Общие сведения о технологическом оборудовании с пожаровзрывоопасными средами

Ползучестью - называют свойство металла медленно, непрерывно пластически деформироваться под действием постоянной нагрузки при высоких темпе­ратурах.  Пределом ползучести (условным) σп, называют напряжение, которое вызывает общую деформацию ползучести 1 % (∆l = 0,01 l ) за время, равное 104 или 105 ч, что будет соответствовать скорости ползучести 10-6 или 10-7ч . Значения условного предела ползучести обозначаются симво­лами σп 10-6 или σп 10-7 .

 

Рис. 1.6. Кривые ползучести: е, и Е²~ начальные удлинения.

 

 

 Рис. 1.7. Влияние температуры на  пределы текучести и ползучести.

На рис. 1.8 показано из­менение величины ударной вязкости в зависимости от температуры для конструкционной стали обыкновенного качества марки Ст1 (кривая 1) и легированной стали марки Х9М (кривая 2).

1.4. ПОВЕДЕНИЕ КОНСТРУКЦИОННЫХ  МАТЕРИАЛОВ В АГРЕССИВНЫХ ПОЖАРОВЗРЫВООПАСНЫХ  СРЕДАХ

Коррозионная стойкость металлов  делится на шесть групп стойкости и оценивается по десятибалльной шкале:

-   совершенно стойкие (1 балл) - скорость коррозии не превышает 0,001мм/год;

-   весьма стойкие (2-3 балла) - скорость коррозии не превышает 0,01 мм/год;

-   стойкие (4-5 баллов) - скорость коррозии не превышает 0,1 мм/год;

-   понижено стойкие, малостойкие и нестойкие (6-10 баллов) - скорость коррозии от 0,1 до 10 мм/год и более.

Расчет скорости коррозии производится  по формуле:

 

П= К/ ρ , (1.4)

где  К - потеря массы, кг/(м -год); ρ - плотность металла, кг/м3.

Скорость коррозии металлов  учитывается в процессе проектирования  при расчете аппаратов на прочность, а в процессе эксплуатации - для  оценки степени коррозионного  износа оборудования. Для компенсации  потерь от коррозии предусматривают  увеличение толщины стенок оборудования  на величину:

 

С = П τ, (1.5)

где  τ - срок службы оборудования, годы.

Толщину стенки аппарата в  месте коррозионного поражения  через определенный период эксплуатации  можно оценить по формуле:

Sф =Sап-C ,  (1.6) где

Sф - фактическая (действительная) толщина стенки аппарата;

Sап - толщина стенки нового аппарата (первоначальная толщина), принимаемая по паспорту, сертификату или иному документу.

1.4.1. Химическая коррозия и  ее разновидности

 

1. Взаимодействие металлов с сухими газами-окислителями

4Fe + ЗО2 = 2Fe2O3

• Взаимодействие металлов с сернистыми соединениями и серой

 Fe + H2S = FeS + Н2

• Взаимодействие стали с окисью углерода

Fe + 5CO = Fe(CO)5 .

4. Взаимодействие металлов с водородом.

Fe3C + 2Н2 = 3Fe + СН4

1.4.2. Электрохимическая коррозия  и ее разновидности

 Рис. 1.12. Схема коррозии участка трубопровода, оказавшегося в зоне действия токов утечки ( I - рабочий ток; i^y - ток утечки; i^k - коррозионный ток):

• электроподстанция; 2-контактный провод; 3-трамвай; 4-рельсы; 5 – трубопровод

1.5. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К  КОНСТРУКЦИИ АППАРАТОВ И МАШИН

 

• Механическая прочность
• Герметичность
• Устойчивость
• Надежность и безопасность
• Долговечность
• Стабильность

1.6. ЭЛЕМЕНТЫ ПРОВЕРОЧНЫХ РАСЧЕТОВ  ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ  НА ПРОЧНОСТЬ

 

• Рабочее давление рр
• Расчетное р
• Условное давление ру
• Пробным рПр
• рабочей температурой tp
• Расчетная температура t

 

допускаемое напряжение определяют по формуле:

 σдоп = [σ] η ,  (1.7)

где [σ] - нормативное допускаемое напряжение;

 η - коэффициент, учитывающий пожаровзрывоопасные свойства среды в аппарате, значения, ко­торого определяются следующим образом:

η = 0,9 при φн< 0,05 об.д. или tсв<300 ^oС;

η =0,95 при 0,05 об.д. ≤ φн ≤ 0,1 об.д. или

                                      300 °С < tсв<400°С ;

η =1,0 при φн ≥ 0,1 об.д. И t св>400°С.

