Общие сведения о технологическом оборудовании с пожаровзрывоопасными средами

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О 

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ 

ОБОРУДОВАНИИ 

С ПОЖАРОВЗРЫВООПАСНЫМИ 

СРЕДАМИ

1.1. КЛАССИФИКАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО  ОБОРУДОВАНИЯ

 

Например, в хи­мическом и нефтяном  машиностроении ассортимент выпускаемых  аппара­тов и машин делится  всего на 15 основных групп:

• теплообменники, выпарные аппараты, ректификационные и сорбционные колонны, сушилки, барабанные аппараты, емкостная аппаратура, центрифуги, сепараторы, насосы, компрессоры и другое оборудование.

 

 

Оборудование, кроме того, классифицируют:

• по конструкции (ёмкостное, башенное, с перемешивающими устрой­ствами,
• с рядным или V-образным расположением цилиндров и т.д.);

-по виду применяемых материалов (чугунное, стальное, эмалированное, винипластовое и др.);

-по способу изготовления (сварное, клепаное, клееное и т.д.);

-по организации подвода сырья и отвода продуктов (периодически, 
непрерывно или полунепрерывно действующее);

-по расположению относительно горизонтальной плоскости (горизонтальные, вертикальные или наклонные аппараты);

-по конструктивным особенностям внутренних устройств (лопастные, 
пропеллерные, турбинные и другие мешалки; ситчатые, провальные, кол- 
пачковые или другие тарелки барботажных абсорберов и ректификационных колонн и т.д.);

-по способу подвода и отвода тепла (рекуперативные или регенеративные теплообменники; конвективные, терморадиационные, диэлектрические или другие сушилки и т.д.);

-по форме и виду ограждающих поверхностей (цилиндрические, сферические, конические емкости или бункеры и др.);

-по количеству рабочих органов (одноцилиндровые, двухцилиндро­вые или многоцилиндровые компрессоры и насосы) и по другим призна­кам.

 

Р ис. 1.1. Сварная горизонтальная цилиндрическая ёмкость с эллиптическими днищами:

1-дниша (крышки);  2-корпус; 3-смотровой люк (лаз);  4-патрубки (штуцеры);  5-опоры (лапы). 

1.2. МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ  ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕ­СКОГО  ОБОРУДОВАНИЯ С ПОЖАРОВЗРЫВООПАСНЫМИ  СРЕДАМИ

 

• Для изготовления технологического оборудования широко применяются следующие конструкционные материалы:
• - черные металлы и сплавы (стали, чугуны);
• - цветные металлы и сплавы (медь, титан, латуни, дюралюмины и другие металлы и сплавы);
• - неметаллические материалы (пластмассы, керамика, углеграфиты, силикаты и другие материалы).

 
С точки зрения обеспечения  пожаровзрывобезопасности технологиче­ского  оборудования конструкционные материалы  должны обладать: 

 

- высокой механической прочностью при заданных рабочих давлениях и температурах, при допускаемых отклонениях от них, а также при испы­тании оборудования;

- высокой химической стойкостью в рабочих средах при заданных технологических параметрах протекающих в аппаратах процессов и до­пускаемых отклонениях от них.

Основные из них следующие:

А -азот, Б - ниобий, В - вольфрам, Г - марганец, Д - медь, Е - селен, К - ко­бальт, М - молибден, Н - никель, П - фосфор, Р - бор, С - кремний, Т -титан, Ф - ванадий, X - хром, Ц - цирконий, Ч - редкоземельный элемент, Ю - алюминий.

Кроме этого, введены обозначения  групп сталей обыкновенного каче­ства (буквы Б или В стоят в начале марки стали), а также качества и назна­чения стали (буквы стоят в конце марки стали): А- высококачественная, К - котельная {для котлостроения), Л - литьевая (для отливок), Ш - особо высококачественная.

1.2.1. Стали конструкционные обыкновенного  качества

 

• А - поставляемые по механическим свойствам;
• Б - поставляемые по химическому составу;
• В - поставляемые по механическим свойствам и химическому составу.
• В обозначениях марок этих сталей буквы «Ст» означают «сталь», цифры от 0 до 6 - условный номер марки. В обозначениях сталей группы А букву «А» не указывают. В зависимости от степени раскисления стали изготовляют кипящими (кп), полуспокойными (пс) и спокойными (сп). Каждая группа сталей выпускается 2-6 категорий. Цифру, указывающую категорию, добавляют в конце обозначения марки стали (первую катего­рию в обозначении марки стали не указывают).

