Основная номенклатура аппаратов

При строительстве новых и реконструкции действующих заводов и установок, номенклатура химического аппарато-строения определяется в основном потребностями химической, нефтяной, нефтехимической, микробиологической и газовой отраслей народного хозяйства, а также производством минеральных удобрений.

Классификация, химической аппаратуры по назначению крайне условна, так как в различных установках аппараты одной конструкции могут предназначаться для различных техноло-гических целей. Поэтому в основу классификации положены важнейшие физико-химические процессы, происходящие в аппа-рате. С этой точки зрения приняты следующие, номенклатурные группы аппаратуры:

1 - теплообменные аппараты, в которых тепловой поток про-ходит через стенку, разделяющую среды: пластинчатые; кожухо-трубчатые теплообменники, теплообменники типа «труба в трубе», конденсаторы и испарители, аппараты воздушного охлаждения, погружные и оросительные холодильники, конденсаторы, подогреватели и т. д.;

2 - массообменные аппараты, в которых передача тепла и массы производится при непосредственном контакте сред. Нередко, одновременно с тепло-массопередачей, в таких аппаратах происходят и химические реакции. К этой группе аппаратуры относятся колонны ректификационные, экстракционные, абсорберы, адсорберы и десорберы, колонны синтеза, выпарные башни и т. д.;

3 - аппараты-реакторы, в которых происходят основные химические превращения продуктов. Большей частью реакция в этих аппаратах происходит в присутствии катализатора при высоких температуре и давлении. В состав этой группы входят реакторы, регенераторы, реакционные камеры и т.д.;

4 - нагревательные аппараты огневого действия: газовые топки, огневые подогреватели, трубчатые печи, элементы котлов-утилизаторов и т.д;

5 - аппараты, предназначенные для разделения сред и очистки продуктов от примесей: пылеуловители, циклоны, гидроцик-лоны, сепараторы, фильтры, центрифуги, отстойники и т.д.;

6 - мешалки - аппараты, предназначенные для смешения сред;

7 - сосуды для хранения продуктов: шаровые емкости, цилиндрические емкости для хранения сжиженных газов, мерники, сборники и промежуточные емкости технологических установок.

Примеры: Реактор-мешалка-рубашка охлаждения;

Вращающаяся печь обжига извести

Проведенная стандартизация и нормализация химической аппаратуры привела к расширенному применению ее в техно-логических производствах, не связанных с химической и нефте-химической отраслями промышленности, а именно - в метал-лургических и энергетических установках, в технологических процессах стройиндустрии, пищевой промышленности, произ-водстве фосфорных и азотных удобрений.

Нередки случаи агрегатирования аппаратов, когда в состав агрегата входят различные по назначению аппараты, например в конструкции колонной аппаратуры включены кожухотрубчатые теплообменники или секции аппаратов воздушного охлаждения.

Пример: Колонна отгонки нитробензола

Абсорбер с брызголовушкой

Основной тенденцией развития химической отрасли является создание крупнотоннажных производств. В настоящее время действуют и находятся в стадии строительства такие мощные установки, как для производства аммиака (NH₃) суточной произ-водительностью 600 и 1400 т, комбинированные установки для переработки нефти с годовой мощностью по сырью 6-8 млн. т, производство серной кислоты (Н₂SO₄) годовой мощностью 450 тыс. тонн и минеральных удобрений на ее основе. Все это требует создания уникального химического оборудования, работающего при высоком давлении и больших температурах.

Пример: Абсорбер с брызголовушкой на 30000м.куб./час восходящий поток

Абсорбер моногидратник на 200000 м.куб./час. Нисходящий поток.

 

1 .4 Классификация аппаратов по конструктивно-технологическим признакам

 

Химическая аппаратура классифицируется по следующим признакам:

А - эксплуатационные параметры;

Б - толщина стенки корпуса аппарата;

В - виды материалов, применяемых для изготовления;

Г - конструктивные характеристики;

Д - габаритность.

