Calculul mecanic de proiectare a reactorului

1. Alegerea justificata a materialelor si calculul tensiunilor mecanice admisibile

1. 1. Alegerea pe criterii tehnico-economice a materialelor

Criteriile organismelor oficiale de supraveghere tehnica de tip I. S. C. I. R. pentru alegerea materialelor metalice, tehnice, se refera la precizarea corecta a tipurilor de materiale (in special oteluri) si a marcilor de oteluri standardizate folosite in constructia de recipiente sub presiune stabile calde si reci, rezervoare si alte mijloace de depozitare industriala a produselor lichide sau lichefiate, conductelor tehnologice, tevilor si altor elemente tubulare.

Alegerea materialelor se face in functie de parametrii de calcul:

- presiune (p)

- temperatura (t)

- mediu tehnologic.

In functie de presiune si temperatura de calcul recipientele pot fi:

- recipiente reci

- recipiente calde.

Temperatura minima a peretelui metalic in manta este t = 15 ⁰C, recipientul este de tip cald.

Deoarece temperatura de calcul a recipientului este t = 200 ⁰C, se alege pentru realizarea reactorului otelul 2NiCr185 conform STAS 11523-80, iar in circuitul de racire temperatura este de t = 20 ⁰C, se alege otelul K41 conform STAS 2883/3-88 pentru realizarea mantalei de racire.

Aprecierea comportarii materialelor sub sarcina se face de obicei pe baza factorilor legati de material si a factorilor legati de procesul tehnologic.

1. 2. Factori legati de material

Definirea principalelor caracteristici mecanice si elastice ale materialelor.

a. Caracteristici mecanice (de rezistenta)

1. Rezistenta la rupere R_m (s_r) - reprezinta tensiunea corespunzatoare raportului dintre forta maxima de intindere si sectiunea initiata a epruvetei

2. Limita de curgere conventionala R_poz (s_c) - reprezinta acea tensiune a sectiunii initiale a epruvetei care produce o deformatie remanenta de 0,2%.

3. Limita de proportionalitate conventionala (tehnica) R₁₀ (s ) - reprezinta acea tensiune corespunzatoare sectiunii initiale a epruvetei pentru care abaterea de la proportionalitate a lui s fata de e atinge valoarea prescrisa de 10 %.

s = E·e

4. Rezistenta la fluaj R_{e t} s_f s_{e t}) - este acel efort unitar corespunzator sectiunii initiale a epruvetei care la o temperatura ridicata constanta si sub sarcina constanta provoaca o deformatie remanenta prin fluaj admisa sau prescrisa intr-un timp determinat.

s_f s_{e t} s

10 000 - timpul care se produce deformatia [ore]

5. Limita ruperii de durata (s_d s_{r d}) - reprezinta acel efort unitar corespunzator sectiunii initiale a epruvetei care la o temperatura ridicata constanta si sub sarcina provocata ruperea epruvetei intr-un timp determinat.

6. Rezilienta k_c (kcu, kcv)

Caracteristica care defineste comportarea materialelor la temperatura scazuta este rezilienta (k) sau rezilienta la rupere prin soc (kv).

k-reprezinta energia de rupere a unei sectiuni (epruveta) raportata la aria sectiunii transversale a epruvetei (J/m²).

b. Caracteristici elastice sau elastoplastice

1. Alungirea specifica e

l_u - deformatia la un moment dat.

2. Alungirea specifica la rupere

l_r - lungimea intre repere in momentul cand s-a atins R_m

l₀ - lungimea initiala a epruvetei.

3. Gatuirea specifica y

A₀ - aria initiala a epruvetei

A_u - aria la un moment dat.

4. Gatuirea specifica la rupere

5. Contractia transversala a epruvetei

6. Modulul de elasticitate longitudinal

E = tgb

b - unghiul pe care-l face curba caracteristica cu axa deformatiilor

7. Modulul de elasticitate transversal

m - coeficientul contractiei transversale (coeficientul lui Poisson)

c. Caracteristici fizice: dilativitatea (a), refractaritatea (l), difuzibilitatea (a)

1. 3. Factori legati de procesul tehnologic la care participa utilajul:

presiunea de lucru

solicitari suplimentare

temperatura

agresivitatea mediului

locatia.

