Prace związane z kanałami procesowymi

Kanały technologiczne przenoszą duże ilości gorącego, zapylonego powietrza z urządzeń przetwarzających do młynów, workowni do innych urządzeń procesowych. Kanały technologiczne mogą być okrągłe lub prostokątne. Chociaż produkcja kanałów okrągłych kosztuje więcej niż kanałów prostokątnych, wymaga mniej usztywnień i jest preferowana w wielu zastosowaniach w porównaniu z kanałami prostokątnymi.

Powietrze w przewodach procesowych może znajdować się w warunkach otoczenia lub może pracować w temperaturze do 900 ° F (482 ° C). Przewody procesowe mają różne rozmiary, od średnicy 2 stóp do średnicy 20 stóp lub do około 20 stóp na 40 stóp w kształcie prostokąta.

Duże przewody procesowe mogą wypełniać się pyłem, w zależności od nachylenia, do 30% przekroju poprzecznego, który może ważyć od 2 do 4 ton na stopę liniową.

Kanały okrągłe podlegają zapadnięciu się kanałów ssących i wymagają usztywnień, aby to zminimalizować, ale są bardziej wydajne materiałowo niż kanały prostokątne.

Nie ma kompleksowych odniesień projektowych do projektowania prac kanałów technologicznych. Odniesienia ASCE dotyczące projektowania kanałów elektrowni zawierają pewne ogólne wytyczne dotyczące projektowania kanałów, ale nie dostarczają projektantom wystarczających informacji do projektowania kanałów.

Strukturalne kanały procesowe

Strukturalne kanały procesowe przenoszą duże ilości zakurzonego powietrza o wysokiej temperaturze między elementami wyposażenia procesowego. Projektowanie tego kanału wymaga zrozumienia interakcji zmiękczania metali pod wpływem ciepła , potencjalnych skutków gromadzenia się pyłu w dużych kanałach oraz zasad projektowania konstrukcji . Istnieją dwa podstawowe kształty kanałów konstrukcyjnych: prostokątny i okrągły. Kanały prostokątne są objęte ASCE „Projektowanie strukturalne kanałów powietrznych i gazowych dla elektrowni procesowych i zastosowań przemysłowych”.

W praktycznym projektowaniu głównie okrągłych strukturalnych kanałów procesowych w przemyśle cementowym , wapienniczym i ołowiowym , rozmiar kanału waha się od 18 cali (45 cm) do 30 stóp (10 m). Temperatura powietrza może wahać się od temperatury otoczenia do 1000°F (515°C). Kanały technologiczne podlegają dużym obciążeniom z powodu gromadzenia się pyłu, ciśnienia ssania wentylatora, wiatru i sił trzęsienia ziemi . Od 2009 r. Przewody procesowe o średnicy 30 stóp mogą kosztować 7 000 USD za tonę. Niewłaściwe zintegrowanie sił projektowych może doprowadzić do katastrofalnego w skutkach zawalenia się kanału. Przeprojektowanie kanałów jest kosztowne.

Projektowanie konstrukcji kanałów okrągłych i prostokątnych

Projekt konstrukcyjny płyty kanałowej opiera się na wyboczeniu elementu płytowego. Konstrukcja okrągłej płyty kanałowej opiera się na stosunku średnicy do grubości płyty kanałowej, a dopuszczalne naprężenia są zawarte w wielu referencjach, takich jak US Steel Plate , ASME / ANSI STS-1, SMNACA, Rurowe konstrukcje stalowe i inne odniesienia. W rzeczywistości okrągły kanał wygięty podczas zginania jest o około 30% mocniejszy niż podobny kształt podczas ściskania, jednak podczas zginania stosuje się te same dopuszczalne naprężenia, co w przypadku ściskania.

Okrągłe kanały wymagają typowych usztywnień w odległości około 3 średnic lub około 20 stóp OC dla owalu wiatru i wymagań produkcyjnych i transportowych. Okrągłe kanały o średnicy większej niż 6 stóp 6 cali (1,98 m) (płyta 1/4") wymagają usztywnień pierścienia nośnego. Kanały o mniejszej średnicy mogą nie wymagać usztywnień pierścienia nośnego, ale mogą być zaprojektowane ze wspornikami siodełkowymi. Gdy pierścienie usztywniające są wymagane, są tradycyjnie projektowane w oparciu o „Roark”, chociaż to odniesienie jest dość konserwatywne.

Dopuszczalne naprężenia kolanka kanału okrągłego są mniejsze niż dopuszczalne naprężenia dla kanału prostego o współczynnik K = 1,65/(h 2/3moc) gdzie h = t (kanał) * R (kolano) /(r (kanał)*r (kanał) To równanie lub podobne równania można znaleźć w sekcji 9.9 Stalowe konstrukcje rurowe .

Właściwości projektowe kanałów prostokątnych są oparte na stosunkach szerokości do grubości. Jest to uproszczone, zwykle do szerokości = t/16, z elementów narożnych lub kątowników usztywniających naroża, chociaż w rzeczywistości cała górna i boczna płyta kanału ma udział, w pewnym stopniu we właściwościach przekroju kanału.

Logika kanałowa

Logika kanałów to proces planowania ruchów termicznych w kanałach połączony z planowaniem w celu zminimalizowania strat pyłu w kanałach.

Kanały poruszają się wraz ze zmianami temperatury wewnętrznej. Zakłada się, że kanały mają taką samą temperaturę jak ich wewnętrzne gazy, która może dochodzić do 900 ° F. Jeśli wewnętrzna temperatura kanału przekracza 1000 ° F, stosuje się wykładzinę ogniotrwałą w celu zminimalizowania temperatury powierzchni kanału. Przy 1000 ° F kanały mogą urosnąć o około 5/8 cala na 10 stóp długości. Ten ruch musi być starannie zaplanowany, z kompensatorami z tkaniny (lub metalu) na każdym kołnierzu urządzenia i jednym złączem na każdy prosty odcinek przewodu.

Kanały nachylone pod kątem zalegania pyłu w kanale lub powyżej zminimalizują gromadzenie się pyłu. Dlatego wiele kanałów przenoszących duże ilości pyłu ma nachylenie 30 stopni lub większe.

Geometria kolanka kanału

Aby zminimalizować straty ciśnienia w kolankach kanałów, typowy promień kolanka wynosi 1 1/2 średnicy kanału. W przypadkach, gdy ten promień kolanka nie jest możliwy, do kanału dodaje się łopatki obrotowe.

Przejście stosu na betonowym stosie

Przejście kanału i układ kolan

Kanały procesowe są często duże (o średnicy od 6 do 18 stóp) i przenoszą duże ilości gorących brudnych gazów z prędkością od 3000 do 4500 stóp na minutę. Wentylatory używane do przemieszczania tych gazów są również duże, od 250 do 4000 koni mechanicznych. Dlatego ważne jest zminimalizowanie spadku ciśnienia w kanale poprzez zminimalizowanie turbulencji na kolanach i przejściach. Promień kolanka kanału jest zwykle 1 1/2 do 2 razy większy od rozmiaru kanału. Boczne nachylenia przejść wynoszą zwykle od 10 do 30 stopni.

Uwaga: prędkość gazu w kanale jest dobrana tak, aby zminimalizować opadanie kurzu w kanale. Prędkość w kanałach cementowni i wapna podczas normalnej pracy wynosi od 3000 do 3200 stóp na minutę, prędkości instalacji ołowiu wynoszą od 4000 do 4500 stóp na minutę, ponieważ pył jest cięższy. Inne gałęzie przemysłu, takie jak zboże, mają niższe prędkości gazu. Większa prędkość gazu w kanale może wymagać mocniejszych wentylatorów niż niższe prędkości w kanale.

Typy podpór kanałów

• Podpory stałe są zazwyczaj zaprojektowane tak, aby przeciwdziałać bocznemu ruchowi kanału. W zależności od geometrii podparcia, stałe podpory mogą również opierać się obrotowi kanału stanowiącego podporę.
• Wsporniki ślizgowe są zwykle podparte na podkładkach teflonowych (lub innych materiałów), odizolowanych od kanału, tak aby temperatura i kurz nie uszkodziły powierzchni ślizgowej.
• Podpory łączące to często „wygięte” lub usztywnione ramy od pierścienia podtrzymującego kanał (ramę) do fundamentu lub płaszczyzny podparcia. jeśli zagięcie jest wystarczająco długie, zawiasy nie są wymagane, aby umożliwić wzrost temperatury kanału.
• Wsporniki prętów lub wieszaków są podobne do wsporników łączników, ale ze względu na elastyczność wsporników prętów są łatwiejsze do zaprojektowania i wykonania detali.
• Wsporniki prowadzące: często pierścienie wewnątrz ramy konstrukcyjnej, z prowadnicami kątowymi, które umożliwiają pionowy wzrost kanału, jednocześnie ograniczając go poprzecznie w przypadku obciążenia wiatrem.
• Nietypowe warunki „wsparcia” (szczegóły):
  • Zawiasy w dylatacjach
  • Naprężenie na podwójnych stałych podporach
  • Konstrukcje umożliwiające zginanie kolanek kanałów w nietypowych warunkach podparcia
  • Inne nietypowe modele projektowe.

Obciążenia projektowe kanałów

W przypadku rurociągów procesowych cementowni i zakładów wapienniczych obciążenia kanałów są kombinacją:

1. Obciążenia własne kanałów: są często upraszczane (w cementowniach) poprzez zastosowanie masy płyty kanału pomnożonej przez 1,15 jako naddatek usztywnienia, ponieważ usztywnienia kanałów zwykle ważą mniej niż 15% ciężaru płyty kanału. Naddatek na usztywnienie kanału dla prostokątnych kanałów elektrowni może wynosić od 50% do 100% ciężaru płyty kanałowej.
2. Wewnętrzne obciążenie pyłem kanału (dno kanału): które zmienia się znacznie w zależności od nachylenia kanału. Obciążenia te muszą zostać zatwierdzone przez klienta, ale często są używane w następujący sposób:

Dla kanału nachylonego od 0 stopni do 30 stopni, kurz wewnętrzny kanału wynosi 25% przekroju poprzecznego kanału. W przypadku kanałów nachylonych od 30 do 45 stopni obciążenie pyłem zmniejsza się do 15% przekroju poprzecznego, plus obciążenia wewnętrznej powłoki kanału. W przypadku kanałów nachylonych pod kątem od 45 do 85 stopni kurz znajdujący się wewnątrz kanału wynosi 5% przekroju poprzecznego kanału plus obciążenia wewnętrznej powłoki kanału. Do kanałów nachylonych powyżej 85 stopni. Ze względu na potencjalne duże zapylenie, większość przewodów procesowych przebiega pod kątem 30 do 45 stopni.

2a) Zapylenie kanałów w kanałach nieprocesowych (o średnicy 2 stóp i mniejszych), takich jak kanały odpowietrzające przenośnika, są czasami prowadzone poziomo i mogą być wypełnione do 100% przekroju poprzecznego.

2b) Obciążenia pyłem w wewnętrznych kanałach elektrowni są skoordynowane z klientem i czasami są stosowane przy 1 do 2 stopach wewnętrznego ładunku popiołu.

3) Wewnętrzne obciążenie pyłem kanału, które czasami jest stosowane jako 2-calowa (50 mm) warstwa pyłu na obwodzie wewnętrznym.

4) Obciążenia ciśnieniem ssania w kanale. Większość obciążeń kanałów procesowych ma ciśnienia projektowe od 25 cali (600 mm) do 40 cali (1000 mm) ciśnienia wody. To ciśnienie ssania powoduje spadek ciśnienia ssania na bocznych ściankach kanału. Również to ciśnienie działa prostopadle do „kompensatorów” kanału, tworząc dodatkowe obciążenie wsporników kanałów, które dodaje się do obciążeń stałych i użytkowych. Uwaga: obciążenia ciśnieniowe kanałów zmieniają się wraz z temperaturą, podobnie jak gęstość gazu zmienia się wraz z temperaturą. Ciśnienie w kanale wynoszące 25 cali _. H2O w temperaturze pokojowej może wzrosnąć do 12 cali do 6 cali przy ciśnieniu roboczym w kanale

5) Obciążenie wiatrem w kanale

6) Kanał Obciążenia sejsmiczne

7) Kanał Obciążenie śniegiem, zwykle nieistotne, ponieważ śnieg szybko się stopi, chyba że elektrownia jest w trybie wyłączenia.

8) Obciążenie pyłem z górnej części kanału, często stosowane jako zero, ponieważ wytwarzanie pyłu przez zakład jest obecnie znacznie mniejsze niż w przeszłości.

9) Obciążenia od ciśnienia ssania w kanale, działają prostopadle do końca przekroju kanału i mogą być znaczne. W przypadku kanału przeznaczonego na 25 cali wody o temperaturze początkowej 70 stopni F, na kanale o średnicy 8 stóp, jest to równe 8000 funtów na każdym końcu kanału.

Stała podpora kanału

Kanały okrągłe

Większość kanałów technologicznych w cementowniach jest okrągła. Dzieje się tak dlatego, że okrągły kształt kanału nie wygina się pomiędzy obwodowymi usztywnieniami. Dlatego usztywniacze na zginanie nie są wymagane, a kanały okrągłe wymagają mniejszej liczby i lżejszych usztywnień pośrednich niż kanały prostokątne. Okrągłe usztywnienia kanałów w cementowniach stanowią czasami około 5% masy płyty kanałowej. Prostokątne usztywnienia kanałów w cementowniach są od 15 do 20% razy cięższe od masy płyty kanałowej. Kanały elektrowni są często większe. Kanały elektrowni są zwykle prostokątne, a ciężar usztywnień wynosi 50% (lub więcej) razy więcej niż ciężar płyty kanału. (jest to oparte na osobistych doświadczeniach, a moje różnią się w zależności od obciążenia, rozmiaru kanału i standardów branżowych)

Duże, okrągłe przewody procesowe są zwykle wykonane z blachy stalowej o grubości 1/4 cala (6 mm), z owalnymi pierścieniami usztywniającymi w odległości od 15 do 20 stóp (5 do 6 m) pośrodku, niezależnie od średnicy. Te długości zapewniają odporność na owalne działanie wiatru i owalność podczas transportu ciężarówką. Działa to również dobrze z wyposażeniem wytwórcy.

Typowe pierścienie pośrednie są zaprojektowane na naprężenia zginające spowodowane wiatrem , zmniejszane zgodnie z wymaganiami przez redukcję granicy plastyczności w temperaturach roboczych. Typowe pierścienie są wytwarzane z walcowanej blachy stalowej, kątowników lub trójników zespawanych ze sobą w celu uzyskania wymaganego przekroju pierścienia. Pierścienie są wytwarzane z dowolnej kombinacji blachy, trójnika lub kształtu litery W, które sklep może wytoczyć. Pierścienie są zwykle wykonane z miękkiej stali węglowej, blachy ASTM A36 lub równoważnej. Lokalizacja spoin czołowych powinna być przesunięta o 15 stopni (+/-) od punktu maksymalnego naprężenia, aby zminimalizować wpływ porowatości spoiny na dopuszczalne naprężenia spoiny.

Patrz US Steel Plate, tom II, aby zapoznać się z empirycznymi odstępami między pierścieniami i naprężeniami zginającymi od wiatru: Odstęp = Ls = 60 sqrt [Do (ft) * t plate (in) /napór wiatru (psf)] Przekrój = p * L (odstęp, ft ) * Do (ft) * Do (ft)/Fb (20 000 przy T otoczenia) To odniesienie jest starsze, ale stanowi dobry punkt wyjścia do projektowania kanałów.

SMACNA, (wydanie 2nd) rozdział 4 zawiera wiele przydatnych wzorów dla kanałów okrągłych, dopuszczalnych naprężeń, rozstawu pierścieni, wpływu pyłu, lodu i obciążeń użytkowych. Podstawowy współczynnik bezpieczeństwa dla SMACNA, wynoszący 3, jest większy niż zwykle stosowany w typowych projektach inżynierii budowlanej i wynosi 1,6. W ramach SMACNA krytyczny rozstaw pierścieni dla pierścieni wynosi L = 1,25 * D (ft) sqrt (D (ft)/t (cale)), co jest podobne do stalowych konstrukcji rurowych, L = 3,13 * R sqrt (R/t). W efekcie użycie Odstęp = 60 sqrt [Do (ft) * t plate (in) /napór wiatru (psf)] jest konserwatywne.

Dopuszczalne naprężenia zginające i ściskające w kanałach mogą pochodzić z kilku źródeł.

Zobacz API 560 dla projektowania owalnych usztywnień wiatrowych

Patrz Konstrukcje stalowe rurowe, rozdział 2, 9 i 12, aby zapoznać się z dopuszczalnymi naprężeniami dla cienkich, okrągłych kanałów, ich dopuszczalnymi naprężeniami, kolankami, współczynnikami mięknienia kolan oraz niektórymi procedurami projektowania pierścieni wsporczych kanałów. Te dopuszczalne naprężenia można zweryfikować za pomocą wybranego przeglądu rozdziałów US Steel Plate, Blodgett Design of plate structure, Roark & ​​Young lub API 650.

Okrągłe pierścienie podtrzymujące kanały są rozmieszczone w odstępach, często w trzech średnicach lub w razie potrzeby w odległości do około 50 stóp (14 m). Przy takim rozstawie główne pierścienie podporowe są zaprojektowane na sumę od ciśnienia ssania i momentów zginających podpory.

Dopuszczalne naprężenia ściskające przewodów okrągłych wynoszą = 662 /(d/t) +339 * Fy (konstrukcje stalowe rurowe, rozdział 2). Inne odniesienia używają podobnych równań.

spadku ciśnienia w przewodach procesowych w wysokich temperaturach występuje w urządzeniach procesowych, odpylaczach, młynach i cyklonach. Ponieważ 1 (jeden) silnik kosztował około 1000 USD rocznie (2005), wydajność kanałów jest ważna. Minimalizacja spadku ciśnienia w kanale może obniżyć koszty operacyjne planu. w większości przewodów, bez wyposażenia występuje spadek ciśnienia na przejściach i zmianach kierunków (kolanka). Najlepszym sposobem na zminimalizowanie spadku ciśnienia w kanale lub zminimalizowanie kosztów eksploatacji instalacji jest stosowanie kolanek o promieniu kolanka do kanału większym niż 1,5. (W przypadku kanału o długości 15 stóp promień kolanka byłby zatem równy lub większy niż 22,5 stopy).

Spadki ciśnienia w kanałach procesowych (praktyka w USA) są zwykle mierzone w calach słupa wody. Typowy kanał działa przy całkowitym ciśnieniu ssania około -25 cali (160 psf.), z około 75% stratą ciśnienia w komorze workowej i 10% stratami ciśnienia w przewodach i 15% (nominalnymi) stratami w kolanie turbulencja. Głównym czynnikiem branym pod uwagę przy projektowaniu kanałów jest zminimalizowanie strat ciśnienia w kanałach, turbulencji, ponieważ zła geometria kanałów zwiększa turbulencje i zwiększa zużycie energii elektrycznej w zakładzie.

Spadek ciśnienia ssania w kanałach okrągłych w kanałach o średnicy ponad 6 stóp jest zapobiegany dzięki pierścieniom na wspornikach i mniej więcej 3 środkom średnicy.

