Reaktorituotesarjan lujuustekninen optimointi
Tolonen, Tomi (2017)
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201709188620
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201709188620
Tiivistelmä
Tämä työ käsittelee sellutehtaassa yleisesti käytössä olevien reaktorien mitoitusta. Työssä oli tavoitteena saada kattava selvitys korkeiden vertikaalisten painelaitteiden mitoituksesta ja niihin vaikuttavista kuormista. Työssä tutkittiin tällaisten reaktorien mitoitusta kolmen eri standardin mukaan, sekä selvitettiin näiden standardien merkittävimmät erot työssä tutkittavien reaktorin suunnittelun kannalta. Standardit olivat eurooppalainen paineastia standardi EN 13445, amerikkalainen ASME VIII-1 ja kiinalainen GB150.
Työssä tutkittavat korkeat kolonnit voivat painaa useita satojatuhansia kiloja, joten kuoren massaa vähentämällä jo muutamilla prosenteilla olisi mahdollista saada merkittäviä säästöjä aikaan materiaalikustannuksissa. Reaktorin muoto on pysynyt vuosikymmeniä samana ja työssä tarkasteltiin, onko sitä syytä muuttaa. Työssä tutkittiin korkeus halkaisija suhteen vaikutusta reaktorien kuoren massaan sekä niihin vaikuttaviin sisäisiin ja ulkoisiin kuormiin.
Tuloksista selviää, että kuoren massaan vaikuttaa lähinnä sisäinen paine ja muilla kuormituksilla on vaikutusta lähinnä tuentaan ja perustuksiin. Mittasuhteiden vaikutusta tutkittaessa selviää, että sarjan tilavuuksiltaan pienempiä reaktorien halkaisijoiden kasvattamisella saadaan aikaan hyötyä, kun taas suurempien reaktorien mittasuhteita ei ole syytä muuttaa. Lisäksi seismisesti aktiivisilla alueilla voidaan hyötyä joustavampien kolonnien suunnittelusta. In this master´s thesis structural analysis of reactors that is commonly used in pulp mills has been studied. The aim of the work was to get comprehensive explanation of the tall vertical pressure vessel structural design and loads that are affecting on them. The structural analysis of tall vertical vessels was studied accordance of three main pressure vessel codes and the main differences of these pressure vessel codes were studied. The standards were European pressure vessel standard EN 13445, American pressure vessel code ASME VIII-1 and Chinese pressure vessel standard GB150.
Tall pressure vessels that were studied on thesis can weight several thousand kilos, so reducing the weight of the shell even a few percent could make significant savings of the material costs. The shape of the reactors have been remained same for a decade and at the thesis it has been studied if it necessary to change. At the thesis the effect of height to diameter ratio to the weight of the shell and to the internal and external loads of the tall vertical pressure vessel were studied.
The results show that the mass of the shell is mainly affected by internal pressure and other loads have an effect mainly on support and foundations. When investigating the effect of the dimensions while the volume of the vessel remains the same, it becomes clear that it can be beneficial to increase diameters of smaller volume reactors, whereas the dimensions of larger reactors need not to be changed. In addition it might be beneficial to design more flexible pressure vessel columns to the seismic zones.
Työssä tutkittavat korkeat kolonnit voivat painaa useita satojatuhansia kiloja, joten kuoren massaa vähentämällä jo muutamilla prosenteilla olisi mahdollista saada merkittäviä säästöjä aikaan materiaalikustannuksissa. Reaktorin muoto on pysynyt vuosikymmeniä samana ja työssä tarkasteltiin, onko sitä syytä muuttaa. Työssä tutkittiin korkeus halkaisija suhteen vaikutusta reaktorien kuoren massaan sekä niihin vaikuttaviin sisäisiin ja ulkoisiin kuormiin.
Tuloksista selviää, että kuoren massaan vaikuttaa lähinnä sisäinen paine ja muilla kuormituksilla on vaikutusta lähinnä tuentaan ja perustuksiin. Mittasuhteiden vaikutusta tutkittaessa selviää, että sarjan tilavuuksiltaan pienempiä reaktorien halkaisijoiden kasvattamisella saadaan aikaan hyötyä, kun taas suurempien reaktorien mittasuhteita ei ole syytä muuttaa. Lisäksi seismisesti aktiivisilla alueilla voidaan hyötyä joustavampien kolonnien suunnittelusta.
Tall pressure vessels that were studied on thesis can weight several thousand kilos, so reducing the weight of the shell even a few percent could make significant savings of the material costs. The shape of the reactors have been remained same for a decade and at the thesis it has been studied if it necessary to change. At the thesis the effect of height to diameter ratio to the weight of the shell and to the internal and external loads of the tall vertical pressure vessel were studied.
The results show that the mass of the shell is mainly affected by internal pressure and other loads have an effect mainly on support and foundations. When investigating the effect of the dimensions while the volume of the vessel remains the same, it becomes clear that it can be beneficial to increase diameters of smaller volume reactors, whereas the dimensions of larger reactors need not to be changed. In addition it might be beneficial to design more flexible pressure vessel columns to the seismic zones.