Анализ причин повреждения аппаратов, разработка необходимых средств защиты

 

Аппараты и трубопроводы могут повреждаться от образования повы-шенных против норм давлений; появления динамических воздействий; об-разования высоких температурных напряжений в материале стенок или от изменения прочностных свойств материала в результате воздействия высоких и низких температур; коррозии материала стенок или эрозии (ме-ханического истирания стенок).

 

Эту общую схему анализа причин повреждений слушатель должен применить к конкретным аппаратам своего варианта курсового проекта, причем можно идти двумя путями: либо все выявленные причины повреж-дений аппаратов рассматривать для каждого аппарата своего варианта за-дания, либо каждую причину повреждений рассматривать для всех аппара-тов, а затем переходить к следующей причине.

 

Независимо от избранного пути должны предлагаться соответствую-щие меры защиты от выявленных повреждений. В качестве примера рас-

смотрим схему, когда названные причины повреждений рассматриваются применительно ко всем аппаратам варианта курсового проекта.

 

Образование повышенного давления в аппаратах. При исследова-

 

нии возможности образования повышенного давления в аппаратах следует: 1. Установить, есть ли причины, приводящие к нарушению матери-ального баланса (увеличение производительности насоса, неисправность редуктора, увеличение интенсивности закачки, образование пробок в рас-ходной линии, увеличение сопротивления дыхательной линии, уменьше-ние расхода продукта потребителем при неизменном его поступлении, пе-рекрытие расходных линий задвижками, переполнение емкостей при от-сутствии переливных линий или автоматики и т. п.). Если какие-либо из этих причин могут иметь место, их надо указать в работе и пояснить,

 

почему именно эти причины характерны для данного случая. Приращение давления в аппарате при наличии в нем отложений или

 

пробок определяется по формуле:

 

	∆ р = (λ l / d)ρ u ^2/2,	(11)
где	λ – коэффициент трения при движении продукта по трубе;	d –диа-
метр	трубы; ρ– плотность вещества; u – скорость потока; l – длина тру-

бопровода.

 

2. Установить, могут ли быть явления, вызывающие повышение тем-пературного режима работы аппарата (повышение температуры посту-пающего в аппарат вещества, повышение температуры подогрева аппарата, ухудшение процесса охлаждения аппарата, увеличение скорости экзотер-мических реакций и т.п.). Если какие-либо из этих явлений реально могут, иметь место, их следует указать. При этом можно показать расчетом, на какую величину может повыситься давление в полностью заполненных аппаратах с жидкостями или сжиженными газами при повышении темпе-ратуры на определенную величину:

∆ р = ^β−^3^α ⋅∆ t,	(12)
β
сж

где β – коэффициент объемного расширения жидкости, К^-1; β_сж – коэффи-циент объемного сжатия жидкости, Па^-1; α – коэффициент линейного

 

расширения материала стенок аппарата, К^-1; t – изменение температуры в аппарате, ^оС.

 

Общее давление в аппарате будет:

 

р общ= р раб+∆ р,

(13)

где р _раб − рабочее (начальное) давление жидкости в аппарате, МПа; ∆ р − приращение давления, МПа.

 

Установить, может ли быть явление, приводящее к нарушению нор-мального процесса конденсации паров (уменьшение или прекращение по-дачи охлаждающей среды, загрязнение теплообменной поверхности). Если это явление может иметь место, рассмотреть его и определить величину приращения давления по формуле:

 

∆ р = р	⋅		α G п	τ	,	(14)
100 V св ρt

 

где ∆ р – приращение давления в системе, Па: α − степень полноты кон-

 

денсации паров, %; G _п − производительность по пару, кг/с; τ − продолжи-тельность нарушения процесса конденсации паров, с; р ₀ – давление ок-ружающей среды, Па; V _св – свободный объем аппарата или системы,

 

м³; ρ_t – плотность паров жидкости при температуре и давлении в аппа-рате, кг/м³.

3. Установить, могут ли быть причины, приводящие к попаданию

в высоконагретые аппараты легкокипящих жидкостей. Если это возможно, объяснить и подтвердить расчетом, к каким последствиям это может при-вести. Приращение давления при попадании в высоконагретые аппараты легкокипящих жидкостей определяется по формуле:

∆ р =0,082⋅ р	⋅ m ^⋅^( t p^+273^) ,	(15)
	M ⋅ V св

 

где m – масса низкокипящей жидкости, попавшей и испарившейся в аппа-рате, кг; t _р – рабочая температура в высоконагретом аппарате, ^оС; М – мо-лекулярная масса жидкости, попавшей в аппарат, кг/кмоль.

