/
Tags: основы химической технологии технология металлов машиностроение приборостроение
ISBN: 5-217-00087-2
Text
ББК 34.7я2
С50
УДК 66.01.0.002.5 (031)
Рецензент д-р техн, наук проф. С. А. Богатых
Смирнов Г. Г. и др.
С50 Конструирование безопасных аппаратов для химических
и нефтехимических производств/Г. Г- Смирнов, А. Р. Тол-
чинский, Т. Ф. Кондратьева; Под общ. ред. А. Р. Толчин-
ского.—Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1988.—
303 с.: ил.
ISBN 5-217-00087-2
Справочник содержит конкретные требования и рекомендации, обес-
печивающие разработку безопасных в эксплуатации химических аппаратов.
Рассмотрены вопросы обеспечения пожаро- и взрывобезопасности, защита
аппаратов от превышения давления, герметизация, требования электро-
безопасности, защитные ограждения и устройства для монтажа и ремонта,
защита от шума и вибрации, конструирование аппаратов с учетом требо-
ваний безопасности труда, организация разработки безопасного оборудо-
вания.
Справочник предназначен для инженерно-технических работников,
занимающихся созданием, монтажом, эксплуатацией и ремонтом аппара-
тов в химической и нефтехимической промышленности, а также для спе-
циалистов Госгортехнадзора.
„ 2801020000—083
С 038 (01)—88 83—88 ББК 34.7я2
ISBN 5-217-00087-2 (6) Издательство «Машиностроение», 1988
ПРЕДИСЛОВИЕ
Развитие химической и нефтехимической промышленности
требует создания новых высокоэффективных, надежных и без-
опасных в эксплуатации технологических аппаратов. Применение
веществ, обладающих взрывоопасными и вредными свойствами,
ведение технологических процессов под большим избыточным
давлением и при высокой температуре обусловливают необходи-
мость детальной проработки вопросов, связанных с выбором
средств защиты обслуживающего персонала. Существующие спе-
цифические требования безопасности труда рассредоточены по
большому количеству документов различного уровня. Это за-
трудняет принятие решений при конструировании аппаратов,
усложняет контроль технической документации, снижает творче-
скую активность разработчиков, что в конечном итоге отрица-
тельно влияет на уровень безопасности разрабатываемого обо-
рудования.
Справочник содержит сведения, необходимые для обеспечения
безопасности эксплуатации технологических аппаратов. При со-
ставлении справочника учтены требования системы стандартов
безопасности труда и других нормативных документов, а также
использован многолетний опыт Ленинградского научно-исследо-
вательского и конструкторского института химического машино-
строения, в котором работают авторы, по созданию аппаратов
для химических и нефтехимических производств.
Справочник рассчитан на широкий круг инженерно-техниче-
ских работников, занятых конструированием, изготовлением,
монтажом, эксплуатацией и ремонтом химической аппаратуры.
Он может быть использован работниками органов Госгортех-
надзора и служб техники безопасности предприятий при контроле
выполнения требований безопасности труда. Справочник будет
полезен студентам ВУЗов соответствующих специальностей при
курсовом и дипломном проектировании.
Главы 1, 6, 8—12 написаны Г. Г. Смирновым, главы 2, 3—5 —
А. Р. Толчинским, гл. 7 — Т. Ф. Кондратьевой при участии
Г. Г. Смирнова и А. Р. Толчинского.
ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
А — работа, Дж;
ап — ударная вязкость,
МДж/м2;
b — расстояние между со-
седними кольцами же-
сткости, м;
Ье — эффективная ширина
прокладки, м;
Ьк — ширина поперечного се-
чения кольца жестко-
сти, м;
Ьп — ширина прокладки, м;
Ср — коэффициент неравно-
мерности сжатия грун-
та, МН/м8;
с — общая поправка (при-
бавка) к расчетной тол-
щине обечайки, м;
q — прибавка для компен-
сации коррозии, м;
с2 — прибавка для компен-
сации минусового до-
пуска, м;
с3 — технологическая при-
бавка, м;
с8 — общая поправка (при-
бавка) к расчетной тол-
щине штуцера, м;
D — внутренний диаметр ци-
линдрической обечайки,
днища, трубы, фланца,
м;
£>б — диаметр окружности
центров болтов, шпи-
лек, м;
De — эффективный диаметр
конической обечай-
ки, м
DK — расчетный диаметр ко-
нической обечайки, ко-
нического днища; вну-
тренний диаметр коль-
ца, м;
£)н — наружный диаметр ци-
линдрической обечайки,
днища, трубы, м;
£>п — наружный диаметр про-
кладки, м;
Dn. с — средний диаметр про-
кладки, уплотнения, м;
Dy — условный диаметр (тру-
бы, сосуда, арматуры),
м;
Лф — наружный диаметр
фланца, м;
d — диаметр отверстия, м;
4б — диаметр болта, шпиль-
ки, м;
do — внутренний диаметр
резьбы, диаметр не-
укрепляемого отверс-
тия, м;
dc — диаметр наиболее за-
уженного сечения в сед-
ле предохранительного
клапана, м;
dTpl, dTp2 — диаметры внутренние
соответственно подводя-
щего и отводящего тру-
бопроводов с установ-
ленным на них предо-
хранительным устрой-
ством, м;
Е — модуль нормальной уп-
ругости при расчетной
температуре материала
цилиндрической обечай-
ки, днища, МПа (для
других деталей см. со-
ответствующие индек-
сы);
F — площадь, площадь про-
ходного сечения предо-
хранительного устрой-
ства, м2;
F& — площадь сечения раз-
рушенного элемента
внутренних устройств
аппарата, м2;
Fan — площадь наружной по-
верхности аппарата,
м2;
FK — площадь поперечного
сечения кольца жест-
кости, площадь укреп-
ляющего кольца в узле
соединения цилиндри-
ческой обечайки с ко-
нической, м2;
Рпл — площадь поверхности
фронта пламени, м2;
FTpX, FTp2 — площадь поперечного
сечения соответственно
подводящего и отводя-
щего трубопроводов с
установленным на них
предохранительным ус-
тройством, м2;
FB — эквивалентная площадь
проходного сечения пре-
дохранительного уст-
ройства, м2;
Fu — площадь поперечного
сечения цилиндриче-
ской обечайки, м2;
— расчетная площадь по-
перечного сечения бол-
та, шпильки по вну-
треннему диаметру резь-
бы, м2;
G — сила тяжести аппарата,
МН;
Gc — сила тяжести содержа»
щейся в аппарате сре-
ды,' МН;
g— ускорение свободного
падения, м/с2;
Н — высота, высота аппара-
та, фланца, штуцера, м;
Яд — высота выпуклой или
конической части дни-
ща без учета толщины
стенки, м;
Яд. н — высота выпуклой или
конической части дни-
ща с учетом толщины
стенки, м;
Яф — высота приварного
встык фланца, м;
hK — высота поперечного се-
чения кольца жестко-
сти, м;
ЛКр — толщина фланцевой
крышки, м;
Лф — высота тарелки флан-
ца, м;
'Лц — высота цилиндрической
части отбортованных и
конических днищ и пе-
реходов, м;
J — икмъкт инерции площа-
ди поперечного сечения
цилиндрической обечай-
ки, эффективный момент
инерции расчетного по-
перечного сечения коль-
ца жесткости, м4;
JK — момент инерции площа-
ди поперечного сечения
кольца жесткости, м4;
К — коэффициент теплопере-
дачи, Вт/(м2-К); аэро-
динамический коэффи-
циент;
Кт — коэффициент турбули-
зации фронта пламени;
Ко — коэффициент пропуск-
ной способности предо-
хранительного клапана
по воде, м3/ч или т/ч;
k — показатель изоэнтроп-
ного (адиабатного рас-
ширения реального
газа;
kB — показатель изотропно-
го (адиабатного) рас-
ширения идеального
газа при нормальных
условиях: р = 0,1 МПа
и t = 0 °C;
L — длина, длина корпуса
аппарата, м;
I — длина, м (см. соответ-
ствующие индексы);
1е — эффективная длина ко-
нической обечайки, м;
1е — эффективная длина
стенки, обечайки, учи-
тываемая при определе-
нии эффективного мо-
мента инерции, м;
/пр — приведенная длина обе-
чайки, м;
1р — расчетная длина обечай-
ки, м;
М — изгибающий момент,
МН-м (см. соответству-
ющие индексы); моле-
кулярная масса веще-
ства, кг/кмоль; остаточ-
ный дисбаланс враща-
ющегося элемента ап-
парата, г-см;
Мр — изгибающий момент от
эксцентрических нагру-
зок, МН-м;
М${ Му — изгибающие моменты
соответственно от сей-
смического воздействия
и ветровой нагрузки,
МН-м;
т — масса, кг; пропускная
способность (расход)
предохранительного ус-
тройства, кг/с;
т& — максимальный аварий-
ный расход среды через
предохранительное ус-
тройство, кг/с;
N — мощность, Вт; число ап-
паратов колонного типа
в группе, установлен-
ных на общем фунда-
менте и скрепленных
общей площадкой для
обслуживания; число
циклов нагружения ап-
парата;
п — коэффициент запаса
прочности (индексы: в—
по пределу прочности;
пл — по пределу пол-
зучести; т — по преде-
лу текучести; дл — по
пределу длительной
прочности); частота вра-
щения, с-*;
па — коэффициент аапаса ус-
тойчивости;
Р — растягивающая сила,
действующая на аппа-
рат в осевом направле-
нии, МН;
Pj — сжимающая сила, дей-
ствующая на аппарат
в осевом направлении,
МН;
Рб — болтовая нагрузка, МН;
р — избыточное давление,
внутреннее давление,
МПа;
рг — гидростатическое давле-
ние столба жидкости в
аппарате, МПа;
Ра — давление закрытия пре-
дохранительного клапа-
на, МПа;
Ркр. т — давление вещества в
критической точке,
МПа;
Дркав — перепад давления на
предохранительном уст-
ройстве, соответствую-
щий началу кавитации
жидкости, МПа;
рн — наружное давление, да-
вление настройки пре-
дохранительного клапа-
на, МПа;
Риас — давление насыщения
при температуре жид-
кости, МПа;
рв. 0 — давление начала откры-
тия предохранитель-
ного клапана, МПа;
Рп. г — давление потери герме-
тичности предохрани-
тельного клапана, МПа;
Рп. о — давление полного от-
крытия предохрани-
тельного клапана, МПа;
Рпр — пробное давление (при
гидравлическом испы-
тании аппарата), МПа;
рр — избыточное рабочее дав-
ление технологической
среды в аппарате, МПа;
ру — условное давление, МПа
рр — избыточное расчетное
давление, МПа;
Pi — избыточное максималь-
ное давление технологи-
ческой среды в аппара-
те при срабатывании
предохран ительного
клапана или разруше-
нии предохранитель-
ной мембраны, МПа;
абсолютное давление
технологической среды
на входе в открытое
предохранительное уст-
ройство, Па;
р2 — избыточное максималь-
ное давление за предо-
хранительным устрой-
ством, МПа; абсолют-
ное давление на выходе
из открытого предо-
хранительного устрой-
ства, Па;
р* •— критическое давление
среды при истечении
после предохранитель-
ного устройства, Па;
Q — сила, действующая на
аппарат в поперечном
направлении, МН;
Од — равнодействующая сила
от внутреннего давле-
ния в аппарате, МН;
Qc — сила от ветровой на-
грузки, действующая на
аппарат в поперечном
направлении, МН;
Qi — сила от ветровой на-
грузки, действующая на
i-й участок аппарата,
МН;
Qi ст — статическая составля-
ющая ветровой нагруз-
ки, МН;
Огдин — динамическая состав-
ляющая ветровой на-
грузки, МН;
q — коэффициент докрити-
ческого расхода среды
через предохранитель-
ное устройство;
qt — нормативное значение
статической составляю-
щей ветровой нагрузки
на середине «-го уча-
стка аппарата, Па;
<70 — нормативный скорост-
ной напор ветра на вы-
соте 10 м от поверхно-
сти земли, Па;
J? — внутренний радиус кри-
визны в вершине вы-
пуклого днища; ра-
диус кривизны сфери-
ческой оболочки мем-
браны; внутренний ра-
диус трубы, м; газовая
постоянная, Дж/(кг-К);
— внутренний радиус от-
бортовки тороидаль-
ного перехода, м;
Re — число Рейнольдса;
Ra — сила реакции проклад-
ки, МН;
— универсальная газовая
постоянная; Ry =
= 8314 Дж/(кмоль • К);
г — теплота испарения жид-
кости, Дж/кг;
— объемная доля вещества
в смеси;
S — сила от сейсмического
воздействия на аппарат
(приложена к аппарату
в поперечном направле-
нии), МН;
s — толщина, толщина стен-
ки цилиндрической обе-
чайки, м;
®д — толщина стенки выпук-
лого или сферического
днища, м;
sK — толщина гладкой кони-
ческой обечайки, тол-
щина кольца жестко-
сти, м;
sH — толщина накладки, под-
кладки, м;
зп — толщина прокладки, м;
зт — толщина стенки торо-
идального перехода,
толщина стенки трубы,
м;
si> ss — толщина стенки соот-
ветственно внешней и
внутренней частей шту-
цера, м;
Т — период основного тона
собственных колебаний
аппарата колонного ти-
па, с; абсолютная тем-
пература, К;
Тт — средняя абслютная тем-
пература, К;
Т'кр. т — абсолютная темпера-
тура вещества в кри-
тической точке, К;
Др — абсолютная рабочая
температура среды в ап-
парате, К;
— абсолютная темпера-
тура среды до предохра-
нительного устройства
при истечении, К;
I—температура, °C; темпе-
ратура рабочей среды
в аппарате, °C;
/б — шаг размещения бол-
тов, шпилек на флан-
цевом соединении, м;
1К — температура корпуса,
°C (для других дета-
лей— см. соответствую-
щие индексы):
tp — расчетная температура,
°C;
А/— разность температур,°C;
и — окружная скорость, м/с;.
V — вместимость аппара-
та, м8;
— вместимость днища,
м8;
v — удельный объем веще-
ства, м8/кг;
U7 — момент сопротивления
площади поперечного
сечения относительно
главной оси, проходя-
щей через центр тяже-
сти сечения, м8;
— скорость жидкости в
трубопроводе, м/с;
ТГкра — критическая скорость
среды соответственно в
подводящем и отводя-
щем трубопроводе с
установленным на нем
предохранительным ус-
тройством, м/с;
д — угловая податливость,
1/(МН-м);
г — число деталей (см. со-
ответствующие индек-
сы); коэффициент сжи-
маемости вещества;
Zf — коэффициент сжимаемо-
сти среды при давле-
нии рм и температуре 7\
на входе в предохрани-
тельное устройство;
2ах — Угол ПРИ вершине ко-
нуса, °;
а — коэффициент темпера-
турного линейного рас-
ширения детали (см.
соответствующие индек-
сы) при расчетной тем-
пературе, 1/°С; коэффи-
циент расхода предо-
хранительного устрой-
ства, отнесенный к пло-
щади его проходного
сечения;
ал — коэффициент расхода
отверстия при истече-
нии;
at — относительное переме-
щение центров тяжести
участков аппарата ко-
лонного типа под воз-
действием ветровой и
сейсмической нагрузок,
1/(Н-м);
Р — коэффициент динамич-
ности при сейсмической
нагрузке; отношение
давлений p2/pi за и пе-
ред предохранительным
устройством при исте-
чении среды;
Р* — критические отношения
давлений р'!р\ за и
перед предохранитель-
ным устройством при
истечении среды;
Рх—Р8, Р/? — коэффициенты формы
конических днищ;
бе — относительное удлине-
ние материала, %;
6кр — толщина плоской крыш-
ки, м;
в — коэффициент изоэнтроп-
ного расширения среды
при докритическом те-
чении через предохра-
нительное устройство;
е* — максимальный коэффи-
циент изоэнтропного
расширения среды (при
критическом течении);
Хвх, ^вых — скоростные коэффици-
енты соответственно во
входном и выходном се-
чениях трубопровода с
установленным на нем
предохранительным ус-
тройством;
1пр — приведенная гибкость
элемента аппарата (обе-
чайки, стержня и др.);
ХТр — коэффициент сопротив-
ления трения в трубе;
|х — коэффициент Пуассона;
динамический коэффи-
циент вязкости жидко-
сти, Па-с; коэффициент
отклонения реального
газа при изоэнтропном
(адиабатном) расшире-
нии;
v — коэффициент, учиты-
вающий пульсацию ско-
рости ветра;
л — приведенное давление
среды: р/рКр. т;
£ — коэффициент динамич-
ности при ветровой на-
грузке на аппарат;
Етр — приведенный коэффи-
циент сопротивления
трубопровода с учетом
трения в нем и всех
местных сопротивле-
ний;
р — плотность вещества,
кг/м8;
рв — удельное объемное
электрическое сопро-
тивление жидкости,
Ом-м;
Pi — плотность технологиче-
ской среды в условиях
срабатывания предо-
хранительного устрой-
ства, кг/м8;
о — напряжение, МПа;
ов — предел прочности, вре-
менное сопротивление,
МПа;
ат — предел текучести, МПа;
°о, 2 — условный предел теку-
чести, МПа;
°пл — условный предел пол-
зучести, МПа;
а1 %-ю* — средний 1 %-ный пре-
дел ползучести за 10Б ч
при расчетной темпе-
ратуре, МПа;
адл — предел длительной про-
чности, МПа;
адл1о’ — среднее значение пре-
дела длительной проч-
ности за 106 ч при рас-
четной температуре’
МПа;
— предел усталости при
расчетной температу-
ре, МПа;
х —- время, с; приведенная
температура среды:
Т/ТКп. т!
<р — коэффициент прочно-
сти сварного шва;
Фр — коэффициент прочности
прямолинейного свар-
ного шва обечайки;
Фу — коэффициент прочно-
сти сварного шва ук-
репляющего кольца в
узле соединения цилин-
дрической и конической
обечаек;
<pT — коэффициент прочности
кольцевого сварного
шва обечайки;
Т] — поправочный коэффи-
циент к допускаемым
напряжениям;
Tji — приведенное относи-
тельное ускорение цен-
тра тяжести i-ro уча-
стка колонного аппара-
та, подверженного воз-
действию ветровой и
сейсмической нагрузок;
[ ]— обозначение допускае-
мого значения какой-
либо величины при
расчетной температуре
(напряжения, силы, дав-
ления и т. п.);
[ ]р — то же в пределах пла-
стичности;
[}с — то же в пределах упру-
гости;
[ ]р — обозначение эквива-
лентного значения ка-
кой-либо величины от
действия силы в осе-
вом направлении;
Нм — то же от действия изги-
бающего момента;
ИНДЕКСЫ
Б — болт, шпилька;
б — балка опорная;
к — кольцо;
п — прокладка;
р — решетка трубная;
кр — крышка;
см — смесь веществ;
ср — среднее значение как о й
либо величины;
ф —- фланец.
ГЛАВА I
ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ
1.1. НАЗНАЧЕНИЕ И ХАРАКТЕРИСТИКА
ХИМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
Аппараты химических и нефтехимических производств пред-
назначены для ведения в них технологических процессов (хими-
ческих реакций, теплообмена с изменением или без изменения
агрегатного состояния веществ, кристаллизации, растворения,
выпарки, адсорбции, абсорбции, ректификации, сепарации, филь-
трации и т. д.), а также для хранения или перемещения различных
химических веществ.
Содержащиеся и перерабатываемые в аппаратах вещества
характеризуются различной химической активностью по отноше-
нию к применяемым для этих аппаратов конструкционным мате-
риалам и различной степенью воздействия на обслуживающий
персонал. Широко применяют химические вещества, обладающие
едкими, пожаро- или взрывоопасными свойствами. Химико-техно-
логические процессы в аппаратах осуществляются при различных,
свойственных каждому отдельному процессу технологических
параметрах (от глубокого разрежения до избыточного давления
в несколько сот МПа, при рабочих температурах от —254 до
+900 °C).
В настоящее время для ведения химико-технологических
процессов применяют преимущественно стальные сварные аппа-
раты, изготовленные в соответствии с требованиями
ОСТ 26-291—79 [26]. Аппараты, работающие под избыточным
давлением более 0,07 МПа (без учета гидростатического давления),
кроме указанного стандарта должны соответствовать требованиям
Правил устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работа-
ющих под давлением [38].
Стальные сварные аппараты в зависимости от содержащихся
в них веществ и их рабочих параметров в целях определения
Таблица 1.1
ХАРАКТЕРИСТИКА ХИМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
ПО ОСТ 26-291—79 [26]
Группа аппара- тов Назначение аппарата Избыточное давление р, МПа Температура f, °C
min max min max
1 Для взрывоопасных веществ и вредных веществ 1-го и 2-го классов опасности по ГОСТ 12.1.007—76* 0,07 16,0 —70»* He ог- раниче- на
Продолжение табл. 1.1
Группа аппара- тов Назначение аппарата Избыточное давление р, МПа Температура Z, °C
min шах min max
2 Для веществ, которые не пре- дусмотрены в аппаратах 1-й группы 4,0 5,0 2,5 16,0 —70 1* —40 +200 —40 +200 +400
3 0,07 0,07 1,60 0,07 4,0 5,0 5,0 2,5 —70 1* —40 —20 +200 —40 —20 +200 +400
4 0,07 1,6 —20 +200
5 5а Для взрыво- и пожароопасных веществ и вредных веществ 1, 2 и 3-го классов опасности по ГОСТ 12.1.007—76* Оста- точное 650 Па 0,07 —70»* Не ог- раниче- на
56 Для взрыво- и пожаробезо- пасных веществ и вредных ве- ществ 4-го класса опасности по ГОСТ 12.1.007—76*
Примечание. К аппаратам 5-й группы следует относить также и аппараты вмести-
мостью до 0,025 м’ при выполнении условия pV < 0,02, где р — давление в МПа; V —
вместимость в ма.
*• Для аппаратов, выполняемых из сталей аустенитного класса, допускается более
низкая рабочая температура, при которой ударная вязкость ati > 0,3 мДж/м’.
методов и объема контрольных операций для сварных соединений
подразделяются на пять групп согласно табл. 1.1. Методы и объем
контрольных операций для сварных соединений приведены
в ОСТ 26-291—79.
1.2. КЛАССИФИКАЦИЯ ОПАСНЫХ И ВРЕДНЫХ
ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ФАКТОРОВ
Опасные и вредные производственные факторы классифици-
руют по ГОСТ 12.0.003—74* и подразделяют на физические, хими-
ческие, биологические и психофизиологические.
При работе аппаратов в условиях химических и нефтехими-
ческих производств следует учитывать возможность возникнове-
ния следующих опасных и вредных производственных факторов.
1. Физические опасные и вредные производственные факторы:
наличие подвижных частей аппаратов, повышенная загазован-
ность и запыленность воздуха рабочей зоны, повышенная или
пониженная температура поверхностей аппаратов и воздуха
рабочей зоны, повышенные уровни звукового давления, вибрации,
ультразвука, статического электричества, повышенное напряже-
ние в электрической цепи, повышенная или пониженная влаж-
ность, подвижность и ионизация воздуха, острые кромки обору-
дования, расположение рабочих мест на значительной высоте.
2. Химические опасные и вредные производственные факторы
в зависимости от воздействия на организм подразделяются на
токсические, раздражающие, канцерогенные (вызывающие обра-
зование злокачественных опухолей), мутагенные (воздействующие
на генетический аппарат клетки); они могут проникать в организм
человека через органы дыхания, желудочно-кишечный тракт,
кожные покровы и слизистые оболочки.
3. Биологические опасные и вредные производственные фак-
торы: бактерии, вирусы и продукты их жизнедеятельности.
4. Психофизиологические опасные и вредные производственные
факторы: физические и нервно-психические перегрузки.
При определении наличия тех или иных опасных и вредных
производственных факторов следует учитывать, что один и тот же
фактор по природе своего действия может относиться одновре-
менно к различным вышеперечисленным группам.
ГЛАВА 2
КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
2.1. ТРЕБОВАНИЯ
К КОНСТРУКЦИОННЫМ МАТЕРИАЛАМ
Специфические условия работы химических аппаратов, харак-
теризуемые диапазоном давлений от глубокого разрежения (ва-
куума) до избыточных давлений порядка 250 МПа и выше, боль-
шим интервалом рабочих температур (от —254 до -НООО °C и
выше) при агрессивном воздействии среды, предъявляют высокие
требования к выбору конструкционных материалов проектиру-
емой аппаратуры.
Наряду с обычными требованиями высокой коррозионной стой-
кости в определенных агрессивных средах к конструкционным
материалам, применяемым в химическом аппаратостроении, одно-
временно предъявляют также требования высокой механической
прочности, жаростойкости и жаропрочности, сохранения удо-
влетворительных пластических свойств при высоких и низких
температурах, устойчивости при знакопеременных или повторных
нагрузках (циклической прочности), малой склонности к старению
и др.
В расчетах на прочность химической аппаратуры конструктору
приходится учитывать общую равномерную по поверхности кор-
розию металлов и сплавов, для чего необходимо знать проница-
емость материала (в мм в* год) при заданных рабочих условиях
агрессивной среды (концентрация, температура, давление). В ряде
случаев при конструировании химической аппаратуры необходимо
учитывать также и другие виды коррозионного разрушения мате-
риалов. Например, в химических аппаратах, выполненных из
кислотостойкой стали и находящихся под постоянным повышен-
ным давлением, при совместном действии коррозионной среды
и растягивающих напряжений в ряде случаев наблюдается корро-
зионное растрескивание металла. Этого не происходит при на-
личии в металле напряжений сжатия. Кроме того, коррозионное
растрескивание происходит в небольшом количестве агрессивных
сред и зависит от давления и температуры. Известно, что ускорен-
ное растрескивание аппаратуры из кислотостойких хромонике-
левых сталей с содержанием хрома около 18 % и никеля около
8 %, находящейся под постоянно действующей нагрузкой, имеет
место в растворах NaCl, MgCl2, ZnCl2, LiCl, H2S, морской
воде [53]. Латуни обнаруживают склонность к коррозионному
растрескиванию в среде аммиака [53].
Для химической аппаратуры преимущественно применяют
конструкционные материалы, стойкие и весьма стойкие в агрес-
сивных средах. Материалы пониженной стойкости применяют
в исключительных случаях, когда обоснована целесообразность
использования их вместо стойких, но более дорогих и дефицитных
материалов. Данные по коррозионной стойкости металлов и
• сплавов и химической стойкости неметаллических материалов
в различных агрессивных средах приведены в специальной спра-
вочной литературе [14, 50, 53] и в других источниках, которыми
рекомендуется пользоваться при конструировании химической
аппаратуры. При отсутствии литературных данных характери-
стики коррозионной стойкости применяемых для проектируемой
аппаратуры конструкционных материалов должны быть полу-
чены в результате проведения специальных исследований.
При выборе материалов для аппаратов, работающих под давле-
нием при низких и высоких температурах, необходимо учитывать,
что механические свойства материалов существенно изменяются
в зависимости от температуры. Как правило, прочностные свойства
металлов и сплавов повышаются при низких температурах и по-
нижаются при высоких.
При статическом приложении нагрузки важными характери-
стиками для оценки прочности материала являются предел теку-
чести от (или условный предел текучести о012) и предел проч-
ности ов. Упругие свойства металлов характеризуются значениями
модуля нормальной упругости Е и коэффициентом Пуассона р.
Указанные характеристики являются основными при расчетах
на прочность деталей аппаратуры, работающей под давлением
при низких (от —254 до —40 °C), средних (от —40 до 4-200 °C)’
и высоких (выше 4-200 °C) температурах.
Для работы при низких температурах по нормам Госгортех-
надзора СССР [47 ] следует выбирать металлы, у которых порог
хладоломкости лежит ниже заданной рабочей температуры. Од-
нако в химической промышленности на протяжении многих лет
безаварийно эксплуатируют при рабочих температурах до —40 °C
большое количество аппаратов, трубопроводов, арматуры, насосов
и другого оборудования, изготовленных из углеродистой стали
обыкновенного качества и из серого и ковкого чугуна, т. е. из
материалов, имеющих ударную вязкость при указанной темпе-
ратуре менее 0,2 МДж/м2. Поэтому при выборе металла для ра-
боты при низких температурах следует исходить не только из
величины ударной вязкости, но также учитывать величину и ха-
рактер приложенной нагрузки (статическая, динамическая, пуль-
сирующая), наличие и характер концентраторов напряжений
и чувствительность металла к надрезам, начальные напряжения
в конструкции, способ охлаждения металла (за счет содержаще-
гося в аппарате хладоносителя или за счет окружающей сре-
ды).
При статическом приложении нагрузки в ряде случаев допу-
скается изготовление аппаратов из металлов, приобретающих
хрупкость при пониженных рабочих температурах, но не имеющих
дефектов, нарушающих однородность структуры и способству-
ющих концентрации напряжений. Технология изготовления аппа-
ратов из таких материалов должна исключать возможность воз-
никновения высоких начальных напряжений в конструкции.
К таким аппаратам можно отнести свободно опирающиеся емкости
для жидких и газообразных продуктов, содержащихся в них
под небольшим избыточным давлением, металлоконструкции не-
ответственного назначения и др. ’
При динамическом приложении нагрузки кроме указанных
выше характеристик необходимо учитывать также и величину
ударной вязкости. Для многих углеродистых и легированных
сталей ударная вязкость при низких температурах (обычно ниже
—40 °C) резко понижается, что исключает применение этих мате-
риалов в таких условиях. Ударная вязкость для большинства
цветных металлов и сплавов (меди и ее сплавов, алюминия и его
сплавов, никеля и его сплавов), а также хромоникелевых сталей
аустенитного класса при низких температурах, как правило,
уменьшается незначительно, и пластические свойства этих'мате-
риалов сохраняются на достаточно высоком уровне, что и поз-
воляет применять их при рабочих температурах до —254 °C.
Для оборудования, подверженного ударным и пульсирующим
нагрузкам и предназначенного для работы при низких темпера-
турах, следует применять металлы и сплавы с ударной вязкостью
не ниже 0,2 МДж/м2 при рабочих температурах. Для деталей,
имеющих концентраторы напряжений (болты, шпильки), реко-
14
мендуются материалы, у которых при рабочей температуре удар-
ная вязкость не менее 0,4 МДж/м2.
При высокой температуре наблюдается значительное снижение
основных показателей, характеризующих прочностные свойства
металлов и сплавов. Кроме того, поведение металлов под нагруз-
кой при высоких температурах отличается от поведения при нор-
мальной температуре внутри производственных помещений. Пре-
дел прочности ов и предел текучести от зависят от времени пре-
бывания под нагрузкой и скорости нагружения, так как с повы-
шением температуры металл из упругого состояния переходит
в упругопластическое и под нагрузкой непрерывно деформируется
(явление ползучести). Температуры, при которых начинается
ползучесть, у разных металлов различны. Для углеродистых
сталей обыкновенного качества ползучесть наступает уже при
температурах выше 375 °C, для низколегированных сталей — при
температурах выше 525 °C, для жаропрочных — при более высо-
ких температурах.
С увеличением времени пребывания металла под нагрузкой
характеристики прочности уменьшаются тем значительнее, чем
выше температура эксплуатации оборудования. Поэтому при
расчете на прочность аппаратов, работающих длительное время
при высоких температурах, допускаемые напряжения определяют
по отношению к условному пределу ползучести опл или пределу
длительной прочности одл. Для химической аппаратуры допуска-
емая скорость ползучести принимается не выше 10-7- мм/(мм-ч)
(10~6 % в год), для крепежных деталей — не выше 10”’ мм/(мм-ч)
(,1(Н % в год) 114].
Понижение механических свойств при высоких температурах
обусловлено происходящими в металле структурными и фазо-
выми превращениями. В большинстве случаев для химической
аппаратуры, предназначенной для работы при высоких темпера-
турах, применяют специальные марки жаропрочных сталей,
характеризуемых достаточной механической прочностью и ста-
бильностью структуры при высоких температурах. Наряду с жаро-
прочностью эти металлы должны обладать также и жаростой-
костью, т. е. способностью противостоять коррозионному воздей-
ствию среды в условиях длительной работы при высоких темпе-
ратурах. При непрерывном процессе окалинообразования рабо-
чее сечение металла уменьшается, что приводит к повышению
рабочего напряжения и ухудшению условий безопасной эксплу-
атации оборудования.
Некоторые детали химической аппаратуры (пружины, болты,
шпильки и др.) вследствие повышения пластичности металла
при высоких температурах работают в условиях постепенного
снижения напряжений, вызванных первоначально приложенной
нагрузкой (затягом), при сохранении геометрических размеров
(явление релаксации напряжений). Такие детали следует рассчи-
тывать на предварительную нагрузку (затяг), обеспечивающую
на заданный период времени остаточную нагрузку, необходимую
для нормальной работы конструкции.
В химическом аппаратостроении основным способом выполне-
ния металлических неразъемных соединений является сварка,
а в ряде случаев пайка. Хорошая свариваемость металлов яв-
ляется одним из основных и необходимых условий, определя-
ющих пригодность материала для безопасной эксплуатации кон-
струкции аппарата.
Таким образом, при конструировании химической аппаратуры,
отвечающей требованиям безопасной эксплуатации, к конструк-
ционным материалам должны предъявляться следующие основные
требования:
1) достаточная общая химическая и коррозионная стойкость
материала в агрессивной среде с заданными концентрацией,
температурой и давлением, при которых осуществляется техно-
логический процесс, а также стойкость против других возможных
видов коррозионного разрушения (межкристаллитная коррозия,
электрохимическая коррозия сопряженных металлов в электро-
литах, коррозия под напряжением и др.);
2) достаточная механическая прочность при заданных
давлениях и температуре технологического процесса с учетом
специфических требований, предъявляемых при испытании аппа-
ратов (на прочность, герметичность и т. п.) и при эксплуатации
(воздействие на аппараты различного рода дополнительных на-
грузок: ветровой, прогиба от собственного веса и т. д.);
3) наилучшая способность материала свариваться с обеспече-
нием высоких механических свойств сварных соединений и корро-
зионной стойкости их в агрессивной среде.
Для изготовления сварной стальной химической аппаратуры
применяются следующие стали в виде полуфабрикатов, удовлет-
воряющих вышеуказанным общим требованиям, предъявляемым
к конструкционным материалам:
сталь углеродистая обыкновенного качества по ГОСТ 380—71*,
поставляемая в виде листового, сортового и фасонного проката,
труб, поковок и т. д., преимущественно группы В {поставляется
по механическим свойствам и химическому составу, по степени
раскисления —спокойная (сп), полуспокойная (пс), реже — кипя-
щая (кп), по требованиям от второй до шестой категорий 1;
сталь качественная углеродистая конструкционная, по-
ставляемая в виде листового проката по ГОСТ 5520—79* и в виде
сортового проката и труб по ГОСТ 1050—74**;
сталь низколегированная (с содержанием легированных эле-
ментов до 2,5 %), поставляемая в виде листового проката
по ГОСТ 5520—79* и ГОСТ 19282—73*, сортового и фасонного
проката, труб и поковок по ГОСТ 19281—73*;
сталь легированная конструкционная (с содержанием леги-
рующих элементов до 10 %), поставляемая в виде сортового
проката, труб и поковок по ГОСТ 4543—71*;
сталь теплоустойчивая по ГОСТ 20072—74*, поставляемая
в виде листового и сортового проката и труб;
стали высоколегированные и сплавы коррозионно-стойкие,
жаростойкие и жаропрочные по ГОСТ 5632—72*, поставляемые
в виде листового проката, труб и поковок;
стали и сплавы с особыми свойствами, поставляемые в виде
листового и сортового проката и труб по специальным ТУ;
стали двухслойные, поставляемые в виде листового проката
по ГОСТ 10885—85 и специальным ТУ с основным слоем из угле-
родистых, низколегированных и легированных сталей и плаки-
рующим слоем из коррозионно-стойких материалов;
отливки из конструкционной, нелегированной и легированной
сталей, поставляемые по ГОСТ 977—75*;
отливки из высоколегированных сталей, поставляемые по
ГОСТ 2176—77* и специальным ТУ.
Кипящая углеродистая сталь не должна применяться в аппа-
ратах, предназначенных для сжиженных газов, соприкасающих-
ся со взрыве- и огнеопасными средами, средами высокой токсич-
ности и средами, вызывающими коррозионное растрескивание
металла.
В пп. 2.2—2.7 для каждого вида полуфабрикатов приведены
данные по применению, техническим требованиям и видам испы-
таний для различных марок стали в зависимости от рабочих
условий, а также их основные механические свойства.
Применение указанных марок на другие рабочие параметры,
а также других материалов допускается только на основании
.заключения головного отраслевого института и разрешения соот-
ветствующего министерства.
Стали имеют следующее обозначение:
1) углеродистые обыкновенного качества — последовательно
указываются группа, марка стали, степень раскисления и катего-
рия требований, например ВСтЗспЗ;
2) качественные, углеродистые конструкционные — обозначают
двумя цифрами, показывающими среднее содержание углерода
в сотых долях процента, например 20 (для обозначения котельных
марок в конце ставится буква К, например 20К);
3) легированные — обозначают комплексом цифр и букв,
причем первые две цифры указывают содержание углерода в сотых
долях процента (отсутствие цифр означает, что среднее содержание
углерода составляет около 0,01 %), затем последовательно идут
буквы, означающие наличие в стали того или иного легирующего
элемента, за каждой из букв одной или двумя цифрами указы-
вается примерное содержание данного элемента в процентах
(отсутствие цифр означает, что содержание данного элемента не
превышает 1,5 %).
Буквенные обозначения в марках стали: Г — марганец, С —
кремний, X — хром, Н — никель, М — молибден, В — воль-
фрам, Ф — ванадий, Т — титан, Д — медь, Ю — алюминий, Б —
Т~ ” 17
ехническая
библиотека
ниобий, Р — бор, А — азот (в конце обозначения не ставятся)’.
Наличие в конце обозначения буквы А означает высококаче-
ственную сталь, а цифры III (через дефис) — особо высококаче-
ственную.
2.2. ЛИСТОВАЯ СТАЛЬ
Из листовой стали изготовляют корпуса (обечайки), днища,
фланцы, различные тарелки массообменных аппаратов, трубные
решетки и другие детали аппаратов.
Рекомендуемые марки, технические требования, механические
свойства, виды испытаний и условия применения листовой стали
для сварных аппаратов в зависимости от рабочих пара-
метров с учетом безопасной их эксплуатации приведены
в ОСТ 26-291—79 [26].
При заказе углеродистых сталей обыкновенного качества
и двухслойных сталей с основным слоем из тех же сталей должна
быть указана необходимость гарантии свариваемости.
При испытаниях на ударную вязкость сталей значение ее при
20 °C должно быть ап 0,5 МДж/м2, а при минусовых темпера-
турах и после механического старения аи 0,3 МДж/м2.
При заказе стали марок 15К, 16К, 18К, 20К, 09Г2С, 10Г2С1
и 16ГС должна быть указана необходимость поставки стали в тер-
мически обработанном состоянии и испытания ее на ударную
вязкость после механического старения.
При заказе двухслойных сталей необходимо требовать про-
ведения контроля листов неразрушающими методами.
При заказе двухслойных сталей с основным слоем из стали
марок 15К, 20К, 09Г2С, 10Г2С1 и 16ГС должна быть указана
необходимость поставки стали с испытанием на ударную вязкость
после механического старения и с полистными испытаниями.
При заказе высоколегированных сталей для аппаратов, рабо-
тающих под избыточным давлением, следует требовать, чтобы
глубина зачистки листов не превышала минусовых отклонений
по толщине, а при необходимости оговаривать требование по
a-фазе и контролю на межкристаллитную коррозию сталей
08Х22Н6Т и 08X21Н6М2Т.
Листовая сталь для аппаратов, работающих под избыточным
давлением свыше 10 МПа, при толщине листа свыше 60 мм и двух-
слойная сталь для аппаратов, работающих под избыточным
давлением свыше 0,07 МПа, при толщине листа свыше 25 мм
должны подвергаться контролю ультразвуковым или другим рав-
ноценным методом. Методы контроля — по ТУ 14-1-809—73.
При заказе стали по ГОСТ 5520—79* (за исключением
марки 20К) для аппаратов, подведомственных Госгортехнадзору
и работающих при повышенных температурах, необходимо тре-
бовать определения предела текучести при температуре, близкой
к рабочей.
2.3. СОРТОВАЯ СТАЛЬ
Сортовую сталь в виде полос, круга, квадрата и фасонных
профилей (угловая, швеллеры и др.) применяют для изготовления
фланцев, различных внутренних устройств, опорных балок и дру-
гих деталей аппаратов. Рекомендуемые марки, технические тре-
бования, механические свойства и виды испытаний сортовой
стали в зависимости от рабочих условий приведены
в ОСТ 26-291—79 [26].
При заказе сортовой углеродистой стали должна быть указана
необходимость гарантии свариваемости.
При заказе сортовой стали марок 16ГС, 09Г2, 09Г2С должна
быть указана необходимость поставки стали в термически обра-
ботанном состоянии и испытания ее на ударную вязкость, требу-
емые значения которой для листовой стали тех же марок при-
ведены в отраслевом стандарте [26].
Для изготовления аппаратов применяют сортовую горяче-
катаную сталь, поставляемую в виде полос (ГОСТ 103—76*) шири-
ной 11—200 мм и толщиной 4—60 мм; кругов (ГОСТ 2590—71*)
диаметром 5—250 мм; квадратов (ГОСТ 2591—71*) размером 5—
200 мм; уголков равнобоких (ГОСТ 8509—86) с номерами профиля
2—25; уголков неравнобоких (ГОСТ 8510—86) с номерами про-
филя 2,5/1,6—25/16; швеллеров (ГОСТ 8240—72*) с уклоном
внутренних граней и с параллельными гранями полок с номерами
профиля 5—40; двутавров (ГОСТ 8239—72*) с номерами про-
филя 10—60.
Для изготовления полос, кругов и квадратов применяются ста-
> ли: углеродистая обыкновенного качества по ГОСТ 380—71*; угле-
родистая качественная по ГОСТ 1050—74**; низколегированная
по ГОСТ 19281—73*; теплоустойчивая по ГОСТ 20072—74*; корро-
зионно-стойкая, жаростойкая и жаропрочная по ГОСТ 5949—75*.
Для изготовления уголков, швеллеров и двутавров служат
стали: углеродистая обыкновенного качества по ГОСТ 380—71*
и низколегированная по ГОСТ 19281—73*.
2.4. ТРУБЫ СТАЛЬНЫЕ
Стальные трубы применяют для изготовления корпусов, труб-
ных пучков, змеевиков, штуцеров, патрубков и других деталей
аппаратов. Рекомендуемые марки, технические требования, меха-
нические свойства и виды испытаний стальных труб в зависи-
мости от рабочих условий с учетом безопасной эксплуатации
аппаратов приведены в ОСТ 26-291—79 [26].
Для изготовления аппаратов применяют следующие виды
груб:
трубы электросварные прямошовные (ГОСТ 10704—76*), DH =
= 4264-1620 мм, из углеродистых сталей обыкновенного качества
и низколегированных сталей по ГОСТ 10706—76*;
трубы бесшовные горячедеформированные (ГОСТ 8732—78*),
DH — 25^-820 мм, из углеродистых сталей обыкновенного каче-
ства, качественных и легированных по ГОСТ 8731—74*;
трубы бесшовные холоднодеформированные (ГОСТ 8734—75*),
£)н — 54-250 мм, из качественных углеродистых и легированных
сталей по ГОСТ 8733—74*;
трубы бесшовные холодно-, тепло- и горячедеформированные
для нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышлен-
ности (ГОСТ 550—75*) из качественных, углеродистых и легиро-
ванных сталей, £)н = 204-114 мм;
трубы бесшовные горячедеформированные из коррозионно-
стойкой стали по ГОСТ 9940—81, Е>н = 574-325 мм;
трубы бесшовные холодно- и теплодеформированные из корро-
зионно-стойкой стали по ГОСТ 9941—81*, £>н = 54-250 мм.
2.5. ПОКОВКИ СТАЛЬНЫЕ
Из поковок и штамповок изготовляют фланцы, трубные ре-
шетки и другие детали аппаратов и трубопроводов, когда их
невозможно выполнять из листового или сортового проката.
Рекомендуемые марки, технические требования, механические
свойства и виды испытаний стальных поковок в зависимости от
рабочих условий с учетом безопасности эксплуатации приведены
в ОСТ 26-291—79 [26].
Режимы ковки, штамповки и термообработки поковок уста-
навливаются технологической документацией предприятия,
изготавливающего оборудование, или поставщика поковок.
По форме и размерам поковки должны соответствовать гото-
вому изделию с припусками на механическую обработку, техно-
логическими припусками и допусками на точность изготовления
в соответствии с ГОСТ 7062—79*, ГОСТ 7829—70 и
ГОСТ 7505—74*.
Качество поковок, допускаемые дефекты и методы их устра-
нения должны соответствовать требованиям ГОСТ 8479—70*
и ГОСТ 25054—81*.
Поковки и штамповки из коррозионно-стойкой стали должны
быть испытаны на склонность к межкристаллитной коррозии
по ГОСТ 6032—84*, которая не допускается.
Поковки и штамповки из углеродистых, низко- и среднелеги-
рованных сталей, предназначенные для изготовления деталей
аппаратов, работающих под избыточным давлением свыше 6,4 МПа и
имеющих габаритный размер более 200 мм или толщину более 50 мм,
подлежат контролю на отсутствие в них внутренних дефектов.
Поковки и штамповки для аппаратов, работающих под избы-
точным давлением ниже 6,4 МПа, а также поковки и штамповки
из высоколегированных сталей при том же давлении подвергаются
указанному контролю только по требованию в технической доку-
ментации.
В любом случае дефектоскопии подвергают не менее 50 %
объема поковки. В случае применения одинаковых штамповок
указанный выше контроль осуществляют выборочно, согласно
техническим условиям на изделие.
2.6. ОТЛИВКИ СТАЛЬНЫЕ
Из отливок изготовляют фланцы, крышки и другие детали
аппаратов, главным образом тогда, когда этих деталей требуется
достаточно большое количество и поэтому литье экономически
целесообразно.
Стальные отливки должны применяться в термообработанном
состоянии с проверкой механических свойств после термообра-
ботки. Вид и режим термообработки устанавливает предприятие,
поставляющее литье. Рекомендуемые марки, технические условия,
механические свойства и виды испытаний стальных отливок в за-
висимости от рабочих условий с учетом безопасной эксплуатации
аппаратов приведены в ОСТ 26-291—79 [26].
Сталь для отливок должна выплавляться в мартеновских или
электрических печах. Содержание в стали серы и фосфора до-
пускается не более чем по 0,05 %. Допускаемые отклонения
размеров и массы отливок, а также припуски на механическую
обработку — согласно III классу точности ГОСТ 977—75*.
Качество поверхности отливок должно соответствовать требо-
ваниям ГОСТ 2176—77*. ГОСТ 977—75* и инструкции пред-
приятия-поставщика.
На поверхности отливок, подлежащих механической обра-
ботке, допускается иметь без исправления места, расчищенные
от трещин, раковин и других дефектов, если глубина их не пре-
вышает 2/3 припуска на механическую обработку. Дефекты
отливок, влияющие на прочность и ухудшающие товарный вид,
подлежат исправлению по инструкции предприятия-поставщика.
Отливки из легированных и высоколегированных сталей под-
вергаются контролю макро- и микроструктуры по требованию.
Отливки из стали марок 10Х18Н9ТЛ и 10Х18Н12МЗТЛ не
должны обладать склонностью к межкристаллитной коррозии,
что подлежит проверке в соответствии с ГОСТ 6032—84*.
Каждая полая отливка должна подвергаться гидравлическому
испытанию пробным давлением по ГОСТ 9493—80.
Отливки для фланцев должны подвергаться контролю ультра-,
звуком или другим равноценным методом по инструкции пред-
приятия-поставщика.
2.7. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ КРЕПЕЖНЫХ ДЕТАЛЕЙ
Крепежные детали в виде болтов, шпилек, винтов, гаек и дру-
гих деталей применяют в аппаратах для закрепления фланцевых
соединений, аппаратов на опорах, различных внутренних и на-
ружных устройств. Рекомендуемые марки сталей, технические
требования в зависимости от рабочих условий с учетом безопасной
эксплуатации аппаратов, а также механические свойства мате-
риала заготовок крепежных деталей приведены в ОСТ 26-291—79
[26] и ОСТ 26-2043—77 [30]. При выборе марок сталей для кре-
пежных деталей стандартных фланцевых соединений необходимо
руководствоваться этими стандартами.
Материалы крепежных деталей должны выбираться с одинако-
выми коэффициентами линейного расширения соединяемых дета-
лей (фланцев и др.). Применение материалов с различными коэф-
фициентами линейного расширения допускается при обосновании
этого соответствующим расчетом или экспериментальными дан-
ными. Допускается применять гайки из перлитной стали на болтах
(шпильках) из аустенитной стали. Сопрягаемые гайки и болты
(шпильки) должны изготовляться из разных по твердости мате-
риалов, при этом предпочтительнее более твердыми иметь болты
(шпильки). Материал заготовок или готовые крепежные изделия
должны быть термообработаны. Крепежные детали из углероди-
стой и легированной сталей могут изготовляться с защитными
покрытиями (цинковым и кадмиевым, с хромированием, с никеле-
вым, окисным и фосфатным покрытием, с промасливанием).
Детали из коррозионно-стойкой стали для улучшения свинчива-
емости могут иметь медное покрытие.
Резьбу следует выполнять нарезкой или накаткой, последняя
не допускается для деталей из аустенитной стали при рабочей
температуре свыше 500 °C.
2.8. СВАРОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
При соединении различных деталей аппаратов с помощью
сварки применяют сварочные материалы, зависящие от вида
сварки, соединяемых материалов и рабочих условий.
Сварочные материалы должны обеспечивать механические свой-
ства металла шва или наплавленного металла, аналогичные
основным соединяемым сваркой материалам.
Сварочные материалы для соединений из разнородных сталей
должны приниматься по соответствующей нормативной докумен-
тации, а предназначенные для работы в средах, вызывающих
межкристаллитную коррозию, должны быть испытаны на склон-
ность к межкристаллитной коррозии по ГОСТ 6032—84*.
Рекомендуемые для применения сварочные материалы для
различных видов сварки углеродистых, низколегированных и
высоколегированных сталей с учетом безопасной эксплуатации
аппаратов приведены в ОСТ 26-291—79 [261.
2.9. ПРОКЛАДОЧНЫЕ
И НАБИВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
В разъемных фланцевых соединениях аппаратов и трубопро-
водов в качестве уплотнительных прокладок применяют различные
22
РЕКОМЕНДУЕМЫЕ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ПРОКЛАДОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
ДЛЯ ФЛАНЦЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ АППАРАТОВ И ТРУБОПРОВОДОВ
ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ ПО ОСТ 26-373—78 127, 14]
Мате- риал Допустимая рабочая среда Преде/ пустимы пара р, МПа 1ЬНО ДО- е рабочие метры t, °C
Вода До 100
А •о Аммиак жидкий; щелочи 50 %-ной концентра- ции (едкие натр и кали) От —30 До +80
Резина листовая техническая по ГОСТ 73 Хлор (сухой газ); сероводород; двуокись угле- рода; кислоты любой концентрации: соляная, борная, сернистая, винная, мышьяковая; кисло- ты ограниченной концентрации: серная 50 % - ная, фосфорная 85 %-ная, фтористоводородная 50 %-ная; ацетон; ненасыщенные растворы со- лей: алюминия азотнокислого, сернокислого, хромистокислого, бария сернокислого, железа сернокислого (закисного и окисного), калия двухромовокислого, сернокислого и сернисто- кислого, бисульфата калия, кальция сернисто- кислого, хлористого, хлорноватокислого, меди сернокислой, хлористой, цианистой, натрия кис- лого сернистокислого, цианистого, никеля ук- суснокислого, серебра азотнокислого; растворы солей любой концентрации: анилина солянокис- лого, магния хлористого и сернокислого, натрия азотнокислого, сернистого, углекислого и хло- ристого, олова хлористого; растворы хлористого цинка 50 % -ной концентрации До 0,6 От —30 до 4-65
* о Ацетон; бутан (жидкий); диэтиленгликоль; ме- тиловый спирт; триэтаноламин; четыреххлори- стый углерод; этиленгликоль До 2,0
он асбестовый по ГОСТ 2850—8 Углеводороды жидкие; растворы солей любой концентрации: алюминия азотнокислого, серно- кислого, хлористого и хромистокислого, бария сернокислого, железа сернокислого (закисного и окисного), калия двухромовокислого, серно- кислого и сернистокислого, бисульфата калия, кальция кислого сернистокислого, хлористого и хлорноватистокислого, магния сернокислого и хлористого, меди сернокислой, хлористой и циа- нистой, натрия азотнокислого, сернистокисло- го, сернистого, углекислого, хлористого и циа- нистого, никеля азотнокислого и уксуснокисло- го, олова хлористого, серебра азотнокислого, цинка хлористого; сера (жидкая); сернистый ан- гидрид; триэтаноламин; фенол До 0,6 До 4-400
с Агрессивные газы (хлор, окислы азота, кисло- род, сернистый газ); кислоты 98 %-ной концен- трации: азотная, борная, сернистая, соляная, фосфорная, уксусная, хлоруксусная До 4-300
Продолжение табл. 2.1
Мате- риал Допустимая рабочая среда Предел пустимы пара] р. МПа ьно до- рабочие иетры /, °C
Водяной пар; воздух До 6,4 До+400
♦ С а ос м £ с с 3 3 с с а Е i • I L Инертные газы (азот, водород и др.); углеводо- родные газы (бутан и др.); промышленные газы (коксовый, конвертированный, крекинг-газ); агрессивные газы (хлор сухой, окисли азота, сернистый газ, нитрогазы); нефтепродукты (бен- зин, керосин и др.) До 2,5
Вода До 6,4 До +300
Едкий натр 50 % -ный; едкое кали 50 % -ное; аммиак жидкий До 2,5 До+ 150
Кислоты: азотная 100 %-ная, серная 50 %-ная, уксусная 97 %-ная; никель азотнокислый 50 % - ный; фенол 50 %-ный; триэтаноламин 50 %-ный; хладоны любых марок (газообразные) До +100
Фторопласт-4 по ГОСТ ' 10007—80* Е Все агрессивные среды любой концентрации, за исключением элементарного фтора при повы- шенной и высокой температурах До 40 х* От —254 до +250
2КОЙ НИЯ, 1кладки) Хладоны всех марок любой концентрации До 6,4 От —100 до +500
2 я 5 s ® 2 те « S со S « а ф я W н tr о о i, латуни, стали |рированные пре Хлор (сухой газ); сернистый газ; окислы азота; промышленные газы (коксовый, конвертирован- ный, крекинг-газ); кислород; озон; двуокись уг- лерода; щелочи любой концентрации (едкий натр, едкое кали); аммиак жидкий До 4,0 До +300
$2 < a st Вода; водяной пар До 2.5
’* Для прокладок, помещаемых «в замок», например для уплотнительных поверхностей
типа шип — nas. Плоские прокладки из фторопласта-4 на открытых фланцах можно
применять только при удельном Давлении на прокладку не свыше 3 МПа и при тем-
пературе среды около 20 °C.
Т а б л и ц а 2.2
РЕКОМЕНДУЕМЫЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ПРОКЛАДОЧНЫЕ
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ФЛАНЦЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ АППАРАТОВ
И ТРУБОПРОВОДОВ ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ
ПО ОСТ 26-373—78 [14, 27]
Материал Конструкция прокладки - Предельно до- пустимые рабо- чие параметры
р. МПа t. °C
Алюминий марок А95, А85, А8, А7, Аб, А5, АО, А по ГОСТ 11069—74*; медь ма- рок Ml, М2 по ГОСТ 859—78*; сталь ма- рок Х18Н9, Х18Н9Т по ГОСТ 5632—72* Плоская для уп- лотнения шип — паз <2,5 От —200 до +300
Никель марок Hl, Н2 по ГОСТ 492—73* >2,5 <760
Монель-металл НМЖМц28-2,5-1,5 по ГОСТ 492—73* <815
Сталь 08Х18Н10 по ГОСТ 5632—72* с техническими требованиями по виду ис- пытаний по ГОСТ 7350—77 Овального и вось- миугольного сече- ний >6,4 От —200 до +550
неметаллические материалы, металлы и сплавы. Рекомендуемые
неметаллические прокладочные материалы приведены в табл. 2.1, \
металлические — в табл. 2.2.
ГЛАВА 3
ТРЕБОВАНИЯ К КОНСТРУИРОВАНИЮ
ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ АППАРАТОВ
И РАСЧЕТЫ ИХ НА ПРОЧНОСТЬ
3.1. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ПРОЧНОСТИ
Расчету на прочность от внутреннего избыточного или наруж-
ного давления и от внешних нагрузок (силы тяжести, ветровых,
сейсмических и др.) должны подвергаться все основные элементы
аппарата (обечайки, днища, крышки и другие несущие нагрузку
детали).
Стандартные сборочные единицы и детали при конструирова-
нии аппарата выбирают на ближайшее большее условное давление
для рабочей температуры и, как правило, на прочность не рас-
считывают.
Обычно аппараты работают при однократной или многократной
(при общем числе циклов за время эксплуатации до 1000) стати-
ческой нагрузке, на которую и производят все расчеты на проч-
ность элементов, сборочных единиц и аппарата в целом.
При многократных статических нагрузках, если число циклов
нагружения будет более 1000 за весь срок эксплуатации, рассчи-
тываемые элементы подлежат проверке на усталостную прочность.
Если колебания нагрузки не превышают 15 % от расчетной,
указанная проверка независимо от числа циклов не производится.
Элементы стальных сварных аппаратов рассчитывают по пре-
дельным нагрузкам, допускающим в отдельных напряженных
местах рассчитываемой детали наряду с упругими и пластические
деформации.
3.1.1. Выбор допускаемых напряжений
и коэффициентов запаса прочности и устойчивости
Допускаемые напряжения для конструкционных материалов
из сталей при рабочих условиях принимают
(СТ СЭВ 596—77):
а) для углеродистой стали при расчетной температуре tR
380 °C и низколегированной стали при tR 420 °C — равными
меньшему из значений:
[о] = t]aT/nT; [ст] = tictb7/ib; (3.1); (3.2)
б) для высоколегированной (аустенитной) стали при tR
525 °C — равными или меньшему из значений, найденных
по формулам (3.1) и (3.2), или меньшему из значений, определя-
емых по формуле (3.2) и следующему равенству:
[о] = Ц0о,2/Пт- (3.3)
При больших значениях расчетных температур допускаемые
напряжения для любой стали принимают равными наименьшему
значению, определенному по формуле (3.1) или по формулам
[о] = 0ОнЮ‘/ПдЛ; [о] = Ц<Т10/010»/ППЛ. (3.4); (3.5)
В случае отсутствия данных по значениям ств при расчетной
температуре для сталей, у которых от/ов < 0,75, допускается
в равенстве (3.2) принимать значение ов при температуре 20 °C.
В условиях испытаний и монтажа аппаратов
допускаемые напряжения для всех сталей принимаются по фор-
муле (3.1).
Нормативные допускаемые напряжения для наиболее употре-
бительных марок сталей в зависимости от температуры приведены
в табл. 3.1 и 3.2.
НОРМАТИВНЫЕ ДОПУСКАЕМЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ УГЛЕРОДИСТЫХ
И ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ ПО ГОСТ 14249—80*
Допускаемые напряжения [о], МПа, для сталей марок
°C БСтЗ 20. 20К. 09Г2С, 10Г2С1, 16ГС 10Г2 12ХМ I2MX 1БХМ 1SX5M 15Х5М-У
20 140 147 183 180 147 147 155 146 240
100 134 142 160 160 — — — 141 235
160 131 139 154 154 — 138 230
200 126 136 148 148 145 145 152 134 225
250 120 132 145 145 145 145 152 127 220
300 108 119 134 134 141 141 147 120 210
350 98 106 123 123 137 137 142 114 200
375 93 98 116 108 135 135 140 НО 180
400 85 92 105 92 132 132 137 105 170
410 81 86 104 86 130 130 136 103 160
420 75 80 92 80 129 129 135 101 150
430 71 75 86 75 127 127 134 99 140
440 —. 67 78 67 126 126 132 96 135
450 — 61 71 61 124 124 131 94 130
460 — 55 64 55 122 122 127 91 126
470 — 94 56 49 117 117 122 89 122
480 462* 53 46 5* 114 114 117 86 118
490 105 105 107 83 114
500 96 96 99 79 108
510 82 82 84 72 97
520 69 69 74 66 85
530 60 57 67 60 72
540 —« •— — — 50 47 57 54 58
550 41 — 49 47 52
560 33 — 41 40 45
570 35 40
580 — .— — 30 34
590 28 30
600 25 25
Примечания:
1. При расчетных температурах ниже 20 °C допускаемые напряжения принимаются
такими же, как и при температуре 20 °C, при условии, что материал допускается при-
менять при данной температуре.
2. Для промежуточных значений расчетных температур стенки допускаемое напряжение
определяют линейной интерполяцией с округлением результатов до 0,5 МПа в сторону
меньшего значения.
20
3. Для стали марки 20 с < 220 МПа допускаемые напряжения, указанные в настоя-
щей таблице, умножают на отношение о^°/220.
20
4. Для стали марки 10Г2 с < 280 МПа допускаемые напряжения, указанные в насто-
ящей таблице, умножают на отношение Ор g/^SO.
5. При расчетных температурах ниже 200 °с’сталь марок 12МХ, 12ХМ и 15ХМ при-
менять не рекомендуется.
*• Для расчетной температуры стенки 425 °C.
•• Для расчетной температуры стенки 475 °C.
НОРМАТИВНЫЕ ДОПУСКАЕМЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ
ДЛЯ ВЫСОКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ ПО ГОСТ 14249—80*
tR- °C Допускаемые напряжения [о], МПа, для сталей марок
08Х22Н6Т, 08X21 Н6М2Т 06ХН28МДТ 08Х18Н10Т, 08Х17Н13М2Т, 08X17H13M3T 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т, 10X17H13M3T
20 240 147 140 160
100 207 138 130 152
150 200 130 120 146
200 193 124 115 140
250 173 117 110 136
300 167 110 100 130
350 — 107 91 126
375 105 89 124
400 — 103 86 121
420 85 120
440 84 118
460 83 116
480 82 115
500 81 113
520 79 112
540 78 111
560 — — 73 101
580 65 90
600 57 74
620 62
640 52
660 — 45
680 38
700 30
Примечания:
1. При значениях расчетных температур ниже 20 "С допускаемые напряжения принимают
такими же, как и при температуре 20 °C, если допустимо применение материала при
данной температуре.
2. Для промежуточных значений расчетных температур стенки значение допускаемого
напряжения определяют интерполяцией с округлением результатов до 0,5 МПа в сто-
рону меньшего значения.
3. Для сталей марок 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т и 10X17H13M3T с О0;2 < 240 МПа
допускаемые напряжения, указанные в настоящей таблице при температурах до 550 °C,
20 /
умножают на отношение Оц 2/240.
20
4. Для стали марки 08Х18Н10Т с <Tq 2 < 210 МПа допускаемые напряжения, указан-
ные в настоящей таблице, умножают на отношение (Тд^/гЮ.
5. Для сталей марок 08Х22Н6Т и 08X21Н6М2Т допускаемые напряжения, приведенные
20
в настоящей таблице, умножают на 0,96. При <Jq 2< 350 МПа допускаемые напряжения
умножают на 0,96<Tq 2/зб0.
6. Стали марок 12X18HI0T и 10X17H13M3T при расчетных температурах свыше 600 СС
применять не рекомендуется.
Поправочный коэффициент ц к допускаемым напряжениям
должен быть равен единице, за исключением стальных отливок,
для которых он имеет следующие значения: г] = 0,8 для отливок,
подвергающихся индивидуальному контролю неразрушающими
методами; т) = 0,7 для остальных отливок.
Коэффициенты запаса прочности в формулах (3.1)—(3.5) при-
нимают по табл. 3.3 (СТ СЭВ 596—77).
Таблица 3.3
КОЭФФИЦИЕНТЫ ЗАПАСА ПРОЧНОСТИ В ФОРМУЛАХ (3.1) - (3.5)
Условия нагружения «в ”дл ппл
Рабочие условия 1,5 2,4 1,5 1,0
Испытания и монтаж 1,1 — — —
Коэффициент запаса устойчивости при расчете элементов
аппаратов на устойчивость по нижним критическим напряжениям
в пределах упругости принимают: для рабочих условий пи = 2,4;
для условий испытаний и монтажа пи =1,8.
При расчете на прочность и устойчивость сварных элементов
аппаратов в расчетные формулы вводят коэффициенты прочности
сварных швов, значения которых в зависимости от конструкции
шва и условий сварки принимают по табл. 3.4.
Таблица 3.4
КОЭФФИЦИЕНТЫ ПРОЧНОСТИ СВАРНЫХ швов
ПО ГОСТ 14249-80»
Вид сварного шва Коэффициент прочности
Длина контроли- руемых швов от общей длины со- ставляет 100 % ‘» Длина контро- лируемых швов от общей длины составляет от 10 ДО 50 % »»
Стыковой или тавровый с двусторонним сплошным приваром, выполняемый автома- тической и полуавтоматической сваркой 1,0 0,9
Стыковой с подваркой корня шва или тавро- вый с двусторонним сплошным проваром, вы- полняемый вручную 1,о 0,9
Стыковой, доступный для сварки только с од- ной стороны и имеющий в процессе сварки металлическую подкладку со стороны корня шва, прилегающую по всей длине шва к ос- новному металлу 0,9 0,8
Стыковой, выполняемый автоматической и полуавтоматической сваркой с одной сторо- ны с флюсовой или керамической подкладкой 0,9 0,8
Стыковой, выполняемый вручную с одной стороны 0,9 0,65
Тавровый с конструктивным зазором свари- ваемых деталей 0,8 0,65
*• Объем контроля определяется техническими требованиями на изготовление и пра-
вилами Госгортехнадзора СССР.
3.1.2. Выбор расчетных значений
модуля нормальной упругости и коэффициента
температурного линейного расширения
Расчетные значения модуля нормальной упругости Е и коэф-
фициента температурного линейного расширения а в зависимости
от температуры приведены в табл. 3.5 и 3.6.
Т а б л и ц а 3.5
РАСЧЕТНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ МОДУЛЯ НОРМАЛЬНОЙ УПРУГОСТИ Е
ПО ГОСТ 14249—80*
°C Е-10-в, МПа, для сталей *R- ”С Е-10 ', МПа, для сталей
углероди- стых и низ- колегиро- ванных жаропроч- ных и жа- ростойких аустенит- ных теплоус- тойчивых и коррози- онно-стой- ких хро- мистых углероди- стых и низ- колегиро- ванных жаропроч- ных и жа- ростойких аустенит- ных теплоус- тойчивых иЧкоррози- онно-стой- ких хро- мистых
20 1,99 2,0 2,15 400 1,55 1,80 1,78
100 1,91 2,0 2,15 450 1,40 1,74 1,71
150 1,86 1,99 2,05 500 1,67 1,63
200 1,81 1,97 1,98 550 1,60 1,54
250 1,76 1,94 1,95 600 — 1,52 1,40
300 1.71 1,90 1,90 650 1,43 —
350 1,64 1,85 1,84 700 1,32 —
Таблица 3.6
РАСЧЕТНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА
ТЕМПЕРАТУРНОГО ЛИНЕЙНОГО РАСШИРЕНИЯ а
В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ
Стали а-10*. 1/°С, в интервале температур, °C
От —200 ДО +20 От —100 до +20 От 20 до 100 От 20 до 200 От 20 До 300 От 20 до 400 От 20 до S00
Углеродистые — 15,1 11,35 12,36 12,93 13,44 14,1
Легированные — 15,1 11,65 12,40 12,80 13,30 13,5
Аустенитные 11,3 15,1 15,30 15,90 16,50 16,90 17,3
3.1.3. Выбор прибавок к расчетным размерам
рассчитываемых элементов аппаратов
Исполнительные или принимаемые при конструировании раз-
меры рассчитываемых элементов аппаратов, как правило, должны
быть больше расчетных на прибавку с, общее значение которой
определяют по формуле
С — Cj “I- са 4" Сд. (3.6)
Каждая из составляющих прибавок должна быть обоснована
в технической документации.
Прибавку на коррозию и эрозию q при проницаемости мате-
риала П С 0,5 мм/год принимают равной 1 мм. При большей
проницаемости, а также при двусторонней коррозии значение сг
увеличивают. Для материалов, стойких в заданной среде, при
отсутствии данных о проницаемости рекомендуется принимать
сх = 2 мм.
Прибавку с2 на минусовое значение предельного отклонения
толщины листа, из которого изготовляется элемент аппарата,
принимают по соответствующему стандарту на сортамент.
Технологическую прибавку с3 (при вытяжке, штамповке,
гибке и т. д.) учитывают в зависимости от принятой технологии
изготовления, при этом величина с3 не включает в себя округление
расчетной толщины элемента до номинального значения по стан-
дарту. Прибавки с2 и с3 учитывают только в тех случаях, когда
сумма их превышает 5 % от расчетной толщины элемента.
3.2. ОБЕЧАЙКИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ
3.2.1. Требования к конструированию и изготовлению
Цилиндрические обечайки являются одним из основных эле-
ментов химических аппаратов. Из них образуется цилиндрический
корпус аппарата, они входят составной частью в различные
внутренние и наружные устройства аппаратов.
Обечайки большей частью изготовляют вальцовкой из листо-
вого проката, реже из сварных труб большого диаметра, а для
аппаратов высокого давления — из рулонированной широко-
полосной стали или поковок.
Исполнительную (принятую) толщину стенки вальцованных
обечаек в пределах 6—42 мм следует принимать только четной.
Кромки обечаек, образующие корпус аппарата, соединяют
между собой преимущественно встык.
Вальцованные обечайки должны иметь как можно меньше
сварных швов, особенно продольных. Поэтому листы для их
изготовления следует выбирать больших размеров с учетом ра-
ционального раскроя (малых отходов). Обечайки можно вальце-
вать как по длинной, так и по короткой стороне листа. Обечайки
диаметром до 1000 мм допускается изготовлять не более чем
с двумя продольными швами, а диаметром свыше 1000 мм — из
нескольких листов максимально возможной длины. В корпусе
аппарата допускается применять замыкающую обечайку-вставку
длиной не менее 400 мм.
Продольные швы в листах смежных обечаек должны быть
смещены относительно друг друга на величину, не меньшую
трехкратной толщины стенки обечайки, но не менее чем на 100 мм
между осями швов. В обечайках, выполненных из карт, допу-
скаются перекрещивающиеся швы в листах толщиной до 30 мм
(при автоматической и электрошлаковой сварке и 100 %-ном
просвечивании швов) для корпусов аппаратов, работающих под
избыточным давлением до 1,6 МПа при температуре до 400 °C.
Допускается изготовление корпусов аппаратов из полуобечаек.
Допускаемые отклонения длины окружности развертки обе-
чаек приведены в табл. 3.7.
Таблица 3.7
ДОПУСКАЕМЫЕ ОТКЛОНЕНИЯ ДЛИНЫ ОКРУЖНОСТИ
РАЗВЕРТКИ ОБЕЧАЕК ПО ОСТ 26-291—79 [26]
ММ
Обечайка из стали Обечайка из стали
Ф ж двухслой- в» двухслой-
. s . о ной при дна- . о ной при дна-
«з га Я «г 5?! Р. .и ф га S £ g Ф к ч а метре га га X X о 4 а D. <Ue и 5 ° S £ ® метре
3° о X и о о S х До 2000 СВ. 2000 X Ф I'g О S 2 Я * со о о 2 3 х До 2000 св. 2000
н * Q СХ tn U Н X С1- СП U
До 14 ±3 ±3 ±3 ±5 26—28 ±9 ±5 ±4 ±5
16—18 ±5 ±3 ±3 ±5 30—34 ±Н ±6 ±6
20 ±7 ±3 ±3 ±5 36—38 ±13 ±6 ±6 ±6
22—24 ±7 ±5 ±4 ±5 Э>40 ±15 ±8 ±8 ±8
Местное утонение толщины стенки обечайки в любом случае
допускается не более чем до ее расчетного размера.
Непер пендикуляркость торцов обечайки к ее образующей
допускается в пределах 1 мм на 1 м диаметра, но не более 3 мм
при диаметре до 3 м.
Корпуса аппаратов, сваренные из отдельных обечаек, должны
удовлетворять следующим требованиям:
а) отклонение длины (высоты) допускается в пределах ±0,3 %
от номинального значения длины (высоты) корпуса, но не более
75 мм;
б) непрямолинейность образующей допускается в пределах
2 мм на 1 м длины (высоты), а по всей длине (высоте) корпуса
20 мм, если она не превышает 10 м, и 30 мм, если длина (высота)
корпуса свыше Юм;
в) отклонение наружного диаметра корпуса, %
а 2.(DtnaX-£ml n) 1001
где £>тах, £>rilln — наибольший и наименьший диаметры корпуса
соответственно.
Значение а допускается в следующих пределах: а 0,5 % —
для корпусов колонных аппаратов и аппаратов, работающих под
вакуумом или под наружным давлением; а 1,0 % —для кор-
пусов аппаратов, работающих под внутренним избыточным давле-
нием; а <; 2,0 % — для корпусов аппаратов, работающих без
избыточного давления и под наливом.
Рис. 3.1. Конструкции гладких цилиндрических обечаек (кор-
пусов) аппаратов: а — с фланцем и плоским днишем; б — с же-
сткими внутренними перегородками; в — с отбортованными эл-
липтическим и коническим днищами; г — с неотбортованными
сферическим и коническим днищами; д — с рубашкой на нижней
части аппарата; е — с рубашкой на средней части аппарата
У аппаратов с внутренними устройствами, устанавливаемыми
в корпус в собранном виде, непрямолинейность допускается
в пределах номинального зазора между внутренним диаметром
корпуса и наружным диаметром устройства. У таких аппаратов
усиления кольцевых и продольных сварных швов на внутренней
поверхности корпуса должны быть зачищены заподлицо с основ-
ным металлом в местах, мешающих установке устройства. При
изготовлении аппаратов из двухслойных сталей усиление жела-
тельно не снимать, а у деталей внутренних устройств в месте
усиления шва предусматривать местную выемку. В тех случаях,
когда снятие усиления все же необходимо, должна быть обеспечена
коррозионная стойкость корпуса в месте снятого усиления.
Типовые конструкции гладких цилиндрических обечаек (кор-
пусов) аппаратов приведены на рис. 3.1, а конструкция цилиндри-
ческой обечайки (корпуса), подкрепленной кольцами жесткости, —
на рис. 3.2. Последние применяют преимущественно в аппаратах,
работающих под вакуумом или под наружным давлением.
Рис. 3.2. Конструкция корпуса аппарата, подкрепленного кольцами жесткости:
а — наружными; б — внутренними
Кольца жесткости в зависимости от конструктивных возмож-
ностей располагают как внутри, так и снаружи корпуса. Форма
поперечного сечения колец может быть произвольной: чаще всего
прямоугольной, но может быть и в виде фасонного профиля
(угольника, швеллера, двутавра и т. д.). В качестве примера
на рис. 3.2 показаны наружные кольца прямоугольного сечения
(сечение Z) и внутренние кольца таврового сечения (сечение //);
х — х — ось, проходящая через центр тяжести сечения кольца.
3.2.2. Расчеты на прочность и устойчивость
Цилиндрические обечайки на прочность и устойчивость рас-
считывают по ГОСТ 14249—80* (СТ СЭВ 597—77).
Гладкие цилиндрические обечайки (см. рис. 3.1). Формулы
расчета применимы при условии ($ — c)/D 0,1 для обечаек и
труб при D 200 мм и (s —c)/D -< 0,3 для труб при D < 200 мм.
На обечайки могут действовать нагрузки от внутреннего или
наружного давления и сосредоточенные (боковые, осевые) силы.
Расчет обечаек, нагруженных внутренним избыточным давле-
нием. Толщину стенки определяют по формулам:
₽в1>
(3.7); (3.8)
Допускаемое внутреннее избыточное давление
2[а]Фр(5-с)
D + (s — с) • (3-9)
Производить расчет на прочность для условий испытания
аппарата не требуется, если расчетное давление в условиях испы-
тания будет меньше, чем расчетное давление в рабочих условиях,
умноженное на 1,35 [а]мЛа].
Расчет обечаек, нагруженных наружным давлением. Толщину
стенки определяют по формулам:
sR = max {/CaD 10"®; 1,1рдД/(2 [о])}; (3.10)
s sH + с, (з.и)
где Kz — f (Ki; Кз) — коэффициент, определяемый по рис. 3.3
в зависимости от значений коэффициентов и Ка:
к ___ пчрн и _ *в
Л1 ~ 2,410-«£’ As — D •
Допускаемое наружное давление
(3.12)
в пределах пластичности определяют
формуле
(3.13)
в пределах упругости — из условия
/1 + (Мр/ад
Допускаемое давление
из условия прочности по
_ 2[g](s —с)
- D + (S_C) >
а допускаемое давление
устойчивости по формуле
18-10~e£ D Г 100 (s — с) 12 -I/ 100 (s — с)
~ nuBl lR L D J К D ’
где
Вх = Ып{1,0; s.15A/=°ZZ
(3.15)
Расчетную длину обечайки lR принимают в зависимости от ее
конфигурации (см. рис. 3.1).
| Значения sR, [р] и lR можно определить без расчета, с помощью
номограммы (рис. 3.3), по правилу, показанному на рис. 3.4,
,4 где вариант I — определение sR с помощью = f (Ki\ Ks);
вариант II — определение [р] с помощью Ki — f (Kz, ^s); fia-
. риант III — определение lR с помощью Ks = f (Kt; Kz).
Если на рис. 3.3 коэффициент Ki будет лежать ниже соответ-
ствующей штриховой линии, то значение [р ] определяют по фор-
муле
[р] = 2,4KvlO~eE/nu. (3.16)
Полученное по формуле (3.11) значение толщины стенки
, должно быть проверено по формуле (3.12).
Расчет обечаек, нагруженных растягивающей силой Р, дей-
ствующей в осевом направлении, и внутренним избыточным давле-
нием pR. Толщину стенки определяют по формулам:
Р + 0,25лрдГ>2
~ nD [a] <jpT
•Д 2*
в
s sR 4“ c.
(3.17); (3.18)
35
Рис. 3.3. Номограмма для определения толщины цилиндрических стальных обе
чаек, работающих под наружным давлением
Таблица 3.8
ПРИВЕДЕННАЯ
РАСЧЕТНАЯ ДЛИНА ОБЕЧАЙКИ
Рис. 3.4. Схема пользования но-
мограммой (см. рис. 3.3)
I Допускаемая растягивающая сила, действующая в осевом
' направлении, не должна превышать значения
[Pl = n(D+s— с) (s— с)[о)<рт. (3.19)
Расчет обечаек, нагруженных внешней сжимающей силой Рх,
^действующей в осевом направлении. Приводимые ниже формулы
^расчета применимы при условии, что lR/D 1,0.
Допускаемую сжимающую силу, действующую в осевом на-
правлении, определяют по формуле
[Pj = [Р1]р - . (3.20)
Kl-HU’iW’ik)’
Допускаемую сжимающую силу в пределах пластичности на-
ходят из условия прочности:
IPj ]р = л (D + s — с) (s — с) 1а], (3.21)
i а допускаемую сжимающую силу в пределах упругости — из
условия устойчивости:
1Л]Е - inin {[ЛЦ; [PxhJ, (3.22)
j где
|Plki _ 0»[ ]’ У ; (3.23)
I |Л1 _-(О+.-0С-»)г/ « у. (3.24)
I 2 пи \ Лпр /
L 37
Приведенная гибкость обечайки
Хпр = 2,83/пр/(Г» + s — с). (3.25)
Приведенную длину обечайки /пр определяют по табл. 3.8.
При 1/D <10 формула (3.22) принимает вид
[PJe = IPik-
Для рабочих условий (пи = 2,4) допускаемую сжимающую
силу определяют по формуле
[PJ = л (D 4- s — с) (s — с) [о] min {<рх; ф2}. (3.26)
Коэффициенты Ф1 = / [D/(s — с); [о]/£ ] и ф2 =
= f (Хпр У 103 [©]/£) определяют по рис. 3.5.
Для обечаек, у которых lR/D < 1, при отсутствии более точных
расчетов допускается пользоваться формулой (3.23).
Расчет обечаек, нагруженных внешним изгибающим моментом.
Допускаемый изгибающий момент определяют по формуле
[7И] = [Л13р =. (3.27)
И1 + ([ЛЛр/[Л1]£)2 V '
Допускаемый изгибающий момент в пределах пластичности
рассчитывают из условия прочности:
[ЛГ= 0,25лГ (D + s — с) (s — с) [<т] = 0,25D [PJp, (3.28)
а допускаемый изгибающий момент в пределах упругости — из
условия устойчивости:
[М]£ = .89'Л°~в£- D3 Г —° с)- Г У 100(n~c) = 0,2857) [Рх]в.
(3.29)
Для рабочих условий (л„ = 2,4) допускаемый изгибающий
момент определяют по формуле
[М ] = 0,25лР (D + s — с) (s — с) [or ] <ps.
(3.30)
Коэффициент ф3 = f [D/(s — с); [о ]/Е ] находят по рис. 3.6.
