АГРЕГАТ АГРЕГАТ
Рисунок 4.5 Схеми запобіжних клапанів
а – важільний; б – пружинний; в – манометричний; 1 – корпус клапана; 2 – патрубок для з’єднання з апаратом; 3 – патрубок для з’єднання з відвідною лінією; 4 – тарілка і шток клапана; 5 – важіль з противагою; 6 – пружина з регулятором натягу; 7 – рідина; 8 – апарат
Запобіжні клапани розташовуються на апаратах або поблизу них на іншому обладнанні. При виборі запобіжного клапана виходять із того, що він повинен спрацьовувати при досягненні такого тиску:
0,05 МПа в апаратах із Рр=0,07-0,3 МПа;
15 % робочого тиску в апаратах із Рр 6 МПа;
10 % робочого тиску в апаратах із Рр 6 МПа.
Вибір запобіжного клапана також залежить від його пропускної здатності, що визначається за формулою:
)
( 41
,
1 Pв t
Pсп B F
G ,
де G – максимальна пропускна здатність запобіжного клапана, кг/с;
– коефіцієнт витрати середовища через клапан, =0,16-0,17;
F – площа прохідного перерізу, м2; В – коефіцієнт розширення парів або газів при їх витіканні через отвір залежно від величини показника адіабати, визначається за довідковими даними. Для рідин В = 1; Pсп– абсолютний тиск спрацьовування запобіжного клапана, МПа; Pв– тиск на виході із відвідного патрубка запобіжного клапана, тобто тиск середовища, у яке здійснюється скидання парів або газів, МПа; t – густина пари або газу при робочій температурі, кг/м3.
На апаратах із горючими і токсичними продуктами скидання парів і газів від запобіжних клапанів здійснюється через відвідну лінію в атмосферу, на факел або в газгольдер.
На апаратах та ємностях із скрапленими газами встановлюються по два запобіжних клапани – кожний на повну пропускну здатність.
Ерозія матеріалу апаратів і трубопроводів
Ерозія – механічний знос матеріалу рухомим середовищем. Відбувається при обтіканні конструкцій потоком твердих, рідких чи газоподібних часток або при електричних розрядах. Внаслідок ударів об поверхню конструкції частинки потоку руйнують поверхневий шар, що призводить до зменшення товщини стінки, утворення борозенок, раковин. В результаті ерозії зменшується товщина стінок апаратів (трубопроводів) і в них виникають небезпечні напруження в них навіть при нормальному перебігу технологічного процесу.
Ерозія буває: газова; абразивна; кавітаційна; електрична; ультразвукова.
При газовій ерозії метал руйнується під дією струменя газу, що швидко рухається або вдаряється об перешкоду; абразивна ерозія відбувається під впливом струменя газу або рідини з завислими твердими частинками, що знаходяться у ній; кавітаційна – відбувається внаслідок дії парогазових бульбашок у струмені рідини, що потрапили в область підвищеного тиску;
електрична – під впливом електричних іскор; ультразвукова – під впливом звукових коливань завислих твердих частинок у рідині.
Шкідлива дія процесів ерозії спостерігається в апаратах і трубопроводах установок каталітичного крекінгу нафтопродуктів, в установках дегідрування бутану, бутилену, ізопрену та інших установках хімічної, нафтохімічної і газової промисловості.
Заходи для зменшення шкідливого впливу ерозії :
застосування стійкого до цього виду ерозії матеріалу (молібден і ін.);
застосування відбивачів та розсікачів струменів;
очищення речовин (газів, рідин) від твердих домішок;
виключення явища кавітації;
захист внутрішньої поверхні апаратів футеруванням;
зниження шорсткості поверхні обладнання;
періодичний контроль за станом (товщиною) стінок апаратів;
зниження турбулентності потоку, влаштування плавних переходів, поворотів трубопроводів.
4.2. Температурний вплив на матеріал апаратів
При експлуатації виробничого обладнання, нещільності та пошкодження можуть виникати в результаті утворення непередбачених розрахунком температурних напружень в матеріалі стінок апаратів та трубопроводів, а також в результаті зміни механічних властивостей металів під дією як високих, так і низьких температур.
Небезпека руйнування апаратів та їх вузлів виникає, якщо не виконується умова:
σσ ,
де σ– фактичне напруження, що виникає в обладнанні, Па;
σ – розрахункове допустиме напруження, Па.Допустиме напруження для матеріалу обладнання залежить від механічних властивостей цього матеріалу, робочої температури, характеру навантаження та умов роботи апарата або трубопроводу.
Розрахункове допустиме напруження для апаратів із горючими рідинами, парами і газами визначають за формулою:
σ ησпр ,де η– поправковий коефіцієнт, який залежить від н і tссп речовин, що використовуються;
σпр– нормативне допустиме напруження, Па.
Температурні напруження
Температурні напруження в матеріалі, з якого виготовлені технологічні апарати і трубопроводи, виникають тоді, коли існують перешкоди лінійній зміні окремих елементів (вузлів) або конструкції в цілому у таких випадках:
– при різких змінах робочої температури апарата або зовнішнього середовища. В процесі експлуатації температура в трубопроводах змінюється зі зміною температури навколишнього середовища і продуктів, що перекачуються. Висока теплопровідність матеріалу труб може призвести до руйнування трубопроводу, арматури опори і завдати пошкодження обладнанню і резервуарам;
– за наявності в апараті елементів, які перебувають під дією різних температур. Місцеве і нерівномірне нагрівання конструктивних елементів технологічних апаратів спостерігається в процесі пожежі, коли на окремі частини апарата впливає полум'я або розжарені продукти горіння, або вони піддаються впливу променистої енергії;
– в товстостінних конструкціях (особливо за наявності в апаратах біметалічних конструкцій або конструктивних елементів);
– під впливом нерівномірної дії температури на жорстко закріплених конструкціях та вузлах апаратів. Величину температурних напружень
σt, що виникають від нагрівання в жорстко закріплених ділянках трубопроводів або вузлах апарата, визначають за формулою: α ΔT E
σt ,
де Е – модуль пружності матеріалу, Па; T – зміна температури, К; – коефіцієнт лінійного розширення матеріалу конструкції, K1.