 

Если доказали, что возможно образование повышенного давления в аппарате, то следует проверить, защищен ли он предохранительным клапаном. Если клапана нет, определить необходимую площадь его сече-ния по формуле:

	7,141⋅	^−^4⋅ G
F =			max			,	(16)
ϕ⋅ B ⋅	(р	− р) ⋅ρ
	t
			ср	вх

где F – необходимая площадь проходного сечения пружинного предохра-нительного клапана, м²; G _max – максимальная производительность клапана по парогазовой среде, кг/с; φ – коэффициент расхода среды через клапан; р _ср–избыточное давление срабатывания клапана; р _вх–избыточное давле-ние за предохранительным клапаном; ρ_t – плотность среды.

 

Или определить максимальную производительность пружинного пре-дохранительного клапана по парогазовой среде по формуле:

 

 

G max=1,41α F к B	(p ср − p вх) ρt	,	(16а)

где α – коэффициент расхода; F _к − фактическая площадь проходного се-чения клапана:

 

F _к= 0,785 d _c²,м²

 

где d _c − диаметр сопла предохранительного клапана, м; В – коэффициент, принимаемый по таблице п.6 приложения 2; для жидкостей (если через клапан выходит жидкость) он принимается равным единице.

 

Образование динамических воздействий в аппаратах. При иссле-

 

довании возможности образования динамических воздействий в аппаратах необходимо выяснить:

 

могут ли быть опасные вибрации; могут ли быть гидравлические удары и по каким причинам. Приращение давления в трубопроводе при полном гидравлическом ударе определяется по формуле Н. Е. Жуковского:

 

∆ р = с ⋅∆ω⋅ρt

(17)

 

где c – скорость распространения ударной волны,

 

с =	Е ж ⋅				,	(18)
	ρt	1+	Е ж^⋅ d
			E ⋅ s

где d – внутренний диаметр трубопровода; s – толщина стенки трубопро-вода; Е – модуль упругости материала трубопровода; Е _ж – модуль упруго-сти жидкости (величина, обратная коэффициенту объемного сжатия

жидкостей β_сж).

 

Скорость распространения ударной волны может быть также опреде-лена (по выбору слушателя) по формуле:

 

с =

⋅

,

(19)

⋅β

ρ

1+

d

t

сж

E ⋅ s ⋅β

cж

где β_сж – коэффициент объемного сжатия жидкости плотность жидкости; ∆ω − уменьшение скорости движения жидкости в трубопроводе, м/с,

 

Δω = ω_нач – ω_кон,

 

где ω_нач и ω_кон – начальная и конечная скорости движения продукта в тру-бопроводе, м/с; (часто ω_кон = 0).

 

Образование температурных напряжений или уменьшение проч-ностных свойств материала стенок аппаратов. При исследовании воз-

 

можности образования температурных напряжений или уменьшения проч-ностных свойств материала стенок аппаратов следует установить:

 

− есть ли в аппаратах жестко соединенные конструкции (например, кожухотрубчатые теплообменники длиной более 2 м, жестко закреплен-ные, трубопроводы и т.п.);

 

− есть ли толстостенные аппараты;

 

− могут ли на материал стенок аппаратов (в данном случае) действо-вать высокие температуры (например, температуры пламени печей). Если

такая угроза имеется, определить расчетом температуру стенки аппарата в месте возможного прогара):

 

− представляет ли опасность действие низких температур (минус 30 ^оС и ниже) на аппараты, размещенные на открытых площадках. Если аппараты выполнены из материала Ст. 3 кипящих мартеновских плавок и не имеют теплоизоляции, предложить соответствующую защиту.

 

При исследовании причин, приводящих к химическому износу материала (коррозии),следует установить:

− обладает ли коррозионными свойствами продукт, находящийся

 

в аппарате;

 

− имеет ли продукт в своем составе коррозионные примеси: серни-стые соединения, хлористые соли, кислоты и др.;

− может ли продукт, взаимодействуя с водой, разлагаться с образова-нием слабых кислот.

По всем выявленным характерным причинам повреждений следует проверить наличие средств защиты и при необходимости предложить до-полнительные.