Расчет обечаек, нагруженных внешней силой, действующей
в поперечном направлении. Допускаемую силу, действующую
в поперечном направлении, определяют по формуле
[Q] =
/i+([Qlp/[Q]E)a ’
(3.31)
где
IQ]P = 0,25л£> (s — с) [о];
[<21л =
2,4£(s—с)а
геы
[о, 18+ 3,3
D (s — с) I
Р J ‘
(3.32)
(3.33)
Расчет обечаек, работающих под совместным действием наруж-
ного давления рн, внешней сжимающей силы Р1г действующей
38
Рис. 3.6. Коэффициент снижения допускаемых напряжений <рэ
в осевом направлении, внешней силы Q, действующей в поперечном
направлении, и внешнего изгибающего момента М. Обечайки,
работающие под совместным действием нагрузок рИ, Plt Q и М,
проверяют на устойчивость по формуле
1рТ + ‘ЙГ+ (ж) (3,34)
где [р] — по формуле (3.12); 1 — по формуле (3.20); [Q] —
по формуле (3.31); [Л4 ] — по формуле (3.27).
Цилиндрические обечайки, подкрепленные кольцами жесткости
(см. рис. 3.2). Расчет определяется способом нагружения.
Приводимые ниже формулы расчета применимы при выполне-
нии следующих ограничений: отношение высоты сечения кольца
жесткости к диаметру обечайки hK/D < 0,2; кольца жесткости
расположены на обечайке равномерно. В случае неравномерного
расположения колец жесткости значения b и 4 в расчетных фор-
40
мулах необходимо подставлять для того участка, на котором они
максимальны.
Расчет обечаек, нагруженных внутренним избыточным давле-
нием. Кольца жесткости устанавливают в том случае, если
р„ (D + s — с)
<3-35)
Если же К4 0, то укрепление обечайки кольцами жесткости
не требуется. В диапазоне 0 < К4 < 2<рт/фр — 1 расстояние между смежными кольцами жесткости определяют по формуле двумя
6<|/D(s с)[Д ^(1+ Д)]- Площадь поперечного сечения кольца F«^Z1<S с)Мн<РкК4- (3.36) (3.37)
Если К4 > 2фт/<рр — 1, то толщину стенки обечайки необхо-
димо увеличить до такого размера, чтобы выполнялось условие
0 < К4 < 2фт/срр — 1. (3.38)
При определении площади поперечного сечения кольца же-
сткости FK необходимо учитывать прибавку с, для компенсации
коррозии.
Допускаемое внутреннее избыточное давление определяют
из условия [р 1 = min {[р ]х; [р 1а), (3.39)
где [р ]х — допускаемое внутреннее избыточное давление, опре-
деляемое из условия прочности всей обечайки; [р 12 —• допуска-
емое внутреннее избыточное давление, определяемое из условия
прочности обечайки между двумя соседними кольцами жесткости;
2[а]фр(а —с) + 2(Гк//Л)Ик<Рк . 2МФт(»~ с) 2 + Кд ; iPh 1+(фт/фр)хГ Здесь = -D^; Z* = max М, (3-42); (3.40) (3-41) (3.43)
где и /а — см. рис. 3.2.
Расчет обечаек, нагруженных наружным давлением. Допуска-
емое наружное давление определяют из условия [р ] = min {[р ]х; [р ]2}. (3.44) 41
Допускаемое наружное давление, определяемое из условия
устойчивости всей обечайки, рассчитывают по формуле
[ph = -г М1Р=—=^-. (3.45)
V1 + ([Р]Лр/[р]1£)а '
Здесь величина [р ]1р соответствует значению [р ]1( определенному
по формуле (3.40) при <рр = 1,0 и <рк = 1,0; [р 11Е — допускаемое
наружное давление из условия устойчивости в пределах упру-
гости,
r , 1810-®Е D Г 100K(s — с) 12 д/ ЮОК (s —с)
= L-----------D---J V ----D----’ <3-46>
где ________
B, = mln(l,0; 8,154/(3-47>
Коэффициент жесткости обечайки, подкрепленной кольцами
жесткости,
К = /lO.OJ/UJs-с)3]. (3.48)
Эффективный момент инерции расчетного поперечного сечения
кольца жесткости
G (з — с)» а FKle (S — с)
10,9 Fk + Us-c) •
(3.49)
Здесь е — расстояние между центром масс поперечного сечения
кольца жесткости и серединной поверхностью обечайки; /е —
эффективная длина стенки обечайки, учитываемая при определе-
нии эффективного момента инерции,
le = min{G; /а; [Ьв + 1,1 /D(s —с)]},
(3.50)
где 6К — ширина поперечного сечения кольца жесткости в месте
его приварки к обечайке.
Допускаемое наружное давление [р ]2, определяемое из усло-
вия устойчивости обечайки между кольцами жесткости, соответ-
ствует давлению [р] в формуле (3.12) при lR = b в равенствах
(3.14) и (3.15). Вместо [р]р по формуле (3.13) допускается при-
нимать [р ]2 по формуле (3.41) при <рт = 1,0.
После определения размеров кольца жесткости и обечайки
по конструктивным соображениям необходимо произвести про-
верку в соответствии с условием (3.44).
Толщину стенки s или расстояние между кольцами жесткости
I — b для заданного расчетного давления р определяют с помощью
рис. 3.3.
Расчетный эффективный момент инерции кольца жесткости
рассчитывают по формуле
^PR™R Пи у
Е 2,4Аб’
(3.51)
где lR = max {1г; 12} (см. рис. 3.2); Къ — f (L/D; nupR/E; D/(s —
— с)} — коэффициент, определяемый по рис. 3.7.
Профиль кольца жесткости с моментом инерции JR выбирают
йз условия, что
• J > JR, (3-52)
где J — значение, определяемое по формуле (3.49).
.> В случае, если обечайки, имеющие кольца жесткости, работают
при воздействии на них растягивающих или сжимающих сил,
:! действующих в поперечном и осевом направлениях, и изгиба-
ющего момента, допускаемые нагрузки рассчитывают так же,
.как и для гладких цилиндрических обечаек, т. е. по формулам
(3.19), (3.20), (3.27) и (3.31) при lR = b, но при определении при-
p. веденной расчетной длины Znp по табл. 3.8 вместо I следует при-
*' нимать общую длину обечайки L.
У' Расчет обечаек с кольцами жесткости, нагруженными совме-
* стно действующими нагрузками рн, Ръ Q и М. Расчет следует
| производить так же, как для обечаек, не подкрепленных кольцами
Д жесткости (см. выше), с проверкой на устойчивость по формуле
(3.34), при этом допускаемое наружное давление определяют
С из условия (3.44).
Формулы расчета обечаек, не подкрепленных и подкрепленных
кольцами жесткости, нагруженных наружным давлением, внеш-
ней сжимающей силой, действующей в осевом направлении, внеш-
ним изгибающим моментом, внешней силой, действующей в по-
перечном направлении, как при раздельном, так и при совместном
действии этих нагрузок применимы при условии, что расчетные
температуры не превышают значений, при которых возникает
ползучесть материалов, т. е. при таких температурах, когда
допускаемое напряжение определяется только по пределу теку-
чести или временному сопротивлению (пределу прочности). Если
нет точных данных, то формулы допускается применять при усло-
вии, что расчетная температура стенки обечайки из углеродистой
стали не превышает 380 °C, из низколегированной стали — 420 °C,
из аустенитной стали — 525 °C.
Для обечаек, подкрепленных кольцами жесткости, должно,
кроме того, выполняться следующее ограничение:
рте<1.35^-рв.
(3.53)
3.3. ДНИЩА И КРЫШКИ ПРИВАРНЫЕ
3.3.1. Требования к конструированию и изготовлению
Днища, как и обечайки, являются одним из основных элемен-
тов химических аппаратов. Цилиндрические цельносварные кор-
пуса как горизонтальных, так и вертикальных аппаратов с обеих
сторон ограничиваются днищами.
Днища бывают эллиптическими, полушаровыми, в виде сфери-
ческого сегмента, коническими и цилиндрическими (рис. 3.8).
Конические и плоские днища бывают с отбортовкой на цилиндр
и без отбортовки, а эллиптические — только с отбортовкой.
Наиболее распространенной в сварных химических аппаратах,
особенно подведомственных Госгортехнадзору СССР, является
эллиптическая форма днищ с отбортовкой на цилиндр.
Полушаровые днища целесообразно применять в крупногаба-
ритных аппаратах, подведомственных Госгортехнадзору СССР,
имеющих D 4 м. Стальные полушаровые днища изготовляют
диаметром D — 3,64-12 м при толщине стенок 10—36 мм.
Сферические неотбортованные днища (в виде сферического
сегмента) применяют главным образом в аппаратах, работающих
под наливом, а также в виде составных частей отъемных кры-
шек в аппаратах, работающих под избыточным давлением до
1,6 МПа.
Конические днища применяют в основном снизу в вертикаль-
ных аппаратах, из которых требуется полностью удалять жидкий,
сыпучий или кусковой продукт. Выбор угла в вершине конуса
определяется технологическими соображениями: для жидких
44
Рис. 3.8. Конструкции днищ сварных стальных аппаратов: а — эллиптическое
отобортованное; б — полушаровое отобортованное; в — коническое отбортован-
ное; г — плоское отбортованное; д — коническое неотбортованное; е — кониче-
.(* ское неотбортованное с плоским диском; ж — сферическое неотбортованное;
з — плоское неотбортованное
£ веществ — их вязкостью, а для сыпучих и кусковых веществ —
S; углом естественного откоса.
В горизонтальных аппаратах, работающих под наливом или
У; под избыточным давлением до 0,07 МПа, могут применяться не-
; отбортованные конические днища с углом в вершине конуса
.5? 140°, а в вертикальных аппаратах, не подведомственных
^ Госгортехнадзору СССР,—с углом 2аг 60°.
Наряду с коническими днищами в аппаратах часто применяют
переходы, соединяющие цилиндрические обечайки разных диа-
метров (рис. 3.9).
Отбортованные конические днища с углом при вершине ко-
3% нуса 2с(.1 > 60°, а также неотбортованные конические днища
$3 применяют большей частью в аппаратах, работающих под избы-
f Рис. 3.9. Типовые конструкции переходов в стальных сварных аппаратах: а —
конический без отбортовки; б — конический с отбортовками с обеих сторон;
В е — обратновогнутый
Рис. 3.10. Конструкции соединения конических и цилиндрических частей в сталь-
ных аппаратах: а — с отбортованной вставкой; б — без отбортовки; в—с укреп-
ляющим кольцом; г — с отбортованной двухконусной вставкой; д — без отбор-
товки двух конусных частей; е — без отбортовки и укрепляющего кольца
Рис. 3.11. Конструкция со-
единения сферического неот-
бортованного днища с обе-
чайкой
точным давлением до 0,07 МПа и под
наливом. Применение таких днищ в ап-
паратах, подведомственных Госгортех-
надзору СССР, должно быть согласо-
вано с головным институтом отрасли
химического машиностроения.
Одним из ответственных узлов в
аппаратах является соединение днищ
с корпусом. Соединение полушаровых,
отбортованных цилиндрических, кони-
ческих и плоских днищ с цилиндриче-
скими обечайками производится толь-
ко встык. Типовые конструкции со-
единения конических частей с цилиндрическими показаны на
рис. 3.10, сферических неотбортованных днищ с цилиндрической
обечайкой — на рис. 3.11, плоских днищ — на рис. 3.12.
Цилиндрические днища (рис. 3.13), представляющие собой
часть цилиндрической обечайки, которая образует корпус аппа-
рата того же диаметра, применяют лишь в аппаратах неответ-
ственного назначения, работающих без избыточного давления,
под наливом или под избыточным давлением до 0,07 МПа при
температуре среды до 50 °C.
Вследствие концентрации напряжений в местах перехода
одной криволинейной поверхности в другую, которые примерно
Рис. 3.12.Конструкции плоских днищ и сварное соединение их с цилиндриче-
> скими обечайками в сварных стальных аппаратах: а — с односторонним угловым
швом без скоса кромки; б, г, з — с двусторонним угловым швом без скоса кро-
мок; в — с односторонним угловым швом и скосом двух кромок; д — с дву-
сторонним угловым швом и двусторонним скосом кромки обечайки; е — с дву-
сторонним угловым швом и двусторонним скосом кромки днища; яс — с одно-
сторонним тавровым швом и криволинейным скосом кромки днища; и — с одно-
сторонним стыковым швом и подкладкой; к — с односторонним стыковым швом
в замок и скосом двух кромок
в 1,7 раза превышают номинальные
•’ напряжения в цилиндрической обе-
чайке, из условий прочности требует-
; ся соответствующее увеличение тол-
щины стенки днища и прилегающей
f к нему концевой цилиндрической
$ обечайки аппарата.
Эллиптические отбортованные
В днища изготовляют горячей штам-
£ повкой из плоских круглых загото-
ж вок, состоящих из одной или не-
Рис. 3.13. Конструкция цилин-
дрического днища
скольких частей, сваренных между собой встык. Возможное рас-
положение стыков таких днищ показано на рис. 3.14 при а <
0,2D; аг 200 мм.
Полушаровые днища изготовляют сварными из штампованных
лепестков и шарового сегмента (рис. 3.15) при а 3s, но не менее
100 мм, •< D/6 и а2 D/3. Для крупногабаритных шаровых
днищ отдельные лепестки до штамповки в плоском состоянии
могут свариваться из нескольких частей. Число лепестков
Рис. 3.14. Расположение стыков в плоских заготовках для эллиптических днищ,
изготовляемых из нескольких листов: а, б — из двух листов; в, г, д — из трех
листов; е, ж, э — из четырех листов
выбирают исходя из размеров листов и рационального рас-
кроя.
При расположении отверстий в выпуклых днищах, за исключе-
нием эллиптических, должны соблюдаться следующие условия
(рис. 3.16): при 8Д < 10 мм I 0,1£>н; при 8Д> 10 мм />
0,090 + 5Д, где I — проекция образующей по наружной по-
верхности днища.
При необходимости допускается располагать отверстия на
отбортованной части выпуклого днища в зоне I < 0,Юн при
условии подтверждения прочности специальным расчетом,
согласованным с головной организацией отрасли химического
машиностроения, или соответствующими данными тензометриче-
ских измерений.
На отбортованной части эллиптических днищ допускается
располагать отверстия в соответствии с ГОСТ 24755—81.
Конические отбортованные и неотбортованные днища и пере-
ходы изготовляют вальцовкой плоских разверток с последующей
отбортовкой. Развертки могут состоять из одной или нескольких
частей, сваренных между собой встык (рис. 3.17). При этом круп-
ногабаритные днища в соответствии с расчетом их на прочность
изготавливают из листов разной толщины с соблюдением правил,
указанных в п. 3.8.
Допускаемые отклонения основных размеров эллиптических
днищ приведены в табл. 3.9.
Рис. 3.15. Примеры расположения стыков в полушаровых днищах, изготовляе-
мых из отдельных частей: а — сварные швы в днище; б — сварные швы в пло-
ской заготовке лепестка
Рис. 3.16. Расположение отверстий в выпуклых днищах
Рис. 3.17. Расположение стыков в пло-
ских заготовках — развертках кониче-
ских днищ, изготовленных из отдель-
ных частей: а — при s = const и длине
листов I > 0,5£>; б — при s — const
и I < 0,5£>
Допускаемая конусность отбортованной цилиндрической части
в эллиптических днищах в зависимости от толщины стенки 5Д:
«д, мм.............. До 20 20—26 28—34 Св. 36
Конусность .... 4 5 6 8
Отклонение от эллиптической формы в любом диаметральном
сечении зависит от диаметра днища:
Диаметр днища, мм До 529 550— 1600— 2400— 3000 и более
1400 2200 2800
Отклонение Д/?, мм +2; +4; +8; +10; +14; —38
—5 —io —18 —28
Отклонение диаметра цилиндрической части отбортованных
эллиптических, конических и плоских днищ, а также полушаро-
вого днища определяют исходя из условий допускаемого смещения
кромок при соединении с корпусом для случая а 1,0 %
(см. п. 3.4.1).
Совместный увод кромок у продольных и кольцевых швов
днищ, состоящих из нескольких частей, может составлять 0,1s +
+ 3 мм, но не более 5 мм.
Продольные швы смежных поясов в составных конических
днищах и меридиональные швы в полушаровых днищах должны
быть смещены относительно друг друга (размер а на рис. 3.17),
а отклонение любого продольного шва от образующей конуса
допускается не более чем на 15 мм на 1 м высоты конуса. Для
Т а б л и ц а 3.9
ДОПУСКАЕМЫЕ ОТКЛОНЕНИЯ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ
ЭЛЛИПТИЧЕСКИХ ОТБОРТОВАННЫХ ДНИЩ
ПО ОСТ 26-291—79 [26]
D ДР АН Вогнутости и выпукло- сти Торцовое биение
*Ж<22 «Д>22
До 720 ±2 ±3 ±4 2 2
800—1300 ±3 ±4 ±6 3 3
1400—1700 ±4 ±5 ±8 4 4
1800—2500 ±5 ±6 ±12 4 5
2600—3000 ±6 ±7 ±16 4 8
3200—3400 ±6 ±7 ±20 4 10
3600—4000 ±8 ±8 ±20 4 10
аппаратов, не подведомственных Госгортехнадзору СССР, ука-
занные швы допускается не смещать, если они выполняются
автоматической сваркой и подвергаются 100 %-ному рентгено-
контролю.
Размеры эллиптических отбортованных стальных днищ с на-
ружными и внутренними базовыми диаметрами приведены
в ГОСТ 6533—78*, конических отбортованных стальных днищ
с наружными и внутренними базовыми диаметрами —
в ГОСТ 12619—78*, конических неотбортованных стальных днищ
с наружными и внутренними базовыми диаметрами —
в ГОСТ 12620—78*, конических неотбортованных стальных днищ
с углом при вершине 2а = 140° — в ГОСТ 12621—78*, сфериче-
ских неотбортованных днищ — в ОСТ 26-01-1297—75 [25], пло-
ских стальных отбортованных днищ — в ГОСТ 12622—78*, пло-
ских стальных неотбортованных днищ — в ГОСТ 12623—78*.
3.3.2. Расчеты на прочность
Расчет днищ и крышек выполняется по ГОСТ 14249—80*
(СТ СЭВ 1039—78—СТ СЭВ 1041—78).
Днища выпуклые — эллиптические отбортованные (см.
рис. 3.8, а) и полушаровые отбортованные (см. рис. 3.8, б).
Формулы расчета применимы при условиях:
0,002 < ($я - c)/D <0,1; 0,2 < НДЮ < 0,5.
Расчет днищ, нагруженных внутренним избыточным давле-
нием. Толщину стенки днища определяют по формулам:
Sr = 2<р[о] —0,5рд ’ 8д = + с- (3.54); (3.55)
Внутренний радиус кривизны в вершине выпуклого днища
R = £>2/(4//д),
где R = D — для эллиптических днищ с НД = 0,25D; R =
= 0,50 —для полусферических днищ с НД = 0,50.
Допускаемое внутреннее избыточное давление
2(5д-с)<р[а]
7?+О,5(яд — с)' (3.56)
Если длина цилиндрической отбортованной части днища со-
ставляет йц > 0,8 уД) (5Д — с) для эллиптического днища или
/Гц > 0,3 j/Д («д — с) для полушарового днища, то толщина
днища должна быть не менее толщины стенки сопрягаемой с ним
обечайки, рассчитанной по формулам (3.7) и (3.8) при <рр — 1.
Для днищ, изготовленных из нескольких заготовок, коэффи-
циент следует определять в соответствии с табл. 3.4.
Расчет днищ, нагруженных наружным давлением. Толщину
стенки днища приближенно определяют по формулам;
«, тлях I 1 fП“Рд • I- СЗ 5у\
sR — max | 5Ш |/ 10-в£ > 2[o]J’
Sr > SR + С, (3.58)
где Кв — коэффициент приведения радиуса кривизны эллипти-
ческого днища; для предварительного расчета принимают Кэ =
= 0,9 для эллиптических днищ и К8 = 1,0 для полушаровых днищ.
Полученные по формулам (3.57) и (3.58) значения должны быть
проверены по формуле (3.12), служащей для расчета допускаемого
наружного давления. При этом в формуле (3.12) принимают:
г I __ 2 [°] (О ЕП\
-£ + (5д_С)’ (• )
г . 26- 10-«Е Г 100 (Зд — с) 12
“ —— 1 J ' (3 60)
Здесь коэффициент Кэ = f (D/{sa — с); Ha/D) определяют по
рис. 3.18 или по формуле
к = 1 + <2’1+ (3.61)
Лэ 1+(3+10Х)х’ V J
fy где
Я у _ ю 5д~С ((3.62)
— W D \ 2НД D ) К J
Формула (3.57) применима при условии, что расчетные темпе-
ратуры не превышают значений, при которых возникает ползу-
Л. честь материалов, т. е. при таких температурах, когда допуска-
Таблица 3.10
РАСЧЕТНЫЕ ПАРАМЕТРЫ КОНИЧЕСКИХ ДНИЩ,
ОБЕЧАЕК И ПЕРЕХОДОВ
Номер рисунка Расчетная длина Расчетный диаметр DK
a8
3.10, а 0,7)/D (sT — c)/cos ax 0,5V D (sT — c) D - 2 [Яб (1 - — cos ax) + + 0,7a! sin aj]
3.10, б, в 0,7)/ D (sj — c)7cos 0,7|/D(s2 — c) D — 1,4a! sinai
3.10,г 0,7V D (sT — c)/cos 0,5 1/ —2_(sT —c) г cos a2 D — 2 (cos a2 — — cos aj -f- + 0,7ai sin aj J
3.10, д 0,7V D (sj — c)/cos 0,7 1/ _2_(s2-c) r cosa2 D — 1,4a! s’n ai
3.10,е ~\f(«1 — c) r COS «1 1,25V D (s2 —c) —
Примечание. При ступенчатом изменении по оси конуса толщин стенок конических
обечаек для второй и последующих частей за расчетный диаметр £>к данной части обечай-
ки принимают внутренний диаметр большего основания.
Конические обечайки, днища и переходы. Расчетные схемы ко-
нических обечаек, днищ и переходов приведены на
рис. 3.8, в, д, е, 3.9, а, б, 3.10.
Расчетные длины переходных частей и расчетные диаметры
определяют по формулам, приведенным в табл. 3.10.
Расчетные значения коэффициентов прочности сварных швов
переходов обечаек следует определять по табл. 3.11.
Условия применимости расчетных формул. Для конических
обечаек и днищ с углом 60° формулы расчета применимы
при соблюдении условия
0,001 < -frc°sotl < 0,05,
а с углом > 60° — без ограничений. Для гладких конических
обечаек и днищ, нагруженных или наружным давлением, или
сжимающей силой, действующей в осевом направлении, или внеш-
ним изгибающим моментом, формулы применимы в случае, если
расчетные температуры не превышают значений, при которых
возникает ползучесть металла, т. е. при температурах, когда до-
пускаемые напряжения определяются только по от или ав.
В случае если точных данных не имеется, то формулы при-
менимы при следующих условиях:
если расчетная температура стенки обечайки из углеродистой
стали не превышает 380° С, из низколегированной стали — 480 °C,
из аустенитной стали — 525 °C;
если расстояние между двумя соседними узлами обечаек не
менее суммы соответствующих расчетных длин обечаек (аг + а2)
или если расстояние от узлов до опорных элементов аппарата
(за исключением юбочных опор и опорных колец) не менее удвоен-
ной расчетной длины обечайки, определяемой по табл. 3.10;
если в области расчетной длины цилиндрических и кониче-
ских обечаек аг и а2 отсутствуют отверстия диаметром более 3s;
в технически обоснованных случаях допустимо расположение
отверстий в зоне расчетной длины при наличии дополнительного
расчета;
если исполнительные (принятые) длины переходных частей
обечаек не менее расчетных длин а± и а2;
если для конических и цилиндрических обечаек без тороидаль-
ного перехода угловой шов выполнен с двусторонним сплошным
проваром;
если исполнительная толщина стенки конического элемента
в месте соединения двух обечаек (s, sx или s2) будет принята не
менее толщины sK, определяемой из расчета на прочность гладкой
конической обечайки, нагруженной в зависимости от условий
работы внутренним избыточным или наружным давлением, рас-
тягивающей или сжимающей силой, действующей в осевом на-
правлении, внешним изгибающим моментом;
Таблица 3.11
РАСЧЕТНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ ПРОЧНОСТИ фд
СВАРНЫХ ШВОВ ПЕРЕХОДОВ ОБЕЧАЕК
Вид соединения обечаек Вид нагрузки
Внутреннее дав- ление или растя- гивающая сила Наружное дав- ление или сжи- мающая сила Изгибающий момент
Расчетные формулы для определения фд
Без тороидального перехода и с тороидальным переходом (см. рис. 3.10, а, б, г, д) ФД =/%• <Рд= min {фр; уЧ} Ф^ = min [фр; /фт)
Коническая и цилиндриче- ская обечайки с укрепляю- щим кольцом (см. рис. 3.10, в) ФД = 1/ф^ 4FR = 1 Фд = min {фр; УЧЬ ^FR ~' ФД Фд = min {фр; /фт}; ФрД “ Фр
Внутренний цилиндрический корпус или штуцер с кониче- ской обечайкой (см. рис. 3.10, е) Фд = min {<р ; /FT} ФД = Фд = min (фр; / Фт1
если исполнительная толщина стенки цилиндрической обе-
чайки в месте соединения двух обечаек будет принята не менее
минимальной толщины стенки, определяемой расчетом на проч-
ность по п. 3.2.2.
Расчетную толщину стенок переходной части обечаек следует
определять численно методом последовательных приближений
на основании предварительного подбора и последующей проверки
отношений D/(s2 — с) и (sx — c)/(s2 — с).
В приводимых ниже расчетных формулах за допускаемое
давление, силу, действующую в осевом направлении, и изгиба-
ющий момент для конической обечайки принимают меньшее из
значений, полученных из условий прочности гладкой конической
обечайки и переходной части.
Формулы неприменимы для расчета конических переходов
в местах крепления рубашки к корпусу аппарата.
Расчет гладких конических обечаек, нагруженных внутренним
избыточным давлением. Толщину стенки определяют по формулам:
s кд = -пГпРд-к-----—; (3.63)
кИ 2[а]<рй —ря cos»! 4 г
SKR + С. (3.64)
Допускаемое внутреннее избыточное давление
Г nl - 2[O]MSK ~C) z4
©к/cosa! + (sK — с)’ • )
где DK принимают по табл. 3.10; коэффициент <рд определяют по
формулам табл. 3.11 для соответствующего вида нагрузки.
Расчет гладких конических обечаек, нагруженных наружным
давлением. Формулы расчета применимы при условии 75°.
Толщину стенки приближенно определяют по формулам (3.10)
и (3.11) с последующей проверкой по формуле (3.12). При этом
допускаемое наружное давление в пределах пластичности рассчи-
тывают из условия прочности по формуле
Юр = (в-/соГЛ()+~(/--4 ’ <3-66)
WK/cob lsK — с)
а допускаемое давление в пределах упругости — из условия
устойчивости по формуле
Гп1 = 18-10-«Е Ре Г 100 (sK —с) 12 1/ 100 (sK —с) fi
пцВ1 1Е I De J V Ре '
Эффективный диаметр конической обечайки (см. рис. 3.9, а, б)
определяют по формуле
^r-°>3i^+Dc)
коэффициент Bi — по формуле
Bi = min(l,0; 8,15
De 1
100 (s„ — с) J
(3.69)
Эффективная длина конической обечайки (см. рис. 3.9, а, б)
lB = (D— D0)/(2 sin «J. (3.70)
Расчет конической и цилиндрической частей или двух кони-
ческих частей, соединенных между собой без тороидального перехода
(см. рис. 3.10, б, д), нагруженных внутренним избыточным или
наружным давлением. Формулы расчета применимы при условиях:
«1 60°; 0 а2 ar; (sj — с) (s2 — с).
Толщину стенки s2 определяют по формулам:
с _ ______1__. (3 7 В
2Я 2Ms<Pfi~ Pr cosaa’ ' ' J
®2 > SaR + 0. (3.72)
Здесь <рк определяют по формулам табл. 3.11 для соответству-
ющего вида нагрузки; коэффициент формы рх находят из условия
где
Pi — шах {0,5; Р),
0,25;
(3-74)
% = [аМ[о]2.
(3.73)
Толщину стенки второго элемента перехода определяют с по-
мощью отношения толщины стенок (^ — c)/(s2 — с):
(т=т) s™+c-
(3.75)
Допускаемое внутреннее избыточное или наружное давление
рассчитывают по формуле
WidV с)
(CPi/cos а2) 4- (s2 — с) ’
(3.76)
где Pi — коэффициент формы, определяемый по формуле (3.73).
Для соединения конической и цилиндрической обечаек
(см. рис. 3.10, б) cos а2 = 1 (а2 = 0), при определении значения
коэффициента рх коэффициент р рассчитывают по формуле (3.74)
и в формулах (3.71) и (3.76) в качестве допускаемого напряжения
[<т ]а принимают минимальное из допускаемых напряжений для
обеих обечаек перехода [oli и [<т]2.
Расчет конической и цилиндрической частей или двух кони-
ческих частей, соединенных между собой тороидальным переходом
{см. рис. 3.10, а, г), нагруженных внутренним избыточным или
наружным давлением. Формулы расчета применимы при условиях:
cq < 70°; 0 < аг < 04; 0 < R6/D < 0,3.
Толщину стенки определяют по формулам:
РярРз 1 .
2[о]фд — pR cos а,’
St > 5т н + С.
Коэффициент формы ₽8 находят из условия
Рз = max {0,5; Р₽т),
(3.77)
(3.78)
(3.79)
где р — коэффициент, определяемый по формуле (3.74) при х = 1
и (sx — c)/{s2 — с) = 1; рт — коэффициент, определяемый по фор-
муле
(l/j/cosa,) -f- (l/KcosaJ
(3.80)
Коэффициент <рв определяют по формулам табл. 3.11 для
соответствующего вида нагрузки.
Допускаемое внутреннее избыточное или наружное давление
рассчитывают по формуле
2[a]<pfl(sT-c)
1Dps/cos a2 + (sT — с) '
(3.81)
Расчет пологого конического днища с тороидальным переходом
{см. рис. 3.10, а), нагруженного внутренним избыточным давле-
нием. Формулы расчета применимы при условии > 70°.
За толщину стенки принимают меньшее из значений si, причем
одно из них находят по формулам:
S„ = O.3(D-S,)A1/
уи у Ифд
(3.82)
si > St R + с, (3.83)
а другое — из условия si = max {sK; s^, где sK определяют по
формулам (3.63) и (3.64), а $т — по формулам (3.77) и (3.78).
Допускаемое внутреннее избыточное давление принимают как
большее из следующих значений: значения
г 9 12
I s —с 90
(3’84)
и меньшего из значений [р 1, определенных по формулам (3.65)
и (3.81).
I
V.
Коэффициент <рн находят по формулам табл. 3.11 для соответ-
ствующего вида нагрузки.
Расчет конической и цилиндрической обечаек, соединенных
между собой укрепляющим кольцом (см. рис. 3.10, в), нагруженных
внутренним избыточным или наружным давлением. Формулы
расчета применимы при условиях: •< 60°; (sj —с) (s2 —с).
Площадь поперечного сечения укрепляющего кольца
FK^
PrD* tg ai
бМкЧ’гв
₽F + 0,25 \
Р+0,25 )
(3.85)
1
где рк — коэффициент формы,
1 = (.2..[р]а <РА — 1 \ . (3.86)
' \ ₽в / и
Го ' '
При Л, 0 укрепление кольцом жесткости не требуется.
Коэффициенты <pFR и <рй определяют по формулам табл. 3.11
£ для соответствующего вида нагрузки.
В случаях действия нагрузки от наружного давления, сжима-
Г ющей силы, действующей в осевом направлении, или изгибающего
1 момента сварной шов стыкового соединения кольца должен быть
проварен. При определении FK необходимо учитывать также
сечение стенок обечаек, расположенное между наружными швами
кольца и обечаек.
Допускаемое внутреннее избыточное или наружное давление
из условия прочности переходной части рассчитывают по формуле
J DP. + O.-C)"’ (3'87)
Общий коэффициент формы (32 определяют из условия
р2 = max {0,5; ро}.
Здесь
(3.89)
--------; в = о,25
(sa - с) Vd (ss - с) Ма<5Рд
Формулы расчета применимы при выполнении следующего
условия, определяемого требованиями прочности сварного шва
укрепляющего кольца:
S^>4FK/D, (3.90)
где 2 h — сумма всех эффективных ширин несущих сварных
швов между укрепляющим кольцом и обечайкой (см. рис. 3.10, в).
У прерывистого сварного шва действительная его ширина
уменьшается в отношении длин сварного шва и всего периметра
обечайки. Расстояние между концами прерывистых сварных швов
должно быть не более 8$2 и сумма всех длин сварных швов не ме-
нее 0,5л (D = s2).
Расчет пологого конического днища и цилиндрической обечайки,
соединенных между собой укрепляющим кольцом (см. рис. 3.10, в)
и нагруженных внутренним избыточным давлением. Формулы
расчета применимы при условиях: > 60°; s2 = s„.
Толщину стенки конического днища определяют по формулам
(3.63) и (3.64) при = D.
Площадь поперечного сечения укрепляющего кольца опреде-
ляют по формуле (3.85), в которой при определении р следует при-
нять — с = 0. Допускаемое внутреннее избыточное давление
для конического днища [р ] определяют по формуле (3.65) при
DK = D, а для укрепляющего кольца — по формуле (3.87), при
этом для определения р2 принимают — с — 0. Расчет применим
при соблюдении требования прочности сварного шва (3.90).
Допускается применение пологого конического днища без то-
роидального перехода и без укрепляющего кольца. Толщину
стенки днища в этом случае определяют по формулам (3.82)
и (3.83), проверочный расчет выполняют по формуле (3.84) при
Яб = 0.
Расчет соединения штуцера или цилиндрической обечайки с ко-
нической обечайкой по меньшему диаметру (см. рис. 3.10, е), на-
груженного внутренним избыточным или наружным давлением.
Формулы расчета применимы при условии 60°.
Толщину стенки штуцера или цилиндрической обечайки опре-
деляют по формулам:
5ад=~2[о]аФд-РД ; S2>S2h + c’ (391); <3 92)
Расчет толщины стенки конического элемента переходной
части производят с помощью условия (3.75).
Допускаемое внутреннее избыточное или наружное давление
рассчитывают из условия прочности переходной части:
[р. f
£>р4 + (sa — с) •
Коэффициент формы ₽4 определяют из условия
= max {1; 0В|,
(3.94)
I где
Рн = Р+0,75 при (3.95)
I ____ 2
| ₽н = 0,4]/^Х
1> \ «2 ь- / г -с-f tuo vcj / \ og ь / х х
i т 2
! при x(jEy)2<i-
I
- Коэффициент <рл определяют по формулам табл. 3.11 для соот-
ветствующего вида нагрузки.
Расчет гладких конических обечаек, нагруженных растягива-
I ющей силой, действующей в осевом направлении (см. рис. 3.9, а, б).
[ Толщину стенки рассчитывают по формулам:
S“B nDK<pT[a] cose*! ’ (3.97)
: 5к^'5кЯ-|-с. (3.98)
Допускаемую растягивающую силу определяют по формуле
' [Р] — nDK (sK — с) [о] фт cos ад. (3.99)
Расчет гладких конических обечаек, нагруженных сжимающей
I. силой, действующей в осевом направлении (см. рис. 3.9, а, б).
р Формулы расчета применимы при условии ах 60°.
Допускаемую сжимающую силу, действующую в осевом на-
' правлении, определяют по формуле
! [Рд] = —Г----[Р1]р.. (3.100)
i Kl-HLPJp/IPiW
[ где силу [Рд 1р находят из условия прочности:
г [Pilp — nDE(sK — с) [olcosai, (3.101)
t а силу [Px 1E — из условия устойчивости:
[Plk = 3I°^2£ Di [ '”><;-*» ]! g 1(1,1 cos’
1(3,102)
Эффективный диаметр конической обечайки при осевом сжатии
и изгибе составляет величину
De = (0,9£> + 0,lDo)/cos oj. (3.103)
Расчет конической и цилиндрической частей или двух кониче-
ских частей, соединенных между собой без тороидального перехода
(см. рис. 3.10, б, д), нагруженных растягивающей или сжимающей
силой, действующей в осевом направлении. Формулы расчета при-
менимы при условиях: = 60° j 0 <; а2 < aj (sx — с) (s2 — с).
Допускаемую растягивающую или сжимающую силу, действу-
ющую в осевом направлении, из условия прочности переходной
части определяют по формуле
Ре
(3.104)
Здесь фв — коэффициент, определяемый по формулам табл. 3.11
для соответствующего вида нагрузки[ 06 — коэффициент формы,
0Б = max {l,0j (20 + 1,2)}, (3.105)
где 0 — коэффициент, определяемый по формуле (3.74).
Расчет конической и цилиндрической частей или двух кониче-
ских частей, соединенных между собой тороидальным переходом
(см. рис. 3.10, а, г), нагруженных растягивающей или сжимающей
силой, действующей в осевом направлении. Формулы расчета при-
менимы при условиях: аг 70°j 0 а2 0 Rg/D 0,3.
Допускаемую растягивающую или сжимающую силу, действу-
ющую в осевом направлении, определяют по формуле
_ (s — с) Го] <р_ cos а„
[Р] = 1Л1 = ?. (3.106)
Коэффициент <рн находят по формулам табл. 3.11 для соот-
ветствующего вида нагрузки, а коэффициент формы 0, находят
из условия
07 = max {1, 0; 0Т (20 + 1,2)}, (3.107)
где 0 и 0Т определяют по формулам (3.74) и (3.80).
Расчет конической и цилиндрической обечаек, соединенных ме-
жду собой укрепляющим кольцом (см. рис. 3.10, в), нагруженных
растягивающей или сжимающей силой, действующей в осевом
направлении. Формулы расчета применимы при условиях: а,
<60°j (S1 - с) > (s2 - с).
Допускаемую растягивающую или сжимающую силу, действу-
ющую в осевом направлении, из условия прочности переходной
части рассчитывают по формуле
Ре
(3.108)
Коэффициент формы 0в определяют из условия
Ре = max }l,0j 20о}, (3.109)
где коэффициент 0О определяют по формуле (3.88), в которой сле-
дует принять В3 — —0,35.
Проверку сварного шва укрепляющего кольца выполняют
по условию (3.90).
Расчет соединения штуцера или цилиндрической обечайки с ко-
нической обечайкой по меньшему диаметру (см. рис. 3.10, е), на-
груженного растягивающей или сжимающей силой, действующей
в осевом направлении. Формулы расчета применимы при условии
< 60°.
Допускаемую растягивающую или сжимающую силу, действу-
ющую в осевом направлении, из условия прочности переходной
части рассчитывают по формуле
[Р] = [PJ = nD . (3.110)
Р8
Здесь коэффициент <рв находят по формулам табл. 3.11 для соот-
ветствующего вида нагрузки] коэффициент формы 08 определяют
из условия
р8 = тах{1,0; (2рн-1)), (3.111)
где коэффициент формы 0Н находят по формулам (3.95) или (3.96).
Расчет гладких конических обечаек, нагруженных внешним
изгибающим моментом. Допускаемый изгибающий момент опре-
деляют из условия прочности по формуле
[М] = 0,25Рн[Р]; [Л1] =0,25DH[P1], (3.112)
где за расчетный диаметр принимают DR = DK (по формулам
табл. 3.10) или Dr = Do (для конического перехода по
рис. 3.9, а, б), и из условия устойчивости по формуле (3.27),
в которой принимают:
[Af]P = 0,25DP [Р]р; [М]р = 0,250,^],; (3.113)
[Л4 ]£ = 285Dr [Р]£; [Л4]в = 0,285£>в [Рх]£. (3.114)
Значения величин определяют по следующим формулам: DE —
по (3.103), [Р] — по (3.99), [PjL — по (3.101), [РДВ— по
(3.102).
Расчет соединения конических и цилиндрических обечаек (см.
рис. 3.10), нагруженных внешним изгибающим моментом. Допу-
скаемый изгибающий момент из условия прочности переходной
части рассчитывают по формуле
Ш ] = 0,25£> LPlj Ш1 = 0,25D (PJ, (3.115)
где допускаемую силу, действующую в осевом направлении, опре-
деляют по формулам (3.100), (3.106), (3.108), (3.110).
Расчет конических обечаек в зависимости от сочетания нагру-
зок. Расчет проводят только на действие давления pR, если сумма
эквивалентных давлений от добавочных нагрузок (силы, действу-
ющей в осевом направлении, и изгибающего момента), опреде-
ляемых по формулам
рР = 4Р/(л£>£); РРг = 4P1/(kD|}>; = 6М/(лГ3Л), (3.116)
составляет для соответствующего расчетного диаметра не более
10 % от рл.
Расчет гладких конических обечаек при совместном действии
нагрузок. При проверке прочности или устойчивости в случае
совместного действия нагрузок в приведенных ниже формулах
наружное давление и осевую сжимающую силу, действующую
в осевом направлении, принимают со знаком минус. Изгибающий
момент всегда принимают со знаком плюс.
В случае действия наружного давления условие устойчивости
конической части проверяют по формуле
-р/[р] — P/lP] + 1, (3.117)
а также по формулам, служащим для проверки устойчивости
от действия отдельных нагрузок;
|р|<[р]. |^|<[П |М|<[М]. (3.118)
Допускаемые нагрузки определяют по формулам (3.12), (3.100),
(3.27). Проверку следует проводить, если значения рР и рм,
определяемые по формулам (3.116), составляют хотя бы для одного
из расчетных диаметров обечайки более 10 % от pR.
В случае действия внутреннего давления в формуле (3.117)
следует принимать р — 0.
Расчет переходной части конических обечаек при совместном
действии нагрузок. Переходные части конических обечаек прове-
ряют на прочность от действия отдельных нагрузок по форму-
лам (3.118), а также на соблюдение условия
|p/[pl + P/IP1I +Л1/Ш1 < 1, (3.119)
где [р], [Р], [М ]—допускаемые нагрузки для переходной
части обечайки.
Проверку следует проводить, если давления рР и рм, опре-
деляемые по формулам (3.116) при DR — D, составляют более
10 % от рд.
Сферические крышки и днища. Расчет крышек и днищ, на-
груженных внутренним избыточным давлением. Формулы расчета
применимы при условиях: (s — c)/R <0,1; 0,95£> </?<£>.
Толщину сферической крышки (см. п. 3.4, рис. 3.20, в, г)
рассчитывают по формулам:
0,58рпР
«д = ф[(Т” ; s = SjR + c. (3.120); (3.121)
Допускаемое внутреннее избыточное давление для крышки
\р ] = 1,73 (s — с) [о J <р/Р. (3.122)
Толщину сферического днища (см. рис. 3.11) определяют по
формулам:
0,72рнЯ
s««g--<p-[5] ; = % + * (3-123); (3.124)
Допускаемое внутреннее избыточное давление для днища
[р] = 1,38 (вд — с) [а] ф./R. (3.125)
Расчет крышек и днищ, нагруженных наружным давлением *.
Допускаемое наружное давление определяют по формуле
{р 1 = 0,466^ l(s — c)/R 4 (3.126)
Эта формула применима при условии
Я/(5-с)>К2(Е/<гт).
(3.127)
Коэффициенты Кг = f (р) и (р), где р = 6,6H/(s — с) —
параметр пологости крышки и днища, принимаются по табл. 3.12.
Таблица 3.12
коэффициенты к, и к,
для РАСЧЕТА СФЕРИЧЕСКИХ НЕОТБОРТОВАННЫХ КРЫШЕК И ДНИЩ
р Крышка Днище Р Крышка Днище
К, К, Ki К. К, К. К, К,
40 0,26 0,156 0,17 0,102 100 0,17 0,102 0,11 0,066
50 0,23 0,138 0,15 0,090 200 0,13 0,078 0,10 0,060
75 0,19 0,114 0,13 0,078 300 0,10 0,060 0,09 0,054
Плоские круглые приварные днища и крышки (см. рис. 3.12),
нагруженные внутренним избыточным или наружным давлением.
Формулы расчета плоских круглых днищ и крышек применимы
при условии ($х — c)/Dr <0,1.
При (sj — c)/Dr >0,1 значение допускаемого давления, рас-
считанного по приводимым ниже формулам, следует умножить
на поправочный коэффициент
Кр = min/l, 0; --. 2,2 )
’ I 1 + Ки-[в(51-с)/ад/-
(3.128)
При ($! — c)IDr > 0,1 допускаемое давление для днищ и
крышек проверяют во всех случаях.
Толщину днища или крышки рассчитывают по формулам:
sib = KKqDrV Рн/([а1 Ф); (3.129)
> s1H + с. (3.130)
Коэффициент К в зависимости от конструкции днищ и крышек
принимают по табл. 3.13.
Коэффициент ослабления днища или крышки отверстиями Ко
зависит от числа отверстий:
1 В приведенных формулах для сферических днищ вместо размеров з и Н следует под-
ставлять размеры Зд и Нд.
Рис. 3.19. Пример определения £ dt в пло-
ских днищах, ослабленных отверстиями
при наличии одного отверстия
диаметром d
/Со=/1 +d/r>H+(d/£>H)2; (3.131)
при наличии нескольких отверс-
тий диаметрами d;
К — л/ 1 ~ (dt/Дд)3 ZO 1004
Для днищ и крышек без отверстий Ло — 1.
Расчетный диаметр днищ типов, показанных на рис. 3.12, а—
з, к, принимают равным DR = D, для типа на рис. 3.12, и при-
нимают Dr — D — R.
Максимальная сумма длин хорд отверстий в наиболее ослаблен-
ном диаметральном сечении днища или крышки (сечение /—I
или IJ—II на рис. 3.19)
£ di — max {(dj -J- d§); 4~ ^г)}- (3.133)
Во всех случаях должно быть sx s, где sx — толщина днища
или крышки| s — толщина сопрягаемой обечайки.
Таблица 3.13
КОЭФФИЦИЕНТ к в ЗАВИСИМОСТИ ОТ КОНСТРУКЦИИ СВАРНОГО
СОЕДИНЕНИЯ ПЛОСКИХ КРУГЛЫХ ДНИЩ С ОБЕЧАЙКОЙ
Номер рисунка Вид соединения s — с Si — с К
3.12,а 3.12,6 3.12,в 3.12,г 3.12,6 Тавровое » Угловое Тавровое » — 0,53 0,50 0,45 0,50 0,41
3.12,е 3.12,ж 3.12,в Тавровое » Угловое <0,5 >0,5 <0,5 >0,5 <0,5 >0,5 0,41 0,38 0,45 0,41 0,41 0,38
3.12, и Стыковое:
при /> V D (s — с) — max {0,35; 0,45 [1 — 0,23 (s — — cj/(si — с)]}
при 1 < V D (s — с) max {0,4; 0,47 (1 — 0,23 (s — — C)/(S!—c)]J
3.12, к Стыковое <0,5 >0,5 0,41 0,38
Допускаемое давление на плоское днище или крышку опреде-
ляют по формуле
lp 1 = I (si - c)/(KK0DR) I2 [о 1 (3.134)
Толщину утоненной части $2 плоского днища типа, показан-
ного на рис. 3.12, к, рассчитывают по формулам:
s2H = max {(«! — с)тЛЗ (DR — DJ/Dr, 0,5£)вр/[Ъ]}; (3.135)
S2 82д + С. (3.136)
3.4. КРЫШКИ ОТЪЕМНЫЕ, ЛЮКИ
3.4.1. Конструкции
Отъемные крышки на корпусе аппарата применяют только
в тех случаях, когда его невозможно выполнить цельносварным,
имеющим люк для осмотра, чистки, ремонта, загрузки, выгрузки,
монтажа и демонтажа внутренних устройств. Крышки большей
частью присоединяются к корпусу аппарата с помощью фланцев,
которые металлоемки, особенно при больших диаметрах и высо-
ких давлениях в аппарате, и поэтому являются нежелательными.
Типовые конструкции отъемных крышек показаны на рис. 3.20
и 3.21. Эллиптические и сферические крышки состоят из стан-
Рис. 3.20. Типовые конструкции отъемных выпуклых крышек в стальных свар-
ных аппаратах: а — эллиптическая с плоским фланцем; б — эллиптическая
с фланцем, приваренным встык; е — сферическая с угловым сварным соедине-
нием с фланцем; г — сферическая со стыковым сварным соединением с фланцем
3 Смирнов Г. Г. и др.
Рис. 3.21. Типовые конструкции отъемных плоских круг-
лых крышек в стальных сварных аппаратах: а — с уплот-
нением по краю крышки; б — зажатая между фланцами;
в — с уплотнением на соединительном выступе; г — с уп-
лотнением выступ—впадина или шип—паз; д — с уплот-
нением овальной или восьмиугольной прокладкой
65
дартных днищ, сваренных со стандартными или специальными
фланцами, а плоские крышки являются цельными, изготовлен-
ными из листов или поковок.
Многие аппараты по условиям эксплуатации можно выполнять
без крышек, цельносварными, и такие аппараты обычно сна-
бжаются люками, которые стандартизованы.
Конструкция и основные размеры стандартных люков со ско-
бой для сварных аппаратов приведены в ОСТ 26-2001—83 [15],
люков с плоскими крышками и плоскими фланцами —
в ОСТ 26-2002—83 [15], со сферическими крышками и плоскими
фланцами — в ОСТ 26-2003—83 [15], загрузочных люков с пло-
скими крышками и плоскими фланцами — в ОСТ 26-2004—83 [15],
с плоскими крышками и фланцами, приваренными встык, —
в ОСТ 26-2005—83 [15] (уплотнение выступ—впадина),
ОСТ 26-2006—83 [15] (уплотнение шип—паз), ОСТ 26-2007—83
[15] (уплотнение под прокладку восьмиугольного сечения). Ма-
териальное оформление стандартных люков приведено
в ОСТ 26-2011—83 115].
Крышки вертикальных люков массой свыше 20 кг и горизон-
тальных массой свыше 40 кг должны иметь устройства, облегча-
ющие их обслуживание. Такие устройства стандартизованы.
Конструкции и основные размеры стандартных шарнирных
устройств для крышек люков приведены в ОСТ 26-2012—83 [15],
подъемно-поворотных устройств — в ОСТ 26-2013—83 [15].
4
3.4.2. Расчеты на прочность
Крышки аппаратов рассчитывают по методике, приведенной
в ГОСТ 14249—80* (СТ СЭВ 1040—78).
При определении толщин стенок днищ эллиптических и сфери-
ческих крышек используют формулы п. 3.5j фланцы для эллипти-
ческих крышек выбирают стандартными. ]
При расчете плоских крышек определяют расчетные толщины
в средней части крышки и в месте уплотнения s2 (см. рис. 3.21).
Формулы расчета для плоских круглых крышек применимы при
условии (Sj — c)/DR <0,1.
Расчетную толщину s1B определяют по формуле (3.129), в ко-
торой принимают Dr = Ьъ для конструкции по рис. 3.21, а
и DB = £>п.с для конструкций по рис. 3.21, б—д. Коэффи-
циент определяют по формулам (3.131) и (3.132) в зависимости
от числа и размера отверстий, а коэффициент К принимают:
К = 0,4 для конструкции по рис. 3.21, а; К = 0,41 для кон-
струкции по рис. 3.21, б.
Допускаемое давление на плоскую крышку определяют по
формуле (3.134). Толщину утоненной части s2 плоской крыш-
ки (рис. 3.21, а, б) рассчитывают по формулам (3.135) и
(3.136).
К Плоские круглые крышки с дополнительным краевым моментом
| (рис. 3.21, в—д) рассчитывают на внутреннее избыточное давле-
ние по формулам:
Sib — KqKiDr у/ р/([о] ф); (3.137)
s Sj s1R + с. (3.138)
t Коэффициент Ki определяют по формуле
} Кх = 0,41 У1 +3,|’d^d„I1cC~1) (3.139)
I или по рис. 3.22, а в зависимости от отношения DB]Dn. с и зна-
I чения ф — 1 4- )?п/Сд» гДе <2Д, 7?п — равнодействующая сила
I от внутреннего давления на крышку и сила реакции прокладки,
I: определяемые по формулам (3.128) и (3.129) (см. п. 3.9.2).
Толщину плоской круглой крышки с дополнительным краевым
моментом в месте уплотнения определяют по формуле
I
О,6РБ/([П] £>п. с)} +с.
(3.140)
Здесь за болтовую на-
грузку Рв принимают
большее из двух значений,
определенных из условий
монтажа или рабочих усло-
вий по формулам (3.223) и
(3.224).
Коэффициент К2 рас-
считывают по формуле
Кз = 0,8DB/Da. с — 1
(3.141)
или определяют по
рис. 3.22, б в зависимости
от отношения DB/Da. с.
Толщину края плоской
круглой крышки с допол-
нительным краевым момен-
том вне зоны уплотнения s8
(см. рис. 3.21, в) рассчи-
Рис. 3.22. Графики для опре-
деления коэффициентов при рас-
чете отъемных плоских круглых
крышек:
: (3.139);
а — Кг по формуле
б — по формуле
(3.141)
тывают по формуле (3.140), при этом вместо £>п. с подстав-
ляют Dt.
Допускаемое давление для плоской круглой крышки с допол-
нительным краевым моментом
(3-142)
При (Si — с)/Од > 0,1 допускаемое давление, рассчитанное
по формуле (3.134) или (3.142), следует умножить на поправочный
коэффициент, рассчитываемый по формуле (3.128).
Проверку допускаемого давления для крышки при (sj —
— c)[Dr >0,1 следует проводить во всех случаях.
3.5. РУБАШКИ
3.5.1. Конструкции
Рубашки в химических аппаратах предназначаются для наруж-
ного нагревания или охлаждения обрабатываемых или храня-
щихся в агГпарате главным образом жидких продуктов. Они могут
устанавливаться на цилиндрических вертикальных и горизон-
тальных аппаратах. Наибольшее применение имеют рубашки на
вертикальных аппаратах.
По конструкции рубашки бывают неразъемными (приварными
к корпусу аппарата) и отъемными. Более просты и надежны в ра-
боте неразъемные рубашки, которые для сварной аппаратуры
стандартизованы.
Неразъемные рубашки с эллиптическими и кониче-
скими днищами применяют при р С 0,6 МПа и / < 350 °C; при
р = 1,04-1,6 МПа и t < 300 °C.
Конструкция и основные размеры стандартных неразъемных ру-
башек с эллиптическими днищами приведены в ОСТ 26-01-984—82
[46], с коническими днищами — в ОСТ 26-01-985—82 [46] и
ОСТ 26-01-986—82 [46].
Неразъемные рубашки из полутруб применяют при р < 0,6 МПа
и t 350 °C, при р = 1,04-6,4 МПа и ] < 280 °C. Конструкция
и основные размеры стандартных неразъемных рубашек из полу-
труб приведены в ОСТ 26-01-987—82 [46].
Неразъемные рубашки с вмятинами применяют при р —
= 2,54-4 МПа и t < 250 °C.
При конструировании аппаратов с неразъемными рубашками
необходимо иметь в виду, что для корпусов аппаратов из аусте-
нитных сталей допускается приварка рубашек из углеродистых
или низколегированных сталей при температуре стенки аппа-
рата t 100 °C.
Отъемные рубашки применяют в тех случаях, когда по
условиям эксплуатации требуется периодическая чистка корпуса,
закрытого рубашкой, с обязательным вскрытием его.
I
3.5.2. Расчеты на прочность корпусов аппаратов
с неразъемными рубашками
Рубашки цилиндрические с эллиптическими и коническими
^днищами. При расчете определяют толщины стенок цилиндриче-
Дских обечаек корпуса аппарата и рубашки (см. п. 3.2) и эллипти-
ческих или конических днищ (см. п. 3.3).
: Толщину стенки тороконического или конического соедини-
(.тельного элемента рубашки sK (рис. 3.23) обычно принимают рав-
Рис. 3.23. Конструкции соединительных
элементов неразъемных рубашек с кор-
пусом аппарата: а — тороконический;
б — конический; в — кольцевой; г —
конструктивное соединение рубашки с
корпусом аппарата
[ной толщине стенки обечайки рубашки, а высоту плоского соеди-
нительного кольца hK — конструктивно. Угол конуса рекомен-
дуется принимать а = 30°.
F Рубашки из полутруб. Методика расчета приведена в
.ОСТ 26-01-987—82 [46]. Расчетная толщина стенки полутрубы
sib = PrR/(.4> 1<Н),
(3.143)
.где pR — расчетное давление в рубашке; R — внутренний радиус
трубы; <р — коэффициент прочности сварного шва; [о] — допу-
скаемое напряжение материала полутруб.
I Расчетную толщину стенки обечайки аппарата от внутренних
избыточных давлений в аппарате и рубашке с учетом напряжений
изгиба определяют по формуле
sB = 2R T/pB/(2<p[a]) + pBD/(8q> [<т]'), (3.144)
где рц — расчетное давление в рубашке; — расчетное давле-
ние в аппарате; [ст]' —допускаемое напряжение материала обе-
чайки аппарата.
Расчетная толщина стенки обечайки исходя из устойчивости
sB = В + / В2 Ч 4ЛС/(2Л), (3.145)
где
А = Й-0 + О, !£>//) (1 + 5D//); (3.146)
iLrj,£y
в = pR (1 + 5D/ly, С = 0,03pRDu. (3.147); (3.148)
Здесь пт = 1,6 — коэффициент запаса устойчивости к пределу
текучести; и = 1,5 — коэффициент, учитывающий некруглость
трубы; D — внутренний диаметр обечайки корпуса аппарата;
I — длина хорды полутрубы в месте приварки к корпусу.
Рубашки с вмятинами. Толщину стенки обечайки и днища
корпуса аппарата определяют по формуле
8 = 0,15-^- 4- с' + с, (3.149)
ф [а] ' 5<р [о] ' 1 4 >
где р'ц, ря — расчетные давления в аппарате и рубашке соот-
ветственно; D — внутренний диаметр обечайки аппарата; <р —
коэффициент прочности продольного сварного шва на цилиндриче-
ской обечайке или радиального шва на днище корпуса аппарата;
t—шаг между вмятинами; с', с—прибавки к расчетным толщинам.
Расчетная толщина стенок обечайки и днища рубашки
S1 = 0,7 (з — с) + с' + с. (3.150)
3.6. ШТУЦЕРА
Присоединение к аппарату трубной арматуры, а также техно-
логических трубопроводов для подвода и отвода различных жид-
ких или газообразных продуктов производят с помощью штуцеров
или вводных труб, которые могут быть неразъемными и разъем-
ными. По условиям ремонтоспособности чаще применяют разъем-
ные соединения (фланцевые штуцера). Неразъемные соединения
(на сварке) применяют при необходимости обеспечения особо
высокой герметичности преимущественно при блочной компоновке
аппаратов в кожухе, заполненном тепловой изоляцией, например
в установках низкотемпературного разделения газов, где дли-
тельное время не требуется осмотра соединений.
Стальные фланцевые штуцера стандартизованы и представляют
собой патрубки, выполненные из труб с приваренными к ним
фланцами или кованные за одно целое с фланцами. В зависимости
от толщины стенок патрубки штуцеров бывают тонкостенными и
толстостенными, что вызывается необходимостью укрепления от-
верстия в стенке корпуса аппарата патрубком с разной толщиной
стенки.
На рис. 3.24 показаны конструкции стандартных стальных
приварных фланцевых штуцеров, а в табл. 3.14 приведены их
типы и условия применения. Основные размеры штуцеров даны
в соответствующих отраслевых стандартах, указанных в табл. 3.14.
Присоединение фланцевых штуцеров к цилиндрическому кор-
пусу, днищу или крышке производят с определенным вылетом И
70
ТИПЫ ШТУЦЕРОВ И УСЛОВИЯ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ
(ПО ОСТ 26-02-2064 — 83 — ОСТ 26-02-2074—83) [57]
ф Тип и исполнение штуцера Стандарт Условия применения
Ру» МПа Dy, мм Допусти- мая рабо- чая тем- перату- ра» °C
SC плоскими приварными (фланцами, имеющими ^соединительный выступ >(рис. 3.24, а) I ОСТ 26-02-2065—83 1,о 200—500 От —70 до +300
1,6 15—500
»"С приварными встык 'фланцами, имеющими со- Мединительный выступ ^(рис. 3.24, б) ОСТ 26-02-2066—83 1,6; 2,5 100—500 От —70 до +600
4,0 15—80
;/С приварными встык (“фланцами, имеющими ^выступ (исполнение 1) | или впадину (исполнение | 2) — рис. 3.24, б к ОСТ 26-02-2067—83 1,0 200—500
1,6; 2,5 100—500
4,0 15—500
6,3 15—2500
L • л. приварными встык ^(фланцами, имеющими Ш4иип (исполнение 1) или |(паз (исполнение 2) — ирис. 3.24, б ОСТ 26-02-2068—83 1,6 50—300
4,0 15—300
. <С приварными встык » фланцами под прокладку «(овального сечения £(рис. 3.24, б) ОСТ 26-02-2069—83 6,3; 10,0 50—400
16,0 15—300
Утолщенные цельноко- j фаные с соединительным "(Выступом (рис. 3.24, в) ОСТ 26-02-2071—83 4,0 15—80
^Утолщенные цельноко- Кваные с выступом (испол- Жнение 1) или впадиной ^(исполнение 2), тип 1 Е (рис. 3.24, в) ОСТ 26-02-2072—83 4,0; 6,3 15—80
ЕУтолщенные цельноко- УВзные под прокладку увального сечения, тип 1 'Ис. 3.24, в) ОСТ 26-02-2074—83 6,3; 10,0 50—80
16,0 15—80
Тип и исполнение штуцера Стандарт Условия применения
ру, МПа Dy, мм Допусти- мая рабо- чая тем- перату- ра, °C
Утолщенные с приварны- ми встык фланцами, име- ющими соединительный выступ, тип 2 (рис. 3.24, а) ОСТ 26-02-2071—83 1,6 100—500 От —70 до +600
2,5 50—300
Утолщенные с приварны- ми встык фланцами, име- ющими выступ (исполне- ние 1) или впадину (ис- полнение 2), тип 2 (рис. 3.24, а) ОСТ 26-02-2072—83 1,6 100—500
2,5; 4,0 50—500
6,3 50—250
Утолщенные с приварны- ми встык фланцами, име- ющими шип (исполнение 1) или паз (исполнение 2), тип 2 (рис. 3.24, г) ОСТ 26-02-2073—83 1,6 100—300
4,0 50—250
Утолщенные с приварны- ми встык фланцами под прокладку овального се- чения, тип 2 (рис. 3.24, г) ОСТ 26-02-2074—83 6,3; 10,0 50—400
16,0 15—300
(рис. 3.25), который зависит от £)у, а также от толщины изо-
ляции аппарата, если она необходима. Рекомендуемые вылеты Н
стандартных фланцевых штуцеров приведены в ОСТ 26-02-2070—83
и ОСТ 26-02-2076—83 [57].
Вылеты бесфланцевых штуцеров не стандартизованы, их
можно принимать по соответствующим длинам патрубков флан-
цевых штуцеров.
приваренным встык, и тонкостенным патрубком; в — кованый толстостенный;
е — с фланцем, приваренным встык, и толстостенным патрубком; д — вариант
конструкции сварного толстостенного штуцера
Рис. 3.25. Вылеты фланцевых шту-
церов: а — тонкостенных (см. рис.
3.24,а, б); б — толстостенных (см.
рис. 3,24,в, г)
При фланцевых соединениях
на штуцерах с уплотнением вы-
ступ — впадина и шип—паз
штуцера на аппарате рекомен-
дуется устанавливать с впади-
ной и пазом. В этом случае
части (труба, трубная арматура) должны иметь
^соответствующие фланцы с выступом и шипом.
>, 3.7. УКРЕПЛЕНИЕ ОТВЕРСТИЙ В СТЕНКАХ АППАРАТОВ
Д 3.7.1. Требования к конструированию
Р Различные отверстия в стенках корпуса или днища сварного
^аппарата (для штуцеров и люков) ослабляют стенки и поэтому
’ Рис. 3.26. Конструкции укреплений отверстий в стенках сварных аппаратов:
— приварным штуцером с внешней стороны; б — приварным штуцером с внеш-
p. ней и внутренней сторон; е — приварной вводной трубой; г — торовой вставкой;
td — приварными снаружи и изнутри накладными кольцами; е — приварным
^снаружи накладным кольцом; ж — отбортованной стенкой; з — врезной бобыш-
кой; и — накладной бобышкой
Рис. 3.27. Наклонные штуцера на обечайках: а — расположение овального
отверстия на обечайке с углом со между осью большого размера и образующей
обечайки; б — расположение штуцера в плоскости продольного сечения обе-
чайки под углом у между осью штуцера и образующей; в, г — расположение
штуцера в плоскости поперечного сечения обечайки под некоторым углом к глав-
ной оси
Рис. 3.28. Смещенный штуцер на
эллиптическом днище
должны быть большей частью укреп-
лены. Укрепление осуществляют
патрубком штуцера, утолщением
укрепляемой стенки и укрепляющим
кольцом. Наиболее рациональным и
поэтому наиболее предпочтительным
является укрепление патрубком
штуцера.
На рис. 3.26 показаны типовые
конструкции укреплений отверстий в
стенках сварных аппаратов. Укреп-
ляющие кольца должны изготовлять-
ся предпочтительно цельными; до-
пускается выполнять их из двух половин, при этом сварной шов
(со сплошным проваром) должен быть расположен под углом 45°
к продольной оси аппарата, если штуцер размещен на цилиндри-
ческом корпусе. Все укрепляющие кольца, а также накладные
бобышки должны иметь контрольные сквозные отверстия М10,
расположенные в нижней части кольца (бобышки) при рабочем
положении аппарата для пневматического испытания герметичнос-
ти сварных швов избыточным давлением 0,6 МПа.
На рис. 3.27 и 3.28 показаны типовые конструкции соединения
„ наклонных штуцеров на обечайках и смещенных штуцеров на
* эллиптическом днище.
3.7.2. Расчет укрепления отверстий
в
•fr
$
Укрепление отверстий рассчитывают по методике, приведенной
ГОСТ 24755—81 (СТ СЭВ 1639—79).
Область применения и основные формулы. Расчет распростра-
няется на укрепление круглых и овальных отверстий в стенках
I цилиндрических обечаек, конических переходов и днищ, а также
^эллиптических и полушаровых днищ, изготовленных из пластич-
: ных в условиях эксплуатации сталей.
Пределы применения метода расчета и значения расчетных
f диаметров DR для различных укрепляемых элементов приведены
I’в табл. 3.15, а значения расчетных диаметров отверстий dR—
г в табл. 3.16.
Отверстия в краевой зоне обечаек и выпуклых днищ (кроме
I эллиптических), как правило, не допускаются, поэтому расстоя-
I
I
I’.
1
£
ние (по проекции образующей на плоскость основания днища)
4
Таблица 3.1
ПРЕДЕЛЫ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДА РАСЧЕТА
УКРЕПЛЕНИЯ ОТВЕРСТИЙ И ЗНАЧЕНИЯ DR
Р.ЛЯ РАЗЛИЧНЫХ УКРЕПЛЯЕМЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
ПО ГОСТ 24755—81 (СТ СЭВ 1639 — 79)
Укрепляемый элемент Пределы применения °*
dR/ZJ s/D
Цилиндрическая обечайка <1,0 <0,1 D
Конический переход или днище <0,l/cos а DK/cos а
Эллиптическое днище <0,5 <0,1
Эллиптическое днище стандартное (HR = = 0,25В)
20V '-з(-гУ
Сферическое днище 2R
1 Примечание. Здесь х — расстояние от центра укрепляемого отверстия до оси
L Эллиптического днища (см. рис. 3.28)
ФОРМУЛЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСЧЕТНЫХ ДИАМЕТРОВ
ОТВЕРСТИЙ И ШТУЦЕРОВ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ВИДА
И НАПРАВЛЕНИЯ ШТУЦЕРОВ, ПРИСОЕДИНЯЕМЫХ
К ОБЕЧАЙКАМ, ПЕРЕХОДАМ И ДНИЩАМ
Вид отверстия и направление шту- цера Формула для расчета dp
Отверстие в стенке обечайки, перехода или днища при наличии штуцера круглого по- перечного сечения, ось которого совпадает с нормалью к поверхности в центре отверстия; отверстие для штуцера, ось которого лежит в плоскости поперечного сечения цилиндри- ческой или конической обечайки и направле- на к поверхности под некоторым углом (тан- генциальные штуцера); круглое отверстие без штуцера (см. рис. 3.26; рис. 3.27, в, е) d -|- 2cg
Отверстие для смещенного штуцера на эллип- тическом днище (см. рис. 3.28) d Ч~ 2cg V 1 - (2х/Лй)2
Отверстие овального профиля при наличии наклонного штуцера с круглым поперечным сечением, когда большая ось овального от- верстия составляет угол со с образующей обе- чайки (см. рис. 3.27, а, б) (d + 2cs) (1 + tg2 у-cos2 co)
Отверстие овального профиля при наличии наклонного штуцера круглого сечения, когда ось штуцера лежит в плоскости продольного сечения обечайки («в = 0, см. рис. 3.27, б), а также отверстия в сферических днищах (d + 2cs)/cos2 у
Овальное отверстие, у которого большая ось составляет угол со с образующей обечайки (см. рис. 3.27, а) (dg + 2cg) X X Г sin2 co + f j1 ) cos2© ] L ydit + iCsJ J
Овальное отверстие, у которого большая ось находится в плоскости продольного сечения обечайки (со = 0) (d, + 2cs)2/(d2 + 2cs)
Овальное отверстие, у которого меньшая ось находится в плоскости продольного сечения обечайки (со = 90°) d2 + 2cs
Отверстие для штуцера круглого поперечного сечения, ось которого совпадает с нормалью к поверхности в центре отверстия, при нали- чии отбортовки или торообразной вставки (см. рис. 3.26, г, яс) d + 1,5 (R — sfi) + 2cg
Пр имечание. Для выпуклых днищ принимают а> — 0.
от оси штуцера до края цилиндрической обечайки или кониче-
. ского перехода должно быть
г х0 > 0,5 (Во + d), (3.151)
' где В(} — ширина зоны укрепления, прилегающей к штуцеру при
i отсутствии накладного кольца, определяемая по формуле (3.160).
Для эллиптических днищ
х0 > 0,05 (£> — d). (3.152)
Для сферических днищ
х0 max {0,1 (D + 2s); (0,090 + s) + 0,5d{. (3.153)
Отверстия в краевой зоне выпуклых днищ допускаются при
условии
dR С max |(s — с); 0,2 DR (s — с)}. (3.154)
Для наклонных штуцеров с круглым поперечным сечением
(см. рис. 3.27, б) формулы расчета применимы, если у <; 45°,
а отношение длин осей овального отверстия удовлетворяет условию
<ii/da <1 + 2 (s — c)/d2. (3.155)
Эти ограничения не распространяются на тангенциальные и
наклонные штуцера, оси которых лежат в плоскости поперечного
сечения обечайки. Для нецентральных (смещенных) штуцеров
на эллиптических днищах у 60°.
Расчетные параметры. Расчетные толщины стенок укрепляе-
мых элементов обечаек, конических днищ и переходов определяют
по соответствующим формулам, приведенным в цп. 3.2 и 3.3. Для
эллиптических днищ, нагруженных внутренним избыточным дав-
лением, расчетную толщину стенки определяют по формуле
sR = pDR№ [о ] <р — р). (3.156)
Расчетную толщину стенки штуцера, нагруженного как вну-
тренним, так и наружным давлением, определяют по формуле
Sir = р (d + 2cs)/(2 [oIjl <pt — p). (3.157)
Расчетные длины внешней и внутренней частей штуцера, уча-
; ствующие в укреплении отверстия и учитываемые при расчете
; (см. рис. 3.26, а—ж), определяют по формулам:
; /ив = min {4; 1,25(d + 2cs)(sx — cg)}; (3.158)
15г< = min {ls-, 0,5(d + 2cs)(s3 — 2cs)}. (3.159)
> В случае проходящего штуцера одной толщины (см.
; рис. 3.26, б, в) принимают s3 = st.
Ширину зоны укрепления в обечайках, переходах и днищах
: определяют по формуле
{ Во = ^Dr(s-c). (3.160)
Расчетную ширину зоны укрепления в стенке обечайки, пере-
хода или днища в окрестности штуцера определяют по формуле
b1R = min{/K; Во}, (3.161)
где /к — расстояние от наружной стенки штуцера до ближайшего
несущего конструктивного элемента на укрепляемом элементе
(кольца жесткости, фланца, опоры и т. п.).
Расчетную ширину зоны укрепления b1R учитывают только
при наличии внутреннего избыточного давления в аппарате, при
наличии наружного давления b1R — 0.
Расчетную ширину накладного кольца (см. рис. 3.26, е, д)
определяют по формуле
b2R = min [b2; D#(sB + s — с)}. (3.162)
Расчетную ширину врезной бобышки (см. рис. 3.26, з) рассчи-
тывают по формуле
b2R = min [b2- У DR(h — с)}. (3.163)
Расчетную ширину накладной бобышки (см. рис. 3.26, и)
определяют по формуле
b2R = min {b2, -^DR(h + s — с)}- (3.164)
Расчетный диаметр отверстия, не требующего укрепления, при
отсутствии избыточной толщины стенки аппарата рассчитывают
по формуле
d0R = О,4Во. (3.165)
Коэффициент прочности сварных соединений. Если ось свар-
ного соединения удалена от наружной поверхности штуцера на
расстояние больше 3s, то коэффициент прочности сварного шва
при расчете укрепления отверстия следует принимать <р = 1.
В исключительных случаях, когда сварной шов пересекает отвер-
стие или удален от наружной поверхности штуцера на расстояние
меньше 3s, принимают <р 1 в зависимости от вида и качества
сварного шва.
Если плоскость, проходящая через продольный шов и ось
штуцера, образует угол не более 30° с плоскостью поперечного
сечения цилиндрической или конической обечайки, то принимают
<р = 1. В остальных случаях принимают <р <1 1 в зависимости
от вида и качества сварного шва.
Отношение допускаемых напряжений. Для внешней части
штуцера
= min {1,0; [trivial}; (3.166)
для накладного кольца или бобышки
ха = min {1,0; [стIjj/Io]}; (3.167)
для внутренней части штуцера
х3 — min {1,0; [о]3/[о]}. (3.168)
Расчет' одиночного отверстия. Отверстие считается одиноч-
ным, если ближайшее к нему отверстие не оказывает на него влия-
ния, что имеет место, когда расстояние между наружными поверх-
ностями соответствующих штуцеров удовлетворяет условию
b > /Гд (Sh + s — с) + УD"R(sH + s — с). (3.169)
Расчетный диаметр одиночного отверстия, не требующего до-
полнительного укрепления, при наличии избыточной толщины
стенки укрепляемого элемента (обечайки, перехода или днища)
определяют по формуле
d0R = 2 l(s — c)/sR — 0,8] BQ. (3.170)
Если расчетный диаметр одиночного отверстия удовлетворяет
условию
dR d0R, (3.171)
то дальнейших расчетов укрепления отверстия не требуется.
Проверка условия укрепления отверстий. Расчетная площадь
вырезанного сечения
FR = 0,5(dR —doR)sR. (3.172)
Расчетная площадь укрепляющего сечения укрепляемой стенки
FsR = b1R(s-sR-c). (3.173)
Расчетная площадь укрепляющего сечения внешней части
штуцера (см. рис. 3.26, а—ж)
F ir = (sx — s1R — с) хх. (3.174)
Расчетная площадь укрепляющего сечения накладного кольца
жесткости (см. рис. 3.26, д, е)
^2R — ^2BSHX2- (3.175)
Расчетная площадь укрепляющего сечения врезной или на-
кладной бобышки (см. рис. 3.26, з, и)
F3R = b2Rhv.2. (3.176)
Расчетная площадь укрепляющего сечения внутренней части
штуцера (см. рис. 3.26, б, в)
F 3R = (5з — 2cs)x3. (3.177)
В случае проходящего (одной толщины) штуцера (рис. 3.26, б, в)
принимают s3 = sx.
В формулах (3.156)—(3.177) значения DR рассчитывают по
формулам, приведенным в табл. 3.15; значения dR — по форму-
лам, приведенным в табл. 3.16; sR — по соответствующим фор-
мулам пп. 3.2 и 3.3, а для эллиптического днища — по формуле
(3.156); s1H •— по формуле (3.157); d0R— по формулам (3.165)
и (3.170); Во — по формуле (3.160); l1R и /зД —по формулам
(3.158) и (3.159); b1R — по формуле (3.161); b2R — по формулам
(3.162)—(3.164); значения xlt х2 и х3— по формулам (3.166)—
(3.168).
Если dR d0R, то конструкцию штуцера, толщину его стенки
и другие размеры принимают из конструктивных и технологиче-
ских соображений, в частности по ОСТ 26-02-2065—83 [57],
ОСТ 26-02-2069—83 [57 ] для тонкостенных штуцеров. Если
dR >• d0R, то проверяют достаточность укрепления тонкостен-
ным штуцером, выбранным по соответствующему отраслевому
Таблица 3.17
РАСЧЕТ УКРЕПЛЕНИЯ ОТВЕРСТИЙ
ШТУЦЕРОМ БЕЗ НАКЛАДНОГО
КОЛЬЦА
S1 liR l3R f\r F3R
0,7s 1,45s ... ... ... ... ...
стандарту, для чего определяют
значения l1R по формуле (3.158),
а если штуцер или труба вво-
дится внутрь аппарата, то на-
ходят /зй по формуле (3.159).
Затем последовательно опреде-
ляют значения b1R по формуле
(3.161), Ед — по (3.172), FsH—
по (3.173), F1R — по (3.174) и
F3R— по (3.177). Далее про-
веряют условие
^1н + ^ЗЯ FR — FsRi (3.178)
при соблюдении которого толщина стенки выбранного тонко-
стенного штуцера является исполнительной. Если условие (3.178)
не соблюдается, то методом последовательных приближений уве-
личивают sx (из условия сварки в пределах до sx 1,45s) с соот-
ветствующим увеличением /1Н и /Зд до соблюдения условия (3.178).
Результаты расчета рекомендуется записывать в табличной
форме (табл. 3.17) с интервалом Asx 0,15s.
За исполнительную толщину стенки штуцера принимают бли-
жайшую большую по ОСТ 26-02-2065—83—ОСТ 26-02-2074—83
[57 ] для толстостенных штуцеров.
При определении /1Д по формуле (3.158) и lsR по формуле
(3.159) длины /х и 13 отсчитывают от наружной или внутренней
поверхности аппарата соответственно.
Если при sx = 1,45s условие (3.178) все же не соблюдается,
то для укрепления отверстия следует ввести накладное кольцо
или в месте расположения штуцера соответственно увеличить
толщину укрепляемой стенки.
Предварительно принимая sB = 0,7s и определяя b2R по фор-
муле (3.162), находят расчетную площадь укрепляющего сечения
накладного кольца
F2R — Fr — (FsR + F1R ф- F3H) (3.179)
и исполнительную площадь накладного кольца
F2 = ^гв/и2- (3.180)
Если b2R С >ЛDr (sh + s — с), то принимают b2 = b2R, а за
исполнительную толщину стенки штуцера — ближайшее большее
значение s, по ОСТ 26-02-2071—83—ОСТ 26-02-2074—83 [57] для
толстостенных штуцеров, при котором соблюдается условие
Рщ + Fsn^ Pr — (РSR 4~ Р2й)-
(3.181)
Если b2 > I^Dr (sh + s — с), то методом последовательных
приближений увеличивают sH до соблюдения условия (3.181)
при ближайшем значении b2R <. f/DR (sH + s — с).
Результаты расчета рекомендуется записывать в табличной
форме (табл. 3.18) с интервалами AsH^> 0,15s..
Если sH > 1,45s, то рекомендуется, если это конструктивно
возможно, вместо одного накладного кольца устанавливать два
кольца (снаружи и изнутри) общей толщиной $н + с.
Форма накладных колец для
эллиптических и полушаровых
днищ—круглая, для цилин-
дрических обечаек и кониче-
ских переходов и днищ — оваль-
ная (допускается круглая при
d + 2b2 < 0,6D).
При отсутствии штуцера и
укреплении отверстия врезной
или накладной бобышкой (см.
рис. 3.26, з, и) или утолщением
Таблица 3.18
РАСЧЕТ УКРЕПЛЕНИЯ ОТВЕРСТИЙ
ШТУЦЕРОМ С НАКЛАДНЫМ
кольцом
SH
Z1« = 1/Dr(S2+S~C)
0,7s ... ...
... ... ...
стенки аппарата при расчете
условия укрепления принимают l1R = l3R = 0, расчетную ши-
рину бобышки определяют по формулам (3.163) и (3.164), значе-
ние F2R — по формуле (3.176) и проверяют условие
F%r + FsR ^Fr.
(3.182)
Для случая укрепления отверстия врезной бобышкой FsR == 0,
так как в месте нахождения бобышки blR — 0 (стенка укрепляе-
мого элемента здесь отсутствует).
Исполнительную ширину бобышки Ь2 отсчитывают от края
отверстия.
Укрепление отверстий в аппаратах, работающих под наруж-
ным давлением. Допускаемое наружное давление определяют
по формуле
[Р]
[р]Р
/i+([₽W ‘
(3.183)
В формуле (3.183) допускаемое давление из условия проч-
ности в пределах пластичности определяют по формуле
г_ 2Ki(s—с) <p[a]v
~ Dp + s-c v'
(3.184)
а коэффициент V — по формуле
V = <3185>
Здесь Ki = 1 — для цилиндрических обечаек и конических пере-
ходов и днищ; = 2 — для выпуклых днищ; А, В, С, D, Е,
F — величины, определяемые формулами:
А — (sx Cs) Xj, В = G = ^ЗЛ (S3 2ts) Х3,
D — lR(s — с); Е = 0,5 (dB — ^ол)/4г>
F = I(d + 2c8)/Dr] (ф/Ф1)(/1в//д),
где ф — коэффициент прочности сварных соединений обечаек и
днищ; ф! — коэффициент прочности продольного сварного соеди-
нения штуцера; с — поправка (сумма прибавок) к расчетной
толщине стенки обечайки, перехода или днища, мм; cs — поправка
(сумма прибавок) к расчетной толщине стенки штуцера, мм.
