Зависимость рабочего давления от температуры. Рабочее, расчетное и пробное давление

СОСУДЫ И АППАРАТЫ

Нормы и методы расчета на прочность

Vessels and apparatus.

Norms and methods of strength calculation

МКС 71.120.01

Дата введения 01.01.90

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ

1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Министерством химического и нефтяного машиностроения

2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 18.05.89 № 1264

3. ВЗАМЕН ГОСТ 14249-80

4. Стандарт полностью соответствует СТ СЭВ 596-86, СТ СЭВ 597-77, СТ СЭВ 1039-78, СТ СЭВ 1040-88, СТ СЭВ 1041-88

5. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ

6. ИЗДАНИЕ (апрель 2003 г.) с Поправкой (ИУС 2-97)

Настоящий стандарт устанавливает нормы и методы расчета на прочность цилиндрических обечаек, конических элементов, днищ и крышек сосудов и аппаратов из углеродистых и легированных сталей, применяемых в химической, нефтеперерабатывающей и смежных отраслях промышленности, работающих в условиях однократных и многократных статических нагрузок под внутренним избыточным давлением, вакуумом или наружным избыточным давлением и под действием осевых и поперечных усилий и изгибающих моментов, а также устанавливает значения допускаемых напряжений, модуля продольной упругости и коэффициентов прочности сварных швов. Нормы и методы расчета на прочность применимы при соблюдении «Правил устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением», утвержденных Госгортехнадзором СССР, и при условии, что отклонения от геометрической формы и неточности изготовления рассчитываемых элементов сосудов и аппаратов не превышают допусков, установленных нормативно-технической документацией.

ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ

Расчетная температура

1.1.1. Расчетную температуру используют для определения физико-механических характеристик материала и допускаемых напряжений.

1.1.2. Расчетную температуру определяют на основании теплотехнических расчетов или результатов испытаний.

За расчетную температуру стенки сосуда или аппарата принимают наибольшее значение температуры стенки. При температуре ниже 20°С за расчетную температуру при определении допускаемых напряжений принимают температуру 20°С.

1.1.3. Если невозможно провести тепловые расчеты или измерения и если во время эксплуатации температура стенки повышается до температуры среды, соприкасающейся со стенкой, тоза расчетную температуру следует принимать наибольшую температуру среды, но не ниже 20°С.

При обогреве открытым пламенем, отработанными газами или электронагревателями расчетную температуру принимают равной температуре среды, увеличенной на 20°С при закрытом обогреве и на 50°С при прямом обогреве, если нет более точных данных.

Рабочее, расчетное и пробное давление

1.2.1. Под рабочим давлением для сосуда и аппарата следует понимать максимальное внутреннее избыточное или наружное давление, возникающее при нормальном протекании рабочего процесса, без учета гидростатического давления среды и без учета допустимого кратковременного повышения давления во время действия предохранительного клапана или других предохранительных устройств.

1.2.2. Под расчетным давлением в рабочих условиях для элементов сосудов и аппаратов следует понимать давление, на которое проводится их расчет на прочность.

Расчетное давление для элементов сосуда или аппарата принимают, как правило, равным рабочему давлению или выше.

При повышении давления в сосуде или аппарате во время действия предохранительных устройств более чем на 10%, по сравнению с рабочим, элементы аппарата должны рассчитываться на давление, равное 90% давления при полном открытии клапана или предохранительного устройства.

Для элементов, разделяющих пространства с разными давлениями (например, в аппаратах с обогревающими рубашками), за расчетное давление следует принимать либо каждое давление в отдельности, либо давление, которое требует большей толщины стенки рассчитываемого элемента. Если обеспечивается одновременное действие давлений, то допускается проводить расчетна разность давлений. Разность давления принимается в качестве расчетного давления также для таких элементов, которые отделяют пространства с внутренним избыточным давлением от пространства с абсолютным давлением, меньшим чем атмосферное. Если отсутствуют точные данные о разности между абсолютным давлением и атмосферным, то абсолютное давление принимают равным нулю.

Cтраница 1

Пробное давление при гидравлическом испытании трубопроводов выдерживается в течение 5 мин, после чего оно снижается до рабочего значения. При рабочем давлении трубопровод осматривают и обстукивают молотком места сварных швов для выявления дефектов сварки. Результаты испытания трубопровода считаются удовлетворительными, если при испытании не происходит падения давления по манометру, а в сварных швах, трубах, корпусах, арматуре и других элементах не обнаруживается признаков разрыва, течи и запотевания.  

Пробное давление выдерживается в течение 5 мин, после чего его снижают до рабочего. При рабочем давлении трубопровод осматривают с обстукиванием сварных швов молотком массой не более 0 5 кг. Результаты гидравлического испытания считаются удовлетворительными, если давление не снизилось, а в сварных швах, трубах, корпусах арматуры и других частях не обнаружено признаков разрыва, течи и отпотевания.  

Пробное давление при гидравлическом испытании трубопроводов должно выдерживаться в течение 5 мин, после чего давление должно быть снижено до рабочего. При рабочем давлении производятся осмотр трубопровода и обстукивание сварных швов молотком весом не более 1 5 кгс.  

