Особенности работы машин и аппаратов при переработке нефти и газа

Особенности работы машин и аппаратов при переработке нефти и газа

Крайне тяжелые и неблагоприятные условия работы: чрезвычайно широким диапазоном давлений: от глубокого разрежения (вакуума – в вакуумных колоннах) до избыточных давлений порядка 250 МПа и выше (колонны синтеза аммиака); большим интервалом рабочих температур от – 254 (кристаллизаторы) до + 1000 °С (печи), агрессивным и токсическим воздействием среды, значительными температурными, знакопеременными и динамическими (насосы, компрессоры) нагрузками и т.д.

Весьма тяжелые условия работы оборудования приводят к преждевременному износу и разрушению основных деталей оборудования, т.е. оборудование обладает недостаточной надежностью и долговечностью. В связи с этим актуальны вопросы, связанные с решением данных проблем.

Нагрузки, действующие на машины и аппараты

К самым распространенным видам нагрузок, которые испытывают машины и аппараты, относится внутреннее избыточное давление. Данный вид нагрузки характерен для большинства колонных и теплообменных аппаратов, для трубопроводов, насосов и компрессоров, труб трубчатых печей и т

Все колонные аппараты, установленные на открытом воздухе, подвергаются воздействию ветровых нагрузок. Кроме этого в сейсмоопасных районах также могут возникать сейсмические нагрузки.

Вакуумные колонны, трубопроводы, уложенные под землей, аппараты с рубашкой испытывают воздействие наружного давления.

В теплообменных аппаратах наибольшую опасность вызывают температурные нагрузки.

Весьма серьезную опасность могут вызвать нагрузки от собственного веса аппаратов. Это особенно характерно для печных труб и высоких колонных аппаратов.

Знакопеременные нагрузки могут возникнуть в реакторах замедленного коксования, в валах центробежных насосов и компрессоров.

Валы центробежных насосов и компрессоров, а также другие быстровращающиеся детали могут испытывать динамические нагрузки.

Но конструирование и расчет оборудования не возможно осуществить без знания основных требований, предъявляемых к конструкциям машин и аппаратов нефтегазопереработки.

3.Основные требования, предъявляемые к конструкциям аппаратов и машин

Для стальных цилиндрических аппаратов, корпусы (обечайки) которых выполняются из листового проката, за базовый принимается внутренний диаметр.Для стальных аппаратов, корпусы которых выполняются из готовых труб, за базовый принимается наружный диаметр.

Конструкция аппаратов должна предусматривать возможность внутреннего осмотра, очистки, промывки, и продувки. Внутренние устройства, препятствующие осмотру, должны быть съемными. Рубашки (для наружного обогрева или охлаждения) допускается выполнять приварными.

Аппараты должны иметь круглые люки-лазы для внутреннего¹ осмотра, расположенные в удобных для обслуживания местах. Допускаются овальные лазы с размерами по большей оси не менее 400 мм и по меньшей оси не менее 325 мм.

При наличии у аппарата съемных крышек или днищ и фланцевых штуцеров, обеспечивающих возможность внутреннего осмотра, устройство лазов и люков в аппаратах необязательно.

Крышки лазов и люков должны быть съемными (на аппаратах с вакуумной изоляцией допускаются приварные). При массе съемных крышек более 20 кг должны предусматриваться соответствующие подъемные приспособления.

Кожухотрубчатые теплообменники (за исключением горизонтальных испарителей с паровым пространством), а также аппараты с рубашкой для криогенных жидкостей допускается выполнять без лазов.

Шарнирно-откидные или вставные болты, хомуты и зажимные приспособления крышек, лазов и фланцевых соединений должны быть предохранены от сдвига или ослабления.

Опрокидывающиеся аппараты должны иметь приспособления, предотвращающие самоопрокидывание.

Для возможности проведения гидроиспытаний аппарат должен иметь для наполнения и слива воды, а также для поступления и удаления воздуха соответствующие штуцера (могут быть использованы технологические). На вертикальных аппаратах эти штуцера должны быть расположены с учетом возможности проведения гидроиспытаний в горизонтальном положении аппарата.

Для подъема и установки аппарата на нем должны быть предусмотрены строповые устройства. Допускается использовать для этих целей имеющиеся на аппарате элементы (горловины и технологические штуцера, уступы и др.), если прочность их при этом не вызывает сомнений, что должно быть проверено расчетом.

Все основные сварные соединения в аппаратах, как правило, должны быть стыковыми двухсторонними или с подваркой, быть доступными для осмотра и контроля.

В горизонтальных аппаратах, нижняя часть которых недоступна для осмотра, продольные сварные швы на корпусе не должны быть в пределах 140° нижней его части.

В местах присоединения опор к аппарату наличие сварных швов, как правило, не допускается. Если это не может быть выполнено, необходимо предусмотреть возможность контроля шва под опорой.

При сварке отдельных элементов аппарата расстояние между краями смежных швов должно быть не менее большей толщины соединяемой стенки.

Расположение отверстий для лазов, люков и штуцеров, как правило, должно быть вне сварных швов. Допускается как исключение устройство отверстий на швах при условии двустороннего провара швов и укрепления отверстий.

Конструкционные материалы, их классификация.

Разнообразные условия работы машин и аппаратов, применяемых в нефте и газопереработке, вызывают необходимость искать критерии рационального выбора материалов.

Повышение долговечности деталей машин и аппаратов в значительной мере может быть достигнуто благодаря изучению основных конструкционных материалов, которые могут быть применены для изготовления оборудования, правильным их выбором, знанием требований, предъявляемых к конструкционным материалом.

Основным конструкционным материалом для аппаратуры нефтехимии является сталь, поставляемая в виде листового и сортового проката, труб или отливок.

Применяют также чугун и цветные металлы. Неметаллические материалы; в том числе полимерные, в качестве конструкционных применяют редко; они служат в основном для облицовки или футеровки оборудования и отдельных узлов и деталей.

Сталь и чугун составляют группу черных металлов. Черные металлы – это сплав железа с углеродом и другими химическими элементами, при этом содержание железа должно быть не мене 45%, а углерода до 4, 5%

Конструкционные материалы
ЧерныеМе(Fe> 45%; C< 4, 5%)	Цветные Ме	неМе материалы
Сталь(до 2, 1%С	Чугун(от 2, 1% до 4, 5%

Сталь

Сталь обладает хорошей прочностью, весьма технологична при обработке и изготовлении полуфабрикатов, обладает низкой стоимостью по отношению к другим конструкционным материалам, выдерживает высокие температуры и агрессивное воздействие коррозионно-активных сред.

Сталь - сплав железа с углеродом ( до 2, 1 % ) и другими химическими элементами ( примесями и лигирующими добавками ).

Легирующие элементы - химические элементы, специально введенные в сталь для получения требуемых строения, структуры, физико-химических и механических свойств.

Примесями называют химические элементы, перешедшие в состав стали в процессе ее производства как технологические добавки или как составляющие шихтовых материалов.

Классификация сталей

По химическому составу стали и сплавы черных металлов условно подразделяют на углеродистые (без легирующих элементов), низколегированные, среднелегированные, высоколегированные, сплавы на основе железа. Углеродистые стали не содержат специально введенных легирующих элементов. В низколегированных сталях суммарное содержание легирующие элементов должно быть не более 2, 5 % (кроме углерода), в среднелегированных - от 2, 5 до 10 %, в высоколегированных - более 10 % при содержании в них железа не менее 45 %.

В зависимости от количества легирующих элементов стали называют марганцовистыми, кремнистыми, хромистыми, никелевыми либо хромоникелевыми, хромомарганцовистыми и т.д.

По назначению стали разделяют на конструкционные(С-до0, 6-0, 7%), инструментальные(С-от0, 7-2, 1%) и стали с особыми физическими и химическими свойствами.

По структуре

доэвтектоидные, эвтектоидные и заэвтектоидные.

на перлитные, бейнитные, мартенситные, ледебуритные, ферритные и аустенитные.