А - Эксплуатационные параметры. К эксплуатационным параметрам относятся температура, рабочее давление и состав рабочей среды. Указанные параметры определяют основные характеристики элементов аппарата - диаметр; толщину стенки, материал. В зависимости от величин указанных параметров аппараты делятся на четыре группы.

Для установления методов изготовления и сборки аппаратов, объемов контроля сварных соединений необходимо определить группу сосуда в зависимости от расчетного давления, температуры стенки и характера среды по табл. 1.1.

 

Таблица 1.1 – Классификация аппаратов по классификационным параметрам

Группа сосудов	Расчетное давление, МПа (кгс/см^2)	Температура стенки, °С	Рабочая среда
	свыше 0,07 (0,7)	независимо	Взрывоопасная или пожароопасная, или 1-го, 2-го классов опасности по ГОСТ 12.1.007
	до 2,5 (25)	ниже -70, выше 400	Любая, за исключением указанной для 1-й группы сосудов
свыше 2,5 (25) до 4 (40)	ниже -70, выше 200
свыше 4 (40) до 5 (50)	ниже -40. выше 200
свыше 5 (50)	независимо
до 1,6 (16)	от -70 до -20 от 200 до 400
	свыше 1.6 (16) до 2.5 (25)	от -70 до 400
свыше 2,5 (25) до 4 (40)	от -70 до 200
свыше 4 (40) до 5 (50)	от -40 до 200
	до 1,6 (16)	от -20 до 200
В тех случаях, когда в табл. 1.1 отсутствуют указанные сочетания параметров по давлению и температуре, для определения группы следует руководствоваться максимальным параметром

Б - толщина стенки корпуса аппарата. По толщине стенки сосуды аппаратов делятся на тонкостенные и толстостенные.

Такое деление предопределяет выбор технологии изготовления и применяемого оборудования. Сосуды с толщиной стенки до 36 мм включительно относятся к тонкостенным, выше 36 мм к толстостенным. Величина 36 мм определена несколькими конструктивными и технологическими признаками:

1 - Все основное универсальное заготовительное оборудо-вание (ножницы, гибочные машины) рассчитаны преимущест-венно на толщину листа до 36 мм включительно. Для толщин выше 36 мм применяются специальные машины;

2 - Толстостенные сосуды или их элементы, изготовленные из углеродистых сталей, должны подвергаться термической обработке;

3 - Сварка корпусов сосудов из элементов толщиной свыше 36 мм производится преимущественно электрошлаковым методом.

В - виды материалов, применяемых для изготовления. В зависимости от эксплуатационных и конструкторских требова-ний корпуса аппаратов изготовляются из однослойного или двухслойного листового проката. Однослойные корпуса изготов-ляют из углеродистых, легированных и высоколегированных сталей. Выбор металла определяет особенность выполнения заготовительных операций, способ и вид подготовки кромок под сварку, технологию сборки и сварки, вид испытаний и транспортировку аппаратов.

Г - конструктивные характеристики. Конструктивные характеристики аппаратуры и ее элементов, повторяемость их в производстве предопределяют технологическую специализацию производств химического машиностроения и совершенст-вование уровня технологии. Технологическая классификация этой аппаратуры по общим технологическим операциям и построение технологических потоков в соответствии с указанной классификацией позволяют создать оптимальную технологию производства аппаратуры. Так, в отечественном химическом машиностроении, созданы специализированные производства пластинчатых и кожухотрубчатых теплообменников, которые организованы по признаку диаметра теплообменников; производства колонной аппаратуры, специализированные по видам тарелок, и много других производств аппаратуры, в основу которых заложены идентичные технологические процессы изготовления.

Пример: Специализация по диаметрам корпусов, крышкам

Д - габаритность. В зависимости от габаритов аппаратов технология их сборки может существенно различаться. Габа-ритные аппараты отправляются на монтажные площадки в пол-ностью собранном виде. Аппараты негабаритные поставляются на монтажные площадки в блочном исполнении максимальной заводской готовности и там их изготовление заканчивается.