В формуле (3.183) допускаемое давление из условия устойчи-
вости в пределах упругости [р ]Е определяют для соответству-
ющих укрепляемых стенок (обечайки или днища) без отверстий
по формулам пп. 3.2 и 3.3.
Учет взаимного влияния отверстий. Если условие (3.169)
не соблюдается, то после проведенного выше расчета укрепления
каждого из отверстий проверяют достаточность укрепления пере-
мычки между отверстиями. Для этого определяют допускаемое
внутреннее избыточное давление на перемычку по формуле
[р] = — V1’ (3.186)
0,5 + s — с
где Vj — коэффициент, учитывающий понижение прочности из-за
взаимного влияния отверстий,
V, = min (1; (Л + CJ_+ D' +/1 + F1)A), (3.187)
I + Л + Ki (Д + ЛМ /’ v 7
где Ki —то же, что в формуле (3.185); Alt Въ Clt Dx, Et, Flt
Glt Hlt Llt Mx — величины, определяемые формулами:
Л = FiR (si — Cg) xj; Bi = b^s^’,
Ci = r3R (S3 — c's) Хз; Di = l'iR (s"i — cs) x'i;
Ei = b2Rs^2- Fx = l'3R (S3 - 2cs) хз;
Gi = b(s~c)-, Hi = K3 [ 1 + 0,5 (dR + dR)/b\,
Li [(</' -f- 2c's)/Dr] (ф/ф1) (l'iR/b);
Mi = [(d" + 2С;)/Дд](ф/ф]) (i"lR/b).
Коэффициент Ka для цилиндрических и конических обечаек
определяют по формуле
Кз = 0,5 (1 + cos2 Р), (3.188)
Рис. 3.29. Конструкции укрепления близко расположенных отверстий для шту-
церов: а — при расположении отверстий по образующей цилиндрической или
конической стенки; б — при расположении отверстий в выпуклых днищах или
по окружности цилиндрической стенки
где р — угол между линией, соединяющей центры двух взаимно
влияющих отверстий, и образующей обечайки.
Для выпуклых, днищ = 1.
Если ось сварного соединения обечайки удалена от наружных
поверхностей обоих штуцеров более чем на 3s и не пересекает
перемычку, то коэффициент прочности этого сварного шва в фор-
мулах (3.186) и (3.187) следует принимать <р = 1. В остальных
случаях принимают ip < 1 в зависимости от вида и качества
сварного шва.
Коэффициенты прочности продольных сварных швов штуце-
ров <р' = 1 и <р" = 1, если соответствующие сварные швы состав-
ляют на окружности штуцеров с линией, соединяющей оси шту-
церов, угол не менее 60°. В остальных случаях <pi < 1 и ф" < 1
в зависимости от вида и качества соответствующего сварного шва.
На рис. 3.29 показаны конструкции укрепления взаимно влия-
ющих отверстий отдельными накладками. Укрепление может быть
осуществлено также общей накладкой или местным утолщением
укрепляемой стенки до значения s + sH + с.
При укреплении двух близко расположенных отверстий дру-
гими способами необходимо, чтобы половина площади, требуемой
для укрепления в продольном сечении, размещалась между этими
отверстиями.
3.8. СВАРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
Основным видом неразъемного соединения отдельных деталей
в стальных сварных аппаратах является сварка, преимущественно
электродуговая, выполняемая различными способами (ручным,
автоматическим и полуавтоматическим под флюсом, в защитных
газах и др.).
Типы, конструктивные элементы, размеры и обозначения моно-
металлических стальных сварных соединений стандартизованы:
для ручной электродуговой сварки (Р) — ГОСТ 5264—80; для
автоматической (А) и полуавтоматической (П) электродуговой
сварки под флюсом — ГОСТ 8713—79*; для электродуговой
сварки в защитных газах (3) — ГОСТ 14771—76*; для электро-
шлаковой сварки (Ш) — ГОСТ 15164—78.
Типы, конструктивные элементы, размеры и обозначения свар-
ных соединений двухслойных сталей устанавливает ГОСТ 16098—80,
а стальных труб и их элементов —ГОСТ 16037—80.
При сварке обечаек и труб, при соединении сваркой днищ
с обечайками должны применяться, как правило, стыковые дву-
сторонние швы. Односторонние швы применяют для соединения
ненагруженных деталей и в тех случаях, когда невозможно при-
менить двустороннюю сварку. При этом сварку необходимо осу-
ществлять с подкладками (съемными и остающимися).
Угловые и тавровые сварные швы применяют для присоедине-
ния штуцеров, люков и других подобных деталей. Присоединение
плоских днищ угловыми швами допускается только в аппаратах,
не подведомственных Госгортехнадзору СССР.
На корпусе аппарата допускается иметь не более одного замы-
кающего шва, доступного для визуального осмотра только с одной
стороны. Замыкающий шов во всех аппаратах должен быть вы-
полнен способом, обеспечивающим провар по всей толщине сва-
риваемого металла (например, аргонодуговой сваркой корня шва
с подкладным кольцом или замковым соединением). Перекрытие
мест пересечения швов не допускается.
При приварке к корпусу или днищу аппарата опор, внутрен-
них устройств и других деталей (кроме укрепляющих колец, шту-
церов и люков) расстояние между краем шва приварки детали
и краем ближайшего другого шва должно быть не менее толщины
стенки корпуса или днища, но не менее 20 мм.
Продольные швы смежных обечаек и меридиональные швы вы-
пуклых и конических днищ должны быть смещены относительно
друг друга на трехкратную толщину наиболее толстого элемента,
но не менее чем на 100 мм между осями швов.
Для аппаратов с толщиной стенки s < 30 мм, работающих
под избыточным давлением до 1,6 МПа и при температуре не ниже
0 °C и до 400 °C, продольные швы смежных обечаек и меридиональ-
ные швы днищ допускается не смещать относительно друг друга,
если соединения выполняются автоматической или электрошлако-
вой сваркой при условии их 100 %-ного просвечивания или
ультразвуковой дефектоскопии мест пересечения швов.
При стыковых соединениях элементов разной толщины кон-
струкция их должна отвечать рис. 3.30.
Смещение кромок соединяемых листов в продольных швах
обечаек корпуса аппарата не должно превышать 10 % от номи-
нальной толщины более тонкого листа, но не более 3 мм.
Смещение кромок в кольцевых швах при толщине листа до
20 мм также не должно превышать 10 % от номинальной толщины
более тонкого листа плюс 1 мм, а при толщине листа свыше
20 мм — 15 % от толщины более тонкого листа, но не более 5 мм.
Смещение кромок в соединениях из двухслойной стали со сто-
роны плакированного слоя должно быть не более 50 % от его
толщины.
Рис. 3.30. Конструкции элементов для стыковых сварных соединений разной
толщины: а, б — для монометаллических листов, полос и т. п.; в — для двух-
слойных листов; г — для монометаллических и двухслойных листов толщиной
s > l,3s1( но не более 5 мм; д, е — для труб, втулок и т. п.
Совместный увод кромок в продольных и кольцевых швах
не должен превышать 10 % от толщины листа плюс 3 мм, но не
более 5 мм.
Точность стыковки концов обечаек между собой в корпусе
аппарата, а также с днищами и фланцами должна быть обеспечена
в пределах допускаемых отклонений размеров на смещение кро-
мок в кольцевых швах.
Кроме сварных соединений стыковых, угловых и тавровых
(под углом 90°) в аппаратах встречаются соединения под острыми и
тупыми углами. Конструкция таких соединений также стандарти-
зована: для ручной электродуговой сварки — по ГОСТ 11534—75,
для автоматической и полуавтоматической электродуговой свар-
ки — по ГОСТ 11533—75.
Для двухслойной стали конструкция угловых и тавровых
сварных соединений под тупыми и острыми углами аналогична
монометаллическим. При этом соединения двухслойной стали
должны быть двусторонними с углом раскрытия под сварку а =
== 45-4-55° и углом скоса кромки eq: = а — (180° — Р) при
угле сопрягаемых элементов р > 90°; = а — (90° — р) при
Р < 90°.
3.9. ФЛАНЦЕВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ И ОБТЮРАЦИЯ
3.9.1. Требования к конструированию и изготовлению
В химических аппаратах для разъемного соединения составных
корпусов и отдельных частей применяют фланцевые соединения
преимущественно круглой формы. На фланцах присоединяют
ТИПЫ И ПАРАМЕТРЫ СТАНДАРТНЫХ ФЛАНЦЕВ ДЛЯ ТРУБ.
ТРУБНОЙ АРМАТУРЫ И КОРПУСОВ АППАРАТОВ
Назна- чение фланцев Тип фланцев Стандарт Ру. МПа Dy, мм
Для труб и трубной арматуры Стальные плоские при- варные с соединитель- ным выступом ГОСТ 12820—80* 0,1; 0,25 0,6 1.0; 1,6 2,5 10—1600 10—1000 10—600 10—500
Стальные плоские при- варные с выступом или впадиной ГОСТ 12820—80* 0,1; 0,25; 0,6 1,0; 1,6 2,5 10—800 10—600 10—500
Стальные приварные встык с соединитель- ным выступом ГОСТ 12821—80* 0,1; 0,25 0,6 1,0; 1,6 2,5 4,0 6,3; 10,0 16,0 20,0 10—1600 10—1400 10—1200 10—800 10—500 10—400 15—300 15—250
Стальные приварные встык с выступом или впадиной ГОСТ 12821—80* 0,1; 0,25; 0,6 1,0; 1,6; 2,5 4,0 6,3; 10,0 16,0 20,0 10—800 10—800 10—500 10—400 15—300 15—250
Стальные приварные встык с шипом или пазом ГОСТ 12821—80* 0,1; 0,25; 0,6 1,0; 1,6; 2,5 4,0 6,3; 10,0 10—800 10—800 10—500 10—400
Стальные приварные встык под прокладку овального сечения ГОСТ 12821—80* 6,3; 10,0 16,0 20,0 10—400 15—300 15—200
Стальные свободные на приварном кольце с выступом или впади- ной ГОСТ 12822—80 0,1; 0,25; 0,6; 1,0; 1,6; 2,5 10—500
Назна- чение фланцев Тип фланцев Стандарт Ру, МПа Оу, мм
Для корпусов аппаратов Стальные плоские приварные с гладкой уплотнительной по- верхностью (соедини- тельным выступом), с шипом и пазом, с вы- ступом и впадиной ОСТ 26-426—79 [54] 0,3 0,6; 1,0 1,6 600—4000 400—3200 400—2400
Стальные приварные встык с впадиной и выступом, с пазом и шипом ОСТ 26-427—79 [54] 0,6 1,0 1,6 2,5 4,0; 6,3 3400—4000 400—4000 400—3200 400—2000 400—1600
Стальные приварные встык под металличе- скую прокладку вось- миугольного сечения ОСТ 26-428—79 [54] 6,3; 8,0; 10,0; 16,0 400—1600
к аппаратам трубы, арматуру и т. д. Фланцевые соединения
должны быть прочными, жесткими, герметичными и доступными
для сборки, разборки и осмотра. Фланцевые соединения стандар-
тизованы для труб и трубной арматуры и отдельно для корпусов
аппаратов.
В табл. 3.19 приведены типы и параметры стандартных флан-
цев для труб, трубной арматуры и корпусов аппаратов.
Фланцевые соединения для труб и трубной арматуры со сво-
бодными фланцами по ГОСТ 12822—80 целесообразно применять
при высоких рабочих температурах, а также при требовании
независимой координации соединяемых частей по отверстиям для
болтов и шпилек. Рекомендуемые материалы для деталей стан-
дартных фланцевых соединений труб и трубной арматуры в зави-
симости от рабочих условий приведены в табл. 3.20.
Области применения фланцев для корпусов аппаратов в за-
висимости от расчетной температуры и материала приведены
в табл. 3.21.
Рекомендуемые материалы для крепежных деталей стандарт-
ных фланцевых соединений корпусов аппаратов приведены
в табл. 3.22.
Конструкция фланцевого соединения принимается в зависи-
мости от рабочих параметров аппарата: плоские приварные
фланцы — при р 2,5 МПа, t 300 °C и числе циклов нагруже-
РЕКОМЕНДУЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ДЕТАЛЕЙ
СТАНДАРТНЫХ ФЛАНЦЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ТРУБ
И ТРУБНОЙ АРМАТУРЫ
Де- таль Рабочие условия Марка стали Стандарт на технические требования
р, МПа t, °C
Фланец плоский приварной <2,5 От 0 до 4-300 ВстЗспЗ; ВСтЗпсЗ; ВСтЗГ псЗ ГОСТ 14637—79
От —20 до 4~300 ВСтЗсп4; ВСтЗпс4; ВСтЗГ пс4
20К ГОСТ 5520—79*
От —40 до ~|-300 16ГС
08Х22Н6Т; 08Х21Н6М2Т ГОСТ 7350—77, группа А
От —70 до 4-300 09Г2С ГОСТ 8479—70*, группа IV, КП25
12Х18Н9Т; 12Х18Н10Т; 10Х17Н13М2Т; 10X17H13M3T ГОСТ 7350—77, группа А
Фланец z свободный От —20 до +300 ВСт4спЗ ГОСТ 14637—79
От —40 до +300 16ГС; 09Г2С ГОСТ 5520—79*
Кольцо приварное От 0 до +300 ВСтЗспЗ; ВСтЗпсЗ; ВСтЗГпсЗ ГОСТ 14637—79
От —20 до 4~300 ВСтЗсп4; ВСтЗпс4; ВСтЗГпс4
20К ГОСТ 5520—79*, группа А
От —40 до +300 12Х18Н9Т; 12Х18Н10Т; 10Х17Н13М2Т; 10X17H13M3T ГОСТ 7350—77, группа А
Фланец приварной встык <16,0 От 0 до +560 15ХМ ГОСТ 8479—70*, группа IV, КП28С
От —40 до +600 15Х5М ОСТ 26-704—72, группа IV и IVK
Де- таль Рабочие условия Марка стали Стандарт на технические требования
р. МПа t, °C
Фланец приварной встык <16,0 От —40 до +300 08Х22Н6Т; 08Х21Н6М2Т ОСТ 26-704—72, группа IV и IVK
От —253 до +600 12Х18Н9Т; 12Х18Н10Т; 10Х17Н13М2Т; 10X17H13M3T
От —70 до —30 10Г2 ГОСТ 8479—70*, группа IV, КП22
От —70 до +475 09Г2С ГОСТ 8479—70*, группа IV, КП25
Болты, шпильки <2,5 От —40 до +300 35 ГОСТ 1759—70**
<16,0 От —40 до +540 25Х2М1Ф ГОСТ 20072—74*
От —70 до —40 20ХНЗА ГОСТ 4543—71*
От —70 до +400 35Х; 38ХА
От —70 до +450 ЗОХМА
От —70 до +600 45Х14Н14В2М ГОСТ 20072—74*
От —253 до +600 12Х13Н10Т; 10Х17Н13М2Т ГОСТ 1759—70**
Гайки <2,5 От —40 до +300 25 ГОСТ 1759—70**, КП5 или КП6
<16,0 От —40 до +540 25Х1МФ ГОСТ 20072—74*
От —70 до —40 20ХНЗА; 10Г2 ГОСТ 4543—71*
От —40 до +450 40Х
От —40 до +510 ЗОХМА
От —40 до +450 37Х12Н8Г8МФБ ГОСТ 20072—74*
От —253 до +600 12Х18Н10Т; 10Х17Н13М2Т ГОСТ 5949—75*
Примечание. Здесь КП — класс прочности.
$
Таблица 3.21
ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ФЛАНЦЕВ ДЛЯ КОРПУСОВ АППАРАТОВ В ЗАВИСИМОСТИ
ОТ РАСЧЕТНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ И МАТЕРИАЛА ПО ОСТ 26-425—79 [54]
S-a ДМ. Марка стали фланца Давление избыточное рабочее наибольшее, МПа, при t, °C, не более
<100 200 300 400 425 450 475 500 520 540
0,3 20; 20К; 12Х18Н10Т; 10Х17Н13М2Т; 10X17H13M3T 0,3 0,28 0,23 — — — — — — —
0,6 20; 20К; 16ГС; 10Г2; 09Г2С 0,6 0,56 0,50 0,38 0,35 0,26 0,20
12Х18Н10Т; 10Х17Н13М2Т; 10X17H13M3T 0,6 0,56 0,52 0,49 0,45 0,43 0,41 0,37 0,34 0,30
20; 20К; 10Г2; 16ГС; 09Г2С 1,00 0,93 0,83 0,63 0,58 0,43 0,33 __
15ХМ 1,00 0,98 0,95 0,90 0,85 0,78 0,75 0,60 0,45 0,33
1,0 15Х5М 1,00 0,95 0,85 0,75 0,72 0,67 0,63 0,57 0,49 0,33
12Х18Н10Т; 10Х17Н13М2Т; 10X17H13M3T 1,00 0,93 0,86 0,82 0,76 0,72 0,69 0,62 0,56 0,50
20; 20К; 10Г2; 16ГС; 09Г2С 1,60 1,60 1,50 1,33 1,01 0,94 0,69 0,53 __
15ХМ 1,57 1,52 1,44 1,36 1,25 1,15 0,96 0,72 0,53
1,6 15Х5М 1,60 1,52 1,36 1,20 1,15 1,07 1,01 0,91 0,78 0,53
12Х18Н10Т; 10Х17Н13М2Т; 10X17H13M3T 1,60 1,49 1,38 1,31 1,21 1,15 1,10 0,99 0,90 0,80
20; 16ГС; 10Г2; 09Г2С 2,50 2,33 2,08 1,58 1,46 1,08 0,83
15ХМ 2,50 2,45 2,37 2,25 2,12 1,95 1,80 1,50 1,12 0,83
2,5 15Х5М 2,50 2,38 2,12 1,87 1,80 1,67 1,57 1,43 1,22 0,83
12Х18Н10Т; 10Х17Н13М2Т; 10X17H13M3T 2,50 2,32 2,15 2,05 1,90 1,80 1,72 1,55 1,40 1,25
20; 16ГС; 10Г2; 09Г2С 4,00 3,74 3,34 2,54 2,34 1,73 1,33
15ХМ 4,00 3,92 3,80 3,60 3,40 3,12 2,88 2,40 1,80 1,32
4,0 15Х5М 4,00 3,80 3,40 3,00 2,88 2,68 2,52 2,28 1,96 1,32
12Х18Н10Т; 10Х17Н13М2Т; 10X17H13M3T 4,00 3,72 3,44 3,28 3,04 2,88 2,76 2,48 2,24 2,00
Продолжение табл. 3.21
Ру. Мпа Марка стали фланца Давление избыточное рабочее наибольшее, МПа, при i, °C, не более
<100 200 300 400 425 450 475 500 520 540
20; 16ГС; 10Г2; 09Г2С 6,40 6,00 5,33 4,06 3,74 2,78 2,13
15ХМ 6,40 6,27 6,08 5,76 5,44 5,00 4,60 3,84 2,88 2,11
6,3 15Х5М 6,40 6,08 5,74 4,80 4,61 4,28 4,03 3,65 3,14 2,10
12Х18Н10Т; 10Х17Н13М2Т; 10X17H13M3T 6,40 5,95 5,50 5,25 4,86 4,61 4,42 3,97 3,58 3,20
20; 10Г2; 16ГС 8,00 7,00 6,00 5,00 4,20 3,20
8,0 15ХМ 8,00 8,00 7,20 6,80 6,40 6,00 5,60 4,50 3,90 2,50
12Х18Н10Т 8,00 7,00 6,50 6,00 — — — — •— —
20; 10Г2; 16ГС 10,00 9,00 7,70 6,30 5,20 4,10
10,0 I5XM 10,00 10,00 9,20 8,50 8,00 7,50 7,00 6,00 4,50 3,20
12Х18Н10Т 10,00 8,80 8,20 7,60 — — — — — —
20; 10Г2; 16ГС 16,00 14,00 12,00 10,00 8,30 6,60
16,0 15ХМ 16,00 16,00 14,70 13,60 12,80 12,00 11,20 9,10 7,80 5,10
12Х18Н10Т 16,00 14,00 13,10 12,10 — — — — —
Примечания:
1. Давление избыточное рабочее наибольшее для промежуточных температур допускается определять методом линейной интерполяции.
2. Плоские фланцы разрешается применять до температуры 300 "С.
3. Первая ступень рабочего давления (при температуре до, 100 °C) распространяется на минусовые температуры, но не ниже пределов, ко-
торые допускаются для сталей по ОСТ 26-291—79 [26].
4. Допускается применение других марок сталей, предусмотренных ОСТ 26-291—79 [26], с механическими свойствами, обеспечивающими
работу фланцевых соединений аппаратов в пределах давлений и температур, указанных в табл. 3.21.
5. Расчет стандартных фланцевых соединений проведен по ОСТ 26-373—78 [27] при температуре 100 °C с учетом прибавки на коррозию
с = 2 мм и без учета внешнего изгибающего момента для всех категорий аппаратов, предусмотренных ОСТ 26-291—79 [26]. Расчет пло-
(п ских фланцев проведен при наличии паронитовой прокладки, для приварных встык фланцев под плоскую прокладку расчетом преду-
_> -смотрена асбостальная прокладка.
РЕКОМЕНДУЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ КРЕПЕЖНЫХ ДЕТАЛЕЙ СТАНДАРТНЫХ
ФЛАНЦЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ КОРПУСОВ АППАРАТОВ ПО ОСТ 26-429—79 [54]
Крепежные детали
Болты от ГОСТ 7798—70*,
ОСТ 26-2037—77 [12]; шпиль-
ки по ГОСТ 22032—76*.
ОСТ 26-2039—77 [12]
Гайки по ГОСТ 5915—70*,
ОСТ 26-2038—77 [12]
Максимально допустимые рабочие параметры Максимально допустимый диаметр фланца -Оф. мм Марки сталей для крепежных деталей
Ру, МПа t, °C Фланцы из углеро- дистых и легиро- ванных сталей Фланцы из сталей аустенитного класса
<2,5 От —70 до —40 В пределах ОСТ 26-426—79 [54], ОСТ 26-427—79 [54] 20ХНЗА —
0,3 От —40 х* до "{"300 3600 35; 40 12Х18Н10Т; 10Х17Н13М2Т
0,6 1500
1.0; 1,6 800
2,5 600
<2,5 От —70 до —40 В пределах ОСТ 26-426—79 [54], ОСТ 26-427—79 [54] 10Г2 —
От —40 до +300 25; 30; 35; 40 —
От —70 до +300 — 12Х18Н10Т; 10Х17Н13М2Т
Продолжение табл. 3.22
Крепежные детали Максимально допустимые рабочие параметры Максимально допустимый диаметр фланца Оф, мм Марки сталей для крепежных деталей
Ру, МПа t, °C Фланцы из углеро- дистых и легиро- ванных сталей Фланцы из сталей аустенитного класса
Шпильки по ОСТ 26-2040—77 [12], типы Is* и 2 <16,0 От —40 до +400 а* В пределах ОСТ 26-426—79 [54], ОСТ 26-427—79 [54], ОСТ 26-428—79 [54 35Х; 38ХА; ЗОХМА —
От —40 до +450 — 37Х12Н8Г8МФБ
От —40 до +540 25Х2М1Ф; 20Х1М1Ф1ТР; 20Х1М1Ф1БР 08Х14Н20В2ТР; 18Х12ВМБФР
От —70 до —40 20ХНЗА —
Гайки по ОСТ 26—2041—77 [12]; шайбы4* по ГОСТ 9065—75*, ОСТ 26-2042—77 [12] <16,0 От —40 до +400 35; 40 —
От —40 до +450 — 37Х12Н8Г8МФБ
От —40 до +510 40Х; ЗОХМА; 25Х1МФ —
От —40 до +540 — 45Х14Н14В2М; 12Х18Н10Т
От —70 до —40 20ХНЗА; 10Г2 —
1. Допускается применение сталей других марок, не указанных в таблице, если их механические свойства не ниже, чем для сталей ма-
рок, приведенных в таблице.
2. Механические свойства болтов, шпилек, гаек и шайб должны соответствовать указанным в ГОСТ 1759—70** и ОСТ 26-2043—77 [12].
’* Для фланцев из сталей аустенитного класса от —70 °C.
’* Для фланцев из сталей типа 15ХМ и 15Х5М до 300 °C.
•* Шпильки типа 1 применяют при температуре до 300 "С.
** Шайбы устанавливают под гайки для фланцев по ОСТ 26-428—79 [54] при р > 6,3 МПа.
ТИПЫ И ПАРАМЕТРЫ ПРОКЛАДОК
ДЛЯ СТАНДАРТНЫХ ФЛАНЦЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ТРУБ,
ТРУБНОЙ АРМАТУРЫ И КОРПУСОВ АППАРАТОВ
Назначение фланцевых соединений Тип прокладки Стандарт на прокладки Параметры фланцевых соединений
ру, МПа Оу, мм
Для труб и трубной арматуры Плоские эластичные из паронита для фланцев с соединительным вы- ступом ГОСТ 15180—86 0,25; 0,6; 1,0; 1,6; 2,5 10—1200
Плоские эластичные из паронита для фланцев с выступом и впадиной и с шипом и пазом 4,0 10—800
0,6; 1,0; 1,6; 2,5; 4,0 10—600
Металлические оваль- ного сечения ОСТ 26-373—78 [27] ,9 v 6,3; 10,0; 16,0 15—400
Металлические восьми- угольного сечения 16,0 200; 250
10,0; 16,0 300—400
Л ’ Для корпусов аппаратов в .. Из неметаллических ма- териалов для фланцев с соединительным высту- пом, с уплотнительны- ми поверхностями вы- ступ — впадина и шип— паз ОСТ 26-430—79 [54] 0,3; 0,6; 1,0 400—4000
1,6 400—3200
2,5 400—2000
4,0; 6,3 400—1600
Асбометаллические для фланцев с соединитель- ным выступом, с уплот- нительными поверхно- стями выступ — впади- на и шип — паз ОСТ 26-431—79 [54] 1,0 400—4000
1,6 400—3200
2,5 400—2000
4,0; 6,3 400—1600
Металлические восьми- угольного сечения для фланцевых соединений стальных аппаратов е ч а н и я: ОСТ 26-432—79 [54] 6,3; 8,0; 10,0 400—1600
16,0 400—1200
1. Материал прокладок из неметаллических материалов: ларонит по ГОСТ 481—80*,
резина по ГОСТ 7338—77*. картон асбестовый по ГОСТ 2850—80*. Лторопласт-4 по
ГОСТ 10007—80* Е.
2. Материал оболочек асбометаллических прокладок: алюминий АД по
ГОСТ 13726—78*, латунь Л63 по ГОСТ 2208—75*, сталь 10Х13М по ГОСТ 4986—79*,
сталь 08Х18Н9М по ГОСТ 4986—79*, сталь 08Х18Н12БМ по ГОСТ 4986—79*. Тол-
щина оболочек из алюминия и высоколегированных сталей — 0,2 мм. Материал на-
полнителя асбометаллических прокладок — картон асбестовый по ГОСТ 2850—80*
или бумага асбестовая по ГОСТ 23779—79*.
3. Материал металлических прокладок овального и восьмиугольного сечений: сталь
08кп по ГОСТ 9045 — 80*. Э12 по ГОСТ 11036—75, 08X13 по ГОСТ 5632—72*.
08Х18Н10Т по ГОСТ 5632—72*.
4. Толщина прокладок из паронита для всех размеров 2 мм. из резины — 3 мм.
ния за время эксплуатации до 2000; приварные встык фланцы —
при р 2,5 МПа, t > 300 °C и t —40 °C.
Во фланцевых соединениях при р 4,0 МПа и t 300 °C
применяют болты, а при р > 4,0 МПа и / > 300 °C — шпильки.
В соединениях при р > 6,3 МПа под гайки шпилек устанавли-
вают шайбы по ГОСТ 9065—75* или ОСТ 26-2042—77 [12].
Для уплотнения во фланцевых соединениях применяют стан-
дартизованные прокладки (табл. 3.23):
1) неметаллические, асбометаллические и комбинированные на
соединительном выступе фланцев;
2) неметаллические и асбометаллические в уплотнении вы-
ступ—впадина;
3) неметаллические и асбометаллические в уплотнении шип—
паз для сред с высокой проникающей способностью (водород,
гелий, легкие нефтепродукты, сжиженные газы);
4) металлические плоские в уплотнении шип—паз;
5) металлические овального и восьмиугольного сечений.
Трубную арматуру и трубы присоединяют к аппарату большей
частью с помощью фланцевых штуцеров, а когда штуцер по каким-
либо соображениям применить невозможно или нецелесообразно
(например, из-за отсутствия места и др.), на аппарате приваривают
фланцевую бобышку, к которой непосредственно и присоединяют
арматуру или трубу с соответствующим фланцем. Фланцевые бо-
бышки стандартизованы (ОСТ 26-01-748—73 [22]).
Наряду с основными стандартными фланцевыми соединениями
аппаратов на рабочие параметры рд 1,6 МПа и t 300 °C
при диаметрах аппарата D = 4004-2000 мм применяют также
менее металлоемкие фланцевые соединения на зажимах
(ОСТ 26-01-396—78 [21] и ОСТ 26-01-64—77 [20]),
При конструировании аппаратов, как правило, применяют
стандартные фланцевые соединения для корпусов, труб и трубной
арматуры. Специальные фланцевые соединения подлежат разра-
ботке только в обоснованных случаях, когда отсутствуют стан-
дартные фланцевые соединения (по рабочим условиям или каким-
либо другим соображениям).
3.9.2. Расчет фланцевых соединений
Фланцевые соединения рассчитывают по ОСТ 26-373—78 [27].
Расчетную температуру элементов фланцевого соединения при-
нимают по табл. 3.24, допускаемые напряжения болтов (шпи-
лек) — по табл. 3.25. Для стали марок, не указанных в табл. 3.25,
допускаемые напряжения определяют по формулам:
а) для углеродистых сталей при расчетной температуре tR <
380 °C, для низколегированных сталей при tR <; 420 °C и для
высоколегированных аустенитных сталей при tR 525 °C
[аБ] = от/п,; (3.189)
РАСЧЕТНАЯ ТЕМПЕРАТУРА ЭЛЕМЕНТОВ ФЛАНЦЕВОГО СОЕДИНЕНИЯ
В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ РАБОЧЕЙ СРЕДЫ t,
ОСТ 26-373—78 [27]
Тип фланцевого соединения Изолированные элементы He изолированные элементы
С приварными плоскими и приварим- t — 0,97/ 0,96/ — 0,95/
ми встык фланцами Со свободными фланцами t 0,97/ 0,90/ 0,96/ 0,90/ 0,81/
б) при больших расчетных температурах
(Об] = min {(Тт/Лт, ОдЮ6/Пдл> Oi %.Ю5/Ппл}'
(3.190)
Запасы прочности для болтов принимают по табл. 3.26. Допу-
скаемые напряжения для условия предварительного затяга могут
быть увеличены не более чем на 10 %.
Т а б л и ц а 3.25
ДОПУСКАЕМЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ БОЛТОВ (ШПИЛЕК)
ИЗ СТАЛИ РАЗНЫХ МАРОК В ЗАВИСИМОСТИ
ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ, ОСТ 26-373—78 [27]
[°F ], МПа, для стали марок
Расчет- ная тем- сч к сч 38Х мф: Л е
пература. ьЙ CQ оо
°C ВСт5 XX СО Г- L4H13 оо сч < ее е § £ CQ сч & W 0
XX X XX XX X X X
со со со сч еч сч —* СЧ
20 130 но 160 230 230 230 230 230
100 126 105 150 230 230 230 230 230
200 120 98 138 225 225 225 230 225
250 107 95 132 222 220 220 225 220
300 97 90 126 220 215 215 220 215
350 86 86 120 185 215 215 215 215
375 80 85 117 175 210 210 210 210
400 75 83 114 160 210 210 210 210
425 68 82 НО 182 195 190 195
450 — 80 107 156 180 165 180
475 — 79 104 — 127 165 143 165
500 — 78 100 — 96 150 120 150
510 .— — 95 — 84 137 НО 140
520 — — 90 — 74 120 98 130
530 — — 85 — 65 100 88 118
540 — — 80 — 55 75 75 105
550 — — 75 — — 64 — 90
Допускаемые напряжения для приварных фланцев (МПа)з
а) для сечения sr (в месте соединения втулки с плоскостью
фланца, см. рис. 3.32)
1оф1] = от.ф; (3.191)
б) для сечения s0 (в месте соединения втулки с обечайкой,
см. рис. 3.32) при р < 4,0 МПа и числе циклов нагружения
N < 2000
[оф0] = 0,003Е; (3.192)
в) то же при числе циклов нагружения N д> 2000
. , . ( Е , 100 , а 1 Е , 100 , 1
1а*о1 = га1п ( 7=~ 1П ТЛл з—-----гг- ’ 7= In -77777-г + С 11,
ф0 I8K1V 100 — ф ' 2 12 /дг 100 —гр 1 -1]’
(3.193)
где ф — относительное поперечное сужение материала обечайки
при расчетной температуре, %; — предел усталости мате-
риала обечайки при расчетной температуре, МПа; <гт. ф — пре-
дел текучести материала фланца, МПа;
г) для свободного фланца (кольца)
[оф. к ] = ат.к. (3.194)
Значение [оф0] можно также определить по рис. 3.31. При
р 4,0 МПа допускаемые напряжения [оф0 ] уменьшают
в 1,5 раза.
Допускаемые напряжения для всех элементов фланцевого со-
единения при расчетной температуре менее 20 °C принимают та-
кими же, как и при 20 °C (при условии применимости материала
при заданной расчетной температуре).
Общий порядок расчета. Конструирование и расчет фланце-
вого соединения рекомендуется выполнять в следующем порядке.
Принимаемые конструктивно и определяемые расчетом раз-
меры фланцевого соединения
показаны на рис. 3.32.
Задают; конструкционный
материал фланцев и болтов
(шпилек), давление р, внутрен-
ний диаметр фланцевого соеди-
нения D, толщину стенки ап-
парата s. Выбирают конструк-
цию (рис. 3.33) и материал
(табл. 3.27) прокладки. Опре-
деляют ширину прокладки Ьа
по табл. 3.28 (меньшее значе-
ние). Выбирают тип фланцевого
соединения в зависимости от
давления и температуры (см.
табл. 3.19 и 3.21 для стандарт-
ных фланцевых соединений).
Т а б л и ц а 3.26
ЗАПАСЫ ПРОЧНОСТИ
ДЛЯ БОЛТОВ ПО ОСТ 26-373—78
[271
Материал болта
Углеродистые ста-
ли:
ат/ов 0,7
от/ов < 0,7
Аустенитные стали
2,8 2,4
2,3 2,1
1,9 1,8
1,8 1,1
1,8 1,1
1,8 1,1
Рис. 3.31. График для определения [оф0] при температуре 20 °C:
/ — для углеродистых сталей; 2 — для низколегированных сталей; 3 — для аустенит-
ных сталей
Находят расчетные величины:
а) меньшую толщину конической втулки фланца s0 1,35s,
но s0 — s 0,005 м;
Таблица 3.27
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫБОРУ ПРОКЛАДОК.
ОСТ 26-373 — 78 [27]
Конструкция прокладки Материал р, МПа t, °C
Плоская неметалли- ческая Резина Картон асбестовый Паронит Фторопласт «0,6 «1,6 «2,5 Незави- симо От —30 до 4-100 До 4-550 От —200 до 4~400 От —200 до -j-250
Плоская металличе- ская ** Алюминий, латунь, сталь >2,5 От —200 до 4-300
Плоская составная Асбест в металличе- ской оболочке из алю- миния, меди, латуни, стали «6,3 От —200 до 4-550
Овального или вось- миугольного сечения Сталь >6,3
Только для уплотнения шип — паз
Рис. 3.32. Фланцевое соединение
Рис. 3.33. Конструкции прокладок
фланцевых соединений: а — плоская
из неметаллических материалов (s
2 мм); б — асбометаллическая гоф-
рированная с оболочкой из стали (s =
= 4,3 мм; = 3,4 мм), латуни или
алюминия (s = 4,5 мм; si = 3,6 мм);
в — металлическая овального сечения;
г — металлическая восьмиугольного
сечения
б) отношение большей толщины втулки фланца к меньшей
Р = 5х/50 (для приварных встык фланцев и буртов выбирают по
рис. 3.34, для плоских фланцев р = 1);
в) большую толщину втулки фланца sx = р«0; для плоских
приварных фланцев принимают = s0;
г) длину втулки приварного встык фланца
/>3(sx—s0). (3.195)
Выбирают диаметр болтов (шпилек) по табл. 3.29 (при
двух значениях принимают меньшее).
Рис. 3.34. График для определения р (для ру 0,6 МПа Р 2,5; для ру
10 МПа р = 2; во всех случаях pmin > 1,5)
ШИРИНА уплотнительной прокладки ьп
В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ЕЕ КОНСТРУКЦИИ, материала
И ДИАМЕТРА АППАРАТА D. ОСТ 26-373 — 78 [271
Конструкция и материал прокладки D, мм Ьп. мм
<£1000 12—15
Плоская неметаллическая 1000 < D < 2000 15—25
>2000 25
Плоская неметаллическая в металлической <1600 12—18
оболочке и зубчатая металлическая >1600 13—25
Плоская металлическая <1000 >1000 10—12 12—15
<600 12—18
Овального и восьмиугольного сечения метал- 600 < D < 800 16—22
лическая 800 < D < 1000 18—28
1000 < D < 1600 22—42
Таблица 3.29
РЕКОМЕНДУЕМЫЕ ДИАМЕТРЫ БОЛТОВ В ЗАВИСИМОСТИ
ОТ ру И D, ОСТ 26-373—78 [27]
D, мм Ру, МПа
<0,6 1,0 1.6 2,5 4,0 6,3 8,0 10,0
800 М20 М20 М20 М20 МЗО М36 МЗО—М36 МЗО—М42
1000 М42 М42 М48
1200 М24—МЗО М24—МЗО М48 М52—М56
1400
М36 М48 М52—М56 М56-М64
1600 МЗО
1800 2000 МЗО М42 М52 — —
2200 2400 М24—МЗО — — —
Диаметр окружности, по которой располагаются болты (см.
рис. 3.32), м:
а) для приварных встык фланцев ГБ D -f- 2 (Sj -j- dE + 0,006); б) для плоских приварных фланцев (3.196)
ГБ D -f- 2 (2s0 dB -J- 0,006); в) для свободных фланцев (3.197)
rE>roK + 2(di5 + 0,008)I (3.198)
где D0K — внутренний диаметр кольца (свободного фланца); раз-
мер ГБ принимают с окончанием на 0 или кратным 5 мм.
Наружный диаметр фланца (см. рис. 3.32)
£>Ф>Рб + о, (3.199)
где а— размер, определяемый по табл. 3.30; размер Гф прини-
мают с окончанием на 0 или кратным 5 мм.
Наружный диаметр прокладки (см. рис. 3.32)
Da = ГБ — е, (3.200)
где е — размер, определяемый по табл. 3.30.
Средний диаметр прокладки (см. рис. 3.32)
Da.e = Da-ba. (3.201)
Т а б л и ц а 3.30
ДИАМЕТР БОЛТОВ (ШПИЛЕК) dB,
РАСЧЕТНАЯ ПЛОЩАДЬ ИХ ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ /Б,
ДИАМЕТР ОТВЕРСТИЙ ПОД БОЛТ d, ЗНАЧЕНИЯ ВЕЛИЧИН а И е,
ОСТ 26-373—78 [27]
аБ- мм Гб- “>4, м1 d, мм а» мм «min- мм
Шести- гранная гайка Шестигранная гайка с умень- шенным разме- ром <под ключ» Плоская прокладка Прокладка овального сечения
М20 2,35 23 40 36 30 53
(М22) 2,95 25 42 40 32 55
М24 3,40 27 47 42 34 57
(М27) 4,45 30 52 47 37 60
МЗО 5,40 33 58 52 41 64
М36 7,90 40 60 63 48 71
М42 10,9 46 80 69 55 78
М48 14,4 52 92 80 61 84
М52 18,2 58 97 86 65 88
М56 19,6 60 НО — — 195
М60 23,0 66 115 — — 240
М64 26,0 70 120 — 240
Примечание. Размеры,
заключенные в скобки, применять не рекомендуется.
Эффективная ширина прокладки!
а) для плоских прокладок
ЬЕ = 0,5Ьп при Ьп-С15 мм;
tE = 0,6/^ при Ьп>15 мм;
(3.202)
(3.203)
б) для прокладок восьмиугольного и овального сечений
^-0,125Ьп, (3.204)
где Ьп — ширина прокладки (см. рис. 3.32 и 3.33).
По табл. 3.31 в зависимости от конструкции и материала про-
кладки выбирают ее расчетные параметры т и q.
Ориентировочное число болтов (шпилек)
гБ = лПБ/^Б, (3.205)
где tb — шаг болтов, выбираемый по табл. 3.32 (меньшее значе-
ние). Окончательно принимают ближайшее большее значение гБ,
кратное четырем.
Определяются вспомогательные величины!
а) коэффициент х — по рис. 3.35 или по формуле
х 1+ф *) *4-0,25(1+ Р)’
где х = l/-^Ds0;
б) эквивалентная толщина втулки фланца
$Е ~ ^*$0»
для плоского приварного фланца $Е = $0;
в) ориентировочная толщина фланца
h — X DsE t
(3.206)
(3.207)
где X = h/УDse — коэффициент, определяемый по рис. 3.36;
г) безразмерный параметр
<о = 11 + 0,9Х (1 +Ф!/2)]-1,
где / = h/sE; ip! = 1,28 1g Д'; К = D$/D — для плоских привар-
ных фланцев и приварных встык фланцев; К. = D^/D^ — для
буртов свободных фланцев; Л = D$/D6 — для колец свободных
фланцев; £>ф — наружный диаметр фланца или кольца свободного
фланца; D — внутренний диаметр трубы или обечайки, соеди-
няемой с фланцем; Dx, —
наружный и внутренний диа-
метры бурта свободного флан-
ца; D6 — внутренний диаметр
кольца свободного фланца
(значение можно также
найти по рис. 3.37);
Рис. 3.35. Коэффициент и
РАСЧЕТНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПРОКЛАДОК
ПО ОСТ 26-373—78 [27]
Кон- струкция проклад- ки с Id
Материал прокладки m МПа
Плоская неметаллическая Резина по ГОСТ 7338—77* с твердостью по прибору ТШР, МПа: 0,76—1,2 >1,2 Картон асбестовый по ГОСТ 2850—80* толщиной 3 мм Пароиит1* по ГОСТ 481—80* толщиной >1 мм Фторопласт-4 по ГОСТ 10007— 80* Е толщиной 1—3 мм 0,5 1,0 2,5 2,5 2,5 2,0 4,0 20 20 10 18 20 130 130 40 3 (1 + bn/2s) 4 (1 + frn/2s) 2000 2000 2000
Плоская металлическая Алюминий АД по ГОСТ 21631—76* Латунь Л63 по ГОСТ 2208—75* Сталь 05кп по ГОСТ 1050—74** Сталь по ГОСТ 5632—72*: 08X13 08Х18Н10Т 4,0 4,75 5,5 5,5 6,5 60 90 125 125 180
Плоская составная Асбест по ГОСТ 2850—80* в оболочке толщиной 0,2—0,3 мм: алюминиевой медной латунной из стали 05кп из стали 12Х18Н10Т 3,25 3,5 3,5 3,75 3,75 38 46 46 53 63 — —
Овального или восьмиуголь- ного сечения металлическая Сталь 05кп; 08X13 Сталь 08Х18Н10Т 5,5 6,5 125 180
** Для сред с высокой проникающей способностью (водород, гелий, легкие нефтепродук-
ты, сжиженные газы и т. п.).
д) безразмерные параметры: Т — по рис. 3.38; ф2 —по
рис. 3.39; ф8 — по рис. 3.40; параметры Т и ф2 можно найти также
по формулам:
Т — *а + 8,55 lg ~1 • ib. = (К + 1)/(К — 1).
1 ~ (1,05+1,945/0») (К-1) ’ + М }
Угловая податливость фланца, 1/(МН-м)
y<j>= [1 — о (1 + 0,9Х) ] фз/(Я3Еф). (3.208)
Рис. 3.36. Коэффициент 1:
/ — для плоских приварных фланцев; 2 •—
для приварных встык фланцев
РЕКОМЕНДУЕМЫЙ ШАГ
БОЛТОВ <Б
В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ру
ПО ОСТ 26-373—78 [27]
Ру, МПа
<0,3 (4,2—5) dB
0,6 (3,8—4,8) ds
1.0 (3,5-4,2)
1.6 (3,0-3,8) ds
2,5 (2,7-3,5) ds
4,0 (2,3-3,0) ds
6,4—10,0 (2,1-2,8) dB
Угловая податливость плоской фланцевой крышки, 1/(МН-м)
Укр — %кр/(йк1>£кр)' (3.209)
Здесь
0.67 (1+8,55 1g Ккр)-1]
Хкр “ (*кр - О [^р - 1 + (1,857К*р + 1) (6кр/Акру ] ’
(3.210)
где 6кр — толщина плоской крышки; Якр — толщина фланцевой
части крышки; Лкр — ^ф/^п. с!
линейная податливость прокладки, м/МН
У и — 5в/(л/)п. с^п-^п),
для металлической прокладки уа = 0.
Расчетная длина болта
1ъ = /Бо + 0,28d,
(3.211)
Рис. 3.37. Параметры фх и фк
Рис, 3.38. Параметр Т
(3.212)
где /во длина болта между опорными поверхностями головки
болта и гайки.
Расчетная длина шпильки в двумя гайками
= ?бо 4- 0,56ds (3.213)
гДе ^бо длина шпильки между опорными поверхностями гаек.
Линейнад податливость болтов (шпилек), м/МН
Вб = WUWb^b)" (3.214)
Коэффициент жесткости фланцевого соединения
а = А [уБ + 0,25 (Bj + В2)(£>Б - £)п. с)]. (3.215)
Здесь
А = [уп + уБ 4- 0,25 (9ф14- яФ2) (£>Б - £>п. е)2]"1;
— Уфг (£>б — sei)> В2 — Уфз (В)Б — D2 — Sez),
где Di и О2 — внутренние диаметры D фланцев 1 и 2 (см. рис. 3.32).
При стыковке одинаковых фланцев;
Уф1 ~ Уф2> Bi = в2.
При стыковке фланца с плоской крышкой;
Уф1 = [1 — со(1 4- 0,9Х)]ф2/(й1£'); Уф2 = yKV",
Bi = Уф1 (ВБ Di — sE1); В2 = 0,25^кр (ОБ — £)п. с).
Для фланцев с овальными и прямоугольными прокладками и
фланцев со свободными кольцами а — 1.
Безразмерный коэффициент
а) для соединений с приварными фланцами
v = Ауь, (3.216)
б) для фланцев со свободными кольцами
v = Л^б. (3.217)
Здесь
А = \Уп + уъ + 0,5рф (Da - Dd. с)2 + 0,5f/K (рБ - £>8)2Г\
где ук = 6/(Ек/13фк); фк — параметр, определяемый по рис. 3.37
в зависимости от отношения К = D^/Db, Ds — наружный диа-
метр контактной поверхности бурта; h — толщина свободного
кольца; Db — внутренний диаметр кольца.
Расчет фланцевого соединения, работающего под действием
внутреннего давления. Нагрузка (сила), действующая на флан-
цевое соединение от внутреннего избыточного давления,
<2Д = 0,785©3.срд. (3.218)
Сила реакции прокладки в рабочих условиях
Ra = 2nDa, cbEmpR, (3.219)
где tn — коэффициент, принимаемый по табл. 3.31.
Усилие, возникающее от температурных деформаций:
а) для приварных фланцев из одного материала
Qt = Ч2Ъ{БЕБ (аф/ф — аБ/Б); (3.220)
б) то же из разных материалов
Qt — у2б[бЕб [0,5 (осф1 + а.ф2) /ф — аБ/Б]; (3.221)
в) для' фланцев со свободными кольцами
Qt = vzBfuEi5 [0,5 (аф/ф + aKQ — (3.222)
где аф1, аф2 — коэффициенты температурного линейного расши-
рения разных фланцев; /Б — по табл. 3.30; /ф, tK, tB — по
табл. 3.24.
Болтовая нагрузка в условиях монтажа (до подачи внутрен-
него давления):
а) при р 0,6 МПа
РБ1 = max {cxQH nDa_cbEq', 0,4 [<тБ]20 zBfB), (3.223)
где q — параметр, определяемый по табл. 3.31; а — коэффициент,
определяемый по формуле (3.215);
б) при р > 0,6 МПа — максимальное значение РЪ1 находят
по формуле (3.223) без учета третьего члена.
Болтовая нагрузка в рабочих условиях
Рб^ = Ры + (1 - а) <2д + Qt, (3-224)
причем величину Qt учитывают только при Qt > 0.
Приведенные изгибающие моменты в диаметральном сечении
фланца находят по формулам!
Afoi = 0,5РБ1 (Db - Da. 0); (3.225)
Л1о2 = 0,5 [РБа (ОБ - Da. с) + Q„ (Dh. с - D - 5j5)J [о]20/[о]'.
(3.226)
При расчете бурта фланца со свободным кольцом вместо Ds
следует подставлять Ds — наружный диаметр контактной по-
верхности бурта.
За расчетное значение Мо принимают большее из значений
Aioi И Л1о2-
Условия прочности болтов (шпилек)!
-ГГ-<[оБ]20; -^-<[аБ]*. (3.227)
гБ'Б гБ'Б
В случае несоблюдения любого из условий (3.227) следует уве-
личить число болтов, но так, чтобы оно оставалось кратным
четырем.
Крутящий момент на ключе при затяжке болтов (шпилек) Л4кр
определяют по рис. 3.41.
Условие прочности прокладки (только для неметаллических
прокладок) имеет вид
РБ17(я^п. с^п) [?]>
(3.228)
где [9] — по табл. 3.31.
В случае несоблюдения условия (3.228) следует увеличить
ширину прокладки в пределах значений, приведенных в табл. 3.28.
Расчет плоских приварных фланцев и
приварных встык фланцев и буртов. Мак-
симальное напряжение в сечении sx фланца
(бурта) наблюдается в месте соединения
втулки с плоскостью фланца (бурта)!
ах = ТМоа>1 [£>* (sx — сх)а 1, (3.229)
где Т — безразмерный параметр, опре-
деляемый по рис. 3.38; Мо — расчетное
значение приведенного изгибающего мо-
мента; D* — D при D 20sx; D* =
= D + s0 при D < 20sx и ф3> 1; D*~
= D + sx при D < 20sx и ф8 — 1 (пара-
метр фз определяют по рис. 3.40).
Максимальное напряжение в сечении s0
фланца наблюдается в месте соединения
втулки с обечайкой или днищем!
(3.230)
о0 = ФзОг.
Рис. 3.41. График для определения Мкр
Напряжение в кольце фланца от действия Мо, МПа
ок = Мо [1 — (л (1 + 0,9k) ] i|>2/(D/i2), (3.231)
где ф2 — параметр, определяемый по рис. 3.39.
Для плоского фланца, сваренного из нескольких частей, в зна-
менатель выражения (3.231) вводят множитель <рл — коэффи-
циент прочности сварного шва.
Напряжения во втулке фланца от внутреннего давления:
= (3.232); (3.233)
Условия прочности фланца (бурта):
а) в сечении
+ Ок + oiOK < [04 ]; (3.234)
б) в сечении s0
У (Оо + Oj,)2 + о2 — (о0 + Oj,)ox < <Р [По]. (3.235)
В случае несоблюдения любого из условий следует увеличить
толщину фланца h или бурта hr.
Угол поворота фланца (бурта)
0 = ов£)/(£фЛ)<10], (3.236)
где 0 — в рад.
Из условий герметичности фланцевого соединения для плоских
приварных фланцев (буртов) и приварных встык фланцев при
D > 2000 мм [01 = 0,013; для приварных встык фланцев (бур-
тов) при D < 2000 мм 10 ] = 0,009. При Qt < 0 должно выпол-
няться условие
[ОвГ 2Б/Б - | Qt | > РБ2. (3.237)
Расчет свободного кольца. Приведенные изгибающие моменты
в диаметральном сечении свободного кольца:
Л101 = 0,5РБ1 (£>б - £>в); (3.238)
М02 = 0,5РБ2 (Db - £>в) [<тк]2°/К]'. (3.239)
За расчетное значение Мо принимают большее из значений
Af01 и М02.
Условие прочности свободного кольца
ок = Л40ф2/(£>5Лк) < [ок]- (3.240)
Условие герметичности соединения
9 = (ок/£«) (W < Юк] = 0,026, (3.241)
где D6 — внутренний диаметр кольца; hK — толщина кольца.
Расчет фланцевого соединения, работающего под совместным
действием внутреннего избыточного давления, внешней силы Р,
действующей в осевом направлении, и изгибающего момента М.
108
Болтовая нагрузка в условиях монтажа (до подачи внутреннего
избыточного давления)
РБ1 = max {a (<?д ± Р) + Рп + 4Л1/£>П. с; лГ>п. СМ;
0,4[оБ]а0гБ/Б). (3.242)
Последний член учитывают только при р 0,6 МПа; Р < 0
в случае сжимающей силы и Р > 0 в случае растягивающей силы.
Болтовая нагрузка в рабочих условиях
РБа - Рв1 + (1 - «) «2Д ± Р) + Qt + 4М/£>П. с. (3.243)
Условия прочности болтов (шпилек) — по формуле (3.227),
неметаллических прокладок — по формуле (3.228).
Расчет фланцевого соединения, работающего под действием
внешнего давления. Болтовая нагрузка в условиях монтажа (до
подачи наружного давления)
РБ1 = max {л£)п. cbEq; 0,4 [<тБ]20 гБ/Б). (3.244)
Болтовая нагрузка в рабочих условиях
Рва — Р bi — Qa + Qt- (3.245)
Условия прочности болтов (шпилек) — по формуле (3.227),
неметаллических прокладок — по формуле (3.228).
Приведенные изгибающие моменты в диаметральном сечении
фланца находят по формуле (3.225) и формуле
М02 = 0,5 [РБ2 (£>б - Dn. с) - QK(Dn. с - D - ав)] [сг]2<>/(ст]'.
(3.246)
Расчетным является большее значение.
В случае внесенных в процессе расчета изменений величин гБ,
Л, дп следует указанные изменения учесть при определении окон-
чательных значений других величин и параметров, откорректи-
ровать расчет в целом.
ГЛАВА 4
РАСЧЕТ КОЛОННЫХ АППАРАТОВ
НА ПРОЧНОСТЬ И УСТОЙЧИВОСТЬ
4.1. КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ
КОЛОННЫХ АППАРАТОВ
Колонные аппараты представляют собой вертикальные (по-
стоянного или переменного сечения) цилиндрические (с отноше-
нием высоты к наименьшему диаметру H/D > 5) сосуды с внутрен-
ними устройствами, предназначенные для осуществления в них
тепломассообменных процессов (абсорбции, адсорбции, десорб-
ции, ректификации, Экстракции и др.)- К колонным относятся
также комбинированные аппараты с указанным отношением
общей их высоты к наименьшему диаметру, скомпонованные друг
над другом из нескольких разных по технологическому назначе-
нию, но жестко соединенных между собой отдельных аппаратов
(теплообменных, емкостных и др.).
Наиболее ответственной частью, несущей нагрузку от давле-
ния среды, силы тяжести аппарата и внешних сил (ветра, сейсми-
ческих воздействий и др.), является корпус колонного
аппарата. В зависимости от диаметра корпус может или
состоять из отдельных цилиндрических цар.г, соединенных между
собой на фланцах (при D 800 мм), или быть цельносварным.
С торцов корпус ограничивается чаще всего эллиптическими дни-
щами. Конструкцию составных элементов корпуса (обечаек, днищ,
фланцев и др.) см. в гл. 3.
Устанавливаемые внутри корпуса различные внутрен-
ние устройства (тарелки и насадки) в большинстве случаев для
удобства их монтажа, демонтажа и осмотра выполняют разбор-
ными. Для этого на корпусе аппарата предусматривают соответ-
ствующие лазы и люки. Тепломассообменные тарелки распола-
гаются по высоте аппарата на равном расстоянии друг от друга.
В местах расположения лазов расстояние между тарелками
не более 1200 мм.
При установке тарелок в корпусах с фланцевыми разъемами
ближайшая к разъему тарелка должна находиться на расстоянии
не менее 250 мм.
4.2. РАСЧЕТ НА ВЕТРОВУЮ НАГРУЗКУ
И СЕЙСМИЧЕСКИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ (ГОСТ 24757—81)
Толщину стенок цилиндрического корпуса, конических пере-
ходов и днищ определяют по данным гл. 3 исходя из внутреннего
избыточного или наружного давления.
Толщину цилиндрической стенки опоры исходя из совместного
действия осевой нагрузки на нее, силы тяжести аппарата, его
среды и опирающихся на него внешних устройств (трубопроводов,
площадок, лестниц, изоляции и др.), изгибающих моментов от
ветровых и эксцентрических нагрузок, а также от сейсмического
воздействия для районов с сейсмичностью более 7 баллов (при
12-балльной шкале) определяют по данным настоящей главы.
Область применения расчетных формул. Расчету на ветровую
нагрузку подлежат все колонные аппараты, устанавливаемые на
открытой площадке, если их высота Н > 10 м и Н > l,5Z>mln,
а также если Н < 10 м, но И > Dmln, где Dmln — наименьший
из наружных диаметров аппарата. Расчет проводится отдельно
на рабочие условия, условия испытания и условия монтажа.
Рис. 4.1. Расчетная схема колонного аппарата при определении ветровых на-
грузок и сейсмических воздействий: а — схема аппарата; б — схема ветровых
нагрузок; в — эпюра изгибающих моментов от сейсмических воздействий
Расчетная схема аппарата принимается в виде консольного
упругого защемленного стержня (рис. 4.1).
Аппарат по высоте Н разбивают на г участков. При этом
г>5иво всех случаях высота участка ht 10 м (рис. 4.1, б).
Силу тяжести каждого участка G( принимают сосредоточенной
в середине участка. Ветровую нагрузку, действующую по высоте
аппарата, заменяют сосредоточенными силами Qif действующими
в горизонтальном направлении и приложенными в серединах
участков. Сейсмические силы прикладываются также горизон-
тально в серединах участков.
Определение периода собственных колебаний. Период основ-
ного тона собственных колебаний аппарата постоянного сечения
с приблизительно равномерно распределенной по высоте массой, с
Т = То V1 + №1(НСр1г) . (4.1)
Здесь J — момент инерции верхней части основного металличе-
ского сечения аппарата относительно центральной оси, м4; JF —
минимальный момент инерции площади подошвы фундамента, м4;
СР — коэффициент неравномерности сжатия грунта, Н/м3, опре-
деляемый по данным инженерной геологии (при отсутствии таких
данных Ср выбирают по табл. 4.1); То — величина, определяемая
по формуле
То = 1,8Н / тНЦЕГ), (4.2)
где т — общая масса аппарата.
При отсутствии данных о фундаменте в первом приближении
допускается принимать Т та То.
Рис. 4.2. Коэффициент pf
Период основного тона собственных коле-
баний аппарата переменного сечения (по диа-
метру и толщине стенки корпуса), с
, г к 1/2
Г = MS С'“‘) k(-5E7Tv +
«-3)
Здесь — момент инерции площади попе-
речного сечения части аппарата диаметром Dr
и высотой Нг (см. рис. 4.1, a); at — относи-
тельное перемещение центров тяжести участ-
ков, 1/(Н*м)
“г = V 2£Л + HCfJf ’ (4'4)
где рг — коэффициент, определяемый по рис. 4.2; х, — расстоя-
ние от поверхности земли до центра тяжести рассматриваемого
£-го участка (см. рис. 4.1, б).
Коэффициент v, входящий в формулы (4.3) и (4.4), определяют
по следующей формуле;
v = -А_ [Я®(А + X) + + 2,
(4-5)
где Hlt Н2, Hs, Jlt Js — высоты и моменты инерции площади
поперечного сечения частей аппарата (см. рис. 4.1, а); А, X, р —
Таблица 4.1
КОЭФФИЦИЕНТ НЕРАВНОМЕРНОСТИ СЖАТИЯ ГРУНТА
Грунт CF. МН/м*
Слабые грунты (материал и шлам в пластичном состоянии, пы- левой песок в состоянии средней плотности) 60
Грунты средней плотности (материал и шлам на границе течения и песок средней плотности) 60—100
Плотные грунты (твердый глинистый шлам, гравий и гравийный песок, плотный лёсс) 100—200
Скальные грунты 200
Примечание. Приведенные данные относятся к опорной площади F > 10 м*. При
меньшей площади числовое значение Ср умножают на 3,2/|/~Fp. где Fp — площадь бе-
тонного фундамента, м8.
коэффициенты, определяемые по рис. 4.3 или вычисляемые по
формулам:
Для аппаратов с двумя переменными жесткостями Д и J2
в формулах (4.5) и (4.6) следует принимать Hs = 0, то же при
определении коэффициентов Д, X и р по рис. 4.3.
Общий период колебаний для группы аппаратов, установлен-
ных на общем фундаменте и жестко связанных в горизонтальном
направлении площадками для
обслуживания, с
/ N \ 1/2
7=3,63 S GM X
\w=i /
X (gCFJF)-^ (4.7)
0,2 где G — вес N-ro аппарата;
Н — высота 2V-ro аппарата;
М — число аппаратов.
Определение изгибающего момента от ветровой нагрузки. Изги-
бающий момент от ветровой нагрузки в расчетном сечении аппа-
рата на высоте х0 от поверхности земли (см. рис. 4.1, б)
п т
Qi (xt — х0) + U cy,
/=i /=i
(4-8)
где п — число участков аппарата над расчетным сечением; т —
число площадок над расчетным сечением аппарата; Мо} — из-
гибающий момент от действия ветра на ;-ю обслуживающую пло-
Рис. 4.4. Коэффициент Gj
щадку, расположенную на высоте
х0, Н-м.
Ветровая нагрузка на t-м участке
аппарата
Qi — Qi ст + Qi дин> (4.9)
где Qi ст, Qi дин — статическая и динамическая составляющие
ветровой нагрузки на i-м участке:
Qi ст — Qi crDihi', Qi дин — v£G,T];.
(4.10); (4.11)
В формуле (4.10) Dt — наружный диаметр i-ro участка аппа-
рата (если имеется изоляция, то наружный диаметр изоляции);
qt ст — нормативное значение статиче-
ской составляющей ветровой нагрузки
на середине i-ro участка, Па
9i ст — Qo®tK,
Таблица 4.2
НОРМАТИВНЫЙ
СКОРОСТНОЙ НАПОР ВЕТРА
Район территории СССР во, Па
I 270
11 350
III 450
IV 550
V 700
VI 850
VII 1000
П р и м е ч
а н и е.
аппарата
в техническом зада-
Район ус-
определяет
тановки
заказчик
НИИ.
(4-12)
где q0 — нормативный скоростной напор
ветра на высоте 10 м над поверхностью
земли (табл. 4.2); ©f = (0,1Х;)0-32 —
коэффициент, учитывающий изменение
скоростного напора ветра по высоте ап-
парата (рис. 4.4); К—аэродинамический
коэффициент (табл. 4.3).
В формуле (4.11) v—коэффициент,
учитывающий пульсацию скорости вет-
ра, определяемый по табл. 4.4 в зави-
симости от безразмерного параметра
в = 7Vfo/840; £ — коэффициент дина-
мичности при ветровой нагрузке, определяемый в зависимости от
безразмерного параметра в по рис. 4.5; — приведенное относи-
тельное ускорение центра тяжести i-ro участка,
/ 2
= I S CXfe/Tl/jQfe ст
\л=1
Z
S alGk
k=i
-1
(4-13)
где ah ah — относительные перемещения центра тяжести i-ro
и k-ro участков при основном тоне колебаний, определяемые
по формуле (4.4); Gk — сила тяжести k-ro участка; тк —
— 0,6 (O.lxfc)— °-16 — коэффициент пульсации скоростного напора
ветра для середины k-ro участка, принимаемый по рис. 4.6.
Рис. 4.5. Коэффициент дина-
мичности |
АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ КОЭФФИЦИЕНТ
Элемент аппарата К
Корпус цилиндрический Корпус цилиндрический с обслуживающими площадками (учиты- вается проекция площадки на вертикальную плоскость) Только площадки для обслуживания аппарата (учитывается сумма всех проекций площадей профилей площадки на верти- кальную плоскость) Т КОЭФФИЦИЕНТ V ПУЛЬСАЦИИ СКОРОСТИ BETF 0,7 0,85 1,4 а б л и ц а 4.4 А
е Высота аппарата /7, м
<48 60 120
0,05 0,10 0,20 Примечание. Пр интерполяцией. 0,70 ©межуточные значенр 0,65 0,75 1Я коэффициента у 0,60 0,65 0,75 эпределяют линейной
Изгибающий момент в расчетном сечении аппарата (на высоте
х0 — см. рис. 4.1, 6) от действия ветра на /-ю площадку для об-
служивания рассчитывают цо формуле
MD/= 1,4^0, (х?-х0)(1 +0,75^W2/?J., (4.14)
где Qj — (0,1х;)0’32 — коэффициент, учитывающий изменение ско-
ростного напора ветра по высоте аппарата (см. рис. 4.4); =
= 0,6 (0,1ху)~0Д6 — коэффициент пульсации (см. рис. 4.6); —
коэффициент, определяемый по рис. 4.7; S/j — сумма площадей
проекций профилей /-й площадки на вертикальную плоскость.
При отсутствии данных о форме площадки для обслуживания
аппарата изгибающий момент определяют по формуле
Mv{ = 0,85^00/ (х/ — х0) (1 4- 0,75^х/И1/) S F'h (4.15)
пульсации ть и mj
Рис. 4.7. Коэффициент х»
Рис. 4.8. Коэффициент
динамичности 0
СЕЙСМИЧЕСКИЙ КОЭФФИЦИЕНТ К5
Расчетная сейсмич- ность, баллы Ks
7 0,025
8 0,05
9 0,10
Примечание. Данные приведены для
грунтов средней плотности (см. табл. 4.1)
где F] — площадь проекции участка аппарата в месте располо-
жения площадки, включая последнюю, на вертикальную пло-
скость.
Определение расчетных усилий от сейсмических воздействий.
Расчету на сейсмические воздействия подлежат все вертикаль-
ные аппараты, устанавливаемые в районах с сейсмичностью
не менее 7 баллов (по 12-балльной шкале), независимо от
того, находятся ли они в помещении или на открытой пло-
щадке.
Расчетную сейсмическую силу в середине i-ro участка для пер-
вой формы колебаний аппарата определяют по формуле
/2 \ / 2 1
Qsi = K^Gtat £ Gkak ) I S Gka2k )
\fc=l / \*=i /
(4-16)
где Ks — сейсмический коэффициент (табл. 4.5); 0 — коэффициент
динамичности при сейсмической нагрузке (рис. 4.8); ссг, аь — ко-
эффициенты, определяемые по формуле (4.4).
Максимальный изгибающий момент от сейсмических воздей-
ствий в нижнем сечении аппарата при учете только первой формы
колебаний
Z
Ма max = Qst%i-
i=l
(4.17)
Расчетный изгибающий момент в
сечении аппарата на расстоянии х0 от по-
верхности земли с учетом влияния высших
форм колебаний определяется в зависимости
от Ма max по эпюре изгибающих моментов
(см. рис. 4.1, в).
При отсутствии данных о фундаменте ап-
паратов постоянного сечения с приблизи-
Рис. 4.9. Коэффициент Сх
тельно равномерно распределенной по высоте массой допускается
расчетный изгибающий момент в сечении определять по формуле
MsR = KafiGHCx, (4.18)
где Сх — коэффициент, определяемый по рис. 4.9.
4.3. ОБЩИЕ РАСЧЕТНЫЕ НАГРУЗКИ
И РАСЧЕТНАЯ ТЕМПЕРАТУРА
Расчетное давление. Расчетное давление рк в рабочих усло-
виях для каждого расчетного сечения и пробное давление рпр,
измеряемое в верхней части колонны, устанавливают в соответ-
ствии с данными гл. 3.
Гидростатическое давление рг во время гидравлического испы-
тания колонны в вертикальном положении определяют для каж-
дого расчетного сечения по формуле
рг = у (Н — х0), (4.19)
где для воды у = 104 Н/м8.
При расчете колонн должны быть учтены следующие весовые
нагрузки: Gt— сила тяжести колонны в рабочих условиях,
включая площадки для обслуживания, изоляцию, внутренние
устройства и рабочую среду, Н; G2 — сила тяжести колонны при
гидравлическом испытании, включая жидкость, заполняющую
колонну, Н; Ga — максимальная нагрузка колонны от собствен-
ного веса в условиях монтажа, Н; G4 — минимальная нагрузка
колонны от собственного веса в условиях монтажа (после уста-
новки колонны в вертикальное положение), Н. При этом необхо-
димо иметь в виду, что нагрузка от веса воды, заполняющей ко-
лонну в условиях испытания, действует только на нижнее днище
и должна учитываться только при расчете обечайки опоры.
Расчетные изгибающие моменты. Максимальный изгибающий
момент Мо от действия эксцентрически приложенных весовых на-
грузок, в том числе от присоединяемых трубопроводов, опреде-
ляют для каждого расчетного сечения.
Изгибающие моменты MD от действия ветровых нагрузок опре-
деляют по формулам (4.8) и (4.14).
Изгибающие моменты MsR от сейсмических воздействий оп-
ределяют на рис. 4.1, в или по формуле (4.18).
Расчетная температура. Расчетную температуру для каждого
элемента колонны определяют по данным технологического рас-
чета и ГОСТ 14249—80*. Для элементов обечайки опоры, которая
приварена к корпусу колонны и изолирована, расчетную темпера-
туру в рабочих условиях определяют по формуле
tR = max {fK — Д£; 20 °C},
где А/ — перепад температуры вдоль обечайки опоры, определяе-
мый по рис. 4.10; tK—расчетная температура нижнего днища
СОЧЕТАНИЕ НАГРУЗОК
>—А Оо - Состояние аппарата Давле- ние, МПа Осевая сжимающая сила, МН Расчетный изгибающий момент, МН-и Допускае- мые напря- жения, МПа Примечание
1 — рабочие условия PR Pl = GI •®1Л = ^G1 + Mvl В района» с сейсмичностью выше 7 баллов принимается большее из двух значений; 201 д = + 2Иод M1R = Mqi + MsRi Май Ict1kt5 Moi При расчете и сле- дует исходить из общей весо- вой нагрузки в рабочих усло- виях
2 — условия гидравли- ческого испытания Papi Ра Pl = 2И2л = 20бл + 0,62йО5 Мао! Мио» При расчете 2йо2 следует исхо- дить из общей весовой нагруз- ки в условиях гидравлическог го испытания аппарата
3 — условия монтажа при максимальной на- грузке от собственного веса аппарата 0 Рз — $а! для расчета анкерных шпилек Р’з ~ $3 Принимается большее из двух значений: 2Изл = •^зл ~' ^G3 “1“ О’&Мрз В районах с сейсмичностью выше 7 баллов принимается большее из трех значений: M3R = Mq3 + Afw; ^3R ~ ^сз "Ь Mv3'> М3ц = Mgs + MsR3 Маз; LCTJk2» Мо2 При расчете М№ if MsR3 сле- дует исходить из общей весо- вой нагрузки в условиях мон- тажа при максимальной на- грузке аппарата от собственно- го веса, а при расчете момента Миз — учитывать также кар- кас
4 — условия монтажа при минимальной на- грузке от собственного веса аппарата 0 = М4л = Mq4 + Mo4 В районах с сейсмичностью выше 7 баллов принимается большее из двух значений: Л44д = Mg4 + Л4„4; Л44д = Mg^ + Л4«д4 При расчете Мм и MsRi сле- дует исходить из общей весо- вой нагрузки в условиях мон- тажа при минимальной нагруз- ке аппарата от собственного веса
►— Примечания;
С©
I. Величины с верхним индексом «*» относятся к случаю монтажа колонны с металлическим каркасом.
2. Индексы при !<?] означают- А — для элементов опоры колонны; к — для корпуса колонны: 0 — для обечайки опоры.
Рис. 4.10. График для определения Д/
колонного аппарата; h—-расстояниеот свар-
ного шва, которым приварена опорная обе-
чайка к днищу колонны, до расчетного се-
чения опорной обечайки.
Расчетную температуру для условий мон-
тажа и испытаний принимают равной 20 °C.
Сочетание нагрузок. Колонный аппарат
рассчитывают для трех вариантов сочетаний
нагрузок- для рабочих условий (табл. 4.6, со-
стояние аппарата 1); для условий гидравличе-
ского испытания при вертикальном положе-
нии колонны (табл. 4.6, состояние аппарата 2); для условий мон-
тажа (табл. 4.6, состояния 3 и 4).
Если во время эксплуатации в исключительных (аварийных)
случаях возможно заполнение колонны рабочей жидкостью, то
необходимо рассчитать колонну и для этого случая. Расчетные на-
грузки определяют так же, как и для условий испытания, а до-
пускаемые напряжения принимают по табл. 4.6 для рабочих ус-
ловий.
4.4. ПРОВЕРОЧНЫЕ РАСЧЕТЫ
Проверочный расчет корпуса колонны. Расчетными сечениями
колонного аппарата являются-
1) нижние поперечные сечения каждой части корпуса, имею-
щей разные диаметры или толщины стенок;
2) поперечное сечение корпуса в месте присоединения к нему
обечайки опоры;
3) сварной шов в месте присоединения обечайки опоры к кор-
пусу;
4)' поперечное сечение обечайки опоры в месте наибольших
вырезов;
5) поперечное сечение основания обечайки опоры.
Для аппаратов, имеющих по высоте постоянные диаметры и
толщину стенки корпуса, расчетными сечениями являются только
поперечные сечения корпуса в месте присоединения к нему обе-
чайки опоры и указанные сечения опоры.
Расчетные сечения корпуса проверяют на напряжения в них
для рабочих условий (Р = Рг; М = Afx; р = pR) и для условий
монтажа (Р = Р3; М = ТИ8; р — 0).
Продольные напряжения на наветренной (ок1) и подветренной
(ож2) сторонах-
_ Рп (Р Ч~ д)_____Р 1хо_< 4Л1ж0 . цлч
“Я- 4 (з — с) лО (з — с) ‘ лО2 (з — с) ’ ' ‘ '
_ __Pr (Р + s)_____Pixo_______4Л4ЖО ,, 91 х
4 (s — 0 и£) (s — с) п£)2 — с) ’ V • /
где PlxOI Мх0 —• расчетная сжимающая сила, действующая в осе-
вом направлении, и расчетный изгибающий момент в соответ-
ствующем расчетном сечении колонного аппарата на заданной вы-
соте относительно подошвы фундамента.
Кольцевые напряжения
<*у = pR(D 4- s)/ [2 (s - с) ]. (4.22)
Эквивалентные напряжения на наветренной (оЕ1) и подве-
тренной (о£2) сторонах-
сЕ1 = — Ох1<МР«/фр + (а^т/фр)2 (4.23)
(если (Га* < 0, то <рт = 1; если оу < 0, то фр = 1);
ОЕ2 = ^0x2 — ОхгПрфт/фр + ((Трфт/фр)2 (4.24)
(если ох2 < 0, то фт = 1; если ау < 0, то <рр = 1).
Условия прочности корпуса для каждого расчетного сечения
проверяют по формулам!
а) на наветренной стороне
max {IcGdl; aEi) < [ак] ф, (4.25)
(если ох1 < 0, то фт = 1);
б) на подветренной стороне
max {| оя21; оЕ2} < [<тк] фт (4.26)
(если сгж2 <0, то фт = 1).
В формулах (4.23) — (4.26) фр и фт — коэффициенты прочности
соответственно продольного и кольцевого сварных швов на кор-
пусе колонны.
Условие устойчивости корпуса проверяют для каждого расчет-
ного сечения для рабочих условий, а также для условий испыта-
ния и монтажа.
Для аппаратов, работающих под внутренним избыточным дав-
лением и без давления, условие устойчивости проверяют по фор-
муле
PjZUM 4- МЦМ1 < 1. (4.27)
Значения [Р] и определяют по данным гл. 3
(ГОСТ 14249—80*) соответственно для рабочих условий, условий
испытания и монтажа.
Если толщина стенки обечайки опоры меньше или равна тол-
щине стенки корпуса в месте присоединения к нему обечайки
опоры и механические свойства материала обечайки опоры не
выше соответствующих свойств материала корпуса, то расчет кор-
пуса не проводят, а проверяют прочность и устойчивость только
обечайки опоры, являющейся определяющим элементом. Расчет
опор колоннных аппаратов приведен в ГОСТ 24757—81.
Для аппаратов, работающих под наружным давлением, для
условий испытания и монтажа проверку производят по формуле
(4.27). Для рабочих условий устойчивость необходимо проверять
для каждого основного расчетного сечения колонны по формуле
Рн/[р1 + Pi/lPi] + М/[М] < 1, (4.28)
где [pl, [Рх] и [Л4] определяют по данным гл. 3
(ГОСТ 14249—80*) для рабочих условий.
Проверочный расчет опорных балок под тарелки и решетки.
Приближенно принимают, что балка свободно оперта на две опоры
и воспринимает равномерно распределенную нагрузку от веса
части собственно тарелки или решетки, а также от насадки и слоя
рабочей жидкости, находящейся на тарелке или на решетке.
Общую массу, воздействующую на балку, определяют по фор-
муле
/Пб = + Р«М> (4-29)
где тт — масса всей тарелки или решетки, кг; h>K — высота
слоя рабочей жидкости на тарелке или решетке, м; I — длина
балки, м; b — расстояние между осями смежных балок, м; рж —
плотность жидкости, кг/м3.
Расчетный изгибающий момент балки, Н м
Л4б — 0,125тб§/, (4.30)
где g = 9,81 м/с2 — ускорение свободного падения.
Расчетный момент сопротивления балки, м3
^бЯ = Мс/[об1, (4.31)
где [об ] — допускаемое напряжение материала балки, Па.
Расчетный момент инерции балки при допускаемом относи-
тельном прогибе ее, равном 0,0005, м4
J6R = 26m6gl2/E, (4.32)
где Е — модуль продольной упругости материала балки, Па.
По найденным значениям №бя и /бя выбирают профиль и
размеры опорной балки.
ГЛАВА 5
ОПОРЫ АППАРАТОВ
И УСТРОЙСТВА ДЛЯ СТРОПОВКИ
5.1. ОПОРЫ АППАРАТОВ
Химические аппараты устанавливают на фундаменты или спе-
циальные несущие конструкции обычно с помощью опор. Непо-
средственно на фундаменты устанавливают лишь аппараты с пло-
122
ским днищем, предназначенные главным образом для работы под
наливом.
В зависимости от рабочего положения аппарата различают
опоры для вертикальных аппаратов и опоры для горизонтальных
аппаратов. Вертикальные аппараты обычно устанавливают или
на стойках, когда их размещают внизу в помещении, или на под-
весных лапах, когда аппарат размещают между перекрытиями
в помещении или на специальных стальных конструкциях. Ап-
параты с отношением высоты к диаметру HID > 5, размещаемые
на открытой площадке, устанавливают на так называемых юбоч-
ных (цилиндрических и конических) опорах.
Горизонтальные аппараты независимо от их размещения (в по-
мещении или на открытой площадке) устанавливают на седловых
опорах.
Все перечисленные опоры для стальных сварных аппаратов
стандартизованы.
Конструкции, основные характеристики и размеры стандарт-
ных опор для вертикальных аппаратов приведе-
ны в ОСТ 26-665—79 129]. Стандарт предусматривает три типа
опор: тип 1 (лапы)—для аппаратов без теплоизоляции; тип 2
(лапы) — для аппаратов с теплоизоляцией; тип 3 (стойки) — для
аппаратов с эллиптическими и коническими (с углом при вершине
конуса 2а, < 120°) днищами. В зависимости от толщины стенки
корпуса аппарата лапы приваривают или непосредственно к кор-
пусу, или к накладному листу. Материал деталей этих опор выби-
рают из условий эксплуатации. Накладной лист приваривают
к корпусу аппарата сплошным швом. Если опоры выполнены из
углеродистой стали, а аппарат — из коррозионно-стойкой стали,
накладные листы должны выполняться из стали той же марки,
что и корпус аппарата.
Число опор определяют расчетом и конструктивными сообра-
жениями; лап должно быть не менее двух, стоек — не менее трех.
Расчет обечайки цилиндрического аппарата,
на которую действуют местные нагрузки, вызываемые опорными
лапами, приведен в ОСТ 26-2091—81 [31].
Скольжение опоры от температурных удлинений аппарата,
устанавливаемого на бетонном фундаменте, должно происходить
по опорному листу, а аппарата, устанавливаемого на металлокон-
струкции, — по листу, предусматриваемому в последней. Опор-
ный лист приваривают к аппарату прерывистым угловым швом
с катетом, равным меньшему из значений толщины корпуса или
опорного листа. Если корпус аппарата подлежит термообработке,
опорный лист приваривают до термообработки, а опору к корпусу
приваривают после нее.
Материал опор выбирают в зависимости от температуры рабо-
чей среды, емкости аппарата и 1емпературы воздуха за самую
холодную пятидневку в месте его установки в соответствии с
ОСТ 26-2091—81 131 J.