Okrągłe pierścienie podtrzymujące kanały są tradycyjnie projektowane na podstawie formuły znalezionej w firmie Roark & ​​Young. Jednak to odniesienie opiera się na obciążeniach punktowych pierścieni, podczas gdy rzeczywiste obciążenia pierścieni kanałów oparte są na prawie jednolitym pyle dennym. Dlatego można wykazać, że te formuły za pomocą Ram lub innych metod analizy mają współczynnik konserwatyzmu około 2 powyżej naprężeń podanych w Roark. Siły działające na pierścień kanału, siły żywe i pyłowe należy połączyć z naprężeniami ciśnieniowymi ssania. Siły nacisku ssania koncentrują się na pierścieniach, ponieważ są one najsztywniejszym elementem.

Dopuszczalne naprężenia kolanka kanałów okrągłych są zmniejszone dzięki krzywiźnie kolanka. Różne źródła podają podobne wyniki dla tej redukcji. Rurowe konstrukcje stalowe, sekcja 9.9 podaje współczynnik redukcji (Beskina) K= 1,65/(h (moc 2/3)), gdzie h= t (płyta) *R(kolano)/ r (kanał) (gdzie ciśnienia ssania są mniejsze ). To K zmniejsza współczynnik I kanału I efektywny = I/K.

Okrągłe pierścienie kanałowe są wytwarzane z walcowanych teowników, kątowników lub płyt, przyspawanych do wymaganego kształtu. Zazwyczaj są one zaprojektowane z właściwościami ASTM A-36.

Czynniki bezpieczeństwa

Typowy współczynnik bezpieczeństwa okrągłej płyty kanałowej (tradycyjny współczynnik bezpieczeństwa) powinien wynosić 1,6, ponieważ zginanie i wyboczenie płyty kanałowej jest w większości kontrolowane przez typową konstrukcję pierścienia pośredniego.

Typowy współczynnik bezpieczeństwa pierścienia pośredniego powinien wynosić 1,6, ponieważ w różnych normach (API 360 itp.) istnieje wiele dowodów na to, że pierścienie pośrednie zaprojektowane do kombinacji owalu wiatru i ciśnienia ssania są bezpieczne.

Typowy współczynnik bezpieczeństwa głównego pierścienia nośnego, jeśli został zaprojektowany według formuł „Roark”, powinien wynosić 1,6 (jeśli skonstruowany zgodnie z Roark normalny 1% poza okrągłą standardową tolerancją), ponieważ można wykazać różnymi metodami, że te wzory są co najmniej współczynnikiem z dwóch, powyżej trzech wyników analizy pierścienia kanału D itp.

Typowy współczynnik bezpieczeństwa kolanka kanałowego powinien wynosić powyżej 1,6, ponieważ może być trudno wykazać, że wysyłka kolanek odpowiada normalnemu 1% standardowej tolerancji. (różne kody i uwagi referencyjne).

Okrągłe strukturalne rury transportowe

Okrągłe rury konstrukcyjne są czasami używane do podtrzymywania i przechowywania przenośników transportujących węgiel, koncentrat ołowiu lub inny materiał pylący drogami powiatowymi, drogami dojazdowymi do zakładów lub urządzeniami do załadunku barek rzecznych. Gdy do tych celów używane są rury, mogą one mieć średnicę od 10'-6" do 12 stóp i długość do 250 stóp, przy użyciu do 1/2" płyty i owalnych pierścieni usztywniających w odległości 8 stóp (do 20 stóp). W jednym z takich projektów moja firma dodała L8x8x3/4 w górnym położeniu 45 stopni, aby usztywnić płytę w pobliżu punktu maksymalnego naprężenia dla rur (zgodnie z Timoshenko i innymi).

Niektórzy sprzedawcy dostarczają galerie przenośników do tego samego celu.

Przewody prostokątne

Prostokątne kanały w cementowniach to często płyty kanałowe 1/4" (6 mm), z usztywnieniami rozmieszczonymi co około 2'-6", w zależności od ciśnienia ssania i temperatury. Cieńsza płyta wymaga bliższego rozstawu usztywnień. Żebra są zwykle uważane za końce przegubowe. Kanały elektrowni mogą być wykonane z płyty kanałowej o grubości 5/16 cala, z usztywnieniami W z „stałymi końcami” rozmieszczonymi w odstępach około 2'-5". Ponieważ prostokątna płyta kanału wygina się, konieczne jest zastosowanie usztywnień w stosunkowo małych odstępach. Płyta kanałowa o średnicy 3/16 cala lub cieńsza może powodować nieczystości lub hałasować i należy jej unikać.

Właściwości przekroju kanału prostokątnego są obliczane na podstawie odległości między górnymi i dolnymi narożnikami kanału. Powierzchnie kołnierzy są oparte na wielkości kątów naroży plus szerokość płyty kanału w oparciu o stosunek grubości płyty 16*t. (patrz projekt kanału konstrukcyjnego AISC poniżej) W przypadku właściwości przekroju płyta „środnika” jest ignorowana.

Typowy rozstaw usztywnień dla kanałów w cementowniach jest zwykle oparty na zgięciu płyty kanałowej M = W * L * L / 8. Wynika to z faktu, że użycie warunku nieruchomy-unieruchomiony wymaga trudnych do zaprojektowania zamocowań płyt. Elektrownia i inne większe przewody zwykle ponoszą koszty stworzenia momentu narożnego „stałego końca”. wszystkie usztywnienia kanałów prostokątnych wymagają uwzględnienia bocznych usztywnień usztywniających.