Загальне внутрішнє напруження, що виникає в матеріалі від дії корисного навантаження і від температурних впливів, може перевищити межі текучості, міцності і зумовити розрив стінок апаратів трубопроводів.
Заходи із запобігання руйнуванню апаратів та трубопроводів від температурних напружень:
встановлення температурних компенсаторів на апаратах та трубопроводах;
застосування рухомих опор при кріпленні трубопроводів для суміщення кріплення труб з можливістю їх деякого переміщення в поздовжньому напрямку;
теплоізоляція зовнішньої поверхні апаратів;
застосування автоматичних регуляторів температури для підтримання температурного режиму в товстостінних апаратах;
захист апаратів та трубопроводів від місцевого нагрівання;
застосування автоматичного регулювання подачі речовин, які вступають в екзотермічні реакції;
плавне нагрівання і охолодження апаратів при їх пуску та зупинці;
захист нагрітих до високих температур апаратів від різкого охолодження;
контроль температури стінок апаратів;
охолодження внутрішніх стінок апаратів.
Зміна механічних властивостей металу під дією високих температур При високих робочих температурах під час технологічного процесу відбувається значне погіршення основних показників, що характеризують механічні властивості металів і сплавів. Істотних змін зазнають вуглецеві сталі.
Тривалий вплив високих температур на матеріал, з якого виготовлені технологічні апарати, призводить до появи повільних пластичних деформацій в
апаратах навіть у тих випадках, коли напруження від робочих навантажень не перевищує межі текучості. Таке явище називається текучістю (крипп).
Умови для перегріву металу створюються при обкоксуванні і забрудненні теплообмінної поверхні апаратів. Подібні явища називають прогаром стінки. Так, у парових казанах перегрів ділянок може виникати в результаті відкладення на трубах накипу, у печах для нагрівання органічних рідин і газів – продуктів термічного розкладу (коксу); у селітрових ваннах загартування – шламу.
Заходи для запобігання руйнуванню апаратів та трубопроводів від дії високих температур:
влаштування екранів та стаціонарних систем охолодження;
дотримання відповідних відстаней між апаратами;
застосування спеціальних сталей, що зменшують явище
“повзучості”;
очищення внутрішніх поверхонь від коксу й інших відкладень;
футерування внутрішньої поверхні апаратів;
захист апаратів та трубопроводів теплоізоляцією.
Зміна механічних властивостей металу під дією низьких температур Пошкодження технологічного обладнання може наступити в результаті впливу не тільки високих, але і низьких температур. В таких умовах апарати і трубопроводи є особливо чутливими до різного роду динамічних впливів (ударів, вібрації тощо).
При низьких температурах працюють холодильні установки, установки газофракціонування (при температурі –30оС і нижчій), установки для виробництва рідкого повітря, кисню й азоту (при температурі –180оС і нижчій).
У таких умовах експлуатації обладнання виникає небезпечне явище холодноламкості сталі, пов'язане із зменшенням ударної в’язкості. Для звичайних маловуглецевих конструкційних сталей ударна в’язкість різко зменшується при низьких температурах. Втрата ударної в’язкості матеріалу може призвести до утворення тріщин і повного руйнування апаратів і трубопроводів.
Запобігти руйнуванню апаратів та трубопроводів від дії низьких температур можна:
застосуванням сталі з підвищеною ударною в’язкістю (вуглецеві сталі підвищеної якості, низьколеговані);
захистом теплоізоляційним прошарком;
обладнанням внутрішніми змійовиками з циркулюючим гасом при температурі стінок апаратів нижчій за –50 оС.
4.3. Корозія матеріалу апаратів
У технологічних процесах виробництва кислот, зокрема азотної, сірчаної, соляної, оцтового альдегіду чи при їх використанні; при переробці і зберіганні сірчистих нафт; в процесах електролізу; у соляних термічних ваннах;
під час обробки рідини і газів, до складу яких входять кислоти, луги, хлориди, сульфати; в підземних, підводних апаратах; на поверхнях, що контактують з полум’ям, відбувається корозія виробничої апаратури, трубопроводів і прокладкових матеріалів.
Корозія – зменшення товщини стінок апаратів в результаті хімічної взаємодії матеріалу апаратів з речовинами, які в них поміщені, або з зовнішнім середовищем. Речовини, що перебувають в апаратах, хімічні домішки, що містяться в них, каталізатори, ініціатори, інгібітори, а також середовище, яке оточує апарати, можуть вступати у взаємодію з матеріалом корпусу, викликаючи його руйнування.
Руйнуючій дії корозії піддаються найбільш слабкі місця – шви, рознімні з'єднання, прокладки, місця вигинів і поворотів труб.
Розрізняють два основні види корозії:
хімічна – прямий хімічний вплив на метал;
електрохімічна – вплив на метал електрохімічних реакцій.
Існує біохімічна корозія – вплив на метал мікроорганізмів, однак у чистому вигляді зустрічається рідко.
За зовнішнім виглядом корозія буває: рівномірною, плямами, виразками, поверхневою, міжкристалітною, внутрішньокристалітною (рис. 4.6).