Bayangkan sebuah kapal reaktor bertekanan tinggi yang beroperasi pada 420 psi. Apa yang terjadi jika kepalanya dirancang dengan tidak benar? Deformasi, kebocoran, atau kegagalan bencana?Pemilihan kepala kapal bertekanan berdampak langsung pada keselamatan dan biaya efektifitasAnalisis ini meneliti empat jenis kepala yang umum, yaitu tipe hemisferik, semi-elliptik, torisferik (F&D), dan datar, dengan membandingkan karakteristik kinerja, pertimbangan desain,dan aplikasi praktis.
Peran Kritis Kepala Kapal Tekanan
Kapal tekanan melayani fungsi penting di industri kimia, minyak bumi, dan farmasi.kepala harus menahan tekanan internal sambil mengintegrasikan dengan cangkang silinder untuk membentuk batas tekanan lengkapPemilihan kepala sangat mempengaruhi keselamatan kapal, kompleksitas manufaktur, dan ekonomi operasional.
Studi Kasus: Spesifikasi Kapal Tekanan 48-Inch
Analisis kami berfokus pada kapal silinder yang terbuat dari baja SA-516 Kelas 70 tebal 0,5 inci, dengan diameter luar 48 inci dan diameter dalam 47 inci.000 psi pada 100°F, pengelasan sepenuhnya radiografi, dan tidak ada tunjangan korosi, perhitungan ASME VIII-1 menetapkan 420 psi tekanan desain.
| Jenis kepala |
Ketebalan (dalam) |
Ketinggian eksternal (dalam) |
Volume (US gal) |
Berat (lb) |
| Silinder (24" panjang) |
0.5 |
24 |
180.25 |
506.7 |
| Hemisferik |
0.2474 |
23.75 |
117.7 |
245.5 |
| Semi-elliptik* |
0.4947 |
13.74 |
70.1 |
397.3 |
| Torisferik* |
0.8901 |
10.29 |
47.7 |
602.9 |
| Lemparan |
3.9120 |
3.91 |
0 |
1920.8 |
* Termasuk 1.5 inci lurus flange
1. Kepala Hemispherical: Efisiensi di Tekanan Tinggi
Geometri radial desain hemisferik yang sederhana mencapai distribusi tegangan yang optimal, hanya membutuhkan ketebalan 0,2474 inci setengah ketebalan dinding silinder.Sementara bahan-efisien untuk aplikasi tekanan tinggi, kepala ini biasanya membutuhkan konstruksi las multi-potongan, meningkatkan kompleksitas manufaktur.
Pertimbangan Utama:
- Keuntungan:Penggunaan bahan yang lebih baik (45% lebih ringan daripada silinder); distribusi tekanan yang seragam; ideal untuk tangki penyimpanan bola.
- Batasan:Biaya manufaktur yang signifikan; persyaratan tinggi yang substansial.
- Aplikasi:Sistem tekanan tinggi; kapal berdiameter besar; proyek sensitif material.
2Kepala Semi-Eliptik: Pilihan Seimbang
Desain semi-elliptik 2: 1 yang umum (deepness = 1/4 diameter) menawarkan kompromi praktis antara kinerja dan manufaktur.kepala ini dapat dibentuk dari piring tunggal, membuat mereka menguntungkan secara ekonomi untuk aplikasi tekanan rendah.
Pertimbangan Utama:
- Keuntungan:Pembuatan sederhana; profil tinggi sedang; hemat biaya untuk tekanan standar.
- Batasan:Konsentrasi tegangan yang lebih tinggi daripada hemisfer; ketebalan mendekati persyaratan silinder.
- Aplikasi:Kapal tekanan menengah/rendah; instalasi dengan ketinggian terbatas; proyek sensitif anggaran.
3. Kepala Torispherical: Solusi kompak
Dengan radius mahkota 48 inci dan radius siku 2.973 inci, kepala torisferik mencapai tinggi minimal (10,29 inci) tetapi membutuhkan ketebalan 0,8901 inci ≈ 78% lebih tebal dari silinder.Konsentrasi stres sering membutuhkan perawatan panas setelah pembentukan.
Pertimbangan Utama:
- Keuntungan:Profil tinggi minimum; cocok untuk tekanan sedang.
- Batasan:Konsentrasi stres yang parah; pembuatan yang kompleks; pembatasan penempatan nozel.
- Aplikasi:Instalasi terbatas ruang; sistem tekanan sedang.
4. Kepala datar: Aplikasi khusus
Bergantung sepenuhnya pada ketahanan lentur, kepala datar membutuhkan ketebalan yang ekstrim (3.912 inci) sambil memberikan permukaan internal yang rata.Insinyur sering menggunakan solusi alternatif seperti lempeng tipis bertulang atau lapisan beton untuk mengurangi berat.
Pertimbangan Utama:
- Keuntungan:Konstruksi sederhana; permukaan interior datar.
- Batasan:Berat yang berlebihan (3,8 × massa silinder); konsentrasi stres yang tinggi.
- Aplikasi:Proses khusus yang membutuhkan permukaan datar; sistem tekanan rendah.
Wawasan Analisis Unsur Terbatas
Rumus ASME VIII-1 untuk komponen silinder dan hemisferik menghasilkan tegangan Tresca di dekat batas desain 20.000 psi.060 psi) yang tetap dalam batas VIII-2Secara khusus, perhitungan von Mises menghasilkan tekanan 12% lebih rendah di silinder tetapi nilai yang setara di belahan bumi.
Kedua desain semi-elliptik dan torisferik menunjukkan tegangan transisi yang lebih tinggi, dengan kepala torisferik sering melebihi batas VIII-2 di dekat nozel.Analisis kepala datar menunjukkan tegangan pusat pada setengah dari yang diizinkan 30,000 psi batas lentur, menunjukkan aturan desain konservatif.
Kesimpulan: Konteks Mendikte Pilihan
Pemilihan kepala yang optimal menyeimbangkan persyaratan tekanan, kendala spasial, kemampuan manufaktur, dan faktor ekonomi.Kepala hemisferik unggul dalam skenario tekanan tinggi meskipun kesulitan pembuatan, sedangkan desain semi-elips menawarkan solusi praktis untuk aplikasi rutin. kepala torisferik melayani instalasi sensitif ketinggian, dan kepala datar tetap solusi khusus.Seiring kemajuan analisis elemen terbatas, desainer mendapatkan kesempatan untuk mengoptimalkan profil ketebalan sambil mempertahankan margin keamanan.
Pesan Anda harus antara 20-3.000 karakter!
Indonesian