Wpływ temperatury na granicę plastyczności kanału

Kanały są zwykle projektowane w taki sposób, aby temperatura płyty kanału i usztywnienia była zgodna z temperaturą gazu w kanale. W przypadku temperatur miękkich stali węglowych (ASTM A36) projektowy współczynnik plastyczności w temperaturze 300 ° F wynosi 84% naprężenia w temperaturze pokojowej. Przy 500 ° F projektowy współczynnik plastyczności wynosi 77% naprężenia w temperaturze pokojowej. W temperaturze 700 ° F projektowy współczynnik plastyczności wynosi około 71% naprężenia w temperaturze pokojowej. Temperatury powyżej 800 ° F mogą powodować wypaczanie miękkiej stali węglowej. Dzieje się tak dlatego, że w tym zakresie temperatur struktura sieci krystalicznej miękkiej stali węglowej zmienia się wraz z temperaturami powyżej około 800 stopni F (odniesienie, US Steel Plate, stal o podwyższonej temperaturze).

W przypadku kanałów pracujących w temperaturach powyżej 800 stopni F, materiał płyty kanałowej powinien być odporny na wypaczanie. W przypadku płyt kanałowych o temperaturze od 800 ° F do 1200 ° F można zastosować stal nierdzewną Core-ten lub ASTM A304. Płyta Core-ten jest tańsza niż stal nierdzewna.

Stale Corten mają zasadniczo takie same współczynniki granicy plastyczności jak Corten do 700 ° F. Przy 900 ° F współczynnik granicy plastyczności wynosi 63%. Przy 1100 ° F współczynnik plastyczności wynosi 58% (tabele AISC). Stal kortenowska nie powinna być używana w temperaturze powyżej 1100 ° F.

O ile kanał i jego usztywnienia nie są izolowane, usztywnienia mogą być zaprojektowane ze stali ASTM A36, nawet przy temperaturze kanału 1000 ° F. Dzieje się tak dlatego, że temperatura usztywnienia jest niższa niż temperatura gazu w kanale o kilkaset stopni (F). Zakłada się, że temperatura usztywnienia kanału spada o około 100°F na cal głębokości (w przypadku braku izolacji) (brak dostępnych danych).

Odporność na korozję i zużycie

Korozja

Zmniejszanie strat ciepła w zakładach zmieniało się na przestrzeni lat, dlatego kanały łączą teraz więcej elementów wyposażenia niż kiedykolwiek wcześniej. Należy zachować ostrożność, aby uniknąć kondensacji wilgoci w przewodach instalacji. Po wystąpieniu kondensacji, kondensacja może absorbować CO2 _, inne składniki w strumieniu gazu i powodować korozję stali niskowęglowej. Metody unikania tego problemu mogą obejmować

1. Izolacja kanałów
2. stale specjalne, takie jak stale COR-10 lub A304 SS lub A316L SS,
3. Powłoki wewnętrzne kanałów. Powłoki wewnętrzne kanałów są drogie i mogą kosztować więcej niż płyta stosu, którą chronią. Odnotowano, że niepowlekane kominy kominy cementowni z kondensacją wytrzymują mniej niż dwa lata.

Atak kwasu siarkowego może wymagać przewodów ze stali nierdzewnej, przewodów z włókna szklanego itp.

Odporność na zużycie

Wiele gazów odlotowych z instalacji zawiera pyły o wysokim potencjale zużycia. Zwykle stale odporne na zużycie nie są przydatne w przypadku odporności na zużycie przewodów, zwłaszcza w wyższych temperaturach. Odporne na zużycie stalowe kanały są trudne do wytworzenia, a powłoki ogniotrwałe są zwykle tańsze niż odporne na zużycie stalowe kanały. Każda branża może mieć inne podejście do przeciwdziałania zużyciu kanałów.

Pył klinkierowy z cementowni jest bardziej ścierny niż piasek. W kanałach wysokotemperaturowych lub kanałach narażonych na zużycie 2 + 1 ⁄ 2 cala jest często mocowany do płyty kanałowej za pomocą kotew typu V przy 6" OC (+/-), aby wytrzymać a) temperaturę lub b) zużycie w temp. kolanka lub kombinacja tych efektów Czasami płytki ceramiczne lub zaprawy ceramiczne są mocowane do kanałów, aby były odporne na temperaturę i zużycie.

Łuski roślin zbożowych są również bardzo ścierne. Czasami w obiektach zbożowych, gdzie temperatury są niższe niż w zakładach przetwórstwa minerałów, stosuje się wykładziny z tworzywa sztucznego, aby były odporne na zużycie.

Typy złączy dylatacyjnych

Segmenty kanałów są zwykle oddzielone kompensatorami metalowymi lub tkaninowymi. Połączenia te są zaprojektowane i wyszczególnione pod kątem ciśnienia ssania w kanale, temperatur i ruchów między segmentami kanału. Połączenia tkaninowe są często wybierane do oddzielania segmentów kanałów, ponieważ zwykle kosztują 40% mniej niż połączenia metalowe. Również metalowe złącza powodują dodatkowe obciążenia segmentów kanałów. Połączenia metalowe preferują ruchy osiowe i zapewniają znaczne obciążenia boczne segmentów kanałów. połączenia tkanin kosztują od 100 do 200 USD za stopę kwadratową złącza (2010). Połączenia metalowe mogą kosztować dwa razy tyle.

zakłada się, że siły w kanałach rozprężnych tkaniny wynoszą 0 #/cal. Siły na metalowe złącza kompensacyjne dla połączeń metalowych w kanale o średnicy 24 cali są rzędu 850 #/cal ruchu dla osiowego współczynnika sprężystości i 32 500 #/cal dla ruchu bocznego. Współczynniki te będą się różnić w zależności od rozmiaru kanału, grubości spoiny i stają się większe w przypadku kanałów prostokątnych (na podstawie jednego niedawnego zlecenia).

Żywotność złącza dylatacyjnego tkaniny wynosi około 5 lat w warunkach polowych. Wiele zakładów preferuje platformy dostępowe w pobliżu stawów do wymiany tkaniny łączącej.

Oprogramowanie elementów skończonych

Obecnie dostępne jest oprogramowanie do modelowania kanałów w 3D. Z tego oprogramowania należy korzystać ostrożnie, ponieważ zasady projektowe dotyczące szerokości do grubości, współczynników zmiękczania kolan itp. mogą nie zostać wprowadzone do programu projektowego.

Przejście i wzmocnienie kanału

Prezentacja rysunku i wymiarowanie

Łatwo jest rysować kanały w 3D bez prawidłowego wymiarowania. Rysunki należy sporządzić z:

• Punkty konstrukcyjne z elewacjami i wymiarowaniem planu.
• Promień kolanka, średnice kanałów lub wymiary szerokości i grubości, wymiary styczne kolanka (widok rzeczywisty oraz rzuty i rzuty)
• Siatki słupów, wymiary między podporami, pokazywanie punktów konstrukcyjnych
• Brak wymiarów w rysunkach generowanych w 3D utrudnia śledzenie rysunków.
• podpory muszą być skoordynowane z elewacjami.

Specjalne warunki obciążenia kanału

Specjalne warunki obciążenia kanału mogą wystąpić poza martwymi, żywymi, zapylonymi i temperaturowymi warunkami. Kanały związane z młynami węglowymi, zakładami przemiału koksu i do pewnego stopnia zakładami przetwórstwa zboża mogą być narażone na wybuchowe pyły. Kanały zaprojektowane dla pyłów wybuchowych są zwykle projektowane na ciśnienie wewnętrzne 50 psi i zwykle mają jedno odpowietrzenie przeciwwybuchowe, jeden otwór wentylacyjny na sekcję kanału. prawdopodobieństwo wybuchu pyłu w pośrednim systemie młyna węglowego wynosi 100% w czasie. Może to wytworzyć śliwkę ognia o średnicy od 5 do 15 stóp i długości od 20 do 30 stóp. Dlatego dostęp do obszarów otaczających otwory przeciwwybuchowe powinien ograniczać dostęp osobisty z dostępem zamkniętym.

Duży kanał wlotowy i wylotowy workowni

Szczegóły kanału

Kanały są transportowane z zakładu produkcyjnego do miejsc pracy ciężarówkami, koleją lub barkami w długościach dostosowanych do środka transportu, często w odcinkach 20-stopowych. Sekcje te są połączone kołnierzami lub taśmami spawalniczymi. Kołnierze są dostarczane na złączach kompensacyjnych lub do łączenia odcinków kanałów o niskim naprężeniu. Kołnierze mogą być trudne do zaprojektowania dla sił płyty kanałowej. Uszczelki kołnierzy zwiększają elastyczność kołnierzy, co sprawia, że ​​ich zdolność do przenoszenia sił jest problematyczna. Dlatego taśmy spawalnicze (krótkie taśmy stalowe) są powszechnie stosowane do połączeń płyt kanałowych o wyższych naprężeniach.

Różne zdjęcia kanałów

Bliższe spojrzenie na zdjęcie stałego wspornika kanału pokazuje kilka właściwości okrągłych wsporników pierścieniowych. Na środku znajdują się usztywnienia pod kątem około 60 stopni. Ten pierścień kanałowy jest wykonany z dwóch walcowanych WT, zespawanych w środku. Jest to mniejszy kanał, z niewielkimi obciążeniami, tak więc dolny kołnierz został nieco zmodyfikowany ze względu na wymagania dotyczące prześwitu wspornika. Pokazano niewielką szczelinę do umieszczenia łożyska ślizgowego z PTFE w kanale, chociaż w tę szczelinę można również włożyć stałą podporę. W tle tego zdjęcia jest kołnierz kanału. Kołnierz kanału ma zwykle śruby 3/4" przy nominalnym 6"; rozstaw. Grubość kątownika kołnierza kanału musi być dostosowana do naprężeń rozciągających płyty kanału, ponieważ kołnierze będą się wyginać. Grubości kątowe 5/16 "lub 3/8" są powszechne.