Примеры обозначения марок сталей  обыкновенного качества:

 

СтО - сталь первой категории марки 0 группы А (степень раскисления не указана);

СтЗ-2 - сталь второй категории марки 3 группы А (степень раскисле­ния не указана);

ВСт1сп5 - спокойная сталь пятой категории марки 1 группы В;

БСтЗГпс2 - полуспокойная сталь второй категории марки 3 группы Б с повышенным содержанием марганца (буква «Г» в обозначении марки стали).

Примеры обозначения марок качественных  углеродистых конструк­ционных  сталей:

 

05кп - кипящая сталь, содержащая до 0,05 % углерода;

30 - сталь, содержащая 0,3 % углерода;

15Л - отливки из стали, содержащей 0,15 % углерода;

18К - сталь для котлостроения, содержащая 0,18 % углерода;

20Г - сталь, содержащая 0,2 % углерода и около 1 % марганца.

1.2.3. Стали конструкционные низколегированные

 

• Примеры обозначения марок низколегированных сталей:
• 18Г2 - марганцевая сталь, содержащая 0,18 % углерода и около 2 % марганца;
• 15ГФ - марганцевованадиевая сталь, содержащая 0,15 % углерода, около 1 % марганца и 1 % ванадия;
• 14ХГС - хромомарганцевокремниевая сталь, содержащая 0,14 % уг­лерода, около 1 % хрома, 1 % марганца и 1 % кремния.

1.2.4. Стали конструкционные легированные

 

• Стали этой группы содержат от 2,5 до 10 % легирующих элементов.
• Примеры обозначения марок легированных (среднелегированных) конструкционных сталей:
• 15X5 - хромистая сталь, содержащая 0,15 % углерода и 5 % хрома;
• 30ХГСН2А - высококачественная хромом ар ганце во крем неникелевая сталь, содержащая до 0,3 % углерода, около 1 % хрома, 1 % марганца и 1 % кремния, около 2 % никеля;
• 38ХМЮШ - особо высококачественная хромомолибденоалюминиевая сталь, содержащая 0,38 % углерода, около 1 % хрома, 1 % алюминия и 1 % молибдена.

1.2.5. Стали конструкционные высоколегированные

 

• I - коррозионно-стойкие (нержавеющие), обладающие стойкостью против электрохимической и химической коррозии;
• II - жаростойкие (о кали нестойкие), обладающие химической стойкостью в газовых средах при повышенных температурах и работающие без 
  нагрузок;
• III - жаропрочные, работающие под нагрузками при высоких температурах.

Примеры обозначения марок высоколегированных  конструкционных сталей и сплавов  разного класса:

12Х18Н10ТЛ - литьевая хромоникелевая сталь, содержащая около 0,12 % углерода, 18 % хрома, 10 % никеля, 1 % титана (коррозионно-стой­кая сталь);

00Х18Н12Б - хромоникелениобиевая сталь, содержащая около 0,1 % углерода, 18 % хрома, 12 % никеля и 1 % ниобия (коррозионно-стойкая сталь);

10Х17Н13МЗТ - хромоникелемолибденотитановая сталь, содержащая до 0,1 % углерода, около 17 % хрома, 13 % никеля, 3 % меди и 1 % титана (жаростойкая сталь);

45Х25Н20С2Л - литьевая хромоникелекремниевая стать, содержащая около 0,45 % углерода, 25 % хрома, 20 % никеля, 2 % кремния (жаропроч­ная сталь).

1.2.6. Конструкционные чугуны  и цветные металлы

 

• серый чугун (буквы «СЧ» в обозначении марки): СЧ 00, СЧ 12-28, 
  СЧ 36-56 и другие (первые две цифры показывают среднюю величину пре­ 
  дела прочности при растяжении в кгс/мм", вторые - предел прочности при 
  испытании на изгиб в кгс/мм*);
• жаростойкий чугун (буквы «ЖЧ» в обозначении марки): ЖЧХ15, 
  ЖЧХЗО и др. (содержание хрома соответственно 15 и 30 %, содержание 
  кремния 1-2 %);
• высокохромистые жаростойкие чугуны: 75Х28Л, 135Х34Л и другие;
• ковкий   чугун (буквы «КЧ»   в   обозначении   марки):   КЧ   30-6, 
  КЧ 35-10, КЧ 63-2 и другие (первые две цифры соответствуют пределу 
  прочности при растяжении в кгс/мм2, вторые - относительное удлинение в 
  процентах);
• ферросилиды (буква «С» в обозначении марки): С15, С17, содержа­ 
  щие соответственно 15 и 17 % кремния;
• жаростойкий чугун с высоким содержанием никеля: ЧН15Д7Х2 и 
  другие чугуны.