По качеству стали подразделяют на стали обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особо высококачественные. Главными признаками по качеству стали являются более жесткие требования по химическому составу и, прежде всего, по содержанию вредных примесей, таких как фосфор и сера.

	Категория качества
Обыкнове	Качест	Высоко	Особо кчеств(ЭШП)
Р	0, 04	0, 05	0, 025	0, 025
S	0, 05	0, 035	0, 025	0, 015

Углеродистые стали – стали углеродистые конструкционные обыкновенного качества и стали углеродистые качественные.

Легированные стали

Легированные стали – это сплавы на основе железа, в химический состав которых специально введены легирующие элементы. В легированных сталях содержание отдельных элементов больше, чем этих же элементов в виде примесей. V, Nb, Тi, Zr, В,

Легированные сталимаркируются первые две цифры указывают на содержание углерода в сотых долях процента (отсутствие цифр означает, что среднее содержание углерода составляет около 0, 01%), затем последовательно указываются буквы, наличие в стали легирующего элемента, за каждой из букв одной или двумя цифрами указывается примерное содержание данного элемента в процентах (отсутствие цифр означаетдо 1, 5%). Обозначения в марках стали: Г – марганец, С – кремний, Х – хром, Н – никель, М – молибден, В – вольфрам, Ф – ванадий, Т – титан, Д – медь, Ю – алюминий, Б – ниобий, Р – бор, А – азот (в конце обозначения не ставятся). Буква " А" в конце марки указывает, что сталь относится к категории высококачественной (30ХГСА), если та же буква в середине марки – сталь легирована азотом (16Г2АФ), в начале марки буква " А" указывает на то, что сталь повышенной обрабатываемости (автоматная) – А35Г2. Индекс " АС" в начале марки указывает, что сталь повышенной обрабатываемости (автоматная) со свинцом (АС35Г2), а Ш (через дефис) – особо высококачественную., конструкционная сталь, содержащая 0, 42 – 0, 5 % С; 0, 5 – 0, 8 % Мn; 0, 8 – 1, 0 % Сr; 1, 3 – 1, 8 % Ni; 0, 2 – 0, 3 % Мо и 0.1 – 0, 18 % V, обозначается маркой 45ХН2МФ.

В зависимости от количества легирующего элемента

1. низколегированные с содержанием до 2, 5%,

2. среднелегированные с содержанием от 2, 5% до 10%,

3. высоколегированные с содержанием > 10%.

По основным свойствам в зависимости от назначения легированная сталь разделяется на следующие группы:

1. Сталь повышенной прочности. Обычно это низколегированные стали.Это стали марок 16ГС; 09Г2С; 10Г2С1. Стали неустойчивы во многих агрессивных средах.

2. Теплоустойчивые стали. Механические свойства этих сталей изменяются незначительно с повышением температуры: отличаются высоким сопротивлением ползучести и пределом длительной прочности.Мо. К этим сталям относятся стали марок: 15М; 20М; 12ХМ; 12МХ; 15ХМ; 15Х5М; 20Х5МЛ; 15Х5ВФ; 20Х8ВЛ.

3. Коррозионно-стойкиестали обладают стойкостью против различных видов коррозии и хорошо сопротивляются воздействию кислых сред.Во всех сталях, предназначенных работать в агрессивных средах в первую очередь содержится Сr. Однако чисто хромистые стали обладают низкой прочностью, поэтому их легируют Ni; Mn; Ti; Mo.

Наиболее распространены стали типа 18 – 8 (18% Cr и 8% Ni). 12Х18Н10Т ( Х18Н10Т); 08Х18Н10Т (0Х18Н10Т).

4. Жаростойкиестали и сплавы (окалиностойкие), обладающие стойкостью против химического разрушения поверхности в газовых средах при t> 550⁰С, работающие в ненагруженном или слабонагруженном состоянии.Cr; Si; AI; Ni. стали марки 10Х17; 08Х13 и т. д., хромоникелевые стали типа 18 – 8 и сплавы типа нихром: с 80% Ni и 20% Cr, сплавы на никелевой основе с высоким содержанием Cr –Н78Т.