Здесь: φн - нижний концентрационный предел распространения пламени;

tсв - температура самовоспламенения горючего вещества.

Нормативные допускаемые напряжения [σ]

 

 

 

• Для сталей обыкновенного качества и качественных, работающих при             температур до 380 °С,
• для низколегированных сталей - в интервале до 420°С и
• для высоколегированных сталей - в интервале до 525 °С

 

Для сталей обыкновенного качества  и качественных,  
работающих в интервале температур 380-475 °С, 
для низколегированных сталей - в интервале 420-560 °С и 
для высоколегированных сталей - в интервале 525-610 °С:

 

n_^в принимают по справочной литературе при расчетной температуре, но не выше 20 ⁰С,

nт – при расчетной температуре

nд – по среднему значению предела длительной прочности за 10⁵ ч при расчетной температуре

 

 

Для литых изделий из цветных  металлов и их сплавов 

 

 

 

 

 

 

• где n_^в ≥ 3,5 ; n_^Т > 2 .

Условие прочности для безопасной  эксплуатации оборудования

 

 σф ≤ σдоп,         (1.11)

Где σф – фактические напряжения в элементе конструкции аппарата (машины);

σдоп  - допускаемое напряжение из                               формулы (1.7)

Помимо выражения (1.11) для оценки безопасности эксплуатации оборудования используют следующие выражения:

 

• δф > δ , Рф < Рдоп., Nф < Nдоп., Мф < Мдоп. и др. (здесь: δф и  δ - соответственно фактическая и расчетная толщина стенки аппарата, диаметр оси, вала или болта и т.п.; Рф и Рдоп -фактическое и допускаемое давление; Nф и Nдоп.- фактическая и допускае­мая сила; Мф и Мдоп. - фактический и допускаемый изгибающий или крутящий момент).

Напряжения в тонкостенной цилиндрической  обечайке или трубопроводе (при Dн / Dв < 1,5), работающих под повышенным давлением, определяют по формулам:

 

 

 

 

 или

Напряжения в стандартной крышке (днище) эллиптической формы, нагруженной  внутренним давлением, определяют  по формуле

 

Где рф – максимальное давление, зафиксированное КИП в момент повреждения (разрушения) аппарата или расчетом;

Dн и Dв – соответственно внутренний и наружный диаметр обечайки;

φ – коэффициент прочности продольного сварного шва (для литых, кованных и сваренных автоматической сваркой аппаратов с двухсторонним сплошным проваром шва φ=1);

Sф - фактическая наименьшая толщина стенки аппарата, определяемая непосредственным измерением после удаления продуктов коррозии или рассчитываемая по формуле (1.6).

 

1.7. ИСПЫТАНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ НА  ПРОЧНОСТЬ И ГЕРМЕТИЧНОСТЬ

 

Р- рабочее давление, МПа

. 

 

Относительное падение давления, при испытании на герметичность  рассчитывают по формуле

 

где р и Т- соответственно давление в МПа (абс.) и температура в К (индексы н и к означают, что параметры имеют отношение к начальному и конечному состояниям); τ - длительность испытания, часы.

Вновь установленное оборудование  для работы с токсичными пожаровзрывоопасными  средами считается выдержавшим  испытание, если падение давления  в нем за 1 час не превышает 0,1 %, а для работы с нетоксичными пожаровзрывоопасными средами - 0,2 %. При повторных испытаниях допустимое падение давления не должно превышать 0,5 % в час.

Основная   литература

 

• ССБТ. Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требован­ия. Методы контроля (ГОСТ Р 12.3.047-98). -М.: Госстандарт России, 1998.
• Дополнительная
• А л е к с е е в М. В., В о л к о в О. М., Шатров Н. Ф. Пожарная профилак­тика технологических процессов производств. -М.: ВИПТШ МВД СССР, 1985.
• В и х м а н Г. Л., К р у г л о в С. А. Основы конструирования аппаратов и ма­шин нефтеперерабатывающих заводов: Учебник для студентов вузов. 2-е изд., перераб. и доп. -М.: Изд-во «Машиностроение», 1978.
• 3. ССБТ,   Оборудование  производственное.   Общие  требования   безопасности (ГОСТ 12.2.003-91). -М.: Госстандарт России, 1992.
• Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением (ПБ 10-115-96). -М: Госгортехнадзор России. 1996.
• Сухотин А. М., Зотиков В. С. Химическое сопротивление материалов: Справочник. -Л.: Изд-во «Химия», 1975.
• Справочник нефтехимика / Под ред. канд. хим. наук С. К. Огородникова / В 2-х т. -Л.: Изд-во «Химия», 1978.