Zobacz powyższe zdjęcie okrągłych kolanek kanałów, przejść i usztywnień. Promień kolanka kanału wynosi od 1 1/2 do 2 razy średnica kanału. Okrągły kanał ma owalne i pierścienie transportowe w nominalnym odstępie 20 stóp oraz większe pierścienie podtrzymujące na wspornikach. Podział Y ma usztywnienia ssące na skrzyżowaniu kanałów. Zwróć uwagę na przejście wlotu wentylatora 3000 HP i przejście wlotu stosu również pokazane na tym zdjęciu.

Zdjęcie obok pokazuje również kilka zasad prowadzenia kanałów technologicznych. Pokazuje duży kanał wlotowy workowni. Kanał wlotowy jest zwężany, aby zminimalizować opadanie pyłu. Płytki stożek zmniejsza również straty ciśnienia przy zmianie średnicy kanału. Należy zwrócić uwagę, że rozstaw prostokątnych pierścieni kanałów wynosi około 2'-6" na środku. Okrągły kanał jest usztywniony w pobliżu każdego kanału odgałęzionego.

Zasoby

Istnieje kilka odniesień do pracy z kanałami procesowymi. Te odniesienia są opracowywane razem w celu przeglądu procesów projektowania kanałów. Inne odniesienia są często używane do projektowania kanałów, ale dają podobne wyniki. Projektowanie kanałów technologicznych metodą elementów skończonych jest możliwe, ale do prawidłowej interpretacji modelu elementów skończonych wymagane są wymagania teorii projektowania i dopuszczalnych naprężeń.

• ASCE — Projektowanie konstrukcyjne kanałów powietrznych i gazowych dla elektrowni i kotłów przemysłowych
• Roark & ​​Young. Formuły na stres i napięcie, różne wydania
• Amerykańska płyta stalowa, konstrukcje płytowe, tom I i II
• Amerykańska blacha stalowa, stale do podwyższonych temperatur roboczych 1974
• AISC, temperatura stali On Line w funkcji wydajności oraz temperatura stali w funkcji wykresów modułu Younga.
• Lincoln Arc Welding , Projektowanie konstrukcji spawanych, Omar Blodgett, rozdział 6, sekcja 6.6
• Spawanie łukiem Lincolna, konstrukcje stalowe rurowe, firma Troitsky
• Konstrukcje stalowe formowane na zimno
• ASHRE, do projektowania spadków ciśnienia, kolanek i wentylatorów
• API 560 zawiera odniesienia do minimalizacji owalu wiatru
• SMNACA może być również używany jako odniesienie
• Dostawca procesów, 2005, Obciążenia przewodów procesowych
• Podobne odniesienie do projektu, wyczerpany, Gaylord & Gaylord, Design of Bins.

Obciążenia pyłem akceptowane przez przemysł cementowy, wapienniczy i ołowiowy (w przypadku obciążeń konstrukcyjnych) są następujące: Przewody procesowe są przeznaczone do przenoszenia dużych ilości pyłu. część tego pyłu osiądzie na dnie kanału podczas przerw w dostawie prądu i normalnej pracy.

Często przyjmuje się, że procent przekroju poprzecznego kanału wypełnionego pyłem wynosi:

• Spadki kanałów do 30 stopni, 25% przekroju.
• Nachylenia kanałów, 30 stopni do 45 stopni, 15% przekroju poprzecznego
• Nachylenia kanałów, 45 stopni do 85 stopni, 5%
• Powyżej 85 stopni, wewnętrzna powłoka pyłu o grubości 2 cali (50 mm).
• Obciążenia te są zawsze potwierdzane z klientem przed użyciem, ale powyższe jest powszechnie stosowane w USA

Aby zminimalizować gromadzenie się pyłu, każdy materiał ma minimalną prędkość przenoszenia, wapno = około 2800 stóp na minutę, cement około 3200 stóp na minutę, a pył ołowiu około 4200 stóp na minutę.

Gęstość pyłu zależy od branży. Zwykle są to: gęstość pyłu cementowego = 94 pcf, przemysł wapienniczy = 50 pcf, pył tlenku ołowiu = 200 pcf.

Zużycie kanałów: Kanały wysokotemperaturowe często przenoszą duże ilości gorącego pyłu ściernego. Często projektowa temperatura kanału lub ścieralność pyłu uniemożliwia użycie stali odpornej na ścieranie. W takich przypadkach materiał ogniotrwały może być zakotwiczony wewnątrz kanału lub płytki odporne na ścieranie z nakrętkami spawalniczymi są przyspawane do wnętrza kanału.

Ruch termiczny kanału

Stale kanałowe rozszerzają się wraz z temperaturą. Każdy rodzaj stali może mieć inny współczynnik rozszerzalności cieplnej, typowe stale niskowęglowe rozszerzają się ze współczynnikiem 0,0000065 (patrz AISC).