Число опор, располагаемых вдоль аппарата, определяют рас-
четом. В зависимости от длины и массы аппарата оно может быть
равно двум и более. Одна опора должна быть неподвижной, осталь-
ные подвижными. Расстояние между неподвижной и подвижной
опорами выбирают так, чтобы температурные удлинения аппарата
между смежными опорами не превышали 35 мм.
Регулировочные болты, предусмотренные в стандартных опо-
рах, допускают нагрузку на одну опору (при незаполненном ап-
парате) не более 160 кН. После выверки аппарата на фундаменте
и затвердения бетонной подливки удаляют регулировочные болты
и болты, предназначенные для крепления подкладного листа
к опоре на время установки аппарата на фундамент.
Детали опор между собой сваривают сплошными односторон-
ними угловыми и тавровыми швами, а опоры и опорного листа —
прерывистым двусторонним угловым швом.
Фундаментные болты у подвижной опоры следует снабжать
контргайками и не затягивать (устанавливать с зазором 1—2 мм).
Расчет горизонтальных аппаратов, устанавливаемых на опо-
рах, приведен в РТМ 26-110—77 [45].
Конструкции, основные характеристики и размеры стандарт-
ных опор колонных аппаратов, области их применения в зависи-
мости от диаметра колонны и минимальной приведенной нагрузки
приведены в ОСТ 26-467—84 [28].
Высота опор колонных аппаратов должна быть не менее 600 мм
и выбираться по условиям эксплуатации аппарата.
Материал деталей опор выбирают исходя из условий экс-
плуатации и в соответствии с техническими требованиями
ОСТ 26-291—79 [26].
Предел текучести материала должен быть не менее 210 МПа
при температуре 20 °C.
Необходимое число отверстий, лазов (люков), их размеры,
расположение и форму выбирают из условий эксплуатации и мон-
тажа, они должны отвечать требованиям ОСТ 26-291—79 [26].
Для вентиляции внутренней полости опоры в верхней части
должно быть предусмотрено не менее двух отверстий диаметром
не более 100 мм.
При приварке опор к днищам, сваренным из отдельных частей,
в обечайках опор должны быть предусмотрены вырезы, позволя-
ющие иметь доступ к сварным радиальным швам на днищах.
В этом случае отверстия для вентиляции не предусматриваются.
Расчет опор колонных аппаратов приведен в ГОСТ 24757—81
и в ОСТ 26-467—84 [28].
5.2. УСТРОЙСТВА ДЛЯ СТРОПОВКИ АППАРАТОВ
Подъем и перемещение аппаратов при монтаже и демонтаже,
осуществляемые различными подъемно-транспортными средствами,
производят с помощью строповки аппаратов канатами, цепями
или траверсами.
Для обеспечения надежности и безопасности строповки вер-
тикальных аппаратов на них предусматривают специальные стро-
повые устройства, за которые аппарат подвешивают к подъемно-
транспортному средству: крюки, цапфы и монтажные штуцера,
размещаемые на боковых стенках, ушки, размещаемые на крыш-
ках аппарата. Крюки, цапфы и монтажные штуцера устанавливают
по два на вертикальном аппарате, ушков может быть два, три и
иногда четыре на одном аппарате.
Подъем и перемещение горизонтальных аппаратов осуществ-
ляют обычно с помощью строповки их канатами или цепями, не-
посредственно охватывающими корпус. В отдельных случаях на
горизонтальных аппаратах предусматривают два ушка или четыре
цапфы.
Строповые устройства для стальных аппаратов стандартизо-
ваны. Конструкции, основные размеры и характеристики стропо-
вых устройств приведены в ГОСТ 13716—73*, монтажных штуце-
ров — в ГОСТ 14114—85 —ГОСТ 14116—85.
Строповые устройства на вертикальных аппаратах следует раз-
мещать возможно выше и обязательно выше центра тяжести аппа-
рата. На горизонтальных аппаратах ушки устанавливают сверху
по краям цилиндрического корпуса, а цапфы — симметрично по
две с каждой стороны в диаметральном сечении корпуса.
Расчет корпуса аппарата на нагрузки, действующие от стро-
повых устройств, приведен в ГОСТ 26202—84.
ГЛАВА 6
ОБЕСПЕЧЕНИЕ
ПОЖАРО- И ВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТИ
6.1. ОБЩИЕ ПРАВИЛА
СОБЛЮДЕНИЯ ПОЖАРО-
И ВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТИ
Для предупреждения взрыва необходимо исключить одновре-
менное действие двух факторов: образования взрывоопасной среды
и возникновения источника инициирования взрыва. При этом
следует рассматривать возможность возникновения взрывоопас-
ных условий как внутри оборудования, так и в окружающей ап-
параты среде.
Предупреждение возможности взрыва внутри аппаратов дости-
гается путем поддержания рабочей среды вне области концентра-
ционных и температурных пределов воспламенения (табл. 6.1) по
ГОСТ 12.1.004—85. В этих же целях применяют ингибирующие
и флегматизирующие вещества. Например, для транспортирования
ПОКАЗАТЕЛИ ПОЖАР О- И ВЗРЫВООПАСНОСТИ
ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ [331
В ещество Химическая формула Показатель пожа- роопасности» агре- гатное состояние Температу- ра, °C Пределы взрываемости (объемная концентра- Ция, %)
вспышки само- воспла- менения Нижний Верхний
Акриловая кислота СдН4О2 ГЖ +48 440 1,9 5,4
Акриловобутиловый эфир ЛВЖ +38 280 1,0 7,4
Акриловометиловый эфир CgHgOg лвж —15 465 1,2 13,0
Акриловоэтиловый эфир СбН8О2 ЛВЖ —4 385 1,1 5,1
Акрилонитрил C3H3N лвж 0 370 3,0 17,0
Акролеин C3H4O ЛВЖ —26 234 2,8 31,0
Аллиламин C3H;N лвж —29 374 2,2 22,0
Аллиловый спирт С3Н„О лвж +21 378 2,5 18,0
Амилацетат C7H14O2 лвж +25 360 1,0 7,5
Амил хлористый CBHUC1 лвж + 13 215 1,6 8,6
н-Амиловый спирт сБн12о лвж +40 273 1,2 10,0
Аммиак NHS гг — 650 15 28
Анизол с,нео лвж +41 485 0,3 6,3
Анилин CeH,N гж +79 493 1,2 8,3
Ацетальдегид С2Н4О лвж —38 185 4,0 55,0
Ацетилен С2Н2 гг — 335 2,5 81
Ацетон С3Н3О лвж —18 465 2,2 13,0
Ацетонциангидрин c4h,on гж +73 507 2,2 12,0
Бензилацетат С9Н10О2 гж + 102 410 0,6 7,3
Бензиловый спирт с,н3о гж +90 400 1,0 15,5
Бензины:
авиационный Б-70 — лвж —34 300 0,8 5,2
авиационный Б-95/130 — лвж —37 380 1,0 5,5
авиационный Б-100/130 <— лвж —34 474 1,0 5,5
авиационный нестабиль- ный — лвж —44 410 1,5 8,1
авиационный стабиль- — лвж —37 440 1,3 8,0
ный автомобильный А-66 ЛВЖ —39 255 0,8 5,0
автомобильный A-74 — лвж —36 300 0,8 5,1
автомобильный неста- бильный — лвж —30 345 0,9 5,1
автомобильный ста- бильный — лвж —27 370 1,0 5,0
«калоша» — лвж —17 350 1,1 5,4
Бензойноэтиловый эфир гж +79 560 0,7 4,9
Бензол свн„ лвж —И 534 1,4 7,1
Бромбензол С3НБВг лвж +зо 545 0,5 2,8
н-Бутан с4н10 гг — 405 1,8 9,1
Бутиламин C4HuN лвж —12 312 1.7 9,8
н-Бутилен С4Н8 гг — 384 1,6 9,4
Бутилвиниловый эфир СвН12О лвж —<5 250 0,5 3,8
н-Бутиловый спирт с4н10о лвж +34 345 1,7 12,0
трет-Бутиловый спирт С4Н10О лвж + 10 480 1,9 9,0
Бутил хлористый С4Н2С1 лвж —6,6 460 1,8 10,1
Продолжение табл. 6.1
Вещество Химическая формула Показатель пожа- роопасности, агре- гатное состояние Температу- ра, °C Пределы взрываемости (объемная концентра- ция, %)
вспышки само- воспла- । менения | Нижний Верхний
Винилтрихлорсилан Винил хлористый Водород н-Гексан н-Гексиловый спирт н-Гептан Гидразин Глицерин н-Декан Дивинил Диизобутил алюминийхлорид Диизопропил Дилитийполиизопрен Диметиламин Диметилхлорсилан Диметиловый эфир 2,3-Диметилпентан Диметилформамид Диоксан-1,4 Дифенил 1,1-Дифторэтилен 0-Дихлорбензол 1,1-Дихлорэтилен Дициан Диэтил алюминийхлорид Диэтиламин N ,N-Диэтиланилин Диэтилдихлорсилан Диэтиленгликоль Диэтиловый эфир Изоамиловый спирт втор-Изоамиловый спирт Изобутан Изобутиламин Изобутиловый спирт Изобутилен Изогептан Изооктан Изопентан Изопрен Изопропилацетат Изопропилацетилен Изопропилбензол Изопропиловый спирт Изопропилхлор ид Капроновая кислота Ксилидин м-Ксилол C2HgSiCl3 С2Н3С1 на с3н14 С3Н14О с7ни h4n2 с3н8о3 С1БН22 с4нв С8Н18А1С1 С3Н1в (СБН8)ПЫ2П c2h7n C2HeSiCl2 С2Н8О с7н18 c8h,on С4Н8О2 CisHie C2H2F 2 CeH4Cl2 С2Н2С12 c2n2 С4Н1оА1С1 C4HuN Ci8H1bN CeH10SiCl2 с4н10о8 с4н10о сБн12о сБн12о с4н10 C4HuN с4н10о С4Н8 С,ни С8н18 СБН1Б сбн8 СбН10О2 Свн8 QHia С3Н8О С3Н7С1 С3Н12О2 c8hun С8Н10 ЛВЖ ГГ ГГ лвж гж лвж лвж гж лвж ГГ лвж лвж лвж ГГ лвж ГГ лвж гж лвж ГТВ ГГ гж лвж ГГ лвж лвж гж лвж гж лвж лвж лвж гг лвж лвж гг лвж лвж лвж лвж лвж лвж лвж лвж лвж гж гж лвж + 10 —20 +62 —4 +40 + 193 +47 —29 —34 —28 —13 +59 + 11 + 113 +66 + 14 —26 +83 —6 + 135 —41 +43 +39 —20 +28 —18 —9 —52 —48 +4 —64 +34 + 14 —32 + 102 +98 +29 200 545 510 234 310 202 132 362 208 420 2 420 246 400 380 350 338 420 340 540 480 648 642 850 —60 490 340 295 345 164 293 347 462 410 390 465 287 430 360 400 460 263 424 400 592 340 545 580 4,4 4,0 4,0 1,2 0,8 1,1 4,7 2,6 0,6 2,0 1,4 1,2 1,8 2,8 0,8 3,4 1,1 4,9 1,8 0,7 5,8 2,2 5,6 6,0 2,2 2,2 1,1 0,9 0,6 1,7 1,4 1,2 1,8 0,7 1,8 1,8 1,0 0,9 1,3 1,7 1,7 1,7 0,9 2,0 2,8 1,3 1,0 1,2 99,0 22 75 7,5 5,4 6,7 100 11,3 5,5 11,5 8,2 7,0 10,0 14,4 39,0 18,1 6,8 13,6 23,4 5,8 20,3 9,2 11,4 32,0 12,1 14,9 5,3 78,0 6,8 49,0 9,0 9,0 8,4 21,0 7,3 9,6 6,6 6,0 7,6 11,5 9,0 9,5 6,5 12,0 10,7 9,4 2,7 6,2
126
127
Продолжение табл. 6.1
Вещество Химическая формула Показатель пожа- роопасности, агре- гатное состояние Температу- ра, °C Пределы взрываемости (объемная концентра- ция, %)
вспышки само- воспла- менения Нижний Верхний
п- Ксилол С8Н28 лвж +26 595 1,1 5,6
Лигроин — гж + 10 380 1,4 6,0
Масляноизоамиловый эфир <-фН18Оа гж +62 400 0,9 3,3
Метакриловометиловый эфир С8Н8Оа лвж +8 460 1,5 11,6
Метан СН4 ГГ ,— 537 5,0 15,0
Метил бромистый CHsBr ГГ — 527 13,5 14,5
Метилвинилдихлорсилан С3Н651С12 лвж —12 300 0,7 87,0
Метилдифенилхлорсилан CisHigSlCl гж +72 480 0,7 8,1
Метилдихлорсилан CH4SiCl лвж <—70 175 0,2 91,0
Метиловый спирт СН4О лвж -}~8 436 6,0 34,7
2-Метилпентан свн14 лвж —34 307 1,2 7,0
Метилпропилкетон свн10о лвж +7 505 1,5 8,2
Метилстирол С3Н10 лвж +38 540 0,8 3,4
Метилтрихлорсилан CHsSiCl3 лвж +6 408 8,0 99,0
Метил хлористый СН8С1 ГГ 642 7,6 19,0
Метилэтилкетон с4н10о лвж —6 514 1,9 10,0
Метилэтиловый эфир csHgo ГГ — 192 2,0 10,0
Муравьинобутиловый эфир СбН10Оа лвж + 12 270 1,6 8,3
Муравьиноизоамиловый эфир ^6^12^2 лвж +21 280 1,4 6,8
Муравьиноизопропиловый С4Н8О2 лвж —8 460 3,6 12,0
эфир Муравьинометиловый эфир С2Н4О2 лвж —22 420 4,4 23,0
Нафталин СюН8 ГТВ +80 530 0,3 6,9
Неогексан с8н14 лвж —48 425 1,2 7,0
Неопентан с8н12 ГГ 450 1,4 7,5
Окись пропилена С8НеО лвж +37 -— 2,1 37,0
Окись углерода со ГГ —— 610 12,5 74,0
Окись этилена С2Н4О ГГ —18 429 3,0 80,0
н-Октиловый спирт гж +64 253 0,2 31,0
н-Пентан С8н12 лвж <—40 287 1,4 7,8
Пиридин C6H6N лвж +20 530 1,8 12,4
Пропан С8Н8 ГГ — 466 2,1 9,5
Пропилен С3Нв ГГ — 410 2,2 10,3
н-Пропиловый спирт С3Н8О лвж +23 371 2,1 13,5
Пропил хлористый С3Н7С1 лвж —17,8 520 2,6 11.1
Псевдобутилен с4н8 ГГ — 324 1,8 9,7
Салициловый альдегид CyHgOg гж +90 330 2,5 3,7
Сероводород H2S ГГ — 246 4,3 46,0
Сероуглерод cs2 лвж —43 90 1,0 50,0
Стирол c8H8 лвж +30 330 1,1 5,2
Тетралин Сц>Н12 гж +68 390 0,8 3,2
Тетрахлорпентан СБН8С1 гж + 118 459 5,0 10,0
Тетр аэтоксисил а н CgHgoSiO^ лвж +25 180 0,7 23,0
Толуол С,Н8 лвж +4 490 1,3 6,7
Топливо Т-1 лвж <+30 220 1,4 7,5
Топливо ТС-1 — лвж <+28 220 1,2 7,1
Топливо Т-2 — лвж <—10 230 1,1 6,8
Продолжение табл. 6.1
Вещество Химическая формула Показатель пожа- роопасности, агре- гатное состояние Температу- ра, °C Пределы взрываемости (объемная концентра- ция, %)
вспышки само- воспла- менения Нижний Верхний
Топливо Т-5 лвж <+60 220 1,5 8,0
Триизобутилалюминий ^12^27^1 лвж — —40 1,5 8,7
Триметиламин C3H9N ГГ — 190 2,0 11,6
3,3,3-Тр ифтор пропен C3H3F3 ГГ ,— 499 4,7 13,5
Т р ифторх лорэтилен C2F3C1 ГГ — 600 28,5 35,2
1,1,1-Трифторэтан C2HsF3 ГГ — 720 9,2 18,4
Трихлорбензол CgHgClj гж + 108 580 2,5 5,0
Трихлорсилан HSiClg лвж <—50 175 1,2 90,5
Триэтил алюминий C6H16A1 лвж — —68 1,9 13,1
Триэтиламин CgH16N лвж —12 510 1,5 6,1
Триэтоксисилан C8HigSiO8 лвж + 13 175 0,8 23,3
Уксусная кислота CgH^Og лвж +38 454 3,3 22,0
Уксуснобутиловый эфир лвж +29 450 2,2 14,7
Уксусновиниловый эфир C4H5O2 лвж —8 380 2,5 17,5
Уксусноизоамиловый эфир CgH14O2 лвж +36 430 0,2 4,4
Уксуснометиловый эфир CgHgOg ' лвж —15 470 3,6 12,8
Уксусноэтиловый эфир C4HeO3 лвж +40 360 1,2 9,9
Фенилтрихлорсилан CgHgSiClg гж +49 508 0,8 77,5
Фенилэтиловый спирт c8Hlco гж + 107 460 0,8 4,2
Фенол CgHgO ГТВ +75 595 0,3 2,4
Формальдегид CH2O ГГ —- 430 7,0 73,0
Фталеводибутиловый эфир CjgH22O4 гж + 148 390 0,1 1,6
Фуран C4H4O лвж —50 510 1,2 8,0
Фурфурол CgH4O2 гж +61 260 1,8 3,4
Хлорбензол CgH6Cl лвж +29 593 1,3 7,1
2-Хлорэтанол C2H6OC1 гж +60 425 4,9 15,9
Цианистый водород CHN лвж —18 . 538 5,6 40,0
Циклогексан C8Hia лвж —18 260 1,2 10,6
Циклогексанол CgHigO гж +61 440 1.5 И,1
Циклогексанон CgHlcO лвж +40 495 0,9 3,5
Циклогексиламин CeH13N лвж +5 235 0,5 21,7
Циклопропан C3H8 ГГ 498 2,4 10,5
Щавелеводиэтиловый эфир CeH12O4 гж +75 410 0,4 2,7
Этан C2Hg ГГ 472 2,9 15,0
Этиламин c2h7n лвж —39 555 5,5 17,0
Этилбензол CgHio лвж +20 420 0,9 3,9
Этилдихлорсилан C2HeSiCla лвж <—70 220 0,2 58,0
Этилен C2H4 ГГ — 540 3,0 32,0
Этиленамин CaH6N лвж —11 322 3,6 46,0
Этиленгликоль CgHgOg гж + 120 380 3,8 6,4
Этиловый спирт C2H8O лвж Н~13 365 3,6 19,0
Этиловый эфир масляной CeHlaOa лвж +16 430 1.4 8,9
кислоты
Примечание. Принятые сокращения: ГГ — горючий газ; ГЖ — горючая жид-
кость; ЛВЖ — легко воспламеняющаяся жидкость; ГТВ— горючее твердое вещество.
128
5 Смирнов Г. Г. в др.
129
i а о л и ц а с
ПРЕДЕЛЬНАЯ ТЕМПЕРАТУРА
НАГРЕВА НАРУЖНЫХ ЧАСТЕЙ
АППАРАТОВ И ПРИВОДОВ,
УСТАНАВЛИВАЕМЫХ
ВО ВЗРЫВООПАСНЫХ ЗОНАХ
Группа взрыво- опасной смеси (см. табл. 6.7) Предельная температура нагрева, °C
Т1 450
Tl; Т2 300
Т1— ТЗ 200
Tl—Т4 135
Tl—Т5 100
Т1—Тб 85
путем передавливаниялегковос-
пламеняющихся, а также горю-
чих жидкостей, нагретых до тем-
пературы выше 20 °C, необходи-
мо применять инертный газ [34].
Источниками инициирова-
ния взрыва могут быть искре-
ние, возникающее ^следствие
неправильного выбора электро-
оборудования или образования
высоких потенциалов статиче-
ского электричества, нагрев ра-
бочей среды выше температуры
самовоспламенения, тепловые
проявления химических реакций, применение материалов, дающих
искру при соударении. Для устранения источников инициирования
взрывов следует использовать электрооборудование, выбранное в
соответствии с рекомендациями, изложенными в п. 6.3, и средства
защиты от статического электричества [35], применять коррозион-
но-стойкие материалы, не искрящие при соударении [55], огра-
ничивать нагрев аппаратов температурами, указанными в табл. 6.2.
Взрывозащита аппаратов обеспечивается установкой предохра-
нительных устройств, расчет и выбор которых приведен в гл. 7,
а также применением взрывных клапанов [3] и автоматических
систем подавления взрывов, разработанных ЛенНИИхиммашем
[1]. В экономически обоснованных случаях аппараты рассчиты-
вают на давление, превышающее максимальное давление взрыва.
Пожарную опасность веществ и материалов оценивают в целях
получения исходных данных для классификации производств по
степени пожарной опасности и разработки противопожарных ме-
роприятий. Показатели пожаро- и взрывоопасности горючих га-
зов, жидкостей и некоторых твердых веществ, наиболее часто встре-
чающихся в производствах химической и нефтехимической про-
мышленности, приведены в табл. 6.1. Вещества в таблице располо-
жены в алфавитном порядке независимо от того, к какому классу
или группе соединений они относятся; приведены наиболее часто
встречающиеся в практике названия. В табл. 6.1 к газам отне-
сены вещества, давление насыщенного пара которых при темпе-
ратуре 50 °C составляет не менее 0,3 МПа, к жидкостям — веще-
ства с температурой плавления не более 50 °C, к твердым веще-
ствам — вещества с температурой плавления, превышающей 50 °C.
6.2. КЛАССИФИКАЦИЯ ПОМЕЩЕНИЙ И ЗДАНИЙ
ПО ВЗРЫВОПОЖАРНОЙ И ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ
В зависимости от физико-химических свойств применяемых
веществ и характера технологического процесса помещения и
здания подразделяются по взрывопожарной и пожарной опас-
ности на категории А, Б, В, Г и Д (табл. 6.3).
Т а б л и ц а 6.3 КАТЕГОРИИ ПОМЕЩЕНИЙ ПО ВЗРЫВОПОЖАРНОЙ И ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ (ПО ОНТП 24—86) -
Категория помещения Характеристика веществ и материалов, находящихся (обращающих- ся) в помещении
A
(взрыво-
пожаро-
опасная)
Б
(взрыво-
пожаро-
опасная)
Вг-В0
(пожаро-
опасная)
Tt> С
' и
Г ’
д
Горючие газы, легковоспламеняющиеся жидкости с температу-
рой вспышки не более 28 °C в таком количестве, что могут образо-
вывать взрывоопасные парогазовоздушные смеси, при воспламе-
нении которых развивается расчетное, избыточное давление взры-
ва в помещении, превышающее 5 КПа! , й, vvi , }
Вещества и материалы, способные взрываться и гореть при вза-
имодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом, в та-
ком количестве, что расчетное избыточное давление взрыва в по-
мещении превышает 5 КПа ( S DO л-М -М • С -, Q сы ,)
Горючие пыли или волокна, легковоспламеняющиеся жидкости
с температурой вспышки более 28 °C, горючие жидкости в таком
количестве, что могут образовывать взрывоопасные пылевоздуш-
ные или паровоздушные смеси, при воспламенении которых раз-
вивается расчетное избыточное давление взрыва, в помещении,
превышающее 5 КПа ( )
Горючие и трудногорючие жидкости, твердые горючие и трудно-
горючие вещества и материалы (в том числе пыли и волокна),
способные при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или
ЯДРУТ-С другом только гореть, при условии, что помещения, в ко-
торЙхбшГймёются в наличии или обращаются, не относятся к
категориям А и Б
Негорючие вещества и материалы в горячем, раскаленном или
расплавленном состоянии, процесс обработки которых сопрово-
ждается выделением лучистого тепла, искр и пламени;-горючие-
газы, -жидкости и твердые вещества,—которые сжигаются или
утилизируются -в -качестве' топлива I, •'( *
Негорючие вещества и материалы в холодном состоянии. Допу-
скается относить к категории Д помещения, в которых нахо-
дятся горючие жидкости в системах смазки, охлаждения и гидро-
привода оборудования в количестве не более 60 кг в единице
оборудования при давлении не более 0,2 МПа, кабельные электро-
проводки к оборудованию, отдельные предметы мебели на рабо-
чих местах
Согласно СНиП 2.09.02—85, категории помещений и зданий
устанавливаются в технологической части проекта в соответ-
ствии с общесоюзными нормами технологического проектирования
(ОНТП 24—86) «Определение категорий помещений и зданий по
взрывопожарной и пожарной опасности». При наличии ведом-
ственных норм технологического проектирования или специаль-
ных перечней взрывопожароопасных и пожароопасных помеще-
ний, разработанных с учетом специфической опасности конкрет-
ных производств, категории зданий и помещений определяют по
этим нормам и перечням.
Ниже приведены условия, которые должны выполняться при
классификации зданий по взрывопожарной и пожарной опасности.
1. Здание относится к категории А, если в нем суммарная
площадь помещений категории А превышает 5 % площади всех
помещений или 200 м2. Допускается не относить здание к катего-
рии А, если суммарная площадь помещений категории А в здании
не превышает 25 % площади всех размещенных в нем помещений
(но не более 1000 м2) и эти помещения оборудованы установками
автоматического пожаротушения.
2. Здание относится к категории Б, если одновременно вы-
полнены два условия: а) здание не относится к категории А; б) сум-
марная площадь помещений категорий А и Б превышает 5 %
суммарной площади всех помещений или 200 м2. Допускается не
относить здание к категории Б, если суммарная площадь помеще-
ний категорий А и Б не превышает 25 % суммарной площади
всех размещенных в здании помещений (но не более 1000 м2) и эти
помещения оборудованы установками автоматического пожаро-
тушения.
3. Здание относится к категории В, если одновременно выпол-
нены два условия: а) здание не относится к категориям А и Б;
б) суммарная площадь помещений категорий А, Б и В превы-
шает 5 % (10 %, если в здании отсутствуют помещения катего-
рий А и Б) суммарной площади всех помещений. Допускается не
относить здание к категории В, если суммарная площадь помеще-
ний категорий А, Б и В в здании не превышает 25 % суммарной
площади всех размещенных в нем помещений (но не более 3500 ма)
и эти помещения оборудованы установками автоматического по-
жаротушения.
4. Здание относится к категории Г, если одновременно выпол-
нены два условия: а) здание не относится к категориям А, Б
или В; б) суммарная площадь помещений категорий А, Б, В и Г
превышает 5 % суммарной площади всех помещений. Допускается
не относить здание к категории Г, если суммарная площадь по-
мещений категорий А, Б, В и Г в здании не превышает 25 % сум-
марной площади всех размещенных в нем помещений (но не более
5000 м2) и помещения категорий А, Б, В оборудованы установками
автоматического пожаротушения.
5. Здание относится к категории Д, если оно не относится к ка-
тегориям А, Б, В, Г.
6.3. ВЫБОР ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ АППАРАТОВ
ПОЖАРО- И ВЗРЫВООПАСНЫХ ПРОИЗВОДСТВ
6.3.1. классификация взрывоопасных зон
В зависимости от степени опасности применяемых веществ
и особенностей технологических процессов все взрывоопасные
зоны разделяются согласно Правилам устройства электроустано-
вок (39 ] на следующие шесть классов.
1. Класс В-1 —зоны, расположенные в помещениях, в которых
выделяются горючие газы или пары в таком количестве и с такими
свойствами, что они могут образовать с воздухом взрывоопасные
132
смеси при нормальных режимах работы, например при загрузке
или разгрузке технологических аппаратов, хранении или пере-
ливании легковоспламеняющихся жидкостей (ЛВЖ), находя-
щихся в открытых емкостях.
2. Класс В-1а — зоны, расположенные в помещениях, в ко-
торых при нормальной эксплуатации взрывоопасные смеси горю-
чих газов или паров ЛВЖ с воздухом не образуются, это может
произойти только в результате аварии или неисправности обору-
дования .
3. Класс В-16 — зоны, расположенные в помещениях, в кото-
рых при нормальной эксплуатации не образуются взрывоопасные
смеси горючих газов или паров ЛВЖ с воздухом, это возможно
только в результате аварий или неисправности оборудования. Эти
зоны отличаются одной из следующих особенностей:
горючие газы в этих зонах имеют нижний концентрационный
предел воспламенения 15 % и более и резкий запах при предель-
но допустимых концентрациях по ГОСТ 12.1.005—76 (например,
машинные залы аммиачных компрессорных установок);
горючие газы и ЛВЖ в этих зонах имеются в количествах,
недостаточных для создания взрывоопасной смеси, превышающей
по объему 5 % свободного объема помещения; работа с горючими
газами и ЛВЖ проводится без применения открытого пламени
(например, лабораторные помещения); эти зоны не относятся к
взрывоопасным, если работы с горючими газами и ЛВЖ прово-
дятся в вытяжных шкафах или под вытяжными зонтами;
по условиям технологического процесса исключается образо-
вание взрывоопасной смеси водорода с воздухом в объеме, пре-
вышающем 5 % свободного объема помещения; при этом взрыво-
опасная зона условно принимается от отметки 0,75 общей высоты
помещения, считая от уровня пола, но не выше кранового пути
(например, помещения для электролиза воды).
4. Класс В-1г — пространства у наружных установок. Взры-
воопасные зоны у наружных установок бграничйваЬтся йо гори-
зонтали и вертикали следующими размерами:
0 ,5 м — от проемов за наружными ограждающими конструк-
циями помещений со взрывоопасными зонами классов В-I, В-1а
и В-П;
3 м — от закрытых технологических аппаратов, содержащих
горючие газы и ЛВЖ; от вытяжных вентиляторов, установленных
вне помещения, но удаляющих загрязненный воздух из помещения
со взрывоопасными зонами любого класса;
5 м — от места выброса взрывоопасных и горючих веществ из
предохранительных и дыхательных клапанов; от расположенных
на зданиях устройств для выброса воздуха из систем вытяжной
вентиляции помещений со взрывоопасными зонами любого класса;
8 м — от резервуаров с ЛВЖ газгольдеров, а при наличии
обвалования — в пределах всей площади внутри обвалования;
20 м — от мест открытого слива и налива ЛВЖ на эстакадах.
5. Класс В-П — зоны, расположенные в помещениях, в ко-
торых выделяются переходящие во взвешенное состояние горючие
пыли или волокна в таком количестве и с такими свойствами, что
они способны образовывать с воздухом взрывоопасные смеси при 1
нормальных режимах работы (например, црй загрузке и разгрузке
технологических аппаратов).
6. Класс В-Па — зоны, расположенные в помещениях, в ко- ।
торых опасные состояния, принятые для зон класса В-П, не имеют
места при нормальной эксплуатации, а возможны только в резуль-
тате аварий или неисправностей оборудования.
Определение класса взрывоопасной зоны и ее размеров про-
водится технологами совместно с электриками проектных орга-
низаций или предприятий, эксплуатирующих оборудование. Учи-
тывая, что изложенные в Правилах устройства электроустановок
139] основы классификации взрывоопасных зон носят общий ха-
рактер, для отдельных отраслей промышленности разработаны
перечни взрывоопасных зон конкретных производств.
При определении классов взрывоопасных зон следует исходить
< из аварийной ситуации, когда имеет место серьезное повреждение
i' аппаратов с выделением горючих веществ, образующйх с воздухом
|| взрывоопасные смеси.
При определении класса взрывоопасной зоны принимают:
а) взрывоопасная зона занимает весь объем помещения, если
объем взрывоопасной смеси превышает 5 % свободного рбъема по-
мещения;
б) взрывоопасной считается зона в пределах 5 м по горизон-
тали и вертикали от аппарата, из которого могут выделяться го-
рючие газы или пары ЛВЖ, создающие взрывоопасную смесь
в объеме, равном или менее 5 % свободного объема помещения.
Зоны в помещениях, где установлены вытяжные вентиляторы,
обслуживающие взрывоопасные зоны любого класса, относятся
к тому же классу.
Взрывоопасные зоны, содержащие легкие несжиженные горю-
чие газы или ЛВЖ, при наличии признаков класса В-I, допу-
скается относить к классу В-Ia при условиях:
а) установки резервных вентиляторов, автоматически вклю-
чающихся при аварийной остановке основных вентиляторов;
б) устройства автоматической сигнализации, действующей при
возникновении в любой точке помещения концентрации горючих
газов или паров ЛВЖ не более 20 % от нижнего концентраци-
онного предела воспламенения.
К числу взрывоопасных зон в части их электрооборудования
не относятся:
1) зоны в помещениях и зоны наружных установок, в которых
твердые, жидкие и газообразные вещества сжигаются в качестве
топлива или утилизируются путем сжигания;
2) зоны в помещениях и зоны наружных установок в пределах
5 м по горизонтали и вертикали от аппаратов со взрывоопасными
I
веществами при условий, что технологический процесс в этих ап-
паратах ведется с применением открытого огня или наружные по-
верхности аппаратов нагреты до температуры самовоспламенения
применяемых веществ;
3) зоны расположения эстакад с закрытыми сливно-наливными''
устройствами и зона расположения опор под трубопроводы для
горючих газов и ЛВЖ, за исключением зон, в которых находятся
запорная арматура и фланцевые соединения этих трубопроводов; !
4) зоны в помещениях приточных вентиляторов, обслужива-
ющих взрывоопасные зоны любого класса, при условии оборудо-
вания Напорных воздуховодов самозакрывающимися обратными
Т а б л и ц а 6.4
КЛАССИФИКАЦИЯ ПОМЕЩЕНИЙ, СМЕЖНЫХ
СО ВЗРЫВООПАСНЫМИ ЗОНАМИ СОСЕДНИХ ПОМЕЩЕНИЙ
Класс взрывоопас- ной зоны Класс зоны помещения, смежного со взрывоопасной зоной соседнего помещения и отделенного от него стеной (перегородкой) с дверью
В-1 В-1а В-16 В-П В-Па В-1а В-16 Невзрыво- и непожароопасная В-Па Невзрыво- и непожароопасная
Примечание. Помещения, смежные со взрывоопасной зоной другого помещения
и отделенные от него стеной (перегородкой) без проемов или с проемами, оборудован-
ными тамбур-шлюзами, относятся к невзрыво- и непожароопасным.
клапанами, не допускающими проникновения взрывоопасных сме-
сей в помещения приточных вентиляторов при прекращении по-
дачи воздуха.
В производственных помещениях без взрывоопасной зоны, от-
деленных стенами от помещений, имеющих взрывоопасную зону,
следует устанавливать взрывоопасную зону в пределах 5 м по
горизонтали и вертикали от проема двери. Класс взрывоопасности
этой зоны устанавливается в соответствии с табл. 6.4.
При классификации взрывоопасных производств должны учи-
тываться условия, способствующие снижению класса взрывоопас-
ности, К ним относятся:
а) надежная герметизация технологических аппаратов;
б) обеспечение кратности воздухообмена во взрывоопасной
зоне, гарантирующее снижение концентрации взрывоопасной
смеси менее 50 % от нижнего концентрационного предела воспла-
менения;
в) применение газов, плотность которых менее 0,8 плотности
воздуха, и естественной вентиляции, обеспечивающей кратность
обмена, предусмотренную технологическим регламентом;
г) оснащение взрывоопасных зон автоматическими газоанали-
заторами, подающими сигналы и отключающими электроэнергию
при повышении концентрации взрывоопасных газов.
Следует также учитывать условия, способствующие увеличе-
нию вероятности образования взрывоопасных концентраций:
а) размещение во взрывоопасной зоне большого количества
аппаратов, содержащих взрывоопасные газы и жидкости;
б) применение веществ с относительной плотностью более 0,8
(по отношению к воздуху);
в) применение веществ, вызывающих усиленную коррозию ап-
паратов и трубопроводов (проницаемость выше 1 мм/год);
г) наличие в аппаратах и установке большого количества
фланцевых соединений и арматуры;
д) возможность стекания ЛВЖ по горячим стенкам аппаратов.
Классификация пожароопасных зон выполняется на основании
анализа горючих свойств материалов и особенностей их примене-
ния в технологическом процессе.
6.3.2. Классификация пожароопасных зон
Ниже приведена классификация пожароопасных зон в соот-
ветствии с требованиями Правил устройства электроустановок
[39].
П-1 — зоны, расположенные в помещениях, в которых обра-
щаются горючие жидкости с температурой вспышки выше 61 °C.
П-П — зоны, расположенные в помещениях, в которых вы-,
деляются горючая пыль или волокна с нижним концентрацион-
ным пределом воспламенения более 65 г/м8 (к объему воздуха).
П-Па — зоны* расположенные в помещениях, в которых обра-
щаются твердые горючие вещества.
П-Ш — зоны, расположенные вне помещения. В этих зонах
обращаются горючие жидкости с температурой вспышки выше
61 °C или твердые горючие вещества.
К пожароопасным зонам в части их электрооборудования не
относятся:
зоны в помещениях и зоны наружных установок, в которых
твердые, жидкие и газообразные горючие вещества сжигаются
в качестве топлива или утилизируются путем сжигания;
зоны в помещениях и зоны наружных установок в пределах
до 5 м по горизонтали и вертикали от аппарата, в котором нахо-
дится горючее вещество, но технологический процесс ведется
с применением открытого огня, раскаленных частей, либо поверх-
ности аппаратов нагреваются до температуры самовоспламенения
горючих паров, пылей или волокон.
6.3.3. Классификация взрывоопасных смесей
(по ГОСТ 12.1.011—78*)
Классификация взрывоопасных смесей необходима для полу-
чения исходных данных при выборе взрывозащищенного электро-
оборудования. В основу классификации положено разделение
КАТЕГОРИИ ВЗРЫВООПАСНЫХ СМЕСЕЙ
По По ПИВРЭ [36] и ПИВЭ [37] По ГОСТ 12 1.011—78* По и ПИВРЭ [36] ПИВЭ [37]
гост 12.1.011—78*
Категория взрывоопас- ной смеси Безопасный эксперимен- тальный мак- симальный зазор, мм Категория взрывоопас- ной смеси Критиче- ский зазор, мм Категория взрывоопас- ной смеси Безопасный эксперимен- тальный мак- симальный зазор, мм Категория взрывоопас- ной смеси Критиче- ский зазор, мм
1 ПА уу ЬЪ 1 2 >1.0 >0,65—1,0 ИВ ПС >0,5—0,9 <0,5 3 4 >0,35—0,65 <0,35
веществ на категории (в зависимости от величины безопасного экс-
периментального зазора) и на группы (в зависимости от темпера-
туры самовоспламенения).
Наряду с классификацией по ГОСТ 12.1.011—78* в отече-
ственной промышленности сохранена классификация взрывоопас-
ных смесей по ранее действовавшим Правилам изготовления взры-
возащищенного и рудничного электрооборудования (ПИВРЭ) [36]
и Правилам изготовления взрывозащищенного электрооборудова-
ния (ПИВЭ) [37 ]. В этих нормативных документах взрывоопасные
смеси классифицируются в зависимости от критического зазора
и температуры самовоспламенения.
Характеристика категорий взрывоопасных смесей приведена
в табл. 6.5, характеристика групп взрывоопасных смесей — в
табл. 6.6, разделение взрывоопасных веществ в смеси с воздухом
по категориям и группам — в табл. 6.7.
Таблица 6.6
ГРУППЫ ВЗРЫВООПАСНЫХ СМЕСЕЙ
По
ГОСТ 12.1.011—78»
и ПИВРЭ [36]
По ПИВЭ [37]
По
ГОСТ 12.1.011—78*
и ПИВРЭ [36]
По ПИВЭ [37]
Э s
2 о я
Б® о
Е Я _
frg -
2 »
к о
g ° а
S = =
яяя
И S
к о
„ О <У
.2 о S3
Е я °
ЙЯИ
в S 5
&о и
со и
со»
ЯЗЯ
Т1
Т2
ТЗ
>450
>300—450
>200—300
А
Б
Г
>450
>300—450
>175—300
Т4
Т5
Тб
>135—200
>100—135
>85—100
д
>120—175
*• Только для смесей по классификации ГОСТ 12.1.011—78*.
Таблица 6.7 i РАЗДЕЛЕНИЕ ВЗРЫВООПАСНЫХ СМЕСЕЙ (ВЕЩЕСТВ С ВОЗДУХОМ) ПО КАТЕГОРИЯМ И ГРУППАМ В в 1 I Продолжение табл. 6.7
Вещество Категория и группа взрывоопасной смеси
Вещество ч Категория и группа взрывоопасной смеси по ГОСТ 12.1.011—78* по ПИВРЭ [36] по ПИВЭ [371
по ГОСТ 12.1.011—78* по ПИВ РЭ [36] X по ПИВЭ [37]
Диметилдихлорсилан Диметилформамид Диоксан IIB-T2 ПА-Т2 ПВ-Т2 2-Т2 2-Т2 2Б 1Б 2Б
Акролеин пв-тз 2-ТЗ 2Г
Алкилбензол IIA-T2 1-Т2 1Б Дипропиламин ПА-ТЗ 2-ТЗ 2Г
Аллил хлористый IIA-T1 1-Т1 1А Я' 1,2-Дихлор пропан ПА-Т1 1-Т1 —
Альдегид изовалериановый ПА-ТЗ 2-ТЗ 1 Дихлорэтан ПА-Т1 1-Т1
Альдегид изомасляный ПА-Т4 2-Т4 Я Диэтиламин ПА-Т1 2-Т1 —
Альдегид масляный IIA-T4 2-Т4 д Диэтилдихлорсилан ПВ-Т2 2-Т2 2Б
Альдегид пропионовый IIA-T4 2-Т4 ДиэтилоВый эфир IIB-T4 2-Т4 —
Амилацетат IIA-T2 1-Т2 1Б Диэтиловый эфир этиленгликоля ПВ-Т4 2-Т4 2Д
Аммиак V IIA-T1 1-Т1 1А Изобутан ПА-Т1 2-Т1 2А
Ангидрид уксусный ' IIA-T2 1-Т2 Д А А 1Б Изобутилен ПА-Т1 1-Т1 1А
Ацетальдегид IIA-T4 2-Т4 2Г Изовалериановый альдегид ПА-ТЗ — —
Ацетилацетон IIA-T2 1-Т2 1Б 1 Изооктан ПА-Т2 1-Т2 —
Ацетилен IIC-T2 4-Т2 Изооктилен ПА-ТЗ 2-ТЗ 2Г
Ацетил хлористый ИА-Т2 1-Т2 1Б Изопентан IIA-T2 2-Т2 2Б
Ацетон ПА-Т1 2-Т1 2А 1А 1 Изопрен ПА-Т2 1-Т2 1Б
Ацетонитрил IIA-T1 1-Т1 Изопропиламин IIA-T2 1-Т2 1Б i
Ацетопропилхлорид IIA-T2 1Б Изопропилбензол 1IA-T 1 2-Т1 2А
Бензины: Камфен ПА-ТЗ 1-ТЗ —
А-66, А-72, А-76, Б-70, «Ка- лоша», экстракционный ПА-ТЗ 2-ТЗ 2Г ii к Камфарное масло Керосин ПВ-Т2 ПА-ТЗ 2-Т2 2-ТЗ 2Г
Б-95/130 IIA-T2 2-Т2 2Б Кислота акриловая ПВ-Т2 2-Т2 2Б
Б-100/130 2-Т1 - 2А 2А 1А ж Кислбта пропионовая ПА-Т2 1-Т2 1Б
Бензол IIA-T1 2-Т1 Кислота уксусная ПА-Т1 1-Т1 1А
Бензотрифторид IIA-T1 1-Т1 Коксовый газ (метан 40 %, во- ПВ-Т1 3-Т1 ЗА
Бутан IIA-T2 2-Т2 2Б дород 60 %) ПА-Т1 2-Т1 2А
Бутил ацетат IIA-T2 2-Т2 2R ж Ксилол
Бутилметакр илат ПА-ТЗ 2-ТЗ 2Г Метан (промышленный) х* I-T1 1-11 1А
Бутилпропионат ПА-Т2 2-ТЗ 2Г Метиламин ПА-Т2 2-Т2 2Б
Винилацетат ПА-Т2 1-Т2 1Б Метилакрилат ПВ-Т2 2-Т2 2Б
Винилиден фтористый ПА-Т2 1-Т2 1Б Метил ацетат ПА-Т1 1-Т1 1А
Винилиден хлористый ПА-Т1 1-Т1 1А Метилвинилхлорсилан ПВ-Т2 2-Т2 2Б
Винилтрихлорсилан ПВ-ТЗ З-ТЗ зг Метилдихлорсилан ПС-Т2 4-Т2 4Б
Винил хлористый ПА-Т1 2-Т1 2А Метилизобутилкетон ПА-Т2 2-Т2 —
Водород; смесь: водород 75 % 4- ПС-Т1 4-Т1 4А Метилизоцианат ПА-Т1 1-Т1 —
+ азот 25 % Метилмеркаптан ПА-Т2 1-Т2 1Б
Водяной газ ПС-Т1 4-Т1 4А Метилметакрилат ПА-Т2 1-Т2 1Б
Гексан ПА-ТЗ 2-ТЗ 2Г р-Метил стирол IIA-T1 1-11 1А
Гептан ПА-ТЗ 2-ТЗ 2Г 2-Метилтиофен ПА-Т2 1-Т2 1Б
Декан ПА-Т4 1-Т4 & Метилтр их лорсила н ПА-Т2 1-Т2 1Б
Диатол ПА-Т2 1-Т2 1Б i Метилфуран ПА-Т2 1-Т2 1Б
Дибутиловый эфир ПВ-Т4 2-Т4 2Г В Метил хлористый IIA-T1 1-11 1А
Дивинил ПВ-Т2 2-Т2 2Б Метилхлорметилдихлорсилан ПА-Т2 1-Т2 1Б
Дизельное топливо ДЗ ПА-ТЗ Метилхлорформиат ПА-Т1 1- Г1 1А
Диизобутиламин ПА-ТЗ 1Г w- Метилциклопропилкетон IIA-T1 2-Т1 —
Диизопропилами н ПА-Т2 1-Т2 1Б Ж Метилэтилкетон ПА-Т1 2-Т1 2А
Диизопропиловый эфир ПА-Т1 2-Т1 Моноизобутиламин IIA-T2 1-Т2 1Б
Диметиламин ПА-Т2 2-Т2 2Б Морфолин ПА-ТЗ 2-ТЗ —
4,4-Диметилдиоксан ПВ-Т2 2-Т2 Нефть ПА-ТЗ — 2Г
Вещество Категория и группа взрывоопасной смеси
по по ПИВРЭ по ПИВЭ
ГОСТ 12.1.011—78* [36] [37]
Нитрил акриловой кислоты « IIB-T2 2-Т2 2Б
Нитроциклогексан f IIB-T2 2-Т2 2Б
Окись мезитила IIA-T2 2-Т2
Окись-2 метилбутена-2 IIB-T2 2-Т2 —
Окись пропилена IIB-T2 3-Т2 ЗБ
Окись углерода ПА-Т1 2-Т1 2А
Окись этилена IIB-T2 3-Т2 ЗБ z
Пентадиен-1,3 ПА-Т2 2-Т2 2Б '
Пентан ПА-ТЗ 2-Т2 2Б
Петролейный эфир ПА-ТЗ — —
Пиридин ПА-Т1 2-Т1 2А
Полиэфир ТГМ-3 ПА-ТЗ 1-ТЗ 1Г
Пропан IIA-T1 2-Т1 2А
Пропиламин ПА-Т2 1-Т2 1Б
Пропилен Растворители: ПА-Т2 2-Т2 2Б
Р-4, РС-1, РЭ-1 IIA-T1 1-Т1 1А
№ 646—649; РС-2 ПА-Т2 1-Т2 1Б
БЭФ, АЭ IIA-T2 2-Т2
№ 651 ПА-ТЗ 1-ТЗ 1Г
АМР-3, АКР ПБ-Т2 2-Т2
Р-5 IIA-T1 1-Т1 1А
РДВ, РКБ-1, РКБ-2 ПА-Т2 1-Т2 1Б
Светильный газ ПС-Т1 ' 3-Т1 ЗА
Сероводород ПВ-ТЗ 2-ТЗ 4Г
Сероуглерод ПС-Т5 4-Т5 4Д
Синильная кислота IIB-T1 —
Скипидар ПА-ТЗ 1-ТЗ 1Г
Сольвент нефтяной Спирты: IIA-T1 1-Т1 —
амиловый ПА-ТЗ 2-Т2 1Г
бутиловый (нормальный) ПА-Т2 2-Т2 2Б
бутиловый (третичный) IIA-T2 1-Т2 1Б
диацетоновый ПА-Т1 — —
изоамиловый IIA-T2 1-Т2 1Б
изобутиловый ПА-Т2 1-Т2 1Б
изопропиловый ПА-Т2 I-T2 1Б
метиловый ПА-Т2 2-Т2 2Б
этиловый ПА-Т2 2-Т2 2Б
Стирол 1IA-T1 2-Т1 2А
Т етрагидрофу ра н ПБ-ТЗ 2-ТЗ 2Г
Тетраметил диами комета н ПА-Т4 1-Т4
Т етраэтоксисила н ПВ-ТЗ 2-ТЗ 2Г
Толуол Топливо: ПА-Т1 2-Т1 2А
Т-1, ТС-1 ПА-ТЗ 2-ТЗ 2Г
дизельное (зимнее) ПБ-ТЗ — 2Г
Триметиламин ПА-ТЗ 2-ТЗ 2Г
Т р иметилхлорсилан ПВ-Т2 2-Т2 2Б
Трифторпропан IIA-T1 1-Т 1А
Вещество Категория и группа взрывоопасной смеси
по по ПИВРЭ по пивэ
ГОСТ 12.1.011—78» [36] [37]
Трифторпропан IIA-T1 1-Т1 1А
Трифторпропилметилдихлор- IIA-T2 1-Т2 1Б
силан
Трш хгорхлорпропан ПА-Т1 1-Т1 1А
Три< порхлорэтилен IIA-T1 1-Т1 1А
Три ггорэтан IIA-T1 1-Т1 1А
Три! )торэтилен IIA-T2 1-Т2 1Б
Трихлорсилан ПС-ТЗ 4-ТЗ 4Г
Трихлорэтилен IIA-T2 1-Т2 1Б
Триэтил амин IIA-T1 2-Т1 2А
1,3-триэтоксибутан ПА-Т4 2-Т4 2Д
Триэтоксисилан ПБ-ТЗ 2-ТЗ 2Г
Уайт-спирит ПА-ТЗ 1-ТЗ 1Г
Формальгликоль ПВ-ТЗ 2-ТЗ . 2Г
Формальдегид ПВ-Т2 — —
Фуран ПВ-Т2 2-Т2 2Б
Фурфурол IIB-T2 2-Т2 2Б
Хлорбензол ПА-Т1 2-Т1 2А
.Хлористый изобутил ПА-Т2 I-T2 -—
Циклогексан ПА-ТЗ 1-ТЗ 1Г
Циклогексанол ПА-Т2 — 2Б
Циклогексанон ПА-Т2 1-Т1 1А
Циклогексиламин ПА-ТЗ 1-ТЗ 1Г
Циклопентадиен ПА-Т1 2-Т1 2А
Этан ПА-Т1 2-Т1 2А
Этиламин ПА-Т2 1-Т2 —
Этилацетат ПА-Т2 2-Т2 2Б
Этилбензол ПА-Т2 2-Т2 2А
Этилбутират ПА-Т2 2-Т2 —
Этилдихлорсил ан ПВ-ТЗ З-ТЗ —
Этилдихлортиофосфат ПА-ТЗ 1-ТЗ 1Г
Этилен ПВ-Т2 3-Т1 ЗА
Этилендиамин ПА-Т2 1-Т2 —
Этиленхлоргидрин ПА-Т2 — —
Этил изобутират ПА-Т2 2-Т2 .—
Этилмеркаптан ПА-ТЗ 2-ТЗ 2Г
Этилтрихлорсила н ПВ-Т2 3-Т2 2Б
Этил хлористый ПА-Т1 2-Т1 2А
Этилцеллозольв ПВ-ТЗ 2-ТЗ 2Г
Эфир этиленгликоля ПВ-Т4 2-Т4 2Д
Примечание. Категории и группы веществ, не указанные в таблице, определяются
Всесоюзным научно-исследовательским институтом взрывозащитного и рудничного элек-
трооборудования (ВНИИВЭ).
В промышленном метане содержание водорода может составлять до 0,15 объемных
долей.
6.3.4. Классификация и маркировка
взрывозащищенного электрооборудования
(по ГОСТ 12.2.020—76*)
Классификация. Взрывозащищенное электрооборудование
классифицируется по ГОСТ 12.2.020—76* в зависимости от уровня
и вида взрывозащиты, области применения и температурного
класса. Электрооборудование старых разработок классифици-
руется по ПИВРЭ [36] и ПИВЭ [37].
ГОСТ 12.2.020—76* устанавливает следующие уровни
взрывозащиты: электрооборудование повышенной надеж-
ности против взрыва; взрывобезопасное электрооборудование; осо-
бовзрывобезопасное электрооборудование.
По классификации ПИВРЭ [36] вместо уровня «особовзрыво-
безопасное электрооборудование» был принят уровень «электро-
оборудование, взрывобезопасное при любых количествах повре-
ждений», а в соответствии с ПИВЭ [37 ] электрооборудование по
уровню взрывозащиты вообще не классифицировалось.
При наличии в одном электрооборудовании элементов с раз-
личными уровнями взрывозащиты общий уровень взрывозащиты
должен устанавливаться по элементу, имеющему наиболее низкий
уровень.
Согласно ГОСТ 12.2.020—76*, взрывозащищенное электрообо-
рудование, предназначенное для внутренней и наружной установки
в пределах взрывоопасных зон, может иметь следующие виды
взрывозащиты: взрывонепроницаемую оболочку; искро-
безопасную электрическую цепь; защиту вида «е»; заполнение или
продувку оболочками под избыточным давлением; масляное за-
полнение оболочки; кварцевое заполнение оболочки; специальный
вид взрывозащиты.
Аналогичный принцип классификации взрывозащищенного
электрооборудования по видам взрывозащиты принят в ПИВРЭ
[36] и ПИВЭ [37].
В зависимости от области применения взрывозащищенное элек-
трооборудование разделено на две группы:
I — рудничное взрывозащищенное электрооборудование;
II — взрывозащищенное электрооборудование для внутренней
и наружной установки.
Ниже рассматривается только электрооборудование группы II
как применяемое для установки в пределах взрывоопасных зон
химических и нефтехимических производств.
Электрооборудование с видом взрывозащиты «взрывонепрони-
цаемая оболочка» или «искробезопасная электрическая цепь»
в зависимости от категории применяемой взрывоопасной смеси
(см. табл. 6.5 и 6.6) подразделяется на подгруппы ПА, ПВ, ПС.
Классификация предусматривает также разделение взрывоза-
щищенного электрооборудования в зависимости от степени на-
грева оболочки на температурные классы (табл. 6.8).
ТЕМПЕРАТУРНЫЕ КЛАССЫ ВЗРЫВОЗАЩИЩЕННОГО
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
Обозначение температур-
ного класса электрообору-
дования
О СР
СП
см
о
<0
Д. о
см' Б д к
О Е Е
оО О О
Ct-. с с
Tl Т1
Т2 Т2 —
ТЗ ТЗ А
Т4 Т4 Б
Т5 Т5 Г
Тб — Д
Предельная температура
нагрева оболочки, СС
по ГОСТ 12,2.020—76* и ПУЭ [39] по ПИВРЭ [361 по ПИВЭ [371
450 450 .
300 300 —
200 200 200
135 135 155
100 100 100
85 — 80
Группа взрывоопасной
смеси, в которой электро-
оборудование является
электр озащищен ным
Т1
Tl, Т2
Т1—ТЗ
Tl— Т4
Tl—Т5
Tl—Тб
Маркировка. Маркировка взрывозащищенного электрообору-
дования кроме обозначений по ГОСТ 18620—86 Е содержит мар-
кировку по взрывозащите в соответствии с ГОСТ 12.2.020—76*.
Маркировка по взрывозащите содержит знаки в следующей после-
довательности: знак уровня взрывозащиты; знак Ех, указываю-
щий, что электрооборудование соответствует ГОСТ 12.2.020—76*
и стандартам на виды взрыво-
защиты; знак вида взрывозащи-
ты; знак группы или подгруппы
электрооборудования; знак тем-
пературного класса.
Знаки уровня и вида взры-
возащиты приведены в табл. 6.9.
Маркировка по взрывозащи-
те наносится на электрообору-
дование в виде цельного, не
разделенного на части знака,
помещенного в прямоугольнике
(рис. 6.1, а). В конструкторской
о)
2ExdIIBT2
~^нак температурного класса
Знак подгруппы взрывозащищеннхв
электгхюоорцоотия_______
Знак вида взрывозащиты______
[Знак ответствия ГОСТ 12.2.020-76*
Знак уровня взрывозащиты
а
нз Т1
[Знак вида взрывозащиты
Знак группы взрывоопасной смеси
Рис. 6.1. Примеры маркировки взры-
возащищенного электрооборудования,
предназначенного для эксплуатации
во взрывоопасной зоне класса В-1а,
где рабочей средой является эти-
лен: а — маркировка по
ГОСТ 12.2.020—76; б — маркировка
по ПИВРЭ [36]; в — маркировка по
ПИВЭ [37]
[Знак категории Взрывоопасной смеси
Знак уровня взрывозащиты_______
в)______
В5А
Знак группы взрывоопасной смеси
Знак категории взрывоопасной смеси
Знак вида взрывозащиты
знаки уровня и ВИДА ВЗРЫВОЗАЩИТЫ
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
Знак маркировки
Наименование знака 2.020—76* э (37]
• о< го 2 и « S S н С_ с V со OQ Осо О R»-* К
Уровень взрывозащиты
Повышенная надежность против взрыва 2 Н —
Взрывобезопасное электрооборудование 1 В —
Особовзрывобезопасное электрооборудова- 0 — —"
нив Взрывобезопасное электрооборудование при любом количестве повреждений — О —
Вид взрывозащиты
Взрывонепроницаемая оболочка d в в
Искробезопасная электрическая цепь i И и
Защита вида «е» е — —-
Повышенная надежность против взрыва — н н
Масляное заполнение оболочки о м м
Заполнение или продувка оболочки под избыточным давлением р п п
Кварцевое заполнение оболочки q к —
Специальный вид взрывозащиты S с с
документации исполнение электрооборудования по взрывозащите
допускается указывать без прямоугольника, например 2ExdIIBT3.
Если электрооборудование разработано для эксплуатации в
условиях взрывоопасных зон, содержащих определенную взрыво-
опасную смесь, то вместо знака температурного класса допу-
скается указывать предельную температуру взрывозащищенного
электрооборудования для этой смеси, например lExdIIA630 °C.
Если значение предельной температуры для конкретной смеси
менее 450 °C, то допускается дополнительно в скобках указывать
и температурный класс этого электрооборудования, например
2ExdIIB320°C (Т2). В маркировке взрывозащиты могут поме-
щаться дополнительные знаки или надписи, если это предусмо-
трено в стандартах на конкретные виды взрывозащиты.
Маркировка наносится на оболочку электрооборудования рель-
ефными знаками или помещается на табличке, прикрепленной
к оболочке таким способом, чтобы была обеспечена сохранность
ее в течение всего срока службы электрооборудования.
Маркировка взрывозащищенного электрооборудования по
ПИВРЭ [36] выполняется, в отличие от маркировки по
ГОСТ 12.2.020—76*, в виде разделенного на части знака,
содержащего: в прямоугольнике — знак уровня взрывозащиты,
знаки категории и группы взрывоопасной смеси; в кружке под
прямоугольником — знак вида взрывозащиты (рис. 6.1,6).
Маркировка взрывозащищенного электрооборудования по
ПИВЭ [37] выполнялась аналогично маркировке по ПИВРЭ [36],
но без обозначения уровня взрывозащиты (рис. 6.1, в).
6.3.5. Требования к электрооборудованию
для взрывоопасных и пожароопасных зон
Электрооборудование, предназначенное для установки в пре-
делах взрыво- и пожароопасных зон, должно соответствовать тре-
бованиям ПУЭ [39].
Основанием для выбора электрооборудования, комплектую-
щего аппараты химических и нефтехимических производств, яв-
ляются сведения, содержащиеся в техническом задании на разра-
ботку или в исходных требованиях заказчика, прилагаемых, со-
гласно ГОСТ 15.001—73*, к заявке на разработку изделия.
Уровень взрывозащиты электрооборудования рекомендуется
выбирать следующим образом: определяют категорию и группу
взрывоопасной смеси, характеризующие наибольшую опасность
данного производства; анализируют характер взрывоопасных зон
в помещениях и наружных установках, в которых будет размещено
электрооборудование, и при необходимости намечают защитные
и профилактические мероприятия для снижения класса взрыво-
опасной зоны; определяют температурный режим окружающей
среды; анализируют механическое и химическое воздействие на
оборудование окружающей среды; учитывают возможность при-
менения в процессе производства новых взрывоопасных веществ.
Выбор уровня защиты электрооборудования для работы во взрыво-
и пожароопасных зонах должен проводиться по табл. 6.10 и 6.11.
Допускается замена электрооборудования, указанного в таблицах,
электрооборудованием более высокого уровня взрывозащиты и
более высокой степени защиты оболочки от воздействия внешней
среды. Например, вместо электрооборудования уровня «повышен-
ной надежности против взрыва» может быть использовано элек-
трооборудование уровня «взрывобезопасное».
В зонах, взрывоопасность которых определяется горючими
жидкостями с температурой вспышки выше 61 °C, может приме-
няться любое взрывозащищенное электрооборудование с темпера-
турой нагрева поверхности ниже температуры самовоспламене-
ния данного вещества.
Во взрывоопасных зонах классов В-П и В-Па следует приме-
нять электрооборудование, специально предйазначенное для ра-
боты в среде горючих пылей и волокон. При отсутствии такого
электрооборудования допускается применять в зонах класса В-П
СО
и
я
X
о
со
X
X
. с
о
С
И
я
о
и
2
Е
я
а га
Л ки
Я О
ч
3
л
и
Б
S
га д л га S' 2
в* схч со * л
и О п О Я
ф га л га й
**. о з §
Я B'o'g
Я *я
СХ Л
„8 §
ls^
я . S
S f 5
Ш 03 О
К
л
с
2 8
га
з д
л
(X
СП
PQ
О
Л
О
ю
к
tx
X
X
о
С
О
о
*
ы
О)
3
X
3
со
О
CQ
Л
а
со
X
X
И
О
>.
W
£
к
О
к
3
0
о
ч
W
к
ч
ft
3
ff
о
и
S
я
о
3
s
к
Е
О
rt
и
А И
° Я
&«
м
М m
tu К
га о
3 S
«я
§
л
к
га
га
3
ф а
а
3 S
я «
о га
Е «
м
л
Я
К
А к
° bd
га Я
в g
36
Ss
S .
я
к
д О
~ к
га Я
ф 3
ГП Л
«л
о
л
л
ф
5
3
га
о
С
Я
л
га
л
ф ф
ю о
о л
л о
3 S
СО га
я
Б
ж
ф
л
л
8
л
л
ф
3
л
л
л
о
л
л
га
Ё °
ф
2
га
к
ф
л
к
ф
2
л
га
га
3
га
га
л
S
Рч
я
ф
g
§
И
л
Б
га
Ё
О
я
3
л
л
§
га
3
л
А ю
3
S
S
с£—s
ф га 4
Ж й *
м
«
3
л
S
S .
&g
л
га Я
ф S
W «
ю
2£
л
« 8
я к
« й
° я °
га лю
и « 8
СО от
«
3
л
*
к Й
о и
§ га а §
“ 3 я
ф
3
л
о
№
О «
л
Я 1— о
'OU| я
о
№
га
ggs
5 « ••
О
с=ьсз 2 £?§
о tf 5 й
м
о
га
га
я
2
А
л
ф
л
Я to
СХ
»я
g
л
л
га
3
S Ф
га.
2
Я
Я
я «
га
л ф
ф
я
*!
Й я
& а
3
к
я
га
Я
S
с
Ф
К
ф
2
о Ц
g “
3 о
S
к
S
\о
га
3
я
3
я
ф
g
Я
л 'ф
В л.
h
w g
s M
гЛ Я
2&
л
ф
к
8
S
з
л
я
If.
га
л
й
га
и
§
ф
и
° о
S'g
8 &<u
i:§
S0
ф
л
&
к
л
ф
Я
s|o& h§
^Sg8gsc
К1
СО
л
л
ф
я
СО
Я
о
сх
и
«
2
л
л
ф
S
В
я
С
га
га
л
Я
Я
л
Оя л 2 ф’Ф бхо Л
Д’ Я л Д1О СП о m
и Я О Я (X S О 3
&Й 5 2 зьэ'Й оло
So йS а ж в
S §< . га 5 § О.
iQggSSsM^S
Ф
S
о
га
я
ф
I О
6 я
га у
3 й
S3 с
Я
Ж
и
и Ф • ф
га!!!
sS „ и
Б.& И
л
и
л
4 4 S о
й д и g
л л
а л
2 л
к
л
Л л лоб
лло
л
У
ф
Я
л
л
Р1
с
л
н
в
л
я
к
га
т.„л§
О я.а.4 о.
Я и
л> га
ДОПУСТИМАЯ СТЕПЕНЬ ЗАЩИТЫ ОБОЛОЧЕК ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
В ЗАВИСИМОСТИ ОТ КЛАССА ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ [39]
Вид электрооборудования Допустимая степень защиты оболочки для классов зон пожар-
П-1 ной опасности п-ш
п-п П-Па
Электрические машины стационарные: искрящие или с искрящими частя- JP44 JP54 JP44 JP44
ми по условиям работы не искрящие и без искрящих ча- JP44 JP44 JP44 JP44
стей по условиям работы Электрические машины с частями, ис- JP44 JP54 JP44 JP44
крящими и не искрящими по условиям работы, установленные на передвиж- ных механизмах и установках Электрические аппараты и приборы, JP44 JP54 JP44 JP44
установленные стационарно или на пе- редвижных механизмах и установках: искрящие по условиям работы JP44 JP54 JP44 JP44
не искрящие по условиям работы JP44 JP44 JP44 JP44
взрывозащищенное электрооборудование, предназначенное для
работы в средах со взрывоопасными смесями паров и газов с воз-
духом, а в зонах класса В-Па — электрооборудование общего на-
значения (без взрывозащиты), но имеющее степень защиты обо-
лочки не менее JP54. Температура поверхностей электрооборудо-
вания, на .которые могут осесть горючие пыли или волокна,
должна быть на 50 QC ниже температуры тления для тлеющих
пылей или составлять не более двух третей от температуры само-
воспламенения для нетлеющих пылей.
Взрывозащищенное электрооборудование, работающее в усло-
виях химически активных и влажных сред, должно иметь защиту
от воздействия этих сред.
Во взрывоопасных зонах могут применяться электродвигатели
с классом напряжения до 10 кВ при условии, что уровень их
взрывозащиты или степень защиты оболочки по ГОСТ 17494—72*
соответствует значениям, приведенным в табл. 6.10, или является
более высоким.
Электродвигатели с защитой вида «е» следует устанавливать
только на аппаратах, работающих без перегрузок, частых остано-
вок и реверсов. Такие электродвигатели должны иметь защиту
от перегрузок, срабатывающую в течение времени, необходимого
для нагрева электродвигателя пусковым током до температуры
не превышающей предельную температуру для данной взрыво-
опасной смеси по табл. 6.6.
Электродвигатели с видом взрывозащиты «взрывонепроницае-
мая оболочка», предназначенные для установки в пределах взрыво-
опасной зоны со средой категории ПС, должны быть располо-
жены так, чтобы взрывонепроницаемые фланцевые зазоры не при-
мыкали вплотную к какой-либо поверхности, а находились от
нее на расстоянии не менее 50 мм.
Электродвигатели с видом взрывозащиты «заполнение или про-
дувка оболочки под избыточным давлением» должны применяться
при выполнении следующих условий:
а) осуществлены все мероприятия, предусмотренные
ГОСТ 22782.4—78* и инструкцией по монтажу и эксплуатации
данного электродвигателя;
б) выполнены системы вентиляции и контроля давления и тем-
пературы защитного газа;
в) исключена возможность образования непродуваемых зон
в фундаментных ямах и газопроводах защитного газа;
г) исключена возможность прокладки трубопроводов защит-
ного газа в пределах и под полом помещений со взрывоопасными
зонами;
д) предусмотрена установка устройств для защитного газа вне
пределов взрывоопасных зон.
Электроаппараты с видом взрывозащиты «масляное заполне-
ние оболочки» допускается применять в том случае, если они
не подвержены поломкам и вибрации, а также если в них преду-
смотрены устройства для предотвращения выплескивания масла.
6.3.6. Согласование технической документации
на изготовление взрывозащищенного электрооборудования
Изготовление взрывозащищенного электрооборудования раз-
решается при наличии: для опытных образцов — письменного
положительного заключения о взрывозащищенности электрообо-
рудования; для серийного производства — свидетельства о взры-
возащищенности электрооборудования, утвержденного Госэнерго-
надзором СССР.
Право на выдачу заключений и свидетельств о взрывозащи-
щенности электрооборудования для внутренней и наружной ус-
тановки предоставлено следующим организациям: Всесоюзному
научно-исследовательскому институту взрывозащитного и руд-
ничного электрооборудования (ВНИИВЭ); Восточному научно-
исследовательскому горнорудному институту (ВостНИГРИ).
Письменные заключения и свидетельства оформляются испы-
тательной организацией после согласования технической доку-
ментации на взрывозащищенное электрооборудование и положи-
тельных результатов испытаний этого оборудования.
Представляемая на согласование техническая документация
должна содержать: технические условия или отраслевые стан-
дарты, по которым изготовлено электрооборудование; инструкцию
по монтажу и эксплуатации; сборочные чертежи каждого элек-
тротехнического устройства со спецификациями; принципиальные
схемы и схемы соединения.
ДОКУМЕНТАЦИЯ. ПРЕДСТАВЛЯЕМАЯ В ИСПЫТАТЕЛЬНУЮ
ОРГАНИЗАЦИЮ С ОБРАЗЦОМ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
Вид взрывозащиты электрообору-
дования
Документ
Справка об испытании электри-
ческого устройства и соответ-
ствии его технической докумен-
тации
Протоколы гидравлических ис-
пытании оболочек
Гидравлические схемы с указа-
нием способов и мест крепления
деталей и оболочек
Протоколы испытаний оболочек
на прочность
Протоколы тепловых испытаний
Расчет схемы вентиляции
Сертификат на заполнитель
(кварцевый песок и т. д.)
Примечание. Условные обозначения: -|- — документ обязателен; — — документ
не представляется; О — документ представляется по требованию испытательной орга-
низации.
В перечисленных документах должны быть указаны параметры
взрывозащиты и конструкция сборочных единиц и деталей, обе-
спечивающих взрывозащиту, маркировка взрывозащиты и преду-
предительные надписи, электроизоляционные материалы, длина
пути утечки и электрические зазоры (где это требуется).
Вся документация представляется в двух экземплярах и
должна быть переплетена.
Если в комплект взрывозащищенного электрооборудования
входят устройства, устанавливаемые вне взрывоопасных зон, но
влияющие на работу взрывозащищенного электрооборудования
(например, блоки питания искробезопасных датчиков), то в ком-
плект представляемой документации следует включать эти
устройства.
Образец электрооборудования, представляемый для проведе-
ния испытаний, должен быть снабжен документацией в объеме,
указанном в табл. 6.12.
Свидетельства о взрывозащищенности электрооборудования
выдаются на срок действия 5 лет.
По документации, представляемой без образцов электрообору-
дования, а также по отдельным документам испытательная орга-
низация дает только замечания.
Порядок согласования технической документации, проведения
испытаний и выдачи заключений приведен в ГОСТ 12.2.021—76.
6.4. НОМЕНКЛАТУРА
ВЗРЫВОЗАЩИЩЕННОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
Взрывозащищенные электродвигатели. В качестве приводов
аппаратов, предназначенных для работы в условиях взрывоопас-
ных зон, применяют взрывозащищенные электродвигатели еди-
ной серии В. Номенклатура выпускаемых отечественной промыш-
ленностью взрывозащищенных электродвигателей единой серии В
приведена на рис. 6.2 и в табл. 6.13. В этой же таблице приведены
данные по ранее выпускавшимся электродвигателям серии ВАО,
которые в настоящее время находятся в эксплуатации на многих
видах химического оборудования. При замене электродвигателей
серии ВАО на электродвигатели единой серии В необходимо учи-
тывать фактическую мощность, потребляемую оборудованием, и
выбирать электродвигатели серии В по установленной стан-
дартной мощности с минимальным запасом. Это позволит улучшить
коэффициент полезного действия и коэффициент мощности (cos <р)
в эксплуатации, а также снизить массу, габаритные размеры
и маховые моменты оборудова-
ния.
Мотор-редукторы с взрыво-
защищенными электродвигате-
лями. Для аппаратов, работаю-
щих в интервале частот вра-
щения 0,066—5,25 с-1 (4—
315 об/мин), в качестве привода
следует применять мотор-ре-
дукторы типа МР, серийно вы-
пускаемые Тамбовским заводом
полимерного машиностроения
(Тамбовполимермаш) [17, 18].
Мотор-редуктор представ-
ляет собой блок асинхронного
обдуваемого электродвигателя
и планетарной передачи, смон-
тированной в чугунном кор-
пусе.
Рис. 6.2. Взрывозащищенные электро-
двигатели: а — исполнение по монта-
жу Ml00; б — исполнение по монтажу
М200; в — исполнение по монтажу
М300
НОМЕНКЛАТУРА ВЗРЫВОЗАЩИЩЕННЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
12. 51]
Номинальная мощ- ность, кВт Частота враще- ния, с“* Типоразмер двигателя Габаритные размеры, мм (рис. 6.2) Масса, кг, для исполнений элек- тродвигателей по монтажу
Серия В, исполнение по взрыво- защите ВЗТ4 Серия ВАО, исполнение по взрыво- защите ВЗГ А в •В. С Ml 00 О о еч S О о со
0.37 0,40 50 В63А2 ВАО-071-2 272 300 154 170 160 200 220 240 220 240 18,5 18,5 18,5
0,55 0,60 В63В2 ВАО-072-2 272 300 154 170 160 200 220 240 220 240 18,5 18,5 18,5
0,75 0,80 В71А2 ВАО-11-2 302 330 176 180 200 238 265 238 265 22,5 22,5 22,5
1.1 В71В2 ВАО-12-2 302 345 176 180 238 265 238 265 22,5 22,5 22,5
1.5 2,2
В80А2 ВАО-21-2 347 395 188 220 256 355 256 365 30,5 30,5 30,5
В80В2 ВАО-22-2 347 420 188 220 256 355 256 365 30,5 30,5 30,5
3,0 B90L2 ВАО-31-2 455 460 220 250 250 346 385 381 400 62 63 62
4,0 B100S2 ВАО-32-2 513 485 242 250 250 366 385 391 400 77 78 77
5,5 B100L2 ВАО-41-2 538 540 242 340 250 300 366 435 391 447 83 84 83
7,5 В112М2 ВАО-42-2 590 580 280 340 300 415 435 455 447 100 104 100
11 10 13 В132М2 ВАО-51-2 ВАО-52-2 ** 630 630 665 340 356 356 350 460 480 480 500 487 487 143 151 143
15 13 17 B160S2 ВАО-52-2 ВАО-62-2 690 665 710 400 356 376 400 350 350 520 480 510 560 487 505 200 210 200
18,5 17 22 В160М2 ВАО-62-2 ВАО-71-2 ** 740 710 710 400 376 450 400 350 450 520 510 590 560 505 590 220 230 220
22 B180S2 ВАО-71-2 750 710 440 450 450 570 590 610 590 230 250 230
Номинальная мощ- ность, кВт Частота враще- ния, с-1 Типоразмер двигателя Габаритные размеры, мм (рис. 6.2) Масса, кг, для исполнений элек- тродвигателей по монтажу
Серия В, исполнение по взрыво- защите ВЗТ4 Серия ВАО, исполнение по взрыво- защите ВЗГ А в Bi с С, Ml 00 й S О о со з-
30 50 В180М2 ВАО-72-2 795 770 440 450 450 570 590 610 590 300 320 300
37 40 В200М2 ВАО-81-2 ** 810 830 470 504 550 610 680 685 705 355 395 375
45 40 B200L2 ВАО-81-2 850 830 470 504 610 680 685 705 385 425 405
55 В225М2 ВАО-82-2 930 900 500 504 650 680 700 705 465 505 480
75 B250S2 ВАО-11-2 1040 1070 620 660 550 630 625 710 620 678 732 736
90 100 В250М2 ВАО-92-2 х* 1090 1160 660 550 630 625 710 620 734 788 792
ПО 100 B280S2 ВАО-92-2 1110 1160 700 620 660 550 710 625 760 620 1000 1015 995
0,25 0,27 25 В63А4 ВАО-071-4 272 300 154 170 160 200 220 240 220 240 18,5 18,5 18,5
0,37 0,40 В63В4 ВАО-072-4 272 300 154 170 160 200 220 240 220 240 18,5 18,5 18,5
0,55 0,60 В71А4 ВАО-11-4 302 330 176 180 200 238 265 238 265 22,5 22,5 22,5
0,75 0,80 В71В4 ВАО-12-4 302 345 176 180 238 265 238 265 22,5 22,5 22,5
1,1 В80А4 ВАО-21-4 347 395 188 220 256 355 256 365 30,5 30,5 30,5
1,5 В80В4 ВАО-22-4 347 420 188 220 256 355 256 365 30,5 30,5 30,5
2,2 B90L4 ВАО-31-4 455 460 220 250 250 346 385 381 400 62 63 62
3,0 B100S4 ВАО-32-4 513 485 242 250 366 385 391 400 77 78 77
Номинальная мощ- ность, кВт Частота враще- ния, С“х Типоразмер двигателя Габаритные размеры, мм (рис. 6.2) Масса, кг, для исполнений элек- тродвигателей по монтажу
Серия В, исполнение по взрыво- защите ВЗТ4 Серия ВАО, исполнение по взрыво- защите ВЗГ А в в. с с, 00IW О о Й 00£И
4,0 25 B100L4 ВАО-41-4 538 540 242 340 250 300 366 435 391 447 83 84 83
5,5 В112М4 ВАО-42-4 590 580 280 340 300 415 435 455 447 100 104 100
7,5 B132S4 ВАО-51-4 595 630 340 356 350 460 480 500 487 134 142 134
11 10 13 В132М4 ВАО-52-4 ВАО-61-4 630 665 650 340 356 376 460 480 510 500 487 505 143 151 143
15 13 17 B160S4 ВАО-61-4 ВАО-62-4 690 650 710 400 376 376 400 350 350 520 510 510 560 505 505 220 230 220
18,5 17 22 В160М4 ВАО-62-4 ВАО-71-4 14 740 710 710 400 376 450 400 350 450 520 510 550 560 505 590 250 260 250
22 B180S4 ВАО-71-4 750 710 440 450 450 570 590 615 590 280 300 280
30 В180М4 ВАО-72-4 795 770 440 450 570 590 615 590 315 335 315
37 40 В200М4 ВАО-81-41* 940 830 470 504 550 610 680 685 705 380 420 400
45 40 B200L4 ВАО-81-4 990 830 470 504 610 680 685 705 415 450 435
55 В225М4 ВАО-82-4 930 900 500 504 650 680 700 705 500 540 515
75 B250S4 ВАО-91-4 1040 1070 618 620 660 550 630 625 700 620 687 740 744
90 100 В250М4 ВАО-92-4 1090 1160 618 620 660 550 630 625 710 620 754 807 810
ПО 100 B280S4 ВАО-92-4 1140 1160 700 620 660 550 710 625 760 620 980 995 975
0,37 0,40 16,67 В71А6 ВАО-11-6 302 330 176 180 200 238 265 238 265 22,5 22,5 22,5
0,55 0,60 В71В6 ВАО-12-6 302 345 176 180 238 265 238 265 22,5 22,5 22,5
Номинальная мощ- ность, кВт Частота враще- ния, с'1 Типоразмер двигателя Габаритные размеры, мм (рис. 6,2) Масса, кг, для исполнений элек- тродвигателей по монтажу
Серия В, исполнение по взрыво- защите ВЗТ4 Серия ВАО, исполнение по взрыво- защите ВЗГ А в в, с с, мюо О о OJ й М3 00
0,75 0,80 16,67 В80А6 ВАО-21-6 347 395 188 220 200 256 355 256 365 30,5 30,5 30,5
1,1 В80В6 ВАО-22-6 347 420 188 220 256 355 256 365 30,5 30,5 30,5
1,5 B90L6 ВАО-31-6 455 460 220 250 250 346 385 381 400 62 63 62
2,2 B100L6 ВАО-32-6 538 485 242 250 368 385 391 400 83 84 83
3,0 В112Ма6 ВАО-41-6 590 540 280 340 300 415 435 455 447 100 104 100
4,0 В112Мв6 ВАО-42-6 590 580 280 340 425 435 465 447 100 104 100
5,5 B132S6 ВАО-51-6 595 630 340 356 350 460 480 500 487 134 142 134
7,5 В132М6 ВАО-52-6 630 665 340 356 460 480 500 487 143 151 143
11 10 13 B160S6 ВАО-61-6 ** ВАО-62-6 690 650 710 400 376 376 400 350 350 520 510 510 560 505 505 220 230 220
15 13 17 В160М6 ВАО-62-6 ВАО-71-6 х* 740 710 710 400 376 450 400 350 450 520 510 590 560 505 590 250 260 250
18,5 17 22 В180М6 ВАО-71-6 ВАО-72-6 795 710 770 440 450 450 450 570 590 590 615 590 590 310 330 310
22 В200М6 ВАО-72-6 840 770 470 450 550 450 610 590 685 590 370 410 390
30 B200L6 ВАО-81-6 880 830 470 504 550 610 680 685 705 410 450 430
37 40 В225М6 ВАО-82-61 * 930 900 500 504 650 680 700 705 460 500 475
45 40 B250S6 ВАО-82-6 1040 900 618 504 660 550 630 680 710 705 680 733 736
55 В250М6 ВАО-91-6 1090 1070 618 620 660 550 630 625 710 620 747 800 803
75 B280S6 ВАО-92-6 1110 1 1160 700 620 660 550 710 625 760 620 940 955 935
а- Продолжение табл. 6.13
Номинальная мощ- ность, кВт Частота враще- ния, с“1 Типоразмер двигателя Габаритные размеры, мм (рис. 6.2) Масса, кг, для исполнений элек- тродвигателей по монтажу
Серия В, исполнение по взрыво- защите ВЗТ4 Серия ВАО, исполнение по взрыво- защите ВЗГ А В в. с С, 001W О см S М300
3,0 12,5 ектрод ерии 1 ОЙ UOI В112М8 ВАО-42-8 590 580 280 340 300 415 435 455 447 100 104 100
Т 4-° B132S8 ВАО-51-8 595 630 340 356 350 460 480 500 487 134 142 134
1, 5.5 51 В132М8 ВАО-52-8 630 665 340 356 460 480 500 487 143 151 143
Й; 7,5 B160S8 ВАО-61-8 690 650 400 376 400 350 520 510 560 505 220 230 220
1 11 I и В160М8 ВАО-62-8 ВАО-71-8 740 710 710 400 376 450 400 350 450 520 510 590 560 505 590 250 260 250
15 13 17 В180М8 ВАО-71-8 ВАО-72-8 795 710 770 440 450 450 450 570 590 590 615 590 590 310 330 310
18,5 i 17 (f 22 В200М8 ВАО-72-8 ВАО-81-8 14 840 770 830 470 450 504 550 450 550 610 590 680 685 590 705 370 410 390
i j 22 B200L8 ВАО-81-8 880 830 470 504 550 610 680 685 705 410 450 430
i 30 J В225М8 ВАО-82-8 930 900 500 504 650 680 700 705 460 500 475
В 37 Ж 40 B250S8 ВАО-91-8 х* 1040 1070 618 620 650 550 630 625 710 620 680 733 736
Is 45 ® 40 м В250М8 ВАО-91-8 1090 1070 618 620 660 550 630 625 710 620 747 800 803
fe „ fl i' DO B280S8 ВАО-92-8 1140 1160 700 620 660 550 710 625 760 620 940 955 935
| 75 Ж ** Эл Ж ной с К; нальн В280М8 вигатель дан 3, если его двести элею ВАО-100-8 кого типоразмер фактическая наг гродвигателя сер 1140 1210 а можс эуЗка ии В, 700 т бьп не пр 660 ь зал1 евыщ 710 675 енен ает у 760 на эл казаь 990 ектрод ной м 1005 вигате енывей 985 ль еди- номи- 155
Для установки в пределах взрывоопасных зон мотор-редукторы
комплектуются взрывозащищенными электродвигателями серии В
в исполнении по взрывозащите ВЗТ4, Такие мотор-редукторы мо-
гут работать во взрывоопасных зонах с содержанием непроводя-
щей пыли до 10 мг/л и относительной влажностью до 95 % при
температуре до 35 °C.
В зависимости от числа ступеней планетарной передачи мотор-
редукторы подразделяются на одноступенчатые МР-1, двухсту-
пенчатые МР-2 и трехступенчатые МР-3. Коэффициент полезного
действия планетарной передачи следует принимать 98 % для мо-
тор-редукторов МР-1, 96 % для МР-2 и 93 % для МР-3.
В зависимости от положения в пространстве и способа соеди-
нения с аппаратами мотор-редукторы выпускаются в следующих
исполнениях:
Ф-1В — вертикальные с цилиндрическим концом выходного
вала, направленным вниз;
Ф-2В — горизонтальные с цилиндрическим концом выходного
вала;
Ф-1П — вертикальные с концом выходного вала, направлен-
ным вниз, выполненным в виде фланцевой полумуфты со встроен-
ным зубчатым компенсатором.
Для типов МР-2 и МР-3 в исполнениях Ф-1В и Ф-2В допу-
скается установка ведомой шестерни или звездочки непосред-
ственно на валу мотор-редуктор а. При этом радиальные осевые
нагрузки, приведенные к середине посадочной поверхности вала,
не должны превышать значений с учетом коэффициента безопас-
ности (Лб), указанных в табл. 6.14. Значения Кб приведены в
табл. 6.15.
Для аппаратов с перемешивающими устройствами жесткое
соединение вала мотор-редуктора с валом мешалки не допускается.
В этих случаях рекомендуется применять мотор-редукторы
МР-1-315, МР-2-315 и МР-1-500 в исполнении Ф-1П. Для присое-
динения вала мотор-редуктора в исполнении Ф-Ш на валу аппа-
рата должен быть предусмотрен фланец нижней полумуфты.
Фланцы соединяются с помощью конических болтов, входящих
в комплект поставки мотор-редуктора.
Таблица 6.14
ДОПУСКАЕМЫЕ НАГРУЗКИ НА ВЫХОДНЫЕ ВАЛЫ
МОТОР-РЕДУКТОРОВ ИСПОЛНЕНИЙ Ф-1В И Ф-2В [17]
Типоразмер мотор- редуктора Допускаемая нагрузка, кН Типоразмер мотор- редуктора Допускаемая нагрузка, кН
Осевая (Л) в любом направлении Радиальная (Р) и совме- стные дейст- вия нагрузок (Р + 1.5Л) Осевая (Л) в любом направлении Радиальная (Р) и совме- стные дейст- вия нагрузок (Р + 1,5 А)
МР-2-315 5Кб 12Кб МР-3-500 20Кб зокб
МР-2-500 15Кб 25/Се МР-3-800 25Кб 40Кб
КОЭФФИЦИЕНТ БЕЗОПАСНОСТИ Кб [17]
Характер нагрузки Признаки нагрузки Кб
Местная Передача крутящего момента на вал агрегата по- средством зубчатых цепных передач 1,0
Колебательная Вал мотор-редуктора жестко соединен с валом агрегата. Имеются незначительные колебания аппарата 0,8
Колебательная ударная Значительные колебания вала аппарата, вызы- вающие колебания мотор-редуктора вместе с фундаментом 0,6
Для мотор-редукторов МР-1-500 и МР-2-500 мощностью выше
90 кВт необходима принудительная смазка от отдельной масло-
станции с расходом масла не менее 5 л/мин. В мотор-редукторе
МР-3-800 предусмотрена принудительная замкнутая система смаз-
ки, включающая маслонасос с автономным электроприводом.
Смазка мотор-редукторов других типов осуществляется пу-
тем заливки в корпус мотор-редуктора жидко! о смазочного
масла.
Параметры мотор-редукторов серии МР, укомплектованных
взрывозащищенными электродвигателями, приведены в табл. 6.16
и на рис. 6.3.
Масса мотор-редукторов зависит от исполнения комплектую-
щего электропривода. Массы мотор-редукторов без электроприво-
дов: МР-1-315 — 125 кг; МР-1-500 — 400 кг; МР-2-315 — 350 кг;
МР-2-500 — 870 кг; МР-3-500 — 1050 кг; МР-3-800 — 2500 кг.
Экранированные электроприводы. Экранированными электро-
приводами комплектуются герметичные аппараты с перемешиваю-
щими устройствами [10].
Рис. 6.3. Мотор-редукторы серии МР: а — типа МР-1; б — типа МР-2
ПАРАМЕТРЫ МОТОР-РЕДУКТОРОВ СЕРИИ МР,
КОМПЛЕКТУЕМЫХ ВЗРЫВОЗАЩИЩЕННЫМИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯМИ
СЕРИИ В В ИСПОЛНЕНИИ ВЗТ4 [17, 18]
Мощность электро- двигателя, кВт Частота вращения выходного вала, с"*1 Типоразмер мотор-редуктора Исполнение по положению в пространстве Г абаритные размеры, мм (см. рис. 6.3)
D н
18,5 30 5,25 МР-1-315-26-315 МР-1-315-25-315 Ф-1В, Ф-1П 450 1280 1335
90 НО МР-1-500-22-315 1Ф МР-1-500-21-315 х* 580 1930 1980
18,5 30 4,17 МР-1-315-26-250 МР-1-315-25-250 450 1280 1335
55 2* 90 110 МР-1-500-23-250 МР-1-500-22-250 х* МР-1-500-21-250 х* 580 1660 1930 1980
18,5 30 3,33 (200) МР-1-315-26-200 МР-1-315-25-200 450 1280 1335
552* 90 МР-1-500-23-200 МР-1-500-22-200 »♦ 580 1660 1930
15 18,5 2,66 МР-1-315-26-160 МР-1-315-25-160 450 1280 1335
30 55 2* 75 МР-1-500-25-160 МР-1-500-23-160 МР-1-500-22-160 !* 580 1490 1660 1930
15 18,5 2,08 МР-1-315-26-125 МР-1-315-25-125 450 1280 1335
55 2* 75 МР-1-500-23-125 МР-1-500-22-125 х* 580 1660 1930
ПО МР-2-500-21-125 х* Ф-1В • 840 2075
И 15 1,67 МР-1-315-216-00 МР-1-315-25-100 Ф-1В, Ф-1П 450 1280 1335
40 2* 55 2* МР-1-500-23-100 МР-1-500-22-100 14 580 1660 1930
110 МР-2-500-21-100 х* Ф-1В 840 2075
Мощность электро- двигателя, кВт Частота вращения выходного вала, с"1 Типоразмер мотор-редуктора Исполнение по положению в пространстве Габаритные размеры, мм (см. рис. 6.3)
D н
18,5 1,33 МР-2-315-26-80 Ф-1В, Ф-1П, Ф-2В 580 1410
30 40 2* 45 МР-2-315-25-80 МР-1-500-23-80 МР-1-500-22-80 Ф-1В, Ф-1П 1495 1660 1930
90 ПО МР-2-500-22-80 МР-2-500-21-80 ** Ф-1В 840 2030 2075
18,5 1,06 МР-2-315-26-64 Ф-1В, Ф-1П, Ф-2В 580 1410
30 30 2* 37 МР-2-315-25-64 МР-1-500-23-64 1ф МР-1-500-22-64 1* Ф-1В, Ф-1П 1495 1660 1930
55 2* 90 ПО МР-2-500-23-64 МР-2-500-22-64 х* МР-2-500-21-64 х* Ф-1В 840 1725 2030 2075
18,5 0,83 МР-2-315-26-50 Ф-1В, Ф-1П, Ф-2В 580 1410
30 МР-2-315-25-50 ... Ф-1В, Ф-1П 1495
30 МР-2-500-25-50 Ф-1В, Ф-2П 840 1700
55 2* 90 МР-2-500-23-50 МР-2-500-22-501Ф Ф-1В 1725 2030
15 0,67 МР-2-315-26-40 Ф-1В, Ф-1П, Ф-2В 580 1410
18,5 МР-2-315- 25-40 Ф-1В, Ф-1П 1495
55 2* 75 МР-2-500-23-40 МР-2-500-22-40 L* Ф-1В 840 1725 2030
15 0,53 МР-2-315-26-32 Ф-1В, Ф-1П, Ф-2В 580 1410
18,5 МР-2-315-25-32 Ф-1В, Ф-1П 1495
30 МР-2-500-25-32 Ф-1В, Ф-2П 840 1700
55 2* МР-2-500-23-32 Ф-1В 1725
90 110 МР-3-800-22-32 1* МР-3-800-25-32 1* 1150 2725 2770
11 0,42 МР-2-315-26-25 Ф-1В, Ф-1П, Ф-2В 580 1410
15 МР-2-315-25-25 Ф-1В, Ф-Ш 1495
Мощность электро- двигателя, кВт Частота вращения выходного вала, с”1 Типоразмер мотор-редуктора Исполнение по положению в пространстве Габаритные размеры, мм (см. рис. 6.3)
D н
40 я* 0,42 МР-2-500-23-25 Ф-1В 840 1725
ПО МР-3-800-21-25 х* 1150 2770
18,5 0,33 МР-3-500-26-20 Ф-1В, Ф-2В 840 1780
30 40 »* МР-3-500-25-20 МР-2-500-23-20 Ф-1В 1865 1725
90 ПО МР-3-800-22-20 МР-3-800-21-20 х* 1150 2725 2770
18,5 0,27 МР-3-500-26-16 Ф-1В, Ф-2В 840 1780
30 30 2* МР-2-500-25-16 МР-2-500-23-161* Ф-1В 1700 1725
55 2* 90 ПО МР-3-800-23-16 МР-3-800-22-16 МР-3-800-21-161* 1150 2420 2725 2770
18,5 0,21 МР-3-500-26-12,5 Ф-1В, Ф-2В 840 1780
30 МР-3-500-25-12,5 Ф-1В 1865
55 2* 90 МР-3-800-23-12,5 МР-3-800-22-12,5 1ж 1150 2420 2725
15 0,16 МР-3-500-26-10 Ф-1В, Ф-2В 840 1780
18,5 МР-3-500-25-10 Ф-1В 1865
55 2* 75 МР-3-800-23-10 МР-3-800-22-10 1150 2420 2725
15 0,13 МР-3-500-26-8 Ф-1В, Ф-2В 840 1780
18,5 МР-3-500-25-8 Ф-1В 1865
55 2* МР-3-800-23-8 1150 2420
11 0,11 МР-3-500-26-6,3 Ф-1В, Ф-2В 840 1780
15 МР-3-500-25-6,3 Ф-1В 1865
40 2* МР-3-800-23-6,3 1150 2420
40 2* 30 а* 0,08 0,06 МР-3-800-23-5 МР-3-800-23-41*
** Мотор-редукторы специального исполнения, применение которых требует согласова-
ния с предприятием-изготовителем.
«• Мотор-редукторы укомплектованы взрывозащищенными электродвигателями серии
Экранированный электропривод (рис. 6.4) представляет собой
взрывозащищенный асинхронный трехфазный электродвигатель
с короткозамкнутым ротором, с защитными гильзами, предохра-
няющими активные части ротора и статора от воздействия среды,
заполняющей полость ротора электродвигателя. Полость статора
заполнена трансформаторным сухим маслом по ГОСТ 982—80*.
На одном конце вала ротора установлено перемешивающее устрой-
ство, на другом — центробежный насос для обеспечения цирку-
ляции жидкости в автономном контуре электропривода, необхо-
димой для смазки подшипников и охлаждения электропривода.
В качестве подпиточной жидкости может быть использована
жидкость, являющаяся одним из компонентов рабочей среды, или
какая-либо другая жидкость, нейтральная к ней, с кинематиче-
ской вязкостью не более 5-10-6 м2/с, не склонная к налипанию,
не содержащая взвешенных твердых частиц или растворенных
веществ, которые в процессе работы могут выпадать в осадок, а
также не склонная к образованию газовой фазы при температуре
до 90 °C и нормальном давлении (0,1 МПа).
Полость ротора электродвигателя отделена от полости статора
защитной экранирующей гильзой из немагнитной стали, а от
реакционной полости — внутренним разделительным торцовым
уплотнением.
Для надежной работы электропривода необходимо исключить
возможность попадания реакционной среды в его полость. Для
этого в полости электропривода давление жидкости должно пре-
вышать давление рабочей среды в аппарате. Допустимая перетечка
подпиточной жидкости через внутреннее торцовое уплотнение —
не более 300 г/ч. Рабочая температура в автономном контуре не
должна превышать 80 °C.
Экранированные электроприводы изготовляют в двух исполне-
ниях в соответствии с ПИВ РЭ [36] или ГОСТ 12.2.020—76*:
В4Т4-МСВ или !ExdosIICT4 и ВЗТ4 или lExdosIIBT4.
Применение в герметичных аппаратах высокооборотных пере-
мешивающих устройств с экранированными электроприводами
обеспечивает надежную и безопасную работу с высокотоксичными,
агрессивными, пожаро- и взрывоопасными средами, предотвра-
щает загрязнение окружающей среды, улучшает санитарно-гигие-
нические условия труда и позволяет в ряде случаев существенно
интенсифицировать технологические процессы за счет высокой
частоты вращения перемешивающего устройства.
Основные параметры экранированных электроприводов типов
ЭВЖ и ЭНЖ приведены в табл. 6.17 и на рис. 6.4.
Магнитные узлы вращения. Магнитные узлы вращения пред-
ставляют собой герметичные приводы, предназначенные для уста-
новки на аппараты с относительно малой частотой вращения пере-
мешивающих устройств.
Магнитный узел вращения (рис. 6.5) состоит из базовой маг-
нитной синхронной экранированной муфты и приводного устрой-
Рис. 6.4. Экранированный электропривод:
1 — ротор; 2 — статор; 3 — экранирующая защитная гильза: 4 — теплообменник;
5 торцовое уплотнение вала; 6 — перемешивающее устройство; 7 — токоввод; 8 —
центробежный насос
ства. В качестве привода ис-
пользуют электродвигатели
серии В (вертикального ис-
полнения). Передача движе-
ния осуществляется при по-
мощи клиноременной или
зубчатой передачи. При ис-
пользовании клиноременной
передачи необходимо осущест-
вить мероприятия по преду-
преждению возникновения за-
рядов статического электри-
чества в соответствии с прави-
лами защиты от статического
электричества в производст-
вах химической, нефтехими-
ческой, нефтеперерабатываю-
щей промышленности [ 35 ].
Магнитные узлы вращения
могут эксплуатироваться на аппаратах, работающих во взрывоопас-
ных зонах класса не выше В-Ia по ПУЭ [39], в которых могут
образовываться взрывоопасные смеси не выше ЗТ4 по классифи-
кации ПИВРЭ.
Таблица 6.17
ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ЭКРАНИРОВАННЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ [10]
Электропривод Исполнение по взрывозащите по ГОСТ 12.2.020—76* (ПИВРЭ) Номи- нальная мощ- ность, кВт Частота враще- ния синхрон- ная, С”1 Рабочее давле- ние в авто- номном контуре, МПа Мас- са, кг
ЭВЖ-3-2.5-4К-01 lExdosIICT4 (В4Т4-МСВ) 3 50 2,5 345
ЭВЖ-7.5-2.5-4К-02 7,5 15 25 510
ЭНЖ-7.5-5-4К-01 ЭВЖ-7.Б-5-4К-01 50 • 5 450
ЭНЖ-15-2.5-4К-01 ЭВЖ-15-2.5-4К-01 2,5
ЭНЖ-7.5-11-4К-01 ЭНЖ-15-7.5-4К-01 7,5 15 11 7,5 770
ЭНЖ-37-2.5-4К-01 ЭВЖ-37-2.5-4К-01 37 2,5 600
ЭНЖ-55-2.5-ЗК-02 ЭНЖ-132-2.5-4К-01 lExdosIIBT4 (ВЗТ4-МСВ) lExdosIICT4 (В4Т4-МСВ) 55 132 25 50 1500
Таблица 6.18
МОЩНОСТЬ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ НА МАГНИТНЫХ УЗЛАХ ВРАЩЕНИЯ
п. С-‘ N, кВт л, С-* N. кВт | Л, С“* N, кВт
0,83 3 2,08 4 4,17 4; 5,5; 7,5
1,33 з 2,66 4 5,33 4; 5,5; 7,5
1,67 з 3,33 4; 5,5 6,66 4; 5,5; 7,5; 11
Условия охлаждения переходной стойки должны обеспечивать
температуру в полости герметичного экрана не выше 150 °C.
Основные параметры и характеристики магнитных узлов вра-
щения должны соответствовать ТУ 26-01-807—80.
Мощность электродвигателя на магнитных узлах вращения
в зависимости от частоты вращения выходного вала соответствует
данным, указанным в табл. 6.18.
Техническая характеристика магнитных узлов вращения:
Крутящий момент на выходном валу, Н-м:
номинальный..................................... 315
предельный, не менее ........................... 380
Допустимая нагрузка на выходном валу, Н:
радиальная ............................. 1000
аксиальная .................................. 1800
Рабочее давление в полости герметизирующего экрана:
избыточное, МПа........................... 1,6
остаточное, Па................................... 133
Рабочая температура в полости экрана, °C .... От —20 до +150
Коэффициент полезного действия ................. Не менее 0,9
Габаритные размеры и масса рекомендуемых для применения
магнитных узлов вращения приведены в табл. 6.19.
Таблица 6.19
РЕКОМЕНДУЕМЫЕ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ МАГНИТНЫЕ УЗЛЫ ВРАЩЕНИЯ
ПО ТУ 26-01-807 — 80
Типоразмер магнитного узла вращения Габаритные размеры, мм (см. рис. 6.5) Масса, кг Типоразмер магнитного узла вращения Г абаритные размеры, мм (см. рис. 6.5) Масса, кг
в н В н
УВМ-3/50-16 УВМ-3/80-16 УВМ-3/100-16 1310 1160 960 980 960 УВМ-5,5/200-16 УВМ-5,5/250-16 1360 1325 ИЗО 930 920
УВМ-5,5/320-16 1360 1070 940
УВМ-4/125-16 1325 930
УВМ-5,5/400-16 1325 930
УВМ-4/160-16 УВМ-4/200-16 1315 1325 ИЗО 880 920
УВМ-7,5/250-16 1360 ИЗО
УВМ-4/250-16 УВМ-4/320-16 УВМ-4/400-16 1315 1100 1070 1040 880 930 880 УВМ-7,5/320-16 УВМ-7,5/400-16 УВМ-11/400-16 1390 1360 1500 1100 1070 1100 990 940 920
6.5. ПРИМЕНЕНИЕ
ВЗРЫВОЗАЩИЩЕННОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
ЗАРУБЕЖНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Взрывозащищенное электрооборудование зарубежного произ-
водства выбирают в соответствии с ОСТ 16.0.800.703—79 [19].
Условные знаки, входящие в маркировку взрывозащищенного
электрооборудования, согласно действующим стандартам различ-
ных стран, указаны в табл. 6.20. Соответствие категорий и групп
взрывоопасных смесей по классификациям различных стран при-
ведено в табл. 6.21 и 6.22, соответствие зон взрывоопасности (взры-
воопасных установок) — в табл. 6.23. Соответствие допустимых
уровней и видов взрывозащиты электрооборудования в зонах
взрывоопасности по классификациям различных стран приведено
в табл. 6.24.
Анализ возможности применения зарубежного электрообору-
дования в условиях взрывоопасных зон на отечественных пред-
приятиях должен включать: сопоставление классов взрывоопас-
ных зон — по табл. 6.23, уровня и вида взрывозащиты электро-
оборудования — по табл. 6.24, категории и группы взрывоопасной
смеси, применяемой в данном производстве, — по табл. 6.21 и
6.22.
Т а б л и ц а 6.20
УСЛОВНЫЕ ЗНАКИ. ВХОДЯЩИЕ В МАРКИРОВКУ
ВЗРЫВОЗАЩИЩЕННОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
РАЗЛИЧНЫХ СТРАН, ОСТ 16.0.800.702—79 [19]
Наименование знака Обозначение знака
СССР НРБ ВНР ГДР ЧССР Анг- лия « к ь к S ч ФРГ Фран- ция Япо- ния
Общий знак взрывозащищен- ности (взрывобезопасности) Знаки, характеризующие виды взрывозащиты: Ех Ех Rb (Ex) Ex Ex Ex Ex Ex —
взрывонепроницаемая оболочка d d П d 3 d d d d d
продувка оболочки под избыточным давлением Р f t f 6 P P P P f
масляное заполнение оболочки 0 0 0 0 5 0 0 0 0 0
кварцевое заполнение оболочки q q к q(qa) 1 q q q q s
специальный вид взры- возащиты S s к s 8 s s s — s
газовое заполнение обо- лочки под избыточным давлением р fii tt fii 6 p — P f
защита вида «е» (повы- шенная надежность) е e f e 0 e e e e e
искробезопасная элек- трическая цепь i i sz i 9 i i i i i
СООТВЕТСТВИЕ КАТЕГОРИИ ВЗРЫВООПАСНЫХ СМЕСЕЙ
ПО КЛАССИФИКАЦИИ РАЗЛИЧНЫХ СТРАН
СОГЛАСНО ДЕЙСТВУЮЩИМ В НИХ СТАНДАРТАМ. ОСТ 6.0.800.700—79 [19]
Обозначение, при- нятое в СССР по ГОСТ 12.1,011—76* НРБ, ГДР ВНР ЧССР Англия» Италия, ФРГ. Франция Япония
ИА ПА I; п p ПА 1
ПВ ПВ in S ПВ 2
ПС Пс а IV/a IV/x H ПС За Зп
IV/b ЗЬ
ь
IV/c Зс
Таблица 6.22
СООТВЕТСТВИЕ ГРУПП ВЗРЫВООПАСНЫХ СМЕСЕЙ
ПО КЛАССИФИКАЦИИ РАЗЛИЧНЫХ СТРАН
СОГЛАСНО ДЕЙСТВУЮЩИМ В НИХ СТАНДАРТАМ, ОСТ 16.0.800.700—79 [19]
Темпе- ратура самовос- пламене* Обозначение группы взрывоопасных смесей Темпе- ратура самовос- пламене- ния. °C Обозначение группы взрывоопасных смесей
СССР, НРБ, ГДР, Англия, Италия, ФРГ, Франция ВНР, Япония ЧССР СССР. НРБ, ГДР. Англия, Италия, ФРГ, Франция ВНР, Япония ЧССР
НИЯ “С
Св. 450 Т1 G1 А Св. 135 Т4 G4 D
» 300 Т2 G2 В » 100 Т5 G5 Е
» 200 ТЗ G3 С » 85 Тб F
Таблица 6.23
СООТВЕТСТВИЕ ЗОН ВЗРЫВООПАСНОСТИ (ВЗРЫВООПАСНЫХ УСТАНОВОК)
ПО КЛАССИФИКАЦИЯМ РАЗЛИЧНЫХ СТРАН
СОГЛАСНО ДЕЙСТВУЮЩИМ В НИХ СТАНДАРТАМ (ПРАВИЛАМ),
ОСТ 16.0.800.701-79 [19]
Зона взры- воопасности по класси- фикации, принятой в СССР Обозначение зоны взрывоопасности по классификациям различных стран
ЧССР Англия Италия Франция ФРГ Япония
— SNV3 Div. 0 Classe 1, Div. 0 Zone 0 Zone 0 Classe 0 Location
Jb Зона взры- воопасности по класси- J фикации, принятой в СССР Обозначение зоны взрывоопасности по различных стран классификациям
ЧССР Англия Италия Франция ФРГ Япония
Зона класса В-1 SNV2 Div. 1 Classe 1, Div. 1 Zone 1 Zone 1 Classe 1 Location
" Зона класса В-1а SNV1 Div. 2 Classe 1, Div. 2 Zone 2 Zone 2 Classe 2 Location
Зона класса • В-16 — — — — — —
— SNV3 Div. 0 Classe 1, Div. 0 Zone 0 Zone 0 Classe 0 Location
Зона класса В-1г SNV2 Div. 1 Classe 1, Div. 1 Zone 1 Zone 1 Classe 1 Location
SNV1 Div. 2 Classe 1, Div. 2 Zone 2 Zone 2 Classe 2 Location
Зона класса В-П — — Classe 2 — Zone 10 —
Зона класса В-Па — — — Zone 11 —
Кроме сопоставления маркировки электрооборудования необ-
ходимо анализировать его конструктивные особенности, обращая
особое внимание на примененные виды взрывозащиты.
При выборе зарубежного электрооборудования необходимо
учитывать следующее:
1) категория взрывоопасной смеси принимается во внимание
только при выборе электрооборудования с видами взрывозащиты
«взрывонепроницаемая оболочка» и «искробезопасная электриче-
ская цепь»; для других видов взрывозащиты категория во внима-
ние не принимается;
2) электрооборудование с источником теплоты, маркировка
взрывозащиты которого, согласно национальному стандарту, не
содержит знака группы взрывоопасной смеси, должно выбираться
в зависимости от максимальной температуры нагрева наружных
(внутренних для защиты вида «е») поверхностей деталей, допу-
стимой для данной группы взрывоопасной смеси, по табл. 6.6
и 6.7;
СООТВЕТСТВИЕ ДОПУСТИМЫХ УРОВНЕЙ и видов
ВЗРЫВОЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ В ЗОНАХ ВЗРЫВООПАСНОСТИ
ПО КЛАССИФИКАЦИЯМ РАЗЛИЧНЫХ СТРАН,
ОСТ 16.0.800.703 — 79 [19]
Обозначения, принятые в СССР Обозначение вида взрывозащиты электрооборудования в различных странах
Уровень взрывоза- щиты по ГОСТ 12.2.020—76* Класс взрывоопас- ной зоны по ПУЭ [39] Вид взрывозащиты по ГОСТ 12.2.020-76* О< X О- X CQ g (X О О X к s ч X к s 4 b X k e tx я я X CO e К s я 0 E IX
0 в-г, В-1а; В-16; В-1г; В-П i S •а S szll k ikll s 9III 8 *а s iA s i s a i s
1 d Р о q е d f(fii) о q е n t(tt) 0 k f d f(fii) 0 q(qa) e 3 6 5 1 0 d P 0 q e d(PE) P(SI) 0 q e d P 0 q e d Р 0 q e d f 0 s e
2 В-1а; В-16; В-1г i ib ic szl ikO ikl 91 911 ib iB i ib i
Р f(fii) t(tt) f(fii) 1 6 P P(SI) p Р f
3) электрооборудование с видом взрывозащиты «искробез-
опасная электрическая цепь» не зависит от группы воспламеняе-
мости взрывоопасной смеси и может эксплуатироваться во взрыво-
опасных средах любой группы воспламеняемости;
4) электрооборудование с видом взрывозащиты «искробезо-
пасная электрическая цепь», рассчитанное на водородовоздушную
смесь, может применяться во взрывоопасных смесях всех категорий
и групп; .
5) электрооборудование с защитой вида «е», для которого ука-
зано время нагрева пусковым током от температуры, обусловлен-
ной длительной работой при номинальной нагрузке, до предель-
ной температуры (te), должно быть укомплектовано пусковой и
защитной аппаратурой, обеспечивающей его отключение в ава-
рийном режиме;
6) электрооборудование с видом взрывозащиты «продувка или
заполнение оболочки под избыточным давлением» должно быть
укомплектовано блокировочными устройствами, обеспечивающими
предварительную продувку оболочки перед пуском, подачу сиг-
нала или отключения электрооборудования при снижении избы-
точного давления защитного газа в оболочке ниже допустимого
значения, указанного в фирменной инструкции по эксплуатации;
7) стационарные электроаппараты и приборы, которые не под-
вержены нагреву выше 80 °C, не имеют искрящих элементов и
предназначены для работы в условиях взрывоопасных зон классов
В-Ia и В-1г, могут выбираться без средств взрывозащиты, но
должны иметь степень защиты JP54;
8) электрооборудование США, Канады и Бельгии, которое не
имеет маркировки обозначений видов взрывозащиты, должно вы-
бираться с учетом соответствующего уровня взрывозащиты;
9) электрооборудование, предназначенное для взрывоопасных
сред более высокой категории и группы, может применяться в
средах более низкой категории и группы.
Ремонт зарубежного взрывозащищенного электрооборудова-
ния проводится в порядке, установленном для ремонта отечест-
венного взрывозащищенного электрооборудования. В условиях
эксплуатации могут проводиться только профилактические ос-
мотры и текущие ремонты, не связанные с восстановлением взрыво-
защищенности электрооборудования. Средний и капитальный
ремонты, связанные с нарушением взрывозащищенности, должны
выполняться на специализированных ремонтных предприятиях,
зарегистрированных в органах Госгортехнадзора СССР, оснащен-
ных специальным оборудованием и имеющих разрешение вышестоя-
щей организации. При сдаче электрооборудования в ремонт на
нем должны быть сохранены фирменные таблички с маркировкой
взрывозащиты и приложена вся имеющаяся техническая доку-
ментация.
Взрывозащищенное электрооборудование, поставляемое в
СССР как индивидуально, так и в комплекте с технологическими
аппаратами, должно пройти освидетельствование средств взрыво-
защиты во ВНИИВЭ. По согласованию с внешнеторговыми орга-
низациями освидетельствование средств взрывозащиты электро-
оборудования до поставки его в СССР может проводить фирма,
поставляющая это электрооборудование.
При использовании зарубежного электрооборудования для
конкретных условий, для работы с хорошо известными взрыво-
опасными средами освидетельствование допускается не проводить,
а ограничиваться соответствующим заключением головной проект-
ной организации, ответственной за оснащение электрооборудова-
нием данной отрасли промышленности или данного производства
[56].
ГЛАВА 7
ЗАЩИТА АППАРАТОВ
ОТ ПРЕВЫШЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ
7.1. ИСТОЧНИКИ
АВАРИЙНОГО ПОВЫШЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ В АППАРАТАХ
И РАСЧЕТ АВАРИЙНОГО ПРИТОКА СРЕДЫ В АППАРАТ
Технологическое оборудование, в котором возможно аварий-
ное повышение давления, представляет серьезную опасность при
эксплуатации из-за разрушения под действием давления газов.
Поэтому во всех случаях, когда в аппарате может быть превы-
шено предельно допустимое давление, определяемое его прочно-
стью, аппарат должен быть надежно защищен от разрушения с по-
мощью различных предохранительных устройств (ПУ), работа-
ющих по принципу сброса из аппарата излишнего количества
среды.
Источниками аварийного роста давления в аппаратах могут яв-
ляться внезапные, не предусмотренные рабочим процессом случаи:
а) приток в аппарат газа, пара или жидкости при закрытом
выходе из него;
б) обогрев или нарушение охлаждения аппарата, в результате
чего происходит нагрев газа или пара, испарение жидкости в нем
или интенсификация химической реакции;
в) взрыв среды в аппарате.
Причинами аварийного повышения давления могут являться:
а) ошибки обслуживающего персонала;
б) отказ запорно-регулирующей арматуры;
в) нарушение функционирования системы автоматического уп-
равления;
г) внезапное разрушение внутренних устройств аппарата:
труб, змеевиков, рубашек и др.;
д) замерзание охлаждающей воды;
е) выход из-под контроля химических реакций;
ж) интенсивный нагрев поверхности аппарата от внешнего
источника, например в результате пожара, солнечной радиации
и т. п.
Для выбора предохранительного устройства необходимо знать
величину аварийного притока среды и характер его изменения
в зависимости от источника повышения давления.
Наиболее опасной аварийной ситуацией является та, при кото-
рой в аппарат поступает наибольшее количество среды или дав-
ление растет с максимальной скоростью. Выбор ПУ следует вы-
полнять именно на такие экстремальные условия.
Под аварийным расходом та понимают массовый расход среды
через ПУ при давлении, превышающем рабочее давление в аппа-
рате на величину, определяемую Правилами Госгортехнадзора
СССР 1381.
Аварийный расход среды в различных случаях определяют
следующим образом.
При постоянной подаче рабочей среды в аппарат поршневыми
компрессором и насосом в случае перекрытия выхода среды из
аппарата аварийный расход равен массовой подаче компрессора тк
или насоса тв:
. та = тк; та = тв. (7.1)
При внезапном разрушении элементов внутренних устройств
с выходом среды из них в корпус аппарата, имеющего давление
170
i ниже, чем в разрушенных элементах, аварийный расход опреде-
? ляют как максимально возможный расход среды через макси-
% мально возможную площадь сечения разрушенного элемента (эле-
г ментов). Он зависит от площади сечения разрушения Fa, давле-
! ния р1а и температуры tla в разрушенном элементе, рабочего дав-
* ления в корпусе аппарата р2а, физико-химических свойств среды
| в разрушенном элементе (показателя адиабаты ka, удельной газо-
? вой постоянной /?а, молярной массы AI) и коэффициента расхода
[ через отверстие разрушения аа.
При отказе запорной арматуры и перетекании среды из поло-
р; сти более высокого давления в полость более низкого давления
₽ аварийный расход определяют аналогично предыдущему случаю,
| но при площади сечения и коэффициенте расхода полностью
к открытой арматуры. Расчетные формулы для определения аварий-
11 него расхода в этом случае те же, что и при определении пропуск-
(• ной способности ПУ (см. п. 7.6).
I При пожаре вблизи аппарата, заполненного жидкостью и име-
I ющего закрытый выход, аварийный расход определяют по формуле
Г И1а=^апаг-^>, (7-2)
f где Fan — площадь наружной поверхности аппарата, м®; tr —
> температура газовоздушной смеси, омывающей при пожаре на-
£ ружную поверхность аппарата, при расчетах принимают tF =
= 600—700 °C; (ж — температура кипения жидкости при давле-
нии внутри аппарата, °C; г — теплота испарения жидкости при
температуре Дж/кг; k — общий коэффициент теплопередачи
от окружающей газовоздушной смеси через стенку аппарата
к содержащейся в нем жидкости, Вт/(м2-К); для неизолированных
неохлаждаемых аппаратов принимают k — 25 Вт/(м2К); для изо-
/ лированных и охлаждаемых аппаратов k определяют в зависимости
от степени охлаждения, толщины и коэффициента теплопровод-
s ности изоляции.
Для аппаратов, имеющих специальное водное оросительное
устройство, в числителе формулы (7.2) вводят понижающий коэф-
; фициент 0,5.
[. В аппаратах, где химические реакции протекают с выделе-
I: нием тепла, при недостаточном его отводе вследствие нарушения
|- системы охлаждения, а также при непредусмотренном технологи-
I ческим процессом обогреве избыточное давление для системы
|г определенного объема зависит от интенсивности тепловыделения
и теплового обогрева, а аварийный расход, т. е. количество pa-
ls. бочей среды, подлежащей сбросу в аварийном режиме, может
быть различным в каждом конкретном случае.
I. Для определения величины аварийного притока среды в слу-
' чае выхода из-под контроля химических реакций или прорыва
। легкокипящих жидкостей необходимо знать динамику развития
процессов. Во многих случаях наиболее опасной аварийной си-
; туацией является взрыв технологической среды внутри аппарата.
Основной характеристикой динамики развития взрыва является
скорость роста давления dp/dx, которая зависит от физико-хими-
ческих свойств взрывоопасной среды, степени турбулизации ее
в аппарате, объема и формы аппарата и других факторов.
Аварийный расход в этом случае связан с соответствующей
ему скоростью нарастания давления уравнением состояния
_ MV dp
та~ RyTm dx
(7-3)
где М — молярная масса технологической среды в аппарате,
кг/кмоль; V — емкость аппарата, м3; Тт — средняя абсолютная
температура истекающих продуктов взрыва, К; р — абсолютное
давление, Па; dp/dx — скорость роста давления в аппарате при
взрыве, Па/с.
Максимальную скорость роста давления в аппарате определяют
по следующей формуле [40]:
dp _ / dp \ Рр + 0,1 у0
dx Ат ( dx Jo 0,1 TV’
(7-4)
где Ат — коэффициент турбулизации фронта пламени, принимае-
мый по табл. 7.1; (dpldx)^ — максимальная скорость роста давле-
ния в экспериментальной бомбе емкостью 1/0 = 0,01 м8 при взрыве
смеси технологической среды с воздухом, имеющей оптимальную
концентрацию и содержащейся без начального избыточного дав-
ления при температуре 300 К (значения (dp/dx}0 для некоторых
сред приведены в табл. 7.2); /?р — рабочее давление технологиче-
ской среды в аппарате до возникновения взрыва, МПа.
При отсутствии экспериментальных данных о скорости роста
давления при взрыве величину dp/dx определяют по формуле
[40]
dp _ к Р (Рр + ОД) Ю6«пл (е - 1) z Р1 + о,1 ч V*
dT - ЛтГпл ? Рр + од ) >
(7-5)
где FBJl — максимально возможная площадь поверхности фронта
пламени при сгорании смеси технологической среды с воздухом
в аппарате, м2; ипл — нормальная скорость распространения пла-
мени в горючей среде, содержащейся в аппарате, м/с, определяе-
мая по табл. 7.3; в — степень относительного увеличения давле-
ния данной горючей среды в закрытой бомбе, определяемая по
табл. 7.3; рг — избыточное давление технологической среды в ап-
парате при условиях срабатывания ПУ, МПа; k — показатель
изоэнтропы горючей смеси, принимаемый равным показателю изо-
энтропы среды при нормальных условиях без учета влияния тем-
пературы при взрыве, т. е. ka (табл. 7.4).
Величину Адл определяют геометрическим путем из условия,
что пламя распространяется сферически из точки инициирования
взрыва. Наиболее опасной точкой инициирования взрыва в ап-
парате является геометрический центр его внутренней полости.
Таблица 7.1
КОЭФФИЦИЕНТ Кт ТУРБУЛИЗАЦИИ ФРОНТА ПЛАМЕНИ
В АППАРАТЕ [40]
Тип аппарата Кт
Сосуд, в который нет притока технологической среды Сосуд при наличии притока технологической среды, находящей- ся в турбулизованном состоянии; наличие внутри аппарата кон- структивных элементов (лопасти, ребра и т. п.), способствующих 1,5—2,0 2,0—5,0
возникновению турбулизации Сосуд, снабженный устройством, создающим внутри его интен- сивную турбулизацию технологической среды (встроенный вен- тилятор, тангенциальный ввод газа в аппарат с большой линей- ной скоростью) 5,0—10,0
Таблица 7.2
ЗНАЧЕНИЯ <dp/dT)„ ДЛЯ НЕКОТОРЫХ ВЕЩЕСТВ [40]
Вещество {dpldx)t, МПа/с
Адипиновая кислота 17,3
Алюминий распыленный 14,7
Диметилизофталат 51,0
Диметилтерефталат 77,0
Динитроортокрезол 14,0
Дициклопентадиен 61,0
Изофталевая кислота 19,8
Лигнин чистый 30,0
Поливинилацетат 6,4
Поливинилбутираль 12,8
Полиоксиметилен 83,0
Полимер акриламида 17,5
Полимер акрилонитрила 77,3
Полиметилметакрилат 12,8
Полипропилен нестабилизированный 35,0
Полипропилен стабилизированный 25,0
Полистирол 32,0
Полиформальдегид 26,3
Полиэтилен высокого давления 25,6
Полиэтилен низкого давления 48,0
Сера 12,5
Сополимер акрилонитрила и винилпиридина 42,1
Сополимер метилметакрилата и этилакрилата 42,1
Сополимер метилметакрилата, стирола, бутадиена и этил- 30,2
Сополимер стирола и акрилонитриловой кислоты 9,0
Сополимер стирола и малеинового ангидрида 25,0
Сополимер этилена и малеинового ангидрида 8,5
Терефталиевая кислота 51,0
Фенилофурфурольная смола 54,5
Фенолформальдегидная смола 22,2
Фталевый ангидрид 27,0
Таблица 7.3
ЗНАЧЕНИЯ и„л и в
для РАЗЛИЧНЫХ ГОРЮЧИХ СМЕСЕЙ ВЕЩЕСТВ
С ВОЗДУХОМ [40]
Вещество “ПЛ' м/с В Вещество ИПЛ’ м/с 6
Аммиак 0,23 7,0 Метан 0,34 8,2
Ацетилен 1,70 11,3 Метанол 0,50 8,4
Ацетилен 1* 15,40 — Окись углерода 0,33 8,3
Ацетон 0,44 9,9 Окись этилена 0,89 10,9
Бензол 0,48 10,0 Органические пыли 0,3—0,8 —
н-Бутан 0,45 9,6 н-Пентан 0,44 9,6
Водород 2,70 8,4 Пропан 0,46 9,6
Водород14 13,80 — Сероуглерод 0,59 8,8
Водород 2* 2,20 — Углеводороды 0,3—0,5 —,
н-Г ексан 0,39 9,6 Циклогексан 0,44 9,6
н-Гептан 0,43 9,6 Этилен 0,74 9,9
Диэтиловый эфир 0,49 10,2 Этиламин 0,46 10,6
Изооктан 0,41 9,1 Этиловый спирт 0,56 8,4
*• Смесь с кислородом.
*• Смесь с хлором.
ХАРАКТЕРИСТИКИ ГАЗОВ И ПАРОВ
Таблица 7.4
Газ Хими- ческая формула ₽ • м, кг/кмоль Параметры кри- тической точки
при 0 °C точном д 0.101 и избы- авлении МПа ркр. т (абс.), МПа Чт-
Азот N2 1,40 0,528 28,02 3,35 126,0
Аммиак nh8 1,32 0,543 17,03 11,30 405,4
Аргон Ar 1,67 0,488 39,94 4,80 150,6
Ацетилен С2Н2 1,23 0,559 26,04 6,24 308,5
Бутан с«н10 1,10 0,585 58,12 3,89 425,0
Водород На 1,41 0.527 2,02 1,28 32,8
Воздух 1,40 0,528 28,96 3,77 132,5
Гелий Не 1,66 0,488 4,00 0,23 5,04
Двуокись углерода СО2 1,31 0,546 44,01 7,53 304,4
Дифтордихлорме- тан CF2C12 1,14 0,576 120,92 3,96 384,7
Кислород о2 1,40 0,528 32,00 5,01 154,6
Метан СН4 1,30 0,546 16,04 4,64 190,5
Окись углерода со 1,40 0,528 28,01 3,45 133,0
Пропан С3н8 1,14 0,576 44,09 4,27 369,8
Сероводород H2S 1,30 0,546 34,08 9,00 373,4
Хлор С12 1,34 0,540 70,91 7,61 417,0
Этан с2нв 1,22 0,560 30,07 4,86 305,3
Этилен- Формулы для расч< (Ркр. т)см ~ (Рк (Т’кр. т)см = ^^(7’л (г)см= Х(г)(лг; С2Н4 :та параме р. т)УВ р. ^см = £ 1,24 трое смес< (^у)см — ^см = 1 Н Л4|П. 0,557 :й: 8314/ £Л1 -'12гг- 28,05 - 1 ’ 5,03 282,9
I В частности, для аппаратов цилиндрической формы диаметром D
\ и высотой Н:
Fnjl = nD2 при D Н',
Fnn — nDH при D > Н.
Для сферических аппаратов с диаметром D площадь поверх-
ности фронта пламени Лпп = nD2.
7.2. ДОПУСТИМЫЕ КРАТКОВРЕМЕННЫЕ ПОВЫШЕНИЯ
ДАВЛЕНИЯ В АППАРАТЕ
В соответствии с требованиями Госгортехнадзора СССР [38]
для аппаратов, работающих под давлением пара или газа, число
ПУ, их размеры и пропускную способность выбирают таким об-
разом, чтобы избыточное давление в аппарате рг при действии ПУ
не превышало следующих допустимых значений:
Рр, МПа...................... С0,3 Св. 0,3 до 6,0 Св. 6,0
Pi, МПа .......................рр -|- 0,05 1,15рр 1,1рр
В обоснованных случаях, например при резких колебаниях
I давления рабочей среды в защищаемой системе, допускается во
' время действия ПУ повышение давления в аппарате до 25 % от
; рабочего при условии, что это превышение давления предусмо-
трено проектом и отражено в паспорте аппарата.
Для аппаратов, работающих под давлением жидкости, превы-
? шение давления над избыточным рабочим при работе ПУ допу-
скается не более чем на 0,1 МПа для рабочих давлений до
0,4 МПа включительно и на 25 % от рр для более высоких
J рабочих давлений.
Кроме того, следует учитывать, что при допущении повышения
k давления в аппарате во время действия ПУ более чем на 10 %
* от рр этот аппарат необходимо рассчитывать на прочность по дав-
j лению, равному 90 % от давления при полном открытии ПУ,
F но не менее, чем рабочее давление.
Для предохранительных клапанов (ПК) указанные предель-
| ные значения относят к разности давлений полного открытия рп. 0
I и настройки клапана рн.
f Стандарт СТ СЭВ 3085—81 устанавливает следующие значения
; предельной разности давлений полного открытия рп. о и начала
открытия рн. 0 для ПК, работающих на паре или газе:
рр, МПа............................. <0,25 >0,25
: Ри. о Ри. о» МПа ...................0,15рн. 0 0,1рн. 0
Для жидкостей при любом рабочем давлении в аппарате
Рп. о 1,25ри. Q.
При этом ПК должны быть рассчитаны и отрегулированы так,
чтобы в аппарате не могло образоваться избыточное давление
более 1,1рр.
В производствах нефтехимической и нефтеперерабатывающей
промышленности для аппаратов, работающих при избыточном
давлении рр < 10 МПа, в целях уменьшения загрязнения атмо-
сферы и сокращения потерь продуктов принимают следующие
превышения избыточного расчетного давления в аппарате над
рабочим давлением рр:
Технологическая сре-
да в аппарате . . . Нейтральная Взрывоопасная, 1-го и 2-го
классов опасности
по ГОСТ 12.1.007—76*
Рр, МПа............ СЮ С4,О Св. 4,0 до 10,0
PR, МПа.............l.lpp, но >рр + 0,1 1,2рр, 1,15рр
но >рр +
+0,3
В этих случаях допустимое кратковременное повышение давле-
ния в аппарате при действии ПУ рассчитывают не относительно рр,
а относительно pR.
В соответствии с особенностями работы ПУ — предохранитель-
ных клапанов (ПК) и предохранительных мембран (ПМ) — уста-
новлены следующие понятия давлений (рис. 7.1).
Рабочее давление (рр) — наибольшее избыточное давление в ап-
парате при нормальном протекании технологического процесса
без учета допустимого кратковременного повышения давления во
время действия ПУ.
Расчетное давление (pR) — наименьшее избыточное давление,
принятое при расчете на прочность элементов аппарата, работаю-
щего под давлением, равное рабочему давлению или превышающее
его.
Максимально допустимое давление в аппарате (рД — макси-
мальное избыточное давление в защищаемом ПУ аппарате, до-
пускаемое официальными нормами при сбросе среды через ПУ.
Давление настройки ПК (рв) — наибольшее избыточное дав-
ление на входе в ПК, при котором обеспечивается заданная гер-
метичность в затворе. Давление ря равно рабочему или превышает
его, но не более чем на 25 %.
Давление потери герметичности ПК (Рп. г) — избыточное давление на входе в ПК, при котором начинается протечка, превышающая допустимую; значение рп. г несколько выше рн. Давление начала открытия ПК (рк. 0)— избыточное давление на входе в ПК, при котором сила, направленная на открытие клапана, уравновешена силами, удержи- вающими золотник на седле. При этом Рис. 7.1. Давление в аппарате при срабатывании предохранительных клапанов (ПК) или предохра- нительных мембран (ПМ)
Рп.о Ря при ПМ Pi Plmax
рПри ПМ Pl min Рр
Рн.0 Рл.г Рп Рр при ЛК Ря ррпри ПК
ПК Аппарат ЛМ
I
давлении заданная герметичность в затворе нарушена и начинает-
ся подъем золотника; рн- 0 1,05р.,.
Давление полного открытия ПК (рп. о) — наименьшее избы-
точное давление на входе в ПК, при котором золотник клапана
поднят на расчетную высоту, обеспечивающую заданную пропуск-
ную способность ПК; рп. о Pi> в клапанах непрямого действия
Рп. о = Рн. О'
Давление закрытия ПК (р3) — избыточное давление на входе
в ПК, при котором после сброса технологической среды происхо-
дит посадка золотника на седло с обеспечением заданной герме-
тичности. Значение ра допускают не менее (0,84-0,95) рр.
Давление срабатывания ПМ (рг) — избыточное давление в ап-
парате на входе в ПМ, при котором происходит разрушение мем-
браны. Назначают минимальное и максимальное значения рх в за-
висимости от рр и pR в защищаемом аппарате. При этом рх mln
принимают не менее чем 1,05рр для исключения возможности лож-
ных срабатываний ПМ, а р1тах должно быть не больше 1,1рд.
Противодавление (р2) — максимальное избыточное давление за
ПУ, равное статическому давлению в закрытой емкости, куда
сбрасывается среда из ПУ, или атмосферному давлению при
сбросе среды на свечу. В зависимости от давления перед ПУ и раз-
меров сбросной системы в ней при работе ПУ может образоваться
динамическое противодавление, которое прибавляется к статиче-
скому давлению р2.
7.3. КЛАССИФИКАЦИЯ
ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ
Предохранительные устройства (ПУ) — вид арматуры, ис-
пользуемой для автоматического выпуска рабочей среды из ап-
парата при чрезмерном повышении давления в нем. Классифи-
кация ПУ показана на рис. 7.2.
По кратности использования ПУ подразделяют на две основ-
ные группы:
1) многократно используемые устройства — предохранитель-
ные клапаны (ПК) с самодействующим замыкающим элементом
(см. рис. 7.3);
2) устройства одноразового действия — предохранительные
мембраны (ПМ) (см. рис. 7.4) — специально ослабленные элементы
с точно рассчитанным порогом разрушения по давлению.
Предохранительные клапаны. По принципу действия разли-
чают следующие ПК:
1) клапаны прямого действия (см. рис. 7.3, а—д), открываю-
щиеся непосредственно под действием давления рабочей среды;
2) клапаны непрямого действия (см. рис. 7.3, е), в которых
главный предохранительный клапан открывается с помощью
специального привода.
_____| Ло характеру подъема замыкающего элемента | [ Лолноподьемные
Пропорциональные ДПухпозициоиные г- I —
----------- ------------------------------- ДВухпозиционные
Рис. 7.2. Классификация предохранительных устройств
Рис. 7.3. Предохранительные клапаны: а—д — прямого действия (а — рычажно-
грузовые; б — с подачей среды на золотник и с чувствительным элементом в виде
мембраны; в — пропорционального действия; г — двухпозиционного действия
с разгрузочным элементом в виде сильфона; д — магнитно-пружинные); е —
непрямого действия с импульсом от рабочего давления
Клапаны прямого действия (рис. 7.3, а—д).
Классифицировать ПК прямого действия принято по нескольким
признакам.
По виду нагрузки на золотник-.
1) грузовые ПК с прямым нагружением груза на золотник и
рычажно-грузовые с нагружением через рычаг (рис. 7.3, о);
2) клапаны с газовой камерой, у которых нагрузка создается
сжатым газом, находящимся в герметически закрытой камере и
действующим через специальную мембрану и шток на золотник
клапана; такие ПК весьма чувствительны к колебаниям темпера-
туры окружающей среды, вызывающим изменение настройки
клапана;
3) рычажно-пружинные клапаны (применяются очень редко);
4) пружинные клапаны с прямым действием пружины на зо-
лотник (рис. 7.3, в, г); они просты по конструкции, обладают вы-
сокой чувствительностью и надежностью в эксплуатации, благо-
даря чему нашли наиболее широкое распространение во всех
отраслях промышленности;
5) магнитно-пружинные ПК (рис. 7.3, д), в которых усилие
магнита добавляется к усилию пружины при закрытом клапане,
чем достигается высокая герметичность в затворе. В таких клапа-
нах открытие происходит быстро, двухпозиционно, закрытие —
постепенно, благодаря действию магнита (ход клапана пропор-
ционален снижению давления).
По виду сообщения послезолотниковой полости клапана с атмо-
сферой:
1) открытые, в которых рабочая среда выпускается в атмосферу
(такие клапаны работают без статического противодавления);
2) закрытые, не сообщающиеся с атмосферой (такие клапаны
выпускают рабочую среду в закрытую систему); в этом случае
клапан работает с противодавлением, равным статическому дав-
лению в выпускной системе и сопротивлению трубопровода при
протекании по нему сбрасываемой среды.
По виду разгрузки послезолотниковой полости:
1) неразгруженные ПК, в которых на золотник действует сила
от статического и динамического противодавлений, последнее
возникает в надзолотниковой полости клапана из-за сопротивле-
ния отводящей линии. Такие ПК предназначены для установки
в линиях с малым сопротивлением на сбросе при постоянном
статическом противодавлении, изменение которого не рекомен-
дуется допускать более 10 %;
2) разгруженные ПК (рис. 7.3, г), в которых сила от противо-
давления не воздействует на золотник на площади, равной пло-
щади прохода в седле. Они выполняются с разгрузочным элемен-
том в виде сильфона, мембраны или поршня, предназначены рабо-
тать в системах с большим и переменным противодавлением.
По высоте подъема замыкающего элемента:
1) малоподъемные пропорционального действия, в которых
подъем золотника hmax 0,05dc. Лимитирующим сечением яв-
ляется щель, образованная между уплотняющими поверхностями
золотника и седла. Малоподъемными обычно выполняют рычажно-
грузовые, но также и пружинные ПК. Установка их допускается
при небольших расходах, в основном на жидких средах;
2) среднеподъемные, в которых при пропорциональной харак-
теристике h = f (р) благодаря статическому давлению среды на
площадь золотника достигается конструктивно ограниченный
подъем йП1ах = (0,083-4-0,1) dc. Лимитирующим сечением в них
является щель. Среднеподъемные ПК применяют преимущественно
для жидкостей;
3) полноподъемные (высокоподъемные) двухпозиционного дей-
ствия, в которых благодаря специальным конструктивным уст-
ройствам, способствующим увеличению силы, действующей в на-
правлении подъема золотника, достигается высота hmax 0,25do
(рис. 7.3, г). Лимитирующим сечением в них является самое узкое
сечение в седле клапана с диаметром dc. Полноподъемные ПК
характеризуются быстротой срабатывания на полный ход золот-
180
ника. Время их открытия 0,008—0,04 с. Полноподъемными выпол-
няют пружинные клапаны и клапаны непрямого действия.
По характеру подъема замыкающего элемента:
1) клапаны пропорционального действия (рис. 7.3, в), име-
ющие пропорциональную характеристику подъема h = f (р); в них
подъем золотника происходит равномерно, пропорционально по-
вышению давления в системе; применяют их главным образом
для жидкостей, а также в системах с непостоянным расходом газа
в аварийном режиме;
2) клапаны двухпозиционного действия (рис. 7.3, г). В этих
клапанах после небольшого повышения давления золотник рын-
ком поднимается на заданную величину практически без измене-
ния давления среды. Такие клапаны применяют в системах с по-
стоянным расходом газа в аварийном режиме.
По направлению воздействия среды на золотник клапана:
1) клапаны с подачей среды под золотник (рис. 7.3, в—д)-,
2) клапаны с подачей среды на золотник (рис. 7.3, б). Чув-
ствительным элементом здесь может служить поршень, сильфон
или мембрана. При этом иногда седло может быть расположено на
подвижном элементе, на который воздействует давление среды.
Клапаны непрямого действия (рис. 7.3, е).
Эти ПК подразделяют на следующие типы:
1) импульсно-предохранительные (ИПУ), в которых импуль-
сом для срабатывания привода служит та же рабочая среда, по-
ступающая из импульсного ПК, настроенного на заданное повы-
шение давления;
2) со вспомогательным управлением, в которых осуществляется
принудительное открытие от постороннего источника энергии —
давления вспомогательной среды (воздух, пар), электромагнита
и др.
3) комбинированные клапаны со вспомогательным управле-
нием, аналогичные указанным выше, но в которых главный ПК
должен работать так же, как и клапан прямого действия — на
случай выхода из строя вспомогательного управления.
Предохранительные мембраны. В зависимости от характера
разрушения мембраны подразделяют на следующие типы:
1) разрывные (рис. 7.4, а). Мембраны 1 изготовляют из тонко-
листового проката и устанавливают во фланцевых соединениях
при помощи специальных зажимных колец 2, 3. Их выполняют
сплошными, с прорезями и с герметизирующей подложкой в виде
пленки из коррозионно-стойкого материала или с вакуумной
подложкой;
2) хлопающие (рис. 7.4, б). Мембраны 1 имеют форму сфериче-
ского купола, выпуклая сторона которого обращена к зоне повы-
шенного давления. При срабатывании купол выворачивается
в обратную сторону, ударяется о крестообразный нож 2 и разру-
шается. Используют для низких давлений. Изготовляют из пла-
стичного материала;
Рис. 7.4. Предохранительные мембраны: а —
разрывные; б — хлопающие; в — ломающие-
ся; г — срезные; д — отрывные; е — спе-
циальные
3) ломающиеся (рис. 7.4, в). Мем-
браны изготовляют из хрупких ма-
териалов (чугуна, графита). Эти ПМ
наименее инерционны, поскольку их
срабатыванию не предшествует плас-
тическая деформация;
4) срезные (рис. 7.4, г). Мембра-
ны 1 при срабатывании срезаются
по острой кромке прижимного коль-
ца 2; изготавливаются из мягких ма-
териалов. Во избежание деформаций
прогиба мембрана имеет утолщение
по всей рабочей части. Недостатком
является большой разброс давления
срабатывания;
5) отрывные (рис. 7.4, 5). Мем-
браны имеют форму колпачков с
ослабленным сечением в виде канав-
ки или проточки;
6) специальные. Мембраны выпол-
няются с разрывными стержнями или
болтами, с пружинным механизмом,
а также стеклянными с ударным ме-
ханизмом (рис. 7.4, е) и др. Разра-
батывают для условий, не позволяю-
щих использовать типовые конструк-
ции ПМ.
7.4. РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО ВЫБОРУ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫХ
УСТРОЙСТВ
Четкость функционирования ПУ
зависит от правильного выбора наи-
более подходящих типов для кон-
кретных условий эксплуатации обо-
рудования. Наиболее широкое применение находят пружинные ПК
и ПМ. Грузовые и рычажно-пружинные ПК в настоящее время
почти не применяют. Рычажно-грузовые клапаны довольно ши-
роко распространены в химической, нефтехимической и энерге-
тической отраслях промышленности.
Основным недостатком ПМ является то, что после их срабаты-
вания из аппарата сбрасывается вся находящаяся в нем техноло-
гическая среда, так как выходное отверстие в мембране остается
I открытым до замены разрушенной мембраны. Это ограничивает
1 применение ПМ.
| Основным недостатком ПК по сравнению с ПМ является ббль-
? шая их сложность, а следовательно, меньшая надежность в экс-
£ плуатации, особенно при работе на средах, склонных к полимери-
[' зации, осаждению, кристаллизации; меньшая герметичность за-
| твора, вследствие чего при протечках технологической среды
> иногда наблюдается примерзание золотника к седлу; большая
I инерционность действия, что не позволяет использовать ПК для
защиты оборудования от взрывов технологической среды.
р Указанные недостатки ПК и ПМ могут быть в значительной
мере устранены установкой ПК совместно с ПМ, помещаемой
| перед ПК.
Для защиты аппаратов химических и нефтехимических про-
изводств рекомендуется применять пружинные полноподъемные
s ПК прямого действия.
Предохранительные клапаны других типов целесообразно ис-
пользовать в следующих случаях:
а) пружинные и рычажно-грузовые мало- и среднеподъемные—
| для гидравлических систем при небольших или переменных рас-
; ходах различных сред; при этом рычажно-грузовые ПК нельзя
применять на установках, подверженных вибрации;
б) разгруженные пружинные ПК — для систем с противодав-
лением р2 > 0,1рр и с переменным противодавлением;
в) пружинные ПК с подачей давления на золотник — для
систем с небольшим аварийным расходом;
г) ПК непрямого действия со вспомогательным управлением—
s для систем высокого давления, систем с большим аварийным рас-
ходом, при высоком требовании к герметичности, для узкого
\ диапазона давлений при открытии, при возможности пригорания
или прилипания золотника к седлу.
: Кроме того, в химической промышленности существует требо-
вание установки пружинных ПК на аппараты, содержащие взры-
вопожароопасные вещества и вещества, отнесенные к 1-му и 2-му
классам опасности по ГОСТ 12.1.007—76*, а рычажно-грузовых
предохранительных клапанов — на аппараты, содержащие ней-
тральные среды.
При выборе типа ПМ для защиты конкретного аппарата прежде
! всего следует исходить из условия максимальной надежности
ь защиты. Наиболее надежными в этом отношении являются пре-
1 дельно простые по конструкции разрывные мембраны.
Предохранительные разрывные мембраны со сплошным купо-
лом рекомендуется применять при возможности резкого повыше-
; ния давления или взрыва среды в аппарате; при требовании повы-
шенной герметичности аппарата; при рабочих средах, склонных
; к полимеризации, осаждению, кристаллизации.
| Предохранительные мембраны других типов рекомендуется
| применять в следующих случаях.
Разрывные мембраны с прорезями применяют при отсутствии
проката, нужного для изготовления разрывных мембран со
сплошным куполом.
Хлопающие мембраны по сравнению с разрывными менее на-
дежны из-за более сложной конструкции и высокой чувствитель-
ности даже к незначительным повреждениям (вмятинам) купола.
Однако хлопающие мембраны хорошо противостоят знакопере-
менным нагрузкам, в то время как разрывные мембраны из тон-
колистового проката таким свойством не обладают. Основная
область применения хлопающих мембран — защита от превыше-
ния избыточного давления аппаратов, работающих под вакуумом
или подвергаемых периодическому вакуумированию. В зависи-
мости от материала мембран существует нижний предел их при-
менения по давлению: мембраны из алюминия — 0,02 МПа, из
никеля — 0,03 МПа, из нержавеющей стали — 0,08 МПа.
Ломающиеся мембраны применяют для условий динамических
и знакопеременных нагрузок.
Отрывные мембраны применяют для аппаратов и на гидравли-
ческих линиях высокого и сверхвысокого давления при неболь-
ших диаметрах сбросных отверстий.
Для систем с переменным аварийным расходом, который мо-
жет резко возрасти в условиях пожара, непредусмотренной хими-
ческой реакции или взрыва, рекомендуется параллельная уста-
новка пружинного ПК и ПМ.
В системах, для которых резкое снижение давления и полный
сброс рабочей среды при срабатывании ПМ недопустимы, а ис-
пользование ПК невозможно по причине забивки его проточной
части продуктами полимеризации, рекомендуется последователь-
ная установка ПМ и ПК.
7.5. КОНСТРУКЦИИ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ
7.5.1. Предохранительные клапаны
Отечественная промышленность серийно изготовляет пружин-
ные полноподъемные и малоподъемные предохранительные кла-
паны (ПК), а также рычажно-грузовые малоподъемные [41 ].
В пружинных ПК замыкающий элемент (золотник) прижи-
мается к седлу пружиной, которая на требуемое давление регули-
руется винтом. Сила пружины увеличивается с подъемом золот-
ника.
В рычажно-грузовых ПК золотник прижимается к седлу рыча-
гом через шарнирно соединенный с ним шток. На рычаге закреп-
лены грузы, масса которых и место расположения зависят от
рабочего давления защищаемого аппарата. Таким образом, усилие
на золотник при его подъеме остается постоянным. Рычажно-
грузовые ПК предназначены для работы без противодавления.
Они выполняются в основном малоподъемными.
Рис. 7.5. Предохранительные клапаны
пружинные фланцевые с рычагом для
принудительного открытия и продувки
Пружинные ПК более совер-
шенны по конструкции, чем ры-
чажно-грузовые, имеют меньшую
инерционность при срабатывании,
меньшие массу и габаритные раз-
меры.
Современные пружинные пол-
ноподъемные двухпозиционные ПК
выполняются с седлом в виде соп-
ла, свободным корпусом и разви-
тым выходным патрубком. Высокая
пропускная способность клапана
обеспечивается высоким подъемом
золотника, при котором расход
среды через клапан ограничивает
проходное сечение седла, а не ще-
ли. Для достижения высокого
подъема используют различные
конструктивные устройства, уве-
личивающие эффективную пло-
щадь действия давления среды в
направлении подъема, в сочетании
с реактивным действием выходя-
щего потока. В лучших современ-
ных конструкциях коэффициент
расхода приближается к коэффи-
ПП
циенту расхода сопла.
На рис. 7.5 и в табл. 7.5 приведены характеристики с'ерийно
выпускаемых Благовещенским арматурным заводом пружинных
полноподъемных фланцевых предохранительных клапанов типа
СППК для жидких и газообразных химических и нефтяных сред,
в табл. 7.6 — типы и присоединительные размеры фланцев на
входных и выходных патрубках этих клапанов, в табл. 7.7 —
данные для подбора пружин, в табл. 7.8 — значения коэффициен-
тов расхода ах и а2 и коэффициентов пропускной способности Kvi
и KV2 клапанов.
Номенклатура пружинных ПК других типов и размеров,
серийно выпускаемых отечественной промышленностью, приве-
дена в табл. 7.9 и 7.10.
Как видно из табл. 7.5, 7.9 и 7.10, арматурные заводы не
выпускают серийно ПК малых диаметров. Их изготовляют инди-
видуально, как специальные клапаны.
В ЛенНИИхиммаше проведена унификация и разработана
техническая документация на пружинные полноподъемные ПК
Таблица 7.5
КЛАПАНЫ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЕ ПРУЖИННЫЕ
ПОЛНОПОДЪЕМНЫЕ ФЛАНЦЕВЫЕ ТИПА СППК ДЛЯ ЖИДКИХ
И ГАЗООБРАЗНЫХ ХИМИЧЕСКИХ
И НЕФТЯНЫХ СРЕД [41] (РИС. 7.5)
Условное обозначение Условия применения Основные размеры
Тип Испол- нение Характеристика технологиче- ской среды “ О О к rt Е Ру, МПа Рр, МПа, при *р max Оу оу1 L Ai <*с
СППК4-16 17с13нж 17нж13ст 17нж32ст н А ВА 450 600 200 1,6 0,6 0,66 1,6 50 80 100 80 100 125 130 150 165 155 175 205 30 40 50
СППК4Р-16 «* 17с17нж Н 450 0,6 150 200 200 250 205 280 250 320 72 142
17нж17ст А 600 0,66
17нж92ст ВА 200 1,6
СППК4-40 17с14нж Н 450 4,0 1,5 50 80 100 150 80 100 125 200 130 150 165 205 155 175 205 250 30 40 50 72
17нж14ст А 600 1,7
17нж94ст ВА 200 4,0
СППК4Р-40 •• 17с25нж Н 450 1,5
17нж25ст А 600 1.7
17нж93ст ВА 200 4,0
СППК4-64 17с85нж Н 450 6,4 2,4 50 80 100 80 100 125 145 165 195 160 195 225 30 38 48
17нж85ст А 600 2,65
17нж86ст ВА 200 6,3
СППК4Р-64 а* 17с89нж Н 450 2,4
17нж89ст А 600 2,65
17нж79ст ВА 200 6,3
Ж Продолжение табл. 7.5
В Условное " обозначение й Условия применения Основные размеры
Ж Тип ( ______ Испол- нение Характеристика технологиче- ской среды >• О к « Е л BLIW Рр, МПа, при *р max Dy Ру1 L L, <*с
1 СППК4-160 1 17с80нж н 450 16,0 6,0 50 80 145 160 30
17нж80ст А 600 6,6
17нж87ст ВА 200 16,0
1 5 СППК4Р-1602* Jt t- 17с90нж Н 450 6,0 80 100 165 195 38
17нж90ст А 600 6,6
17нж82ст ВА 200 16,0
*• Принятые обозначения: Н — неагрессивная среда; А — агрессивная; ВА — высоко-
t агрессивная.
s ’• Предусмотрен рычаг для принудительного открытия и продувки.
| Т а б л и ц а 7.6
ИСПОЛНЕНИЕ ФЛАНЦЕВ НА ПАТРУБКАХ
ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫХ КЛАПАНОВ ТИПА СППК [41]
Входной патрубок Выходной патрубок
& V- Условное & обозначение клапана 1 Фланец по ГОСТ 12819-80 на условное давление, МПа Исполнение по ГОСТ 12815—80* Фланец по ГОСТ 12821—80» на условное давление, МПа Исполнение по ГОСТ 12815—80»
1 СППК4-16; i СППК4Р-16 1. СППК4-40; j СППК4Р-40 1.6 4,0 1 3 0,6 1,6 (ГОСТ 12819—80) 1
| СППК4-64; Г СППК4Р-64 1 СППК4-160; I СППК4Р-160 6,3 16,0 7 4,0 (ГОСТ 12819 -80) 2 (с выступом) 187
ПОДБОР ПРУЖИН ДЛЯ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫХ КЛАПАНОВ ТИПА СППК
В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ПРЕДЕЛА РЕГУЛИРОВАНИЯ
ДАВЛЕНИЯ НАСТРОЙКИ [41]
Условное обозначение клапана пу, ММ Номер 2 X S * а е Давление настройки, МПа
50 101 102 103 104 105 106 0,05—0,12 0,12—0,19 0,19—0,35 0,35—0,60 0,60—1,00 1,00—1,60
80 110 111 112 ИЗ 114 115 116 0,05—0,13 0,13—0,25 0,25—0,45 0,45—0,70 U 0,70—0,95 0,95—1,30 1,30—1,60
СППК4-16; СППК4Р-16 100 120 121 122 123 124 0,05—0,10 0,10—0,15 0,15—0,35 0,35—0,95 0,95—1,60
150 127 128 129 130 131 132 133 134 0,05—0,10 0,10—0,15 0,15—0,20 0,20—0,30 0,30—0,65 0,65—1,10 1,10—1,50 1,50—1,60
200 304 305 0,05—0,80 0,80—1,60
СППК4-40; 50 105 106 107 108 109 0,8—1,0 1,0—1,6 1,6—2,5 2,5—3,5 3,5—4,0
СППК4Р-40 80 114 115 116 117 118 119 0,80—0,95 0,95—1,30 1,30—1,80 1,80—2,80 2,80—3,50 3,50—4,00
СППК4-64;
СППК4Р-64
СППК4-160;
СППК4Р-160
Условное обозначение клапана пу. ММ Номер пружины Давление настройки, МПа
СППК4-40; 100 123 124 125 126 0,80—0,95 0,95—2,00 2,00—3,00 3,00—4,00
СППК4Р-40; 150 132 133 134 301 302 303 0,80—1,10 1,10—1,50 1,50—2,20 2,20—2,80 2,80—3,50 3,50—4.00
108 2.50—3,50
50 109 3,50—4,40
138 4,40—5,00
139 5,00—6,40
117 2,50—2,80
80 118 2 80 3,50
119 3'50—4,40
141 4,40—5,00
142 5,00—6,40
125 2,50—3,00
100 126 3,00—4,00
144 4,00—4,80
145 4,80—6,40
109 3,50—4,40
138 4,40—5,00
139 5,00—6,40
140 6,40—10,00
146 10,00—14,00
147 14,00—16,00
80
119
141
142
143
148
149
3,50—4.40
4,40—5,00
5,00—6,40
6,40—10,
10,00—13,
13,50—16,
8S8
Т а б л и ц а 7.8
КОЭФФИЦИЕНТЫ РАСХОДА 'и ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ
ДЛЯ ПОЛНОПОДЪЕМНЫХ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫХ КЛАПАНОВ,
ИЗГОТОВЛЯЕМЫХ БЛАГОВЕЩЕНСКИМ АРМАТУРНЫМ ЗАВОДОМ [41]
Входной патрубок ПК Dy, мм Диаметр седла dc, мм Для газообразных сред и пара Для жидких сред
а. Kyi. м’/ч Kj/2- М3/ч
50 30 0,6 21,2 0,1 3,5
80 40 0,6 37,7 0.1 6,3
100 50 0,6 58,9 0,1 9,8
150 72 0,4 81,4 0,1 20,4
200 142 0,7 554 0,1 79,1
Т а б л и ц а 7.9
ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЕ КЛАПАНЫ ПРУЖИННЫЕ ФЛАНЦЕВЫЕ
ДЛЯ ПАРА И ДРУГИХ ГАЗООБРАЗНЫХ
И ЖИДКИХ НЕАГРЕССИВНЫХ СРЕД [41]
(рис. 7.5)
Условное обозна- чение Условия применения Основные размеры, мм Тип ПК
fpm ах» "С Ру, МПа Рр. МПа, при fpm ах Ду Ду1 L ц "с
17с22нж 1,6 1,0 50 80 122 88 25 Полно-
400 80 100 145 135 40 подъемный
17с24нж 4,0 2,5 50 80 115 115 43 Мало-
80 100 150 150 63 подъемный
Примечания:
1. Для клапанов 17с22нж на входных патрубках — фланцы по ГОСТ 12819—80 на
ру — 1.6 МПа, на выходных патрубках — по ГОСТ 12821—80* на Ру = 1,0 МПа
с присоединительными размерами по ГОСТ 12815—80* (исполнение 1).
2. Для клапанов 17с24нж на входных патрубках — фланцы по ГОСТ 12819—80 на
Ру = 4,0 МПа, на выходных патрубках — по ГОСТ 12819—80 на Ду = 1,6 МПа
с присоединительными размерами по ГОСТ 12815—80* (исполнение 3 для входного
патрубка и исполнение 1 — для выходного).
3. Клапаны 17с22нж в зависимости от давления настройки и условий, указанных в за-
казе, изготовляются следующих исполнений: 17с22нж1 (с пределом давления настрой-
ки пружины 0,05—0,15 МПа): 17с22нж2 (0,15—0,35 МПа); 17с22нжЗ (0,35—0,6 МПа);
17с22нж4 (0,6—0,9 МПа); 17с22нж5 (0,9—1,2 МПа); 17с22нж6 (1,2—1,6 МПа).
4. Клапаны 17с24нж в зависимости от давления настройки и условий, указанных в за-
казе, поставляются с одной из сменных пружин:
Пружина Предел давления настройки. МПа
Ду = 50 мм Dy — 80 мм
1 1,6 —2,0 1,6 —2,0
2 2.0—2,8 2,0—2,5
3 2,8-4,0 2.5 —2,8
4 — 2,8 -4,0
5. Клапаны 17с22нж и 17с24нж изготовляются Гусь-Хрустальным арматурным заводом
«Красный Профинтери».
6. Предусмотрен рычаг для принудительного открытия и продувки.
О ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЕ КЛАПАНЫ ПРУЖИННЫЕ ДРУГИХ ТИПОВ И РАЗМЕРОВ,
СЕРИЙНО ВЫПУСКАЕМЫЕ АРМАТУРНЫМИ ЗАВОДАМИ [41]
Условное обозначение и тип клапана Условия применения Dy, мм Тип присоединения к аппарату, трубопроводу Предприятие- изготовитель
Технологическая среда ^ртах’ °C Ру. МПа Рр- МПа, при *ртах
КВ71-1-11-001, малоподъемный Воздух и пар 250 0,6 0,4 20 Цапковое на входе (МЗЗХ1.5) Томский электро- механический за- вод
17Б2бк, малоподъ- емный Вода и пар 180 2,5 2,1 20 Цапковое на входе (3/4"); муфтовое на выходе (3/4*) ПО «Пензтяж- промарматура»
17с11нж, мало- подъемный Аммиак, хладон и другие газооб- разные среды 150 225 1,6 1,5 15 25 Штуцерно-торцовое по ГОСТ 5890—78* на входе и выходе Челябинский ин- струментальный завод
17с42нж, полно- подъемный Пар и другие га- зообразные неаг- рессивные среды 200 1,6 0,8 25 Цапковое на входе (М39Х2) и на выходе (М48Х2) ПО «Киевпромар- матура»
Продолжение табл. 7.10
Условное обозначение и тип клапана Условия применения Dy, мм Тип присоединения К аппарату, трубопроводу Предприятие- изготовитель
Технологичес- кая среда *ртах> °C Ру. МПа Др. МПа, при ^ртах
СППКМ-100, пол- ноподъемный Жидкие и газо- образные неаг- рессивные хими- ческие и нефтя- ные среды 450 10,0 3,8 25 Патрубки с концами под приварку, ввернутые в муфтовые концы с кони- ческой резьбой по ГОСТ 6211—81 Благовещенский арматурный завод
17с12нж Аммиак, хладон и другие жидкие и газообразные среды 225 1,6 1,5 50 (входной и выходной патрубки) Фланцы по ГОСТ 12819—80 с присо- единительными размерами по ГОСТ 12815—80* (ис- полнение 1) Котельниковский арматурный завод
17с52п г* Жидкие и газо- образные неаг- рессивные среды 120 32,0 32,0 10 15 32 Резьбовые фланцы по ГОСТ 9399—81*, концы под линзовое уплотнение по ГОСТ 9400—81; для входного патрубка — на Ру = 32 МПа, для выход- ного — на ру = 25 МПа ПО «Курганарм- химмаш»
со „
н— 1 Предусмотрев рычаг для принудительного открытия и продувки.
КЛАПАНЫ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЕ ПРУЖИННЫЕ ПОЛНОПОДЪЕМНЫЕ
ДЛЯ ГАЗООБРАЗНЫХ СРЕД [44]
для компрессорных установок [441 в соответствии с параметриче-
ским рядом, начиная с dc = 5 мм (табл. 7.11). Клапаны обладают
высокой пропускной способностью: их коэффициент расхода
«! = 0,8-j-0,84 при высоте подъема золотника /imax = 0,4Jc.
Некоторые компрессоростроительные и другие заводы изготов-
ляют отдельные клапаны из этого ряда для установки на своих
машинах и аппаратах.
7.5.2. Предохранительные мембраны
Типовые конструкции. Для наиболее распространенных ти-
пов ПМ разработаны типовые конструкции узлов их крепления.
В РТМ 6-28-009—82 и монографиях [9, 401 приведены рабочие
чертежи узлов и деталей крепления разрывных мембран со сплош-
ным куполом и с прорезями, а также хлопающих мембран. Узлы
предназначены для установки в стандартных фланцевых соедине-
ниях с различными уплотнительными поверхностями: плоскими,
коническими, типа шип — паз, выступ—впадина. При установке
мембранного узла во фланцевое соединение увеличивается длина
стягивающих шпилек. Уплотнение при помощи прокладок между
фланцем и зажимным кольцом полностью соответствует уплотне-
нию фланцевого соединения; мембраны между кольцами должны
зажиматься без прокладок.
На рис. 7.6 показана конструкция, а в табл. 7.12—7.14 при-
ведены типоразмеры ряда мембран со сплошным куполом, с ку-
полом и прорезями и хлопающих.
Рис. 7.6. Типовые узлы креп-
ления предохранительных мем-
бран: а — со сплошным купо-
лом и куполом с прорезями; б —
хлопающая
Рис. 7.7. Предохранительные
мембраны с разрывным стерж-
нем
Рекомендации по конструированию нетиповых мембранных ПУ.
Нетиповые мембранные ПУ рекомендуется применять в тех слу-
чаях, когда типовые конструкции нельзя использовать вследствие
специфических условий работы защищаемой аппаратуры.
Предохранительные мембраны с раз-
рывным стержнем (рис. 7.7) рекомендуется применять
там, где требуется высокая точность срабатывания. Особенностью
такого ПУ является то, что элементом, определяющим давление
разрушения, является не сама мембрана, а разрывной калибро-
ванный на заданное давление стержень. Мембрана в данном
устройстве является разделительной перегородкой, но не рабочим
элементом.
В ЛенНИИхиммаше разработаны две модификации: с централь-
ным неподвижным ножом (рис. 7.7, а) и с подвижными ножами,
расположенными по периферии мембраны (рис. 7.7, б).
Давление в аппарате через мембрану 1 и реверс 2,3 передается
на разрывной стержень, нижний конец которого неподвижно
закреплен в бугеле 4, приваренном к корпусу 6, а верхний конец
шарнирно связан с траверсой 5 реверса. При повышении давле-
ния в аппарате до установочного значения калиброванная часть
разрывного стержня разрушается и усилие от давления мгновенно
7 Смирнов Г. Г. и др.
193
В устройстве с подвижными ножами (рис. 7.7, б) разрушение
мембраны происходит на периферии вследствие передачи усилия
от движения мембраны через нажимное кольцо реверса
на свободные концы коромысел 2, которые, поворачиваясь вокруг
неподвижной оси, ножами 3 прорезают мембрану 1.
Таблица 7.13
ТИПОРАЗМЕРНЫЙ РЯД ХЛОПАЮЩИХ РАЗРЫВНЫХ МЕМБРАН
С ПЛОСКИМИ ИЛИ КОНИЧЕСКИМИ ЗАЖИМАМИ [40]
Ру МПа УслоВный диаметр присоединительного трубопровода Dy, мм
50-175 200 225 250 300 350 400 450 500
<0,6 Ж Ж ш
1,0 ж о
1,6
Давление разрушения, МПа, для мембран
ф Диаметр мембраны, мм из нержавею- щей стали 12Х18Н10Т из никеля НП-2 из монель- металла НМЖМц28-2,5-1,5 из титана ВТ1-0
Разрывные мембраны
1 10 20—60 4—40 12—60 6—60
16 15—20 2,5—25 8—40 4—40
25 10—50 1,6—16 5—25 3—30
1 32 8—40 1,2—12 4—20 2—20
40 5—25 1,0—10 3—15 1,5—15
50 4—20 0,8—8 2,5—12,5 1,2—12
65 3—15 0,6—6 2—10 1,0—10
80 2,5—12,5 0,5—5 1,5—7,5 0,8—8
100 2—10 0,4—4 1,2—6 0,6—6
f 125 1,5—7,5 0,3—3 1,0—5 0,5—5
? 150 1,2—6 0,2—2 0,8—4 0,4—4
J 200 1,0—5 — — —
; 250 0,8—4 — — —
300 0,7—3,5 — — —
350 0,6—3 •— — —
Хлопающие мембраны
t 40 0,5—5 0,5—5 0,5—5 0,5—5
•«- 50 0,4—4 0,4—4 0,4—4 0,4—4
65 0,3—3 0,3—3 0,3—3 0,3—3
80 0,2—2 0,2—1,5 0,2—2 0,2—2
100 0,1—1,5 0,1—1 0,1—1,5 0,1—1,5
125 0,08—1,2 0,08—1 0,08—1,0 0,08—1,0
150 0,01—1,0 0,07—0,8 0,07—0,8 0,07—0,8
200 0,06 . — —
250 0,05 — — —
аг 300 0,04 — — —
350 0,03 ' — —
U Заданное разрушающее давление обеспечивается за счет со-
М ответствующего выбора мембраны, диаметра и длины калибро-
|s ванной части разрывного стержня при известных значениях его
| механических характеристик. Высота положения ножа регулирует-
I ся в зависимости от типа устройства и диаметра проходного сечения.
| Недостатками ПУ с разрывными ножами кроме присущих
|: всем мембранным устройствам являются: малый коэффициент
ф расхода а « 0,58, особенно при малых диаметрах, вследствие
v перекрытия прохода держателями ножей; при малых установочных
| давлениях уменьшается точность срабатывания с 2 до 5 %.
I Типоразмерный ряд и диапазон давлений разрушения для
мембран с разрывным стержнем приведены в табл. 7.15.
ж Мембранные ПУ, содержащие вакуумную
В опору, применяют для защиты аппаратов, работающих под
ft вакуумом. Вакуумные опоры делают многократного и одноразо-
В вого использования.
ТИПОРАЗМЕРНЫЙ РЯД
И ДИАПАЗОН ДАВЛЕНИЙ
РАЗРУШЕНИЯ ДЛЯ МЕМБРАН
С РАЗРЫВНЫМ СТЕРЖНЕМ
КОНСТРУКЦИИ ЛенНИИхиммаша
Диаметр мембраны, мм Давление разруше- ния, МПа Тип мембраны
40 50 65 80 0,7—6,4 С неподвиж- ным ножом (рис. 7.7, а)
100 125 150 200 0,3—4,0 С подвиж- ными ножами (рис. 7.7, б)
150 0,15—2,5
300 350 0,07—2,5
Так как вакуумные опоры
многократного использования
значительно снижают пропуск-
ную способность мембран, по-
лучили распространение опоры
разового использования, которые
разрушаются вместе с мембра-
ной и полностью освобождают
проходное сечение сбросного
отверстия. Одна из конструкций
такой опоры показана па
рис. 7.8. Размеры J и Н должны
совпадать с соответствующими
размерами разрывной мембра-
ны. Вся рабочая поверхность
опоры 1 разрезана на четыре
сектора, а для увеличения же-
сткости опоры при ее работе
под вакуумом в центре уста-
новлен диск 2, скрепляемый с
одним из отогнутых лепестков
точечной сваркой, а с остальны-
ми тремя — отгибными усика-
ми 3. Для облегчения раскрытия секторов по окружности рас-
положения периферийных отверстий выполнены надрезы.
В тех случаях, когда необходимо обеспечить защиту обслужи-
вающего персонала от разлета осколков при разрушении мембраны
или когда мембрану устанавливают перед ПК, в конструкцию
мембранного узла вводят устройство для улавли-
вания осколков с плоскими или коническими решетками
(рис. 7.9). Решетки 1 устанавливают или в сбросном трубопроводе,
или в специальном расширителе; при этом суммарная площадь
отверстий в решетке должна быть вдвое больше площади сброс-
ного отверстия мембраны 2. Диаметр отверстий в решетке зависит
от величины осколков, которые допускается выбрасывать, и при-
нимается в пределах 3—10 мм. Для предотвращения попадания
Рис. 7.8. Вакуумная опора одноразового исполь-
зования
Рис. 7.9. Устройство с коническими решетками
для улавливания осколков
осколков в защищаемый аппа-
рат рекомендуется устанавли-
вать перед мембраной вторую
решетку.
В случае защиты от превы-
шения давления аппаратов, в
которых рабочие температуры
технологической среды превы-
шают указанные в табл. 7.16, в
конструкцию мембранных ПУ
вводят специальные
устройства для их
охлаждения. На рис.7.10,а
показана конструкция мембран-
ного узла с тепловой защитой.
Материал теплоизолирующего
слоя должен быть непрочным,
легким и пористым, чтобы дав-
ление в аппарате свободно под-
водилось к мембране, а при ее
срабатывании теплоизолирую-
щий материал должен беспре-
пятственно вылетать вместе со
сбрасываемыми газами. Данные
Таблица 7.16
ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМЫЕ
ТЕМПЕРАТУРЫ ДЛЯ МЕМБРАН [40]
Предельно допустимая температура, °C
Материал ф
2 3
6 »
г
ерг
& S X S
Нержавеющая сталь 400 450
Никель 400 300
Монель-металл 450 300
Алюминий 120 100
Медь 160 160
Фторопласт14 200 200
Полиэтилен ** 60 60
Алюминий (фольга)1* 350 350
Свинец (фольга) 150 150
* Данные относятся только к случаю,
если материал применяется в качестве
защитных покрытий для мембран, изго-
товленных из других материалов, или
в качестве герметизирующих подложек
для мембран с прорезями.
о материалах, используемых
для теплоизолирующего слоя, приведены в табл. 7.17.
В зависимости от рабочего диаметра мембраны d выбирают
следующую максимально допустимую высоту насыпного слоя
теплоизолирующего материала
d, мм........ с50
&сл» мм ........ 60
Рис. 7.10. Устройства, ограничивающие нагрев предохранительных мембран:
а — с теплоизоляционным слоем и охлаждающей рубашкой; б — с непосред-
ственным жидкостным охлаждением мембраны
ЛСл-
Св. 50 Св. 100 Св. 200 Св. 350
до 100 до 200 до 350 до 500
90 120 200 220
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ТЕПЛОВОЙ ЗАШИТЫ
ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫХ МЕМБРАН [40]
Наименование Состояние материала Предельно допускаемая температура, °C
Асбомагнезит Крошка 350
Асбоцемент » пли сектора 450
Стеклянная вата Волокна 450
Совелит Порошок 500
Вулканит Крошка 600
Асбестодиатомит Порошок 600
Картон асбестовый Лист 600
Перлит вспученный Крошка или секторЯ 900
Вермикулит вспученный » » » 900
Перлитокерамика Крошка 900
Керамика ячеистая 900
Во избежание травмирования обслуживающего персонала при
срабатывании мембранных узлов с тепловой защитой отходящие
газы должны сбрасываться в специальную емкость или в специ-
ально отведенное место.
Для снижения температуры мембран в ряде случаев целесооб-
разно применять устройства с жидкостным охлаждением подво-
дящего патрубка (рис. 7.10, а) или устройства с непосредственным
жидкостным охлаждением (рис. 7.10, б), в которых достигается
более эффективное охлаждение мембраны. В последнем случае
температура мембраны практически равна температуре охлаж-
дающей жидкости. В устройстве, изображенном на рис. 7.10, б,
уровень жидкости над вершиной купола мембраны должен быть
в пределах 20—50 мм; его задают соответствующим расположением
сливного штуцера. Следует иметь в виду, что при срабатывании
мембраны продолжающая поступать через подводящий штуцер
охлаждающая жидкость будет попадать в аппарат, поэтому
в случае недопустимости такой ситуации данный способ охлажде-
ния мембранного узла неприемлем.
Применение рассмотренных способов снижения температуры
мембранных узлов возможно только в тех случаях, когда в за-
щищаемых аппаратах отсутствуют технологические среды, склон-
ные к кристаллизации или полимеризации на охлажденной по-
верхности подводящего патрубка мембранного узла. В противном
случае весь патрубок может быстро полностью заполниться
прочными твердыми отложениями.
В химической промышленности при работе с техноло-
гическими средами, склонными к образо-
ванию различного рода твердых отло-
жен и й на стенках аппаратов, патрубков и трубопроводов, в том
числе к кристаллизации и полимеризации, применяют конструк-
198
Рис. 7.11. Предохранительное устройство
для сред, склонных к образованию на стен-
ках твердых отложений
цию мембранного предохранительно-
го устройства, показанного на
рис. 7.11.
Зажимные кольца — держатели 1
и 2 — выполнены таким образом, что
мембрана утоплена в штуцере и
располагается практически в полости
защищаемого аппарата, благодаря чему отсутствует глухая по-
лость перед мембраной, способная забиваться отложениями. Мем-
брана 3 и тонкая защитная пленка 4 выполнены и защищены
таким образом, что между ними образуется глухая герметичная
полость А. Пленку 4 изготовляют из адгезионного коррозион-
но-стойкого материала, например из фторопласта. При достиже-
нии в аппарате рабочего избыточного давления пленка 4 дефор-
мируется, объем камеры А уменьшается и давление в ней уста-
навливается равным давлению в аппарате. К тому же весьма
эластичная пленка 4, реагируя на колебания давления в аппа-
рате, совершает соответствующие перемещения, что также пре-
пятствует образованию на ней каких-либо отложений. При пре-
вышении давления в аппарате сверх установленного мембрана и
пленка разрываются и происходит сброс среды из аппарата.
Если в защищаемом аппарате содержатся пожаровзры-
воопасные газы, то для мембран следует выбирать ма-
териал, не образующий искр при разрыве и при ударе осколков
о зажимные кольца, о стенки сбросного трубопровода и другие
детали. В тех случаях, когда это требование невыполнимо из-за
отсутствия необходимых материалов, рекомендуется применять
мембранные устройства со сдвоенной мембраной, аналогичные
по конструктивному оформлению устройству, показанному на
рис. 7.11, а полость А между мембранами заполнять жидкостью,
например водой или специальными ингибиторами горения, на-
пример хладонами [9J.
Испытания на разрушение. Мембраны должны изготовляться
специализированным предприятием в соответствии с требова-
ниями РТМ 6-28-009—82. Выпуску каждой партии ПМ должно
предшествовать два вида испытаний на разрушение: статистиче-
ские и контрольные. Статистические испытания проводятся
в целях определения гарантируемых пределов возможных откло-
нений давления срабатывания мембраны данной партии. Кон-
трольные испытания проводятся для контроля партии мембран.
Давление срабатывания записывается в акт. При отклонении
давления разрушения за пределы минимального и максимального
допускаемых давлений вся партия бракуется. Изготовленные
мембраны маркируются: указываются рабочий диаметр, пределы
давления срабатывания, максимальная температура в месте уста-
новки мембраны. На каждую партию оформляется паспорт.
Срок службы мембран. Одной из важных характеристик ПМ
является их долговечность. Основные факторы, влияющие на срок
службы мембран, следующие: коррозионная стойкость материала
в среде защищаемого аппарата; температура; степень нагружения
(соотношение между рабочим давлением и давлением срабатывания
мембраны); характер нагрузки (статическая, пульсирующая, зна-
копеременная).
Коррозия мембран недопустима, поэтому материал
мембраны следует выбирать из условия его наибольшей корро-
зионной стойкости в данной среде. В зависимости от скорости кор-
розии должен определяться срок службы мембран.
В случае необходимости для защиты ПМ от коррозии в ряде
случаев целесообразно применять полимерные покрытия из
пленки.
Из полимерных материалов наиболее универсальной химиче-
ской стойкостью обладают фторопласты и пентапласты. Для кор-
розионной защиты рекомендуется применять только ориентиро-
ванные фторопластовые пленки, так как неориентированные по-
ристые не обеспечивают требуемую защиту. Пентапласты ха-
рактеризуются по сравнению с другими термопластами повышен-
ными механической прочностью, теплостойкостью и химической
стойкостью. По химической сопротивляемости агрессивным сре-
дам пентапласты уступают только фторопластам. Предел рабочей
температуры пентапластов 120 °C. Существенной особенностью
пентапластов является возможность нанесения покрытия в виде
суспензии и лака.
Для защиты ПМ от коррозии можно применять также лако-
красочные покрытия. К химически стойким относятся покрытия
на основе перхлорвиниловых, эпоксидных, фторорганических и
и фенольных смол, а также полиэтилена, сополимера хлорвинила
и хлорвинилидена, хлоркаучука и др. Эти лакокрасочные покры-
тия используют главным образом для защиты от воздействия не-
концентрированных кислот, щелочей, растворов солей и промыш-
ленных газов.
Для защиты мембран, работающих при высоких тем-
пературах, необходимо применять термостойкие лакокра-
сочные покрытия, руководствуясь следующими рекомендациями
191:
Рабочая температура мембраны, РС Вид термостойкого покрытия
<100 Этилцеллюлозные
Св. 100 до 150 Алкидные на высыхающих маслах
в 150 » 200 Алкидные на полувысыхающих мас- лах, феноломасляные, полиакриловые и полистирольные
» 200 » 250 Эпоксидные
в 250 » 280 Поливинилбутиральные
в 280 > 550 Поликсилоксановые
Для защиты мембран от атмосферных воздей-
ствий применяют покрытия на основе перхлорвиниловых смол,
полиакриловые лаки и эмалевые покрытия, пентафталевые, алкид-
но-меламиновые эмали и др. [9].
Температура оказывает существенное влияние на механические
свойства мембраны и, следовательно, на давление их срабатывания.
С повышением температуры увеличиваются также скорость кор-
розии и ползучесть металла. Все это приводит к значительному
влиянию температуры на долговечность мембран. Для мембран
из различных материалов установлены предельные значения
температур (см. табл. 7.16).
Под ползучестью понимают пластическое течение материала
под воздействием постоянной нагрузки. Для мембран основными
факторами, определяющими ползучесть, являются степень
нагружения и температура. Срок службы мемб-
ран должен ограничиваться стадией установившейся ползучести,
при которой деформация происходит с постоянной скоростью.
Стадия ускорения ползучести, оканчивающаяся разрушением
металла, для мембран недопустима. В табл. 7.18 приведены пре-
дельные значения температур и степени нагружения для мембран
из различных металлов. В более тяжелых условиях (по сравнению
с указанными в табл. 7.18) срок службы мембран настолько мал,
что они становятся практически неработоспособными.
Для мембран, работающих при знакопеременной
и пульсирующей нагрузках, характерна усталость
Таблица 7.18
ЗАВИСИМОСТЬ ПРЕДЕЛЬНОЙ СТЕПЕНИ НАГРУЖЕНИЯ
(Рр/Р1)тах РАЗРЫВНЫХ МЕМБРАН ОТ РАБОЧЕЙ ТЕМПЕРАТУРЫ [40]
Материал мембран (Pp/Pj)max ПРИ рабочих температурах мембраны, °C
20 40 60 80 100 120
Алюминий Медь Н икель Нержавеющая сталь Монель-металл 0,67 0,77 0,95 0,91 0,96 0,59 0,74 0,94 0,90 0,95 0,53 0,71 0,93 0,89 0,94 0,48 0,69 0,92 0,88 0,93 0,43 0,67 0,92 0,88 0,92 0,4 0,63 0,91 0,86 0,92
Материал мембран (Рр/Р1)шах ПРИ рабочих температурах мембраны, °C
150 200 250 300 350 400 500
Алюминий Медь Никель Нержавеющая сталь Монель-металл 0,60 0,90 0,85 0,91 0,88 0,83 0,88 0,86 0,82 0,87 0,84 0,81 0,85 0,82 0,79 0,83 0,81 0,78 0,82 0,80
металла, которая проявляется в образовании внутренних микро-
трещин, приводящих к полному разрушению мембраны.
Многие аппараты, защищенные ПМ, работают в режиме по-
вторно-статических нагрузок. В этом режиме работает большин-
ство аппаратов периодического действия. В наиболее трудных
условиях работают мембраны на аппаратах, находящихся под
давлением или вакуумом, в которых нагрузка изменяется с боль-
шой частотой, вследствие чего усталостное разрушение мембран
наступает довольно быстро.
Долговечность разрывных мембран, работающих в условиях
по втор но-статических нагрузок, может быть повышена за счет их
предварительного выпучивания. При этом давление выпучивания
должно быть несколько выше максимального рабочего давления
в защищаемом аппарате 19].
Срок службы мембран в промышленных усло-
виях необходимо определять с учетом всех факторов, влия-
ющих на их работу. Для ориентировочной оценки срока службы
разрывных мембран т (лет) рекомендуется пользоваться следу-
ющей эмпирической зависимостью [9h
*= ХУЛ p-в)
где рр/рг — отношение рабочего давления в аппарате к давлению
срабатывания мембраны; П — проницаемость (скорость корро-
зии) материала мембраны в данной технологической среде при
20 °C, мм/год; S — толщина проката, из которого изготовлена
мембрана, мм; апл — показатель ползучести материала, год-1
(для алюминия апл = 0,04; для меди апл = 0,02; для монель-
металла оспл = 0,006; для никеля апл — 0,007; для нержавею-
щей стали апл = 0,005); t — рабочая температура мембраны, °C;
tm — предельно допустимая температура для мембран из данного
материала, °C (см. табл. 7.16).
Хлопающие мембраны лучше разрывных сопротивляются дли-
тельным нагрузкам, их срок службы при одинаковой степени
нагружения примерно в 10 раз больше. Однако это не относится
к мембранам из алюминия, работающим в области упругопласти-
ческих деформаций; срок их службы находится на уровне срока
службы разрывных мембран [91. Для мембран, работающих
в области упругих деформаций, срок службы часто определяется
коррозией металла. В этом случае срок службы т (лет) можно
определить по формуле
т = 5(1-/7^Г)/П. (7.7)
Приведенные формулы для определения срока службы не
учитывают всего многообразия факторов, воздействующих на
мембрану, поэтому они пригодны лишь для ориентировочной
оценки. Более точные данные о сроках службы мембран могут
быть получены только экспериментально для конкретных условий
их применения.
7.5.3. Совместное использование
предохранительных клапанов и мембран
Для защиты аппаратов непрерывно действующих химических
производств целесообразно устанавливать совместно мембрану
и предохранительный клапан. Это позволяет избежать немедлен-
ной остановки производства при разрушении мембраны, так как
некоторое время аппарат может работать под защитой только пре-
дохранительного клапана.
Установленная перед клапаном мембрана в несколько раз
увеличивает срок службы клапана, предотвращает забивку за-
твора клапана продуктами полимеризации и кристаллизации,
повышает герметичность защищаемого аппарата.
Следует помнить, что при последовательной установке предо-
хранительной мембраны и клапана должна быть полностью исклю-
чена возможность повышения давления в полости между мембра-
ной и клапаном, так как возникшее противодавление не позволит
мембране сработать при заданных параметрах. Поэтому полость
между предохранительной мембраной и клапаном соединяют со
сбросным трубопроводом перепускной линией с установленным
на ней вентилем. Вентиль должен быть постоянно открыт и за-
крываться только после срабатывания мембраны. Для регистрации
срабатывания мембраны устанавливают манометр, а в обоснован-
ных случаях — световую и звуковую сигнализацию.
Схема последовательной установки предохранительной мем-
браны и клапана приведена на рис. 7.12.
Отечественной промышленностью выпускается специальная
модификация предохранительных клапанов, предназначенных для
совместной установки с предохранительными мембранами. Кла-
паны снабжены устройствами, позволяющими держать золотник
в открытом положении до срабатывания мембраны. При срабаты-
вании мембраны и снижении в аппарате давления до рабочих
параметров ПК закрывается и работает
далее как обычный предохранительный
клапан. Характеристика специальных мо-
дификаций ПК, выпускаемых Благовещен-
ским арматурным заводом, приведена в
табл. 7.19.
При использовании специальной моди-
фикации ПК между ним и ПМ не образуется
глухих полостей, а следовательно, не тре-
буется применять устройства, предотвра-
щающие образование противодавления.
Рис. 7.12. Схема последовательного размещения
мембраны и предохранительного клапана:
1 — мембрана; 2 — расширитель; 3 — решетка для улав-
ливания осколков; 4 — манометр; 5 — предохранитель-
ный клапан
Рис* 7.13. Схема установки спаренных пре-
дохранительных устройств:
1,6 — предохранительные клапаны; 2, 5 —
мембраны; 3, 4 — сблокированные вентили;
7,8 — манометры
Имеются схемы, позволяющие
заменять сработавшие мембраны
или неисправные клапаны без
остановки непрерывного техноло-
гического процесса и разгермети-
зации аппаратов. В этом случае
рекомендуется установка спарен-
ных ПУ с переключающей арма-
турой (рис. 7.13). В качестве пе-
реключающей арматуры можно
использовать трехходовые краны
или вентили, соединенные между
собой штоками так, чтобы один из
ПУ всегда находился в открытом
положении.
Мембраны, применяемые для совместной установки с предо-
хранительными клапанами, не должны образовывать осколки,
способные повредить уплотняющие поверхности затвора клапана.
Для совместной установки с предохранительными клапанами при-
годны разрывные мембраны с дисками и хлопающие мемраны
с разрезными ножами. В случае использования хлопающей мем-
Т а б л и ц а 7.19
НОМЕНКЛАТУРА ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫХ КЛАПАНОВ
ДЛЯ СОВМЕСТНОЙ УСТАНОВКИ С МЕМБРАНАМИ [40]
Условное обозначение клапана Ру. МПа Q s Материал
корпуса уплотняющих поверхностей
УФ 55067-050 УФ 55067-080 УФ 55067-100 1,6 50 80 100 Сталь 20Л — 25Л Кор роз ионно-стой- кая сталь
УФ 55068-050 УФ 55068-080 УФ 55068-100 4,0 50 80 100
УФ 55070-050 УФ 55070-080 УФ 55070-100 6,4 50 80 100 Сталь 10Х18Н9ТЛ Твердый сплав
УФ 55071-050 УФ 55071-080 УФ 55071-100 6,4 50 80 100 Сталь 20Л — 25Л Коррозионно-стой- кая сталь
браны между нею и клапаном следует устанавливать расширитель
с объемом не менее V = 8d3, исключающий образование противо-
давления при выворачивании купола мембраны.
Для защиты аппаратов, в которых аварийное увеличение дав-
ления возможно не только при отказе средств регулирования или
повреждении внутренних устройств, но и в случае взрыва паров
перерабатываемого продукта, целесообразно применять парал-
лельную установку предохранительных мембран и клапанов.
При параллельной установке предохранительный клапан дол-
жен быть отрегулирован на меньшее давление срабатывания, чем
предохранительная мембрана. Это исключит срабатывание мем-
браны во всех случаях, кроме взрыва в аппарате паров перера-
батываемого продукта.
7.6. РАСЧЕТ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ
ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ
Методы расчета пропускной способности и проходного сечения
ПУ изложены в работах [13, 41, 44], ISO 4126 и
ГОСТ 12.2.085—82 (СТ СЭВ 3085—81).
Расчет выполняют исходя из требований сброса через ПУ
максимального аварийного расхода среды та. При этом должно
быть выполнено условие: пропускная способность ПУ т должна
быть не менее аварийного расхода, т. е.
т^> та. (7.8)
Пропускную способность ПУ, т. е. массовый расход, при несжи-
маемой среде (жидкости) рассчитывают по формуле1, кг/с
т = аГ/2 рх - ра) р1Н{, (7.9)
где а — коэффициент расхода ПУ, отнесенный к площади сече-
ния F; его определяют экспериментально, причем для ПК — при
заданной высоте подъема золотника.
Пропускная способность ПУ, сбрасывающего жидкость, будет меньше
значения, определяемого уравнением (7.9), в следующих случаях.
1. Температура жидкости близка к температуре кипения и при сбросе ее
через ПУ может происходить парообразование. Метод расчета такого случая
разрабатывается в настоящее время для энергетических установок.
2. Температура жидкости ниже температуры кипения, но имеет место кави-
тация жидкости. В этом случае определяют перепад давлений на ПУ, соответ-
ствующий началу кавитации,
Аркан — Кс (Pi —Рнас)> (7-Ю)
где Кс — коэффициент; для мембранных предохранительных устройств, рабо-
тающих на воде, принимают Кс а 0,63.
Минимальный расчетный перепад давлений на ПУ Apmin = Pi — Рг-
При Apmin > АРкав имеет место кавитационный режим течения. В этом
случае в формулу (7.9) вместо ру — р% следует подставлять значение эффектив-
ного перепада давлений, которое для воды может быть определено по формуле
(△Ркав)тах — Ктп [Р1 — (0,96 — 0,28 VpHac/22,l) рнас], (7.11)
1 В формулах (7.9)—(7.24) давление — абсолютное, Па.
Рис. 7.14. Зависимость fa от Re
где Кт — коэффициент; для мембран-
ных ПУ, работающих на воде, прини-
мают Кт « 0,7.
3. Жидкость обладает большой
вязкостью. В этом случае в формулу
(7.9) вводят коэффициент /ц. Для во-
ды при 0 °C fa tv 1. Значение для
более вязкой жидкости приближенно
может быть определено из рис. 7.14 в
зависимости от числа Рейнольдса
Re = mad/faF),
где р. — динамическая вязкость дан-
ной жидкости, Па-с.
В случае расчета мембраны для сброса вязкой жидкости сначала выбирают
мембрану, необходимую для сброса невязкой жидкости (при = 1), затем,
получив предварительные значения площади проходного сечения F и диа-
метра d, определяют по рис. 7.14 в зависимости от Re значение и рассчитывают
окончательное значение F.
В случае протекания через ПУ сжимаемой среды —
газа или пара — необходимо учитывать изменение плотности
среды при изоэнтропном изменении состояния.
Уравнение пропускной способности предохранительного уст-
ройства для сжимаемой среды имеет вид
т = aFqe? У 2р^рг, (7-12)
где q — коэффициент докритического расхода,
<7 = е/е*. (7.13)
Критическое истечение с постоянным максимальным расходом
происходит при отношении давлений за и перед ПУ
₽ = РДр\ < Р2/Р1 = ₽*; (7.14)
при этом 7=1.
Докритическое истечение, когда расход зависит от отношения
давлений, происходит при
₽ = РДР1 > ₽*; (7.15)
при этом q определяют по формуле (7.13).
•Критическое отношение давлений р* и максимальный коэф-
фициент изоэнтропного расширения е* зависят от свойств среды
и определяются уравнениями
*_/ 2 ул*-1» ( k \ 1/2 [k ( 2 \ (Л-Ь1)/(*—1)11/2
“U+l/ U+17 “L2U + I/ J
(7.17)
Коэффициент расширения при докритическом течении е зави-
сит от свойств среды и отношения давлений:
е = [_А_(р2/л _ p(fe+i)/*)j1/2. (7.18)
Формула (7.16) характеризует максимальный расход среды
через сопло. При истечении среды из отверстия с острыми кром-
ками, каковыми являются ПУ, максимальный расход устанавли-
вается при меньшем отношении давлений. Для предохранитель-
ных клапанов установлено [13, 44], что
₽5л«0,57р*. (7.19)
Следовательно, расчет максимального расхода через ПУ при
₽кл Р ₽* завышает пропускную способность ПУ и снижает
надежность защиты аппаратов.
При определении критического отношения давлений ПУ по
формуле (7.19) значение q должно определяться не по выраже-
нию (7.13), а по формуле
при р < Рил q = 1 -
Формула (7.12) действительна для любой сжимаемой среды —
газа или пара, если значения рх берутся из таблиц или диаграмм
состояния среды при рг и Тг.
Для газа и перегретого пара с температурой, значительно
большей температуры насыщения, удовлетворяется уравнение
состояния идеального газа с учетом коэффициента сжимаемости
р/р = zRT, (7.21)
или
Мр/р = zRyT. (7.22)
С учетом этих уравнений формула (7.12) преобразуется сле-
дующим образом:
m = aFqefpx у/ 2/(z1RT1'), (7.23)
или
m = аГдв*р1рл2М/(г1^у7’1) . (7-24)
При расчете р*, е*, е по формулам (7.16)—(7.18) изоэнтропный
показатель расширения реального газа определяют по формуле
k — —(v/p) (dp/dv)-, в случае отсутствия данных принимают k =
= kn (при нормальных условиях: 0,1 МПа и 0°С).
В соответствии с ГОСТ 12.2.085-821 (СТ СЭВ 3085—81)
пропускную способность ПУ в кг/ч рассчитывают по формулам:
а) для жидких технологических сред в соответствии с выра-
жением (7.9)
m = 5,03a2F j/(рх — р2) рх; (7.25)
б) для газов и паров в соответствии с выражением (7.12)
m = iOB^^F (рг + 0,1). (7.26)
Здесь F — площадь сечения седла ПК или площадь в свету раз-
рушенной ПМ, мм2; рх, р2 — избыточные давления среды соот-
1 В настоящее время ГОСТ 12.2.085—82 (СТ СЭВ 3085—81) пересматривается; метод
расчета приведен в соответствии с проектом изменения.
ЗНАЧЕНИЯ В, ДЛЯ НАСЫЩЕННОГО ВОДЯНОГО ПАРА
В ЗАВИСИМОСТИ ОТ АБСОЛЮТНОГО ДАВЛЕНИЯ Pi
(ПО ГОСТ 12.2.085—82)
Рп МПа в» Рп МПа Bi Рп МПа Bi Pl. МПа в.
0,2 0,530 3,0 0,500 11,0 0,535 16,0 0,580
0,6 0,515 4,0 0,505 12,0 0,540 17,0 0,590
1,0 0,510 6,0 0,510 13,0 0,550 18,0 0,605
1,5 0,505 8,0 0,520 14,0 0,560 19,0 0,625
2,0 0,500 10,0 0,530 15,0 0,570 20,0 0,645
(7.27)
(7.28)
ветственно до и после предохранительного устройства при исте-
чении, МПа; В1г В2 — коэффициенты, рассмотренные ниже.
В формулах (7.25) и (7.26) вместо произведения a2F или o^F
иногда пользуются 113, 41] коэффициентом пропускной способ-
ности Ку (м3/ч), который численно равен расходу жидкости
плотностью 1 г/см3, протекающей через ПУ при разности давле-
ний pj — р2 = 0,1 МПа. В этом случае:
a-xF = 20Kyi — для газа и пара;
a2F = 20/(у2 — Для жидкости.
Иногда также пользуются [13, 44] понятием эквивалентной
площади Fs = aF, которая численно равна площади сечения
идеального сужающегося сопла, имеющего равную пропускную
способность с ПУ при тех же параметрах среды. В этом случае:
«iF = F0i — для газа и пара;
a2F = Fg2 — для жидкости.
Гарантированные значения коэффициентов расхода и а2,
эквивалентных площадей Fal и FH2, коэффициентов пропускной
способности Kyi и Kyi. принимают по паспортным данным ПУ
или по данным каталогов.
Коэффициент Вг в формуле (7.26) учитывает физико-химиче-
ские свойства газов и паров при параметрах среды перед клапа-
ном: давлении рг и температуре 7\.
Значения Вг для водяного пара могут быть рассчитаны по
следующей формуле:
Вг = О,5ОЗВ3//(^ + 0,1) (7.29)
где Hi — удельный объем пара перед предохранительным устрой-
ством при истечении, м3/кг.
Значения Вг для насыщенного и перегретого водяного пара
также могут быть определены по табл. 7.20 и 7.21.
Значения Вх для других газов и паров определяют по следу-
ющим формулам:
BY = О,5ОЗВ3 /рЛрх + 0,1) ; (7.30)
Bi = Вг (7.31)
/ — хлор; 2 — двуокись серы; 3 — бутан, аргон; 4 — озон, хлористый метил; 5 — дву-
окись углерода; 6 — метиловый эфир; 7 — пропан; 8 — хлористый водород; 9 — кис-
лород, сероводород; 10 — азот, воздух; 11 — окись углерода, этан; 12 — этилен; 13 —
ацетилен, генераторный газ; 14 — аммиак; 15 — метан; 16 — гелий; 17 — водород
где Bi(Z1=i) — коэффициент, учитывающий физико-химические
свойства газов и паров при температуре 1\ и коэффициенте сжи-
маемости 2^=1.
Коэффициент Bi (Z,=i) рассчитывают по формуле
Bi (Z1=i) = 5,46Д3 /M/Tf, (7.32)
он может быть также определен для некоторых газов по рис. 7.15,
приведенному в СТ СЭВ 3085—81, для условий: zr = 1; k = kB.
Таблица 7.21
ЗНАЧЕНИЯ В, ДЛЯ ПЕРЕГРЕТОГО ВОДЯНОГО ПАРА
В ЗАВИСИМОСТИ ОТ АБСОЛЮТНОГО ДАВЛЕНИЯ Pi
И ТЕМПЕРАТУРЫ Л (ПО ГОСТ 12.2.085—82)
Р1. МПа Bt при температуре пара Т„ °C
250 300 350 400 450 500 550 600
0,2 0,480 0,455 0,440 0,420 0,405 0,390 0,380 0,365
1,0 0,490 0,460 0,440 0,420 0,405 0,390 0,380 0,365
2,0 0,495 0,465 0,445 0,425 0,410 0,390 0,380 0,365
3,0 0,505 0,475 0,450 0,425 0,410 0,395 0,380 0,365
4,0 0,520 0,485 0,455 0,430 0,410 0,400 0,380 0,365
6,0 — 0,500 0,460 0,435 0,415 0,400 0,385 0,370
8,0 — 0,570 0,475 0,445 0,420 0,400 0,385 0,370
16,0 — — 0,490 0,450 0,425 0,405 0,390 0,375
18,0 — — — 0,480 0,440 0,415 0,400 0,380
20,0 — — — 0,525 0,460 0,430 0,405 0,385
25,0 — — — — 0,490 0,445 0,415 0,390
30,0 — — —- — 0,520 0,460 0,425 0,400
35,0 — — — — 0,560 0,475 0,435 0,405
40,0 — — — — 0,610 0,495 0,445 0,415
Рис. 7.16. Коэффициент сжимаемости z в зависимости от приведенных пара-
метров лит
Значения коэффициента сжимаемости zx для каждого газа
или пара берутся из таблиц или диаграмм в зависимости от рг
и Тг; для некоторых, наиболее распространенных, газов значе-
ния zx могут быть взяты из табл. 7.22. Для любых газов и паров
приближенные значения zx могут быть определены из рис. 7.16
по приведенным параметрам лх и тх:
= (Pi + 0,1)/ркр.т; тх = 7Х/Ткр.т. (7.33)
Значения параметров критической точки ркр. т и Ткр. т для
некоторых сред приведены в табл. 7.4.
Расчет ПУ для всех газов и паров при z1 = 1, как это при-
нято в СТ СЭВ 3085—81 и РТМ 6-28-009—82, может в некоторых
случаях привести к большим ошибкам в расчете, а на практике —
к аварийному повышению давления при установке ПУ занижен-
ного проходного сечения.
КОЭФФИЦИЕНТ СЖИМАЕМОСТИ ГАЗОВ г
р+0,1, МПа Т. С Р+0,1. МПа Т, С
0 50 100 200 0 50 100 200
Авот. воздих
0,1 1,0 1,0 1,0 1,0 Окись углерода
10 20 30 40 100 0,98 1,03 1,13 1,27 2,05 1,02 1,08 1,16 1,26 1,94 1,04 1,09 1,17 1,25 1,80 1,05 1,10 1,18 1,24 1,65 0,1 10 20 30 40 1,0 0,97 1,02 1,12 1,26 1,0 1,01 1,06 1,16 1,25 1,0 1,03 1,08 1,17 1,24 1,0 1,05 1,11 1,18 1,23
Водород 100 2,10 1,94 1,83 1,70
0,1 1,0 1,0 1,0 1,0
100 1,71 1,60 1,52 1,43 Двуокись углерода
Кислород 0,1 1,0 1,0 1,0 1,0
0,1 1,0 1,0 1,0 1,0 5 0,10 0,60 0,80 0,93
10 0,92 0,97 1,0 10 0,20 0,40 0,75 0,87
20 0,91 1,02 1,06 20 0,39 0,43 0,60 0,87
30 0,97 1,07 1,10 30 0,57 0,57 0,66 0,88
40 1,07 1,12 1,14 60 1,07 1,02 1,01 1,07
Б0 1,17 — 1,20 1,19 100 1,70 1,54 1,48 1,41
80 1,53 — 1,44 1,37
100 1,77 — 1,59 — Этилен
Метан 0,1 1,0 1,0 1,0 1,0
0,1 1,0 1,0 1,0 1,0 5 0,2 0,74 0,87 0,96
10 0,78 0,90 0,96 1,0 7 0,23 0,60 0,81 0,94
15 0,73 0,88 0,95 1,01 10 0,32 0,47 0,73 0,92
20 0,77 0,89 0,96 1,02 15 0,45 0,51 0,68 0,90
30 0,90 0,96 1,01 1,08 20 0,58 0,60 0,70 0,89
50 1,20 1,20 1,20 1,20 30 0,81 0,81 0,82 0,95
100 2,03 1,87 1,74 1,62 100 2,35 2,18 1,96 1,77
Температура 7\ при давлении рг несколько выше, чем при
рабочем давлении рр, и может быть определена по формуле
Тг =Tp[(p1 + 0>l)/(pp + 0,l)]<ftH-1)^- (7.34)
При этом следует учитывать, что определять температуру
в зависимости от давлений следует не по k, а по ks.
При расчете по Tv пропускная способность ПУ завышается.
В формуле (7.30) плотность пара или реального газа pi =
= 1/г>1 определяют по таблицам или диаграммам состояния данной
среды либо рассчитывают по формуле
Р1 = 10е (Р1 + 0,1) ^/(831421?!). (7.35)
Коэффициент В2 в формуле (7.26) — коэффициент докритиче-
ского расхода, учитывающий соотношение давлений за и перед
ПУ; В2 = q [см. формулу (7.13)].
При максимальном критическом расходе среды, т. е. при § <<
р*, значение Ва = 1.
В докритическом режиме истечения среды через ПУ (Р > р*)
коэффициент В2 рассчитывают по формуле (7.13) или определяют
по рис. 7.17.
Коэффициент Bs в формуле (7.29) — максимальный коэффи-
циент изоэнтропного расширения при критическом отношении
давлений, Bs = в*; его рассчитывают по формуле (7.17) или
определяют по рис. 7.18.
Отношение давлений за и перед ПУ при его срабатывании
Р = (Р2 + 0,1)/(Р1 + 0,1). (7.36)
Критическое отношение давлений за и перед ПУ р* рассчиты-
вают по формуле (7.16) или определяют по рис. 7.18.
Показатель изоэнтропы расширения
газа k обычно принимают при нормальных
условиях (k = kg), т. е. как для идеаль-
ного газа. Однако для некоторых газов
при определенных параметрах такой рас-
чет может дать значительную погрешность,
в том числе в сторону занижения проход-
ного сечения требуемого ПУ. Поэтому
правильнее пользоваться показателями
изоэнтропы реального газа, как это при-
нято в работе [13] и международном стан-
Рис. 7.18. График для определения коэффициен-
тов В3, в* и Р*
Рис. 7.19. Показатель изоэнтропы k
для водяного пара в зависимости от
температуры и давления
дарте ISO 4126, где, в частнос-
ти, на диаграмме состояния
приведены значения k для во-
дяного пара. На рис. 7.19
приведен график значений k
для водяного пара [42], на
рис. 7.20 — график значений k
для этилена, построенный по
данным [52] и показывающий
значительное изменение значе-
ний k при изменении параметров этилена в пределах, исполь-
зуемых промышленностью.
Более правильно определять значение k как среднее между
значениями kr (при условиях перед ПУ) и kz (за ПУ):
k = 0,5 (Лх + k2). (7.37)
В случае отсутствия данных, позволяющих определить зна-
чение k для реального газа, оно может быть найдено приближенно
по приведенным параметрам лит (индекс 1 — перед ПУ; индекс
2 — за ПУ).
При 0,5 с достаточной для практики точностью для
идеального газа можно принимать
К = ^н; ^2 = ka', k = kB. (7.38)
Значения kn для наиболее распространенных газов приве-
дены в табл. 7.4.
Для реального газа при Лл/Тл > 0,5 следует определять пока-
тель изоэнтропы перед ПУ по формуле
^л = (7.39)
за ПУ при л2/т2 0,5 (определяется в случае ЛлДл > 0,5)
k2 = kB; (7.40)
за ПУ при л2/т2 >• 0,5
^2 (7.41)
где рх, р2 — коэффициенты отклонения реального газа при изо-
энтропном расширении в условиях перед и за ПУ, определяемые
по рис. 7.21 в зависимости от лх и тх или л2 и т2 соответственно.
Значения л2, т2 и z2 находят следующим образом:
а) при докритическом истечении (при 0 > 0*) в зависимости
от давления р2 и температуры
Т2 = 7\ [(р2 + 0,1)/(рл + 0,l)](feH-1)/feH (7.42)
по формулам:
я2 ~ (Ра + 0,0/Ркр.т» т2 = 7’2/7’кр.т; (7.43)
б) при критическом истечении (при Р Р*) в зависимости от
(р5 +0,1) = p*(pt + 0,1) и Т2 = Tt (j^qn) (7-44)
по формулам!
«г = (Pi + 0,1) Р*/ркр. т; т2 = Л/Ткр.,. (7.45)
Пропускная способность ПУ должна быть равна аварийному
расходу. Поэтому при определении размера необходимого проход-
ного сечения ПУ FR в уравнениях (7.25) и (7.26) подставляют
214
Рис. 7.21. График для определения коэффициента р по приведенным параметрам
вместо т аварийный расход та и находят одну из величин: про-
изведение или (cx2f)R, (fsl)R или (F82)R, (KVl)R или (Ky2)R.
Для предварительного определения FR и dR ориентировочные
значения и а2 принимают в зависимости от выбранного типа
предохранительного клапана в соответствии с ГОСТ 12532—79
или по табл. 7.23.
Площадь определяющего сечения F (минимального прохода
в седле полноподъемного ПК или отверстия ПМ) рассчитывают
по формуле
F = 0,25ж/2. (7.4б)
В тех случаях, когда за определяющее сечение предохрани-
тельного клапана принята площадь щели,
F = п dh (7.47)
и коэффициент расхода а должен быть отнесен к площади щели.
Предохранительное устройство нужного диаметра подбирают
по каталогу, стандарту или другой документации по величинам d
и a, FB или Ку.
ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ РАСХОДА а
ДЛЯ ОРИЕНТИРОВОЧНОГО РАСЧЕТА
ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ »•
Тип устройства а» (для газообраз- ных сред) сс2 (для ЖИДКИХ сред)
Предохранительные клапаны прямого дей- ствия: 0,05
малоподъемные 0,05
среднеподъемные 0,3 0,1
полноподъемные 0,6 0,1
Предохранительные клапаны с принудитель- ным управлением полноподъемные Предохранительные мембраны: 0,6
разрывные 0,8 0,8
с ножевым устройством 0,6 0,6
2
<• Значения а отнесены: для клапанов — к площади седла — 0,785^ или к равной
ей площади щели при подъеме золотника на высоту Л « 0,25 dc для мембран — к пло-
щади прохода в мембране.
Следует учитывать, что расчетная пропускная способность ПУ
практически может быть обеспечена при правильном расчете и
конструировании элементов ПУ. Так, расчетная пропускная
способность ПК обеспечивается при условии его открытия на
заданную высоту подъема золотника, соответствующую приня-
тому в расчете значению коэффициента расхода а. Заданный
подъем золотника обеспечивают правильным расчетом параме-
тров действующей на золотник пружины и правильным конструи-
рованием проточной части клапана [13].
В СССР для сосудов, работающих под давлением газа или
пара, установлены официальные правила Госгортехнадзора для
расчета пропускной способности ПУ [38] К Поэтому пропускная
способность и размеры ПУ, устанавливаемых на сосудах, подле-
жащих контролю Госгортехнадзора, должны быть проверены по
официальной формуле Госгортехнадзора. По этим правилам про-
пускная способность ПУ для газа, пара или жидкости опреде-
ляется уравнением, кг/ч
tn = 5,03aFB (рх — p2)pi, (7-48)
где рх — максимальное допустимое избыточное давление, МПа;
р2 — избыточное давление за ПУ, МПа; рг — плотность среды
при давлении рг и температуре 7\ перед ПУ, кг/м8; F — площадь
узкого сечения ПУ, мм2; а — коэффициент расхода ПУ, отнесен-
ный к F; В — коэффициент.
1 В настоящее время эти правила пересматриваются.
<а
ЕГ
К
Ч
хо
сЗ
н
— <©С<1ООС0ѩѩ'ФО’ФГ-ОЗОПФ,ОЗ’ФООСМС©О’ФООО1азСОСМООф<ОЮО
ОЮОШсрОООСЧ'ФСРГ-СОСЗО—.-^ОЮЮОСОФ’Ф’ФЮЮСОЬ-Ь-ООООЗО
^^^^^сХЗСХЗСОСОСХЗСОООО^ООЗОЗОООЗОзСЗСзазОЗСЗО^СЗОЗСЗО
ОООООООООООООООООООООООООООООО---'
ОЗООГхС^ОГ-СОсОООООСРСЧГ-^—<ООх^ОС©С^ООФОЗО303ОСОс©’ФСЧО
1© NCCO’-'COin ND —COLQONCOCOOCO’-'-’OJ (NCO^LOCbGOOQ
CD CD D N N N N N N CO CO CO CO CO CD CO CO О D О D D D О D D D О D О Q
oooooooooooooooooooooooooooooo-^
со
со
CQ
е
е
СП
с
in
OJ
(М1ЛСГ)СОООЮ(М-,COLOCOcOI>(Din^C^C>CO(r)COOb>COOLat4«COCnOO
'-‘CMCOlOdOOOWTi'OCOOCNCO'^lOCDbb'OOC^OOCSCO’flDOb-OO
CD (£ О Ф CD Ф b bNSS,cOGOoOOOCOCOCCCOCOCOOOQQO:QOO^Q)0
000000000000000000000000000000--Г
CWNOlD-<С0ФФС0^1ЛЬ’Ь’ЬЬЬ(СЮ-ФСС)--О31ЛОЮСЛ tNlDCO о
СОСПОСМСОЮфСОаС^ЮГ'ОО’-’С^СО^ЮФЬСОООЮСМСО'^ССГ-СОС
i© l© с© О СР ср О CD t^QO 00 00 (X) 00 СЮ 00 СЮ 00 CO 03 О 03 03 ОЗ оз оз о
OOOOOOOOOCOOOOOOOOOOO о О OOOOOOO’-^
’^OGOO-^O'^ — О O(N NCOIDSOC-'CNCOCOCOCOCO — О C© e© 03 I© О
’S’LOCDCOCDOCNvfCDCCOCNiDCDNCOO —CMOOTflDCDCOO-^COlOOcOO
L© I© I© L0 to CD CD CD CD CD Ь Ь b NN N CO ОО COOO CO CO ОО CO О О О) О) О О О
OOOOOOOQOOOOOOOOOOOCDOOOOOOOOCDO*^
СО*ФкОГ^03С©ООФО4 — (N 1D — ЮОЗС^1ЛООО(М’ФФСОО(МСО'^'^СОМО
—'(NCO^LONOOOCS^OCO- NCOlCONOO- C4C©CPOOOCS^CDCOO
lOlOLOiDiD l© 1© ^COCOOCDNNNNNNNCOCOWCOCOOOOOOOOiG
OOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOO^
т^ФЮФОО-- iDONiOiON--iDQ-tf a)CON--<lDGO — N-OJCDCDCOCDOOO
00 0)0-'OWiDNCCOCWNGOOi-< Cl ^IDN GO О •-'COcDGC’-COlDNO
ID OOOOCDONNNNNNNGOOOGOCOOOO CF)Q
oooooooooooooooooooooooooooooo—^
СЧ СЧ СЧ CD in N -'CDCNOOO’^N’-lD—(D^OO^COOfNCO^OCON О
NQOCDO гмО] Tf<l£)^Q)ocniD(DC0 03r-<C4'e'inN OOOCNinNO (NlDN О
1© 1© 1© 1© 1© CO CD CD CD <D CDI>-b-N-N<.r^N-N-COCOOOO30303a3CD
OOOOOOOOOOOOOOOCOOOOOOOOOOOOOO^
ФЮЮОЮОмСО Осо ОСОЮСЗФСМЛОЮОШОСОфСООЮ -* CD о
CDNCOOO-’ ФЮСОССОМ inCDOOO'-’C’WQNO)’-^NCXMlDN CD
ФФФФЮЮЮ WID IDIDOCDCDOOCDNNNNNNCOOJCOCOOOO) О
ooooooooooooooocoooooooooooooo^
03OO0>OcqiD0>i©C4OOCN
xMDCDNCDO- CWOCQOCN
Ф Ф Ф^Ф Ф 1X2 Ю Ю ID Ю 1Q CD <£>
ooooooooooooo
ЮСОСЧ t-co
CO 'Ф CO N- 03
CD CD C© CO CP
О О ОО о
OCDC'JOOCOCOOOCN—’OCDCOO
— CWIDNOCOIDO)’- xr г-. О
Гх t> Nw r-^ 00 оо ОО со оз о о о
ОООООООООООО^
S
К
осог-г-оооелпосососо-Фоозс^сосчсотсчозооосчюь-сосзоо
CScn^LDlDNCnOCNcnLDNCC —COxMDNO^CNTfaO-rfNCCONC
*Ф ”Ф -ф 'Ф ”Ф *Ф I© Ю 1О Ю 1© ID CD СР С© СР СО С© со г- ь- г- СО 00 00 03 03 03 О
ооооо«©оооооооооооооооооооооооо»-<
фСОО}С0О’ФООСЧС0О'ФОООСЧ-фСРСООСЧ'фС0ООСМС©О'ФООС<гСОО
О (NC4 СОСО ФФФ1П1ДЮ IDlDOOcDCDlDN N COCOCOQG3C
оооооооооооооооооооооооооооооо^
Для жидкости В = 1. Для газа или пара В является функцией
показателя изоэнтропы k и отношения давлений Р = (Ра +
+ 0,1)/(Р1 + 0,1).
В докритической области (при 0 > 0*) [13]
В = е//Г^0, (7.49)
где е соответствует уравнению (7.18).
В критической области (при 0 = 0*)
В = 1 - 0*, (7.50)
где е* соответствует уравнению (7.17), а 0* — (7.16).
В сверхкритической области (при 0 < 0*)
В = е*//1^р. (7.51)
Значения В в зависимости от k и р приведены в табл. 7.24.
Размеры выбранного ПУ, имеющего коэффициент расхода а,
для заданного аварийного расхода т& должны быть проверены
по формуле Госгортехнадзора
Fr (ггтн) = та [5,03аВ Vх (pi — Ps) Pi] *• (7-52)
Считается, что ПК или ПМ выбраны правильно, если площадь
Гв выбранного ПУ не менее Г/щггтн), т. е. при Гв >- Fr (ггтн>;
в противном случае следует по Fr (ггтн) выбрать новое ПУ боль-
шего размера с учетом а.
Методика наиболее подробного и точного расчета пропускной
способности и элементов ПК с использованием ЭВМ изложена
в работе [13] и в РД РТМ 26-12-48—83 [441.
7.7. УЧЕТ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПОДВОДЯЩИХ
И ОТВОДЯЩИХ ТРУБОПРОВОДОВ
Предохранительные клапаны устанавливают как непосред-
ственно на аппаратах, так и на трубопроводах, подводящих среду
от аппарата к ПК. Предохранительные мембраны устанавливают
непосредственно на аппаратах.
Сброс среды через ПК и ПМ осуществляют непосредственно
в атмосферу или через отводящий трубопровод в безопасное место.
При установке ПУ на подводящем трубопроводе давление не-
посредственно на входе в ПУ при его срабатывании меньше дав-
ления Р1 в защищаемом аппарате СВД на величину газодинамиче-
ского или гидравлического сопротивления трубопровода
(рис. 7.22). При установке ПУ на отводящем трубопроводе давле-
ние непосредственно за ПУ всегда больше давления р2 в сбросном
аппарате СИД на величину ДРтр2.
Трубопроводы подвода и сброса среды иногда достигают
большой длины и создают значительные сопротивления, ухудша-
ющие работу ПУ и снижающие их пропускную способность.
Рис. 7.22. Система с предохранительным клапаном (ПК): а — схема включения
ПК в систему; б — давление в системе при сбросе среды
Для того чтобы трубопроводы не снижали значительно про-
пускную способность ПУ, их сопротивление проверяют расчетом
Потери давления в трубопроводе при скоростях среды, близ-
ких к критическим, определяют на основании уравнения
1 /XL - 1 /XLx - In (XLxAL) = L', (7.53)
где XEx = wBX/w3B, ХвЫх = — скоростные коэффициенты
соответственно во входном и выходном сечениях трубопровода;
L' — приведенная длина трубопровода, определяемая по фор-
муле
L' = 2LPW + 1)- (7.54)
Зависимость между Лвх, АВЫх и L' приведена на рис. 7.23.
Для подводящего трубопровода:
Li — 2£Тр iki/(ki 4~ 1); ^ЗВ1 = V 1 maZiRyT i . выи 3600FTp х 10 е (pt + 0,1) 106Л1о)зв j ’ (7.55) (7.56) (7.57)
FTp 1 = 0,25л^р р
(7.58)
Здесь йУзв1 — скорость звука в подводящем трубопроводе.
Скоростной коэффициент во входном сечении трубопровода ХВх1
определяют по рис. 7.23 в зависимости от Хвых1 и Li.
Давление в аппарате при срабатывании ПУ определяют по
формуле
Ртах 1 = (^вых 1Авх 1) (Р1 + 0,1) 0,1. (7.59)
Относительная потеря давления в подводящем трубопроводе
ДртР1/(Р1 + 0,1) = (ршах1 — Р1)/(Р1 + 0,1). (7.60)
Если Лртр1 + 0,03 (pj + 0,1), то в расчете пропускной спо-
собности ПУ избыточное давление перед открытым ПУ следует
принимать равным рг — Артр1. При Артр1 > 0,03 (рх + 0,1)
следует уменьшить сопротивление трубопровода, увеличив диа-
метр dTpl или уменьшив длину, и местные сопротивления в нем
и снова рассчитать потери давления.
Для отводящего трубопровода:
Аг — 2£тр г^2к/(^2к + 1); (7-61)
И’вв 2 — ^2К22к^уАг/А4; (7.62)
а_______________^а2гкР __________. /7
л-выха -зеоор^р^о-в^ + о.пкя/ишэв^ v' >
Fvp г = 0,25nd?p 2, (7.64)
где p2K — избыточное давление среды в конце отводящего трубо-
провода, МПа; Т2 — абсолютная температура среды в отводящем
трубопроводе, К; k2K, z2K — показатель изоэнтропы и коэффи-
циент сжимаемости при р2к и Т2 (приближенно можно принять
^2К = И 22К = 1).
При А,ЕыХ2 < 1 величину Лвх2 определяют по рис. 7.23 в за-
висимости ОТ ХВых2 и L'2.
Давление после ПУ в начале отводящего трубопровода при
срабатывании ПУ определяют по формуле
Ртах 2 = (Ргк + 0,1) XВЫХ 2авх 2 0,1. (7.65)
Рис. 7.23. Зависимость между приведенной длиной трубопровода L' и скорост-
ными коэффициентами на входе и выходе трубопровода Хвх и ^Вых
Таблица 7.25
КОЭФФИЦИЕНТЫ МЕСТНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ
Эскиз Характер сопротивления, расчетные формулы и величины
1 2 Внезапное расширение сечения, С= (1 — /1//2)2
1 । 2 Т 2 Внезапное сужение сечения, с = 0,5 (1 -Ш
2 Расходящийся конус, 1 = Ml-Ш2, где k = 0,12-5-0,20 (пропорционально углу а)
а)
’ Т1 Вход в трубу:
в) у а) острая кромка, £ = 0,5; б) закругленная кромка, £=0,1
Плавный поворот на угол <р,
= Сддоф/ЭО
R/d................. 1 2 3 4 5
£90<>............... 0,29 0,15 0,12 0,10 0,08
Двойные повороты:
а) калач, £ = 2£j;
б) пространственный поворот, состоящий из двух
поворотов под углом 90°, расположенных друг
к другу под прямым углом, £ = 3£г, где £х — ко-
эффициент местного сопротивления поворота под
углом 90°
Выход из трубы, £ = 1,0
Характер сопротивления, расчетные формулы и величины
Коленья сварные,
<р = 90°, 5 = 1,3;
Ф = 60°, £ = 0,7}
ф == 45°, £ = 0,3;
Ф = 30р, 1 = 0,2;
ф = 22,5°, 5=0,1
Колено сварное,
Ф = 90°, 5 = о,б
Колено сварное,
ф = 90°, 5 = 0,5
Коэффициенты сопротивления трению в трубе,
5тр =
1тр= [(1,14-2) 1g (d/Д)]-2,
где L — длина трубопровода, мм; d — внутренний
диаметр трубопровода, мм; Д — абсолютная ше-
роховатость трубы (стальная — Д = 0,14-0,3 мм)
При 1ВЫХ2 > 1 принимают, что скорость в выходном сечении
трубопровода wBb,x2 = &узв2 и максимальное значение 1ВЫХ2,
соответствующее скорости звука в выходном сечении трубопро-
вода, будет Х;ых2 = 1. После этого по рис. 7.23 в зависимости
от Хвых2 и L2 находят Хвх2. В этом случае давление среды в выход-
ном сечении трубопровода будет
Р2к — (Р2к Ч- 0,1) ХВЫх гАвых 2 — 0,1 (7.66)
и при определении ртах2 по уравнению (7.65) подставляют зна-
чения р2к и ZBbIx2.
При р' = (ргаах2 + 0,1)/(рх + 0,1) > р* следует проверить
выбранный клапан, определив q и т при Р' и Ртах2- Если полу-
ченное расчетное значение та, то клапан с данным трубо-
проводом обеспечивает заданный аварийный расход. В противном
случае следует уменьшить сопротивление трубопровода, увели-
чив диаметр dTp2 или уменьшив длину и местные сопротивления
трубопровода, и снова рассчитать потери давления в нем.
Приведенные коэффициенты сопротивления трубопроводов £тр1
и Стрг складываются из коэффициента трения £тр и коэффициен-
тов местного сопротивления £, формулы для определения которых
приведены в табл. 7.25.
7.8. ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА
ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫХ МЕМБРАН
Для обеспечения разрушения мембраны при заданном давле-
нии срабатывания необходимо определить толщину металлопро-
ката, из которого будет изготовлена мембрана, а также другие
ее геометрические размеры.
При расчете мембраны (РТМ 6-28-009—82) на заданное давле-
ние срабатывания исходными данными являются рабочий диа-
метр мембраны (диаметр в свету) d, рабочая температура в месте
установки мембраны t, состав технологической среды в защищае-
мом аппарате, а также материал мембраны, который выбирают
по табл. 7.26. Материал мембраны выбирают из условия его до-
статочной коррозионной стойкости в данной технологической
среде [8, 40 J.
Расчет разрывных мембран со сплошным куполом. Под мембра-
нами со сплошным куполом понимают устройства из тонколисто-
вого металлопроката, не имеющие на своей рабочей поверхности
прорезей, рисок и каких-либо других концентраторов напря-
жений.
Перед разрывом такая мембрана представляет собой сфериче-
скую оболочку с радиусом кривизны, мм
7? = 0,25d ]/ —, (7.67)
г /1 +0,0165 — 1 v ’
Т а б л и ц а 7.26
РЕКОМЕНДУЕМЫЙ МЕТАЛЛОПРОКАТ
ДЛЯ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫХ МЕМБРАН [40]
Наименование и марка материала, ГОСТ Состоя- ние ма- териала Размеры металлопроката, мм Механические свойства
Ширина Толщина ов, МПа С„ %
Сталь нержавеющая марок 08Х18Н10Т, 12Х18Н10Т, 12Х18Н9Т, 12Х18Н9, 0Х18Н10 по ГОСТ 4986—79* Мягкий 400 0,05; 0,08; 0,1; 0,12 540 35—40
Полу- нагар- тован- ный 0,15; 0,2;' 0,25; 0,3 800—900 15—20
Нагар- тован- ный 0,35; 0,4; 0,45 1000 5
400—600 0,5; 0,55; 0,6; 0,65; 0,7; 0,75; 0,8; 0,9; 1,0
Наименование и марка материала, ГОСТ Состоя- ние ма- териала Размеры металлопроката, мм Механические свойства
Ширина Толщина ав, МПа в6, %
Никель марок НП1, НП2, НПЗ, НП4 по ГОСТ 2170—73* Мягкий 175 0,05; 0,055; 0,06 400 35
Полу- твердый 0,07; 0,08; 0,09; 0,1 450 10
Твер- дый 0,12; 0,13; 0,15; 0,18; 0,2; 0,22; 0,25; 0,3 550 2
200 0,35; 0,4; 0,45
300 0,5; 0,55; 0,6; 0,65; 0,7; 0,75; 0,8; 0,9; 1,0
Монель-металл НМЖМц28-2,5-1,5 по ГОСТ 5187—70* Мягкий 175 0,1; 0,12; 0,15 450 25
Полу- твердый 250 0,18; 0,2; 0,22; 0,25 580 4—1,5
300 0,3; 0,35; 0,4; 0,45; 0,5; 0,55; 0,6; 0,65; 0,7; 0,75; 0,8; 0,85; 0,9; 1,0
Бронза бериллиевая БрБ2 по ГОСТ 1789—70* Мягкий 100 0,02—0,1 400—600 20—30
Твер- дый 250 0,11; 0,12; 0,13; 0,14; 0,15; 0,16; 0,18; 0,2; 0,22; 0,23; 0,25; 0,28; 0,3; 0,32; 0,35; 0,4; 0,45 600—900 2—3
300 0,5; 0,55; 0,6; 0,65; 0,7; 0,75; 0,8; 0,85; 0,9; 1,0
Наименование и марка материала. ГОСТ Состоя- ние ма- териала Размеры металлопроката, мм Механические свойства
Ширина Толщина ов, МПа с., %
Латунь марок Л90, Л85, Л80, Л68, Л63 Мягкий 175 0,05; 0,06; 0,07; 0,08; 0,09 240—420 35—42
Полу- твердый 300 0,1; 0,12; 0,14; 0,15; 0,16 300—480 10—20
Твер- дый 0,17; 0,18; 0,2; 0,22 380—550 10—3
Особо твердый 250— 600 0,25; 0,3; 0,35; 0,4; 0,45; 0,5; 0,55; 0,6; 0,65; 0,7; 0,75; 0,8; 0,85; 0,9; 1,0 530 —
Алюминий марок АО, А5, Аб, А7, АДО, АД, АД1 по ГОСТ 618—73* Мягкий 600 0,005—0,012 30—40 20—25
Твер- дый 960 0,014; 0,016; 0,018; 0;02; 0,025; 0,03; 0,035; 0,04; 0,045; 0,05; 0,06; 0,07; 0,08; 0,1; 0,12; 0,15; 0,18; 0,2 100—120 2—3
Алюминий марок АО, А5, Аб, А7, АДО, АД1 по ГОСТ 21631—76* Мягкий 1000Х Х2000 (лист) 0,5; 0,6; 0,7 60 20—28
Алюминий марок АДО, АД1, АМц, АМцС, АВ, АМг2 по ГОСТ 21631—76* Мягкий 1000Х Х2000 (лист) 0,7; 0,8; 0,9; 1,0; 1,2; 1,5; 1,6; 1,8; 1,9; 2,0 90 16—25
Алюминий марок АДОО, АДО, АД, АД1, АО, А, А5, Аб, А7 по ГОСТ 13726—78* Мягкий 300—1000 0,25; 0,3; 0,4 60 20—25
Твер- дый 0,5; 0,6; 0,7; 0,8 150 3—4
8 Смирнов Г. Г. и др.
225
Наименование и марка материала, ГОСТ Состоя- ние ма- териала Размеры металлопроката, мм Механические свойства
Ширина Толщина ав. МПа С., %
Медь марок Ml, М2, М3 по ГОСТ 1173—77* Мягкий 175—300 0,05; 0,06; 0,07; 0,08; 0,09; 0,1; 0,12; 0,14; 0,15; 0,16; 0,18; 0,2; 0,22; 0,25 200 30
Твер- дый До 600 0,28; 0,3; 0,35; 0,4; 0,45; 0,5; 0,55; 0,6; 0,65; 0,7; 0,75; 0,8; 0,85; 0,9; 1,0; 1,05; 1,1; 1,2; 1,3; 1,4; 1,5 300 3
где d — рабочий диаметр мембраны (диаметр в свету), мм; 66 —
относительное удлинение при разрыве материала мембраны, %
(см. табл. 7.26).
Толщину металлопроката, из которого изготовляют мембрану,
вычисляют по формуле
So = 0,5pMKt^t (7-68)
где Kt — температурный коэффициент, определяемый по рис. 7.24;
ов — временное сопротивление при одноосном растяжении мате-
риала мембраны, МПа (см. табл. 7.26).
Расчет разрывной мембраны с прорезями
заключается в определении толщины заготовки, выборе размеров
Рис. 7.24. Температурный коэффициент Kt для различных материалов: а —: при
положительных температурах; б — при отрицательных температурах;
/ — свинец; 2 — алюминий по ГОСТ 11069—74*; 3 — нержавеющая сталь по
ГОСТ 5632—72*; 4 — титан по АМТУ 461—60; 5 — углеродистая сталь по ГОСТ 380—71*;
6 — медь по ГОСТ 859—78*; 7 — никель по ГОСТ 849—70*; 8 — монель-металл по
ГОСТ 492—73*
Рис. 7.25. Расчетная схема сфериче-
ской мембраны с прорезями:
1 — мембрана; 2 — герметизирующая под-
ложка
и числа прорезей на мембране,
определении диаметра окружно-
стей расположения централь-
ных и периферийных отверстий
по концам прорезей и опреде-
лении толщины герметизирую-
щей оболочки. Расчетная схема
сферической мембраны с проре-
зями приведена на рис. 7.25.
Мембрана 1 непосредственно
с технологической средой не
контактирует, поэтому к кор-
розионной стойкости материала
особых требований не предъяв-
ляют. Такой материал должен
характеристики (ав, 6Б) и обладать коррозионной стойкостью в
атмосфере помещения цеха или наружного воздуха.
Стандартную толщину So заготовки для мембран с прорезями
выбирают из сортамента проката в соответствии с условием
Л So (ndj — ndo)/(O,15«di — ndo) S3 >
Л50 (ndi — ndtj)/(0,6:n.di —- ndo), (7.69)
где So — толщина заготовки, рассчитанная для заданных исход-
ных условий по формуле (7.68); Л — коэффициент, получаемый
экспериментально, учитывающий влияние концентрации напря-
жений в материале мембраны, ослабленной прорезями на ее
рабочей поверхности; рекомендуется принимать А = 1,664-2,0
[9]; остальные обозначения приведены на рис. 7.25.
Число прорезей в мембране обычно принимают п = 6, реже
п = 4 или п = 8.
Размеры прорезей выбирают по конструктивным соображе-
ниям, соблюдая следующие соотношения:
мм; мм при d<175 мм;
2 < d0 5 мм; а < 2 мм при d > 1,75 мм.
При этом необходимо, чтобы а < d0.
Диаметр dt окружности расположения периферийных отвер-
стий, ограничивающих прорези, определяют по формуле
4 « d — (24-4) d0.
(7.70)
При срабатывании мембраны с прорезями разрушение проис-
ходит по перемычкам между отверстиями, расположенными в ее
центральной части. Ширина перемычки b при принятом числе
прорезей п и диаметре отверстий d0 определяется диаметром с?2
окружности, по которой они расположены. Диаметр^ рассчиты-
вают из условия требуемого давления срабатывания мембраны
по формуле
, _ nd0 , (di — nd0/jt) j / 1 + 0,01бв г? 7П
2 л + 8AK,obS5 Г / 1 +0,0166 — 1 ' ‘
Чтобы герметизирующая оболочка 2 (рис. 7.25) не оказывала
существенного влияния на давление срабатывания мембраны
с прорезями, ее толщину Sx (мм) выбирают из следующих соотно-
шений:
для пленки из полиэтилена
7 < Sx < diO 8;
для пленки из фторопласта
рх dplO-7 < Si < 0,75р! ЛО’8;
для фольги из алюминия
о,5рх адо-7 < sx < о,25р! аю-®;
для фольги из свинца
о,125рх аою-® < Si < o,75pi акт8.
(7.72)
(7.73)
(7.74)
(7.75)
Материал герметизирующей подложки для мембран с проре-
зями выбирают в зависимости от коррозионности среды, темпе-
ратуры и давления в месте установки. Кроме того, материал под-
ложки должен иметь относительное удлинение 66 не ниже, чем
материал мембраны с прорезями. Рекомендуемые материалы для
герметизирующих подложек с учетом максимальных рабочих
температур и давлений приведены в табл. 7.27.
Для защиты аппаратов, работающих под вакуумом, применяют
мембранные предохранительные устройства,
содержащие вакуумную опору (см. рис. 7.8).
Форма вакуумной опоры должна точно соответствовать
форме мембраны. Зазор между опорой и мембраной в рабочем
положении не должен превышать толщины мембраны. Сфериче-
скую поверхность вакуумной опоры перфорируют сверлением
отверстий для обеспечения максимальной пропускной способности
мембранного устройства. Диаметр отверстий зависит от диаметра
мембраны и составляет 5—10 мм. Отверстия необходимо распо-
лагать равномерно, в шахматном порядке; ширина перемычки
между отверстиями должна быть не меньше толщины S* заготовки
опоры. Суммарную площадь всех отверстий обычно принимают
равной 55—60 % площади мембраны, что следует учитывать при
расчете пропускной способности ПУ и соответственно увеличивать
рабочий диаметр мембраны.
Таблица 7.27
РЕКОМЕНДУЕМЫЕ МАРКИ И СОРТАМЕНТ МАТЕРИАЛОВ
ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГЕРМЕТИЗИРУЮЩЕЙ ПОДЛОЖКИ [40]
Наименование материала Сортамент Условия применения
Толщина, мм Ширина, мм Давле- ние, МПа Темпе- ратура, °C
Пленка из полиэтилена марок А и Б по ГОСТ 16338—85* Е, сортамент по ГОСТ 10354—82* Пленки из фторопласта: 0,03—0,2 600 0,6—1,0 До 60
марки Ф-4ЭО по ГОСТ 10007—80* Е 0,02—0,1 90 До 0,6 До 200
марки Ф-4ЭН по ГОСТ 10007-80* Е 0,02—0,15 90 До 0,6 До 200
марки Ф-4 конденсаторная по ГОСТ 10007—80* Е 0,005—0,04 120 До 0,6 До 200
марки Ф-4МБ по ТУ 6-05-1447—71, сорта- мент по ТУ П-238—70 0,03; 0,04; 0,05 100 До 0,6 До 150
марки Ф-4МБ по ТУ 6-05-1447—71, сорта- мент по ТУ П-301—71 0,03; 0,05; 0,07 150 До 0,6 До 150
марки Ф-4МБ по ТУ 6-05-1447—71, сорта- мент по ТУ П-299—71 0,1 950 0,6—1,0 До 150
марки Ф-4МБ2 по ТУ 6-05-041-344—72, сор- тамент по ТУ 6-05-041-359—72 0,01; 0,015; 0,02; 0,03 90; 140; 180; 240 До 0,6 До 150
марки Ф-ЗМ по ТУ 308-71, сортамент по ТУ 6-05-041-353—72 Фольга из алюминия: 0,05—0,12 150—550 0,6—1,0 До 120
марок АД1М, АДМ, АДОМ по ГОСТ 4784—74*. сорта- мент по ГОСТ 618—73* 0,005—0,011 10—100 До 0,6 До 350
марок АОМ, А5М, А6М, А7М по ГОСТ 11069—74*, сортамент по ГОСТ 618—73* 0,012; 0,014; 0,016; 0,018; 0,02; 0,025; 0,03; 0,035; 0,04; 0,045; 0,05; 0,06; 0,07; 0,08 10—960 0,6—1,0 До 350
марок АОМ, А5М, А6М, А7М по ГОСТ 11069—74*, сортамент по ГОСТ 618—73* 0,1; 0,15; 0,18; 0,2 20—960 1,0—1,6 До 350
Фольга из свинца листовая, плакированная оловом, и оло- вянная по ГОСТ 3778—79* Е, ГОСТ 1089—82* Е и ГОСТ 860—75*; сортамент по ГОСТ 18394—73* 0,015, 0,02; 0,025; 0,03; 0,035; 0,04; 0,045; 0,05; 0,06; 0,07; 0,08; 0,09; 0,15; 0,21 70—450 0,6—1,0 До 150
Толщину заготовки для вакуумной опоры рассчитывают по
формуле, мм
S* = 5d£-°-5, (7.76)
где d — условный рабочий диаметр мембраны, мм; Е — модуль
упругости материала опоры, МПа.
Расчет хлопающих мембран. Из различных конструкций хло-
пающих мембран основное применение в промышленности нашли
мембраны, разрезаемые ножом при срабатывании. Расчет таких
хлопающих мембран сводится к определению толщины So заго-
товки и высоты Н купола мембраны по заданным значениям дав-
ления срабатывания рг и рабочего диаметра d (см. рис. 7.4, б).
При практических расчетах высотой купола предварительно за-
даются (Я = 0,2d) и определяют толщину проката по следующим
формулам:
для мембран, теряющих устойчивость в области упругих
деформаций,
So = 0,85d /МОГ; (7-77)
для мембран, теряющих устойчивость в области упругопласти-
ческих деформаций,
So - 0,85dpx/(/<2£), (7.78)
где Ki, Кг — опытные коэффициенты; Е — модуль упругости
материала мембраны.
Потеря устойчивости хлопающих мембран в области упругих
деформаций происходит при условии
PiKW/KJE. (7.79)
В случае, если условие (7.79) выполняется, следует пользо-
ваться формулой (7.77), а если не выполняется, — формулой
(7.78).
Значения опытных коэффициентов Кх и Кг, а также модуль
упругости для некоторых материалов, рекомендуемых для изго-
товления хлопающих мембран, приведены в табл. 7.28. В этой
же таблице указана предельно допустимая рабочая температура
для мембран из различных материалов.
Толщину проката So, полученную по формуле (7.77) или
(7.78), округляют до ближайшего большего значения по
табл. 7.26. Ошибку, связанную с округлением So, можно пол-
ностью компенсировать путем изменения высоты купола И при
изготовлении мембраны.
Хлопающая мембрана при срабатывании должна не только
потерять устойчивость и вывернуться в обратную сторону, но и
разрезаться на ножах. Существуют предельно низкие давления
срабатывания хлопающих мембран, ниже которых энергии хлопка
не хватает на то, чтобы мембрану разрезать. В частности, для
мембран, изготовленных из проката (см. табл. 7.26) свободной
230
Таблица 7.28
ЗНАЧЕНИЯ ОПЫТНЫХ КОЭФФИЦИЕНТОВ ДЛЯ РАСЧЕТА
ХЛОПАЮЩИХ МЕМБРАН ИЗ РАЗЛИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ [40]
Материал мембраны Тип уплотнения мембраны К. К,-10’ Е-10-», МПа Максимальная рабочая температура, °C
Алюминий Плоский Конический 0,30 0,40 1,4 1,6 0,7 До 100
Никель Плоский Конический 0,40 0,48 — 2,1 До 300
Нержавеющая Плоский 0,40 .— 2,1 До 450
сталь Конический 0,45 —
вытяжкой заготовки при уплотнении ее по плоской поверхности
и предназначенных для разрезания зубчатым ножом (см.
рис. 7.4, б), предельно низкие давления срабатывания составляют
0,02 МПа для алюминиевых, 0,03 МПа для никелевых и 0,08 МПа
для стальных мембран [9].
Расчет отрывных мембран. Отрывные (колпачковые) мембраны
(см. рис. 7.4, д) рассчитывают из условия, что на колпачок в мо-
мент срабатывания действует сила Р = 0,25л d2p1 и отрыв его
произойдет, когда в ослабленном сечении F — 0,25л (df — d2)
возникнут растягивающие напряжения, равные напряжению ав
материала, из которого изготовлен колпачок. Заданное давление
срабатывания таких мембран устанавливают, варьируя диаметр dlt
определяемый по формуле
A = d/1 Ч-рх/Ов. (7.80)
Расчет других мембран. Ломающиеся, срезные и
специальные предохранительные мембраны применяют
редко. Их расчет приведен в работе [9].
Динамический расчет мембран. Динамический расчет проводят
в целях определения времени полного раскрытия сбросного от-
верстия и изменения давления срабатывания мембран, обуслов-
ленного динамикой роста давления. Время полного раскрытия
сбросного отверстия необходимо для оценки допустимого повыше-
ния давления в аппарате. Время полного раскрытия сбросного
отверстия определяют по формуле [40], с
т = К /я dpS0/pi, (7.81)
где d — рабочий диаметр мембраны, мм; р — плотность материала
мембраны, кг/м3; So — толщина металлопроката, из которого
изготовлена мембрана, мм; рг — требуемое давление срабатыва-
ния мембраны, Па; /( — коэффициент; для разрывных мембран
со сплошным куполом К = 0,75; для разрывных мембран с про-
резями К = 0,5; для хлопающих мембран К = 1,65.
Расчеты и экспериментальные исследования показывают, что
время полного раскрытия сбросного отверстия т мало и состав-
ляет доли секунды.
Экспериментально установлено существенное различие поведе-
ния материала мембраны при статическом и динамическом нагру-
жении. Отмечено [9], что при большой скорости нагружения по-
вышаются механические свойства материала ов и от. При относи-
тельно быстром нагружении плоской мембраны к моменту ее
разрушения температура мембраны может повыситься на не-
сколько десятков градусов вследствие перехода в тепловую энер-
гию работы на деформацию металла и практически отсутствия
теплоотвода за малый промежуток времени срабатывания.
Влияние нагрева материала мембраны на давление срабатыва-
ния показано на рис. 7.24. Таким образом, при динамическом на-
гружении мембраны влияние различных факторов неоднозначно.
Имеющиеся в литературе [8] некоторые экспериментальные дан-
ные по этому вопросу носят частный характер. Однако для боль-
шинства практических случаев, когда скорость роста давления
в аппарате не превышает 100 МПа/с, динамическое давление сра-
батывания мембран рдин рекомендуется определять по формуле,
Па
Рдин = Pi + « (dp/di), (7.82)
где dp/dr — скорость роста давления в аппарате в момент начала
срабатывания мембраны, Па/с; п — коэффициент пропорцио-
нальности, 0,003 < п < 0,005.
7.9. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА И ВЫБОРА
ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ
При расчете предохранительных устройств (ПУ) может стоять
одна из двух задач:
1) рассчитать размеры ПУ для заданных условий работы,
выбрать его по каталогу, стандарту или другой документации;
2) рассчитать пропускную способность ПУ заданного типо-
размера и определить его пригодность для работы в заданных
условиях.
Порядок расчета при определении размеров и выборе предо-
хранительного устройства следующий.
1. Определить характер и величину аварийного расхода в со-
ответствии с п. 7.1.
2. Определить допускаемое превышение давления в аппарате
при работе ПУ в соответствии с п. 7.2.
3. Определить характеристику среды перед и за ПУ в соот-
ветствии с п. 7.6.
4. Рассчитать характеристики размера ПУ: (aF)H, (Fa)R или
(Лу)в в соответствии с п. 7.6.
5. Выбрать тип ПУ в соответствии с п. 7.4.
6. Выбрать ПУ по каталогу, стандарту или чертежам с гаран-
тированными значениями a, Fe или Лу так, чтобы рассчетные
значения отвечали условиям:
(aF)B ctF; (Fэ)в F8; (Ду)в Ку', Ру^- Pr-
Порядок расчета при определении пропускной способности за-
данного ПУ следующий.
1. Определить характер и величину аварийного расхода в со-
ответствии с п. 7.1.
2. Определить допускаемое превышение давления в аппарате
при работе ПУ в соответствии с п. 7.2.
3. Определить характеристику среды перед и за ПУ в соответ-
ствии с п. 7.6.
4. Рассчитать пропускную способность предохранительного
устройства в соответствии с п. 7.6.
5. Сопоставить расчетную пропускную способность тв с ава-
рийным расходом т&. Устройство пригодно для заданных усло-
вий работы, когда mR та.
Ниже приведены примеры расчета и выбора предохранитель-
ных устройств.
Пример 1. Рассчитать и выбрать ПУ для защиты аппарата,
в который поршневой компрессор подает воздух в количестве
тк = 7200 кг/ч. Избыточное рабочее давление в аппарате рр =
= 0,8 МПа, температура Тр = 420 К. Воздух из ПУ сбрасы-
вается в атмосферу.
Максимальный аварийный приток воздуха может появиться при ошибочном
перекрытии запорного вентиля за аппаратом. В этом случае та = тк =
= 7200 кг/ч.
Максимально допустимое давление в аппарате при срабатывании ПУ, со-
гласно Правилам Госгортехнадзора СССР, составляет (см. п. 7.2)
Рг = 1,15рр = 1,15-0,8 = 0,92 МПа.
Давление сброса р2 = 0; молярная масса воздуха М — 28,96 кг/кмоль;
показатель изоэнтропы при нормальных условиях kB = 1,4; параметры крити-
ческой точки: рКр. т — 3,77 МПа; Ткр. т = 132,5 К (см. табл. 7.4).
Температура воздуха при давлении ръ согласно (7.34),
7\ = 420 [(0,92 -I- 0,1)/(0,8 + 0,1)](1'4-1>/1’4 = 435 К.
Приведенные параметры, согласно формулам (7.33):
= (0,92 + 0,1)/3,77 = 0,27; тх = 435/132,5 = 3,28.
Так как nj/Tj = 0,27/3,28 = 0,082 < 0,5, то, следовательно, kx = kE =
= 1,4; = feH = 1,4 и k = feH = 1,4.
Критическое отношение давлений (см. табл. 7.4) Р* = 0,528; коэффициент
сжимаемости при рх и Тг (см. табл. 7.22) Zj = 1,0.
Отношение давлений за и перед ПУ, согласно формуле (7.36),
₽ = (0 + 0,1)/(0,92 + 0,1) = 0,098,
что меньше значений ₽* — 0,528, найденного по формуле (7.16), и р*л = 0,3,
найденного по формуле (7.19). Следовательно, В2 = 1.
При k = 1,4 В3— 0,484 (см. рис. 7.18) и В] = 0,68 (см. рис. 7.15).
Тогда по (7.31) В2 = 0,68/j/T= 0,68.
В соответствии с формулой (7.26) при т — тл расчетная величина
7200
(«1Оя = ю.о,68-1 (0,92 + 0,1) = 1035 М“1'
В соответствии с рекомендациями п. 7.4 выбираем в качестве ПУ пружинный
полноподъемный предохранительный клапан с аг = 0,6 (см. табл. 7.23).
Площадь узкого сечения седла ПК
(Гс)д = (а^Уп/а^ = 1035/0,6 = 1727 мм».
Диаметр узкого сечения седла
(dc)H = /(Вс)д/0,785 = К1727/0,785 = 47,0 мм.
При выражении характеристики ПК через Kvi. согласно (7.27),
(Kvi)r = (aif)H/20 = 1035/20 = 51,7 м3/ч.
По каталогу [41 ], а также по табл. 7.5 и 7.8 выбираем клапан пружинный
полноподъемный фланцевый типа СППК4Р-16 (17с17нж) для неагрессивных сред
с температурой до 450 °C, имеющий следующие параметры: ру = 1,6 МПа ОРр=
= 0,8 МПа); dc — 50 мм [> (с1с)я — 47,0 мм[; — (а^д = 0,6; Kvi =
— 58,9 м3/ч [> (Kvi)r = 51,7 м3/ч[; пружина № 123 на давление открытия
Ря — 0,354-0,95 МПа (см. табл. 7.7); Dy = 100 мм; Оу1 = 125 мм.
Применение ПК с проходным сечением (а^д, большим расчетной вели-
чины («1В)д, вызовет снижение давления в защищаемом аппарате при полностью
открытом клапане. Это давление (в данном случае при р < Р‘л и В2 = q — 1)
находят по формуле
(Р1)д = (Pi + 0.1) («1^)в/(а1^)д — 0,1.
так как («1)н = («1)д, то в аппарате устанавливается давление
(₽1)д = (Р1 + °-1)(йс)я/(ас)д -°>! = (°’92 + О-1) 472/502 -0,1=0,805 МПа.
Если бы при тех же условиях было тк = 500 кг/ч, то
(“lF)R = 10-0,68-1 (0,92 + 0,1) = 7211 М“’:
(Ес)н = 72,1/0,6 = 121 мм»; (dc)/? = V 121/0,785 = 12,4 мм,
но так как по табл. 7.5 наименьший диаметр ПК dc = 30 мм, то при исполь-
зовании такого клапана проходное сечение по сравнению с расчетным было бы
завышено в (30/12,4)2 яз 6 раз, что неэкономично с точки зрения металлоемкости
ПК и неблагоприятно с точки зрения динамики его работы: при полном откры-
тии ПК давление в защищаемом аппарате резко упадет, вследствие чего клапан
начнет закрываться; при продолжении действия источника аварийного повышения
давления это приведет к повторным открытиям ПК, т. е. к вибрации золот-
ника и ударам его по седлу и ограничителю.
В данном случае целесообразнее применить специальный ПК в соответствии
с табл. 7.11, имеющий Fg = 95 мм2 > (а,Е)н = 72,1 мм2 при dc = 12 мм и
из 0,8. Тогда при открытом ПК в аппарате установится давление
(Р1)д = (0.92 + 0,1) 72,1/95 — 0,1 = 0,635 МПа.
Пример 2. Для ПК, работающего в условиях примера 1, про-
верить сопротивление подводящего и отводящего трубопроводов.
Расчет ведут в соответствии с п. 7.7.
Подводящий трубопровод имеет внутренний диаметр dTpl =
= Dy — 100 мм, длину = 2 м, один поворот на 90° радиусом 7? w 2dTpl.
По табл. 7.25 принимаем коэффициенты местных сопротивлений: при входе
из ресивера в трубопровод С2 = 0,5, при повороте на 90° радиусом Z? = 2dTp]
Eg = 0,15. Максимальный коэффициент трения по формуле табл. 7.25
Хтр = [1,14 1g (dTp !/А)Га = [1,14 1g (100/0,3)]’3 = 0,121.
Коэффициент сопротивления трению в трубе по формуле, приведенной
в табл. 7.25,
£тр = XTpL!/dTp 1 = 0,121 -2000/100 = 2,42.
Суммарный коэффициент сопротивления трубопровода
Стр 1 = Ст + С. + Стр = 0,5 + 0,15 + 2,42 = 3,07.
Приведенная длина подводящего трубопровода, согласно (7.55),
Li = 2-3,07-1,4/(1,4 + 1) = 3,58.
Скорость звука в подводящем трубопроводе [см. формулу (7.56) ]
и>зв 1 = К1,4-1-8314-435/28,96 = 132 м/с.
Скоростной коэффициент в выходном сечении трубопровода, согласно фор-
муле (7.57), составляет
т ______________________7200-1-8314-435_________________
Лвыхт 3600-0,785-1002-10-« (0,92 + 0,1) 10в-28,96-132 ’
Скоростной коэффициент во входном сечении трубопровода (см. рис. 7.23)
при L{ = 3,58 и Хвых1 = 0,236 составляет Хвх1 = 0,22.
Давление в аппарате при срабатывании ПУ с учетом сопротивления трубо-
провода, согласно формуле (7.59),
Pmaxi = (0,236/0,22) (0,92 + 0,1) —0,1 = 1,045 МПа.
Относительная потеря давления в подводящем трубопроводе [см. формулу
(7.60)1
АРтр1/(Р1 + 0,1) = (1,045 — 0,92)/(0,92 + 0,1) = 0,125 > 0,03,
т. е. находится выше допустимого предела. Для уменьшения сопротивления
трубопровода следует уменьшить его длину и местные сопротивления или увели-
чить диаметр и выполнить пересчет трубопровода. Расчет пропускной способности
клапана следует вести на давление перед открытым клапаном, равное вели-
чине Pi — ApTpv
Отводящий трубопровод имеет внутренний диаметр dTp2 =
= Dyi = 125 мм, длину L2 = 1,5 м, один поворот на 120° радиусом R « 3dTp2.
По табл. 7.25 принимаем коэффициенты местного сопротивления: при выходе
из камеры клапана в трубопровод (fj/fn « 2) Cj = 0,5 (1 — 0,5) = 0,25; при
повороте на 120° радиусом R — 3dTp2 fc2 = 0,12 (180 — 120J/90 = 0,08.
Максимальный коэффициент трения, согласно формуле в табл. 7.25, со-
ставляет
Хтр = [1,14 1g (125/0,3) Г’ = 0,114.
Коэффициент сопротивления трения в трубе (по формуле в табл. 7.25)
£тр = 0,114-1500/125 = 1,37.
Суммарный коэффициент сопротивления
?тр2 = 0,25 + 0,08 + 1,37 = 1,7.
Приведенная длина трубопровода, согласно формуле (7.61), при fe2K = kB =
= 1,4
Li = 2-1,7-1,4/(1,4 + 1)= 1,98.
Скорость звука в отводящем трубопроводе [см. (7.62) ] при z2K = z2 = 1
шзв 2 = К1.4-1-8314-362/28,96 = 121 м/с,
где температура воздуха за клапаном 7'2 найдена при Р < ₽* по формуле (7.44):
2
7, =435 1>4^1=362 К.
Скоростной коэффициент в выходном сечении трубопровода, согласно фор-
муле (7.63), составляет
7200-1-8314-362 _
Лвых2 - 3600-0,785-1252-IO"8 (0 + 0,1) 10«-28,96-121 — '
Принимаем в выходном сечении трубопровода 1*ых2 = 1 при скорости
воздуха, равной скорости звука.
Скоростной коэффициент на входе в трубопровод по рис. 7.23 при L'% = 1,98
и Чых2 = *ъых2 = 1 составляет Хвх2 = 0,47.
Давление в выходном сечении отводящего трубопровода при срабатывании
ПУ находят по формуле (7.66):
р»к = (0 + 0,1) 1,4/1 — 0,1 = 0,04 МПа.
Давление в начале отводящего трубопровода, согласно (7.65),
Ртах 2 = (Р?к + 0.1)*;ых 2/Чх 2“<М = (0.04 + 0,1) 1/0,47 - 0,1 =
= 0,198 МПа.
Отношение давлений
Р' =(0,198 + 0,1)/(0,92 + 0,1) =0,292 <р‘л =0,3 <₽* =0,528.
Следовательно, в клапане сохраняется максимальный расход воздуха и
клапан с принятым отводящим трубопроводом обеспечивает аварийный сброс
в количестве тй.
Пример 3. Рассчитать и выбрать ПУ для защиты аппарата
с рабочим давлением этилена рр — 2 МПа. Перед аппаратом уста-
новлен автоматический клапан —регулятор давления с D? =
— 25 мм. Перед клапаном давление (р1)а = 20 МПа. Этилен
сбрасывается через ПУ в емкость с давлением р2 = 1,3 МПа.
Температура в системе равна примерно 310 К-
Определяем максимальный аварийный расход этилена при полностью от-
крытом регулирующем клапане £>у = 25 мм. Истечение газа происходит от дав-
ления (рх)а = 20 МПа до давления, максимально допустимого в аппарате (см.
и. 7.2): (р2)а = 1,15рр= 1,15-2 = 2,3 МПа.
Характеристики этилена по табл. 7.4: М = 28,05 кг/кмоль; ркр т =
= 5,03 МПа; Ткр. т = 282,9 К.
При параметрах перед клапаном-регулятором (рх)а + 0,1 — 20,1 МПа и
Тх = 310 К находим: по табл. 7.22 (zx)a = 0,58; по рис. 7.20 (Ах)а ж 7,8.
При параметрах после клапана-регулятора при (р2)а = рх будет (р2)а +
+-0,1 = 2,3 + 0,1 = 2,4 МПа. Тогда при (р2)а +0,1 = 2,4 МПа и Т1 =
= 310 К находим по рис. 7.20 (fe2)a = 1.2-
Тогда (Л)а = 0,5 [(^)а + (Л2)а] = 0,5 (7,8 + 1,2) = 4,5.
По рис. 7.18 при (£)а = 4,5 находим критическое отношение давлений на
клапане-регуляторе
(Р‘)а = 0,272; (₽’л)а = 0,57 (₽*)а = 0,155.
При ₽а = Цр2)а + 0,11/[(рх)а + 0,1) = 2,4/20,1 = 0,12 < (₽кл)а = 0,155
принимаем (В2)а = 1-
По рис. 7.18 при (&)а = 4,5 находим значение (В3)а — 0,68.
По формуле (7.32) получаем
(В, (21=1))а = 5,46-0,68 (<28,05/310 » 1,11.
По формуле (7.31)
(В1)а = (В1 (Z1=l))a//^)’a = ЪИ/ГО» = 1,45.
Максимальный аварийный расход газа через регулирующий клапан с Dy —
= 25 мм при акл = 0,55, согласно формуле (7.26),
та = 10 (Bj}a (В2)а 1(Р1)а + 0,1] =
= 10-1,45• 1-0,55-0,785-252 (20 + 0,1) = 79 000 кг/ч.
Определяем необходимые размеры предохранительного устройства.
Максимально допустимое давление в аппарате (см. п. 7.2)
Pi — (Ра)а = 1,15-2 = 2,3 МПа;
показатель изоэнтропы газа перед ПУ kx = (fe2)a = 1,2; по табл. 7.22 гх = 0,87.
При параметрах после ПУ р2 + 0,1 = 1,3 + 0,1 = 1,4 МПа и Т = 310 К
по рис. 7.20 находим k2— 1,21. Тогда k = 0,5 (kx + &2) = 1,205.
По рис. 7.18 при k = 1,205 имеем 0* = 0,55; 0*л = 0,570* = 0,315. Затем
находим 0 — (р2 + 0,1)/(р! + 0,1) = 1,4/(2,3 + 0,1) = 0,584 > 0* = 0,55 >
> Ркл = 0,315.
По формуле (7.20) при 0 = 0,584 и 0*л = 0,315 определяем В2:
п Г, ( 0,584 — 0,315 \2Т1/2
4 L1 ( 1 — 0,315 ) J ~°'92-
По рис. 7.15 для этилена при /j = 310 — 273 = 37 °C находим В ((Z1=1) =
= 0,75. По формуле (7.31) имеем
= 0,804.
В качестве ПУ выбираем пружинный полноподъемный предохранительный
клапан с = 0,6 (см. табл. 7.23).
Из формулы (7.26) при m = tn& = 79 000 кг/ч находим расчетную величину
. _ пга 79000
(«г )п - 10В1Й2 4-0,1) - Ю-0,804-0,92 (2,3 + 0,1) ~ 44&0 ММ '
Тогда
(Fс)н = (а^Уп/а.! = 4450/0,6 = 7400 мма;
(^с)к = K(Fc)h/0,785 = [<7400/0,785 = 97,2 мм-
Поскольку по каталогу [41 ], а также по табл. 7.5 на ближайшее большее
давление ру = 4,0 МПа нет клапанов более dc — 72 мм, выбираем три клапана
предохранительных пружинных полноподъемных фланцевых типа СППК4Р-40,
имеющих следующие параметры: ру = 4,0 МПа (> рр = 2,0 МПа); dc = 72 мм.
Для трех ПК ((V)B= 3-0,4-0,785-722 = 5750 мм2.
Давление в защищаемом аппарате при открытом ПК в данном случае (при
0 > 0*л и B2=q<z 1) находится по формуле
(₽1)д = (1-IW-P^ {(1 “х
х V [—-+(^(CTlf)R ]2 к1 - ₽-)s - ₽-]+(*+°’1)2 -
— (р2 + 0,1) 0* Д — 0,1 = 16,8 МПа.
Выбранный клапан по каталогу [41 ] имеет (а^кат = 0,4> а не 0,6, как это
было принято в расчете. Поэтому необходимо пересчитать величину (Fc)r для
одного клапана с учетом того, что («Окат — 0,4:
tP'X _ (Klf)R _ 4450 _ О71П ММ2.
(Fc)«- 3 0,4 3710 ММ’
(dc)R = V(fcW°’785 = У3710/0,785 = 68,7 мм.
Следовательно, выбранные три ПК с dc = 72 мм при срабатывании обеспе-
чивают сброс максимального аварийного расхода газа.
Таким образом, выбраны три клапана типа СППК4Р-40 (17с25нж) для
неагрессивных сред с температурой до 450 °C на условное давление ру — 4,0 МПа;
входной патрубок Dy = 150 мм; выходной патрубок Dyl — 200 мм; dc = 72 мм;
= 0,4; пружина № 301 на давление настройки рп = 2,2=2,8 МПа.
В данном случае следовало бы принять специальный клапан разгруженного
типа, поскольку противодавление р2 = 1,3 МПа больше допускаемого [41 ] в вы-
бранном клапане (р2)доп =0,1 рг = 0,1 • 2,3 = 0,23 МПа.
Примечание. В случае расчета аварийного расхода по коэффициенту
изоэнтропы идеального газа kB = 1,24, как это до сих пор принято во многих
документах, кроме международного стандарта ISO 4126, РД РТМ 26-12-48—83
[44] и [13], мы получили бы заниженные значения аварийного расхода и площади
сечения трех клапанов, при которых был бы выбран ПК с dc = 50 мм. В резуль-
тате этой неточности при выборе трех ПК с dc = 50 мм давление в аппарате пре-
высило бы допустимое Госгортехнадзором на величину (68.7/50)2 « 1,9, т. е. на
90 %, что недопустимо.
Проверим выбранные три ПК с dc (в) = 72 мм и = 0,4 по формуле Гос-
гортехнадзора. По табл. 7.24 при k = 1,24 и ₽ — 0,584 находим В = 0;718.
Давления: рх = 2,3 МПа; р2 = 1,3 МПа. Для одного ПК та = 79 000/3 =
= 26 330 кг/ч.
По формуле (7.35) находим плотность газа перед ПК
Рх = 10е (2,3 + 0,1) 28,05/(8314-0,87-310) = 29,6 кг/м3.
По формуле (7.52) при а = ах площадь расчетного сечения ПК
<ггтн) = 26 330 [5,03 0,4 0,718 /(2,3 — 1,3) 29,6 ]-1 = 3340 мм2.
Тогда расчетный диаметр ПК
(ГГТН) ~ (ГГТН)/0’785 = б5>5 мм < (в) = 72 мм>
что свидетельствует о том, что выбранные клапаны проходят по формуле Госгор-
технадзора, которая при k = kH для этилена дает заниженные значения диа-
метра ПУ.
Пример 4. Рассчитать и выбрать ПУ для защиты емкостного
аппарата диаметром D = 1,1 ми высотой Н — 2 м от возмож-
ного взрыва паровоздушной смеси метана. Начальное давление
в аппарате атмосферное, т. е. рр = 0. Температура Т = 300 К-
Расчетное давление аппарата на прочность pR = 0,06 МПа.
Определим аварийный расход горючей смеси.
Максимальная площадь поверхности фронта пламени при D < Н опреде-
ляется в соответствии с п. 7.1:
Гпл = лГ>2 = 3,14- 1,1я = 3,8 м2.
Объем аппарата
У= 0,25л£>2Я= 0,25-3,14-1,1я-2 = 1,91 м3.
Максимально допустимое давление в аппарате (см. п. 7.2)
Pi = Рп + 0,05 = 0,06 + 0,05 = 0,11 МПа.
Принимаем по табл. 7.1 коэффициент турбулизации фронта пламени Кт =
= 1,5, по табл. 7.3 — нормальную скорость распространения пламени «пл =
= 0,34 м/с и относительное давление е = 8,2. По табл. 7.4 для горючей смеси без
учета влияния температуры при взрыве принимаем, как для метана, kB — 1,3,
М = 16,04 кг/кмоль. По формуле (7.5) определяем скорость распространения
давления в аппарате при взрыве
dP/dt = 1,5-3,8-g + °'1)^34(8:2-l) / 0J1+0J у/М =
1>У1 \ V “f- и, 1 /
= 1,35-10® Па/с.
Максимальный аварийный расход горючей смеси по формуле (7.3)
та = ~ 1>35‘10’ ~ кг/с = 59 200 кг/4-
Температура продуктов сгорания может быть очень высокой, до 1600 К и выше.
Но для запаса в расчете принимают наиболее неблагоприятный случай аварий-
ного расхода и истечения среды через ПУ при температуре Тт = 7, = 300 К.
Определим проходное сечение ПУ. По табл. 7.4: рк„ т = 4,64 МПа; Тт т =
= 190,5 К. Тогда
"1 = (Pi + 0,1)/ркр. т = (0,11 + 0,1)/4,64 = 0,0452;
Т1 = 7г/7Кр. т = 300/190,5 = 1,58;
Я1/тх = 0,0452/1,58 = 0,0285 < 0,5;
следовательно, Ах = Лн; k2 = kn, k = kH = 1,3.
По рис. 7.16 при лх = 0,0452 и тх = 1,58 находим zx tv 1.
По табл. 7.4 при = 1,3 для метана 0* = 0,546. Определяем 0:
₽ = (Рг + 0,1)/(рх + 0,1) = (0 + 0,1)/(0,11 + 0,1) = 0,476.
Так как ₽ < ₽* (0,476 < 0,546), хотя р > ₽‘л = 0,57₽* = 0,31, прини-
маем (в сторону запаса) Bs = 1.
По рис. 7.15 при Tj = 300 К имеем (ll=ij = 0,57. По формуле (7.31)
получим Вх = 0,57/J^” 1 = 0,57.
В соответствии с формулой (7.26) при m — m&
59 200
(ахГ)л = 10.0 57<1 (0>11 + Ojl) = 49 500 мм*-
В качестве ПУ выбираем предохранительную мембрану с коэффициентом
расхода ах = 0,8 (см. табл. 7.23). Тогда
Гц = («1Лн/«1 — 49 500/0,8 = 62 000 мм2.
Принимаем две мембраны с расчетным диаметром
= /Fr/(2-0,785) = V62000/(2-0,785) = 199 мм.
По табл. 7.12 выбираем диаметр мембраны d — 200 мм.
Пример 5. Для условий примера 4 рассчитать предохранитель-
ную мембрану со сплошным куполом. Материал мембраны —
мягкая медь марки Ml; рх = 0,11 МПа; 7\ = 300 К; d = 200 мм.
Из рис. 7.24 следует, что при температуре 300 К для меди можно принять
Kt 0,57.
По табл. 7.26 для мягкой меди Ов = 200 МПа и 6Ь = 30 %. По (7.67) радиус
кривизны сферического купола мембраны
R =0,25-200 1/-1 +°’--' -------= 156 мм.
' К1+0,01-30—1
По формуле (7.68) определяем расчетную толщину металлопроката для изго-
товления мембраны
So = 0,5- 0,11 -156/(0,57- 200) = 0,0752 мм.
По табл. 7.26 принимаем ближайшую большую толщину проката SJ =
= 0,08 мм. Тогда давление, при котором произойдет разрыв мембраны,
= Pi5’/5 о = 0,11 -0,08/0,0752 = 0,117 МПа.
Пример 6. Рассчитать пропускную способность предохрани-
тельной мембраны диаметром d = 25 мм, аг = 0,8 и определить
ее пригодность для защиты от повышения давления вследствие
пожара вблизи аппарата, содержащего жидкий пропан при дав-
лении 0,7 МПа и температуре 20 °C. Диаметр аппарата D = 2 м,
длина L = 4 м. Аппарат без теплоизоляции и без специального
охлаждения.
Площадь наружной поверхности аппарата
Faa = nDL = 3,14-2-4= 25,12 м».
По формуле (7.2) максимальный аварийный расход жидкого пропана при
k = 25 Вт/(м®- К); tr = 700 °C; = 20 °C; г = 350-103 Дж/кг находим
лга = 25-25,12 (700 — 20)/(350- 10s) = 1,22 кг/с = 4400 кг/ч.
Определим пропускную способность мембраны при условиях: = 1,15 X
X 0,7 = 0,805 МПа; рй = 0; Т\ = 293 К- По табл. 7.4 для пропана ркр. т =
= 4,27 МПа; ТКр. т = 369,8 К; М = 44,09 кг/кмоль; kB = 1,14. Тогда
«1 = (Pi + 0,1)/ркр. т = (0,805 + 0.1)74,27 = 0,212;
Т1 = Гх/Ткр. т = 293/369,8 = 0,795;
«х/тх = 0,212/0,795 = 0,266 < 0,5.
Принимаем k = kH = 1,14. По табл. 7.4 имеем 0* = 0,576. По рис. 7.16
при Ях = 0,212 и Тх = 0,795 находим zr = 0,84. Вычисляем 0:
а _ Рг + 0» 1____0 -р- 0,1 _ .. „♦ _ л e7fi
₽~Pi + 0,l ~ 0,805 + 0,1 -О'П<Р -0,576.
Так как 0 < 0* и 0 < 0*л = 0,570* = 0,33, то принимаем В2 = 1.
По рис. 7.15 при 1=20 °C для пропана Bj = 0,93. По формуле
(7.31) Вг = 0.93/K6I84 = 1,01.
По формуле (7.26) находим
т = 10-1,01-1-0,8-0,785-25s (0,805 + 0,1) = 3570 < тй = 4400 кг/ч.
Следовательно, мембрана диаметром 25 мм не обеспечивает защиту аппарата
при заданных условиях.
7.10. ТРЕБОВАНИЯ К УСТАНОВКЕ И ЭКСПЛУАТАЦИИ
ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ
Для защиты аппаратов допускаются только такие ПУ, приме-
нение которых разрешено Госгортехнадзором СССР. Поставщик
должен представить заказчику вместе с ПУ паспорт (сертификат)
и инструкцию по эксплуатации.
Пружинные и рычажно-грузовые ПК должны иметь устрой-
ство для проверки исправности действия клапана в рабочем со-
стоянии путем принудительного открывания его во время работы
сосуда при давлении не менее 80 % от рабочего давления. Допу-
скается установка ПК без приспособления для принудительного
открывания, если последнее недопустимо по свойствам среды
(чрезвычайно вредная, взрывоопасная и т. д.) или по условиям
технологического процесса. В этом случае клапаны следует про-
верять периодически в сроки, установленные технологическим
регламентом, но не реже одного раза в 6 мес при условии исклю-
чения возможности примерзания, прикипания или забивки кла-
пана рабочей средой [38].
Массу груза и длину рычага рычажно-грузового ПК следует
выбирать так, чтобы груз находился на конце рычага. Отношение
плеч рычага не должно превышать 10 : 1. Если применяется груз
с подвеской, то их соединение должно быть неразъемным. Масса
груза не должна превышать 60 кг и должна указываться на по-
верхности груза.
Предохранительные клапаны, открывающиеся с помощью
электроэнергии, должны быть снабжены двумя независимыми друг
от друга источниками питания. Установка запорных устройств
на импульсных линиях не допускается.
Предохранительные устройства должны устанавливаться на
патрубках или трубопроводах, непосредственно присоединенных
к аппарату, в местах, доступных для их осмотра, по возможности
в вертикальном положении колпачком вверх.
При установке на одном патрубке (трубопроводе) нескольких
ПУ площадь поперечного сечения патрубка (трубопровода) должна
быть не менее 1,25 суммарной площади сечения патрубков ПУ,
установленных на нем. Отбор рабочей среды из патрубков и на
участках присоединительных трубопроводов от сосуда до ПУ не
допускается. Внутренний диаметр подводящего трубопровода
следует рассчитывать на максимальную пропускную способ-
ность ПУ.
Падение давления в трубопроводе при использовании ПК
прямого действия не должно превышать 3 % от давления на-
стройки ПК, но диаметр должен быть не менее максимального
внутреннего диаметра подводящего патрубка клапана.
В подводящих трубопроводах к ПУ допускается падение давле-
ния свыше 3 % при условии, что повышенное сопротивление не
приведет к снижению пропускной способности ПУ ниже заданных
значений.
Внутренний диаметр отводящего трубопровода должен быть
рассчитан так, чтобы при расходе, равном максимальной пропуск-
ной способности ПУ, противодавление в его выходном патрубке
не превышало максимально допустимого противодавления, но
диаметр не должен быть менее наибольшего внутреннего диаметра
выходного патрубка ПУ.
9 Смирнов Г. Г. и др.
241
В случае объединения сбросных трубопроводов от несколь-
ких ПУ, установленных на одном аппарате, сечение коллектора
должно быть не менее суммы сечений сбросных трубопроводов
от этих клапанов и давление в выходном патрубке не должно
превышать величину, установленную заводом-изготовителем.
При определении пропускной способности ПУ необходимо
учитывать гидравлическое сопротивление подводящих и отводя-
щих трубопроводов.
В трубопроводах ПУ должна быть обеспечена необходимая
компенсация температурных удлинений. Крепление корпуса ПК
и трубопроводов должно быть рассчитано с учетом статических
и динамических усилий, возникающих при срабатывании клапанов.
На подводящих и отводящих трубопроводах установка запор-
ных устройств не допускается.
Допускается установка между аппаратом и ПК трехходовых и
других устройств, исключающих возможность одновременного от-
ключения всех ПК. При отключении одного или нескольких ПК ос-
тальные должны обеспечивать необходимую пропускную способ-
ность. Если расчетное давление в аппарате равно или больше давле-
ния питающего его источника и в аппарате исключается возмож-
ность повышения давления от химической реакции или обогрева,
то установка на нем предохранительных клапанов не обязательна
при наличии их на источнике давления.
Предохранительные клапаны должны регулироваться на дав-
ление настройки. Следует учитывать, что клапаны типа СППК4
открываются полностью, если давление превышает давление
настройки на 10 %.
На аппаратах непрерывно действующих производств допу-
скается устанавливать рабочий и резервный ПК. Рабочий и ре-
зервный клапаны должны устанавливаться на отдельных присоеди-
нительных патрубках, иметь одинаковую пропускную способ-
ность и обеспечивать в отдельности полную защиту аппарата от
превышения давления. Допускается установка на аппараты рабо-
чих и резервных клапанов с использованием переключающего
устройства при условии, что в любом положении переключающего
устройства с аппаратом будут соединены оба или один ПК-
Для уменьшения случаев выброса через рабочие ПК в атмо-
сферу аппараты, содержащие взрывоопасные газы и вещества,
отнесенные к 1-му и 2-му классам опасности по ГОСТ 12.1.007—76*,
должны иметь две системы ПК: рабочую — со сбросом в атмо-
сферу; контрольную — со сбросом в закрытую систему (на улав-
ливание или сжигание).
Давление начала открытия контрольных ПК должно быть
меньше давления начала открытия рабочих клапанов и не должно
превышать расчетное давление в аппарате.
Для аппаратов, работающих под давлением до 10 МПа в про-
изводствах нефтехимической и нефтеперерабатывающей промыш-
ленности, рекомендуются следующие значения давлений настрой-
ки рв ПК: для рабочих клапанов рн <: pR; для контрольных кла-
панов: при pR 6,0 МПа 0,9рн, но не менее чем на
0,15 МПа меньше pR; при рн >6,0 МПа рн < 0,89рн.
Рабочие и контрольные ПК в отдельности должны обеспечи-
вать полную защиту аппарата от превышения давления. Для от-
ключения контрольных клапанов на ремонт и ревизию допускается
установка запорной арматуры до и после этих клапанов.
Если источником повышения давления является быстроотклю-
чаемый агрегат (компрессор, насос, нагревательный элемент),
допускается вместо контрольных клапанов применять защитную
блокировку, отключающую источники давления при достижении
параметров, соответствующих началу открытия контрольных ПК.
Защитная блокировка не может быть использована в случае,
если источником повышения давления является неуправляемая
химическая реакция.
Применение контрольных ПК обязательно на аппаратах, пред-
назначенных для хранения сжиженных газов и жидкостей с тем-
пературой кипения менее 45 °C.
Предохранительные устройства должны устанавливаться с та-
ким расчетом, чтобы в первую очередь из аппаратов удалялась
парогазовая фаза. На вертикальных аппаратах ПУ устанавли-
ваются на верхних днищах или в местах наибольшего скопления
паров и газов. Исключение составляют аппараты колонного типа
с числом тарелок более 40. В таких аппаратах в целях исключения
значительной разности давлений между верхней и кубовой ча-
стями ПУ устанавливают в кубовой части аппарата. Размещение
ПУ в верхней части аппаратов колонного типа допускается при
условии регулирования их на давление настройки (клапана), опре-
деленное с учетом сопротивления внутренних устройств и воз-
можного увеличения сопротивления в процессе эксплуатации.
На горизонтальных цилиндрических аппаратах ПУ устанавли-
вают по длине верхней образующей.
Технологическая среда, сбрасываемая через ПУ, должна отво-
диться в безопасное место.
Сбросные трубопроводы, отводящие газ от ПУ, должны быть
защищены от замерзания и иметь устройство для непрерывного
отвода конденсата, а при сбросе в атмосферу — защиту от попа-
дания в них атмосферных осадков. В наиболее низкой точке сброс-
ного трубопровода должно быть предусмотрено дренажное уст-
ройство для спуска накопившейся жидкости. Если при срабаты-
вании ПУ вместе с газом возможен унос жидкости, то подводящий
трубопровод должен иметь уклон в сторону защищаемого объекта,
а на сбросном трубопроводе должен быть предусмотрен сепаратор
(отбойник). В этом случае сбросный трубопровод должен прокла-
дываться с уклоном не менее 0,002.
Пары и газы, направляемые от ПУ в факельную систему, долж-
ны иметь температуру не более 200 °C, а температура газа на
входе в газгольдер не должна превышать 60 °C.
Таблица 7.29
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОТВОДУ СБРОСОВ
ОТ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ
Отводимое вещество Сброс
от рабочего клапана от контрольного клапана
Вода — чистая или за- грязненная углеводоро- дами В промышленную кана- лизацию Не требуется
Вода, содержащая про- чие вредные химические вещества В химически загрязнен- ную канализацию » »
Воздух, водяной пар, инертный газ В атмосферу через стояк » »
Газ с объемным содер- жанием водорода 60 % и выше В атмосферу в безопас- ное место » »
Углеводородные пары и газы (при установке двух систем клапанов) То же В закрытую систему на улавливание или сжига- ние в факеле
Жидкие углеводородные продукты В дренажную емкость с отводом паров из нее через конденсатор в ат- мосферу Не требуется
Углеводородные газы и Через сепаратор (отбой- В закрытую систему на
пары ПВЖ с темпера- ник) и стояк в атмо- улавливание или сжита-
турой кипения до 45 °C (на складах хранения) сферу ние в факеле
Сероводород (при уста- Через сепаратор погло- На установку сероочист-
новке двух систем кла- панов) щения в атмосферу ки или на сжигание в фа- келе
Аммиак в газовой фазе Жидкие углеводороды в смеси с фенолом, крезо- лом, фурфуролом: Через стояк в атмосфе- ру х* Не требуется
при t 100 °C В емкость. Из емкости пары выводят через сто- як в атмосферу » »
при t > 100 °C В емкость. Из емкости пары после охлаждения выводят через стояк в ат- мосферу
** Сброс аммиака в атмосферу допускается только при соответствующих обоснованиях.
В остальных случаях следует предусматривать систему его поглощения.
Газы, содержащие более 8 % сероводорода, должны отводиться
для сжигания в факел по специальному трубопроводу. Рекомен-
дации по отводу сбросов от рабочих и контрольных ПК приведены
в табл. 7.29.
Предохранительные клапаны и сбросные трубопроводы должны
быть закреплены так, чтобы ими надежно воспринимались силы
реакции от массы газа или пара, вытекающего с большой скоростью
244
при быстром открытии предохранительного устройства. Недоучет
при проектировании клапанов и опорных конструкций больших
реактивных сил, воздействующих на корпус клапана и сбросные
трубопроводы, может привести к изгибу отводящих трубопроводов
во время срабатывания ПУ, отрыву клапанов и трубопроводов
и возникновению аварийной ситуации.
Для уменьшения усилий на опоры следует стремиться к уве-
личению сечения сбросных трубопроводов и исключению в них
поворотов.
Трубопроводы сброса среды из мембранных ПУ также должны
иметь надежные крепления, чтобы разгрузить ПУ от дополни-
тельных усилий — реактивных сил и весовых нагрузок. Присоеди-
нительные патрубки на аппарате должны иметь большую жест-
кость.
При расчете усилий, действующих на корпус ПК и опоры отво-
дящих трубопроводов, должны учитываться реактивные силы от
сбрасываемой среды.
Предохранительные клапаны перед установкой на аппарат
должны быть отрегулированы на давление настройки и проверены
на плотность затвора и разъемных соединений.
Установленные на аппараты ПК в зависимости от применяемой
среды должны проходить ревизию в следующие сроки:
1) на технологических аппаратах со сжатым воздухом, инерт-
ным газом, водяным паром независимо от их температуры, а также
на аппаратах с неагрессивными, незагрязненными и неполимери-
зующимися средами при температуре до 250 °C— не реже одного
раза в 12 мес.;
2) на технологических аппаратах с неагрессивными, незагряз-
ненными и неполимеризующимися средами при температуре выше
250 °C — не реже одного раза в 6 мес.;
3) на технологических аппаратах с агрессивными, загрязнен-
ными и полимеризующимися средами, сжиженными газами, а
также на аппаратах с температурой процесса более 250 С°, при ко-
торой возможно коксование продукта, — не реже одного раза
в 3 мес.;
4) на складских емкостях сжиженных газов — не реже одного
раза в 4 мес.
Изменение сроков ревизии ПК допускается по разрешению
руководителя предприятия, их эксплуатирующего, на срок не
более трех месяцев при условии предварительного обследования
этих клапанов специальной комиссией.
7.11. РАСЧЕТ СИЛ, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА КРЕПЛЕНИЯ
ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫХ КЛАПАНОВ И ТРУБОПРОВОДОВ
На узлы крепления и опоры предохранительных клапанов и
трубопроводов действуют силы: сила давления среды; реактивные
силы при стационарном течении, возникающие вследствие измене-
p2< w2
----------------R
Рис. 7.26. Схема предохранительного кла-
пана с отводящим трубопроводом
ния направления потока газа при
поворотах трубы и вследствие вы-
текания с большой скоростью мас-
сы газа из выходного сечения
сбросного трубопровода; сила
ударной волны при мгновенном от-
крытии клапана (здесь не рассмат-
ривается) и вес клапана и трубо-
проводов.
В соответствии с рис. 7.26
сила, обусловленная давлением
внутри трубы и изменением направления потока при установив-
шемся движении, действует на криволинейный участок трубы
(считается, что в месте изгиба трубы давление и скорость равны
таковым в выходном сечении трубы)
Р = ((Рз« + 0,1) 10«FTp 2 + та^вых 2] .
(7.83)
При скорости потока, равной скорости звука (wBbIx2 =
= ^зв2).
р = [(р2к + 0,1) ювлр2 + Лк(Лв + 0,1) lo^pj^-gp
(7-84)
где Лк (р2« + 0,1) 10 Fтр2 = tnaw3B2.
При повороте трубы на угол а = 90° формула (7.83) преобра-
зуется следующим образом:
Ло» = /2 [(р2н + 0,1) 106FTp 2 + mawBbIX 2], (7.85)
и формула (7.84) при = шаВ2 примет вид
Ло» == /2" (1 + Лк) (Рак + 0,1) 106Лр2- (7.86)
Сила реакции при установившемся истечении среды из выход-
ного сечения трубы
Р = (Ргк — Р2) ЮвЛр г + ташвых 2 — maw2. (7.87)
При выбрасывании газа в атмосферу р2 = 0 и оу2 = 0, тогда
Р = (Ргк — 0) 10eFTp 2 + шаювых 2. (7.88)
При ШВЫХ2 ~ ^вв2
R = р2к10вЛр а 4- Лк (Р2К + о,1) 106Лр 8. (7.89)
Горизонтальные Рх и Rx и вертикальные Pv и Rv составляю-
щие, действующие на коленья, выполненные под углом а — 90°,
Л = Л = Ло» /2"/2; Rx = 0; Rv = R. (7.90)
Полная вертикальная составляющая, действующая на опору
трубопровода, равна
V = R + Р„. (7.91)
В случае отсутствия опоры эта сила создает изгибающий момент
Mv — Vlv, действующий в месте закрепления входного патрубка
перед клапаном.
От горизонтальной составляющей Рх на присоединительный
патрубок действует изгибающий момент Мх — Рх1.
Учитывая динамическое действие реактивных сил при сраба-
тывании клапана или разрыве мембраны, вызывающих увеличен-
ную или колеблющуюся нагрузку, при расчете на прочность
вводят динамический коэффициент = 1,5, увеличивающий
расчетное усилие.
В формулах (7.83)—(7.91) давление — избыточное, в МПа,
площадь сечения трубы Гтр2 — в м2, длины lv и I — в м, сила —
в Н, расход среды т& — в кг/с, скорость — в м/с.
Уменьшения реактивных сил от вытекающего потока на конце
сбросного трубопровода можно достигнуть разветвлением выход-
ного конца (см. штриховые линии на рис. 7.26). В этом случае
силы реакции R в выходных сечениях уравновешиваются.
ГЛАВА 8
ГЕРМЕТИЗАЦИЯ АППАРАТОВ
8.1. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ
К ГЕРМЕТИЧНОСТИ АППАРАТОВ
Аппараты, содержащие взрывоопасные, пожароопасные и вред-
ные вещества, должны быть герметичны по отношению к внешней
среде. Основные характеристики взрыво- и пожароопасности
веществ приведены в табл. 6.1 и 6.7.
Согласно ГОСТ 12.1.007—76*, все вредные вещества в зависи-
мости от их действия на организм человека разделены на четыре
класса опасности.
1-й класс — вещества чрезвычайно опасные;
2-й класс — вещества высокоопасные;
3-й класс — вещества умеренно опасные;
4-й класс — вещества малоопасные.
Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воз-
духе рабочей зоны по классам опасности приведены в табл. 8.1 и
8.2. Для веществ, не указанных в табл. 8.1 и 8.2, классы опас-
ности устанавливают специализированные медицинские органи-
зации по показателям, предусмотренным в ГОСТ 12.1.007—76*.
Таблица 8.1
00 ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМЫЕ КОНЦЕНТРАЦИИ (ПДК) ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ В ВОЗДУХЕ РАБОЧЕЙ ЗОНЫ,
ГОСТ 12.1.005—76*
Вещество пдк» мг/м1 Класс опасности Вещество ПДК. мг/м8 Класс опасности
Акролеин 0,2 2 Метил изоцианат 0,05 1 з
Аллил хлористый 0,3 2 а-метилстирол 5,0
Альдегид изомасляный 5,0 3 Метил хлористый 5,0 2
» масляный 5,0 3 Метилэтилкетон 200,0 4
» пропионовый 5,0 3 Морфолин14 0,5 2
Амилацетат 100,0 4 Нафталин 20,0 4
Аммиак 20,0 4 Нитрил акриловой кислоты1* 0,5 2
Ангидрид борный 5,0 3 Нитроциклогексан 1,0 2
» масляный 1.0 2 Окись пропиленах* 1,0 2
» малеиновый 1,0 2 Окись углерода 20,0 4
» сернистый 10,0 3 » этилена 1.0 2
» серный 1,0 2 Пентафторбензол 5,0 3
» фталевый 1,0 2 Пентафторфенол 5,0 3
» фосфорный 1,0 2 Пентахлорацетон 0,5 2
Анилин -1* 0,1 2 Пиперидин ** 0,2 2
Ацетальдегид 5,0 3 Пипер ил ен 40,0 4
Ацетон Ацетонитрил 200,0 10,0 4 3 Пиридин Поливинилхлорид 5,0 6,0 2 3
Ацетофенон Бензин 5,0 300,0 3 4 Полипропилен (нестабилизированный) Полихлорпинен 10,0 0,2 3 2
Бензол 5,0 2 Полиэтилен низкого давления 10,0 3
Бензотрифторид 100,0 4 н-Пропиламин 200,0 4
Бром г* 1,0 2 Сероводород 10,0 2
Бромбензол Бутилацетат Бутилизоцианат 3,0 200,0 1,0 2 4 2 Сероуглерод Скипидар Спирты: 1,0 300,0 2 4
Бутиловый эфир акриловой кислоты 10,0 3 аллиловый 2,0 10,0 з
Винилацетат 10,0 3 амиловый з
Винилиденхлорид 50,0 4 бутиловый 10,0 3
2-винилпиридин !♦ 0,5 2 метиловый х* 5,0 з
Винил хлористый Гексахлорбензол 1# 30,0 0,9 4 2 пропиловый этиловый 10,0 1000,0 3 4
Гексахлорциклогексан ** Гидроперекись изопропилбензола Дивинил Диизопропиламин Диметиламин 4,4-диметилдиоксан-1,3 Диметилформамид Диметилэтаноламин Диоксан1* Ди-н-пропиламин 1,3-дихлорацетон Дихлорбензол 2,3-дихлорбутадиен-1,3 1,3-дихлорбутен-2 1,2-дихлорпропан Дихлорстирол Дихлорэтан х* Дициклопентадиен1* Диэтиламин Диэтилбензол Диэтиловый эфир Изобутилен » хлористый Изопрен Изопропилбензол (кумол) Керосин Кислоты: акриловая борная метакриловая пропионовая серная соляная терефталевая уксусная Ксилол _ Масла минеральные по ГОСТ 20799—75* ьэ Метилацетат (о Метил бромистый 0,1 1,0 100,0 5,0 1,0 3,0 10,0 5,0 10,0 2,0 0,05 20,0 0,1 1,0 10,0 50,0 10,0 1,0 30,0 10,0 300,0 100,0 0,3 40,0 50,0 300,0 5,0 10,0 10,0 2,0 1,0 5,0 0,1 5,0 50,0 5,0 100,0 1,0 1 2 4 2 2 3 2 3 3 3 1 4 2 2 3 4 2 2 4 3 4 4 2 4 4 4 3 3 3 4 2 2 1 3 3 3 4 1 Стирол Тетрабромэтан Тетрагидробензальдегид Тетрагидрофуран Тетрахлорэтан 1ш Т етраэтоксисилан Титан четыреххлористый (по НС1) Толуидин14 Толуилендиамин Толу илендиизоцианат Толуол Триметиламин Тринитротолуол 14 Трифторстирол Трифторхлорпропан х* Трихлорбензол Трихлорпропилен Трихлорсилан (по НС1) Трихлорэтилен Триэтиламин Триэтоксисилан Уайт-спирит Углеводороды алифатические предель- ные (Cj—Сю) Углерод четыреххлористый х* Фенол 14 Фенопласты Формальдегид Формальгликоль Формамид Фосген Фосфористый водород Фтористый водород Фторопласт-4 Фуран Фурфурол Хлор Хлора двуокись Хлорангидрид акриловой кислоты 5,0 1,0 0,5 100,0 5,0 20,0 1,0 3,0 2,0 0,05 50,0 5,0 1,0 5,0 1,0 10,0 3,0 1,0 10,0 10,0 1,0 300,0 300,0 20,0 0,3 6,0 0,5 50,0 3,0 0,5 0,1 0,5 10,0 0,5 10,0 1,0 0,1 0,3 3 2 2 4 3 4 2 3 3 2 3 2 2 3 2 3 3 2 3 3 2 4 4 4 2 3 2 4 3 2 1 2 3 2 3 2 1 2
Продолжение табл. 8.1
Класс опасности СМ^СОСЧСЧ^СО^
SH/JW О О О ко О О О о ^ocio-^oioo о ю ю OJ
Вещество Эпихлоргидрин Этилацетат Этилендиамин Этиленхлоргидрин 1в Этиленмеркаптан Этилтолуол Этил бромистый » хлористый
Класс опасности со сч —« со сч со сч
пдк. мг/м3 50,0 5,0 0,05 80,0 10,0 1,0 5,0 0,5
Хо
ИО
Кд
И?
Кй
о
ш
Ир
So
s-«
X
X
X
ф
X
Ё7
8
Е
>>ы
СК
о>
ад
со
о£
Xй
Л
fc-И
И
Ч
и
в.
С
О и J ф S' о а двуокись кремния кристаллическая (го- рючие кукерситные сланцы, медно- сульфидные руды) при содержании ее в пыли от 2 до 10 % Магнезит Окись алюминия в виде аэрозоля дезинтег- рации: в том числе с примесью двуокиси кремния глинозем, электрокорунд Окись железа с примесью окислов мар- ганца до 3 % Титан и его двуокись Пыли: кокс нефтяной, пековый, сланцевый элек- тродный каменный уголь с двуокисью кремния менее 2% Фосфорит
Класс 1 | опасности | СО СО •Тр со СО со ’Ф
пдк, мг/м3 1,0 6,0 6,0 с л = ОО ОО 3 - ci
0 0 D S и Q Диатомит Доломит Известняк Карбид бора Кремнеземсодержащие пыли: двуокись кремния аморфная в виде аэрозоля конденсации при содержании ее в пыли свыше 70 % —— .—А....— _ _ двуокись кремнии аморщнаи в смеси с окислами марганца в виде аэрозоля кон- денсации при содержании каждого из них более 10 % двуокись кремния кристаллическая (кварц, кристаболит, тридимит) при со- держании ее в пыли свыше 70 % Л Ч Т,,, А/, Л (гранит, шамот, слюда-сырец) при со- держании ее в пыли от 10 до 70 %
8.2. УПЛОТНЕНИЕ ВАЛОВ АППАРАТОВ
Для обеспечения требуемой герметичности аппаратов в местах
выхода валов наиболее широкое применение нашли торцовые
и сальниковые уплотнения [23, 24].
Торцовые уплотнения (рис. 8.1) позволяют прак-
тически полностью предотвратить утечки рабочей среды из аппа-
Рис. 8.1. Торцовое уплотнение типа Т4:
1 — корпус: 2 — подвижное кольцо: 3 — пружина; 4 — втулка; 5 — водило; 6 —
крышка; 7 — неподвижное кольцо; 8 — уловитель
рата или попадание воздуха внутрь аппарата. Технические данные
торцовых уплотнений приведены в табл. 8.3.
Для уплотнения валов вертикальных аппаратов, содержащих
взрывоопасные, пожароопасные и вредные среды, наибольшее
применение нашли торцовые уплотнения типа Т4 (табл. 8.4). Не
рекомендуется применять уплотнения типа Т2для аппаратов, со-
держащих взрывоопасные, пожароопасные и вредные среды при
избыточном давлении. Уплотнения типа Т1 применяют в аппа-
ратах, где требуется стерильность технологического процесса,
например в биохимическом производстве.
Радиальное и угловое биения вала аппарата в зоне торцового
уплотнения, а также смещения неподвижных деталей корпуса
уплотнения относительно оси вала не должны превышать 0,2 мм
и 0,25° соответственно.
Потери расчетной мощности на дополнительные осевые усилия
и трение при наибольшей скорости вращения вала аппарата опре-
деляют по рис. 8.2.
252
Таблица 8.3
ТИПЫ И ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ТОРЦОВЫХ УПЛОТНЕНИЙ, ОСТ 26-01-1243-81 [23]
Тип и характеристика уплотнения Диаметр уплотняемо- го вала мм Частота враще- ния вала, с-1 Рабочее давление в аппарате Температура среды в аппарате, °C Область применения
избы- точное, МПа оста- точное, Пз
Tl (ТТ) — двойное с металличе- ским сильфоном 40—80 5,5 0,3 39 990 От +10 до +140 Для валов аппаратов со стериль- ными биологическими процессами
Св. 80 3,3
Т2 (ТСК) — одинарное с металли- ческим сильфоном 40—50 11,6 0,6 2666 От -30 до +250 Для валов аппаратов с невред- ными и невзрывоопасными сре- дами
65—95 8,3
Св. 95 5,8
ТЗ (ТД) — двойное 50—65 8,3 0,6; 2,5; 3,2 666,5 Для валов аппаратов с вредными, взрыво- и пожароопасными сре- дами
80—95 6,6 2668
110—130 5,3
Т4 (ТДП) — двойное с подшипни- ковой опорой уплотняемого вала 50—65 * 8,3 2,5; 3,2
80—95 6,6
110—130 5,3
Продолжение табл. 8.3
Тип и характеристика уплотнения Диаметр уплотняемо- го вала rfB, мм Частота враще- ния вала, С”1 Рабочее давление в аппарате Температура среды в аппарате, °C Область применения
избы- точное, МПа оста- точное, Па
Т5 (ТДФ) — двойное с фторопла- стовым сильфоном 50—65 8,3 0,6 2668 От —30 до +250 Для валов аппаратов с коррози- онно-стойкими покрытиями (в том числе эмалированных, покрытых кислостойкими или кислотощело- честойкими эмалями (для работы с агрессивными, вредными, взры- во- и пожароопасными средами
80 6,6
110—130 5,3
Тб (ТДПФ) — двойное с фторо- пластовым сильфоном, с подшип- никовой опорой уплотняемого ва- ла, с корпусом, являющимся частью стойки привода 50—65 8,3
80 6,6
110—130 5,3
Т7 (ТДПФ-01) — двойное с фторо- пластовым сильфоном, с подшип- никовой опорой уплотняемого вала 50—65 8,3
80 6,6
110—130 5,3
Т8 (ТДМ) — двойное без сильфо- на, с корпусом, являющимся частью стойки привода вала 25—40 2,5 Для валов аппаратов с вредными, взрыво- и пожароопасными сре- дами
8,3 Св. 0,6; 1,6; 3,2
T9 (ТДПН) — двойное с подшип- никовой опорой уплотняемого вала, с нижним приводом 110 2,5 0,6
Таблица 8.4
ОСНОВНЫЕ РАЗМЕРЫ ТОРЦОВЫХ УПЛОТНЕНИЙ ТИПА Т4,
ОСТ 26-01-1243 — 81 [231 (СМ. РИС. 8.1)
Типоразмер D D, D. Я, не более dt п Масса, кг, не более
ММ
Т4-50-25 50 270 240 165 155 18 12 85
Т4-60-25 60
Т4-80-25 Т4-95-25 80 95 330 280 195 365 27 110
Т4-110-25 110 360 310 225 375 150
Т4-130-25 130 395 340 400 30 175
Примечания:
1. В обозначении типоразмера цифры после первого дефиса — диаметр уплотняемого
вала, мм, цифры после второго дефиса — рабочее давление в аппарате, кгс/см1. После
цифр могут помещаться дополнительные буквы, обозначающие исполнение по мате-
риалу металлических деталей и сборочных единиц, соприкасающихся с рабочей сре-
дой (К — сталь 12X18H10T; КЕ — сталь 10Х17Н13М2Т; КН — сплав 06ХН28МДТ:
Т — титан ВТ-1-0).
2. Уплотнения на расчетное давление 3,2 МПа изготовляются по специальному заказу
с размерами, соответствующими основным размерам и другим рабочим параметрам
уплотнений на давление 2,5 МПа.
При установившемся режиме работы торцового уплотнения до-
пускаются следующие утечки жидкости через пару трения со сто-
роны большего давления:
Диаметр вала, мм........ 40 50 65 80 95 ПО 130
Утечки, емз/ч .......... 4 5 6,5 8 9,5 11 13
При неподвижном вале утечки жидкости, а также газовой среды
в виде пузырьков не допускаются.
Работоспособность торцовых уплотнений обеспечивается пра-
вильным выбором схемы подачи запирающей жидкости, которая
одновременно обеспечивает охлаждение и смазку деталей уплотне-
ния. Для уплотнений типов Т1 и Т2 допускается подача уплот-
няющей жидкости наливом без допол-
нительных устройств. Для двойных
торцовых уплотнений типов ТЗ, Т4,
Т5, Тб, Т7, Т8, T9 должны приме-
няться схемы с естественной или при-
нудительной циркуляцией запираю-
щей жидкости.
Рис. 8.2. Потери мощности на трение в
торцовом уплотнении:
1 — уплотнения типов ТЗ. Т4, Т5. Тб. Т7 и
Т8; 2 — уплотнения типов TI и Т2
Рис. 8.3. Схемы обвязки торцовых уплотнений: а — с естественной циркуляцией
запирающей жидкости; б — с принудительной циркуляцией запирающей жидко-
сти;
/ — камера торцового уплотнения; 2 — теплообменник; 3 — фильтр; 4 — пневмогидро-
аккумулятор; 5 — бак; 6 — воронка; 7 — манометры; 8 — запорная арматура: 9 —
регулирующий клапан; 10 — насос; 11 — обратный клапан
Схему обвязки с естественной циркуляцией запирающей жидко-
сти (рис. 8.3, а) рекомендуется применять при работе уплот-
нения в следующих условиях: частота вращения вала до 5 с-1;
температура рабочей среды в аппарате от —30 до +150 °C. Давле-
ние запирающей жидкости поддерживается за счет давления в аппа-
рате, если среда не вредная и не взрывоопасная, или за счет подачи
азота под давлением при взрывоопасной и токсичной среде. Запи-
рающая жидкость циркулирует в замкнутом контуре вследствие
разности плотностей нагретых и охлажденных слоев жидкости на
разных уровнях. Для лучшей циркуляции холодильник и пневмо-
гидроаккумулятор следует устанавливать в непосредственной
близости от уплотнения на высоте не менее 2 м.
Схему обвязки с принудительной циркуляцией уплотняющей
жидкости (рис. 8.3, б) рекомендуется применять при диаметре
уплотняемого вала более 80 мм, частоте вращения не менее 5 с-1
и температуре рабочей среды в аппарате до 150 °C. Запирающая
жидкость подается в уплотнение специальным насосом или цен-
трализованно из общей магистрали. Для сглаживания пульсаций
давления и поддержания работоспособности уплотнения при крат-
ковременных остановках насоса в схему обвязки включен ре-
сивер.
В целях повышения надежности работы торцовых уплотнений
при температуре среды в аппарате более 150 °C следует устанавли-
вать дополнительное охлаждающее устройство (рис. 8.4).
Рнс. 8.4. Охлаждающее устройство:
1 — корпус торцового уплотнения: 2 — вход охлаждающей жидкости; 3 — выход охлаж
дающей жидкости
В качестве запирающей жидкости применяют обессоленную
воду, масло или другие жидкости, химически совместимые с рабо-
чей средой, но не вредные и не взрывоопасные. Температура запи-
рающей жидкости на выходе из уплотнения типа Т1 не должна
превышать 140 °C, для остальных типов — не более 80 °C. Давле-
ние запирающей жидкости должно быть выше давления среды
в аппарате на 0,05—0,1 МПа.
Максимальное давление в камере уплотнения при отсутствии
давления в аппарате не должно превышать следующих значений:
0,45 МПа — для уплотнений типов ТЗ (с давлением 0,6 МПа),
Т5 и Тб; 0,85 МПа — для уплотнений типов ТЗ (с давлением
3,2 МПа) и Т4.
В уплотнениях типов Т1 и Т2, а также при остаточном давлении
в аппарате запирающая жидкость
должна подаваться в камеру
уплотнения при атмосферном
давлении.
Направление вращения
вала не влияет на работо-
способность торцовых уплот-
нений, за исключением уплот-
нений типа Т1, для которых
направление вращения вала
следует принимать по часо-
вой стрелке (со стороны при-
вода).
Рис. 8.5. Сальниковое уплотнение
с охлаждением корпуса и подводом
смазывающей или уплотняющей
жидкости к валу:
1 — корпус; 2 — нажимная втулка;
3 — шпилька с гайкой; 4 — набивка;
5 — фонарь; 6 — рубашка; 7, 8 —
прокладки: 9 опорное кольцо; 10 —
кольцо
ТИПЫ И ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ САЛЬНИКОВЫХ УПЛОТНЕНИЙ.
ОСТ 26-01-1247—75 (241 (СМ. РИС. 8.5)
Тип уплотнения Услов- ное обо- значение Давление в аппарате, МПа Темпе- ратура в аппа- рате, °C Частота враще- ния вала» с-1
остаточ- ное избыточ- ное
С подводом смазки или уплотняющей жидкости к валу: без автоматического поджима набивки с автоматическим под- жимом набивки IA IB 0,04 0,6 От —20 до +70 5,3
С подводом смазывающей или уплотняющей цирку- лирующей жидкости к валу: без автоматического под- жима набивки с автоматическим под- жимом набивки ПА ПБ От —20 до +200
С охлаждением корпуса и подводом смазки или уплот- няющей жидкости к валу: без автоматического поджима набивки с автоматическим под- жимом набивки ША ШБ
С охлаждением корпуса и подводом смазывающей (уплотняющей) циркули- рующей жидкости к валу: без автоматического поджима набивки с автоматическим под- жимом набивки IVA IVB От —20 до +250
Для малогабаритных аппа- ратов: без автоматического поджима набивки с автоматическим под- жимом набивки VA VB 0,1 До +70 25
ОТ'-ЗЛ VA-40 < 71 К) СИ VA-25 ШБ-130; IVB-130 1Б-130; ПБ-130 ША-130; IVA-130 IA-130; ПА-130 0Ц-ЯЛ1 101Г91П 1Б-110; ЦБ-110 ША-ПО; IVA-110 IA-110; ПА-ПО ШБ-95; IVB-95 1Б-95; ПБ-95 ША-95; IVA-95 IA-95; ПА-95 ШБ-80; IVB-80 IB-80; ПБ-80 ША-80; IVA-80 IA-80; ПА-80 ШБ-65; IVB-65 IB-65; ПБ-65 ША-65; IVA-65 IA-65; ПА-65 ШБ-50; IVB-50 IB-50; ПБ-50 ША-50; IVA-50 IA-50; ПА-50 ШБ-40; IVB-40 IB-40; ПБ-40 ША-40; IVA-40 IA-40; ПА-40 Типоразмер
40 25 С с О э ПО 95 80 65 50 40 Z 2 в»
170 130 340 315 290 260 235 205 185 0
9Я ОН 305 280 255 225 э э 170 150 ь
95 75 282 258 232 202 178 148 128 о м
9П | О о 1 06 | 350 265 00 СП о 265 310 с с 0 5 310 225 280 300 220 240 190 240 180 5;
00 й.
Ст) 00 3
S*V I I 2,5 I 2,5 | 49,5 I 39,5 49,0 1 47,5 38,0 47,0 37,0 32,0 26,5 31,5 *3 о 24,0 0*61 22,0 S'Zl 19,0 14,5 17,0 о 1 3 9,5 0*01 8,5 10,0 8,5 9,0 ел Масса, кг
259
Т а б л и ц а 8.7
САЛЬНИКОВЫЕ НАБИВКИ ДЛЯ УПЛОТНЕНИЯ ВАЛОВ АППАРАТОВ С ПЕРЕМЕШИВАЮЩИМИ УСТРОЙСТВАМИ, ГОСТ 5152—84
Марка и характеристика набивки Рабочая среда Кислотное число среды pH Максимально допустимые параметры среды
Давление, МПа Температу- ра, °C
АП-31 (АП) — асбестовая, пропитанная ан- тифрикционным составом Жидкие нейтральные и агрессивные сре- ды, нефтепродукты 3—10 2,0 250
2,5 210
АПР-31 (АПР) — асбестовая с латунной проволокой, пропитанная антифрикционным составом, графитизированная
АФТ — асбестовая, пропитанная суспен- зией фторопласта с тальком Органические продукты, кислые и ще- лочные среды, аммиак 1—14 3,0 300
АГ, АГИ — асбестовая, проклеенная с гра- фитом Вода, органические продукты 4—14 38,0 280
Аммиак — жидкий и газообразный 32,0 От —70 до +150
АФ-1 — асбестовая, пропитанная суспензи- ей фторопласта Дистиллят, бидистиллят, вода 1—14 3,0 260
Особо чистые вещества 0,4 130
ФФ — фторолоновая, пропитанная суспен- зией фторопласта Серная и азотная кислоты концентра- цией до 45 %, соляная кислота кон- центрацией до 35 %, органические ки- слоты 0—12 3,0 От —30 до +100
ХБП — хлопчатобумажная, пропитанная антифрикционным составом, графитизиро- ванная Воздух, инертные газы, нейтральные пары, минеральные масла, углеводоро- ды, нефтяное топливо, промышленная вода 5—10 20,0 100
ХБРП — хлопчатобумажная с резиновым сердечником, пропитанная антифрикцион- ным составом Воздух, инертные газы, минеральные масла, промышленная вода 6—8
Примечание. Марки набивок, указанные в скобках, в новых конструкциях не применяются
Сальниковые уплотнения (рис. 8.5) устанав-
ливаются на аппараты, содержащие нейтральные среды или ве-
щества, отнесенные к четвертому классу вредности. Применение
сальниковых уплотнений для аппаратов, содержащих вредные
вещества, отнесенные к первому — третьему классам опасности,
допускается при условии наличия паров этих веществ над поверх-
ностью жидкости в аппарате в количестве, не превышающем
предельно допустимые концентрации. Применение сальниковых
уплотнений для аппаратов, содержащих взрывоопасные вещества,
не рекомендуется.
Типы и основные параметры сальниковых уплотнений приве-
дены в табл. 8.5, основные размеры — в табл. 8.6.
В сальниковых уплотнениях применяют набивки по
ГОСТ 5152—84, указанные в табл. 8.7.
8.3. УПЛОТНЕНИЕ БАЙОНЕТНЫХ ЗАТВОРОВ
В настоящее время наиболее широкое распространение полу-
чили байонетные затворы с цельным байонетным кольцом, с разъ-
емным байонетным кольцом, а также двусторонние байонетные
затворы и затворы с поворотной крышкой. Их конструкции приве-
дены на рис. 8.6. Применение байонетных затворов позволяет резко
сократить время, необходимое для загрузки и выгрузки из аппа-
ратов перерабатываемых веществ и материалов.
Работоспособность байонетных затворов в значительной
степени зависит от надежности
В качестве уплотняющих
устройств для байонетных за-
творов рекомендуется приме-
нять резиновые уплотнители
116], показанные на рис. 8.7.
Однако резиновые уплотнители
в нормальных условиях работы
могут применяться только до
температуры 140 °C. В случае
необходимости использования
байонетных затворов при тем-
пературах до 250 °C следует
предусматривать защиту рези-
новых уплотнителей от действия
высоких температур. С этой
целью применяют охлаждение
пазов под резиновые уплотни-
тели, расположенные во флан-
цах корпуса и крышки аппарата
(рис. 8.8).
Для обеспечения надежной
уплотняющих устройств.
Рис. 8.8. Схема системы охлаждения
уплотнителя:
1 — отверстие для подвода охлаждающей
жидкости; 2, 5 — охлаждающие каналы;
3, 4 — кольца, закрывающие охлаждающие
каналы; 6 — отверстие для отвода охлажда-
ющей жидкости; 7,8 — перегородки
герметичности байонетного затвора под резиновым уплотнителем
должно поддерживаться избыточное давление.
Рис. 8.6. Конструкции байонетных затворов: а — с разъемным байонетным
кольцом; б — с цельным байонетным кольцом; в — двусторонний байонетный
затвор; г — с байонетной крышкой;
1 — фланец корпуса: 2 — упорный бурт фланца корпуса; 3 — байонетное кольцо; 4 —
стяжные болты байонетного кольца; 6 — фланцы байонетного кольца; 6 — впадины байо-
нетного кольца; 7 — выступы на фланце байонетной крышки; 8 — фланец байонетной
крышки; S — резиновый уплотнитель; 10 — промежуточное разрезное кольцо; 11 —
упорный бурт байонетного кольца; 12 — выступы на байонетном фланце корпуса
4 5
Рис. 8.9. Схемы устройства для
создания давления под уплотни-
телем: а — с промежуточным ре-
зервуаром; б — без промежуточ-
ного резервуара;
/ — трубопровод, соединяющий резервуар с уплотнением
затвора; 2 — контрольный кран; 3 — манометр; 4 — смотро-
вое стекло; 5 — резервуар; 6 — воронка или заменяющий ее
трубопровод; 7 — предохранительный клапан; 8 — коллектор
При использовании в аппаратах в качестве рабочей среды
воды, воздуха, масла, водяного пара и инертных газов герметич-
ность затвора в начальный период пуска обеспечивается подачей
давления под уплотнитель от автономного источника, а при дости-
жении в аппарате избыточного давления 0,2—0,3 МПа уплотняю-
щее устройство соединяется с внутренним пространством аппа-
рата (рис. 8.9, а).
В аппаратах, работающих с агрессивными, вредными, взрыво-
и пожароопасными средами, соединение внутренней полости аппа-
рата с уплотняющим устройством недопустимо. В этом случае
давление под уплотнителем создается от автономного пневматиче-
ского или гидравлического источника, оно должно превышать
рабочее давление в аппарате на 0,05—0,1 МПа (рис. 8.9, б).
ГЛАВА 9
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТИ
9.1. ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Аппараты антистатические — аппараты, в которых поверх-
ности, имеющие контакт с перерабатываемыми веществами, изго-
товлены из материалов с удельным объемным электрическим сопро-
тивлением не более 108 Ом-м.
Аппараты диэлектрические — аппараты, в которых поверх-
ности, имеющие контакт с перерабатываемыми веществами, изго-
товлены из материалов с удельным объемным электрическим со-
противлением более 108 Ом-м.
Аппараты электропроводные — аппараты, поверхности кото-
рых имеют контакт с перерабатываемыми веществами и изготов-
лены из материалов с удельным объемным электрическим сопро-
тивлением не более 10Б Ом м.
Заземлитель — проводник или совокупность металлически сое-
диненных проводников, находящихся в соприкосновении с землей
или ее эквивалентом.
Заземлитель естественный — заземлитель, в качестве которого
используют электропроводящие части строительных и производ-
ственных конструкций.
Заземляющее устройство — совокупность конструктивно
объединенных заземляющих проводников и заземлителя.
Заземляющий проводник — проводник, соединяющий заземляе-
мые части с заземлителем.
Защитное заземление — преднамеренное электрическое соеди-
нение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих
частей, которые могут оказаться под напряжением.
Электробезопасность — система организационных и техниче-
ских мероприятий и средств, обеспечивающих защиту людей от
вредного и опасного воздействия электрического тока, электри-
ческой дуги, электромагнитного поля и статического электри-
чества.
9.2. ТРЕБОВАНИЯ К ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЮ
ДЛЯ АППАРАТОВ ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ
В зависимости от условий эксплуатации электрооборудование,
устанавливаемое на аппаратах химических и нефтехимических
производств, может иметь взрывозащищенное или общепромыш-
ленное исполнение.
Основные данные и условия применения электрооборудования
во взрывозащищенном исполнении приведены в гл. 6.
Электрооборудование общепромышленного исполнения может
иметь различные степени защиты от соприкосновения персонала
с вращающимися частями, от попадания внутрь электрооборудо-
вания твердых частиц и воды: JPOO, JPO1, JP1O, JP11, JP12,
JP13, JP20, JP21, JP22, JP23, JP43, JP44, JP54, JP55, JP56.
Буква J и первая цифра после буквы Р обозначают степень за-
щиты от соприкосновения и попадания посторонних предметов,
буква Р и вторая цифра — степень защиты от проникновения воды
в электродвигатель. Расшифровка степеней защиты приведена
в табл. 9.1. Данные о применении электродвигателей с различными
степенями защиты приведены в табл. 9.2.
Электродвигатели и другое электрооборудование, предназна-
ченное для комплектации аппаратов, размещенных на открытых
производственных площадках, должны иметь исполнение не ниже
JP44 или специальное, соответствующее условиям их работы (на-
пример, для особо низких температур).
СТЕПЕНИ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
ОТ ВОЗДЕЙСТВИЯ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ, ГОСТ 14254—80
Обозначение степени защиты Определение степени защиты
от попада- ния посто- ронних тел от попада- ния воды
0 0 Специальная защита отсутствует
1 Защита персонала от прикосновения к токоведущим и движущимся частям, находящимся внутри оболочки, и от проникновения внутрь оболочки твердых тел раз- мером свыше 50 мм
— 1 Капли воды, вертикально падающие на оболочку, не должны оказывать вредного воздействия на элек- трооборудование
2 —- Защита от проникновения внутрь оболочки пальцев, длинных предметов длиной более 80 мм и твердых тел размером свыше 12 мм
2 Капли воды, вертикально падающие на оболочку, не должны оказывать вредного воздействия на электро- оборудование при наклоне его оболочки на любой угол до 15° относительно нормального положения
3 Защита от проникновения внутрь оболочки инстру- ментов, проволоки и тому подобных предметов диа- метром более 2,5 мм и твердых тел размером более 2,5 мм
— 3 Дождь, падающий на оболочку под углом 60° от вер- тикали, не должен оказывать вредного воздействия на электрооборудование
4 — Защита от проникновения внутрь оболочки проволоки и твердых тел размером более 1 мм
— 4 Вода, разбрызгиваемая на оболочку в любом направ- лении, не должна оказывать вредного воздействия на изделие
5 Проникновение внутрь оболочки пыли не предотвра- щено полностью, однако пыль не может проникать в количестве, достаточном для нарушения работы электрооборудования
—“ 5 Струя воды, выбрасываемая в любом направлении на оболочку, не должна оказывать вредного действия на электрооборудование
6 " " Проникновение пыли предотвращено полностью
— 6 Вода при волнении не должна попадать внутрь обо- лочки в количестве, достаточном для повреждения электрооборудования
7 Вода не должна проникать в оболочку, погруженную в воду, при определенном давлении за определенное время в количестве, достаточном для повреждения электрооборудования
8 Электрооборудование пригодно для длительного по- гружения в воду при условиях, установленных изго- товителем. Для некоторых типов электрооборудования допускается проникновение воды внутрь оболочки, но без нанесения вреда электрооборудованию '
ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
ДЛЯ УСТАНОВКИ В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЯХ
и/и W | Вид помещения по ПУЭ [39] Характеристика помещения Степень защиты электродвигателя
1 Сухое Относительная влажность воздуха не превышает 60 % JPOO или JP20
2 Влажное Относительная влажность воздуха более 60 %, но не превышает 75 % JP20
3 Сырое Относительная влажность воздуха длительное время превышает 75 % JP43 с влагостойкой изоляцией
4 Особо сы- рое Относительная влажность воздуха близка к 100 % (потолки, стены, пол покрыты влагой) То же
Ь Жаркое Температура воздуха длительное время превышает 40 °C Исполнение обдувае- мое или продуваемое с подводом чистого
6 Пыльное Выделяется пыль в количестве, достаточном для проникновения внутрь оборудования JP44 или исполнение продуваемое с подво- дом чистого воздуха
7 С химиче- ски актив- ной средой Длительное время содержатся пары или образуются отложения, разру- шающие изоляцию и токоведущие части электрооборудования JP44 или исполнение продуваемое с под- водом чистого воздуха
8 Пожаро- опасное Помещения с пожароопасными зо- нами всех классов JP44
9 Взрыво- опасное Помещения со взрывоопасными зо- нами классов В-1, В-Ia, В-1г и В-II Помещения со взрывоопасными зо- нами классов В-16 и В-Па Взрывозащищенное исполнение JP54
Примечания:
1. При отсутствии условий, приведенных в пп. 4—6, помещения называют нормаль-
ными.
2. До освоения электропромышленностью машин со степенью защиты оболочки JP54
разрешается применять машины со степенью защиты JP44.
В обозначении степеней защиты могут дополнительно исполь-
зоваться буквы S, М, W, имеющие следующие значения: S —
испытано на проникновение воды при неработающем изделии;
М — испытано на проникновение воды при работающем изделии;
W — изделие имеет дополнительные средства защиты для работы
в особых климатических условиях.
Если электрооборудование имеет только одну степень защиты,
то пропущенная цифра может заменяться буквой X, например:
JP2X, JPX2.
Аппараты, не требующие регулирования частоты вращения
внутренних устройств, должны комплектоваться синхронными
и асинхронными электродвигателями с короткозамкнутым ротором.
Электродвигатели постоянного тока могут применяться только
в тех случаях, когда электродвигатели переменного тока не обеспе-
чивают требуемых характеристик или неэкономичны.
При установке электродвигателей должны выдерживаться сле-
дующие расстояния:
а) между необслуживаемыми сторонами электродвигателей,
а также между электродвигателем и стеной или колонной здания —
не менее 0,3 м при высоте его расположения до 1 м от уровня пола
и не менее 0,6 м при высоте расположения электродвигателя более
1 м;
б) при наличии прохода между электродвигателями, а также
между электродвигателем и стеной здания — не менее 1 м.
Допускаются местные сужения проходов между выступаю-
щими частями электродвигателей и строительными конструк-
циями до 0,6 м на длине не более 0,5 м.
Установка на аппаратах электродвигателей и другого электро-
оборудования должна обеспечивать возможность их периодическо-
го осмотра и ремонта.
9.3. ЗАЗЕМЛЕНИЕ
И ЗАЩИТНЫЕ МЕРЫ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ
ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТИ
Заземление является наиболее распространенным средством
защиты персонала от поражения электрическим током при повре-
ждении изоляции электрооборудования, установленного на аппа-
ратах.
Заземлению подлежат корпуса аппаратов, электрооборудование
и металлические части, доступные для прикносновения человека
и не имеющие других видов защиты, обеспечивающих электро-
безопасность.
Во взрывоопасных зонах любого класса
заземлению подлежат аппараты с установленным на них электро-
оборудованием, работающим при всех напряжениях переменного
и постоянного тока, в том числе аппараты, установленные на
заземленных металлических конструкциях, которые в невзрыво-
опасных зонах допускается не заземлять. Это требование не рас-
пространяется на электрооборудование, установленное внутри
заземленных корпусов шкафов и пультов.
В невзрывоопасных зонах защитное заземление
следует выполнять:
1) при переменном токе с номинальным напряжением 380 В
и выше и при постоянном токе с напряжением 440 В и выше —
во всех случаях;
2) при переменном токе с номинальным напряжением от 42
до 380 В и при постоянном токе с напряжением от ПО до 440 В —
при работах в условиях повышенной опасности и особоопасных
условиях.
/С условиям повышенной опасности поражения людей электри-
ческим током относятся:
а) влажность (пары или конденсирующаяся влага выделяются
в виде мелких капель, и относительная влажность воздуха пре-
вышает 75 %);
б) присутствие проводящей пыли (технологическая или дру-
гая пыль, оседая на проводах, проникая внутрь машин и аппа-
ратов и отлагаясь на электроустановках, ухудшает условия
охлаждения и изоляции, но не вызывает опасности пожара или
взрыва);
в) наличие токопроводящих оснований (металлических, земля-
ных, железобетонных, кирпичных);
г) повышенная температура (независимо от времени года и
различных тепловых излучений температура длительное время
превышает 35 °C, кратковременно — 40 °C);
д) возможность одновременного прикосновения человека
к имеющим соединение с землей металлоконструкциям зданий,
технологическим аппаратам, механизмам и т. п., с одной стороны,
и к металлическим корпусам электрооборудования — с другой.
К особоопасным условиям поражения людей электрическим то-
ком относятся:
а) сырость (дождь, снег, частое опрыскивание и покрытие
влагой внутренних поверхностей помещения);
б) присутствие химически активной среды (постоянно или
длительное время в воздухе содержатся агрессивные пары, газы,
жидкость, образующие отложения или плесень, действующие раз-
рушающе на изоляцию или токоведущие части электрооборудо-
вания);
в) наличие одновременно двух или более условий повышенной
опасности.
Защитное заземление допускается'не выполнять на аппаратах:
предназначенных для установки в недоступных, без применения
специальных средств, местах (в том числе внутри других изделий);
предназначенных для установки только на заземленных металли-
ческих конструкциях, если при этом обеспечивается стабильный
электрический контакт соприкасающихся поверхностей; заземле-
ние которых не допускается принципом действия или назна-
чением.
Заземляющие проводники должны крепиться к аппаратам при
помощи резьбовых соединений или сварки. Сопротивление между
элементом заземления (шпилькой, болтом) и каждой доступной
прикосновению металлической нетоковедущей частью аппарата,
которая может оказаться под напряжением, не должно превы-
шать 0,1 Ом.
Способы присоединения к аппаратам заземляющих проводни-
ков с помощью сварки показаны на рис. 9.1.
Заземляющие элементы со шпилькой или болтом устанавли-
ваются на сварных аппаратах при помощи специальных бобышек,
а на литых аппаратах •— на приливах. Конструкция и размеры
бобышек приведены в табл. 9.3.
I
Рис. 9.1. Присоединение к аппаратам заземляющих проводников с помощью
сварки:
I—VI — различные способы присоединения
Шпильки, болты и гайки для элементов заземления должны
изготовляться из стали или латуни. Между заземляющим провод-
ником и шпилькой (болтом) следует устанавливать контргайки
и пружинные шайбы. Вокруг шпильки (болта) должна преду-
сматриваться неокрашенная контактная площадка для присоеди-
нения заземляющего проводника. Размеры шпилек (болтов) и кон-
тактных площадок выбирают в зависимости от силы тока по
табл. 9.4. Использование для присоединения заземляющих про-
водников шпилек и болтов, служащих для соединения между собой
частей аппаратов и трубопроводов, недопустимо.
Варианты присоединения заземляющих проводников к аппа-
ратам с теплоизоляцией, защищенной металлическим кожухом,
показаны на рис. 9.2.
В качестве заземляющих проводников могут применяться
изолированные и неизолированные провода, полосовой прокат и
другие материалы, указанные в табл. 9.5.
Рис. 9.2. Варианты присо-
единения заземляющих про-
водников к аппаратам с теп-
лоизоляцией, защищенной
металлическим кожухом: а —
к опоре; б — к корпусу ап-
парата;
1 — корпус аппарата; 2 — теплоизоляция; 3 — металличе-
ский кожух; 4 — заземляющий проводник
Т а б л и ц а 9.3
БОБЫШКИ ПОД ШПИЛЬКИ И БОЛТЫ для ЗАЗЕМЛЯЮЩИХ ЗАЖИМОВ.
ГОСТ 21130—75»
Примечание. Материал — сталь марки Ст2 по ГОСТ 380—71».
ЗАЗЕМЛЯЮЩИЕ ЗАЖИМЫ, ГОСТ 21130 — 76*
Болт, ввернутый
в аппарат
Шпилька, ввернутая
в аппарат
Шпилька, ввернутая
в приваренную
к аппарату бобышку
Шпилька Болт
Сила тока, А L 1 L ® пл
мм
До 100 М6 30; 35 22 12; 16 12 16
Св. 100 до 250 М8 $5; 40; 45 26 20; 25 15 20
Св. 250 до 630 М10 45; 50; 55 34 25; 30 21 25
М12 55; 60; 65 42 30; 35 25 28
С<В. bJV М16 70 50 40 30 —
При необходимости заземления подвижных частей аппаратов
следует применять гибкие проводники или скользящие контакты.
Пример заземления аппарата с гибкой вставкой приведен на
рис. 9.3.
Рядом с заземляющим элементом должен быть помещен знак
заземления. Этот знак допускается выполнять методом штам-
___________ повки на пластине, прикреп-
ляемой к аппарату, или мето-
дами литья в металле по
ГОСТ 21130—75*.
Расчет защитного заземле-
ния выполняют на стадии проек-
тирования технологической
установки в целом. Цель этого
расчета — определить число,
Рис. 9.3. Устройство контактной пе-
ремычки в местах гибких вставок:
1 — металлический корпус аппарата; 2 —
тканевый соединительный рукав; 3 —
соединительный проводник; 4 — метал-
лический воздуховод
Таблица 9.5
РАЗМЕРЫ ЗАЗЕМЛЯЮЩИХ ПРОВОДНИКОВ [39]
Заземляющий проводник Материал проводника
Медь Ал юми- ний Сталь Местонахождение проводника
в зда- ниях в наруж- ных уста- новках в земле
Неизолированные провода: площадь сечения, мм2 4 6
диаметр, мм — — 5 6 10
Изолированные провода, площадь 1,5 2,5 — — —
сечения, мм2 Угловой прокат, толщина поло- — .— 2 2,5 4
сы, мм Полосовой прокат: площадь сечения, мм2 24 48 48
толщина, мм — — 3 4 4
Водопроводные трубы, толщина — — 2,5 2,5 3,5
стенки, мм Тонкостенные трубы, толщина — 1,5 2,5 Не
стенки, мм допу- скается
размеры и место размещения одиночных заземлителей и заземляю-
щих проводов, при которых напряжения прикосновения и шага в
период замыкания фазы на заземленный корпус аппарата не пре-
вышают безопасных значений. Порядок расчета защитного за-
земления приведен в специальной литературе [55].
9.4. ЗАЩИТА ОТ СТАТИЧЕСКОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА
Заряды статического электричества могут возникать при пере-
мешивании, фильтрации, сливе, разбрызгивании, кристаллиза-
ции и испарении жидкостей, при деформации или дроблении твер-
дых тел, а также при относительном перемещении двух находя-
щихся в контакте твердых тел. Способность веществ и материалов
образовывать заряды статического электричества зависит в основ-
ном от их удельного электрического сопротивления. Удельные
объемные электрические сопротивления ру некоторых веществ
приведены в табл. 9.6. Вещества и материалы, имеющие ру <
< 105 Ом-м, при отсутствии их разбрызгивания или распыления
не электризуются, и, следовательно, применять меры защиты
от статического электричества при работе с такими веществами
и материалами не требуется.
Таблица 9.6
УДЕЛЬНОЕ ОБЪЕМНОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ НЕКОТОРЫХ ВЕЩЕСТВ [35]
Вещество Ру, Ом-м Вещество Оу, Ом-м
Алкидные пластмассы 10й Нонан 10й
Ацетальдегид 104 Парафин 101»
Альфаметилстирол 10й Пентан 1011
Аминопласты 10» Пентапласт 4-1014
Аммиак жидкий 0,8-10® Пиперидин 0,15-10»
Ангидрид уксусный 104 Пиридин 5-10»
Анилин 0,5-108 Поливинилбутиловый эфир 0,6-10®
Асбест Ю10 Поливинилбутираль 3,0-1014
Ацетон 8-Ю4 Поливинилхлорид 101®
Ацетофенон 1,7-10s Полиэтилен 101®
Ацетилхлорид 0,25-10® Полипропилен 101®
Бензальдегид 2,5-104 Сополимер этилена с пропиленом 101®
Бензин А-66; Б-70 1012 Полистирол 101®
Бензол 1012 Полиуретаны 1012
Бензонитрил 2-10® Полиформальдегид 6-1012
Битум 1014 Полихлордифенил 1012
Бром 0,8-1011 Полиэтилентерефталат 101®
Бромбензол 10® Пропионовый альдегид 104
Бромистый ацетил 0,4-104 Топливо:
Бутадиенстирольный сополимер Ю1® Т-1 10й
Бутилацетат 10® ТС-1 1014
Бутилбензол 10й Резина из каучука:
Винилацетат 10’ СКИ-18 ю19
Пенопласты 1,2-101а скд, ски-з 10®
Газойль 6-10’ электропроводная 10»
н-Гексан 101» Сера 10й
Г ексаметилендиамин 10® Сероводород 10®
н-Гептан 1011 Сероуглерод 10й
Глицерин 1,5-10® Скипидар 10®
Двуокись серы 1,1-10» Стеарат бария 5-Ю11
10 Смирнов Г.
Дерево сухое 1014 Стеарат кальция 4- 1(R
Дибутилацетат 10® Стекло 1014
Дизельное топливо Ю19 Стекловата 104
Диметилсульфат 0,6-10® Стекловолокно Ю1®
Дициан 10’ Стекло органическое 104
Диэтиламин 3-10® Стирол
Диэтиленгликоль 10® Толуидин 10»
Диэтилтолуамид 10® Толуол 104
Изопропилбензол 1012 Триметиламин 0,5-10®
Изооктан 1012 Трихлорэтилен 0,3-10®
Ионол 2,7- 10х® Трихлорбензол 10®
Канифоль 1011 Триэтаноламин 10»
Каучук натуральный 101® Уайт-спирит 1013
Керосин 10“ Углеграфитовые материалы 6-10“5
Кислоты: бензойная 0,3-10’ Углерод четыреххлористый Фенол 1014 0,6-10®
дихлоруксусная 0,2-10® Формамид 0’25-104
изовалериановая 1011 Фосген 0,14-10’
муравьиная 0,5-10® Фторопласт-4 ю1®
олеиновая 1012 Фторопласт-40 ю15
пропионовая 10’ Фторопласт-3 1,2-10х»
стеариновая 101® Фторорганические жидкости 1012
трихлоруксусная о,з-юг Фурфурол 0,65-104
уксусная 10® Хлороформ 10»
хлоруксусная 0,7-104 Хлористый этилен 0,3-10»
Крезолы Кремнийорганические жидкости 10» 1012 Хлористый ацетил Хлорбензол 0,25-10® ю19
Ксилол ю1® Церезин 101®
Масло трансформаторное 10ц Циклогексан Ю1®
Масляный альдегид 10» Циклогексанол 10»
Метиламин ю4. Циклогексанон 10’
Метилэтилкетон Найлон 10® ю1® Эпихлоргидрин Этиламин 10’ 0,22-10»
Нафталин 7-10® Этилбензол 1QU
Нитробензол 5-10’ Этилацетат 10’
Нитрометан 0,2-10» Эфиры:
Нитротолуол Нитроцеллюлоза 10® 10» диэтиловый диметиловый ю19 10®
При обработке легковоспламеняющихся и горючих жидкостей
необходимо учитывать степень электролизации их поверхности.
Предельно допустимым считается такое значение поверхностной
плотности заряда, напряженности поля или потенциала, при кото-
ром максимально возможная энергия разряда с поверхности дан-
ного вещества не превосходит 1/4 значения минимальной энергии
воспламенения окружающей среды pv. Минимальная энергия,
необходимая для воспламенения некоторых паро- и газовоздушных
смесей, приведена в табл. 9.7.
Мероприятия по защите от статического электричества должны
осуществляться только в пределах взрыво- и пожароопасных зон,
установленных классификацией Правил устройства электроуста-
Таблица 9.7
МИНИМАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ ВОСПЛАМЕНЕНИЯ <7ВОСПЛ
ПАРО- И ГАЗОВОЗДУШНЫХ СМЕСЕЙ [351
Вещество и восп> МДж Вещество ^восп» МДж
Акрилонитрил 0,16 Метилформиат 0,62 х*
Акролеин 0,175 Метилциклогексан 0,27
Аммиак 6,8 Нефтяной газ 0,26
Ацетальдегид 0,376 Окись пропилена 0,14
Ацетилен 0,011 » углерода 8,0
Ацетон 0,25 » этилена 0,06
Бензин Б-70 0,15 Пентан 0,18
Бензол 0,2 Пентен 0,18
1,3-Бутадиен 0,125 Перекись ди-трет-бутила 0,55
н-Б у тан 0,25 Петрол ейный эфир 0,18
Бутанол 0,5 Пропан 0,26
Бутилен 0,24 Пропилен 0,17
Винилацетат 1,2 х* Пропиональдегид 0,49 х*
Водород 0,011 Сероводород 0,077
1,5-Гексадиен 0,23 Сероуглерод 0,009
Гексан 0,23 Тетрагидропиран 0,22
Гептан 0,24 Тетрагидрофуран 0,54 х*
Дигидропиран 0,56 х* Тиофуран 0,60 х*
Диизопропиловый эфир 1,14 Х* Изооктан 0,28
2,2-Диметилбутан 0,25 Ди изобутилен 1,75 х*
Диметиловый эфир 0,45 х* Триэтиламин 1,15 х*
Диметил сульфид 0,76 х* Фуран 0,225 х*
Диметоксиметан 0,42х* Хлористый изопропил 1,55 х*
Диоксан 0,9 Хлористый п-пропил 1,08 х*
2,2-Диметилпропан 1,57 х* Циклогексан 0,22
Диэтиловый эфир 0,17 Циклогексен 0,86 х*
Изоокталовый спирт 0,21 Циклопентадиен 0,67 х*
Изопропиламин 2,0 х* Циклопентан 0,83 х*
Изопропилмеркаптан 0,87 х* Циклопропан 0,17
Изопропиловый спирт 0,65 х* Этан 0,24
Изопентан 0,21 Этилацетат 0,48
Керосин 0,48 Этиловый спирт 0,14
Метан 0,28 Этилен 0,096 х*
Метиловый спирт 0,14 Этиленамин 0,48 х*
** Энергия воспламенения при стехиометрической концентрации смеси.
новок (ПУЭ) — см. гл. 6. В остальных производствах защита
должна предусматриваться только в случаях отрицательного
влияния статического электричества на производственный процесс.
Основным способом защиты аппаратов от опасных потенциалов
статического электричества является заземление. В обоснованных
случаях дополнительно к заземлению можно применять другие
меры защиты (уменьшение объемного или поверхностного сопро-
тивления, нейтрализацию зарядов).
Заземляющие устройства для защиты от статического электри-
чества следует, как правило, объединять с заземляющими устрой-
ствами для электрооборудования и выполнять в соответствии
с требованиями ПУЭ. Сопротивление заземляющего устройства,
предназначенного исключительно для защиты от статического
электричества, допускается до 100 Ом.
Неметаллические аппараты считаются электростатически зазем-
ленными, если сопротивление любой точки их внутренней и внеш-
ней поверхностей относительно контура заземления не превы-
шает 107 Ом-м.
Металлические и электропроводные неметаллические аппараты
и трубопроводы, расположенные в производственных помещениях
и на наружных установках, должны быть объединены в непрерыв-
ную электрическую цепь, которая должна присоединяться к кон-
туру заземления не менее чем в двух точках. Присоединять к кон-
туру заземления при помощи отдельного ответвления независимо
от заземления соединенных с ними коммуникаций следует аппа-
раты, в которых происходит дробление, распыление, разбрызги-
вание продуктов, эмалированные и футерованные аппараты, а
также аппараты, не соединенные трубопроводами с общей систе-
мой заземления аппаратов и трубопроводов.
Если заземление аппаратов не предотвращает накопление
опасных потенциалов статического электричества, то в качестве
дополнительной меры следует применять способ рассеяния зарядов
путем уменьшения удельного объемного и поверхностного элек-
трического сопротивления. С этой целью увлажняют воздух в рабо-
чей зоне производственного помещения, а также обрабатывают
изделия растворами поверхностно-активных веществ или вводят
поверхностно-активные вещества при вальцевании, экструзии
и смешении.
Способ нейтрализации зарядов рекомендуется применять в слу-
чаях, когда нельзя отвести заряды статического электричества
с помощью более простых средств, описанных выше. Для нейтрали-
зации зарядов статического электричества во взрывоопасных зонах
всех классов рекомендуется применять радиоизотопные нейтрали-
заторы, указанные в табл. 9.8.
Для нейтрализации зарядов статического электричества на
открытых поверхностях (пленки, ленты, ткани, листы) исполь-
зуют нейтрализаторы на основе плутония-239 или трития. При
этом расстояние от нейтрализатора до заряженной поверхности
Таблица 9.8
ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ НЕЙТРАЛИЗАТОРОВ [35]
Тип нейтрализатора Источник ионизации Длина рабочей части нейтра- лизатора, мм Максимальный ионный ток в 1 см длины, А
HP-1; HP-2 Альфа-излучение плутония-239 140 1,2-10"’
HP-3; НР-4 210
HP-5; НР-6 350
НР-7 800 (0,9 ~ 0,6) 10"’
НР-8 1000 (0,34-0,6) 10"’
НР-9 1200
HP-10 1400
HP-11 1600
HP-12 1000 (0,64-1,2) 10"’
HP-13 1200
HP-14 1800
НСЭ-140АТ-1 140 0,6-10"’
НСЭ-200А 200 0,5-10"’
НСЭ-210АТ-1 210 0,6-10"’
НСЭ-350АТ-1 350
НСЭ-400А 400 0,5-10’
НСЭ-1000Б Бета-излучение пропетия-147 1000 (0,24-0,4) 10"’
HC3-15Q0 1500
НСЭ-1800Б 1800
Тритиевый Бета-излучение трития —• (0,54-1,2) 10"’
ИН-5 276 Коронный разряд 300 15-10"’
не должно превышать в первом случае 50 мм, во втором —
25 мм.
В местах, где установка нейтрализаторов затруднена, следует
применять вдувание ионизированного воздуха. В случае приме-
нения этого способа во взрывоопасных зонах ионизаторы должны
быть во взрывозащищенном исполнении или располагаться в со-
седних зонах, не являющихся взрывоопасными.
Для предотвращения накопления опасных потенциалов стати-
ческого электричества движение жидкостей по трубопроводам и их
истечение в аппараты ограничивают следующими скоростями:
10 м/с и менее — для жидкостей с удельным объемным элек-
трическим сопротивлением не более 10s Ом-м;
5 м/с и менее — для жидкостей с удельным объемным электри-
ческим сопротивлением не более 10® Ом-м;
1,2 м/с — для жидкостей с удельным объемным электрическим
сопротивлением более 10® Ом-м при диаметрах трубопроводов до
200 мм;
1 м/с — в начале заполнения порожнего аппарата жидкостями,
имеющими удельное объемное электрическое сопротивление более
106 Ом-м, до момента затопления конца загрузочной трубы.
Снижение скорости истечения жидкости может быть достигнуто
применением релаксационных емкостей, которые представляют
собой горизонтальный участок трубопровода увеличенного диа-
метра, находящегося непосредственно у входа в аппарат.
Диаметр релаксационной емкости D вычисляют по формуле
D^-/2d?pay«, (9.1)
где dTp — диаметр трубопровода до релаксационной емкости, м;
— скорость жидкости в трубопроводе, м/с.
Длина релаксационной емкости
L = 2,2.10-uepv* (9.2)
где е — диэлектрическая постоянная жидкости; ру — удельное
объемное электрическое сопротивление жидкости, Ом-м.
Жидкости в аппараты должны, как правило, подаваться ниже
уровня находящихся в этих аппаратах заполняющих жидкостей.
Не допускается подача жидкостей в аппараты свободно падаю-
щей струей. Расстояние от конца загрузочной трубы до днища
аппарата не должно превышать 200 мм.
Допускается направлять струю жидкости вдоль стенки аппара-
та, при этом форма конца трубы и скорость подачи жидкости долж-
ны быть выбраны так, чтобы исключить ее разбрызгивание.
Возникновение опасных искровых разрядов при движении
горючих паров и газов в аппаратах и трубопроводах предотвра-
щается путем заземления всех металлических частей, находящихся
в газовом потоке, и исключением возможности присутствия в этих
потоках твердых и жидких частиц. Не рекомендуется отводить
заряды из газового потока путем введения в него заземленных ме-
таллических сеток, пластин, рассекателей, коаксиальных стерж-
ней и других аналогичных устройств.
В футерованных аппаратах заземлению подлежат металли-
ческие корпуса, детали, арматура и другие электропроводные
поверхности. Исключение составляют аппараты с антистатической
футеровкой, в которых перерабатываются жидкости с удельным
объемным электрическим сопротивлением не более 10е Ом-м,
перемещаемые со скоростью до 2 м/с. В таких аппаратах заземляют
только их металлические корпуса. В антистатических и диэлектри-
ческих неметаллических аппаратах не допускается наличие метал-
лических частей и деталей, имеющих сопротивление относительно
земли более 100 Ом,
Для обеспечения электропроводности неметаллические анти-
статические и диэлектрические аппараты должны покрываться
снаружи и внутри слоем лака или эмали, обладающих электро-
проводными свойствами. При этом должен быть обеспечен надеж-
ный контакт покрытия с заземленной металлической арматурой.
Введение в неметаллические антистатические и диэлектриче-
ские аппараты дополнительных заземленных электродов допу-
скается в случаях:
а) при невозможности покрытия наружных и внутренних
поверхностей аппаратов электропроводным лаком или эмалью;
б) при обработке веществ, способных накапливать заряды при
контактном или индуктивном воздействии наэлектризованной по-
верхности аппаратов и имеющих удельное объемное электриче-
ское сопротивление не более 10s Ом-м.
Вводимые в аппарат электроды не должны выступать над по-
верхностью жидкости . или нарушать герметичность аппарата.
В аппаратах должны заземляться все вращающиеся и движу-
щиеся части, контакт которых с заземленным корпусом может быть
нарушен из-за наличия слоя смазки в подшипниках или приме-
нения диэлектрических антифрикционных материалов. Обеспече-
ние контакта в электропроводных подшипниках .достигается
применением электропроводной смазки.
Передача движения от электродвигателей к аппаратам должна
осуществляться через муфту, редуктор или, в виде исключения,
через клиноременное устройство. Применение плоскоременных
передач не допускается. Клиноременные передачи должны выпол-
няться из материалов, имеющих удельное объемное электрическое
сопротивление не более 10s Ом-м, а вся установка (ограждение
и другие металлические детали вблизи ремня) должна заземляться.
В частности, находят применение антистатические клиновые
ремни по ТУ 38-105-275—71. В случае использования обычных
клиновых ремней следует применять один из следующих способов
предотвращения опасной электризации:
1) увеличение относительной влажности воздуха в месте рас-
положения клиноременной передачи не менее чем до 70 %;
2) покрытие ремней электропроводной смазкой;
3) ионизацию воздуха с помощью установленных с внутренней
стороны ремня (возможно ближе к точке его схода со шкива) ней-
трализаторов.
Запрещается смазывать ремни канифолью, воском и другими
веществами, увеличивающими поверхностное сопротивление, во
взрывоопасных помещениях всех классов.
глава ю
ЗАЩИТНЫЕ ОГРАЖДЕНИЯ
И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОБСЛУЖИВАНИЯ
АППАРАТОВ
10.1. ЗАЩИТНЫЕ ОГРАЖДЕНИЯ
Ограждениями называются устройства, ограничивающие до-
ступ персонала в опасные зоны, образуемые движущимися частями
аппаратов, частями, находящимися под повышенным напряжением
электрического тока, и другими видами опасности. Ограждения
могут быть постоянно закрепленными или периодически откры-
вающимися. Ограждения не должны затруднять обслуживание
аппаратов или ограничивать их технические возможности.
Предпочтительно применять сплошные ограждения, выполнен-
ные в соответствии с ГОСТ 12.2.009—80*, из листовой стали тол-
щиной не менее 0,8 мм, листового алюминия толщиной не менее
2 мм или прочной пластмассы толщиной не менее 4 мм. В защитных
ограждениях допускается устройство смотровых окон из стекол
по ГОСТ 5727—83* Е и ГОСТ 9424—79* или другого прозрачного
материала, не уступающего по эксплуатационным свойствам ука-
занным выше материалам.
Защитные ограждения, изготовляемые из сетки или перфори-
рованного материала, должны иметь конструкцию, обеспечиваю-
щую жесткость и постоянство формы. Расстояния между огражде-
нием из сетки или перфорированного материала и ограждаемым
элементом устанавливает ГОСТ 12.2.062—81*:
Диаметр окружности, вписанной
в ячейку сетки (решетки), мм . . .
Расстояние от ограждения до опас-
ного элемента, мм..............
До 8 Св. 8 Св. 10 Св. 25
до 10 до 25 до 40
Не ме- Св. 15 Св. 35 Св. 120
нее 15 до 35 до 120 до 200
Прочность ограждений должна определяться из расчета воз-
действия на них разрушившихся частей аппарата или выброса
жидких продуктов. Следует учитывать возможность воздействия
на ограждения обслуживающего персонала.
масса таких ограждений
Рис. ЮЛ. Ограждение, открытое сверху:
1 — ограждение; 2 — ограждаемый аппарат
Ограждения должны иметь надежное
крепление, исключающее их самооткры-
вание. Если по производственной не-
обходимости ограждения должны сни-
маться чаще одного раза в смену, то
или их съемных частей должна быть
не более 6 кг, а их крепление осуществляться без помощи ключей
или отверток. Ограждения открывающегося типа должны откры-
ваться с усилием не более 40 Н.
Съемные и открывающиеся ограждения должны иметь соответ-
ствующие ручки или скобы и фиксироваться в открытом поло-
жении.
В случае, если речь идет о крупногабаритных узлах или целых
аппаратах, целесообразно применять ограждения, открытые сверху
(табл. 10.1 и рис. 10.1).
Наружную поверхность защитного ограждения окрашивают
в тот же цвет, что и аппарат, на котором оно установлено. Внутрен-
няя поверхность съемных и откидных ограждений должна быть
окрашена в желтый цвет. На наружную сторону таких ограждений
наносят предупреждающий знак опасности (желтого цвета равно-
сторонний треугольник с черным восклицательным знаком в сере-
дине). Под знаком наносится табличка по ГОСТ 12.4.026—76*
с поясняющей надписью «При работающем аппарате не откры-
вать».
Таблица 10.1
ВЫСОТА ОТКРЫТЫХ СВЕРХУ ОГРАЖДЕНИЙ
В ЗАВИСИМОСТИ ОТ РАСПОЛОЖЕНИЯ ОПАСНОГО ЭЛЕМЕНТА,
ГОСТ 12.2.062—81*
Высота расположения опасного элемента Ь, мм Высота защитного ограждения Н, мм
2400 2200 2000 1800 1600 1400 1200 1000 и менее
Расстояние от опасного элемента до ограждения а, мм
2600 2400 2200 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 100 100 100 250 100 100 350 350 100 150 400 500 600 500 100 100 150 500 600 900 900 800 500 300 100 200 500 700 900 900 900 900 900 600 100 200 600 900 1000 1000 1000 1000 1000 900 500 300 200 100 200 600 1100 1100 1300 1300 1400 1400 1300 1200 1200 1100
10.2. ПЛОЩАДКИ И ЛЕСТНИЦЫ
ДЛЯ ОБСЛУЖИВАНИЯ АППАРАТОВ
При необходимости систематического обслуживания аппара-
тов, арматуры и приборов, установленных на высоте более 1800 мм
от уровня пола или нулевой отметки, следует предусматривать
рабочие площадки. Высота потолка над полом рабо-
чих площадок должна быть не менее 2150 мм. Минимальная ши-
рина площадок 800 мм. Настил изготовляют из сплошных сталь-
ных листов. Рабочие площадки должны иметь перила высотой
1000 мм и дополнительную ограждающую планку посередине
высоты перил. В нижней части перил следует предусматривать
сплошную обшивку’в виде полосы высотой не менее 150 мм.
Доступ к рабочим площадкам должен обеспечиваться с по-
мощью стационарных маршевых лестниц ши-
риной не менее 700 мм и с уклоном к горизонту не менее 45°.
Для доступа к редкообслуживаемым аппаратам, арматуре и при-
борам допускается устройство служебных лестниц
с уклоном 60° или использование стремянок с уклоном к го-
ризонту 75—90°.
При высоте лестниц или стремянок более 1000 мм следует пре-
дусматривать площадки для отдыха через каждые 5000 мм.
Маршевые и служебные лестницы должны иметь плоские сту-
пени из стальных рифленых листов и перила высотой 1000 мм по
вертикали. Ширина стремянок должна быть не менее 400 мм. Начи-
ная с высоты 3000 мм стремянки должны быть оборудованы огра-
ждениями в виде дуг. Дуги располагаются на расстоянии 800 мм
друг от друга и соединяю
продольными полосами.
Расстояние от стремянки
до дуги должно быть не
менее 700 мм при радиусе
400 мм. Рекомендуемые
размеры элементов лестниц
приведены на рис. 10.2.
Число открытых марше-
вых лестниц от рабочих
площадок и технологиче-
ских этажерок, предназна-
ченных для размещения и
обслуживания аппаратов
с легковоспламеняющими-
ся и горючими жидкос-
Рис. 10.2. Размеры элементов
лестниц: а — стремянка; б —
служебная лестница; в — хозяй-
ственная лестница; г — пандус
тями и разами, должно соответствовать следующим требова-
ниям:
а) при длине наружной этажерки или площадки от 18 до 80 м —
не менее двух маршевых открытых лестниц;
б) при длине наружной этажерки или площадки более 80 м
число лестниц определяется из расчета их расположения на рас-
стоянии не более 80 м одна от другой.
Лестницы наружных этажерок должны располагаться по на-
ружному периметру.
Для колонных аппаратов, не требующих повседневного обслу-
живания, при длине рабочих площадок не более 24 м допускается
устройство одной маршевой лестницы и одной вертикальной. При
групповой установке аппаратов колонного типа для отдельных
аппаратов, возвышающихся над остальными, допускается устраи-
вать вертикальные стремянки.
При устройстве рабочих площадок на аппаратах большого диа-
метра (типа резервуаров) верхняя площадка лестницы, ведущей на
аппарат, должна находиться на одном уровне с крышкой аппарата
и иметь ограждающие перила, идущие по краю крышки аппарата
на расстоянии не менее 1800 мм в каждую сторону от лестницы.
При необходимости обслуживания арматуры и приборов, распо-
ложенных на разных участках крышки такого аппарата, к ним
должны быть подведены площадки с ограждением.
глава и
СНИЖЕНИЕ ШУМА И ВИБРАЦИИ
АППАРАТОВ
11.1. СНИЖЕНИЕ ШУМА
И ВИБРАЦИИ В ПОДШИПНИКОВЫХ УЗЛАХ
При разработке аппаратов для химических производств в ка-
честве опор для вращающихся узлов и деталей применяют в основ-
ном подшипники качения. Уровень шума и вибрации подшипников
качения зависит от их размера, серии, частоты вращения вала,
типа тел качения, а также от условий монтажа и эксплуатации.
При выборе подшипников следует учитывать, что шум и вибра-
ция возрастают в среднем на 1—2 дБ с увеличением номера, опре-
деляющего типоразмер подшипника. Шум роликовых подшипни-
ков на 1—3 дБ сильнее шума шариковых подшипников тех же раз-
меров [51. Уровень вибрации роликовых подшипников превышает
уровень вибрации шариковых подшипников в среднем на 5 дБ.
На такую же величину уровень вибрации подшипников тяжелой
серии больше уровня вибрации подшипников средней серии. При-
282
• менение подшипников более высокого класса точности ведет к сни-
жению вибрации на 1—2 дБ [6]. Шум подшипников при увели-
чении нагрузки возрастает, но не более чем на 5 дБ. Увеличение
частоты вращения подшипников приводит к возрастанию шума на
величину, определяемую по формуле
△L = 23,3 1g (пМ, (11.1)
где Д£ — прирост шума, дБ; пх, п2 — соответственно начальная
и конечная частоты вращения вала подшипника, с-1.
Параметры шума и вибрации подшипников изменяются в зави-
симости от типа и качества применяемой смазки. Смазка должна
। быть химически и физически стабильна, не содержать посторон-
них примесей, выдерживать заданную температуру и контактное
давление. Для подшипниковых узлов емкостных аппаратов с пере-
; мешивающими устройствами, работающими с частотой вращения
вала до 8,3 с-1, в интервале температур от —60 до +90 °C рекомен-
дуется применять пластичную смазку ЦИАТИМ-201 по
ГОСТ 6267—74* или смазку с улучшенными противозадирными
свойствами ЦИАТИМ-203 по ГОСТ 8773—73*. При более высокой
частоте вращения вала и диапазоне температур от —50 до +120 °C
применяют смазку ЦИАТИМ-202.
В качестве средства, значительно уменьшающего шум и вибра-
цию в подшипниковых узлах, используют специальные вкладыши
с высоким коэффициентом затухания (металловолокнистые, рези-
новые, пластмассовые). Такие вкладыши компенсируют геометри-
ческое несовершенство посадочных мест и виброизолируют корпус
узла от подшипника. Установка вкладышей снижает шум и вибра-
цию подшипникового узла на 12—15 дБ.
На уровень шума и вибрации влияют осевые натяги и перекосы
подшипников в процессе монтажа аппарата. При этом параметры
шума и вибрации могут возрасти на 12—15 дБ.
Для снижения параметров шума и вибрации аппаратов, имею-
щих опорные узлы с подшипниками качения, рекомендуются сле-
дующие решения [61:
а) выбирать подшипники минимально необходимого размера
и по возможности более легкой серии;
б) применять по возможности однорядные радиальные шарико-
вые подшипники;
в) применять самоустанавливающиеся опоры;
г) применять упругие вкладыши из вибродемпфирующих мате-
риалов;
д) обеспечивать соосность посадочных мест на валу и в кор-
пусе подшипникового узла;
е) обеспечивать минимальный радиальный зазор между под-
шипником и корпусом узла;
ж) обеспечивать параметры шероховатости посадочных мест
в соответствии с классом точности выбранного подшипника;
з) предусматривать предварительное осевое напряжение на-
ружного кольца подшипника с ориентировочным усилием р =
= (54-15) dEH, Н, где dBK — внутренний диаметр подшипника, мм;
и) предусматривать заполнение камер подшипниковых узлов
смазочным материалом не более чем на 50 % объема, обеспечивая
при этом надежное уплотнение в местах установки крышек.
11.2. СНИЖЕНИЕ ШУМА И ВИБРАЦИИ
В ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧАХ И РЕДУКТОРАХ
Шум и вибрация взубчатых передачах возникают
как вследствие деформации сопрягаемых зубьев под действием
передаваемой мощности, так и вследствие динамических процес-
сов, обусловленных дефектами, допущенными при изготовлении
и монтаже передачи.
По имеющимся данным [5, 6], при двукратном увеличении
частоты вращения или передаваемой мощности уровень шума зуб-
чатой передачи возрастает на 5—6 дБ. При работе зубчатой пере-
дачи в режиме размыкания с большой частотой вращения уровень
шума увеличивается на 10—15 дБ. Снижение шума в этих случаях
может быть достигнуто применением двухступенчатых редукторов,
а также использованием зубчатых колес с возможно меньшим диа-
метром и большой шириной зуба. Косозубые шестерни обеспечи-
вают снижение шума на 2—6 дБ по сравнению с прямозубыми.
Снижению шума зубчатой передачи способствует размещение
колес вблизи опор на двухопорных валах, посадка по возможности
должна быть неподвижной.
Существенное значение имеет выбор материала для зубчатых
передач и его термообработка. Замена стали на чугун снижает
уровни шума на 3—4 дБ. Закалка и другие виды термообработки,
связанные с неизбежной деформацией обрабатываемых колес,
ведут к увеличению уровня шума на 4—6 дБ [51. На уровень
шума зубчатых передач оказывает влияние количество применяе-
мого смазочного масла, при недостатке которого шум может воз-
расти на 10—15 дБ.
Ориентировочно уровень звукового давления силовой зубчатой
передачи мощностью более 50 кВт можно определить по фор-
муле [5], дБ
L = Lo-f-20 1g ц, (11.2)
где Lo — поправка на уровень звукового давления, зависящая
от качества изготовления зубчатых колес, дБ, Lo = 404-55 дБ;
и — окружная скорость вращения зубчатых колес, м/с.
Шум в редукторах складывается в основном из шума,
возникающего вследствие колебания корпуса под действием рабо-
тающих в нем зубчатых передач, и шума, производимого воздухом,
проникающим через неплотности в соединениях корпуса и смотро-
284
вых окон. В целях снижения шума редукторов кроме выполнения
приведенных выше рекомендаций целесообразно покрывать кор-
пуса звукоизолирующими материалами, предусматривать уста-
новку вибропоглощающих прокладок в соединениях корпуса,
применять упругие муфты для соединения вала редуктора с валом
электродвигателя.
11.3. СНИЖЕНИЕ ШУМА И ВИБРАЦИИ,
ВЫЗВАННЫХ НЕУРАВНОВЕШЕННОСТЬЮ
ВРАЩАЮЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ
Одной из причин повышенного шума и вибрации аппаратов
является неуравновешенность вращающихся деталей (перемеши-
вающих устройств, скребков, шнеков и т. д.). В зависимости от
расположения оси инерции и оси вращения различают статиче-
скую, моментную и динамическую неуравновешенность вращаю-
щихся деталей [51.
Статическая неуравновешенность вращающейся детали вызвана разностью
масс конструктивных элементов, находящихся на противоположных сторонах
детали, а также кривизной вала или несоосностью поверхности детали с поверх-
ностью шеек вала. При статической неуравновешенности главная центральная
ось инерции и ось вращения детали параллельны.
Моментная неуравновешенность вращающейся детали возникает в случае
пересечения в центре масс оси вращения и главной центральной оси инерции.
При этом приведение всех неуравновешенных сил к центру массы вращения де-
тали дает только главный момент.
Динамическая неуравновешенность вращающейся детали характеризуется
пересечением главной центральной оси инерции с осью вращения не в центре
масс детали.
Частота вибрации неуравновешенных деталей равна частоте их
вращения.
Устранение вибрации, вызванной неуравновешен-
ностью деталей, достигается их балансировкой. Приемы
балансировки описаны в специальной литературе [7 ], а допусти-
мые значения остаточного дисбаланса приведены в государствен-
ных и отраслевых стандартах для конкретных типов оборудования.
Например, в соответствии с ГОСТ 25167—82 Е для перемешивающих уст-
ройств вертикальных емкостных аппаратов, работающих при частоте вращения
более 80 мин"1, допустимый остаточный дисбаланс не должен превышать вели-
чину М = ЗООтп""0,6, где Л! — остаточный дисбаланс, г-см; т — масса мешалки,
кг; п — частота вращения, мин-1.
При проворачивании вручную радиальное биение свободного конца кон-
сольного вала с мешалкой не должно превышать значения 6 = 0,0025/п—1/3,
где 6 — радиальное биение, мм; I — длина консольной части вала, мм; п —
рабочая частота вращения, мин-1.
Вид балансировки и методы устранения дисбаланса указы-
ваются в конструкторской документации на конкретное изделие.
Причиной повышенной вибрации может быть нарушение
соосности валов аппарата' и привода. При этом угловое сме-
щение валов увеличивает осевую вибрацию, а параллельное сме-
щение — вибрацию в поперечном направлении. Вибрация аппа-
рата может возрасти вследствие дефектов, допущенных при изго-
товлении соединительных муфт (например, неточная разметка
отверстий под соединительные пальцы муфты). В этом случае на
основную вибрацию, равную частоте вращения вала, наклады-
вается высокочастотная вибрация от неравномерной работы паль-
цев в соединительной муфте [5]. Снижение уровня вибрации, свя-
занное с нарушением соосности валов, достигается правильной
их центровкой.
11.4. СНИЖЕНИЕ ШУМА
ГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
В аппаратах, заполненных газообразной средой, может воз-
никать шум от протекающих в нем газодинамических процессов.
Причинами газодинамического шума являются вихревые процессы
в потоке рабочей среды, колебания среды под действием рабочих
органов, пульсация давления, а также колебания, вызванные
неоднородностью потока.
Снижение газодинамического шума непосредственно в аппа-
рате достигается увеличением зазора между деталями, находящи-
мися в газовой струе, и улучшением газодинамических характе-
ристик проточной части аппарата.
Снижению шума способствует также уста-
новка специальных насадок на срезе трубопро-
водов, подающих среду в аппарат.
Действие насадки основано на переводе спектра шу-
ма в высокочастотную или ультразвуковую область.
В отдельных случаях применение насадок снижает уровень
шума на 8—12 дБ, однако из-за дополнительного со-
противления насадки ухудшают рабочие характеристики
аппаратов.
Значительное снижение уровня шума дает
установка глушителей на всасывающих и вы-
хлопных линиях. В специальной литературе [5,
6, 48 ] описаны конструкции различных глуши-
телей. На всасывающих линиях при скорости
потока до 10 м/с целесообразно устанавливать
трубчатые глушители с наполнением из стек-
ловолокна или базальтового волокна со сред-
ней объемной плотностью соответственно 25 и
20 кг/м3 (рис. 11.1). На выхлопных линиях
при тех же скоростях потока устанавливают
вертикальные трубчатые глушители с набивкой
Рис. 11.1. Схема трубчатого глушителя:
секции глушителя; 2 — звукопоглощающий материал; 3 -»
перфорированная труба; 4 — защитный зонт
Таблица II.1
ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРУБЧАТЫХ ГЛУШИТЕЛЕЙ ШУМА [48]
D, мм (см. рис. 11.1) Число секций Снижение уровня звукового давления, дБ, при среднегеометрической частоте октавных полос, Гц
63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
а б а б а б а б а б а б а б а б
1 22 25 21 26 37 33 30 40 39 40 37 44 40 46 31 40
115 2 27 30 29 35 60 51 56 66 75 69 70 75 72 75 53 61
3 31 35 38 44 60 60 70 70 75 75 75 75 75 75 70 70
1 17 20 15 23 26 30 21 32 27 32 33 38 29 36 23 31
194 2 20 21 22 31 46 46 39 52 51 54 58 60 58 54 58 43
3 24 28 29 39 60 60 57 70 75 75 75 75 68 72 49 55
1 13 18 13 20 16 23 15 25 19 30 25 31 20 26 15 22
285 2 16 21 18 26 29 34 26 40 33 46 41 45 30 33 25 25
3 18 24 24 32 42 45 37 55 47 62 57 59 40 40 25 28
1 11 17 9 18 15 22 13 25 20 28 22 27 17 25 13 22
375 2 12 20 14 23 27 32 23 39 33 40 34 36 23 31 16 25
3 14 23 18 28 39 42 32 53 46 52 47 45 30 37 19 28
1 10 17 10 18 14 21 11 23 19 26 19 26 13 24 10 22
440 2 11 20 13 23 24 30 18 35 29 36 29 34 15 29 И 24
3 12 23 17 28 35 39 25 47 40 46 39 42 18 34 12 26
Примечание. Принятые обозначения: а — для глушителей на линии всасыва-
ния; б — для глушителей на линии выхлопа.
из минераловатных плит со средней объемной плотностью 100 кг/м3.
Технические характеристики трубчатых глушителей шума при-
ведены в табл. 11.1.
11.5. СНИЖЕНИЕ ВИБРАЦИИ
ПУТЕМ ВИБРОПОГЛОЩЕНИЯ И ВИБРОИЗОЛЯЦИИ
Опасные уровни вибрации могут быть значительно снижены
путем применения вибропоглощающих и виброизолирующих уст-
ройств и материалов [4].
Вибропоглощение. Вибропоглощение заключается в уменьше-
нии амплитуды колебаний аппарата или его отдельных частей.
Вибропоглощение обеспечивается облицовкой вибри-
рующих поверхностей специальными жесткими или
мягкими демпфирующими покрытиями.
В качестве жестких покрытий используют пластмассы с дина-
мическим модулем упругости 100—1000 МПа. Жесткие покрытия
более эффективны для снижения вибрации на низких и средних
частотах.
Для уменьшения высокочастотных вибраций используют мягкие
покрытия, имеющие динамический модуль упругости порядка
10 МПа (мягкие резины и пластмассы, различные мастики).
Обычно вибропоглощающие покрытия крепят к аппаратам при
помощи клея, можно также наносить их на аппараты путем напы-
ления. Практически толщину вибропоглощающего слоя прини-
мают не более двух-трех толщин стенки защищаемого оборудо-
вания.
Сведения о некоторых материалах, применяемых в качестве
вибропоглощающих покрытий, приведены в табл. 11.2.
11.2
Таблица
ХАРАКТЕРИСТИКИ
ВИБРОПОГЛОЩАЮЩИХ
МАТЕРИАЛОВ [4]
Материал Плотность, г/см’ ' Модуль уп- ругости, МПа Рабочий диапазон темпера- тур, °C
Пластикат 1,52 700 От —20 до 100
Паре нит 2 100 От —20 до 150
Герметик 1 100 От —60 до 110
Асбокартон по ГОСТ 2850—80* 1 580 От —20 до +450
циентом передачи
Виброизоляция. Виброизо-
ляция аппаратов заключается в
создании упругой связи путем
установки аморти-
заторов между источником
колебаний и поддерживающей
его конструкцией. В качест-
ве амортизаторов используют
стальные пружины или упругие
прокладки из резины, пробки,
стекловолокна. Однако приме-
нение амортизаторов без пред-
варительного расчета может
привести к возникновению ре-
зонанса и увеличить передачу
динамических сил на основание.
Эффективность виброизоля-
ции характеризуется коэффи-
силы на основание К, который зависит от от-
ношения частоты возмущающей силы к частоте собственных вер-
тикальных колебаний системы, состоящей из аппарата, опорной
плиты и виброизоляторов. Пренебрегая затуханием, получаем [4]
К = [(7/Zoz)2
(П-3)
где f — частота колебаний системы под действием возмущающей
силы, Гц; fOz — частота собственных вертикальных колебаний
системы, Гц. Из формулы (11.3) следует:
1) при f < foz система имеет упругое сопротивление, сила
действует как статическая и полностью передается основанию;
2) при f = foz возникает явление резонанса;
3) при f система оказывает инерционное сопротивле-
ние и эффективность виброизоляторов возрастает с увеличением
частоты колебания.
Следовательно, условием надежной работы виброизоляторов
является обеспечение соотношения foz = f/^2.
Известно [4], что при отношениях частот, равных 2,5; 3; 4;
5, эффективность виброизоляции составляет соответственно 81;
87,5; 93 и 96 %.
Частота собственных колебаний системы
/02 = 5х7т°-5. (И.4)
Здесь хст — статическая осадка виброизолятора, см
хст = tnlKz = ha/E, (11.5)
где т — суммарная масса аппарата и опорной плиты, кг; /(z —
упругость виброизолятора в вертикальном направлении, кг/см;
h — высота виброизолятора, см; о = mgIF — напряжение в мате-
риале виброизолятора, МПа (F — площадь всех виброизоляторов,
м2); Е — модуль упругости амортизатора, МПа.
Если динамический модуль упругости материала виброизоля-
тора отличается от статического, то частоту собственных колеба-
ний системы определяют по формуле
foz — Един/(ХСТЕСТ) > (1 1-6)
где ЕдИн, Ест — соответственно динамический и статический мо-
дули упругости материала виброизолятора, МПа.
Пружинные амортизаторы могут использоваться для ослабле-
ния вибрации любых частот, но наиболее эффективны на частотах
ниже 15 Гц. Расчет пружинного амортизатора сводится к опреде-
лению диаметра пружины и числа витков. Методика определения
размеров пружин и основных параметров витков приведена в
ГОСТ 13764—68*—ГОСТ 13776—68.
Резиновые амортизаторы рекомендуется применять для сни-
жения среднечастотных и высокочастотных вибраций. Расчет рези-
новых амортизаторов сводится к определению их количества, попе-
речных размеров и высоты. В качестве высоты резинового аморти-
затора принимают высоту его деформируемой части [41
Я = хстЕДИ11/о, (11.7)
где Един — динамический модуль упругости резины, МПа; о —
расчетное статическое напряжение в резине, МПа, о = P/F;
Р — нагрузка, приходящаяся на все резиновые виброизоляторы,
МН; F — площадь поперечного сечения всех виброизоляторов, м2.
Резиновые амортизаторы должны выполняться в виде ребри-
стых или дырчатых плит, обеспечивающих свободное расширение
резины в стороны. При использовании для изготовления аморти-
заторов листовой резины каждый амортизатор должен иметь вид
ленты с отношением толщины к ширине не более 1 : 3.
При необходимости снижения низкочастотных вибраций, начи-
ная с 4—6 Гц, рекомендуется применять комбинированные метал-
лорезиновые амортизаторы (рис. 11.2).
При установке любых амортизаторов необходимо соблюдать
следующее условие: центр жесткости амортизатора и центр тя-
жести приходящейся на него нагрузки должны находиться на од-
Рис. 11,2. Схема комбинированного амортиза-
тора:
1 *— нижняя плита; 2 — резиновая шайба; 3 — ме-
таллическая шайба; 4 — пружина; б — опорная
плита
ной вертикали. В комбинированных
амортизаторах центры жесткости пру-
жин и резины также должны быть на
одной вертикали.
Центром жесткости системы аморти-
заторов называется точка, через кото-
рую проходит равнодействующая реакций всех амортизаторов
при одинаковой их деформации [4 J.
11.6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ШУМОВЫХ
И ВИБРАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
В соответствии с ГОСТ 12.1.023—80* основной шумовой харак-
теристикой производственного оборудования являются уровни
звуковой мощности в октавных полосах со среднегеометрическими
частотами 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000 и 8000 Гц. В обосно-
ванных случаях, например для оборудования, которое комплек-
туется непосредственно на предприятиях-потребителях, в качестве
шумовой характеристики допускается принимать уровни звуко-
вого давления в указанных выше октавных полосах частот. При
этом измерения должны выполняться не менее чем в трех контроль-
ных точках. Для аппаратов с механическими перемешивающими
устройствами в качестве нормируемой шумовой характеристики
кроме уровня звукового давления допускается применять эквива-
лентный уровень звука, измеренный по характеристике А шумо-
мера (ГОСТ 17187—81).
Предельно допустимые значения шумовых характеристик аппа-
ратов (ПДШХ) в процессе их разработки определяют в соответ-
ствии с требованиями ГОСТ 12.1.003—83 и ГОСТ 12.1.023—80*
с учетом условий размещения аппаратов и допускаемых уровней
звукового давления на рабочих местах (табл. 11.3). Уровень зву-
ковой мощности для каждой октавной полосы определяется по
формуле, дБ
Lpt = Ц + 10 1g (F/FJ - AL, (11.8)
где Lt — допускаемый уровень звукового давления на рабочем
месте, дБ (по табл. 11.3); F — площадь измерительной поверх-
ности (полусферы), м2, определяемая по формуле F = 2лR2 (R —
расстояние от рабочего места до центра проекции аппарата на его
основании, м); — параметр, равный 1 м2; AL — поправка на
групповую установку аппаратов в типовых условиях эксплуата-
ции, дБ.
Таблица 11.3
ДОПУСКАЕМЫЕ УРОВНИ ЗВУКОВОГО ДАВЛЕНИЯ
И ЭКВИВАЛЕНТНЫЕ УРОВНИ ЗВУКА НА РАБОЧИХ МЕСТАХ,
ГОСТ 12.1.003 — 83
Среднегео- метрическая частота октавных полос, Гц Постоянные рабочие места и рабочие зоны в производственных помещениях и на терри- тории предприятий, постоянные рабочие места стационарных машин Кабины наблюдения и дистанционного управления
с речевой связью по телефону без речевой связи по телефону
Допускаемый уровень звукового давления Li, дБ
63 125 99 (95) 92 (87) 83 74 94 (91) 87 (83)
250 86 (82) 68 82 (77)
500 83 (78) 63 78 (73)
1000 80(75) 60 75 (70)
2000 78 (73) 57 73 (68)
4000 76 (71) 55 71 (66)
8000 74 (69) 54 70 (64)
Эквивалентный уровень ввука, дБ А
85 (80)
65
80 (75)
Примечание. В скобках приведены уровни звукового давления по «Санитарным
нормам Допустимых уровней шума на рабочих местах». Утв. Главным санитарным вра-
чом СССР 12.03.85, № 3223—85.
Поправку AL в зависимости от габаритных размеров аппарата
принимают равной!
Габаритные размеры аппарата, м До 1,5 Св. 1,5 Св. 3,5 Св. 5,0
до 3,5 до 5,0
AL, дБ ........................ 10 6 3 0
Для одиночно устанавливаемых аппаратов AL = 0.
Уровень шума аппаратов химических производств, установлен-
ных в помещениях и на открытых площадках, измеряется в соот-
ветствии с ГОСТ 12.1.028—80. При необходимости получения более
точных шумовых характеристик измерения выполняются по
ГОСТ 12.1.024—81*—ГОСТ 12.1.027—80,
Согласно ГОСТ 12.1.023—80*, контроль шумовых характе-
ристик должен проводиться в ходе приемочных периодических
и типовых испытаний аппаратов.
В паспорте или инструкции по эксплуатации аппарата ука-
зывают шумовые характеристики, полученные в процессе испыта-
ния аппарата, или предельно допускаемые шумовые характе-
ристики, рассчитанные по формуле (11.8).
Вибрационной характеристикой аппаратов химических про-
изводств являются среднеквадратические значения виброскорости
в октавных полосах частот 2, 4, 8, 16, 31,5 и 63 Гц, измеренные
на головках болтов, крепящих аппараты к фундаменту, или на
ГИГИЕНИЧЕСКИЕ НОРМЫ ОБЩЕЙ ВИБРАЦИИ НА РАБОЧИХ МЕСТАХ
В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЯХ, ГОСТ 12.1,012 — 78*
Параметр Значение параметра при среднегеометрической частоте октавной полосы, Гц
2 4 8 16 31,5 63
Средняя квадратическая виброско- рость, см/с Логарифмический уровень виброско- рости, дБ 1,30 108 0,45 99 0,22 93 0,22 92 0,22 92 0,22 92
площадке перекрытия. Значения вибрационных характеристик
устанавливаются исходя из условий обеспечения безопасности
конструкции аппарата с учетом требований гигиенических норм
вибрации на рабочих местах. Гигиенические нормы вибра-
ции при определении методом частотного анализа приведены
в табл. 11.4.
В паспорт или инструкцию по эксплуатации аппарата вносят
значения вибрационных характеристик, измеренные согласно
ГОСТ 12.1.034—81 в ходе испытаний аппарата.
При необходимости применения виброизолирующих устройств
или при возможности передачи вибрации на несущие строительные
конструкции вибрационная характеристика аппарата должна со-
держать следующие данные: направление и характер прилагаемой
нагрузки (сосредоточенные силы, моменты, распределенные на-
грузки); характер изменения нагрузки во времени (период и ам-
плитуда колебаний); скорость убывания частоты вращения вала
аппарата; положение центра масс аппарата; моменты инерции
аппарата относительно центральных осей.
Вибрационные характеристики не вносятся в паспорта аппа-
ратов, у которых динамические нагрузки, передаваемые основа-
нию, равны или меньше 50 Н.
ГЛАВА 12
ТРЕБОВАНИЯ ЭРГОНОМИКИ
12.1. ПОКАЗАТЕЛИ ЭРГОНОМИКИ
Эргономика — это дисциплина, изучающая функциональные
возможности человека в трудовых процессах, выявляющая воз-
можности и закономерности создания оптимальных условий для
высокопроизводительного труда и обеспечения необходимых
удобств, содействующих развитию способностей работника.
Для изделий отрасли химического и нефтяного машинострое-
ния определяются следующие эргономические показатели: тем-
пература поверхности аппарата в зоне обслуживания; уровень
шума и ультразвука; вибрация; соответствие конструкции и формы
аппарата антропометрическим данным; выделение газов, пыли
и вредных веществ; удобство монтажа, обслуживания и ремонта
аппарата.
Ниже приведено примерное содержание работ по эргономике
на различных стадиях создания аппаратов.
На стадии разработки технического задания: анализ эргоно-
мических характеристик аналогов и прототипов разрабатываемого
аппарата; ориентировочное распределение функций в системе чело-
век — машина; определение ориентировочных требований эрго-
номики на основе нормативных документов.
На стадии разработки технического предложения и эскизного
проекта: конкретизация и реализация ориентировочных показа-
телей эргономики, относящихся к оборудованию, рабочему месту,
производственной среде; эргономическая оценка вариантов про-
екта; проведение исследований в лабораторных и производствен-
ных условиях в целях уточнения алгоритмов работы и показате-
лей эргономики.
На стадии разработки технического проекта: проверка выпол-
нения требований эргономики, намеченных на стадии техниче-
ского задания; окончательное распределение функций в системе
человек—-машина.
На стадии разработки рабочих чертежей и изготовления аппа-
рата: разработка требований эргономики в инструкции по экс-
плуатации; эргономическая оценка качества изготовления аппа-
рата.
На стадии испытания и эксплуатации аппарата: анализ и
экспертная оценка эргономических показателей в условиях экс-
плуатации; разработка предложений по совершенствованию эрго-
номических характеристик аппарата; корректировка технической
документации.
При решении задач эргономики в процессе конструирования
оборудования целесообразно следующее разделение функций меж-
ду человеком и машиной:
1) функции машины: высокая надежность в работе; стойкость
к агрессивным воздействиям технологической среды; применение
значительных механических усилий и энергетических затрат; моно-
тонность проводимых операций; высокая скорость реакции на
сигналы; плавность и точность приложения усилий; переработка
и хранение больших объемов информации;
2) функции человека: решение задач планирования, програм-
мирования и контроля технологического процесса; принятие реше-
ний в непредвиденных ситуациях; высокая чувствительность к раз-
личным сигналам; многообразие ответных реакций; приспособле-
ние к изменяющимся условиям.
12.2. КРИТЕРИИ ФИЗИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ
Физические нагрузки разделяются на оптимальные (не приво-
дящие в конце смены к выраженному утомлению, оказывающие
тренировочное действие, повышающие функциональные возмож-
ности организма) и допустимые (не вызывающие к концу смены
чрезмерного утомления и отклонений в состоянии здоровья в тече-
ние всего трудового периода).
Выполняемую человеком динамическую работу при переме-
щении какого-либо тела определяют по формуле [321
А = 6gm (И + 0,5/ii + 0,11/), (12.1)
где т— масса перемещаемого тела, кг; Н — высота подъема
тела из исходного положения, м; Нх — высота спуска тела, м;
I — расстояние, на которое перемещается тело по горизонтали, м.
Среднее значение развиваемой человеком мощности при совер-
шении динамической работы находят по формуле
N = А/х, (12.2).
где N — мощность, Вт; т — время всей рабочей смены, с.
Статическая нагрузка, связанная с приложением человекам
усилия без перемещения тела или его отдельных частей, характе-
ризуется произведением величины усилия на время его приложе-
ния. В случае различных усилий статическая нагрузка опреде-
ляется отдельно для каждого из них и полученные величины
суммируются.
В зависимости от общих энергозатрат все выполняемые чело-
веком работы разделяются на три категории тяжести:
Затрачиваемая мощность, Вт . . <172 172—293 >293
Категория тяжести физической ра-
бота ..................... Легкая Средняя Тяжелая
12.3. ТРЕБОВАНИЯ К РАЗМЕЩЕНИЮ ОРГАНОВ УПРАВЛЕНИЯ
И СРЕДСТВ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ
НА АППАРАТАХ
Органы управления предназначены для передачи управляю-
щих воздействий от человека к производственному оборудованию.
В целях обеспечения безопасности персонала органы управления
должны исключать возможность самопроизвольного включения
и выключения производственного оборудования, иметь форму
и размеры, удобные для работы, располагаться в рабочей зоне так,
чтобы расстояние между ними не затрудняло выполнения опе-
раций.
Для привода органов управления, размещаемых непосред-
ственно на аппаратах химических и нефтехимических производств,
следует использовать маховики, штурвалы и кривошипные ру-
коятки. Маховики и штурвалы применяют для медленного враще-
294
Рис. 12.1. Зоны размещения
органов управления на аппа-
ратах: а—в вертикальной
плоскости; б — в горизон-
тальной плоскости;
1 — для очень часто используе-
мых органов управления; 2 —
для часто используемых орга-
нов управления; 3 — для редко
используемых органов управле-
ния; 4 — край рабочей поверх-
ности
ния в условиях, тре-
бующих приложения
значительных физиче-
ских усилий. Конструк-
ция маховиков и штур-
валов должна отвечать требованиям ГОСТ 21752—76*. Кривошип-
ные рукоятки применяют для быстрого вращения органов управ-
ления при относительно небольших усилиях. Радиус (плечо) кри-
вошипной рукоятки при моментах до 2,5 Н-м должен находиться
в пределах 12—75 мм, при моментах 2,5—5,0 Н м — в пределах
100—200 мм. Просвет между окружностями вращения соседних
кривошипных рукояток: при вращении одной рукоятки — 60—
100 мм; при вращении обеих рукояток одновременно — 75—
125 мм.
Органы управления при выполнении работ стоя следует разме-
щать в пределах зон, указанных на рис. 12.1, с учетом частоты их
использования. Степень частоты использования органов управле-
ния определяется из следующих условий (ГОСТ 12.2.033—78):
Число операций в час . , . .
Частота использования , . .
До 2 Св. 2 до 120 Св. 120
Редко Часто Очень часто
Органы управления, часто используемые при выполнении
тяжелых работ, не допускается располагать выше 1000 мм от
уровня площадки, на которой стоит рабочий. Органы управления,
используемые менее пяти раз в смену, допускается располагать
за пределами зоны досягаемости (зона 3 на рис. 12.1).
Аварийные органы управления должны быть расположены
в пределах зоны досягаемости, отличаться формой от остальных
элементов управления, иметь надписи о назначении и исключать
возможность пуска аппарата до устранения аварийной ситуации.
Если аппараты, представляющие повышенную опасность для об-
служивающего персонала, находятся вне пределов видимости опе-
ратора, то следует предусмотреть дополнительные аварийные
выключатели.
Общие требования к расположению органов управления при
выполнении работ стоя приведены в ГОСТ 12.2.033—78.
Средняя высота расположения средств отображения информа-
ции при работе стоя составляет 1365 мм. Рекомендуемые зоны
Рис. 12.2. Зоны зрительного наблюде-
ния: а — в вертикальной плоскости;
б — в горизонтальной плоскости;
1 — горизонтальная линия взгляда: 2 —*
нормальная линия взгляда; 3 — сагитталь-
ная плоскость
зрительного наблюдения в вер-
тикальной и горизонтальной
плоскостях приведены на
рис. 12.2.
В соответствии с требованиями Госгортехнадзора СССР [38]
запрещается установка показывающих манометров на высоте
более 5 м от уровня площадки обслуживания.
12.4. ТРЕБОВАНИЯ К СИГНАЛЬНОЙ ОКРАСКЕ, НАДПИСЯМ
И ЗНАКАМ БЕЗОПАСНОСТИ
Поверхности аппаратов или их отдельные элементы, которые
могут служить источником опасности для обслуживающего пер-
сонала, окрашивают в соответствующие сигнальные цвета.
Красный сигнальный цвет применяется для обозначения от-
ключающих устройств, в том числе для рукояток кранов аварий-
ного сброса давления и кнопок аварийного отключения электро-
оборудования; для окраски внутренних поверхностей открываю-
щихся ограждений и корпусов; для окраски стекол сигнальных
ламп, извещающих о нарушении условий безопасности.
Желтый сигнальный цвет применяется для окраски элементов
аппаратов, неосторожное обращение с которыми представляет
опасность для работающих. В желтый цвет окрашиваются дви-
жущиеся элементы аппаратов и кромки ограждений, не полностью
закрывающих движущиеся элементы аппаратов. Желтая полоса
шириной 50—150 мм наносится на емкости, содержащие вещества
с опасными для человека свойствами.
Зеленый сигнальный цвет применяется для предписывающих
знаков и сигнальных ламп.
Синий сигнальный цвет применяется для указательных знаков.
На аппараты, представляющие повышенную опасность для
обслуживающего персонала, наносят запрещающие и предупре-
дительные знаки.
Запрещающий знак представляет собой круг крас-
ного цвета с белым полем внутри, белой каймой по контуру знака
и символическим изображением черного цвета внутри, перечеркну-
тым полосой красного цвета с углом наклона 45°. Ширина красного
кольца составляет 0,09—0,1 внешнего диаметра, ширина наклон-
ной полосы — 0,08 внешнего диаметра знака, ширина белой
каймы — 0,02 внешнего диаметра знака.
Предупредительный знак представляет собой
равносторонний треугольник желтого цвета со скругленными
296
ЦВЕТА ОКРАСКИ БАЛЛОНОВ
И БОЧЕК И НАНОСИМЫХ НА НИХ НАДПИСЕЙ [381
Сосуд Текст надписи на баллоне, содержащем соответствующий газ Окраска корпуса Цвет надписи Цвет ПОЛОСЫ
Азот Черная Желтый Коричневый
Аммиак Желтая Черный —
Аргон технический Черная Синий Синий
Ацетилен Белая Красный —
Бутилен Красная Желтый Черный
Бутан » Белый —
Водород Зеленая Красный —
Воздух Черная Белый —
Гелий Коричневая » ——
Закись азота Серая Черный —
Кислород Голубая » —
Баллон Сероводород Белая Красный Красный
Сернистый ангидрид Черная Белый Желтый
Углекислота » Желтый —
Фосген Защитная — Красный
Хладон-11 Алюминиевая Черный Синий
Хладон-12 » » —
Хладон-13 » Две красные
Хладон-22 » » » желтые
Хлор Защитная — Зеленый
Циклопропан Оранжевая Черный —
Этилен Фиолетовая Красный —
Другие горючие газы Красная Белый —
Другие негорючие газы Черная Желтый —
Аммиак Черный Желтый
Хлор Зеленый Защитный
Цистер- Фосген Красный »
на или Кислород Любой цвет Черный Голубой
бочка Другие негорючие газы Желтый Черный
Горючие газы Черный Красный
углами, обращенный вершиной вверх, с каймой черного цвета
шириной 0,05 стороны и символическим изображением опасности,
выполненным черным цветом.
Допускается применять запрещающие и предупредительные
знаки с пояснительной надписью черного цвета. При этом на
запрещающих знаках наклонную красную полосу не наносят.
Поясняющие надписи можно выполнять на табличках, помещенных
над знаком безопасности. Таблички должны окрашиваться в цвет
знака или иметь белый цвет с черными поясняющими надписями.
В соответствии с Правилами Госгортехнадзора СССР [381 бал-
лоны, содержащие сжатые, растворенные и сжиженные газы,
а также цистерны и бочки для транспортирования сжиженных га-
зов должны иметь соответствующую окраску и надписи. Цвета
окраски сосудов и текст надписей приведены в табл. 12.1.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Автоматическая система подавления взрывов: Каталог/Всесоюз. науч.-иссле-
доват. ин-т техники безопасности в хим. пром-сти. Северодонецк, 1980. 16 с.
2. Аграноник И. С., Акинин Г. И., Бибик Н. В. Оборудование электротехниче-
ское взрывозащищенное: Спр./Под ред. Н. Ф. Шевченко. М.: Энергия,
1976. 63. с.
3. Альбом типовых конструкций взрывных клапанов/Под ред. В В. Заха-
ренко, Б. И. Олеринского, В. И. Водяника и др./Всесоюз.
науч.-исследоват. ин-т техники безопасности в хим. пром-сти. Северодонецк,
1985. 16 с.
4. Безопасность труда на производстве. Защитные устройства: Справ, посо-
бие/Под ред. Б. М. Злобинского. М.: Металлургия, 1971. 456 с.
5. Борьба с шумом/Под ред. Е. Я. Юдина. М.: Стройиздат, 1964. 701 с.
6. Борьба с шумом на производстве: Справ./Е. Я. Ю д и н, Л. А. Борисов,
И. В. Горенштейни др.; Под общ. ред. Е. Я. Юдина. М.: Маши-
ностроение, 1985. 400 с.
7. Вибрация энергетических машин: Справ. пособие/Под ред. Н. В. Гри-
горьева. Л.: Машиностроение, 1974. 464 с.
8. Влияние скорости нагружения на давление срабатывания предохранитель-
ных мембран. М.: Науч.-исследоват. ин-т техн.-экономия, исследований, 1978.
Вып. 2. 7 с.
9. Водяник В. И. Предохранительные устройства для защиты химического обо-
рудования/Справ. пособие. М.: Химия, 1978. 144 с.
10. Герметичные аппараты с экранированным электроприводом перемешива-
ющего устройства: Каталог/Центр. ин-т науч.-техн. информ, и техн.-эконо-
мич. исследований по хим. и нефт. машиностроению. М., 1986. 96 с.
11. Долин П. А. Справочник по технике безопасности. 6-е изд., перераб. и
доп. М.: Энергоатомиздат, 1984. 824 с.
12. Изделия крепежные для фланцевых соединений. Конструкция и размеры:
[Сборник]: ОСТ 26-2037—77 — ОСТ 26-2043—77. М.: 1977. 43 с.
13. Кондратьева Т. Ф. Предохранительные клапаны. Л.: Машиностроение,
1976. 232 с.
14. Лащинский А. А., Толчинский А. Р. Основы конструирования и расчета
химической аппаратуры: Справ. 2-е изд. Л.: Машиностроение, 1970. 752 с.
15. Люки стальных сварных сосудов и аппаратов. Конструкция и размеры.
Технические требования: [Сборник]: ОСТ 26-2001—83 — ОСТ 26-2013—83.
М: Центр, конструкт, бюро нефтеаппаратуры, 1983. 251 с.
16. Макаров В. М., Невесенко В. И., Плеткин П. В. Байонетные затворы аппа-
ратов, М-: Машиностроение, 1980. 223 с.
17. Мотор-редукторы МР-1; МР-2; МР-3: Каталог-справ./Тамбовполимермаш.
Тамбов, 1981. 27 с.
18. Номенклатура мотор-редукторов: Справ. пособие/Тамбовполимермаш. Тамбов.
1981. 9 с.
19. Оборудование электротехническое взрывозащищенное. Выбор и применение
зарубежного электрооборудования для взрывоопасных установок: [Сбор-
ник]: ОСТ 16.0.800.699—79 — ОСТ 16.0.800.704—79. М.: Информэлектро,
1981.541 с.
20. ОСТ 26-01-64—77. Зажимы. Конструкция и размеры. М.: НИИхиммаш,
1977.17 с.
21. ОСТ 26-01-396—78. Фланцы сосудов и аппаратов стальные приварные под
зажимы. Конструкция и размеры. Харьков: Укр. науч.-исследоват. и кон-
структ. ин-т хим. машиностроения, 1978. 23 с.
22. ОСТ 26-01-748—73. Сосуды и аппараты стальные сварные. Бобышки флан-
цевые. Типы, конструкция и размеры. М.: НИИхиммаш, 1973. 94 с.
23. ОСТ 26-01-1243—81. Уплотнения валов торцовые для аппаратов с переме-
шивающими устройствами. Типы, параметры, конструктивные и основные
размеры. Технические требования. М.: НИИхиммаш, 1981. 45 с.
24. OCT 26-01-1247—75. Уплотнения валов для аппаратов с перемешивающими
устройствами. Уплотнения сальниковые. Типы, параметры, конструкции
и основные размеры. Технические требования. М.: НИИхиммаш, 1975. 27 с.
25. ОСТ 26-01-1297—75. Днища сферические неотбортованные стальные. Кон-
струкция и размеры. М.: НИИхиммаш, 1975. 27 с.
26. ОСТ 26-291—79. Сосуды и аппараты стальные сварные. Технические требо-
вания. М.: НИИхиммаш, 1981. 256 с.
27. ОСТ 26-373—78. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность
фланцевых соединений. М.: НИИхиммаш, 1979. 38 с.
28. ОСТ 26-467—84. Опоры цилиндрические и конические вертикальных аппа-
ратов. Тийы и основные размеры. М.: НИИхиммаш, 1984. 22 с.
29. ОСТ 26-665—79. Опоры (лапы, стойки) вертикальных аппаратов. Типы,
конструкции и размеры. М.: Спец, конструкт.-технолог. бюро хим. машино-
строения, 1979. 12 с.
30. ОСТ 26-2043—77. Болты, гайки и шайбы для фланцевых соединений. Тех-
нические требования. М.: НИИхиммаш, 1977. 22 с.
31. ОСТ 26-2091—81. Опоры горизонтальных сосудов и аппаратов. Конструк-
ция, размеры и технические требования. Центр, конструкт, бюро нефтеаппа-
ратуры, 1981. 33 с.
32. Отраслевые требования и нормативные материалы по научной организации
труда, которые должны учитываться при разработке химического и нефтя-
ного оборудования. М.: НИИхиммаш, 1979. 128 с.
33. Пожарная опасность веществ и материалов, применяемых в химической про-
мышленности: Справ./А. Н. Балатов, М. Г. Годжелло, М. Н. Кол-
ган о в а и др.; Под общ. ред. Н. В. Р я б о в а. М.: Химия, 1970. 336 с.
34. Правила безопасности во взрывоопасных и взрывопожароопасных химиче-
ских и нефтехимических производствах (ПБВХП—74). М.: Недра, 1976.
79 с.
35. Правила защиты от статического электричества в производствах химической,
нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности. М.: Химия,
1973. 64 с.
36. Правила изготовления взрывозащищенного и рудничного электрооборудова-
ния (ПИВРЭ). М.: Энергия, 1969. 223 с.
37. Правила изготовления взрывозащищенного электрооборудования (ПИВЭ).
М.: Энергоиздат, 1960. 55 с.
38. Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под
давлением. 2-е изд. М.: Металлургия, 1975. 104 с.
39. Правила устройства электроустановок (ПУЭ). 6-е изд. М.: Энергоатомиздат,
1985. 640 с.
40. Предохранительные мембраны: Справ. пособие/В. И. Водяник,
Н. Н. Малахов, В. Т. Полтавский, Н. П. Шелюк — М.: Химия,
1982. 114 с.
41. Промышленная трубопроводная арматура: Каталог. Ч. 5/Центр. ин-т науч,-
техн. информ, и техн.-экономич. исследований по хим. и нефт. машино-
строению. М., 1984. 151 с.
42. РД 50-213—80. Правила измерения расхода газов и жидкости стандартными
сужающими устройствами. М.: Изд-во стандартов, 1982 . 319 с.
43. РД РТМ 26-01-28—80. Трубопроводы и аппараты высокого давления про-
изводства аммиака и Метанола. Марки стали. Условия применения. Иркутск:
Иркут, филиал науч.-исследоват. и конструкт, ин-та хим. машиностроения,
1980. 18 с.
44. РД РТМ 26-12-48—83. Клапаны предохранительные пружинные полноподъ-
емные поршневых компрессоров. Методы расчета. Л.: ЛенНИИхиммаш,
1983. 82 с.
45. РТМ 26-110—77. Расчет на прочность цилиндрических горизонтальных аппа-
ратов, установленных на седловых опорах. М.: Спец, конструкт.-технолог.
бюро хим. машиностроения, 1977. 32 с.
46. Рубашки неразъемные стальных сварных сосудов и аппаратов. Конструкция
и размеры: [Сборник]: ОСТ 26-01-982—82 — ОСТ 26-01-987—82. М.: НИИ-
химмаш, 1982. 92 с.
47. Сборник правил и руководящих материалов по котлонадзору. 4-е изд. М.:
Недра, 1977. 480 с.
48. Строительные нормы и правила. Ч. 2. Нормы проектирования. Гл. 12. За-
щита от шума: СНиП П-12—77. М.: Стройиздат, 1978. 49 с.
49. Строительные нормы и правила. Производственные здания: СНиП 2.09.02—85.
М.: Центр, ин-т типового проектирования Госстроя СССР, 1986. 12 с.
50. Сухотин А. М., Зотиков В. С. Химическое сопротивление материалов. Л.,
Химия, 1975. 406 с.
51. Таблица взаимозаменяемости асинхронных короткозамкнутых взрывобезо-
пасных двигателей старых серий (ВАО, КО, МА36) двигателями новой единой
серии В и ВР. Донецк: ВНИИВЭ, 1975. 17 с.
52. Термодинамические свойства этилена. Госстандарт СССР, сер. Монографии.
М.: Изд-во стандартов, 1981. 280 с.
53. Туфанов Д. Г. Коррозионная стойкость нержавеющих сталей, сплавов и
чистых металлов: Справ. 4-е изд. М.: Металлургия, 1982. 352 с.
54. Фланцы сосудов и аппаратов. Типы и параметры. Конструкция и размеры.
Технические требования: [Сборник]: ОСТ 27-425—79 — ОСТ 26-432—79.
М.: Всесоюз. науч-исследоват. и проектно-конструкт. ин-т нефт. машино-
строения, 1979. 87 с.'
55. Химическое оборудование в коррозионно-стойком исполнении/И. Я. Кли-
нов, П. Г. Удыма, А, В. Молока нов и др. М.: Машиностроение,
1970. 589 с.
56. Шевченко Н. Ф., Хорунжий М. В., И. А. Бойков. Основы взрывозащищен-
ности электрооборудования. М.: Энергоиздат, 1982. 320 с.
57. Штуцера для сосудов и аппаратов стальных сварных. Типы и пара-
метры. Конструкция и размеры. Технические требования: [Сборник]:
ОСТ 26-02-2064—83 — ОСТ 26-02-2076—83. Центр, конструкт, бюро нефте-
аппаратуры, 1983. 112 с.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие..................................................... 3
Основные условные обозначения .................................. 4
Глава 1
ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ
1.1. Назначение и характеристика химических аппаратов.......... 10
1.2. Классификация опасных и вредных производственных факторов . . . И
Глава 2
КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
2.1. Требования к конструкционным материалам................... 12
2.2. Листовая сталь ........................................... 18
2.3. Сортовая сталь ........................................... 19
2.4. Трубы стальные............................................. —
2.5. Поковки стальные..................................... . 20
2.6. Отливки стальные.......................................... 21
2.7. Материалы для крепежных деталей............................ —
2.8. Сварочные материалы ...................................... 22
2.9. Прокладочные и набивочные материалы........................ —
Глава 3
ТРЕБОВАНИЯ К КОНСТРУИРОВАНИЮ
ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ АППАРАТОВ
И РАСЧЕТЫ ИХ НА ПРОЧНОСТЬ
3.1. Общие вопросы прочности.................................. 25
3.2. Обечайки цилиндрические .................................. 31
3.3. Днища и крышки приварные.................................. 44
3.4. Крышки отъемные, люки..................................... 65
3.5. Рубашки .................................................. 68
3.6. Штуцера .................................................. 70
3.7. Укрепление отверстий в стенках аппаратов.................. 73
3.8. Сварные соединения........................................ 83
3.9. Фланцевые соединения и обтюрация ....................... 85
Глава 4
РАСЧЕТ КОЛОННЫХ АППАРАТОВ НА ПРОЧНОСТЬ
И УСТОЙЧИВОСТЬ
4.1. Конструктивные особенности колонных аппаратов............ 109
4.2. Расчет на ветровую нагрузку и сейсмические воздействия
(ГОСТ 24757—81)............................................... ПО
4.3. Общие расчетные нагрузки и расчетная температура......... 117
4.4. Проверочные расчеты ..................................... 120
Глава 5
ОПОРЫ АППАРАТОВ
И УСТРОЙСТВА ДЛЯ СТРОПОВКИ
5.1. Опоры аппаратов ......................................... 122
5.2. Устройства для строповки аппаратов....................... 124
Глава 6
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПОЖАРО- И ВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТИ
6.1. Общие правила соблюдения пожаро- и взрывобезопасности .... 125
6.2. Классификация помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной
опасности..................................................... 130
6.3. Выбор электрооборудования для аппаратов пожаро- и взрывоопас-
ных производств............................................... 132
6.4. Номенклатура взрывозащищенного электрооборудования............. 150
6.5. Применение взрывозащищенного электрооборудования зарубежного
производства ................................................. 165
Глава 7
ЗАЩИТА АППАРАТОВ ОТ ПРЕВЫШЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ
7.1. Источники аварийного повышения давления в аппаратах и расчет
аварийного Притока среды в аппарат........................... 169
7.2. Допустимые кратковременные повышения давления в аппарате . . . 175
7.3. Классификация предохранительных устройств................... 177
7.4. Рекомендации по выбору предохранительных устройств.......... 182
7.5. Конструкций предохранительных устройств..................... 184
7.6. Расчет пропускной способности предохранительных устройств . . . 205
7.7. Учет сопротивления подводящих и отводящих трубопроводов . . . 218
7.8. Особенности расчета предохранительных мембран............... 223
7.9. Примеры расчета и выбора предохранительных устройств........ 232
7.10. Требования к установке и эксплуатации предохранительных уст-
ройств ...................................................... 240
7.11. Расчет сил, действующих на крепления предохранительных клапа-
нов и трубопроводов ......................................... 245
Глава 8
ГЕРМЕТИЗАЦИЯ АППАРАТОВ
8.1. Общие требования к герметичности аппаратов..................... 247
8.2. Уплотнение валов аппаратов..................................... 251
8.3. Уплотнение байонетных затворов ................................ 260
Глава 9
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТИ
9.1. Термины и определения......................................... 262
9.2. Требования к электрооборудованию для аппаратов химических
производств.................................................. 263
9.3. Заземление и защитные меры по обеспечению электробезопасности 266
9.4. Защита от статического электричества........................... 271
Глава 10
ЗАЩИТНЫЕ ОГРАЖДЕНИЯ
И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОБСЛУЖИВАНИЯ АППАРАТОВ
10.1. Защитные ограждения........................................... 271
10.2. Площадки и лестницы для обслуживания аппаратов................ 281
Глава 11
СНИЖЕНИЕ ШУМА И ВИБРАЦИИ АППАРАТОВ
11.1. Снижение шума и вибрации в подшипниковых узлах................ 282
11.2. Снижение шума и вибрации в зубчатых передачах и редукторах 284
302
11.3. Снижение шума и вибрации, вызванных неуравновешенностью вра-
щающихся деталей................................................ 285
11.4. Снижение шума газодинамических процессов.................. 286
11.5. Снижение вибрации путем вибропоглощения и виброизоляции . . . 287
11.6. Определение шумовых и вибрационных характеристик.......... 290
Глава 12
ТРЕБОВАНИЯ ЭРГОНОМИКИ
12.1. Показатели эргономики..................................... 292
12.2. Критерии физической нагрузки.............................. 294
12.3. Требования к размещению органов управления и средств отобра-
жения информации на аппаратах..................................... —
12.4. Требования к сигнальной окраске, надписям и знакам безопасности 296
Список литературы.............................................. 298
СПРАВОЧНОЕ ИЗДАНИЕ
Смирнов Герман Германович, Толчинский Арон Рахмилович,
Кондратьева Татьяна Федоровна
КОНСТРУИРОВАНИЕ БЕЗОПАСНЫХ АППАРАТОВ
ДЛЯ ХИМИЧЕСКИХ И НЕФТЕХИМИЧЕСКИХ
ПРОИЗВОДСТВ
Редактор В. М. Рошаль
Переплет художника В. И. Коломейцева
Художественный редактор С. С. Венедиктов
Технический редактор П. В. Шиканова
Корректоры: И. Г. Иванова, А. И. Лавриненко, Н. Б. Старостина
ИБ № 5069
Сдано в набор 12.02.87. Подписано в печать 22.08.88. М-45007. Формат бОхОО1/».
Бумага офсетная № 2. Гарнитура литературная. Печать офсетная.
Усл. печ. л. 19,0. Усл. кр.-отт. 19,0. Уч.-изд. л. 20,82. Тираж 11800 эка.
Заказ 401. Цена 1 р. 40 к.
Ленинградское отделение ордена Трудового Красного Знамени
издательства «Машиностроение». 191065, Ленинград, ул, Дзержинского, 10
Ленинградская типография № 6 ордена Трудового Красного Знамени
Ленинградского объединения «Техническая книга* им. Евгении Соколовой
Союзполиграфпрома при Государственном комитете СССР
по делам издательств, полиграфии и книжной торговли.
193144, г. Ленинград, ул. Моисеенко, 10.