жаропрочных и жаростойких сплавов на железоникелевой и никелевой основах состоит только из буквенных обозначений элементов, за исключением никеля, после которого указывается цифра, обозначающая его среднее содержание в процентах.

сплав, содержащий < 0, 07 % С; 19, 0-22, 0 % Сr; 2, 4-2, 8 % Тi; 0, 6-1, 0 % Аl; < 4, 0 % Fе, остальное никель, обозначается ХН77ТЮ (ЭИ437). Стали для отливок маркируют так же, как и деформируемые, но с добавлением буквы " Л" в конце марки.

5. Жаропрочные стали и сплавы, способные работать в нагруженном состоянии в течении определенного времени и обладающие при этом достаточной жаростойкостью, то есть обладающие одновременно свойствами теплоустойчивости и окалиностойкости (при t> 550⁰С). Cr и Mo; 15Х5М; Cr и Ni; 14Х17Н2; 20Х23Н18; 15Х5ВФ.

Чугун

Чугун - это железоуглеродные сплавы на основе железа, содержащие углерода более 2, 14 % (до 4%), примесей Mn, Si, S до 0, 8 %, Р - до 2, 5 %.

Чугуны обладают хорошими литейными свойствами, жаростойкостью, коррозионной стойкостью и антифрикционными качествами, широкое применение. недостатки: высокая хрупкость, сложность обработки резанием, высокие коэффициенты линейного расширения, сильная зависимость прочностных характеристик от температуры, трудность, а в ряде случаев и невозможность сварки.

Классификация чугунов

Чугун может быть классифицирован по многим признакам:

– постепени графитизации чугуны подразделяются на:

а) белый ( не графитизированный ), в котором весь углерод находится в связанном состоянии в виде цементита (Fe₃C) или в карбидах других элементов (Cr, Mo, V, Ti и др.);

б) отбеленный или половинчатый (частично графитизирован);

в) графитизированный (серый (СЧ), высокопрочный (ВЧ) и ковкий КЧ) ), в котором большая часть или даже весь углерод находится в свободном состоянии.

– по эксплуатационным характеристикам чугуны

классифицируют:

а) износостойкие;

б) антифрикционные;

в) коррозионно-стойкие;

г) жаропрочные;

д) жаростойкие;

е) немагнитные.

– по прочности чугуны классифицируют на:

а) обыкновенной прочности ( );

б)повышенной прочности );

в) высокой прочности ).

– по твердости чугуны:

а) мягкий (HB< 149);

б) средний (HB 149 – 197);

в) повышенной твердости (HB 197 – 269);

г) твердый (HB> 269).

– по пластичности чугуны классифицируют на:

а) непластичный ( );

б) малопластичный ( );

в) пластичный ( );

г) повышенной пластичности ( ).

– по структуре металлической матрицы чугуны делятся на:

а) ферритные;

б) перлитные;

в) аустенитные;

г) белые;

д) со смешанной структурой

– перлито-ферритные;

– половинчатые (перлит + цементит);

–аустенитно-мартенситные и др.

Графитизированный чугун подразделяется по форме графита на чугун:

а) с пластинчатым графитом (СЧ);

б) с шаровидным или глобулярным графитом (ВЧ);

в) хлопьевидным или гнездообразным графитом (КЧ).

Маркировка и область применения чугунов Серые чугуны(СЧ)

В серых чугунах большая часть или даже весь углерод находиться в свободном состоянии в виде пластинчатого графита.

Серый чугун обозначается начальными буквами СЧ и значениями временного сопротивления при растяжении σ _в

Например, СЧ15 означает - серый чугун с временным сопротивлением (пределом прочности) при растяжении σ _в = 15 кгс/мм² (150 МПа). Серые чугуны используют для деталей относительно сложной конфигурации, требующих литой заготовки. Из него изготавливают: стойки опор, крышки, колпачки и тарелки ректификационных колонн, гарнитуру печей (шиберы, заслонки, задвижки, дверцы), элементы погружных конденсаторов, корпусы, втулки и поршни паровых насосов, корпусы трубопроводной арматуры, литьё для компрессоров и насосов и

Из серого чугуна допускается изготавливать детали аппаратов, работающих под давлением до 1 МПа при температуре от – 15°С до +250°С. Серый чугун не применяют для изготовления деталей, подверженных значительным динамическим нагрузкам из-за низкой ударной вязкости.

Высокопрочный чугун(ВЧ)

Высокопрочные (модифицированные) чугуны (с шаровидным графитом). Их получают обработкой расплавленного чугуна магнием или другими модифицирующими присадками Это позволяет применить его вместо сталей для деталей, работающих в условиях значительных переменных напряжений (коленчатые валы).

В нефтепереработке из высокопрочного чугуна изготавливают узлы и детали с повышенными механическими свойствами: колеса центробежных насосов, цилиндры поршневых насосов, литьё для компрессоров, корпусы насосов и т.д. ВЧ имеет хорошие литейные свойства – высокую жидкотекучесть, незначительную склонность к образованию горячих трещин, вместе с тем его склонность к образованию усадочных раковин и литейных напряжений выше, чем у серого чугуна. Кроме того, ВЧ имеет удовлетворительную коррозионную стойкость (не ниже, чем СЧ), жаростойкость, хладостойкость, антифрикционные свойства, обрабатываемость резанием и может подвергаться сварке и автогенной резке.

Высокопрочный чугун обозначают: ВЧ 35, ВЧ 40…ВЧ 100, где 35, 40, 100 - (временное сопротивление) предел прочности при растяжении σ _в (кгс/мм²). Ранее высокопрочный чугун обозначался ВЧ 42-12, где 42 - предел прочности при растяжении, 12 - относительное удлинение, δ в %.

Ковкий чугун

Ковкий чугун получают отжигом белого чугуна, его применяют для деталей, требующих по своей форме литой заготовки, не допускающих хотя бы случайную ударную нагрузку.

При термообработке белого чугуна изменяется его структура (ферритная с хлопьевидным графитом), благодаря этому получаемый ковкий чугун обладает хорошими литейными свойствами, высокой прочностью, высоким модулем упругости.

Ковкий чугун обозначают: КЧ 30-6, КЧ 33-8, КЧ 60-3, где цифры 30, 33, 60 -обозначают временное сопротивление σ _в, равное соответственно 300, 330 и 600 МПа, а цифры 6, 8 и 3 - относительное удлинение в процентах.

Специальные чугуны

Широкое применение находят чугуны, обладающие повышенной прочностью (высокопрочные чугуны), жаро- и коррозионно-стойкие, антифрикционные, ковкие чугуны и некоторые специальные марки чугуна.

Жаростойкие, жаропрочные, коррозионно-стойкие, высококремнистые и высокохромистые - это чугуны, легированные хромом, медью, никелем, молибденом и другими элементами.

Жаростойкие чугуны предназначены для работы при высоких температурах. Обладают достаточной жаростойкостью, т.е. способностью оказывать сопротивление окалинообразованию. ЖЧХ, ЖЧХ16, ЖЧС5, ЖЧО30.

Жаростойкие чугуны, содержащие до 32% Сr и 1 -2% Si применяются в котельно-топочном оборудовании. Чугуны марки ЖЧХ 0, 8, ЖЧХ 1, 5, ЖЧ6 5, 5 используют при изготовлении узлов и деталей, работающих при температурах соответственно +550, 600 и 800 °С, а чугуны ЖЧХ 16 и ЖЧХ 30 обладают хорошей стойкостью до температур 1000-1200 °С при действии дымовых газов, содержащих сернистые соединения.

ЖЧХ16 содержит 15-32 % Cr и 1-2 % Si

Жаропрочные чугуны легируют хромом и никелем, они могут иметь пластинчатую или шаровидную формы графита; металлическая основа чаще бывает аустенитной. Чугуны ЧН19Х3Ш, ЧН11Г7Х2Ш применяют в нефтяной и химической промышленности, в газотурбиностроении для изготовления деталей компрессоров по сжижению газов, выпускных патрубков дизелей.

