابر نیروي ناشی از آن میپوسته خواهند داشت و ضخامت اجزاي مخزن

ها بر اساس سازي ضخامت دیگري که در این جا باید به آن اشاره شود این است که استانداردي نکته .انجام شده است 6هندبوك مخازن تحت فشار

ز پوسته در اثر تنش محیطیضخامت مورد نیاي محاسبه - 1- 2- 1

psi 30000و استحکام تسلیم برابر با psi 20000 برابر با SA240-304 ،نهایی مجاز براي استحکام .است

ASMEطبق استاندارد .استفارغ از نیروي باد یا زلزله، تنش محیطی در مخزن تنها تابعی از فشار مخزن . 7گردد میزیر محاسبه ي از رابطهمحیطی ضخامت مورد نیاز پوسته در اثر تنش

5 -ASME BPVC Sec VIII DIV I 2010 UG-21 ,UG-134 6 -Pressure Vessel Handbook by Eugene F. Megyesy 7 -ASME BPVC Sec VIII DIV I 2010 UG-27

5

푡 =푃푅

푆퐸 − 0.6푃=

79 × (49.5 + 0.1)20000 × 1 − 0.6 × 79

= 0.1964푖푛

برابر است با ضخامت مورد نیاز پوستهبا در نظر گرفتن خوردگی

푡 = 푡 + 퐶 = 0.1964 + 0.1 = 0.2964푖푛

:بنابراین. گرفته خواهد شداینچ در نظر ضخامت به صورت استاندارد که

푡 =516

= 0.3125푖푛

ها ي ضخامت مورد نیاز کلگی محاسبه - 2- 2- 1

کلگی باال ضخامت -1- 1-2-2

با توجه به این که نیروي باد یا زلزله اثري بر روي کلگی ندارد؛ ضخامت کلگی تنها در اثر فشار داخلی تعیین 8.شود محاسبه می، به صورت زیر 1به 2ضخامت مورد نیاز کلگی بیضوي ASMEطبق استاندارد .گردد می

푡 = 0.09푖푛

푡퐿=

0.170.9 × 퐷

=0.1789.1

= 0.001 < 0.002

:داریم 9بنابراین با توجه روابط مربوطه

퐾 = 1

퐷2ℎ = 2

푟퐷= 0.17 ⇒ 푟 = 0.17 × 99 = 16.83푖푛(푖푛푠푖푑푒푘푛푢푐푘푙푒푟푎푑푖푢푠)

(a)

푟퐷> 0.08 ⇒ 퐶 = 0.692

푟퐷+ 0.605 = 0.72

�

8 -ASME BPVC Sec VIII DIV I 2010 UG-32 9 - ASME BPVC Sec VIII DIV I 2010 , MANDATORY APPENDICES 1-4(f)

6

(b) االستیک یانشکم ي تنش محاسبه:

퐸 = 28.2 × 10 푝푠푖

푆 = 퐶 퐸푡푟

= 109700푝푠푖

(c)

퐶 = 1.46 − 2.6푟퐷= 1.01

(d)

L = 퐾 퐷 = 0.9 × 99 = 89.1푖푛

⎩⎪⎨

⎪⎧푎 = 32.67푏 = 72.27훽 = 푎푟푐푐표푠

푎푏

= 1.1017

휑 =퐿푡푟

= 0.17

�

(e)

c =푎

cos(훽 − 휑)= 54.77

푅 = 푐 + 푟 = 71.6

(f) مقدار فشار داخلی مسبب کمانش االستیک :

푃 =푆 푡

퐶 푅 0.5푅푟 − 1

= 121푝푠푖

(g) فشار مورد نیاز جهتمقدارتسلیمتنش رسیدن به :

7

푃 =푆 푡

퐶 푅 0.5푅푟 − 1

= 33.12푝푠푖

푃푃= 3.65

⇒ 푃 = 0.408 × 푃 + 0.192 × 푃 = 36.74푝푠푖

.= 24.5 > P = 1.1 × 22 = 24.2psi

.لذا ضخامت انتخابی با دقت خوبی جهت طراحی فشار داخلی قابل قبول است

푡 = 0.09 + 퐶. 퐴.= 0.19푖푛

:داریم ضخامت استاندارد شده با انتخاب

푡 =14푖푛

احتساب فشار هیدرواستاتیکی پایین باکلگی ضخامت - 2- 2- 2- 1

푡 =푃퐷

2푆퐸 − 0.2푃=

79 × 49.52 × 20000 × 1 − 0.2 × 79

= 0.1956푖푛

푡 = 0.1956 + 퐶. 퐴.= 0.2956푖푛 :ضخامت استاندارد شده داریم با انتخاب

푡 =516

= 0.3125푖푛

ASCE 7-9510بر اساس استاندارد بارهاي ناشی از باد ي محاسبه - 3- 1

.، ارتفاع کل برج را محاسبه خواهیم کرد skirtبراي فوت 3با در نظر گرفتن طول

ℎ + 2 × ℎ = 114.83푓푡

10 -Pressure Vessel Design Manual 3th Ed (Page 112 Procedure 3-1)

8

ℎ = 3푓푡

⇒ 퐻 = 3 + 114.83 = 117.83푓푡 = 1414푖푛

퐷 = 8.25푓푡

11، قطر معادل برابر است بااستبا توجه به این که مخزن داراي نردبان و سکو

D > 8푓푡 ⇒ D = 1.4D = 138.6in = 11.55푓푡

:ی مخزن داریم یهمچنین با در نظر گرفتن موقعیت جغرافیا

Exposure Category C

Structure Category III ⇒ Importance Factor = 1.15

damping coefficient 훽 = 0.01

که این وزن است) Wo( بارهاي ناشی از باد یا زلزله وزن عملکرد مخزنی از فاکتورهاي مهم در محاسبه ي دیگرو وزن اجزا) 푊( ها ، وزن کلگی )푊( ، وزن پوسته )푊( شامل وزن محتویات مخزن

.است... ، نردبان، سکو وها جن، فلها مخزن مانند نازل

وزن آب ناشی ازیادي از وزن کل بد، ولی با توجه به این که درصد زیا میبعد از خوردگی وزن پوسته کاهش .داخل مخزن است، وزن کل تغییر چندانی نخواهد کرد

.آوریم ابتدا حجم مخزن را بدست می

푉 =휋퐷12

+휋퐷 퐿4

= 6062푓푡

:وزن محتویات در صورتی که مخزن به طور کامل پرشود

푊 = 푉 × 훾 = 6062 × 62.43 = 378451푙푏

: 12 ها و کلگی وزن پوسته

11 - Pressure Vessel Design Manual 3th Ed( page 116 table 3-4) 12- Pressure Vessel Design Manual 3th Ed (Page 96)

9

푊 = 휋퐷 푡퐿푑 = 휋 × 99.15 × 0.3125 × 1328 × 0.28 = 36195푙푏

푊 = 2 × 1.084 × 퐷 × 푡 × 푑 = 933푙푏

:وزن عملکرد مخزن

푊 = 푊 +푊 +푊 + 10%(푊 +푊 ) = 420318

.آید بدست میبه شکل زیر براي کل مخزن وزن واحد طول

푤 =푊퐻 = 3568푙푏/푓푡

برابر است بابرج یارتعاشات عرض پریود، 1-1با توجه به شکل

푇 = 7.65 × 10117.838.25

3592 × 8.250.026 = 1. 64 > 1푠

1-1 شکل

در نظر پذیر انعطافباید می، مخزن را استثانیه از یک بزرگترارتعاشات عرضی برج پریود با توجه به این که .گردد می؛ بنابراین نیروي وارد بر آن در اثر نیروي باد به شکل زیر محاسبه گرفت

10

퐹 = 푞 퐺 퐶 퐴

퐺ي فاکتور محاسبه 13 :

훼 = 0.153 ; 푙 = 500푓푡

푏 = 0.65 ; 휖 = 0.2

푐 = 0.2 ; 푍 = 15푓푡

푠ℎ푎푝푒푓푎푐푡표푟,퐶 = 0.8

퐼푚푝표푟푡푎푛푐푒푓푎푐푡표푟,퐼 = 1.15

푓 = = 0.6088퐻푧

푍 = 70.2 ⇒퐼 = 0.1764 ⇒ 퐿 = 581.48 ⇒푄 = 0.8036

푉 = 1.467 × 63 = 92.42푚푖푙/ℎ푟

푉 = 67.43 , 푁 = 5.25 , 푁 = 4.86, 푁 = 0.479

푅 = 0.0491,푅 = 0.1846,푅 = 0.7445,푅 = 0.4366

푅 =푅 푅 푅 푅 (0.53 + 0.47푅 )

훽= 0.4961

퐺 =푙 + 2푔퐼 푄 푅

푙 + 7퐼= 1.077

푞 = 0.00256푘 푘 푣 퐼 = 11.68푘

퐴 = ℎ 퐷 = 11.55ℎ

퐹 = 푞 퐺 퐶 퐴 = 116.23ℎ 푘

بارهاي ي فوق در اثر تغییر ارتفاع تغییر خواهد کرد، براي محاسبهي در رابطه kبا توجه به این که فاکتور .تقسیم بندي خواهد شد 1- 1ناشی از باد، ارتفاع برج مطابق جدول

13 Pressure Vessel Design Manual 3th Ed (Page 113)

11

1- 1 جدول

Elevation 풉풂풗풆 풌풛 풉풙 푨풓 = 푫풆풉풙 F(lb) M(ft-lb) ퟏퟏퟎ– ퟏퟏퟕ. ퟖ 113.9 1.31 7.8 90.09 1187.638 135272ퟗퟓ − ퟏퟏퟎ 102.5 1.26 15 173.25 2196.747 225166.6ퟖퟓ − ퟗퟓ 90 1.24 10 115.5 1441.252 129712.7ퟕퟓ − ퟖퟓ 80 1.21 10 115.5 1406.383 112510.6ퟔퟓ − ퟕퟓ 70 1.17 10 115.5 1359.891 95192.37ퟓퟓ − ퟔퟓ 60 1.13 10 115.5 1313.399 78803.94ퟒퟓ − ퟓퟓ 50 1.09 10 115.5 1266.907 63345.35ퟑퟓ − ퟒퟓ 40 1.04 10 115.5 1208.792 48351.68ퟐퟕ. ퟓ − ퟑퟓ 31.25 0.98 7.5 86.625 854.2905 26696.58ퟐퟐ. ퟓ − ퟐퟕ. ퟓ 25 0.94 5 57.75 546.281 13657.03ퟏퟕ. ퟓ − ퟐퟐ. ퟓ 20 0.9 5 57.75 523.035 10460.7ퟎ − ퟏퟕ. ퟓ 8.75 0.85 17.5 202.125 1728.921 15128.06

퐅 = ퟏퟓퟎퟑퟑ. ퟓퟒ 퐌 =ퟗퟓퟒퟐퟗퟕ. ퟔ

مخزن برابر است باي مقدار ممان خمشی درپایه

푀 = 954297푙푏. 푓푡

14بارهاي ناشی از زلزله ات طراحی با توجه بهمحاسب - 1-4

.است (lb) 420318با ر برابوزن عملکرد مخزن تعیین شد، 3-1همانگونه که در بخش

푊 ≈ 420318푙푏

:همچنین براي پریود نوسانات برج بدست آوردیم

푇 = 1.64푠푒푐

استبا توجه به این که پاالیشگاه جز تاسیسات ضروري ن

퐼 = 퐼푚푝표푟푡푎푛푐푒푓푎푐푡표푟 = 1

.گیرد میقرار Sc، نوع پروفیل خاك در گروه براي خاك پاالیشگاهظر گرفتن بستر سفت همچنین با در ن

اصفهان داریم ، براي شهرگیرد قرار می zone 3در از لحاظ زلزله خیزي بیشتر نقاط کشور

14 Pressure Vessel Design Manual 3th Ed (page 120)&Uniform Building Code, 1997 Edition

12

푍 = 푠푒푖푠푚푖푐푧표푛푒푓푎푐푡표푟 = 0.3

با توجه به مقادیر فوق

푅 = 2.9

퐶 = 0.33

퐶 = 0.45

بنابراین

푉 = 0.56퐶 퐼푊 = 0.56 × 0.33 × 1 × 420318 = 77675푙푏

푉 =퐶 퐼푊푅 푇

=0.45 × 1 × 420318

2.9 × 1.64= 39770푙푏

푉 =2.5퐶 퐼푊

푅 =2.5 × 0.33 × 1 × 420318

2.9 = 119573푙푏

푉 = 푚푖푛 푉 ,푚푎푥{푉 , 푉 } = 푉 = 77675푙푏

푉 =푉1.4

= 55482푙푏

푇 = 1.64 > 0.7푠 ⇒ 퐹 = 0.07푇푉 = 6369푙푏 < 0.25푉 = 13870푙푏

퐹 = 푉 − 퐹 = 55482 − 6369 = 49111푙푏

퐶 =푉푊 = 0.132

.شود میزیر محاسبه ي از سطح زمین از رابطه ℎ مخزن، در ارتفاعي ممان خمشی درپوسته

푀 = 퐹 (퐻 − ℎ ) + 퐹2퐻3 − ℎ

شود که زلزله فاکتور میمشاهده 1- 1و جدول 2- 1با مقایسه مقادیر ممان خمشی ناشی از زلزله در جدول .ضخامت پوسته در برابر این عامل بررسی گرددبایست تري نسبت به باد بوده و لذا می به مراتب مهم

13

2- 1جدول

Elevation 푴풙(풇풕 − 풍풃) 푾풉(풍풃) D(in) t(in) 푺ퟏ푬ퟏ 흈풙풕(풑풔풊) B 흈풙풄(풑풔풊) 110 – 117.8 -1712053 28017.6 100.2 0.2125 20000 -10092.5 7000 11847.83

95 -110 -1079581 81897.6 100.2 0.2125 20000 -6366.75 7000 6510.278 85-95 -386081 117817.6 100.2 0.2125 20000 -1935.06 7000 1004.084 75-85 168718.7 153737.6 100.2 0.2125 20000 1502.835 7000 -3508.32 65-75 723518.7 189657.6 100.2 0.2125 20000 4940.732 7000 -8020.73 55-65 1278319 225577.6 100.2 0.2125 20000 8378.629 7000 -12533.1 45-55 1833119 261497.6 100.2 0.2125 20000 11816.53 7000 -17045.5 35-45 2387919 297417.6 100.2 0.2125 20000 15254.42 7000 -21557.9

27.5-35 2873369 324357.6 100.2 0.2125 20000 18329.74 7000 -25439.1 22.5-27.5 3220119 342317.6 100.2 0.2125 20000 20545.58 7000 -28192.2 17.5-22.5 3497519 360277.6 100.2 0.2125 20000 22264.53 7000 -30448.4

0-17.5 4121669 423137.6 100.2 0.2125 20000 25796.38 7000 -35860.7

در برابر فشار داخلی و بارهاي ناشی از زلزله بررسی کفایت ضخامت - 1-5

ممان ناشی از زلزله و نیروي فشاري ناشی از وزن پوسته، کلگی باال و سایر اتصاالت مخزن نظر گرفتنبا گردد که در یک طرف این تنش از میتنش طولی در دو طرف مخزن محاسبه همچنین فشار داخلی برج،

.شود میزیر محاسبه ي که تمایل به پاره کردن مخزن در راستاي طولی را دارد و از رابطه استجنس کشش

휎 =푃 퐷2푡

+48푀휋퐷 푡

−푊휋퐷푡

وزن .است tangent lineوزن اجزاي مخزن در باالي 푊قطر میانگین مخزن بوده و Dکه در این رابطه .مقایسه شود SEاین تنش باید با همچنین .سیال داخل مخزن جز آن نیست

و برابر کند میه کمانش را در مخزن ایجاد در طرف دیگر تنشی از جنس فشار خواهیم داشت که تمایل ب است با

휎 = −48푀휋퐷 푡

−푊휋퐷푡

.مقایسه گرددB اید از لحاظ اندازه با فاکتوربیز این تنش ن

푊 مقادیر تنش کششی و 2-1در جدول . سی قرار گرفته استررل وزن باالي مقطعی است که مورد بکبا مقایسه تنشها و مقادیر مجاز به خصوص در . اند فشاري ،همچنین مقادیر مجاز در هر مقطع محاسبه شده

14

و بایستی ندضخامتهاي محاسبه شده براي پوسته و کلگیها مناسب نیستکه پر واضح استبخش فشاري .افزایش یابند

ي ها تنش با استحکام، ضخامت مناسب را از روي ضخامتي بهتر است با حدس در مورد ضخامت و مقایسهاز طرفی با توجه به مقادیر ممان خمشی در نیمه باالیی مخزن با نیمه پایینی آن .استاندارد تعیین کنیم

را به دو بخش با ضخامتهاي متفاوت تقسیم ،جهت کاهش وزن مخزن این امکان وجود دارد که پوسته .دهیم قرار می 4- 1و 3- 1تایج را در جداولجام عملیات سعی و خطا، نبا ان .نماییم

.دهد ممان خمشی، نیروي برشی در اثر زلزله را در هر بخش برج نمایش می 3- 1جدول

، تنشهاي طولی ) skirtکلگی باال و پایین ،پوسته دو بخشی و (نیز ضخامت بخشهاي مختلف برج 4-1جدول . ي برج را به نمایش گذاشته است فشاري و کششی ناشی از زلزله در پوسته

اند استاندارسازي شده ضخامت ابتدا مقادیر 4- 1جدول ذکر شده ضخامتهاي درالزم به تذکر است که با مقایسه حد مجاز و تنشهاي فشاري در بخشهاي مختلف به خصوص . ر خورگی کسر شده استمقداسپس

.باشند گیریم که ضخامتهاي اعمالی قابل قبول می ي مخزن ، نتیجه می و پایه) .T.L(در بخش

.باشند هاي مختلف مخزن به شرح زیر می لذا نتیجه نهایی انتخاب ضخامت مناسب براي بخش

푡:باال ضخامت کلگی = 0.25푖푛

푡: ضخامت نیمه باالیی مخزن = 0.5푖푛

푡: ضخامت نیمه پایینی مخزن = = 0.875푖푛

skirt :푡ضخامت = = 0.9375푖푛

مانند پوسته skirt ،بدیهی است که در محاسبه تنشهاي طولی بخش مخزن و مقایسه با مقادیر مجاز تنش .شود ، با این تفاوت که دیگر فشار داخلی موجود نیست فرض می

5- 1در جدول .با توجه به اینکه دیگر برج یکنواخت نیست پریود نوسانات را بایستی مجددا بدست آوریم퐸 = 28.1 × 10 푝푠푖 و퐷 = 8.25푓푡 همچنین ضخامت هر بخش نیز بر حسب فوت جایگزین ،

.است شده

15

3- 1 15جدول

Elevation 풉풙 (풇풕)

풘풙 (풍풃/풇풕)

푾풙 (풌풊풑풔)

푾풙풉풙 (풇풕. 풌풊풑풔)

푭풙풐풓푭풕 (풌풊풑풔)

푽풙 (풌풊풑풔)

푴풙 (풇풕. 풌풊풑풔)

117.8 15.4 0 115.8-117.8 116.8 3927 7.854 917.3 1.5

16.9 32.3

98-115.8 106.9 3927 69.91 7472.4 12.3 29.3 443.3

88-98 93 3927 39.27 3652.1 6.1 35.3 765.9

78-88 83 3927 39.27 3259.4 5.4 40.7 1145.7

68-78 73 3927 39.27 2866.7 4.7 45.4 1575.9

58-68 63 3927 39.27 2474.01 4.1 49.5 2050.3

48-58 53 4383 43.83 2322.9 3.8 53.3 2564.3

38-48 43 4383 43.83 1884.7 3.1 56.4 3112.9

28-38 33 4383 43.83 1446.4 2.4 58.8 3689

18-28 23 4383 43.83 1008.1 1.6 60.5 4285.5

8-18 13 4383 43.83 569.8 0.9 61.4 4894.9

3-8 5.5 4383 21.92 120.5 0.19 61.6 5202.5

0-3 1.5 2626 7.88 11.8 0.019 61.6 5388

15 Pressure Vessel Design Manual 3th Ed (page 162)

16

16 Pressure Vessel Design Manual 3th Ed (page 164)

4- 1 16جدول

1 Elevation 푴풙 (풇풕. 풌풊풑풔)

퐖풉 (퐤퐢퐩퐬)

푫풎 (풊풏)

풕 (풊풏)

푺ퟏ푬ퟏ 흈풙풕 (풑풔풊)

푨 푩 (풑풔풊)

흈풄풕 (풑풔풊)

0

115.8-117.8 7.85 99.25 0.15 20000 3802.4 3802.45 800 -503.312

32.33

98-115.8 77.75 99.5 0.4 20000 2458.5 2458.553 10000 -2337.41

443.28

88-98 117.02 99.5 0.4 20000 3392.1 3392.112 10000 -3900.06

765.96

78-88 156.29 99.5 0.4 20000 4546.2 4546.285 10000 -5683.33

1145.68

68-78 195.56 99.5 0.4 20000 5896 5896.004 10000 -7662.14

1575.96

58-68 234.84 99.5 0.4 20000 7416.2 7416.197 10000 -9811.42

2050.31

48-58 278.66 99.875 0.775 20000 4641.1 4641.092 12400 -6228.41

2564.23

38-48 322.49 99.875 0.775 20000 5547.7 5547.67 12400 -7496.03

3112.89

28-38 366.32 99.875 0.775 20000 6508.7 6508.714 12400 -8818.1

3689.04

18-28 410.15 99.875 0.775 20000 7509.9 7509.893 12400 -10180.3

4285.44

8-18 453.98 99.875 0.775 20000 8536.8 8536.871 12400 -11568.3

4894.86

3-8 475.89 99.875 0.775 20000 9056 9056.004 12400 -12268

5202.42

0-3 483.77 99.9375 0.7375 14000 7151

7737.229 12800 -10439.8

5388

17

푭풙 =푉 − 퐹∑푊 ℎ 푊 ℎ

푴풙 = 퐹푡(퐻−ℎ푖)+ 퐹푥(ℎ푥− ℎ푖)

