ПРИЧИНЫ ПОВРЕЖДЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

1. Повышенные давления, приводящие к повреждению аппаратов и трубопроводов, образуются при увеличении сопротивления в линиях (за насосами или компрессорами). Величину давления в линиях (для преодоления сопротивления и создания необходимой скорости движения продукта) определяется по формуле:

, (37)

а общее давление – из выражения

Р_к=Р_н+DР, (38)

где DР – потери давления при увеличении сопротивления линий, Па;

Р_к – конечное давление в системе при увеличении сопротивления линий, Па;

l - коэффициент сопротивления трения, определяемый в зависимости от режима движения продукта по следующим формулам:

при (ламинарный режим)

, (39)

при (переходный режим)

; (39а)

при 15×10³ <R_e<80×10³ (турбулентный режим в гидравлических трубах)

; (39б)

при (турбулентный режим – автомодельная зона)

. (39в)

Здесь d – внутренний диаметр трубопровода, м;

D - абсолютная шероховатость стенок труб, м;

R_e – число Рейнольдса ;

w - скорость движения продукта в трубопроводе, м/с;

n - коэффициент кинематической вязкости жидкости при рабочей температуре, м²/с;

l_экв – эквивалентная длина трубопровода с учётом наличия местных сопротивлений, м;

r_t – плотность продуктов при рабочей температуре, кг/м³.

В расчётах принимают следующие значения величин D (м):

· для новых стальных цельнотянутых, а также оцинкованных труб
D=(0,1-0,2)·10^-3;

· для новых чугунных труб D=0,3·10^-3;

· для цельнотянутых стальных труб с незначительной коррозией
D=(0,2-0,3)·10^-3;

· для цельнотянутых стальных труб, подвергшихся значительной коррозии, D=0,5·10^-3 и выше;

· для старых чугунных труб D=0,85·10^-3 и выше.

2. Давление в герметичных аппаратах с газами или перегретыми парами при повышении температуры определяют по формуле:

, (40)

где Р_н – начальное давление в аппарате, Па;

Т_н, Т_к – соответственно начальная и конечная температура газа, К;

Z – коэффициент сжимаемости газа (зависимость коэффициента сжимаемости газа от температуры и давления приведена на рис. 1 приложения).

3. Конечное давление в аппаратах с насыщенными парами жидкостей и наличием жидкой фазы (при повышении температуры) определяют по формуле

Р_к = Р_s = f(T_к), (41)

4. Приращение давления в герметичном аппарате или участке трубопровода, полностью заполненном жидкостью (при повышении температуры), определяют по формуле

, (42)

где DР – приращение давления в аппарате, Па;

b - коэффициент объёмного расширения жидкости, К^-1 (см. табл. 13 приложения);

b_сж – коэффициент объёмного сжатия жидкости, м²/Н (Па^-1) (см. табл. 14 приложения);

a - коэффициент линейного расширения материала стенок аппарата, К^-1 (см. табл. 15 приложения);

DТ=Т_к-Т_н – изменение температуры в аппарате, К.

При проведении технических расчётов можно пользоваться упрощённой формулой (погрешность расчёта по сравнению с предыдущей формулой (42) не превышает 5-7%);

, (42а)

Допустимая степень заполнения емкостных аппаратов с жидкостью рассчитывают по формуле

, (43)

где e - степень заполнения аппарата;

DТ_макс = Т_макс – Т_мин – предельный ожидаемый перепад температур, который может наблюдаться при эксплуатации аппарата, К.

5. Приращение давления в аппаратах при нарушении нормального процесса конденсации паров оценивают по формуле

, (44)

где DР – приращение давления в системе, Па;

а – степень неполноты конденсации паров, %;

G_п – производительность аппарата по пару, кг/с;

t - продолжительность нарушения процесса конденсации паров, с;

Р₀ = 1·10⁵ Па – давление окружающей среды;

V_св – свободный объём системы, м³;

r_t – плотность паров жидкости при температуре и давлении в аппарате, кг/м³.

6. Приращение давления в высокотемпературных аппаратах при попадании в них и быстром вскипании низкокипящих жидкостей определяют по формуле

, (45)

где m – количество низкокипящей жидкости, попавшей к испарившейся в аппарате жидкости, кг;

Т_р – рабочая температура в аппарате, К;

М – молекулярная масса жидкости, попавшей в аппарат, кг/кмоль.

7. Приращение давления в трубопроводе при гидравлическом ударе определяют по формуле Н.Е.Жуковского

DР = С·Dw·r_t, (46)

где С – скорость распространения ударной волны, м/с.

Величину С рассчитывают по формуле

, (47)

где Е_ж – модуль упругости жидкости, Па (модуль упругости воды Е_ж=2,06·10⁹ Па);

r_t – плотность жидкости при рабочей температуре, кг/м³;

d – внутренний диаметр трубы, м;

Е – модуль упругости материала трубы, Па;

S – толщина стенки трубы, м;

Dw - уменьшение скорости движения жидкости в трубопроводе, м/с.

8. Пропускная способность предохранительного клапана определяется по формуле

, (48)

где G_к – максимальная пропускная способность предохранительного клапана, кг/с;

j - коэффициент расхода среды через клапан (величина j составляет в среднем 0,06-0,17 и приводится в паспорте клапана);

F – площадь проходного сечения клапана, м²;

В – коэффициент расширения паров или газов при их истечении через отверстия (см. табл 3 приложения), для жидкостей В=1;

Р_ср.и– избыточное давление срабатывания предохранительного клапана, Па (Р_ср.и=Р_ср-1·10⁵ Па);

Р_с.и– избыточное давление среды, в которую производится сбрасывание паров или газов, Па; при сбросе паров или газов в атмосферу непосредственно с клапана Р_с.и=0 (Р_с.и= Р_ср-1·10⁵ Па);

r_t – плотность среды в аппарате при срабатывании предохранительного клапана и рабочей температуре, кг/м³.

