Расчет и конструирование типового оборудования (стр. 2 из 35)
Специфичность работы химического оборудования заключается в наличии следующих факторов:
– широкого диапазона применяемых рабочих давлений и температур;
– коррозионной агрессивности, взрывоопасности, пожароопасности и вредности многих рабочих сред;
– непрерывного характера большинства производственных процессов;
– разнообразного агрегатного состояния рабочих сред.
Наличие этих факторов требует соблюдения определенных правил при конструировании, расчете, изготовлении и испытании химического оборудования. Основные требования к проектированию, расчету и эксплуатации аппаратов, работающих под давлением, излагаются в Правилах Госнадзорохрантруда (ДНАОП 0.00-1.07-94 « Правила будови та безпечної експлуатації посудин, що працюють під тиском» 8 ), отраслевом стандарте ГСТУ 3–17–191–2000 « Посудини та апарати стальні зварні. Загальні технічні умови» 7 и ряде других стандартов, которые также будут изучаться далее.1.3. Порядок проектирования и требования к проектируемому оборудованию
Разработка конструкторской документации при проектировании нового оборудования включает следующие стадии:
– техническое задание;
– техническое предложение;
– эскизный проект;
– технический проект;
– рабочий проект.
На стадии технического задания исполнитель по исходным данным, полученным от заказчика, разрабатывает техническое задание и согласует его с заказчиком.
На стадии технического предложения изучается информационный материал и проводятся эксперименты с целью выявления вариантов возможных решений. Производится конструктивная проработка вариантов и проверка их на патентную чистоту и конкурентоспособность. Производят сравнительную оценку рассматриваемых вариантов и выбор оптимального варианта с обоснованием этого выбора.
Техническое предложение после согласования и утверждения является основанием для разработки эскизного (технического) проекта.
На стадии эскизного проекта принимается и разрабатывается конкретное конструкторское решение, определяющее устройство изделия. Производится конструкторская проработка вариантов составных частей изделия. Производится оценка изделия по показателям качества (надежности, технологичности, стандартизации и унификации, экономическим, эстетическим, эргономическим показателям). С целью проверки принципов работы изделия и его составных частей возможно изготовление и испытания макетов.
Эскизный проект после согласования и утверждения служит основанием для разработки технического проекта или рабочей конструкторской документации.
Технический проект должен содержать окончательные технические решения, дающие полное представление об устройстве разрабатываемого изделия, и исходные данные для разработки рабочей документации.
На стадии технического проекта разрабатываются чертежи общего вида изделия, при необходимости некоторых оригинальных или наиболее важных сборочных единиц и деталей, выполняются все необходимые расчеты, подтверждающие работоспособность изделия. При этом уточняют номенклатуру покупных изделий, выполняют согласование применения покупных изделий, а также согласование габаритных, установочных и присоединительных размеров с заказчиком или основным потребителем. Технический проект после согласования и утверждения служит основанием для разработки рабочей конструкторской документации.
На стадии рабочего проекта выполняется полный комплект рабочих чертежей всех сборочных единиц и деталей изделия для изготовления и сборки опытного образца, а после корректировки документов – для серийного производства изделия.
Итак, при проектировании любого оборудования на первой стадии проводится анализ существующих конструкций и выбор одной из них как прототипа с последующей модернизацией либо разрабатывается принципиально новая конструкция. После этого выполняются необходимые технологические, прочностные, кинематические и др. расчеты. Особое внимание уделяется безопасности проектируемого оборудования. Специфичность работы оборудования в химической промышленности (работа при высоких температурах, давлении, в химически агрессивных, взрывоопасных, пожароопасных, токсичных средах) накладывает особую ответственность при выборе конструкторских решений, проведении расчетов и подбору стандартных изделий. Основными требованиями при конструировании являются:
– эффективность и надежность оборудования;
– рациональный выбор конструкционных материалов;
– прочность, жесткость и устойчивость конструкции;
– применение стандартных узлов и деталей;
– технологичность конструкции;
– удобство ремонта, монтажа и демонтажа;
– удобство транспортировки;
– соблюдение норм техники безопасности; – достаточный срок службы; – дизайн.