При поставке аппарат должен быть укомплектован.

В комплект сосуда должны входить:

- сосуд в собранном виде или отдельно транспортируемые части с ответными фланцами, рабочими прокладками и крепежными деталями, не требующими замены при монтаже; приспособления и запасные части;

- техническая документация;

- фундаментные болты для крепления сосуда в проектном положении;

Детали и сборочные единицы, которые при отправке в сборе с сосудом могут быть повреждены, допускается снять и отправить в отдельной упаковке.

Сосуд в собранном виде необходимо поставлять с внутрен-ним защитным покрытием.

Торкретирование, футеровка штучными материалами, тепло-изоляция осуществляются на монтажной площадке. Материалы для торкретирования, футеровки, теплоизоляции, а также неметаллические (керамические и др.) элементы для защиты внутренней футеровки в поставку сосуда могут не входить.

Транспортируемые части негабаритных сосудов следует поставлять с приваренными приспособлениями для сборки монтажного соединения под сварку. Допускается приспособления срезать - после использования. Удалять их следует на расстоянии не менее 20 мм от стенок корпуса методами, не повреждающими стенки.

В поставку негабаритных сосудов, свариваемых на монтаж-ной площадке из транспортируемых частей, входят сварочные материалы и пластины металла для проведения контрольных испытаний сварных швов. Сварочные материалы и пластины должны отвечать установленным требованиям.

Сосуды в собранном виде или части негабаритных сосудов следует поставлять с приваренными деталями для крепления изоляции, футеровки, обслуживающих площадок, металокон-струкций и др., предусмотренными технической докумен-тацией. Приварные детали для крепления изоляции следует применять стандартных типов.

В поставку тяжеловесного или негабаритного сосуда входят опорные устройства (цапфы), тележки или салазки для опоры нижней части сосуда, съемные грузозахватные устройства, специальные строповые устройства и устройства для перевода сосуда из горизонтального положения в вертикальное.

В комплект сосудов с механизмами и внутренними устрой-ствами (реакторы, кристаллизаторы, емкости с погружными насосами и др.) входят электродвигатели, редукторы, насосы.

В комплект запасных частей следует включать комплект рабочих прокладок для фланцев и заглушек.

 

1.5 Общие технологические требования к конструированию и изготовлению аппаратов

 

Аппараты, работающие под давлением, изготовляются в соответствии с действующими требованиями правил безопас-ности Госгортехнадзора РФ (ПБ 03-576-03) и отраслевого стандарта ОСТ-26-291-91 «Сосуды и аппараты сварные стальные. Технические требования».

При проектировании сосудов и аппаратов следует обеспечивать технологичность конструкции, надежность работы в течение установленного срока службы, безопасность при изготовлении, монтаже, ремонте, диагностировании и эксплуатации, возможность осмотра (в том числе внутренней поверх-ности), очистки, промывки, продувки и ремонта, контроля технического состояния сосуда при диагностировании, а также контроля давления и отбора среды перед вскрытием сосуда.

При проектировании сосудов следует учитывать требования к перевозке грузов транспортными средствами.

Сосуды, которые не могут транспортироваться в собранном виде, могут проектироваться из частей, соответствующих по габариту требованиям к перевозке транспортными средствами. Деление сосуда на транспортируемые части следует указывать в технической документации.

Расчет на прочность выполняет и несет ответственность разработчик сосуда. При необходимости расчет согласовывается со специализированной экспертной организацией.

Для сосудов, транспортируемых в собранном виде, а также транспортируемых частей следует предусматривать строповые устройства для проведения погрузочно-разгрузочных работ, подъема и установки сосудов в проектное положение. В обоснованных случаях допускается использовать технологические штуцера и горловины, уступы, бурты и другие конструктивные элементы сосудов.

Конструкция, места расположения строповых устройств и конструктивных элементов для строповки, их количество, схема строповки сосудов и их транспортируемых частей указываются в технической документации.