Давление срабатывания предохранительного клапана зависит от рабочего давления в аппарате и определяется следующим образом:

Таблица 28

Здесь Р_р.и – избыточное давление среды в аппарате, Мпа
(Р_р.и=Р_р-0,1 Мпа).

В случае отвода сбрасываемых паров или газов из защищаемого аппарата по трубопроводу в газгольдер (на свечу или факел) пропускная способность предохранительного клапана рассчитывается с учётом гидравлического сопротивления отводящего трубопровода

, (49)

где DР – падение давления в отводном трубопроводе, Па;

Р_к – давление на выходном патрубке клапана, Па; определяется по формуле

, (50)

r_от – плотность среды (кг/м³) на выходе из отводящего трубопровода;

F_от – площадь сечения отводного трубопровода, м²;

l_вх – скоростной коэффициент на входе газа или пара в отводящий трубопровод (на выходе из клапана); l_вх определяется графически или из выражения

, (51)

где ;

w_кр – критическая скорость истечения газов или паров из отводящего трубопровода, м/с; определяется по формуле (30), где за Т_р принимается температура газов или паров на входе из отводящего трубопровода; при сбросе в атмосферу Т_р равна температуре окружающей среды;

z_сист. – коэффициент сопротивления системы, определяется по формуле (81).

Если в результате расчётов окажется, что Р_к отличается более чем на 5 % от Р_с, принятого ранее при расчёте пропускной способности клапана по формуле (48), то G_к следует пересчитать. При этом в формулу (48) вместо Р_с.и необходимо подставить значение Р_к.и=Р_к-1·10⁵ Па.

9. Допускаемые напряжения для материала оборудования зависят от механических свойств этого материала, рабочей температуры, характера нагрузки и условий работы аппарата или трубопровода.

Если расчётная температура не превышает для углеродистых и низколегированных сталей 380°С, а для высоколегированных сталей 525°С, то за нормативное допускаемое напряжение принимают наименьшее из следующих значений:

; , (52)

где s_доп – нормативное допускаемое напряжение, Па;

s_в, s_т – соответственно пределы прочности и текучести материала, Па;

n_в, n_т – соответственно запасы прочности по пределу прочности и пределу текучести; обычно при расчёте химического оборудования принимают n_в=4,25 и n_т=1,2…1,9.

При более высоких температурах за нормативные допускаемые напряжения принимают

; , (53)

где s_т^t, s_п^t – соответственно пределы текучести и ползучести при рабочих температурах, Па;

n_п – запас прочности по пределу ползучести, n_п=1,15.

Расчётные допускаемые напряжения для аппаратов с горючими жидкостями, парами и газами определяют по формуле

, (54)

где h - поправочный коэффициент, определяемый из следующих условий:

Таблица 29

10. Величину температурных перенапряжений, возникающих от нагревания в жёстко закреплённых участках трубопроводов или узлах аппарата, определяют по формуле:

, (55)

где DТ – изменение температуры, К;

Е – модуль упругости материала, Па;

a - коэффициент линейного расширения материала конструкции.

11. Температурные перенапряжения в теплообменных аппаратах с жёстким соединением корпуса и трубок определяют по формулам

, (56)

, (56а)

где индексы К и Т относятся к соответствующим показателям корпуса и труб;

s_макс – максимальные напряжения в материале, Па;

F – площадь поперечного сечения, м²; F_к=p·D_к·S_к, здесь D_к и S_к – соответственно средний диаметр и толщина стенки кожуха теплообменника;

, (57)

здесь d_н d_в соответственно наружный и внутренний диаметры труб, м;

Z – число труб в пучке.

f_t – сила, возникающая между жёстко соединённым корпусом и трубами теплообменника (за счёт температурных напряжений), Н;

, (58)

где t_т, t_к расчётные температуры труб и корпуса теплообменника, °С;

f - сила, вызванная давлением среды в трубном и межтрубном пространстве, Н;

, (59)

где D_в – внутренний диаметр корпуса теплообменника, м;

Р_м, Р_Т – соответственно давление в межтрубном и трубном пространствах, Па.

Опасность разрушения теплообменников возникает, если s_макс^к или s_макс^т будут больше [s].

12. Температурные напряжения в стенках толстостенных аппаратов (у которых b=D_н/D_в>1,5) можно рассчитать по формулам (при перепаде температур по толщине стенки более 10°С):

а) на внутренней поверхности

, (60)

б) на наружной поверхности

, (60а)

где индексы «в» и «н» указывают на отношение к внутренней или наружной поверхностям;

m - коэффициент Пуассона (для сталей m=0,25…0,33; для меди m=0,31…0,34; для чугуна m=0,23…0,27; для алюминия m=0,32…0,36).

Полученный при вычислении по этим формулам знак указывает на характер напряжения: знак плюс соответствует растяжению, знак минус – сжатию.

При s_t^в>[s] или s_t^н>[s] возникает опасность повреждения аппарата.

13. При проверке оборудования на прочность напряжения в стенках аппаратов, работающих под давлением, рассчитывают по различным формулам (в зависимости от значения величины b):

а) при b= D_н/D_в£1,5

, (61)

б) при b>1,5

, (61а)

где s - напряжения в стенках аппаратов, работающих под давлением, Па;

р – давление среды в аппарате, Па;

j - коэффициент прочности шва; для цельнокованых, литых и витых сосудов j=1;

С – прибавка на коррозию, м.

Поиск по сайту: