Текст книги "Монтаж, эксплуатация и ремонт оборудования перерабатывающих предприятий"

Глава 5
Монтаж технологического оборудования

5.1. Расчет монтажных приспособлений

5.1.1. Расчет монтажных конструкций по методу предельных состояний

В соответствии с нормами проектирования строительных конструкций, предусмотренных СНиП 2.10.09–84, строительные конструкции рассчитывают по методу предельных состояний. За предельное принимается такое состояние конструкций, при котором последнее перестают удовлетворять предъявленным к ним эксплуатационным требованиям.

Установлены три предельных состояния конструкций:

• первое предельное состояние характеризуется исчерпыванием несущей способности (прочности, устойчивости или выносливости материала);

• второе – развитием чрезмерных деформаций (прогибов) от статических или динамических нагрузок;

• третье (только для железобетонных конструкций) – образованием (раскрытием) трещин или появлением местных повреждений.

Расчетные нагрузки определяются по формуле:

Формула № 66.

где п – коэффициент перегрузки, учитывающий случайные отступления от нормативных значений в процессе эксплуатации конструкции принимается равным 1,2–1,4;

Р_н – нормативные нагрузки.

Расчетные сопротивления материалов определяются по формуле:

Формула № 67.

где к – коэффициент однородности, учитывающий возможное изменение сопротивлений материалов и других характеристик в неблагоприятную сторону по сравнению с нормативным, вызываемым изменчивостью механических свойств (неоднородностью материалов);

R_н – нормативное сопротивление материала.

При расчете конструкции по методу предельных состояний пользуются следующими формулами.

Проверка конструкции на прочность при действии осевых сил N, моментов М и поперечных сил Q в зависимости от расчетных нагрузок производится по формулам:

Формула № 68.

где σ – расчетные напряжения в конструкции, МПа;

F_нт – площадь поперечного сечения конструкции нетто, м²;

W_нт – момент сопротивления конструкции нетто, Н/м;

b – ширина или толщина рассчитываемого элемента, м;

S_σ – статический момент рассчитываемого элемента брутто, Н/м;

l_σ – момент инерции поперечного сечения элемента брутто, Н/м;

т – коэффициент условий работы (таблица 18).

Таблица 18. Коэффициент условий работы m элементов стальных конструкций

Примечания:

1. Коэффициенты условий работы, указанные в пп. 1 и 2, а так же в пп. 2 и 6, одновременно не учитываются.

2. Коэффициенты условий работы, приведенные в п. 2, 3 и 6, не распространяются на крепления соответствующих элементов конструкций в узлах.

3. Для сжатия раскосов пространственных решетчатых конструкций (п. 3) при треугольной решетке с распорками коэффициент условий работ не учитывается.

Проверка конструкции на устойчивость при действии осевых сил N и моментов М в зависимости от расчетных нагрузок производится по одной из формул:

или

Формула № 69.

где F_бр – площадь сечения конструкции брутто, м²;

W_бр – момент сопротивления конструкции брутто, Н/м;

φ и φ_б – коэффициенты, уменьшающие расчетное сопротивление материала до критических значений, обеспечивающих устойчивое равновесие.

Проверка конструкции на выносливость производится в зависимости от нормативных нагрузок (вибрационных или переменных) по формуле:

Формула № 70.

где N_н – усилие, возникающее в конструкции при воздействии нормальных нагрузок, Н;

М_н – моменты, возникающие в конструкции под воздействием нормативных нагрузок, Н/м;

γ – коэффициент уменьшения расчетного сопротивления материала.

Проверка конструкции на прогиб производится по нормативным нагрузкам. Величина прогиба в долях от пролета f/l (где f – прогиб, а l – пролет или высота конструкции) не должна превышать величины относительного прогиба 1/n₀, определяемого выражением:

Формула № 71.

В табл. 19 указаны значения расчетных сопротивлений, принятые для прокатной углеродистой стали обыкновенного качества (сортовой толщиной листа до 100 мм включительно, фасонной стали толщиной до 20 мм включительно, листовой и широкополосовой стали толщиной до 32 мм включительно).

В табл. 20 приведены расчетные сопротивления отливок из серого чугуна, принятые для расчета конструкций по предельным состояниям.

Таблица 19. Расчетные сопротивления прокатной стали и стального литья

Примечание:

Наименование Ст. 3, Ст.4 и Ст. 5 охватывает все марки соответствующей углеродистой стали обыкновенного качества независимо от способа ее изготовления и условий поставки.

Таблица 20. Расчетные сопротивления отливок серого чугуна

В таблицах 21 и 22 даны значения предельной гибкости сжатых и растянутых элементов конструкций.

Таблица 21. Предельная гибкость λ сжатых элементов конструкции

Примечание:

Предельная гибкость сжатых раскосов (кроме опорных) пространственных решетчатых конструкций из одиночных уголков принимается равной 180 (при использовании несущей способности раскосов до 50 %). При использовании несущей способности раскосов на 50–100 % предельная гибкость их определяется по интерполяции между величинами 180 и 150.

Таблица 22. Предельная гибкость λ растянутых элементов конструкции

Примечания:

1. В сооружениях, не подвергающихся динамическим воздействиям, гибкость растянутых элементов проверяется только в вертикальной плоскости.

2. Гибкость растянутых элементов связей, подвергающихся предварительному напряжению, не ограничивается.

3. При проверке гибкости растянутых стержней перекрестной решетки, состоящей из одиночных уголков, радиус инерции сечения уголка принимается относительно оси, параллельной полке уголка.

Нагрузки и коэффициенты перегрузки для зданий и промышленных сооружений – в соответствии со СНиП 2.10.02–84. При одновременном действии на здание или сооружение нескольких нагрузок предусматриваются три вида сочетания таких нагрузок:

• основные сочетания О состоят из постоянных, временных длительно действующих и одной из кратковременно действующих нагрузок или воздействий;

• дополнительные сочетания О + Д – сочетания постоянных, временных длительно действующих и двух или более кратковременно действующих нагрузок;

• особые сочетания нагрузок О + С – сочетания постоянных, временных длительно действующих, некоторых кратковременно действующих и особых нагрузок и воздействий (например, сейсмической нагрузки).

Порядок учета нагрузок и воздействий в сочетаниях устанавливается СНиП 2.10.05–84, 2.10.02–84, а также нормами проектирования зданий и сооружений различного назначения.

При определении расчетных нагрузок для случая действия на конструкцию основных сочетаний нагрузок каждую нормативную нагрузку умножают на соответствующий ей коэффициент перегрузки (таблица 23).

Таблица 23. Нормативные нагрузки на здания и сооружения; коэффициенты перегрузок

При определении расчетных нагрузок для случая действия дополнительных или особых сочетаний нагрузок величины расчетных временных нагрузок (или соответствующих им усилий в конструкции) умножают на коэффициент сочетания С = 0,9, а при расчете с учетом особых сочетаний – на коэффициент С = 0,8.

Коэффициент перегрузки n для ветровых нагрузок принимается равным 1,2.

Коэффициент перегрузки n для снеговых нагрузок принимается равным 1,4.

5.1.2. Расчет монтажных конструкций по методу допускаемых напряжений

Расчет стальных конструкций можно производить также и по методу допускаемых напряжений, при этом определяются расчетные нагрузки без учета коэффициента перегрузки. Этот метод целесообразно использовать при расчете:

• грузоподъемных монтажных приспособлений – монтажных мачт, шевров, стрел, ленточных и полиспастных подъемников, порталов, в том числе приспособлений, предназначенных для установки конструкций и оборудования в проектное положение методом поворота или безъякорным методом;

• грузозахватных приспособлений, применяемых на монтажных и погрузочно-разгрузочных работах – траверс, захватов, тяг, частей якорей, тележек, саней и аналогичных устройств;

• сборочных подмостей для опирания или перемещения конструкций и оборудования, а также сборочных приспособлений, предназначенных для укрупненной сборки, выверки и временного закрепления монтируемых конструкций и оборудования (стенды, кондукторы и т. п.);

• подвесных и монтажных подмостей, служащих для выполнения операций на высоте, превышающей 1,1 м (люлек, лестниц, переходных мостиков, перемещающихся подмостей, подмостей на кронштейнах и крючьях).