که با تقسیم هر بخش بر طول آن س از تغییر ضخامت به شرح زیر استوزن بخشهاي مختلف مخزن پ .آید بدست می 5- 1بخش وزن واحد طول به کار گرفته شده در جدول

푊 = 휋퐷 푡퐿푑 = 푊 +푊 = 53000 + 29400 = 82400푙푏

푊 = 1.084 × 퐷 × 푡 × 푑 = 푊 +푊 = 2600 + 1500= 4100푙푏

푊 = 휋퐷 푡퐿푑 = 휋 × (99 + 0.9375) × 0.9375 × 36 × 0.28 ≅ 30000푙푏

푊 = 푊 +푊 +푊 +푊 + 10%(푊 +푊 ) = 476901푙푏

5- 1 17جدول

푷풂풓풕 ft

풘풙 (lb/ft)

풉풙푯 휶 ∆휶 흎∆휶 휸 ∆휸 푬(

푫ퟏퟎ)

ퟑ∆휸

top 1 2.103 1 58-117.8 3927 2.0032 7866 0.0486 31.95

0.492 0.0998 3-58 4383 0.0998 437 0.8494 977.25

0.025 0.0000 0-3 2626 0 0 0.1020 125.73

0 0 Σ = 8303 Σ = 1135

푇 =퐻100

∑휔∆훼

∑퐸( 퐷10) ∆훾=

117.8100

83031135 = 3.75푠푒푐

17 Pressure Vessel Design Manual 3th Ed (page 160)

18

푉 = 0.56퐶 퐼푊 = 0.56 × 0.33 × 1 × 476901 = 86283푙푏

푉 =퐶 퐼푊푅 푇

=0.45 × 1 × 476901

2.9 ∗ 3.75= 1932푙푏

푉 =2.5퐶 퐼푊

푅=2.5 × 0.33 × 1 × 476901

2.9= 132825푙푏

푉 = 푚푖푛 푉 ,푚푎푥{푉 , 푉 } = 86283푙푏

푉 =푉1.4

= 61631푙푏

푇 = 3.75 > 0.7푠 ⇒ 퐹 = 0.07 × 3.75 × 61631 = 1617푙푏 > 0.25푉= 15407푙푏

⇒퐹 = 15407푙푏 = 15.4푘푖푝푠

퐹 = 푉 − 퐹 = 61631 − 15407 = 46224푙푏

19

فصل دوم

مخزني طراحی پایه

20

skirt طراحی - 2-1

در یک سو تحت تنش کشش و در سوي دیگر تحت فشار نسبتا skirtروندي مشابه با طراحی پوسته، .ایجاد خواهد کرد آنکه تمایل به کمانش را در استزیادي

skirtضخامت ي محاسبه - 1- 1- 2

ي ها تنش با استحکام، ضخامت مناسب را از روي ضخامتي بهتر است با حدس در مورد ضخامت و مقایسه .آورده شده است 4- 1نتایج این فرایند در جدول . استاندارد تعیین کنیم

휎 =48푀휋퐷 푡 −

푊휋퐷푡,휎 = −

48푀휋퐷 푡 −

푊휋퐷푡

طراحی ورق پایه - 2-2

پهناي ورق پایهي محاسبه - 1- 2- 2 .نظر گرفته خواهد شد در1- 2مطابق شکل skirtي پایه

.استSA516-70 به ذکر است که جنس ورق پایه الزم

1-2 شکل

21

2-2 شکل

براي این . خواهد شد استفادهSA-307-B از جنس ییها پیچبراي اتصال ورق پایه به فنداسیون بتنی از ، جنس

퐹 = 20푘푠푖

بنابراین. 18گردد میدر پایه تعیین skirtبا توجه به قطر خارجی ها تعداد پیچ

푑 = 100.875푖푛 ⇒ 푁 = 16

براي بتن پایه نیز

퐹 = 1.2푘푠푖 ⇒ 푛 = 10

برابر است با 19ممان خمشی ناشی از زلزله نیز در پایه

푀 = 5388푓푡. 푘푖푝푠

= 6.664푓푡 = 80푖푛

از طرفی وزن کل مخزن در پایه برابر است با

푊 = 푊 = 476.9푘푖푝푠

18 - Pressure Vessel Design Manual 3th Ed (Page 194 Table 3-33)

4-1جدول - 19

22

شعاع قرار گرفته باشند skirt خارجیي از لبه in 3.5به فاصله ي ها مرکز پیچي با فرض این که فاصله برابر است با ها پیچي دایره

푑 = 100.875 + 2 × 3.5 = 107.875 ≅ 9푓푡 ⟹ 푟 = 4.5푓푡 = 54푖푛

برابر است با Kبنابراین پارامتر

퐾 =1

1 + F푛F

=1

1 + 2010 × 1.2

= 0.375 ⇒

C = 1.7025C = 2.2785J = 0.7835Z = 0.4215

�

برابر است با در فوالد نیروي کششی

푇 =푀 − 푍푑푊

퐽푑=5388 − 0.4215 × 9 × 476.9

0.7835 × 7= 507.72푘푖푝푠

برابر است با ها سطح مورد نیاز پیچ

퐴 =푇휋푑퐹 푟퐶 =

507.72 × 휋 × 920 × 4.5 × 2.2785 = 69.96푖푛 ⇒

퐴푁 = 4.37푖푛

ز براي هر پیچ برابر است باابنابراین قطر مورد نی

휋4푑 = 4.37 ⟹ 푑 =

4.37 × 4휋

= 0.2178

.میکن میانتخاب به صورت استاندارد پیچ زیر را

푑 = 234 푖푛 ⇒ 푅 = 4.618푖푛

푡 =푁푅휋푑 =

16 × 4.618휋 × 107.875 = 0.2178 ⇒

푓 =푇

푡 푟퐶 =507.72

0.2178 × 54 × 2.2785 = 18.939푘푠푖 < 퐹 = 20푘푠푖

.بنابراین پیچ انتخاب شده مناسب است

بار فشاري روي بتن برابراست با. حال باید پهناي پایه را به گونه اي پیدا کنیم که بتن کف آسیب نبیند

23

퐶 = 푇 +푊 = 507.72 + 476.9 = 984.6푘푖푝푠

.باشد آنمقدار استحکام کمتر ازکه مقدار تنش در بتن گرفته شودبه گونه اي در نظر بایدمقدار پهنا به عنوان حدس اول. نیز تغییر نکند Kهمچنین فاکتور

푤 = 10푖푛

تنش در بتن برابر است با

푓 =퐶

[(푤 − 푡 ) + 푛푡 ]푟퐶= 0.895푘푠푖

.نیز چک شود Kحال باید فاکتور

K =1

1 + fnf

=1

1 + 18.93910 × 0.895

= 0.3708 ⇒ K − K = 0.0042 < 0.01

.بنابراین پهناي انتخاب شده مناسب خواهد بود

نیز نشان داده 3-2 که در شکلمقدار این بار . بتن نیز بررسی گردد 20حال بایستی قابلیت تحمل فشاري .گردد میزیر محاسبه ي از رابطهشده است،

푏 = 푓2퐾푑 + 푤2퐾푑 = 0.895

2 × 0.3708 × 108 + 102 × 0.3708 × 108 = 1.007푘푠푖

3-2 شکل

مقدار مجاز براي این بار برابر است بابراي بتن انتخاب شده،

20 -bearing load

24

퐵 = 0.75푘푠푖

. استبنابراین طراحی انجام شده مناسب ن

توان با تغییر آنها طراحی را اصالح که می هستندیی ها هتغییر پهناي ورق پایه از گزین، افزایش سایز پیچ :داریم با چند حدس و خطا نهایتا. کرد

퐾 = 0.5 ⇒

퐶 = 2퐶 = 2퐽 = 0.785푧 = 0.393

�

푇 = 524.6푘푖푝푠

برابر است با ها سطح مورد نیاز پیچ

퐴 =푇휋푑퐹 푟퐶 = 82.14푖푛 ⇒

퐴16 = 5.14 ⇒ 푅 = 5.621푖푛 , 푑 = 3푖푛

푡 = 0.265푖푛 ⇒ 푓 = 18.29푘푠푖 < 퐹 = 20푘푠푖

퐶 = 푇 +푊 = 524.6 + 476.9 = 1000.96푘푖푝푠

.حال باید پهناي پایه را به گونه اي پیدا کنیم که بتن کف آسیب نبیند

푤 = 15푖푛

تنش در بتن برابر است با

푓 =퐶

[(푤 − 푡 ) + 푛푡 ]푟퐶= 0.533푘푠푖 < 퐹 = 1.2푘푠푖

퐾 =1

1 + 푓푛푓

=1

1 + 18.2910 × 0.533

= 0.506 ⇒ 0.506 − 0.5 = 0.006 < 0.001

. حال بایستی مجددا قابلیت تحمل فشاري بتن نیز بررسی گردد

푏 = 푓2퐾푑 + 푤2퐾푑 = 0.533

2 × 0.506 × 108 + 152 × 0.506 × 108 = 0.6061푘푠푖 < 0.75

.استقابل قبول حال طراحی

25

ورق پایه مورد نیاز ضخامتي محاسبه - 2- 2- 2

با توجه به . است، پارامتر تعیین کننده اي در این قسمت ورق پایه ي لبهتا skirtسطح خارجی ي فاصله .استاینچ 5.1این که پهناي ورق پایه برابر با

푙 = 푎 + 푐 = 3.75 + 3.5 = 7.25푖푛

.گردد میزیر محاسب ي گشتاور خمشی بر واحد طول از رابطه

푀 =푃푏8 =

112.42 × 58 = 70.26

푘푖푝푠. 푖푛푖푛

.ددرگ میزیر محاسبه ي ضخامت مورد نیاز براي ورق پایه از رابطه

퐹 =23퐹 =

23× 30000 = 20000푝푠푖

:براي قطر سوراخ پیچ داریم

푑 = 푑 + 1 = 4푖푛

푡 =6푀

(푤 − 푑 )퐹=

6 × 70262(15 − 4) × 20000

= 1.384푖푛

4-2شکل

:داریم 21با توجه به کتاب طراحی مخازن

푙푏= 0.333 ⇒ 푏 =

0.3337.25

= 21.77푖푛

푙푏= 0.333 ⇒푀 = 0.0078푓 푏 = 0.0078 × 0.533 × 21.77 = 1.97푘푖푝푠. 푖푛

21 Pressure Vessel Design Manual 3th Ed (Page 194 Table 3-36)

26

푀 = −0.428푓 푙 = 11.99kips. in

푀 = max 푀 ,푀 = 11.99kips. in

푡 =6푀퐹 = 1.89푖푛(푟푒푞푢푖푟푒푑푡ℎ푖푐푘푛푒푠푠푏푒푡푤푒푒푛푐ℎ푎푖푟푠)

푡 = max(1.89,1.384) = 1.89푖푛

.شود ضخامت زیر براي ورق پایه انتخاب می که به صورت استاندارد

푡 = 2푖푛

:داریم gussetsبراي ضخامت

푡 =푃

18000 × 푙=

11242018000 × 7.25

= 0.86 >38= 0.375

22.بایست میزان انحراف برج را محاسبه نمود میجهت محاسبه ضخامت مورد نیاز رینگ باالیی ورق پایه ابتدا