Compozitia chimica si principalele caracteristici ale materialelor alese sunt prezentate in tabelele 3 si 4.

Tabelul 3

Tabelul 4

1. 4. Calculul tensiunilor mecanice admisibile

Deoarece presiunea de calcul este mai mare de 0,07 Mpa se vor folosi metodele I. S. C. I. R. pentru calculul rezistentelor admisibile. Tensiunile admisibile se calculeaza conform relatiei:

- tensiunea admisibila pe baza incercarilor de scurta durata

- tensiunea admisibila stabilita pe baza incercarilor de lunga durata (pentru temperaturi peste 380 ⁰C)

- rezistenta la rupere pentru temperatura ambianta

- limita conventionala de curgere la temperatura de regim

- limita conventionala de fluaj data in functie de durata de serviciu

- rezistenta tehnica de durata

Cr - coeficient de siguranta la rupere Cr=2,4

Cc - coeficient de siguranta la curgere Cr=1,5

Cf - coeficient de siguranta la fluaj Cf=1

Cd - coeficient de siguranta la durata Cd=1,5

Deoarece pentru temperaturi mai mici de 380 ⁰C nu avem fluaj rezulta:

1. Calculul rezistentelor admisibile pentru otelul 2NiCr185 (STAS 11523-80) utilizat la confectionarea mantalei interioare (manta reactor) si fund elipsoidal.

2. Calculul rezistentelor admisibile pentru otelul k41 (STAS 2883/3-88) utilizat pentru confectionarea mantalei de racire, fund elipsoidal.

3. Calculul rezistentelor admisibile pentru otelul OLT 35k (STAS 8184-87) utilizat pentru confectionarea stuturilor din circuitul de racire.

4. Calculul rezistentelor admisibile pentru otelul k41 (STAS 1097/2-91) utilizat la confectionarea flanselor din circuitul de racire si a flansei mare a reactorului.

5. Calculul rezistentelor admisibile pentru otelul 8TiNiCr 175 (STAS 3583-84) utilizat la confectionarea tevilor si stuturilor din reactor.

6. Calculul rezistentelor admisibile pentru otelul OLC 35 As (STAS 11290-89)

1. 5. Calculul coeficientului de rezistenta pentru imbinarile sudate (2NiCr185)

Raportul dintre rezistenta admisibila s_as a materialului de adaos al cusaturii sudate si rezistenta admisibila s_a a materialului de baza se numeste coeficient de rezistenta al sudurii si se noteaza cu j sau cu Z.

Rezulta urmatoarea formula generala pentru calculul rezistentei admisibile:

s_as js_a s_a

Formula generala pentru calculul coeficientului de rezistenta al sudurii este urmatoarea:

j j k₁k₂k₃k₄, unde:

j - coeficient de rezistenta teoretic maxim (al cusaturii)

j = 0,85 - 0,9 tab. 4.20. pag 144

Tipul sudurii fiind cap la cap in "V" cu completare la radacina, se adopta j

k₁ = coeficient de corectie depinzand de sudabilitatea materialelor de baza folosite (otelul fiind bun sudabil)

k₁ = 1 (tab. 4. 20. pag 144

k₂ = coeficient de corectie ce tine seama de detensionarea cordoanelor de sudura prin tratament termic

k₂ = 1, pentru detensionare completa: tab. 4. 20. pag 144

k₃ = coeficient de corectie depinzand de controlul defectuos-copic nedistructiv al cusaturilor sudate

k₃ = 1, pentru examinare totala: tab. 4. 20. pag 144

k₄ = coeficient de corectie depinzand de examinarea aspectului si de incercarile mecanice specifice imbinarilor prin sudare

k₄ = 0,90 0,95; incercarile mecanice sunt reduse dar se face examinarea aspectului se adopta k₄ = 0,95 (tab. 4. 20. pag. 144

Valoarea coeficientului j este:

j