5.1.3. Материалы для изготовления монтажных конструкций и соединений

Выбор марок сталей для изготовления конструкций грузоподъемных, грузозахватных и сборочных монтажных приспособлений и устройств производят в зависимости от расчетных эксплуатационных температур (таблица 24).

Для ручной сварки мартеновских и конверторных сталей марок ВСт. З, ВКСт. 3, ВСт. 3кп и ВКСт. 3кп, а также сталей марок 10 и 20 следует применять электроды Э42 и выше; при сварке этих сталей с низколегированными – электроды не ниже Э42А. При сварке низколегированных сталей рекомендуется использовать электроды Э42А; при сварке равнопрочных стыковых швов в элементах из этих сталей – электроды Э50А.

Таблица 24. Рекомендации по выбору материалов для изготовления монтажных приспособлений

Примечания:

1. В чертежах металлических конструкций должно быть указано, какими электродами следует производить сварку углеродистой стали при отрицательной температуре (без подогрева) в соответствии с требованиями СНиП.

2. Применяемые болты должны быть изготовлены из стали марок Ст. 3, Ст. 3кп и Ст. 5, поставляемой по группе А.

3. В конструкциях из низколегированной стали рекомендуется применять болты из стали 45. Материал гаек и шайб в проекте не оговаривается и выбирается заводом-изготовителем, при этом временное сопротивление материала гаек должно быть равно 340 Н/мм².

5.1.4. Расчетные нагрузки

В соответствии со СНиП нагрузки и воздействия разделяются на постоянные и временные (временные длительные, кратковременные и особые).

К постоянным нагрузкам и воздействиям при расчете конструкций монтажных приспособлений следует отнести:

• собственную массу монтажного приспособления;

• номинальную массу груза, состоящую из массы поднимаемого груза (полезная масса) и массы грузозахватных приспособлений и оттяжек (при подъеме груза двумя и более грузоподъемными монтажными приспособлениями следует учитывать неравномерность передачи массы груза на приспособления);

• динамические воздействия, составляющие 10 % номинальной массы груза и массы грузового блока;

• усилия в оттяжке (или вспомогательном полиспасте), отклоняющие основной подъемный полиспаст монтажного приспособления от вертикали, при этом следует указать максимальный угол отклонения полиспаста от вертикали;

• усилия, возникающие в вантах от предварительного натяжения; для вант из каната диаметром до 25 мм включительно;

• усилия, возникающие при наклоне приспособления;

• нагрузки, перечисленные в пп. 1, 2, 3, 4, 5, 6;

• нагрузки от воздействия ветра на поднимаемый груз и на все элементы подъемного монтажного приспособления; эти нагрузки определяются по формуле:

Формула № 72.

где С – аэродинамический коэффициент;

q₁ – расчетный скоростной напор ветра, воздействующего на монтажные приспособления (для приспособлений, предназначенных для выполнения единовременных подъемов, q₁ = 110 Н/м², для прочих монтажных приспособлений q₁ = 180 Н/м²);

F – площадь проекции внешнего контура груза или элемента приспособления на плоскость, перпендикулярную направлению ветра, м².

Расчетная ветровая нагрузка нерабочего состояния определяется по формуле:

Формула № 73.

где q₂ – скоростной напор ветра в Н/см², принимаемый по таблице 25;

Таблица 25. Скоростной напор ветра q₂

Примечание:

Для высоты 100–350 м над поверхностью земли величина q₂ определяется интерполяцией.

В – коэффициент увеличения скоростного напора:

Формула № 74.

где ξ – коэффициент динамичности, принимаемый по таблице 26;

т – коэффициент пульсации (таблица 27).

Таблица 26. Коэффициент динамичности ξ

Таблица 27. Коэффициент пульсации m

Примечание:

Для промежуточных высот значение коэффициента m определяется интерполяцией.

Допускаемые напряжения для прокатной стали приведены в табл. 28. Допускаемые напряжения для сварных швов в стальных конструкциях указаны в табл. 29.

Таблица 28. Допускаемые напряжения для прокатной стали, Н/мм²

Примечание:

В числителе указаны значения допускаемых напряжений для случая действия основных нагрузок, в знаменателе – для случая действия основных и дополнительных нагрузок.

Таблица 29. Допускаемые напряжения сварных швов в стальной конструкции, Н/мм²

Примечания:

1. В числителе указаны значения допускаемых напряжений для действия основных нагрузок, в знаменателе – основных и дополнительных нагрузок.

2. При сварке низколегированных сталей электродами Э42А допускаемые напряжения следует принимать по графе 3 (для Ст. 3 и Ст. 20).

Допускаемые напряжения для болтов даны в табл. 30.

Таблица 30. Допускаемые напряжения для болтов

Примечания:

1. При применении болтов, изготовленных из Ст. 5 (взамен болтов из Ст. 3), а также болтов, изготовленных из Ст. 40 и 50 (взамен болтов из Ст. 45), допускаемые напряжения для них соответственно те же, что и для болтов из Ст. 3 и 45.

2. В числители указаны значения допускаемых напряжений для случая действия основных нагрузок, в знаменателе – основных и дополнительных нагрузок.

5.2. Монтаж типовых конструкций технологического оборудования

В основном оборудование предприятий перерабатывающей отрасли поступает в собранном и отрегулированном состоянии в комплекте с приводными элементами. Для них монтажные мероприятия сводятся к установке оборудования в отведенные планом предприятия места их расположения. Все работы по выверке и пуску проводятся по прилагаемой к оборудованию технической документации.

5.2.1. Монтаж колонных аппаратов

Монтаж ректификационных, абсорбционных, адсорбционных и других колонн является трудоемким видом работ. По весу такие аппараты составляют порядка 50 % веса всего монтируемого оборудования. Вес отдельных колонн достигает 200 т, а высота 80 м. Поэтому монтаж таких аппаратов во многом определяет срок монтажа всей установки.

Чаще всего при монтаже колонн используют метод крупноблочной сборки, включающей в себя все виды сборки, а также испытание, оснащение площадками и лестницами, покрытие тепловой изоляцией и подъема и установкой в проектное положение. Такой метод повышает качество, безопасность и производительность монтажных работ.

Наиболее практично с позиции затрачиваемого времени и использование универсальных средств подъема (мачты, порталы).

Используют следующие методы подъема колонн (рис. 95):

• подъем колонн с помощью мачты или портала методом скольжения (рис. 95, а);

• подъем аппарата методом наклона двух спаренных мачт (рис. 95, б).

Рис. 95. Методы подъема колонн: а – подъем методом скольжения; б – подъем методом спаренных мачт.

В случае подъема колонн методом скольжения колонна 1 перемещается мачтой 3 вместе с тележкой 2 до установочного постамента 4, являющегося одновременно и ограничителем перемещения тележки. После остановки тележки трос подтягивает по поверхности тележки колонну, и в итоге она устанавливается на постамент.

При подъеме колонны методом наклона двух спаренных мачт колонна 1 находится в предполагаемом для установки месте 2. Подтягивание троса с одновременным перемещением жестко установленных мачт 3 позволяет установить колонну в вертикальное положение.

Дальнейшие незначительные перемещения колонн в установленные точки осуществляются специальными такелажными устройствами.

Когда монтируют колонны стреловыми самоходными кранами, то используют такие методы, как:

• подъем аппарата одним краном со строповкой за крышку колонны (рис. 96, а); этот метод применятся при небольшой высоте колонны и наличии крана достаточной грузоподъемности;

• подъем аппарата одним краном со строповкой за корпус (рис. 96, б); этот способ позволяет монтировать колонны, высота которых больше, чем высота крюка крана («вылет» крюка крана). При подъеме данным методом отклонения оси аппарата от вертикали не должно превышать 15°;

• подъем колонн спаренными стреловыми кранами (рис. 96, в) – при этом строповка может производиться за ложные штуцеры; может также использоваться балансировочная траверса.

К внутренним устройствам колонн относятся: насадка, тарелки, опоры и другие детали. Насадки выполняются в виде шаров, колец, седел и т. п. Укладка насадки – трудоемкая и точная операция. Если насадка засыпается в навал, то ее загружают сверху колонны, предварительно заполненной водой, по мере заполнения воду сливают. При таком методе заполнения не разрушаются ни сама насадка корпуса, ни внутренняя часть колонны.

При монтаже тарельчатых колонн следует помнить, что от правильного расположения тарелок по отношению к корпусу и друг к другу зависит производительность аппарата и качество получаемого продукта.

К монтажу тарелок предъявляются следующие требования:

• равномерность работы всей площади тарелки;

• соблюдение заданного проектом уровня жидкости на тарелке;

• герметичность в соединении тарелок с корпусом колонны.

Если аппарат имеет люки через каждые 5–7 тарелок, то монтаж тарелок необходимо начинать с самой нижней для данного люка тарелки. Каждая тарелка испытывается отдельно. Если люк имеется у каждой тарелки, то монтаж можно вести параллельно. Следует отметить, что для каждого типа тарелок и конкретно каждой колонны имеются нормативные данные на отклонения действительных размеров от проектных.

Монтаж ситчатых тарелок сводится к креплению опорных деталей тарелок и установки этих тарелок строго в горизонтальном положении.

Рис. 96. Монтаж колонн стреловыми самоходными кранами: а – подъем одним краном со строповкой за крышку колонны; б – подъем одним краном со строповкой за корпус; в – подъем спаренными стреловыми кранами.

Монтаж колпачковых тарелок сводится к креплению опорных деталей тарелки, ее установки на опорных деталях, креплению и испытанию колпачков.

Тарелки с круглыми колпачками испытывают на барботаж, при этом на один из колпачков устанавливается оправка диаметром на 45–50 мм больше диаметра колпачка и высотой чуть больше высоты колпачка. Вторую такую же оправку ставят последовательно на каждый колпачок. Равномерность и интенсивность барботажа проверяют визуально по окружности колпачка. Барботаж должен быть по интенсивности одинаковым. Первый испытанный колпачок принимают за эталон, и по нему регулирую все остальные.

Таблица 31. Допуски на монтаж аппаратов колонного типа

5.2.2. Монтаж центробежных насосов, вентиляторов, компрессоров

При монтаже центробежных насосов работающих в сложном динамическом режиме, особое значение придают состоянию фундамента. Поэтому перед монтажом насоса проверяется фундамент, который не должен иметь трещин, пустот и оголенной арматуры. Затем на фундаменте производится разметка и подготовка мест установки подкладок. Они должны быть горизонтальными и иметь размеры: 100х100; 200х150; 75х150 mm.

После проверки и подготовки фундамента производится ревизия насоса, которая состоит из разборки и промывки деталей, притирки, осмотра, проверки зазоров, набивки сальников, а затем сборки. После установки насоса, привода и всего агрегата с рамой на фундамент выверяют горизонтальное положение всей сборочной единицы.

Насос выверяется уровнем, который укладывается на обработанную поверхность нагнетательного патрубка в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Отклонение от горизонтальности не должно превышать 0,1 мм на 1 м длины.

Перед пуском насоса проворачивают ротор, вращение которого должно быть свободным. Затем запускают насос и по мере увеличения частоты вращения вала электродвигателя, постепенно открывают задвижку на нагнетательном трубопроводе и следят за состоянием сальника. В нормальном состоянии сальник может слегка пропускать жидкость, но не более 15–20 капель в минуту.

Монтаж центробежных вентиляторов, как и насосов, заключается в установке их на фундамент или виброизолирующие опоры с выверкой горизонтальности. Перед пуском вентилятора рабочее колесо проворачивают вручную, проверяют биение колеса и положение вала в отверстии для него в кожухе. В паспортных данных вентиляторов даются допустимые нормы зазора между валом и отверстием в кожухе.

Центробежные компрессоры требуют повышенной точности при установке на фундаменте и центровке валов, так как работают с большой частотой вращения ротора.

С целью выверки горизонтальности на корпусе компрессора завод-изготовитель выполняет обработанные горизонтальные площадки (реперы) для установки уровня.

Целесообразна установка на общей раме всех механизмов агрегата (компрессора, редуктора, двигателя), даже если они поставляются отдельно. Рама упрощает установку и последующую выверку агрегата.

Таблица 32. Допуски на монтаж центробежных компрессоров

Таблица 33. Допуски на монтаж поршневых компрессоров

Таблица 34. Допуски на монтаж центробежных горизонтальных насосов

Таблица 35. Допуски на монтаж центробежных вертикальных насосов