퐼 = 휋푅 푡

훿 =퐿퐼 −

퐿퐼

푤8퐸 +

5.5(푤 − 푤 )60퐸

w23 = 2626lb/in

w = 3927lbin

E = 28.1 × 10 psi

آوریم ، بدست می 1- 2با توجه به جدول

훿 = 1.2653in

.خود قرار گرفته است 24شود در محدوده مجاز که مشاهده می

1-2جدول

22 Pressure Vessel Design Manual 3th Ed (Procedure 4-4 -Page 194)

3 -1جدول -2324 Pressure Vessel Design Manual 3th Ed (Page 221- Note 3)

27

Section n

푳풏 푳풏ퟒ 푰풏 푳풏ퟒ

푰풏

푳풏ퟒ

푰풏 ퟏ

1 36 1.68 × 10 2.85 × 10 0.5895 2 660 1.89 × 10 2.66 × 10 0.7105 × 10 0.6632 × 10 3 717 2.65 × 10 1.52 × 10 1.743 × 10 0.9962 × 10

2.454 × 10 1.659 × 10

.آید بنابراین براي رینگ باالیی مینیمم ارتفاع مورد نیاز بدست می

ℎ =7.29훿푑퐻

=7.29 × 1.2653 × 108

117.8= 8.42푖푛

داریم 1- 2با توجه به شکل

푒 = 푐 −푑2= 3.5 − 1.58 = 1.92푖푛

:براي مینیمم ضخامت رینگ باالیی داریم

푡 =푃퐹 푒

(0.375푏 − 0.22푑 ) =112420

20000 × 1.92(0.375 × 5 − 0.22 × 3.16)

= 1.82푖푛

از آنجایی که یکی از نازلها در انتهاي پایینی برج واقع شده است ،لذا این امر مستلزم وجود یک سورخ براي .داریم skirt25 براي بررسی میزان ضخامت مورد نیاز در .شود عبور لوله در مخزن می

f =1

휋퐷 − 3퐺48푀퐷 −푊 =

1휋 × 99 − 3 × 6

48 × 5388 × 1099 − 476901

= 10544.88

푡 =f8퐹

= 0.065푖푛 < 0.9375푖푛

25 Pressure Vessel Design Manual 3th Ed (Page 199)

28

و همچنین جهت کاهش هزینه است 5- 2به پوسته مطابق شکل skirtباید اشاره شود که نحوه اتصال و نیمه پایینی را که در تماس با پوسته است را از جنس خود پوسته skirtنیمه باالیی خرید فوالد زنگ نزن

.شود انتخاب می )SA516-70( از جنس ورق پایه

5-2شکل

29

فصل سوم

ها و اتصاالت مربوط به آن ها طراحی نازل

30

الزم به ذکر است که بدلیل تغییرات 26 .انجام خواهد شد ASMEطبق استاندارد بر اساس ها طراحی نازلتوان این میبا یکدیگر تفاوت خواهد داشت؛ براي یک مخزن قائم ن ها هیدرواستاتیکی، فشار عملکرد نازل

در هندبوك طراحی در ها از جدول مربوط به نازل ها براي انتخاب نازل . تغییرات را نادیده در نظر گرفت .خواهند شددر نظر گرفته SA240-304از جنس نیز ها نازل همچنین .استفاده خواهد شد 27مخازن

اینچی 16 نازل - 3-1

انتخاب نازل - 1- 1- 3

در قسمت فوقانی برج فشار . قرار خواهد گرفت کلگیمخزن و روي قسمت فوقانیاینچی در 16نازل برابر است با طراحیهیدرواستاتیکی وجود نخواهد داشت و فشار

푃 = 1.1 × 푃 = 1.1 × 22 = 24.2푝푠푖

28.مراحل انتخاب نازل به شکل زیر خواهد بود

푡 =푃푟

푆퐸 − 0.6푃=

24.2 × 820000 × 1 − 0.6 × 24.2

= 0.0096푖푛

푡 = 푡 + 퐶. 퐴. = 0.0096 + 0.1 = 0.1096푖푛

푡 = 푡 + 퐶. 퐴. =푃푅

푆퐸 − 0.6푃 + 0.1 =24.2 × 49.5

20000 × 1 − 0.6 × 24.2 + 0.1

= 0.1599푖푛

푡 = 0

푡 = 0.328 + 0.1 = 0.28푖푛

푡 = 푚푖푛 푡 , {푡 , 푡 } = 0.1599푖푛

푡 = 푚푎푥{푡 , 푡 } = 0.1599푖푛

푡 =316

= 0.1875푖푛

26 -ASME BPVC Sec VIII DIV I 2010 UG-37 & UG-43 27 -Pressure Vessel Handbook 10th Ed (Page 322) 28 -ASME BPVC Sec VIII DIV I 2010 UG-45

31

جهت ساخت نازل از ورق ،یافت نشد in 16 استاندارد فوالد زنگ نزن با سایزاز آنجایی که لوله SA240-304 0.1875با ضخامت in کنیم استفاده می.

ها ساق جوش اندازه - 2- 1- 3

نحوه اتصال نازل به پوسته نیز . گرفت خواهد شدبدون تقویت در نظر اینچی 16سوراخ مربوط به نازل ابتدا .خواهد بود 1- 3مطابق شکل

1-3 شکل

푡 ≥ 14푖푛

بررسی لزوم استفاده از تقویت - 3- 1- 3

2-3شکل

32

3-3 شکل

퐴 = 푑푡 퐹 + 2푡 푡 퐹(1 − 푓 ) = (16.2) × 0.054 × 1 + 0 = 0875푖푛

퐴 = 푑(퐸 푡 − 퐹푡 ) − 2푡 (퐸 푡 − 퐹푡 )(1 − 푓 )= 2(푡 + 푡 )(퐸 푡 − 퐹푡 ) − 2푡 (퐸 푡 − 퐹푡 )(1 − 푓 )

�

퐴

= (16.2)(1 × 0.15 − 1 × 0.054) − 0 = 1.555

= 2(0.15 + 0.1875)(1 × 0.15 − 1 × 0.054) − 0 = 0.0648�

⇒퐴 = 푚푎푥{1.555, 0.0648} = 1.555푖푛

퐴= 5(푡 − 푡 )푓 푡 = 5(0.1875 − 0.0096) × 1 × 0.15 = 0.1334푖푛 = 5(푡 − 푡 )푓 푡 = 5(0.1875 − 0.0096) × 1 × 0.1875 = 0.1668푖푛

�

⇒퐴 = 푚푖푛{0.1334, 0.1668} = 0.1334푖푛

퐴 = 표푢푡푤푎푟푑푛표푧푧푙푒푤푒푙푑 = (푙푒푔) 푓 = (0.125) × 1 = 0.0156푖푛

퐴 + 퐴 + 퐴 = 1.7 > 퐴 = 0.875푖푛

.دهد که سوراخ نیازي به تقویت ندارد مینابرابري فوق نشان

33

)4-3شکل ( .الزم به ذکر است که نازل به صورت رادیال در مرکز کلگی باال قرار دارد

4 -3شکل

استحکام مسیرها بررسی - 4- 1- 3

.انجام خواهد گرفت 5- 3مسیرها با توجه به شکل بررسی استحکام

5-3شکل

푊 = [퐴 − 퐴 ]푆 = (0.875 − 1.555) × 20000 < 0

푊 = [퐴 + 퐴 ]푆 = (0.01 + 0.0156) × 20000 = 512푙푏

푊 = [퐴 + 퐴 ]푆 = 512푙푏

.استبه شکل زیر استحکام واحد تنشها

퐹푖푙푙푒푡푤푒푙푑푠ℎ푒푎푟 ∶ 0.49 × 20000 = 9800푝푠푖

퐺푟표표푣푒푤푒푙푑푠ℎ푒푎푟 ∶ 0.6 × 20000 = 12000푝푠푖�

:محاسبه مقادیر استحکام المانهاي متصل

برش المان جوشGroove

34

휋2× 푁표푧푧푙푒푂. 퐷 × 푡 × 12000 =

휋2× (16 + 2 × 0.1875) × 0.1875 × 12000

= 57874푙푏

المان جوش فیلت برش

휋2 × 푁표푧푧푙푒푂. 퐷 × 푡 × 12000 =

휋2 × 16.375 × 0.125 × 9800 = 31509푙푏

.گردد میحال استحکام هر مسیر براي بررسی حاالت مختلف فروپاشی بررسی

1- 1مسیر

57874 + 31509 = 89383푙푏 > 512

2- 2مسیر

57874 + 31509 = 89383푙푏 > 512

.استمسیرها کافی میبنابراین استحکام تما

اینچی 8 نازل - 3-2

انتخاب نازل - 1- 2- 3

گیرد؛ میقرار )4- 3شکل ( .T.Gتقریبا یک فوت پایینتر از و مخزن ییباال نیمهاینچی در 8 ورودي نازلنازل به شکل محاسبه حداقل ضخامت مورد نیازمراحل با احتساب فشار هیدرواستاتیکی در ارتفاع نصب ،

29.زیر خواهد بود

푡 =1.1[(3 × 62.4) × 0.0069 + 22] × (4)

20000 × 0.85 + 25.6 × 0.6= 0.005푖푛

푡 = 푡 + 퐶. 퐴. = 0.005 + 0.1 = 0.105푖푛

푡 = 푡 + 퐶. 퐴. =푃푅

푆퐸 − 0.6푃=

25.6 × 49.520000 × 1 − 0.6 × 25.6

+ 0.1 = 0.163푖푛

푡 = 0

푡 = 0.282 + 0.1 = 0.382푖푛

29 -ASME BPVC Sec VIII DIV I 2010 UG-45

35

푡 = 푚푖푛 푡 , {푡 , 푡 } = 0.163푖푛

푡 = 푚푎푥{푡 , 푡 } = 0.163푖푛

ضخامت این لوله برابر است . کنیم را انتخاب می in- sch 40s 8ها ، لوله با مراجعه به جدول انتخاب لوله :با

푡 = 0.322in

اندازه ساق جوشها - 2- 2- 3

6 -3 شکل

بررسی لزوم استفاده از تقویت - 3- 2- 3

퐴 = 푑푡 퐹 + 2푡 푡 퐹(1 − 푓 ) = (7.981 + 2 × 0.1) × 0.063 × 1 + 0= 0.515푖푛

퐴= 푑(퐸 푡 − 퐹푡 ) − 2푡 (퐸 푡 − 퐹푡 )(1 − 푓 )= 2(푡 + 푡 )(퐸 푡 − 퐹푡 ) − 2푡 (퐸 푡 − 퐹푡 )(1 − 푓 )

�

⇒ 퐴

= 7.981 × (0.4 − 0.063) − 0 = 2.69푖푛

= 2(0.4 + 0.222)(0.4− 0.063) − 0 = 0.21푖푛�

36

بزرگتر داریمبا انتخاب مقدار

퐴 = 2.69푖푛

퐴= 5(푡 − 푡 )푓 푡 = 5(0.222 − 0.005) × 1 × 0.4 = 0.434푖푛= 5(푡 − 푡 )푓 푡 = 5(0.222 − 0.005) × 1 × 0.222 = 0.24푖푛

