Казанский национальный исследовательский технологический университет, Казань, Россия:

Нгуен Ван Ань, аспирант кафедры «Машины и аппараты химических производств»
Л. Н. Москалев, заведущий лабораторией кафедры «Машины и аппараты химических производств», канд. техн. наук, эл. почта: lejnya@yandex.ru
С. И. Поникаров, заведующий кафедрой «Машины и аппараты химических производств», докт. техн. наук, профессор

Рассмотрено влияние нестационарного нагрева и постоянных силовых нагрузок на прочность соединения штуцер – обечайка, выполненного из хладостойкой стали марки 09Г2С. Из такой стали изготавливают различное химическое, нефтехимическое, нефтяное, газовое, энергетическое оборудование. По существующим методикам расчет узлов сварных соединений на прочность проводится только по одному из двух условий: либо по избыточному давлению, либо по постоянной температуре. Поэтому задачу расчета на прочность узлов пересечений тонкостенных оболочек, а именно: соединения штуцера с обечайкой при одновременном нагружении узла постоянной силовой нагрузкой с нестационарным нагревом можно считать актуальной. Решения данных задач при анализе технической литературы не выявлены. Такие нагружения возможны в таких ситуациях, как аварии, инциденты, резкий пуск в аппарат горячей среды, пожар в зоне соединения штуцера и обечайки сосуда и др. Численные эксперименты напряженно-деформированного состояния узла соединения штуцеров показали, что максимальные эквивалентные напряжения возрастают быстро, а затем снижаются с выходом на стационарность. Известно, что оборудование химической и нефтехимической отраслей довольно часто применяется в условиях высоких температур и давления, необходимых для проведения технологических процессов. Такие факторы, как безопасность персонала и продолжительность жизни оборудования влияют на эффективность и экономику любого предприятия.

1. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила промышленной безопасности и опасных производственных объектов, на которых используется оборудование, работающее под избыточным давлением» утв. Приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 25.03.2014 г. № 116.
2. Ponikarova A. S., Zotov M. A., Salin A. A. Management model of sustainable development of petrochemical industry enterprises // J. Phys.: Conf. Ser. 2020. 1679 052031.
3. ГОСТ 34233.3–2017. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Укрепление отверстий в обечайках и днищах при внутреннем и наружном давлениях. Расчет на прочность обечаек и днищ при внешних статических нагрузках на штуцер.
4. РД 26-18-8-89. Сварные соединения приварки люков, штуцеров и муфт. Основные типы, конструктивные типы и размеры.
5. Федосеев В. И. Сопротивление материалов. – М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1999. – 592 с.
6. СТО 02494680-0046-2005. Соединения сварные стальных конструкций. Общие требования при проектировании, изготовлении и монтаже. Приказ ЗАО «ЦНИИПСК им. Мельникова» от 27.01.2005 г.
7. Valeev S. I., Kharlamov I. E. Forecasting the resource of bulk-capacity equipment with crack-like defects // Materials Today: Proceedings. 2019. Vol. 19. Nos. 5. P. 2488–2490.
8. ГОСТ 34233.1–2017. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Общие требования.
9. Галлагер Р. Метод конечных элементов. Основы : пер. с англ. – М. : Мир, 1984. – 428 с.
10. Самарский А. А., Николаев Е. С. Методы решения сеточных уравнений. – М. : Наука, 1978. – 592 с.
11. Смирнов Е. М., Зайцев Д. К. Метод конечных объемов в приложении к задачам гидрогазодинамики и теплообмена в областях сложной геометрии // Научно-технические ведомости СПбГПУ. 2004. № 2(36). С. 70–81.
12. Shilko E. V., Psakhie S. G., Schmauder S., Popov V. L., Astafurov S. V., Smolin A. Yu. Overcoming the limitations of distinct element method for multiscale modeling of materials with multimodal internal structure // Computational Materials Science. 2015. Vol. 102. P. 267–285.
13. Алексидзе М. А. Фундаментальные функции в приближенных решениях граничных задач. – М. : Наука, 1991. – 352 с.
14. Скопинский В. Н., Берков Н. А., Вожова Н. В. Новый критерий определения предельной нагрузки в сосудах давления с патрубками // Машиностроение и инженерное образование. 2011. Т. 51. № 3. С. 50–57.
15. Скопинский В. Н., Берков Н. А., Сметанкин А. Б. Напряжения в тройниковых соединениях трубопроводов при комбинированном нагружении // Машиностроение и инженерное образование. 2007. Т. 47. № 2. С. 34–45.
16. Gwaltney C., Corum J. M., Bolt S. E., Bryson J. W. Experimental Stress Analysis of Cylinder-to-Cylinder Shell Models and Comparisons With Theoretical Predictions // Journal of Pressure Vessel Technology. 1976. Vol. 98, No. 4. P. 283–290.

17. Xue L., Widera G. E. O., Sang Z. Parametric FEA study of burst pressure of cylindrical shell intersections // Journal of Pressure Vessel Technology. 2010. Vol. 132. № 3. P. 31203–31210.
18. Chandrupatla T. R., Belegundu A. D. Introduction to Finite Elements in Engineering. Prentice Hall, New Jersey. 2002. – 473 с.
19. Logan D. L. A First Course in the Finite Element Method. Cengage Learning, 6th Edition. 2017. – 727 p.
20. Ahmad T., Khan M. A., Redekop D. Pressurised Shell Intersections with Local Area Wall Thinning // Transactions SMiRT. 2007. Vol. 5, No. 19. P. 1–9.
21. Нгуен В. А., Москалев Л. Н., Поникарова И. Н., Поникаров С. И. Компьютерное моделирование температурных напряжений в технологических сосудах в местах врезки штуцеров в SOLIDWORKS // Вестник Технологического университета. 2019. Т. 22. № 7. С. 144.
22. ПНАЭ Г-7-002-86. Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок.