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Berechnung der Wandstärke eines Druckbehälters

Wie wird die Wandstärke eines Druckbehälters bestimmt? Wiktor Czerep ist unser Experte für diese Berechnungen und erzählt in diesem Artikel mehr über dieses Thema und über die Tools, die er dafür bei Gpi verwendet.

Wie berechnet man die Wandstärke eines Druckbehälters?

Die Auslegung von Behältern und Reaktoren für die chemische Industrie ist eine sehr komplexe Aufgabe und erfordert spezielle Fachkenntnisse. In diesem Artikel erzählen wir Ihnen mehr über die größten Herausforderungen für unsere Ingenieure in diesem Bereich. Darüber hinaus werden einige allgemeine Methoden zur Berechnung der Wandstärke eines Druckbehälters erläutert.

Wir werden nicht auf jedes Detail eingehen, aber Sie erhalten einen Überblick über die wichtigsten Punkte bei der Wandstärkenberechnung.

Entwurf und Herstellung von Druckbehältern

Druckbehälter PED / EN 13445

Wie berechnet man die Wandstärke eines Druckbehälters oder Drucktanks?

Bei der Bestimmung der Wandstärke von Tankkomponenten müssen, wie bei jeder anderen Konstruktion, mehrere Variablen berücksichtigt werden. Das Produkt des Kunden ist immer der Ausgangspunkt für die gesamte Kalkulation. Druckbehälter, die aufgrund ihrer Anwendung eine potenzielle Gefahrenquelle darstellen können, unterliegen einer Reihe von Vorschriften, die von Land zu Land unterschiedlich sind.

In den EU-Ländern gelten in der Regel die PED-Vorschriften, während in den USA z. B. die ASME BPVC Normen gebräuchlich sind. Die Berechnungsmethode ist an eine bestimmte Norm gebunden, daher sind die spezifischen Kenntnisse und Erfahrungen des Konstrukteurs sehr wichtig.

Für die Berechnung sind mehrere Variablen maßgebend: Material, Druck und Auslegungstemperatur. Ebenso wichtig sind die Dichte sowie die physikalischen und chemischen Eigenschaften des Produkts.

Die Möglichkeit der Korrosion wird berücksichtigt, für den Materialverlust durch die Reibung des Produkts an der Tankwand oder um eine ausreichende Widerstandsfähigkeit der Konstruktion im Falle einer Explosion der Masse im Tank zu gewährleisten. Es ist auch wichtig zu berücksichtigen, ob der Tank Teil von (großen) industriellen Prozessanlagen ist. Weitere Details, die wir berücksichtigen: Belastungen der Düsen, der montierten Rührwerke, der Serviceplattformen und der Lage des Tanks.

Tanks können im Freien starken Windböen und sogar Erdbeben ausgesetzt sein, was einen großen Einfluss auf die erforderlichen Wandstärken hat, insbesondere an den Stützen der Konstruktion. Manchmal erfordert die Art des Prozesses im Tank eine zusätzliche Analyse, die den Wandquerschnitt bestimmt. Nicht zu vergessen: die Art der Herstellung der vorgefertigten Elemente, der Grad der Kontrolle während des Baus und die Wahl der Schweißmethode für die Elemente.

Die Wandstärke eines Tanks mit gewölbtem Boden

Tanks mit gewölbter Bodenform sind in fast jeder Konstruktionsnorm enthalten. In der Industrie werden überwiegend Klöpperböden, Korbbogenböden, elliptische und konische Böden verwendet. Basierend auf dem Auslegungsdruck besteht die Herausforderung darin, den Rumpf des Tanks und die Dicke der Böden optimal zu konzipieren. Die Form bestimmt die Wandstärke. Ein Korbbogen z. B. hat eine rundere Form, sodass er den Druck besser aufnehmen kann. Dadurch ist es möglich, dünnere Edelstahltanks zu bauen.

Der gewölbte Boden von Tanks wird hauptsächlich für die Lagerung von Gas unter hohem Druck verwendet.

 „Nach meiner Erfahrung sind in Europa vor allem Klöpperböden und Korbbogenböden nach DIN28011 und DIN28013 weitverbreitet. Wie bei jeder technischen Frage gibt es viele Faktoren, die die Wahl der Form des Bodens beeinflussen. Die wichtigsten sind Haltbarkeit, Prozessanforderungen und Budget.“

Tanks mit gewölbter Bodenform sind in fast jeder Konstruktionsnorm enthalten. In der Industrie werden überwiegend Klöpperböden, Korbbogenböden, elliptische und konische Böden verwendet. Basierend auf dem Auslegungsdruck besteht die Herausforderung darin, den Rumpf des Tanks und die Dicke der Böden optimal zu konzipieren. Die Form bestimmt die Wandstärke. Ein Korbbogen z. B. hat eine rundere Form, sodass er den Druck besser aufnehmen kann. Dadurch ist es möglich, dünnere Edelstahltanks zu bauen.

Der gewölbte Boden von Tanks wird hauptsächlich für die Lagerung von Gas unter hohem Druck verwendet.

 „Nach meiner Erfahrung sind in Europa vor allem Klöpperböden und Korbbogenböden nach DIN28011 und DIN28013 weitverbreitet. Wie bei jeder technischen Frage gibt es viele Faktoren, die die Wahl der Form des Bodens beeinflussen. Die wichtigsten sind Haltbarkeit, Prozessanforderungen und Budget.“

Wiktor Czerep

Sonderingenieur bei Gpi

Komplizierte Berechnungen und notwendige Werkzeuge

Die zuvor genannten Variablen bilden eine wichtige Grundlage für die Ingenieure, die bei ihrer täglichen Arbeit eine Reihe von Berechnungsinstrumenten verwenden. Der dünn- oder dickwandige Tank wird je nach Kundenwunsch optimiert, wobei zahlreiche, zusätzliche und nicht standardisierte Elemente berücksichtigt werden, die einen direkten Einfluss auf die erzielte Endstärke haben.

Solche Elemente sind z. B. Ventile und verschiedene Verbindungsstücke in Form von Rohrleitungen und Rohren, die für eine Vielzahl von Druckbehältern charakteristisch sind.

Letztendlich müssen alle Aspekte in die Berechnungen einfließen, sodass die verwendeten Gleichungen wirklich durch eine hohe Komplexität gekennzeichnet sind.

„Bei meiner Arbeit sind detaillierte Informationen des Kunden über den Verwendungszweck des Produkts die Grundlage für zuverlässige Berechnungen. Bei Gpi setzen wir unter anderem auf unser eigenes Programm TankDesign2 und Visual Vessel Design“, sagt Wiktor Czerep, Spezialingenieur Gpi Polen.

Druckbehälter von Gpi

Was Gpi auszeichnet, ist vor allem die Flexibilität und die große Erfahrung in der Konstruktion von Druckbehältern. Die Möglichkeiten sind groß, da die Ingenieure nach vielen (nicht nur europäischen) Normen arbeiten. Unsere Konstrukteure führen entsprechende Berechnungen durch und schlagen die beste Lösung in Übereinstimmung mit der Besonderheit und den Anforderungen des Kunden vor. Wir erarbeiten einen Zeitplan für Tests und Inspektionen und besprechen kontinuierlich alle Details mit dem Auftraggeber.

Die Normen und Standards, nach denen Druckbehälter bei Gpi ausgelegt sind, sind:

  • EN 13445
  • PED 2014/68/EU
  • ASME VIII-1
  • AD 2000-Merkblatt
Arbeiten bei Gpi

Erfahren Sie mehr über unsere Tanks für die chemische Industrie.

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