Коррозионно-стойкие чугуны легируют хромом, никелем, медью, молибденом и кремнием. Эти чугуны стойки в щелочах, растворах соды, морской воде. Чугуны СЧЩ-1 и СЧЩ-2 применяют при изготовлении котлов для плавки каустика. Чугуны ЧНХТ, ЧН1ХМД, ЧН1МШ применяют в двигателестроении для отливки поршневых колец, направляющих втулок головок цилиндров, выпускных патрубков, поршней и гильз.

Высококремнистые чугуны (ферросилиды) С 15, С 17 применяют для изготовления корпусов, деталей и узлов простой конфигурации для работы с сильноагрессивными средами (растворы солей, азотная и серная кислоты), при давлении до 0, 25 МПа и температуре от 0 до + 700°С: поршневых насосов (цилиндры, поршни, клапаны, седла), для оборудования по производству концентрированных серной и азотной кислот (лопатки мешалок, фитинги, втулки, реакционные аппараты, трубопроводы).

Высокохромистые сплавы обладают коррозионной стойкостью в азотной, серной, уксусной, фосфорной кислотах, в растворах солей, щелочей и морской воде. Из этих чугунов изготавливают детали насосов, реторты, конденсаторы, вентили, трубы, мешалки для химических производств.

Неметаллические материалы

Применяются как в качестве самостоятельных конструкционных материалов для аппаратуры, работающей без давления или под небольшим избыточным давлением, так в качестве футеровочных материалов для защиты аппаратуры от разрушающего действия агрессивных сред.

применение неметаллических химически стойких материалов позволяет заменить остродефицитных дорогостоящих высоколегированных сталей, цветных металлов и сплавов. применение неметаллических химически стойких конструкционных материалов представляет единственную возможность для осуществления технологического процесса.

Неметаллические материалы условно можно разделить на две группы: неорганические корросионноустойчивые материалы и неметаллические материалы на органической основе.

ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ

К цветным металлам относятся все металлы за исключением железа, марганца, хрома и сплавов на их основе. Это Cu, Al, Mg, Ti, Zn, Ni, Pb, Sn.

Медь и сплавы на её основе

Медь – пластичный металл розоватого – красного цвета; плотность при 20⁰С – 8, 94 г/см³, температура плавления 1083⁰С, отжиг 500 – 700 ⁰С. Механические свойства сильно меняются в зависимости от обработки: s_в = 220-450 МПа; d=4 – 60%; НВ = 350 – 1300 МПа.

На нефтеперерабат и нефтехим заводах медь и ее сплавы применяются для изготовления трубок теплообменной и конденсационно-холодильной аппаратуры, для изготовления аппаратуры при производстве смазочных масел и спиртов из нефтяных газов. Трубчатые змеевики для обогрева емкостей жирных кислот, некоторые аппараты для производства спиртов из нефтяных газов изготовляются обычно из красной меди.

Латуни – сплавы меди с цинком. При введении третьего, четвертого и более компонентов латуни называют сложными, или специальными; к ним относятся алюминиевая латунь, железомарганцевая латунь, марганцево-оловянно-свинцовая латунь и т.д. По сравнению с медью латуни обладают большой прочностью, коррозионной стойкостью, упругостью и лучшей обрабатываемостью (литьем, давлением и резанием).

По химическому составу нормировано 8 марок простых латуней: Л96, Л90 (томпак); Л85, Л80 (полутомпак); Л70, Л68, Л63 и Л60. Они обозначаются русской буквой Л, следующая за ней цифра указывает средний процент меди в этом сплаве. Cложные латуни (23 марки) в обозначении имеют после буквы Л другую букву, а цифры, размещенные после цифры, показывающей процент меди, указывают процент добавок в марке латуни. ЛМцА57-3-1 латунь марганцово-алюминиевая, содержащая 55, 0 – 58, 5% меди, 2, 5 – 3, 5% марганца и 0, 5 – 1, 5% алюминия.

По технологическому признаку латуни подразделяются на литейные и обрабатываемые давлением.

Трубчатые пучки и решетки теплообменной и конденсационно-холодильной аппаратуры часто изготовляют из латуней различных марок. В частности, для изготовления трубчатых пучков конденсаторов широко используется латунь марки ЛО-70-1.

Бронзы – сплав меди (кроме латуней и медно-никелевых сплавов) с оловом (оловянные бронзы) и сплавы меди с алюминием, бериллием, кремнием, марганцем и другими компонентами, которые являются главными и в соответствии, с которыми бронзы получают названия. Как латуни, бронзы подразделяются на литейные и деформируемые. Обозначение бронз начинается с букв Бр. Справа ставят элементы, входящие в бронзу: О – олово, А – алюминий, Ф фосфор, Т – титан и другие, обозначаемые так же, как и в латунях, но цифры, стоящие за буквами, обозначают среднее содержание добавок этих дополнительных элементов в бронзе (цифры, обозначающие процентное содержание меди в бронзах, не ставят). Например, БрОЦ4-4 означает, что в бронзе содержится в среднем 4% олова, 3% цинка, остальное медь.Трубные пучки ТА..

Давление

Различают рабочее, расчетное, условное (номинальное) и пробное давления.

Рабочее давление р – максимальное внутреннее избыточное или наружное давление среды в аппарате при нормальном протекании технологического процесса без учета гидростатического давления и допускаемого кратковременного повышения давления во время действия предохранительного устройства (клапана и др.). Если технологический процесс в аппарате протекает при разрежении, то рабочим давлением является вакуум.

Расчетное давление p_R – максимальное допускаемое рабочее давление, на которое производится расчет на прочность и устойчивость элементов аппарата при максимальной их температуре. Как правило, расчетное давление принимают равным рабочему давлению или выше.

Расчетное давление может быть выше рабочего в следующих случаях: если во время действия предохранительных устройств давление в аппарате может повыситься более чем на 10% от рабочего, то расчетное давление должно быть равно 90% давления в аппарате при полном открытии предохранительного устройства; если на элемент действует гидростатическое давление от столба жидкости в аппарате, значение которого свыше 5% расчетного, то расчетное давление для этого элемента соответственно повышается на значение гидростатического давления.

Рекомендуются следующие расчетные давления для аппаратов:

– с рабочим избыточным давлением р> 0, 07 МПа, снабженных предохранительными клапанами, р_я = 1, 1 р, но не менее р + 0, 2 МПа для огневзрыво-опасных или токсичных сред и не менее р + 0, 1 МПа для остальных сред;

– с рабочим избыточным давлением р > 0, 07 МПа, снабженных предохранительными мембранами, p_R=1, 2p;

– с рабочим избыточным давлением р 0, 07 МПа, независимо от типа предохранительных устройств и для любых сред, кроме углеводородных фракций и других сжиженных газов: при р = 0, 05 – 0, 07 МПа – p_R = 0, 1 МПа; при р < 0, 05 МПа – p_R =0, 06 МПа;

– с углеродными фракциями и другими сжиженными газами во всех случаях принимать: для фракций С₂p_R = 2, 0 МПа, для фракций С₃ на всасывающей линии p_R = 1, 6 МПа, на нагнетательной линии p_R = 2, 0 МПа, для фракций С₄p_R = 0, 6 МПа, для фракций С₅p_R = 0, 3 МПа, для аммиака p_R = = 1, 6 МПа, для фреона 12 p_R= 1, 0 МПа, для сернистого ангидрида p_R = 0, 8 МПа, для хлористого метила p_R = 0, 9 МПа, для углекислого газа p_R = 7, 6 МПа;

– работающих без избыточного давления при вместимости аппарата менее 30 м³p_R = 0, 01 МПа, при вместимости свыше 30 м³p_R = 0, 005 МПа;

– работающих под вакуумом с остаточным давлением до 0, 05 МПа, расчетное наружное давление p_R = 0, 1 МПа.

Для элементов аппарата с раздельными пространствами, имеющими разные давления, за расчетное давление принимается каждое из них (без учета других). Допускается производить расчет на разность давлений, если при эксплуатации в любом случае обеспечивается наличие давлений во всехпространствах.

