Tính toán kích thước bình áp suất trong quy trình

Kích thước bình chịu áp lực là quá trình xác định thể tích bên trong, đường kính, chiều cao và độ dày thành bình để giữ một chất lỏng nhất định một cách an toàn ở một áp suất và nhiệt độ xác định, đồng thời đáp ứng các yêu cầu của quy trình như thời gian giữ / lưu giữ và hiệu suất tách.

Điều gì quyết định kích thước?

Các yếu tố thường ảnh hưởng đến kích thước bao gồm:

• Thể tích yêu cầu (tổng lượng chất lỏng giữ, thể tích tăng hoặc công suất tách khí / chất lỏng).

• Các yêu cầu về thủy lực hoặc quy trình (ví dụ: thời gian lưu trú / lưu giữ tối thiểu, giới hạn vận tốc hơi, kiểm soát chu kỳ bơm trong bình áp suất).

• Áp suất và nhiệt độ thiết kế, sau đó thiết lập độ dày thành cần thiết thông qua ASME hoặc các mã khác.

Đối với các bình lưu trữ hoặc tăng áp đơn giản, bạn thường bắt đầu bằng cách tính toán thể tích bên trong cần thiết và sau đó chọn tỷ lệ đường kính-chiều cao thuận tiện (thường là 2: 1 đến 4: 1 chiều cao trên đường kính đối với hình trụ thẳng đứng).

Công thức thể tích cơ bản

Đối với các hình học phổ biến, thể tích là:

• Vỏ hình trụ (dọc hoặc ngang):

  V=πr^2L

  trong đó r là bán kính bên trong và $L$ là chiều dài bên trong của thân bình.

• Đầu hình elip (ví dụ: bán elip 2:1):

  Vhead≈πD^3/24​

  trong đó D là đường kính trong; hai đầu cộng thêm khoảngi πD^3/12 ​vào tổng thể tích bồn.

Sau đó, bạn kết hợp thể tích vỏ và đầu để có được tổng thể tích bồn.

Kích thước (đường kính và chiều dài)

Trong thiết kế quy trình, một cách tiếp cận điển hình là:

1. Đặt thể tích cần thiết từ dữ liệu quy trình (ví dụ: 10 m³ cho bộ tách hoặc trống tăng áp).

2. Chọn tỷ lệ đường kính-chiều cao (ví dụ: L/D=3L / D=3) và giải quyết đường kính:

   Vxấp xỉ≈π(D/2)^2(L)=π((D^2)/4)(k D)=πkD^3/4​

   sau đó đảo ngược cho D từ yêu cầu V.

3. Kiểm tra thời gian lưu trú hoặc vận tốc hơi tối đa để đảm bảo đường kính đã chọn mang lại hiệu suất tách chấp nhận được.

Nếu tên gọi đầu tiên $D$ quá nhỏ, bạn tăng đường kính hoặc chiều dài cho đến khi đáp ứng các ràng buộc quy trình.

Độ dày và thiết kế cơ khí

Sau khi cố định hình học, bạn định kích thước độ dày của thành và đầu bằng cách sử dụng các công thức trong qui chuẩn và ứng suất cho phép. Đối với vỏ hình trụ thành mỏng dưới áp suất bên trong:

Trong đó:

• P= áp suất thiết kế,

• R = bán kính bên trong,

• S = ứng suất cho phép,

• E = hiệu quả chung.

Các công thức tương tự tồn tại cho đầu hình bán cầu và hình elip.

Mẹo thực tế

• Sử dụng kích thước thép tấm và vỏ theo tiêu chuẩn (ví dụ: 1 m, 1.5 m, 2 m) để dễ chế tạo.

• Tính đến nozzle, giá đỡ và bên trong với trọng lượng-phần trăm cho phép khi ước tính tổng trọng lượng bồn.

• Đối với bể giãn nở / áp suất trong hệ thống nước, kích thước thường dựa trên lưu lượng bơm, giảm áp suất cho phép và số chu kỳ bơm mong muốn mỗi giờ.