�

با انتخاب مقدار کوچکتر داریم

퐴 = 0.24푖푛

퐴 = 표푢푡푤푎푟푑푛표푧푧푙푒푤푒푙푑 = (푙푒푔) 푓 = (0.2) × 1 = 0.04푖푛

퐴 + 퐴 + 퐴 = 2.97푖푛 > 퐴 = 0.515푖푛

.داردنتقویت ورق سوراخ نیاز به بنابراین

استحکام مسیرها بررسی - 4- 2- 3

.انجام خواهد گرفت 5- 3با توجه به شکل بررسی استحکام مسیرها

푊 = [퐴 − 퐴 ]푆 = (0.515 − 2.69) × 20000 < 0

푊 = [퐴 + 퐴 ]푆 = (0.24 + 0.04) × 20000 = 5600푙푏

푊 = [퐴 + 퐴 ]푆 = 5600푙푏

:محاسبه مقادیر استحکام المانهاي متصل

برش المان جوشGroove

휋2× 푁표푧푧푙푒푂. 퐷 × 푡 × 12000 =

휋2× (8.625) × 0.222 × 12000 = 36092푙푏

المان جوش فیلت برش

휋2× 푁표푧푧푙푒푂. 퐷 × 푡 × 12000 =

휋2× 8.625 × 0.4 × 9800 = 53108푙푏

.گردد میحاالت مختلف فروپاشی بررسی حال استحکام هر مسیر براي بررسی

2- 2و مسیر 1- 1مسیر

36092 + 53108 = 89200푙푏 > 5600

37

اینچی 6نازل - 3-3

انتخاب نازل - 1- 3- 3

مقدار بدیهی است که با . قرار خواهد گرفت ) .T.Gیک فوت باالتر از (مخزن یپایین ي نیمه اینچی در 6نازل برابراست با و فشار عملکرد رو هستیم روبهفشار هیدرواستاتیکی باالیی

푃 = 1.1(62.4 × 115 × .0069 + 22) ≅ 79푝푠푖

نازل به شکل زیر خواهد بود محاسبه حداقل ضخامت مورد نیازمراحل

푡 =79 × (3)

20000 − 0.6 × 79 = 0.0118푖푛

푡 = 푡 + 퐶. 퐴. = 0.114푖푛

푡 = 푡 + 퐶. 퐴. =푃푅

푆퐸 − 0.6푃+ 0.1 =

79 × 49.520000 × 1 − 0.6 × 79

+ 0.1

= 0.295푖푛

푡 = 0

푡 = 0.245 + 0.1 = 0.345푖푛

푡 = 푚푖푛 푡 ,푚푎푥{푡 , 푡 } = 0.295푖푛

푡 = 푚푎푥{푡 , 푡 } = 0.295푖푛

ضخامت این لوله برابر است . کنیم را انتخاب می in- sch 80s 6ها ، لوله با مراجعه به جدول انتخاب لوله :با

푡 = 0.432in

푡 = 푡 − 12.5%푡 = 0.432 − 12.5% × 0.432 = 0.378 > 0.295

38

اندازه ساق جوشها - 2- 3- 3

نحوه اتصال نازل به پوسته نیز . اینچی بدون تقویت در نظر گرفت خواهد شد 6ابتدا سوراخ مربوط به نازل و میزان پیشروي نازل به ) اند نمایش داده شده 8- 3جوش در شکل ابعاد (د خواهد بو 7- 3مطابق شکل

.گیریم در نظر میاینچ 0.6 سمت داخل را

7 -3 شکل

8-3 شکل

بررسی لزوم استفاده از تقویت - 3- 3- 3

퐴 = 푑푡 퐹 = (5.761 + 2 × 0.1) × 0.195 × 1 + 0 = 1.16푖푛

39

퐴 = 푑(퐸 푡 − 퐹푡 ) = 5.761 × ([0.875 − 0.1] − 0.195) = 3.34푖푛 = 2(푡 + 푡 )(퐸 푡 − 퐹푡 ) = 2(0.775 + 0.332)(0.775 − 0.195) = 1.28푖푛

�

با انتخاب مقدار بزرگتر داریم

퐴 = 3.34푖푛

퐴= 5(푡 − 푡 )푓 푡 = 5((0.432 − 0.1) − 0.0118) × 1 × 0.775 = 1.24푖푛= 5(푡 − 푡 )푓 푡 = 5(0.332 − 0.0118) × 1 × 0.332 = 0.53푖푛

�

با انتخاب مقدار کوچکتر داریم

퐴 = 0.53푖푛

퐴= 5푡푡 푓 = 5 × 0.775 × (0.432 − 0.2) × 1 = 0.899푖푛= 5푡 푡 푓 = 5 × 0.232 × 1 = 0.269푖푛 = 2ℎ푡 푓 = 2 × 0.6 × 0.232 = 0.278푖푛

�

퐴 = 푚푖푛{0.899, 0.269, 0.278} = 0.269

퐴 = 표푢푡푤푎푟푑푛표푧푧푙푒푤푒푙푑 = (푙푒푔) 푓 = (0.375) × 1 = 0.14푖푛

퐴 = 푖푛푤푎푟푑푛표푧푧푙푒푤푒푙푑 = (푙푒푔) 푓 = (0.5) = 0.25

퐴 + 퐴 + 퐴 + 퐴 +퐴 = 4.529푖푛 > 퐴 = 1.16푖푛

.داردنتقویت ورق سوراخ نیاز به بنابراین

استحکام مسیرهاي محاسبه - 4- 3- 3

.انجام خواهد گرفت 9- 3بررسی استحکام مسیرها با توجه به شکل

9-3شکل

40

푊 = [퐴 − 퐴 + 2푡 푓 (퐸 푡 − 퐹푡 )]푆 < 0

푊 = [퐴 + 퐴 + 퐴 + 퐴 ]푆 = [0.53 + 0 + 0.14 + 0] × 20000= 13400푙푏

푊 = [퐴 + 퐴 + 퐴 + 퐴 + 2푡 푡푓 ]푆= [0.53 + 0.269 + 0.14 + 0.25 + 2 × 0.232 × 0.775] × 20000= 30972푙푏

푊 = [퐴 + 퐴 + 퐴 + 퐴 + 2푡 푡푓 ]푆= [0.53 + 0.269 + 0.14 + 0.25 + 2 × 0.232 × 0.775] × 20000= 30972푙푏

.استبه شکل زیر استحکام واحد تنشها

푁표푧푧푙푒푤푎푙푙푠ℎ푒푎푟 ∶ 0.7 × 20000 = 14000푝푠푖

퐹푖푙푙푒푡푤푒푙푑푠ℎ푒푎푟 ∶ 0.49 × 20000 = 9800푝푠푖 �

:محاسبه مقادیر استحکام المانهاي متصل

فیلت باال برش المان جوش

휋2 × 푁표푧푧푙푒푂. 퐷 × 푡 × 9800 =

휋2 ×

(6.625) × 0.375 × 9800 = 38243푙푏

داخل مخزن المان جوش فیلت برش

휋2 × 푁표푧푧푙푒푂. 퐷 × 푡 × 9800 =

휋2 ×

(6.625) × 0.5 × 9800 = 50991푙푏

برش المان نازل

휋2×푀푒푎푛푁표푧푧푙푒퐷푖푎.× 푡 × 14000 =

휋2× (5.761) × 0.332 × 14000

= 42061푙푏

.گردد میحال استحکام هر مسیر براي بررسی حاالت مختلف فروپاشی بررسی

1- 1مسیر

38243 + 42016 = 80259 > 13400푙푏

41

3- 3و 2- 2مسیر

38243 + 50991 = 89234푙푏 > 30972푙푏

استمسیرها کافی میبنابراین استحکام تما

ها انتخاب فلنج - 3-4

میفشار طراحی در انتخاب نازل براي تما. شود میبر اساس فشار و دماي طراحی انجام ها انتخاب فلنجو دماي محیط ) To(نیز برابر با حاصل جمع دماي کاري) T(دماي طراحی. است محاسبه شده ها سوراخ

.30.است

푇 = 25°퐶 ⇒ 푇 = 25 + 25 = 50°퐶 = 77°퐹

.استمناسب پوند براي هر سه نازل 150فلنج کالس 1031-3با توجه به شکل

10- 3شکل

نیروهاي لوله کشی -3-5

30 -ASME BPVC Sec VIII DIV I 2010 UG-20 31 -Pressure Vessel Design Manual 3th Ed (Page53)

42

-3شکل( گردد میبه پوسته باعث ایجاد نیروهاي محلی در محل اتصال نازل به پوسته ها هو لول ها اتصال نازلي ارائه شده براي بررسی این ها یکی از روش. مقاومت پوسته در برابر این بارها بررسی گردد بایست لذا می) 6

.که مورد استفاده قرار خواهد گرفت است 32در هندبوك طراحی مخازنه شده ئموضوع، روش ارا

.ابتدا پارامترهاي مورد نیاز محاسبه خواهند شد

10-3 شکل

شعاع میانگین مخزن برابر است با

퐷 = (99 + 0.875)푖푛 ⟹ 푅 = 49.93푖푛

ورق برابر است بامجاز کششی استحکام

푆 = 푆퐸 = 20000푝푠푖

استحکام تسلیم ورق نیز برابر است با

푆 = 30000푝푠푖

)نازل تخلیه(اینچی 6نازل - 1- 5- 3

.استضخامت برابر با ضخامت پوسته اینچی تقویت نشده است، 6نازل از آنجایی که

푇 = 0.875 − 퐶. 퐴. = 0.775푖푛

شعاع خارجی نازل نیز برابر است با

32 -Pressure Vessel Handbook 10th Ed (Page 153)

43

푟 =6.6252 = 3.3125푖푛

نیز برابر است با) با احتساب فشار هیدرو استاتیکی در کف مخزن (طراحیفشار

푃 = 79푝푠푖

.شوند میزیر محاسبه به صورت پارامترهاي بدون بعد

훽 = 0.875푟푅

= 0.8753.312549.93

= 0.058

훾 =푅푡 =

49.930.775 = 60

.با مراجعه به نمودارهاي مربوطه، هر یک از پارامترهاي زیر تعیین خواهند شد

훼 = 3.2 × 10훴 = 2 × 10 훥 = 1.2 × 10

�

تنش در پوسته برابر است با

휎 =2푃 푅 − 푇

2푇

=2 × 79 49.93 − 0.875

20.875

= 8936푝푠푖 < 푆

= 17000푝푠푖

مقادیر مجاز بار و گشتاور برابرند با

⎩⎪⎪⎨

⎪⎪⎧ 퐹 =

푅훼

푆 − 휎 =49.933.2 × 10

(30000 − 8936) = 16410푙푏

푀 =푅 푟 푆

훴 =49.93 × 3.3125 × 30000

2 × 10 = 123871푙푏. 푖푛

푀 =푅 푟훥

푆 − 휎 =49.93 × 3.3125

1.2 × 10(30000 − 8936) = 144956푙푏. 푖푛

�

خواهیم داشت بنابراین

퐹 = 퐹 = 16410푙푏푀 = 푚푖푛{푀 ,푀 } = 123871푙푏. 푖푛

�

44

نیروي شعاعی و ممان خمشی محیطی برابر با مقادیر زیر خواهند پوندي 150اینچی با فلنج 6براي نازل .) 11- 3شکل( 33بود