Расчетным давлением при испытаниях аппарата является пробное давление.

Условное (номинальное) давление р_у– избыточное рабочее давление при температуре элемента аппарата 20°С (без учета гидростатического давления).

Пробное давление р_пр – избыточное давление, на которое аппарат испытывается на прочность и плотность после его изготовления и периодически при эксплуатации.

Допускаемые напряжения

Допускаемое напряжение [ ] при расчете по предельным нагрузкам аппаратов, работающих при статистических однократных нагрузках, определяют в соответствии с ГОСТ

– для углеродистых и низколегированных сталей

;

– для аппаратов из аустенитных сталей

Для условий испытания аппаратов из углеродистых и низколегированных сталей допускаемые напряжения определяют по формуле:

– для аппаратов из аустенитных сталей

Для сосудов и аппаратов, работающих в условиях ползучести при расчетном сроке эксплуатации от 10⁴до 2∙ 10⁵ ч, коэффициент запаса прочности n равен 1, 5. При расчетном сроке эксплуатации 2∙ 10⁵ ч допускается коэффициент запаса прочности n_д принимать равным 1, 25, если выполняют контроль жаропрочности и длительной пластичности материала в эксплуатации, а отклонение в меньшую сторону длительной прочности и ползучести от среднего значения не превышает 20%.

Расчет на прочность цилиндрических обечаек и конических элементов, выпуклых и плоских днищ для условий испытания проводить не требуется, если расчетное давление в условиях испытания будет меньше, чем расчетное давление в рабочих условиях, умноженное на .

При расчете на прочность и устойчивость сварных элементов аппаратов в расчетные формулы вводятся коэффициенты прочности сварных швов, значения которых в зависимости от конструкции шва и условий сварки

Исполнительные или принимаемые при конструировании размеры рассчитываемых элементов, как правило, должны быть больше расчетных на значение прибавки:

s ≥ s_R+ c;

Общее значение прибавки

с = с₁+ с₂+ с₃.

Прибавка на коррозию и эрозию с, при проницаемости П < 0, 05 мм/год принимается равной 1 мм. При большей проницаемости, а также при двусторонней коррозии с, соответственно увеличивается.

Для материалов, стойких в заданной среде, при отсутствии данных о проницаемости рекомендуется принимать с₁ = 2мм. Прибавка на минусовое значение предельного отклонения по толщине листа с₂, из которого изготовляется элемент аппарата, принимается по соответствующему стандарту на сортамент.

Технологическая прибавка с₃ (при вытяжке, штамповке, гибке и т.д.) учитывается в зависимости от принятой технологии изготовления и не включает в себя округление расчетной толщины элемента до номинальной толщины по стандарту.Прибавки с₂ и с₃ учитываются только в тех случаях, когда сумма их превышает 5% от расчетной толщины элемента.

Определение распорной силы

В том случае, когда обечайки соединены под углом, т.е. не имеют общей касательной в узле сопряжения кроме краевых нагрузок Q₀ и M₀, возникает так называемая распорная сила Q, равномерно распределенная по краю.

Рассмотрим условие ее появления и получим зависимость, по которой она может быть определена, например, для конической обечайки. Как известно, в конической обечайке возникает продольная меридиональная сила U_x. Разложим ее на составляющие U^’_к и Q.

При этом доказано, что U^’_ц = U^’_к

где U^’_ц – меридиональная (продольная) сила, возникающая в цилиндрической обечайке под действием внутреннего давления.

Таким образом, и U^’_ц и U^’_к, взаимокомпенсируются, так как они направлены навстречу друг другу и равны между собой. В этом случае остается нескомпенсированной сила Q, так называемая распорная сила. Она как бы распирает обечайку, вызывая появление дополнительных деформаций и напряжений. Поэтому при конструировании конических днищ желательно, чтобы распорная сила была как можно меньше.Откуда путем несложных преобразований находим величину распорной силы .

Распорная сила зависит от внутреннего давления и геометрических параметров оболочки. Дополнительная краевая нагрузка – распорная сила Q может достигать очень больших значений

Составление схемы