Примеры обозначения некоторых  марок цветных металлов и их  сплавов:

-алюминий АД00, АДО, АД1, АД;

-сплавы алюминия с марганцем (магналии): АМц (около 1,5 % мар­ 
ганца), АМг (около 7 % марганца) и другие;

-дюралюмины (сплавы алюминия с медью и другими элементами): 
Д1, Д1 AM, Д16, АД1, В95 и другие;

-медь МОО, М1р, МЗ и т. д.;

-латуни (сплавы меди с цинком): Л63, Л59-1, ЛЖмц59-1-1 и другие;

-бронзы (сплавы меди с другими металлами, кроме цинка): 
БрАМц9-2, БрАЖН10-4-4 и другие;

-никель НП1, НП2 и т. д.;

-никелевые сплавы ХН65МВ, Н70МФ («хастеллой») и другие;

-титан ВТ1-00, ВТ1-0 и его сплавы ОТ4, ОТ4-1, ВТ5-1, ИРМ-2 и дру­гие;

-свинец С1,С2,СЗ, ССу-1 ит.д.;

-медноникелевый сплав НМЖМц28-2,5-1,5 («монель»), в котором со­ 
держится 28 % меди, 2,5 % железа, 1,5 % марганца, остальное - никель.

1.3. ПОВЕДЕНИЕ КОНСТРУКЦИОННЫХ  МАТЕРИАЛОВ 
ПРИ ПОВЫШЕННЫХ И ПОНИЖЕННЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ И ДАВЛЕНИЯХ

 

• Наиболее важными показателями, характеризующими механические свойства (прочностные характеристики) конструкционных материалов, яв­ляются:

-предел прочности, или временное  сопротивление, σв,

-предел текучести σт,

-относительное удлинение ε или сужение ε1,

-модуль упругости при растяжении Е (модульпродольной упругости),

-коэффициент Пуассона μ,

-ударная вязкость αв.

Помимо указанных механических  характеристик, для аппаратов, работающих  при повышенных температурах, необходимо  знать такие свойства, как ползучесть, длительная прочность материала, склонность к тепловой хрупкости, чувствительность к старению и прочие, а для аппаратов, работающих при пониженных температурах - склонность к хладоломкости.

Из физических характеристик  важно знать температур­ный коэффициент линейного расширения материала α и его коэффициент теплопроводности λ (особенно для теплообменной аппаратуры).

      

 

                             

 

 

                              

На рис. 1.2-1.5 обозначено:

σу - предел упругости, т.е. напряжение, превышение которого вызы­вает незначительные остаточные деформации (не более 0,03 %);

σт - предел текучести, т.е. напряжение, при котором происходит тече­ние материала (рост деформаций) при постоянной нагрузке;

σв - предел прочности, или временное сопротивление, т.е. напряже­ние, вызванное наибольшей нагрузкой, при которой начинается разрушение образца.

Величину относительного удлинения (или сжатия) определяют из выражения:

ε = ∆l /l100 % ,  (1.1)

где ∆l = |l – l_¹| - абсолютное удлинение (сжатие) образца;

l - первоначальная длина образца.

Величину нормального напряжения в соответствии с законом Гука определяют из выражений

 σ= εЕ или σ =Р/F,  (1.2)

где Е - модуль упругости (сжатия) материала, характеризующий сопротивляемость материала упругой деформации при растяжении (сжатии);

Е = tg γ    (см. рис. 1.2);

Р - сила, растягивающая или сжимающая образец;

F- поперечное сечение образца.

Под действием внешней силы Р в образце возникают не только продольные, но и поперечные деформации. Величину относительной поперечной деформации определяют из выражения:

ε_¹ = ∆b / b 100% ,   (1.3)

где ∆b = |b – b¹| - абсолютное сужение (расширение) образца;

первоначальный поперечный размер  образца;

b1- поперечный размер образца после нагружения силой Р.