Расчет технологических качеств газгольдеров

Расчет газгольдеров на прочность

Толщина стенки цилиндрической части газгольдера определяется в соответствии с указаниями руководящих технических материалов по формуле
(1)
где р — расчетное внутреннее давление; D — внутренний диаметр цилиндрической части газгольдера; σ — номинальное допустимое напряжение (для стали марки Ст.З σ= 1490 кгс/см², для стали марки 09Г2С (М) σ = 1840 кгс/см²); η— поправочный коэффициент (η= 0,9); φ— коэффициент сварного шва (φ= 1); с — поправка к толщине стенки на недокат и на округление.
Толщину сферической части корпуса газгольдера определяют по формуле
(2)
где h — высота выпуклой части сферы (по внутренней образующей). Остальные обозначения те же, что и в формуле для толщины стенки цилиндрической части.

Тепловой режим газгольдеров

При быстром отборе газа из газгольдеров постоянного объема были случаи их разрушений при эксплуатационных давлениях, которые значительно меньше расчетных. Это приводит к предположению, что температура металла газгольдеров может опускаться значительно ниже температуры окружающей среды и температурного предела хрупкости. Естественно, что материал (сталь) для изготовления газгольдеров надо выбирать с пределом хрупкости, меньшим минимальной температуры, которую может приобрести металл при максимальном отборе газа. Для эксплуатирующихся газгольдеров необходимо устанавливать величину максимального допустимого отбора газа, при котором темпера­тура металла еще не достигнет предела хрупкости; это позволит резко повысить безопасность эксплуатации газгольдерных парков.
Для приближенной оценки температурного режима газгольдера, из которого отбирается газ с массовым расходом q = idem, на основании первого начала термодинамики имеем:
(3)
где δq — полное количество тепла, полученное или отданное 1 кг газа в газгольдере; δq* — удельный подвод тепла из окружающей среды; δq** — удельное количество тепла внутреннего теплообмена; i — удельная величина энтальпии; v — удельный объем газа в газгольдере; р — давление газа в газгольдере.
Пренебрегая внутренними необратимыми потерями тепла внутри газгольдера (δq** = 0), получим (газ идеальный)
(4)
где С_р — средняя (в рассматриваемом процессе) массовая теплоемкость газа при постоянном давлении; Т — абсолютная текущая температура газа в газгольдере.
Удельный подвод тепла из окружающей среды (потери тепла с соответствующим знаком минус):
(5)
где k — полный коэффициент теплопередачи от газа в окружающую среду (или наоборот); F — поверхность газгольдера; Т_о — абсолютная температура окружающей среды (Т_о = idem); τ — время с начала отбора; G — масса газа в газгольдере в данный момент
(6)
G_о — масса газа в газгольдере в момент начала отбора газа.
Из уравнения состояния pV_г = (G₀ — gτ) zRT (где z — средний коэффициент сжимаемости газа, V_г — объем газгольдера, причем V_г = idem), находим:
(7)
Подставляя значения δq* и dp (в 4), получим.

Разделив переменные и проинтегрировав, найдем температуру газа в газгольдере в процессе выхода его с массовым расходом g — idem:
(8)
где Т_н — температура газа в газгольдере в момент начала отбора; Т* — приведенная абсолютная температура окружающей среды (с учетом отбора газа)

Время, по истечении которого температура газа доводится до заданной температуры (например, Т₀) или до температуры хладноломкости газгольдерной стали, из формулы (8), будем иметь:
(9)
Минимальная температура газа в газгольдере при большом отборе g определяется по формуле
(10)
Эта температура тем меньше, чем больше g и меньше kF.