Конструювання і розрахунок сталевих зварних посудин та апаратів Обичайки та днища (стр. 3 из 74)

Посудини, що у процесі експлуатації змінюють своє положення у просторі, повинні мати пристрої, які запобігають їхньому самоперекиданню.

Розрахунок на міцність посудин, що працюють в умовах циклічних і знакозмінних навантажень їхніх елементів, у тому числі на втомленісну міцність, необхідно проводити відповідно до діючої у хімічному машинобудуванні нормативно-технічної документації, погодженою з Держнаглядохоронпраці України.

1.3 Вимоги до транспортування

При проектуванні посудин повинні враховуватися вимоги “Правил перевозки грузов железнодорожным, водным и автомобильным транспортом”.

Посудини, які не можуть транспортуватися в зібраному вигляді, повинні проектуватися із мінімального числа частин, що відповідають по габариту вимогам перевезення залізничним транспортом. Розподіл посудини на окремі транспортовані частини, повинен вказуватися в технічному (курсовому, дипломному) проекті.

На місце монтажу посудини повинні поставлятися в максимально зібраному вигляді.

Посудини, що транспортуються в зібраному вигляді, а також транспортовані частини повинні мати стропові (захватні) пристрої для проведення вантажно-розвантажувальних робіт, підйому та установленні посудини в проектне положення.

Допускається за узгодженням із монтажною організацією замість стропових пристроїв використовувати технологічні штуцери і горловини, уступи, бурти та інші конструктивні елементи посудин.

Конструкції, місця розташування стропових (захватних) пристроїв і конструктивних елементів для стропування, їх кількість, схеми стропування посудин та їхніх транспортованих частин повинні бути наведені в технічному (курсовому, дипломному) проекті.

Стропові пристрої і призначені для стропування конструктивні елементи посудин повинні бути розраховані на монтажну масу, навантаження, що виникають при монтажу залежно від способу монтажу.

Вертикальні апарати масою понад 100 т повинні забезпечуватися шарнірними пристроями.

Залізничним транспортом допускається перевозити апарати, розміри та маса яких наведені в таблиці 1.2.

Таблиця 1.2 – Допустимі розміри та маса апаратів для перевезення залізничним транспортом

Маса, т	400	240	120	120	120
Діаметр, мм	4380	3900	4000	3800	3200
Довжина, м	11	22	21	37	48

Питання до самоперевірки

1 Що означають терміни “посудина” та “аппарат”?

2 Дайте визначення основних складових частин корпуса апарата.

3 Основні вимоги, що пред’являються до посудин та апаратів хімічних виробництв.

4 Основні вимоги до виготовлення хімічних апаратів.

5 Фактори, від яких залежить група посудини.

6 Вимоги до транспортування посудин.

7 Вимоги до монтажу посудин та розміщенню стропових пристроїв.

2 КОНСТРУКЦІЙНІ МАТЕРІАЛИ

2.1 Вимоги до конструкційних матеріалів

Сучасні хімічні виробництва характеризуються широким діапазоном робочих тисків і великим інтервалом робочих температур при корозійноактивних, токсичних, пожежо- та вибухонебезпечних робочих середовищах. Багато вузлів і деталей апаратів зазнають одночасно значні механічні навантаження і корозійний вплив середовища при високих та низьких температурах.

До конструкційних матеріалів, призначених для хімічного обладнання пред’являється комплекс вимог, обумовлених конструкцією, технологією виготовлення та безпечною експлуатацією:

– достатня корозійна стійкість в агресивному середовищі при заданій концентрації, температурі та тиску, обумовлена швидкістю проникнення корозії, а також жаростійкість і стійкість проти можливих видів корозійного руйнування (міжкристалічна, воднева, карбонільна корозія, азотування та корозійне розтріскування сталі);

– достатня механічна міцність при заданих тиску і температурі з урахуванням специфічних вимог, що пред’являються при випробуванні та експлуатації обладнання (жароміцність, збереження задовільних пластичних властивостей при тривалій роботі під навантаженням в області високих та низьких температур, стійкість при знакозмінних або повторних навантаженнях і таке інше);

– здатність матеріалу зварюватися із забезпеченням високих механічних властивостей і корозійної стійкості зварних з’єднань; можливість оброблення матеріалу різанням, тиском, а також термічної обробки;

Вибір матеріалів визначається рядом факторів, які можна розділити на дві групи:

– фактори, що залежать від зовнішніх робочих умов (властивості робочого середовища, температура, тиск);

– фактори, пов’язані з властивостями даного матеріалу (фізикомеханічні та технологічні властивості).

До фізико-механічних властивостей відносяться:

– границя міцності або тимчасовий опір ^R_m , МПа;

– границя текучості ^R_e , МПа;

– умовна границя текучості ^Rp0,2 або ^Rp1,0 , МПа;

– модуль подовжньої пружності E , МПа;

– ударна в’язкість KCU , МДж/м²; – коефіцієнт теплопровідності , Вт/(мС);

– коефіцієнт лінійного розширення , С ^-1.

До технологічних властивостей відносяться:

– зварюваність;

– оброблюваність тиском і різанням.

2.2 Вплив властивостей робочого середовища на вибір матеріалу

У більшості випадків основним фактором для вибору матеріалів для виготовлення хімічних апаратів є властивості робочого середовища. Корозійна стійкість матеріалу при заданій концентрації середовища, температурі та тиску визначає їх довговічність.

При виборі матеріалу з чорних і кольорових металів та сплавів за умови їхньої рівномірної корозії необхідно керуватися ГОСТ 13819-68, у якому корозійна стійкість у різних хімічних середовищах оцінюється за 10-бальною шкалою (таблиця 2.1).

Таблиця 2.1 – Корозійна стійкість металів

Група стійкості	Бал	Швидкість корозії металу, мм/рік
Зовсім стійкі	1	до 0,001 включ.
Дуже стійкі	2	понад 0,001 до 0,005 включ.
	3	» 0,005 » 0,01 »
Стійкі	4	» 0,01 » 0,05 »
	5	» 0,05 » 0,1 »
Занижено стійкі	6	» 0,1 » 0,5 »
	7	» 0,5 » 1,0 »
Малостійкі	8	» 1,0 » 5,0 »
	9	» 5,0 » 10 »
Нестійкі	10	понад 10

Для виготовлення хімічної апаратури повинні використовуватися конструкційні матеріали, швидкість корозії яких не перевищує 0,1 мм/рік.

Під швидкістю корозії розуміють глибину проникнення корозії в метал, яку розраховують по втраті маси зразка після видалення продуктів корозії. Глибину проникнення корозії П , мм/рік розраховують за формулою

П  К 10^3 / , (2.1)

де K – втрата маси, кг/(м²∙рік);  – щільність металу, кг/м³.

Ерозійний вплив середовища (руйнування поверхневого шару металу під дією твердих частинок, які вдаряються в нього, крапель або потоку рідини чи газу) враховують при значних швидкостях руху середовища: рідин – понад 20 м/с, газів – понад 100 м/с або при наявності в середовищі абразивних частинок).

При конструюванні хімічної апаратури необхідно враховувати також і інші види корозійного руйнування матеріалів: корозійне розтріскування, міжкристалічну, водневу та карбонільну корозію, азотування і графітизацію сталі.

Корозійне розтріскування металу у ряді випадків спостерігається в апаратах, виконаних з легованих сталей і працюючих при підвищених тисках та температурах, при спільній дії корозійного середовища та розтягувальних напружин. Руйнування металу при корозійному розтріскуванні відбувається з утворенням тріщин усередині кристалів і по їх границях. При наявності в металі стискових напружин корозійне розтріскування не відбувається.

Прискорене розтріскування апаратів із хромонікелевих сталей і вмістом хрому близько 18 % і нікелю близько 8 %, які знаходяться під постійно діючим навантаженням, має місце в розчинах NaCl, MgCl₂, ZnCl₂, LіCl, H₂S і морській воді. Хромомолібденові сталі піддані корозійному розтріскуванню при підвищеному вмісту кисню і лугів у живильній воді казанів. Живильна вода звичайного складу (вміст кисню не більш 0,15 мг/л; хлоридів – не більш 0,03 мг/л; концентрація лугів – не більше 5 %) не викликає корозійного розтріскування. Основні міри захисту металу від корозійного розтріскування: зведення до мінімуму рівня напружин, зниження їх місцевої концентрації, підбір відповідних матеріалів, систематичний аналіз і контроль вмісту кисню, хлоридів і лугів у складі робочого середовища.

Міжкристалічна корозія властива аустенітним хромонікелевим сталям. При роботі їх при температурах понад 400 °С по границям зерен утворюються карбіди хрому. В результаті границі зерен збіднюються хромом, що призводить до зниження корозійної стійкості та ударної в’язкості. Схильність сталі до міжкристалічної корозії можна запобігти обмеженням вмісту в неї вуглецю до величини менше 0,04 % і додаванням легуючих елементів (титану та ніобію), що запобігають утворенню карбідів хрому, титану та ніобію.