10-3شکل

퐹 = 퐹 = 7.2퐾푁 = 1618푙푏

푀 = 2.16퐾푁.푚 = 19118푙푏푓. 푖푛 < 푀

푀 = 3.24퐾푁.푚 = 28677푙푏푓. 푖푛< 푀

.خواهد بودنیروهاي لوله کشی پوسته در این قسمت قادر به تحمل بنابراین

اینچی 8نازل - 2- 5- 3

.استاینچی تقویت نشده است، ضخامت برابر با ضخامت پوسته 8نازل از آنجایی که

푇 = 0.5 − 퐶. 퐴.= 0.4푖푛

شعاع خارجی نازل برابر است با

푟 = 4.3125푖푛

شعاع میانگین مخزن برابر است با

퐷 = (99 + 0.5)푖푛 ⟹ 푅 = 49.75푖푛

افشار طراحی نیز برابر است ب

33 WRC bulletin 107

45

푃 = 25.6푝푠푖

بدون بعد زیر محاسبه شوندابتدا باید پارامترهاي

훽 = 0.875푟푅

= 0.8754.312549.75

= 0.075

훾 =49.75푇

= 125

.با مراجعه به نمودارهاي مربوطه، هر یک از پارامترهاي زیر تعیین خواهند شد

훼 = 12625훴 = 11937훥 = 7050

�

تنش در پوسته برابر است با

휎 =2푃 푅 − 푇

2푇

=2 × 25.6 49.75 − 0.5

20.5

= 6342푝푠푖 < 푆 = 17000푝푠푖

مقادیر مجاز بار و گشتاور برابرند با

⎩⎪⎪⎨

⎪⎪⎧퐹 =

푅훼 푆 − 휎 =

49.7512625

(30000 − 6342) = 4638푙푏

푀 =푅 푟 푆

훴=49.75 × 4.3125 × 30000

11937= 26825푙푏. 푖푛

푀 =푅 푟훥

푆 − 휎 =49.75 × 4.3125

7050(30000 − 6342) = 35818푙푏. 푖푛

�

بنابراین

퐹 = 퐹 = 4638푙푏푀 = 푚푖푛{푀 ,푀 } = 26825푙푏. 푖푛

�

پوندي نیروي شعاعی و ممان خمشی محیطی برابر با مقادیر زیر خواهند 150اینچی با فلنج 8 براي نازل .بود

퐹 = 퐹 = 9600푁 = 4635푙푏

푀 = 푀 = 3.84퐾푁.푚 = 33908푙푏. 푖푛 > 푀

46

푀 = 5.76퐾푁.푚 = 50986푙푏. 푖푛 > 푀

پوسته در این قسمت قادر به تحمل نیروهاي لوله کشی نخواهد اند ار آنجایی که حدود مجاز رعیت نشدهاینچ، محاسبات فوق 0.5 یک تقویت به ضخامت استفاده از با. بایستی از تقویت استفاده نمود میبود و

. استمجددا تکرار خواهند شد با این تفاوت که این بار ضخامت برابر با مجموع ضخامت پوسته و تقویت .اینچ در نظر گرفته خواهد شد 10عرض تقویت نیز برابر با

푇 = (0.5 − 퐶. 퐴. ) + 0.5 = 0.9푖푛

훽 = 0.875푟푅 = 0.875

4.312549.75 = 0.075

훾 =49.75푇

= 55

.با مراجعه به نمودارهاي مربوطه، هر یک از پارامترهاي زیر تعیین خواهند شد

훼 = 2.8 × 10 훴 = 2 × 10 훥 = 1.3 × 10

�

در پوسته برابر است باتنش

휎 =2푃 푅 − 푇

2푇

=2 × 25.6 49.75 − 0.9

20.9

= 2804푝푠푖 < 푆 = 17000푝푠푖

مقادیر مجاز بار و گشتاور برابرند با

⎩⎪⎪⎨

⎪⎪⎧퐹 =

푅훼

푆 − 휎 =49.752800

(30000 − 2804) = 24000푙푏

푀 =푅 푟 푆

훴 =49.75 × 4.3125 × 30000

2000 = 160105푙푏. 푖푛

푀 =푅 푟훥 푆 − 휎 =

49.75 × 4.31251300

(30000 − 2804) = 223293푙푏. 푖푛

�

퐹 = 퐹 = 9600푁 = 4635푙푏 ≪ 24000

푀 = 푀 = 3.84퐾푁.푚 = 33908푙푏. 푖푛 ≪ 푀

푀 = 5.76퐾푁.푚 = 50986푙푏. 푖푛 ≪ 푀

47

.شود کشی می پوسته ب همراه تقویت قادر به تحمل نیروهاي لوله بنابراین

اینچی 16 آدم روفلنچ Davitانتخاب - 3- 5- 3

؛ بنابراین فلنج این نازل باید داراي قابلیت حرکت استداوم به داخل مخزن منازل آدم رو براي دسترسی .حول یک محور و بازو بسته شدن را داشته باشد

11-3 شکل

Davit گردد میکه با توجه به نوع فلنج مشخص استابعاد استانداردي داراي.

با مشخصات ارائه شده در Davit 34در هندبوك طراحی مخازنارائه شده با مراجعه به جدول استاندارد .شود میانتخاب 1- 3جدول

34 -Pressure Vessel Handbook 10th Ed (page 312)

48

1- 3جدول

150lb FlangeRating

16″ Size 1-1/2″-XHPipe DavitArm

2″ Sleeve 5/8″Φ Eye-Bolt 5/8″Φ U-Bar 5/8″ Ring 5/8″ Plate 5/8″Φ Handle

49

فصل چهارم

حمل و نقل و نصب مخزن

50

بررسی استحکام مخزن در حمل و نقل - 4-1

همانگونه . براي حمل مخزن تا مقصد یکی از کم هزینه ترین و معمول ترین کارها، حمل با تریلی خواهد بودقرار saddleنشان داده شده است، در این حالت مخزن ماند یک مخزن افقی بروي دو 1- 4که در شکل

.شود میگرفته و تا مقصد حمل

1-4شکل

روند ارائه شده در براي این منظور از .حمل و نقل بررسی گرددالزم است که استحکام مخزن در هنگام .استفاده خواهد شد 35کتاب طراحی مخزن

.36کنیم ابتدا محل تقریبی مرکز ثقل مخزن را پیدا می

2-4شکل

35 -Pressure Vessel Design Manual 3th Ed (page384) 36 -Pressure Vessel Design Manual 3th Ed (Page80)

51

퐶 =∑퐿 푊푊

=1.5 × 3000 + 2 × 2600 + [30.5 × 53000 + 86.9 × 29400] + 116.8 × 1500

89500= 48.67푓푡

ي خط مرجع تا مرکز ثقل هر قسمت از مخزن نیز فاصله 퐿و وزن هر بخش از مخزن 푊 ،2- 4در شکل .است

2-4شکل

انتخاب 8ft_6inمربوط به سایز saddle ، و وزن خالی مخزن 37از هندبوك طراحی مخازن گیري بهرهبا .شود می

.آمده است 1- 4در جدول 2- 4انتخابی با توجه به شکل saddleمشخصات

2- 4شکل

37 Pressure Vessel Handbook 10th Ed (page 101)

52

1- 4جدول

Maximum Weight of

Vessel lb

Plate Thickness in

No. Of

Ribs

Dimenstions Nominal Diameter Ofvessels

Ft-in Wear K

Web Flange Ribs H

Base G

Bolt Diam

in

E Ft-in

D Ft-in

C Ft-in

B Ft-in

A Ft-in

760,000 1/2 1/2 1 2 1 2-10 18 9 5-0 7-41/2 8-6

مقادیر زیر اختیار 2-4داده خواهند شد که در شکل به گونه اي قرار saddle با توجه به ابعاد مخزن، دو . شوند

퐿 = 70.68푓푡퐿 = 25.08푓푡퐿 = 45.6푓푡

�

موقعیت (.38آیند صورت زیر بدست می به 2-4با توجه به جدول بارهاي وارده بر مخزن در حین حمل و نقل )نمایش داده شده است 2- 4در شکل نیروها

2- 4جدول

Road 0.5 퐹 1.5 퐹 1.0 퐹

⇒퐹 = 퐾푊 = 0.5 × 89500 = 44750푙푏

⇒퐹 = 퐾푊 = 1.5 × 89500 = 134250푙푏

⇒퐹 = 퐾푊 = 1.0 × 89500 = 89500푙푏

38 Pressure Vessel Design Manual 3th Ed (Page 378)

53

در 3- 4با توجه به شکل دارنده مخزن نگه و کششهاي تحت پارامترهاي هندسی و نیرویی مربوط به تسمه .39آیند ادامه بدست می

3-4شکل

퐹ناشی از نیروهاي حمل و نقلی 푇بار کششی تسمه ، 퐹و

푇 = cosβF B4RN +

F − W4N = cos20°

440750 × 5+4 × 50.4 × 2 +

134250 − 895004 × 2

= 11514lb

39 Pressure Vessel Design Manual 3th Ed (Page 382)

54

برابر است با سطح مورد نیاز پیچ

퐴 =푇F=1151420000

= 0.575in

قطر پیچ مورد نیاز برابر است بالذا

d =4퐴π

= 0.856in

.با انتخاب پیچ استاندارد خواهیم داشت

퐴 = 0.693in ,d = 118 in

شود با ماکزیمم تنش اعمالی در پیچ ناشی از آچار پیچکشی برابر می

σ =45000√d

= 42426psi

ماکزیمم بار کششی در پیچها برابر است با

푇 = σ 퐴 = 29401푙푏

2- 4به شکل هرا با توج Qي ها العمل بایست عکس ابتدا می saddle روي هر براي بار ناشی از وزن .بدست بیاوریم

푄 = 47729푙푏

푄 = 41770푙푏

ببنابراین داریم

푇 =푊2N

=477292 × 2

= 11932lb

) بدون محتویات ( skirtوزن مخزن در هنگام حمل و نقل برابر با وزن کل محاسبه شده براي مخزن و .است

푇 = 푚푎푥{푇 , 푇 , 푇 } = 29401lb

55

ماکزیمم فاصله بین تسمهاي روي هر مخزن برابر است با

퐾 =4√푅푡1.285

=4√50.4 × 0.5

1.285= 15.62in

.داشتبراي سطح مورد نیاز تسمه تحت کشش خواهیم

퐴 =TF =

2940114000 = 2.1in

شود با برابر می ها هبار کششی تسم بنابراین تنش اعمالی روي پوسته در اثر اعمال

푃 =4TπRK

=4 × 29401

π × 50.4 × 15.62= 47.55 < 푓푎푐푡표푟퐵 = 11000푝푠푖

را با در نظر گرفتن ) 4- 4شکل (گاهی و ممانهاي خمشی در نقاط حساس پوسته حال نیروهاي تکیهImpact Factor شوند براي وزن مخزن بدست آورده می.

4-4 شکل

푊 = 89500 + 0.5 × 89500 = 134250푙푏

푂퐴퐿 = 117.8푓푡

بنابراین بار وارد بر واحد طول برابر است با

푤 =푊푂퐴퐿

=134250117.8

= 1139.62푙푏푓푡

56

푄 =푤 (퐿 + 퐿 ) − 퐿

2퐿 =1139.64[(70.68 + 23.56) − 23.56 ]

2 × 70.68= 71595.85푙푏

푄 = 푊 − 푄 = 134250 − 71596 = 62654푙푏

푀 =푤퐿2

=1140 × 23.56

2= 316292푙푏. 푓푡

푀 = 푄푄2푤

− 퐿 = 62654626542 × 1140

− 23.56 = 246141푙푏. 푓푡

푀 =푤퐿2 =

1140 × 23.562 = 316292푙푏. 푓푡

40کتاب طراحی مخزنبا استناد به بنابراین . گرفته خواهد شددرجه در نظر 120برابر با معموالزاویه تماس

.گردند میضرایب زیر تعیین

퐾 = 0.335

퐾 = 0.88

퐾 = 0.76

퐾 = 0.603

تنش خمشی طولی در هرsaddle

푠푎푑푑푙푒1

⎩⎨

⎧ 푆 =푀

퐾 푟 푡 =316292

0.335 × 49.5 × 0.875 = 440.37푝푠푖

푆 = −푀퐾 푟 푡

=−316292

0.603 × 49.5 × .875= −244.65푝푠푖

�

푠푎푑푑푙푒2

⎩⎨

⎧ 푆 =푀퐾 푟 푡 =

3162920.335 × 49.5 × 0.5 = 770.7푝푠푖

푆 = −푀퐾 푟 푡 =

−3162920.603 × 49.5 × 0.5 = −428.14푝푠푖

�

مخزنتنش خمشی طولی در وسط

40 -Pressure Vessel Design Manual 3th Ed (Page174 Fig 3-47)

57

푆 =푀푍 =

246141106.9 = 2302푝푠푖

ي برشی مماسی در هر ها تنشsaddle

푠푎푑푑푙푒1:푆 =퐾 푄푟푡

=0.88 × 7159649.5 × 0.875

= 1454푝푠푖

푠푎푑푑푙푒2:푆 =퐾 푄푟푡

=0.88 × 6265449.5 × 0.5

= 2227푝푠푖

هر 41ي محیطی در شاخها تنشsaddle

퐿푟> 8

푑 = 푏 + 1.56√푟푡 = 20 + 1.56√49.5 × 0.875 = 30.26

푠푎푑푑푙푒1:푆 = −푄4푡푑

−3퐾 푄2푡

= −71595

4 × 0.875 × 30.26 −3 × 0.0132 × 71595

2 × 0.875 = −25275푝푠푖

푑 = 푏 + 1.56√푟푡 = 20 + 1.56√49.5 × 0.5 = 27.76

푠푎푑푑푙푒2:푆 = −푄4푡푑 −

3퐾 푄2푡 = −

626544 × 0.5 × 27.76 −

3 × 0.0132 × 626542 × 0.5

= −6090푝푠푖

تنش محیطی فشاري در هرsaddle

푠푎푑푑푙푒1:푆 =−퐾 푄푡푑

=−0.76 × 715950.875 × 30.26

= −2055푝푠푖

푠푎푑푑푙푒2:푆 =−퐾 푄푡푑

=−0.76 × 626540.5 × 27.76

= −3430푝푠푖

. درصد استحکام تسلیم ورق پوسته کمتر باشند 90ششی باید از کي ها تنش میتما

0.9퐹 = 0.9 × 30000 = 27000푝푠푖

.کمتر باشند Bوري فشاري باید از فاکتها تنش میهمچنین تما

41 - horn

58

퐴 =0.125 × 푡

푅=0.125 × 0.31256.6225 × 12

2

= 0.00098

ASME42با توجه به استاندارد

푎푡푠푎푑푑푙푒1 ∶ 퐵 = 11000푝푠푖

푎푡푠푎푑푑푙푒2 ∶ 퐵 = 12400푝푠푖

.مخزن مشکلی ایجاد نخواهد شد بنابراین در حمل

بررسی استحکام مخزن در زمان بلند کردن مخزن از روي زمین - 4-2

یکی از مهمترین مسائل در مورد اي نصب رقائم کردن مخزن از حالت خوابیده و آماده کردن آن بي مسالهیی به مخزن و اجزاي متصل به آن وارد خواهد شد که مقاومت ها در این پروسه تنش. است مخازن عمودي

.باید بررسی گردد ها تنشدر برابر این

.گیریم کمک میدر دو طرف مخزن head lugاز دو برج براي بلند کننده

به ، همچنین ابعاد ورق پایه، پارامترهاي نمایش داده شده43، موقعیت مرکز ثقل مخزن 5- 4شکل با توجه به .اند به دست آمده صورت زیر

퐿 = 67.13푓푡퐿 = 115.8푓푡퐿 = 48.67푓푡퐿 = 57푓푡

�

5-4شکل

42 -ASME Sec II D customary (Page708 Fig CS-2)

-1-4بخش - 43

59

⟹퐿 = 퐿 + 퐿 = 71.78푓푡

است باضریب بار نهایی برابر

퐾 = 퐾 +퐾 = 0.5 + 1.5 = 2

بار طراحی برابر است با در نتیجه

푊 = 퐾 푊 = 2 × 89500 = 179000푙푏

.شود میبه سزیر محاي بار در انتها در هر زاویه اي از رابطه

푇 =푊 퐿 푐표푠 휃

퐿 푐표푠 휃 + 퐿 푠푖푛 휃=179000 × 67.13 × 푐표푠 휃117.8 푐표푠 휃 + 57 푠푖푛 휃

نیز برابر است با head lugبار مجموع در دو

푃 = 푊 − T

به ،6- 4مطابق شکل نیز ها به صورت مساوي تقسیم شده و هر یک از این بار head lugبین دو Pبار .شوند میتقسیم ،ود بر آن است مي خود به دو مولفه که یکی در راستاي محور مخزن و دیگري ع نوبه

بدیهی است که

푃 =푃 푐표푠 휃푛

푃و =푃 푠푖푛 휃푛

6-4 شکل

.ندنشان داده شده ا 1-4نتایج در جدول محاسبه شده و براي زوایاي مختلف حملي بار ها همولف

60

3- 4جدول

푷푳(풍풃) 푷푻(풍풃) 푷(풍풃) 푻(풍풃) 휽(풅풆품풓풆풆) 0 37616 75232 103767 0

24534 42521 95185 80814 30 38578 38709 109443 69556 45 89500 0 178832 0 90

کردن برج از ایجاد نیروهاي شعاعی به طرف داخل برج جلوگیري از شاهین در بلندگیري با بهره )5- 6شکل .(کنیم می

7-4 شکل

بلند کردن سر مخزن از روي زمین، ممکن است براي مخزن ي گشتاور خمشی در وسط مخزن در آستانه برابر است بامقدار این گشتاور . ایجاد خطر کند که این مساله باید در نظر گرفته شود

푀 =푊 퐿 퐿퐿 =

179000 × 48.67 × 67.13117.8 = 5050361푙푏. 푓푡

.درصد استحکام تسلیم پوسته کمتر باشد 66 باید از تنش ناشی از این گشتاور خمشی

휎 =4푀휋퐷 푡

=4 × 5050361휋(99.5) × 0.5

= 15780푝푠푖 < 퐹 =2퐹3

= 22500푝푠푖

)2- 4جدول (.بر اساس وزن و قطر داخلی مخزن انجام خواهد شد head lug انتخاب

퐷 = 99푖푛

푊 = 179000푙푏 = 81.5푡표푛

61

4- 4جدول

.گردند می، پارامترهاي زیر محاسبه 8- 4و شکل 4- 4 جدولبا توجه به باید میحال

푁 =퐵

퐴 + 2퐵=

1825 + 2 × 18

= 2.63푖푛

퐿 = 퐸 + 퐵 − 푁 = 25 + 18 − 5.311 = 37.69푖푛

퐿 = 퐸 − 2 = 23푖푛

휃 = 푎푟푐푡푎푛2퐿퐴 = 푎푟푐푡푎푛

2 × 2325 = 1.0729푟푎푑

퐿 =퐿

푠푖푛휃 =23

푠푖푛1.0729 = 26.17푖푛

휃 = 푎푟푐푠푖푛푅퐿 = 푎푟푐푠푖푛

6.526.17 = 0.25푟푎푑

휃 = 휃 + 휃 = 1.32푟푎푑

퐿 =푅

푠푖푛휃 =6.5

푠푖푛1.32 = 6.7푖푛

퐿 = 0.5퐴 −퐿 − 0.5퐷푡푎푛휃

= 0.5 × 25 −23 − 0.5 × 12푡푎푛1.32

= 8.21푖푛

퐿 = 0.5퐴 −퐿 − 퐶푡푎푛휃

= 0.5 × 25 −23 − 12푡푎푛1.32

= 8.21푖푛

62

8-4شکل

.حال محاسبات به ازاي زوایاي مختلف انجام خواهند شد

صفر درجهي زاویه - 1- 2- 4

گشتاور خمشی در ماکزیممlug

.شود میزیر محاسبه ي از رابطه lugگشتاور خمشی در

푀 = 푃 퐸 = 75232 × 25 = 1880800푙푏. 푖푛

مدول مقطع

푍 =퐴 푡6 =

25 × 26 = 208.33푖푛

تنش خمشی درlug

휎 =푀푍 = 9027푝푠푖 < 퐹 =

2퐹3 =

2 × 300003 = 20000푝푠푖

ضخامت مورد نیاز برايlug

63

푡 =6푀퐴 퐹 =

6 × 188080025 × 0.667 × 30000 = 0.912푖푛

ي ی در لبهکششتنشpad

휎 =푃

2퐿 푡= 0

تنش برشی در سوراخpin

برابر است با pinمساحت خالص در سوراخ

퐴 = 2퐿 푡 + 2푡 (퐷 − 퐷 ) = 2 × 6.7 × 2 + 2 × 1 × (12 − 4.375)= 42.06푖푛

برابر است با pinبنابراین تنش برشی در سوراخ

휏 =푃퐴

= 0

تنش در بااليlug

برابر است با lugمساحت خالص در باالي

퐴 = 푡 푅 −퐷2

+ 2푡퐷 − 퐷

2= 16.25푖푛

بنابراین. درصد تنش تسلیم کمتر باشد 40باید از lugدر باالي برشی تنش

휏 =푃퐴

=37.6161.8125

= 2314.8푝푠푖 < 0.4퐹 = 0.4 × 30000 = 12000푝푠푖

گاهی پین تنش تکیه

درصد تنش تسلیم کمتر باشد 90این تنش باید ازمقدار

σ =푃

퐷 (푡 + 2푡 )=

3761612(0.912 + 2 × 1)

= 783.7psi < 0.9 × 30000

= 27000푝푠푖

بررسی جوشها

64

برابر است با Re-padو Lugبراي خط جوش ممان اینرسی قطبی

Lug ∶ 푗 =(퐴 + 2퐵)

12 −퐵 (퐴 + 퐵)(퐴 + 2퐵) =

(27 + 19)6 −

18 (25 + 18)25 + 2 × 18

= 9094.2푖푛

Re − pad ∶ 푗 =(퐴 + L )

6 =(27 + 19)

6 = 1622.7푖푛

گشتاور پیچشی روي خط جوش برابر است با

푀 = 퐿 푃 = 37.68 × 37616 = 1417692푙푏. 푖푛

که داراي 70XX Eهمچنین براي جوشها بایستی نوع الکترود جوشکاري را نیز تعیین کرد که در اینجا퐹 = 13600푝푠푖 ، شود انتخاب میاست.

جوشLug

برابر است با 푃ناشی از نیروي عرضی جریان برش

푓 =푃

퐴 + 2퐵=

376162.5 + 2 × 18

= 616.65 푙푏 푖푛

نیز برابر است با 푀ناشی از گشتاور عرضی جریان برش

푓 =푀 (퐵 −푁 )

푗=1417692(18 − 5.31)

9094= 1978 푙푏 푖푛

نیز برابر است با 푀جریان برش طولی ناشی از گشتاور

푓 =푀 퐵푗

= 2806 푙푏 푖푛

و نهایتا جریان برش برایند برابر است با

푓 = (푓 + 푓 ) + 푓 = 3821 푙푏 푖푛

برابر است با مورد نیاز ساق جوش

65

푤 =푓

0.707퐹 =3821

0.707 × 15800 = 0.342푖푛 < 1.375푖푛

.C.Aشود و ضخامت در این بخش با کسر کلگی به برج متصل می .S.Fدر بخش Lugبا توجه به این که 푤( ست و این مقدار از سایز مورد نیاز جوشا را دارا in 0.15مقدار = ،نتیجه استکمتر ) 0.342

.احتیاج دارد Re-padبه Lugگیریم که می

جوشRe-pad

푀 = P (E + 0.5 + L ) = 37616(25 + 0.5 × 19) = 1297752in. lb

Pبرشی ناشی از نیروي جریان ابر است بارب

푓 =푃

2퐴 + 2퐿=

376162 × 27 + 2 × 19

= 408.87푙푏/푖푛

푀برشی ناشی از نیروي جریان ابر است بارب

푓 =0.5푀 퐿

푗 =0.5 × 1297752 × 19

1622.7 = 760푙푏/푖푛

푓 =푀 퐿푗

= 1520푙푏/푖푛

푓 = (푓 + 푓 ) + 푓 = 1917

برابر است با مورد نیاز بنابراین ساق جوش

푤 =푓

0.707퐹=

19170.707 × 15800

= 0.17 < 0.5

.شود که میزان ساق مورد نیاز کمتر از میزان داده شده استاندارد است مالحظه می

درجه 90و 45، 30ي ایاوز - 2- 2- 4

.آوریم می 3- 4دیگر زوایا در جدول پارامترهاي باال را براي میتماي نتیجه محاسبه شده

66

5- 4جدول

مقادیر مجاز و استاندارد

ퟗퟎ° ퟒퟓ° ퟑퟎ° ퟎ° 푳풖품

- 4475000 2736075 2454625 1880800 푀 - 208.33 208.33 208.33 208.33 푍

< 20000 20080≅< 20000 13133 11782 9027.84 휎 < 2 2.006≅< 2 1.32 1.19 0.91 푡

< 18000 2723 1177 746.58 0 휎 - 42 42 42 42 퐴

< 13500 2127 919 583 0 휏 - 16.25 16.25 16.25 16.25 퐴

< 12000 0 2382 2616 2314.8 휏

< 27000 0 806.4 885.9 783.6 휎 - 0 1458885 1602554 1417692 푀 푳풖품풘풆풍풅

- 0 634 697 616.65 푓 - 0 2035 2236 1978.2 푓 - 0 2887 3172 2806 푓 - 0 3933 4321 3822 푓

< ퟏ. ퟑퟕퟓ 0 0.35 0.38 0.34 푤 퐑퐞퐩퐚퐝

− 퐰퐞퐥퐝 - 0 1335461 1466975 1297752 푀 - 0 421 462 408.8 푓 - 0 742 859 759.9 푓 - 0 1564 1718 1519.9 푓

< 15800 0 1937 2167.4 1917 푓 < 0.5 0 0.17 0.19 0.17 푤

67

در پوسته 44بارهاي محلی - 4-3

بر روي پوسته، ها در این است که بارهاي محلی ناشی از آن top head log استفاده از يها یکی از مزیتبه عبارت دیگر در هر لحظه تنها دو نیروي برشی در راستاهاي طولی و مماسی و . استبه شکل برشی تنها .کنند گشتاور پیچشی به پوسته وارد مییک

، در مقدار نیروهاي برشی در راستاهاي طولی و مماسی به ازاي زوایاي منتخب در هنگام بلند کردن مخزن .زیر محاسبه خواهد شدي مقدار گشتاور پیچشی نیز از رابطه. محاسبه شده اند 3- 4جدول

푀 = 퐿 푃

.روابط زیر محاسبه خواهند شدي برشی ایجاد شده از ها تنش

휏 =푃4퐶 푡 ،휏 =

푃4퐶 푡 ،휏 =

푀2휋푟 푡

.آوریم را بدست می Pad روي Lug، ابتدا مستطیل معادل 9- 4با توجه به شکل

9-4شکل

퐶 = 0.3퐵 = 0.3 × 18 = 5.4푖푛

퐶 = 0.5퐴 = 0.5 × 25 = 12.5푖푛

.داریم 10-4سپس با توجه شکل

푟 = 0.875 퐶 퐶 = 0.875 × 5.4 × 12.5 = 8.268푖푛

44 - Pressure Vessel Design Manual 3th Ed (Procedure 5-4)

68

10-4شکل

.داریم نیز 10- 4به کمک شکل و Padبراي مستطیل معادل خود

2퐶 = 퐿 = 19푖푛

2퐶 = 퐴 = 27푖푛

푟 = 0.875 퐶 퐶 = 0.875 × 9.5 × 13.5 = 10.395푖푛

توجه به این مقادیر محاسبه شده با بلند کردندر هنگام در زوایاي مختلف Padي در لبه ي برشی ها تنش .ده شده اندنشان دا 6- 4در جدول

6-4جدول

درجه 90 ، 45، 30، 0هاي محلی چهار نقطه از مستطیل را در نظر گرفته و با زوایاي رسی باربراي بر .بدست خواهد آمد 7- 4جدول تنش برشی برایند در هر از این زوایا از روابط . شد خواهندنامگذاري

7- 4 جدول

270 180 90 0 휽

(흉푳 − 흉풔)ퟐ + 흉푻ퟐ (휏 − 휏 ) + 휏 (휏 + 휏 ) + 휏 (휏 + 휏 ) + 휏 휏

훉 푷푻(풍풃) 푷푳 푴푻(풍풃. 풇풕) 흉푳(풑풔풊) 흉푻 흉풔(풑풔풊) ퟎ 37616 0 1417747 0 2049 4664

ퟑퟎ 42521 24534 1602616 1336 2316 5273

ퟒퟓ 38709 38678 1458942 2107 2108 4800

ퟗퟎ 0 89500 0 4875 0 0

69

.خواهیم داشت کردن برج بلند بنابراین براي تنش برشی برایند در زوایاي مختلف

8- 4جدول

.درصد تنش تسلیم کمتر باشد 40حداکثر تنش برشی باید از

휏 = 7476푝푠푖 < 0.4퐹 = 0.4 × 30000 = 12000푝푠푖

.بررسی گردند Attachmentي فقط کافیست حد تنشهاي برشی ناشی از بارهاي محلی در لبه

푡 = t + t = 0.5 + 0.5 = 0.707in

خواهیم داشت 9-4با توجه به شکل

휏 =푃휋푟 푡 =

푃휋 × 8.268 × 0.707 =

푃18.36

휏 =푃

휋푟 푡 = 푃

휋 × 8.268 × 0.707 =푃

18.36

휏 =푀

2휋푟 푡=

푃2휋 × 8.268 × 0.707

= 0.124푃

در جدول کردن بلنددر هنگام در زوایاي مختلف Attachmentي شده در لبه محاسبه ي برشیها تنش .اند ده شدهنشان دا 9- 4

تنشهاي 9- 4در جدول ذکر شد ، 7-4جدول ر هاي برایند تنش برشی که د در نتیجه با توجه به رابطه .است آورده شده در زوایاي مختلف حمل برج Attachment ي برشی برایند براي لبه

훉(풅풆품풓풆풆) ퟎ ퟗퟎ ퟏퟖퟎ ퟐퟕퟎ 퐚퐥퐥퐨퐰퐚퐛퐥퐞 ퟎ 6713 5095 2616 5094 12000ퟑퟎ 7705 7003 3245 4567 12000ퟒퟓ 7222 7221 3418 3420 12000ퟗퟎ 4875 4875 4875 4875 12000

70

9- 4 جدول

10- 4جدول

.درصد تنش تسلیم کمتر باشد 40از در این قمست نیز بایستی حداکثر تنش برشی

휏 = 7476푝푠푖 < 0.4퐹 = 0.4 × 30000 = 12000푝푠푖

.بنابراین بارهاي محلی ایجاد شده، به خوبی تحمل خواهند شد

훉 푷푻(풍풃) 푷푳 푴푻(풍풃. 풇풕) 흉푳(풑풔풊) 흉푻 흉풔(풑풔풊) ퟎ 37616 0 1417747 0 2303 4175ퟑퟎ 42521 24534 1602616 1502 2604 4720ퟒퟓ 38709 38678 1458942 2369 2370 4297ퟗퟎ 0 89500 0 5481 0 0

훉(풅풆품풓풆풆) ퟎ ퟗퟎ ퟏퟖퟎ ퟐퟕퟎ 퐚퐥퐥퐨퐰퐚퐛퐥퐞 ퟎ 6479 4769 1871.89 4768.6 12000ퟑퟎ 7476 6745 2595.09 4139.1 12000ퟒퟓ 7075 7074 3052.94 3055.6 12000ퟗퟎ 5481 5481 5480.71 5480.7 12000

71

فصل پنجم

نتایجي خالصه

72

.بندي نمود به شکل زیر دستهتوان می مهمترین ابعاد بدست آمده را

پوسته

푡باالیینیمه = 0.5푖푛

푡پایینینیمه = 0.875푖푛

ها کلگی 푡باال = 0.25푖푛

푡پایین = 0.875푖푛

skirt

Skirt استاز نوع قطر ثابت.

ℎ = 3푓푡

푡 = 0.9375푖푛

ورق پایه 푤 = 15푖푛

푡 = 2푖푛

푑 = 234푖푛

푁 = 16

ها نازل

1- 5جدول

Class of flange 풕(풊풏) 푵풐풎풊풏풂풍풑풊풑풆풔풊풛풆(풊풏) ퟏퟓퟎ퐥퐛 0.1875 16 ퟏퟓퟎ퐥퐛 0.322(std) 8 ퟏퟓퟎ퐥퐛 0.432(std) 6

73

)1- 5شکل( .تسا هدش هدروآ تسدب pv-elite یجورخزا هک از برجشماتیکی و در آخر

1-5شکل