Для опрокидываемых сосудов следует предусматривать приспособления, предотвращающие самоопрокидывание.

Для изготовления сосудов и аппаратов в зависимости от их конструкции и размеров применимы все виды промышленной сварки, кроме газовой, которая допускается только для труб условным диаметром до 80 мм с толщиной стенки не более 4 мм и в других технически обоснованных случаях, оговоренных чертежами или техническими условиями на изделие.

За базовые размеры диаметров аппаратов принимают диаметры отбортованных днищ по ГОСТ 6533-88. Для аппаратов, выполняемых с иными днищами, за базовые размеры принимают (рис.1.3):

- наружный диаметр аппаратов, изготовляемых из труб;

- внутренний диаметр всех остальных аппаратов.

Днб - труба

Пример:

 

 

Рис. 1.3. – Базовые размеры диаметров аппаратов

 

Аппараты снабжаются люками или смотровыми лючками. Сосуды должны быть снабжены необходимым количеством люков и смотровых лючков, обеспечивающих осмотр, очистку и ремонт сосудов, а также монтаж и демонтаж разборных внутренних устройств.

Сосуды с внутренним диаметром более 800 мм должны иметь люки, а с внутренним диаметром 800 мм и менее - лючки. Внутренний диаметр круглых люков должен быть не менее 400 мм. Размеры овальных люков по наименьшей и наибольшей осям в свету должны быть не менее 325x400 мм. Внутренний диаметр круглых или размер по наименьшей оси овальных лючков должен быть не менее 80 мм. Люки, лючки необходимо располагать в местах, доступных для обслуживания.

Крышки люков должны быть съемными. На сосудах, изолированных на основе вакуума, допускаются приварные крышки. Крышки массой более 20 кг должны быть снабжены подъемно-поворотными или другими устройствами для их открывания и закрывания.

Конструкция шарнирно-откидных или вставных болтов, хомутов, а также зажимных приспособлений люков, крышек и их фланцев должна предотвращать их самопроизвольный сдвиг.

При наличии на сосудах штуцеров, фланцевых разъемов, съемных днищ или крышек, внутренний диаметр которых не менее указанных выше для люков, обеспечивающих возмож-ность проведения внутреннего осмотра, допускается люки не предусматривать.

Внутренние устройства в аппаратах (змеевики, тарелки, перегородки, переливные устройства и др.), препятствующие осмотру корпуса и его ремонту, выполняются съемными.

У механически обрабатываемых деталей размеры с не указанными отклонениями выполняются по 7-му классу точности, а у деталей и узлов без механической обработки - по 9-му классу точности.

На рабочей поверхности обечаек и днищ не допускаются риски, забоины, царапины и другие дефекты, если их глубина превышает минусовые предельные отклонения, предусмотренные соответствующими стандартами или техническими условиями на материалы (рис.1.4).

Пример:

Рис.1.4. – Предельные значения дефектов поверхности

 

Габаритные размеры оборудования в сборе должны вписы-ваться в габарит подвижного состава железнодорожного транс-порта (рис. 1.5). Когда оборудование не может быть спроек-тировано габаритным, оно должно состоять из минимального числа транспортабельных поставочных блоков с возможно мень-шими степенями верхней и боковой негабаритности (табл. 1.2).

 

 

Рис. 1.5. – Зоны габаритности

Таблица 1.2 – Вес и размеры оборудования, допускаемые к

перевозке железнодорожным транспортом

Наибольший диаметр аппарата (с учетом выступающих частей), м	Вес, тс	Длина, м	Степень негабаритности	Наибольший диаметр аппарата (с учетом выступающих частей), м	Вес, тс	Длина, м	Степень негабаритности
боковой	верхней	боковой	верхней
3,2			III	II	3,8			III	II
3,4			IV	III	4,0			IV	III
3,4			III	II	4,2		9,8	IV	III
3,6		43,6	IV	III	4,45			IV	IV
3,6			III	II	5,0			-	IV

 

Лекция 2

Материалы