При этом под эффективностью оборудования понимается его производительность и экономичность в изготовлении и эксплуатации, повышение полезной отдачи оборудования.
Надежность – свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени.
Под технологичностью конструкции понимаются свойства конструкции, определяющие ее приспособленность к достижению оптимальных затрат при производстве, эксплуатации и ремонте. Свойства, определяющие технологичность конструкции, должны быть заложены при проектировании.
Удельный вес каждого из перечисленных требований зависит от конструкции и назначения оборудования. Однако для всех без исключения конструкций первостепенную роль играет экономический фактор. Именно экономические соображения позволяют найти разумный предел использования каждого показателя.
Контрольные вопросы к лекции 1 1. Какие вопросы изучаются в курсе РК МАХП?
2. Как связаны между собой расчет и конструирование?
3. Что такое классификация и для чего она необходима?
4. По каким признакам классифицируют химическое оборудование?
5. Как классифицируют химическое оборудование?
6. В чем заключается специфичность работы химического оборудования?
7. Стадии проектирования нового оборудования. Содержание стадий.
8. Основные требования при конструировании оборудования.
Лекция 2. Тема "Материалы, применяемые для изготовления химического оборудования"
Рассматриваемые вопросы: Требования к материалам. Факторы, влияющие на выбор материалов. Факторы, зависящие от внешних условий. Факторы, связанные со свойствами материала. Влияние различных факторов на свойства материалов. Краткие сведения об основных физикомеханических характеристиках материалов. Влияние свойств рабочей среды на выбор материала. Скорость коррозии. Коррозионная стойкость материалов. Виды коррозии. Влияние температуры и давления на выбор материала. Жаростойкость и жаропрочность. Прочность при статических и динамических нагрузках. Явления ползучести и релаксации. Тепловая хрупкость и хладноломкость. Классификация сталей. Цветные металлы и сплавы. Прокладочные материалы.
2.1. Требования к материалам
Эффективность и надежность разработанного оборудования определяется не только правильным выбором конструкции и ее прочностью, но и рациональным выбором материалов. Правильный выбор материала влияет на прочность и технологичность конструкции, определяет срок службы изделия.
Современные химические производства характеризуются широким диапазоном рабочих давлений (от вакуума до высоких избыточных давлений), большим интервалом рабочих температур при коррозионноактивных, токсичных, пожаро- и взрывоопасных рабочих средах. Многие узлы и детали машин и аппаратов испытывают одновременно значительные механические нагрузки и коррозионное воздействие среды при
высоких или низких температурах. Поэтому к
конструкционным материалам для химического оборудования предъявляется комплекс требований, которые обусловлены конструкцией, технологией изготовления и безопасной
эксплуатацией оборудования:
1) достаточная коррозионная стойкость в агрессивной среде при заданной концентрации, температуре и давлении, определяемая скоростью проникновения коррозии, а также жаростойкость и стойкость против возможных видов коррозионного разрушения (коррозионное растрескивание, межкристаллитная, водородная, карбонильная коррозии, азотирование стали, графитизация);
б) достаточная механическая прочность при заданных давлении и температуре с учетом специфических требований, предъявляемых при эксплуатации оборудования
(жаропрочность, теплоустойчивость, длительная прочность, учет тепловой хрупкости и хладноломкости, устойчивость при знакопеременных или повторных нагрузках и др.);
в) способность материала свариваться с обеспечением высоких механических свойств и коррозионной стойкости сварных соединений, возможность обработки материала резанием, давлением, а также термической обработки (технологические свойства материала).
Выбор материалов определяется рядом факторов, которые можно разделить на две группы:
– факторы, связанные со свойствами данного материала (физико-механические свойства, технологические свойства);
– факторы, зависящие от внешних рабочих условий (свойства рабочей среды, температура, давление).
К физико-механическим свойствам относятся:
– предел прочности или временное сопротивление Rm (МПа);
– предел текучести Re (МПа);
– условный предел текучести Rp0,2 или Rp1,0 (МПа); – модуль упругости при растяжении E (МПа); – ударная вязкость KCU (МДж/м2);