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Beispielrechnung für die Ermittlung des hydrostatischen Prüfdrucks PT
Höhere Prüfdruckfaktoren erfordern rechnerische Nachweise aller Bauteile
1. Allgemeine Hinweise
Das gewählte Beispiel für die Berechnung des Prüfdruckes eines Druckbehälter soll die Vorgehensweise erläutern. Aufgrund der relativ hohen Temperatur TS resultieren auch hohe Prüfdruckfaktoren, aus die sich hohe Prüfdrücke ergeben.
2. Berechnung des Prüfdrucks
(1) PT = PS * 1,43 oder
(2) PT= PS * 1,25 * K20 / KTS
Der höhere der beiden errechneten Prüfdrücke PT ist maßgebend.
Bei der Ermittlung des Prüfdrucks sind alle wesentlichen drucktragende Bauteile (z. B. Mantel, Böden) zu berücksichtigen. Das Bauteil mit dem kleinsten Prüfdruckfaktor FP ist dann maßgebend für das komplette Druckgerät. Allerdings können auch höhere Prüfdruckfaktoren (sogar der größte ermittelte Prüfdruckfaktor) verwendet werden, wenn rechnerisch nachgewiesen wird, dass unter Prüfbedingungen die Ausnutzung der Berechnungsspannung eines jeden Bauteils max. 95% beträgt. Höhere Ausnutzungen sind nicht zulässig, da die Gefahr der plastischen Verformung bzw. Zerstörung einzelner Bauteile gegeben ist.
Die vorgenannten Regelungen gelten für Druckbehälter, für druckhaltende Ausrüstungsteile, Rohrleitungen sowie für Baugruppen.
2.2 Beispiel für die Berechnung eines Prüfdrucks
Dieses Beispiel soll exemplarisch die Auswirkungen des temperarabhängigen Werkstoffkennwerts jedes einzelne Bauteil bei der Ermittlung des Prüfdrucks verdeutlichen:
Angaben zur Auslegung des Behälter:
TS = 280 °C
PS = 23 bar
| Bauteil |
Werkstoff |
Sicherheits_
beiwert
S |
Wanddicke***
[mm]
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Ausnutz.
(Betrieb)
AB*
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Werkst.-Kennw. |
FP=
1,25 *K20/ KTS |
PT (1)
[bar]
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PT (2)
[bar]
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Ausnutz.
(Prüfung)
AP**
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Anmerkungen |
| tcalc |
tnom |
K20 |
KTS |
| Mantel |
P265GH
EN 10028-2 |
1,5 |
18,4 |
20,0 |
61,3% |
255 |
172 |
1,85 |
32,9 |
42,5
|
113%
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Prüfdruck zu hoch |
| Boden |
16Mo3
EN 10028-2 |
1,5 |
34 |
40 |
56,7%
|
270 |
198 |
1,70 |
32,9 |
39,1 |
97% |
Prüfdruck zu hoch |
| Mannlochdeckel |
P265GH
EN 10028-2 |
1,5 |
22 |
30 |
48,9% |
255 |
172 |
1,85 |
32,9 |
42,5 |
91% |
Prüfdruck o.k. |
| Flansch PN 40 |
16Mo3
EN 10222-2 |
1,5 |
32 |
32 |
59,5% |
295 |
190 |
1,25 |
57,2 |
28,7 |
95% |
Prüfdruck o.k. |
* Ausnutzung der Berechnungsspannung im Betriebszustand: A B = 100/S * t calc/t nom
** Ausnutzung der Berechnungsspannung im Prüfzustand: AP = AB* 1,25 * K20/KTS
*** Die Wanddicken enthalten alle Zuschläge wie Korrosionszuschlag, Wanddickentoleranzen sowie die Berücksichtigung evtl. Schweißnahtfaktoren
3. Bewertung des Prüfergebnisses
1. Beim Mantel und Boden liegt die Ausnutzung der zul. Berechnungsspannung bei den Prüfdrücken 42,5 bar bzw. 39,1 bar über der Grenze von 95% (entspricht einen Sicherheitsbeiwert von 1,05 bezogen auf die Streckgrenze).
2. Der Prüfdruck für den Mantel ist auf 36 bar zu reduzieren, was dann einer Ausnutzung Ap=95% entspricht. Der Prüfdruck vom Boden muss auf 38,6 bar reduziert werden, damit ebenfalls Ap=95% ist. Somit ergibt sich ein Prüfdruck PT=36 bar.
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