Grubość ścianki w zbiorniku ciśnieniowym. W czym tkwi sekret? - Wiktor Czerep

• Strona główna
• Rozmowy
• Grubość ścianki w zbiorniku ciśnieniowym. W czym tkwi sekret?

2021-03-16

Projektowanie zbiorników przeznaczonych dla sektora chemicznego to wyjątkowo trudne zadanie. Jak w takm razie obliczyć grubość ścianki zbiornika ciśnieniowego?

Ze względu na bardzo wysokie naprężenia w zbiorniku, wynikające z dużego ciśnienia, a niekiedy nawet próżni, produkty te muszą spełniać niezwykle rygorystyczne normy. Od jakości i precyzji wykonania zbiornika zależy nie tylko ich efektywność, ale głównie bezpieczeństwo pracowników danego przedsiębiorstwa.

Inżynier projektujący zbiorniki bierze pod uwagę różne czynniki, mające wpływ na grubość ścianki i w konsekwencji na niezawodność. Oprócz samego ciśnienia może to być kontakt z substancjami chemicznymi o ściernych lub żrących właściwościach, a także dynamicznie zmieniające się temperatury.

Dlaczego jest to aż tak istotne?

Jeśli zbiornik zostanie źle zaprojektowany, występuje zwiększone ryzyko wybuchu i aby temu zapobiec należy precyzyjnie obliczyć minimalną grubości ścianki w zbiorniku ciśnieniowym.

Jak zatem przedstawiają się elementarne schematy do takich obliczeń?

Jeśli chodzi o obliczanie grubości ścianki zbiornika ciśnieniowego, to przy wyznaczaniu grubości ścianek elementów zbiornika, jak przy każdym innym zagadnieniu projektowym, bierzemy pod uwagę produkt, stąd ważna jest szczegółowa charakterystyka substancji, o którą pytamy klienta. Zbiorniki ciśnieniowe, które z uwagi na ich zastosowanie mogą stanowić potencjalne źródło niebezpieczeństwa, objęte są szeregiem regulacji prawnych.
W przypadku krajów UE powszechnie stosuje się dyrektywę PED, a w Stanach Zjednoczonych jest to ASME BPVC. Sposób obliczeń związany jest z określoną normą, dlatego ważna jest wiedza i doświadczenie inżyniera-konstruktora.

Co uwzględnia się w takim razie przy kalkulacji?

Przy kalkulacji uwzględniamy takie zmienne, jak materiał, ciśnienie i temperatura projektowa. Ważna jest gęstość oraz właściwości fizyczne i chemiczne produktu.

Uwzględniamy naddatki materiału na korozję, na ubytek materiału powstały w wyniku tarcia produktu o zbiornik, aby zapewnić odpowiednią wytrzymałość konstrukcji w przypadku eksplozji materiałów sypkich. Należy także pamiętać, że zbiornik stanowi integralną część bardzo dużych instalacji przemysłowych. Dodatkowo skupiamy uwagę na obciążenie króćców, mieszadła, platformy obsługowe i umiejscowienie zbiornika.

Zbiorniki znajdujące się na zewnątrz poddawane są silnym porywom wiatru, a nawet wstrząsom sejsmicznych, które mają duży wpływ na wymagane grubości, szczególnie w miejscach wsparcia konstrukcji. Charakter procesu zachodzący w zbiorniku wymaga dodatkowej analizy zmęczeniowej, która warunkuje przekroje ścianek. Nie bez znaczenia pozostają kwestie takie, jak forma wytwarzania prefabrykatów, stopień kontroli powykonawczej i sposób spawania elementów.

A jak to wygląda, gdy rzecz dotyczy grubości ścianki zbiornika o kulistym kształcie?

Kształty sferyczne, jak i semisferyczne ujęte są praktycznie w każdej normie projektowej. Z uwagi na charakter rozkładu naprężeń w powłoce, możemy powiedzieć, że mają najdogodniejszy kształt, co powoduje możliwość zaprojektowania mniejszych grubości przy zachowaniu adekwatnej wytrzymałości. Kształt kulisty zbiornika znajduje zastosowanie głównie w magazynowaniu gazu pod wysokim ciśnieniem.

Do tak skomplikowanych obliczeń potrzebne są zapewne również odpowiednie narzędzia?

W mojej pracy szczegółowe informacje od klienta dotyczące przeznaczenia zbiornika są bazą do rzetelnych obliczeń. W Gpi polegamy między innymi na naszym autorskim programie TankDesign2 oraz Visual Vessel Design.

W pracy konstruktora niezbędne są bowiem narzędzia kalkulacyjne. Nikt przecież nie oblicza grubości ścianki na kalkulatorze. Zbiornik cienkościenny i grubościenny optymalizowany jest z uwzględnieniem wielu dodatkowych, niestandardowych elementów, mających bezpośredni wpływ na końcową wytrzymałość.

Do takich elementów zaliczyć można, chociażby zawory oraz rozmaite łączniki charakterystyczne dla specyficznej odmiany zbiorników ciśnieniowych w postaci rurociągów i rur. Wszelkie te aspekty muszą zostać zawarte w obliczeniach, więc poziom skomplikowania obliczeń jest bardzo wysoki. 

Wspomnieliśmy wcześniej o niezbędnym doświadczeniu konstruktora, które jest bazą do wszelkich kalkulacji. Inżynierowie w Gpi pracują zgodnie z wieloma (nie tylko europejskimi) normami jak EN 13445, PED 2014/68/EU, ASME VIII-1, AD 2000-Merblatt.

Podsumowując, należy wziąć zatem pod uwagę wszystkie zmienne, produkt i jego właściwości, tu niezbędny jest szczery i szczegółowy kontakt z klientem, wiedza, doświadczenie w kalkulacji i nowoczesne narzędzia, które ułatwiają pracę i minimalizują możliwość popełnienia błędu.

Gpi Polandzbiorniki ciśnieniowe