Пробное давление необходимо поддерживать в течение 5 мин, после чего его снижают до рабочего. При рабочем давлении осматривают паропровод и обстукивают сварные стыки молотком весом не более 1 5 кг. Гидравлическое испытание считается удовлетворительным, если не произошло падение давления по манометру во время выдержки пробного давления в паропроводе и его элементах (в сварных швах, корпусах арматуры, фланцевых соединениях и пр.  

Пробное давление для баллонов, изготовленных из материала, отношение временного сопротивления к пределу текучести которого более 2, может быть снижено до 1 25 рабочего давления.  

Пробное давление в котле должно создаваться ручным насосом. При использовании насосов с машинным приводом должно быть обеспечено постепенное и плановое повышение давления.  

Пробное давление - избыточное давление, при котором арматура должна подвергаться гидравлическому испытанию водой на прочность и плотность материала при температуре не выше 100 С.  

Пробное давление при гидравлических испытаниях принимают 1 25 рраб, но не менее рраб 3 кгс / сма.  

Пробное давление при гидравлическом испытании выбирается в соответствии с условным давлением. На все трубы, а также арматуру, фланцы и шпильки, поставляемые на монтаж, завод-изготовитель составляет заводской сертификат, в котором указываются их конструктивные характеристики и марка примененной стали.  

Пробное давление для баллонов, изготовленных из материала, отношение временного сопротивления к пределу текучести которого более 2, может быть снижено до 1 25 рабочего давления.  

Пробное давление для баллонов, изготовленных из материала, отношение временного сопротивления к пределу текучести которого более 2, может быть снижено до 1 25 от рабочего давления.  

Пробное давление для баллонов, изготовленных из материала, отношение временного сопротивления к пределу текучести которого более 2, может быть снижено до 1 25 рабочего давления.  

Пробное давление, определенное по этой таблице при температуре от 200 до 400 С, не должно превышать рабочее более чем в 1 5 раза, а при температуре стенки свыше 400 С - более чем в 2 раза. При испытании высоких аппаратов необходимо учитывать гидростатическое давление столба жидкости, поэтому, например, когда колонны испытывают гидравлически до монтажа в горизонтальном положении, то к значению давления гидравлического испытания, определенного по табл. 3, прибавляют гидростатическое давление, которое будет при заполнении колонны водой в вертикальном положении. Во всех случаях напряжения в стенках сосуда при гидравлическом испытании не должны составлять более 90 % от предела текучести материала при 20 С.  

Основной характеристикой трубопровода является диаметр и толщина стенки труб, из которых он изготовлен. Каждая труба имеет два диаметра: внутренний D вн и наружный D н. Между внутренними и наружными диаметрами труб имеется следующая зависимость:
,
где S – толщина стенки трубы.

При изменении толщины стенки трубы изменяется внутренний диаметр трубы, при этом наружный диаметр трубы остаётся постоянным, так как его изменение неизбежно вызывает изменение размеров присоединяемых арматуры и фитингов.

Чтобы сохранить для всех элементов трубопровода (труб, арматуры и соединительных частей) значение проходного сечения, обеспечивающее расчётные условия для прохода жидкости, пара или газа, введено понятие условного прохода . Под условным проходом труб, арматуры и соединительных деталей понимают средний внутренний диаметр труб (в свету), который соответствует одному или нескольким наружным диаметрам труб. Условный проход обозначают буквами DN с добавлением величины условного прохода в миллиметрах: например, условный проход диаметром 150 мм обозначают DN 150 . Истинный внутренний диаметр труб обычно не равен и не соответствует (за редким исключением) диаметру условного прохода. Так, например, у труб с наружным диаметром 159 мм при толщине стенки 8 мм истинный внутренний диаметр составляет 143 мм, а при толщине стенки 5 мм – 149 мм, однако в обоих случаях условный проход принимается равным 150 мм.

Величины условных проходов арматуры, соединительных частей, а также всех деталей технологического оборудования приборов, к которым присоединяют трубы или арматуру, установлены ГОСТом 28338-89 «Соединения трубопроводов и арматура. Проходы условные (размеры номинальные). Ряды». Эти величины имеют следующий ряд значений:

Толщину стенки труб и деталей трубопроводов выбирают в зависимости от наибольшего давления среды (газа или жидкости), транспортируемой по трубопроводу, от её температуры и механических свойств металла труб.

Как известно, механическая прочность металла труб, соединительных частей и арматуры с повышением температуры изменяется. Для увязки давления и температуры среды, протекающей по трубопроводу, введено понятие «условное давление», которое обозначается буквами P у.

Согласно ГОСТ 356-80 «Давления условные пробные и рабочие. Ряды». Под условным давлением (P у) следует понимать наибольшее избыточное давление при температуре среды 293 К (20 °С), при котором допустима длительная работа арматуры и деталей трубопровода, имеющих заданные размеры, обоснованные расчетом на прочность при выбранных материалах и характеристиках их прочности, соответствующих температуре 293 К (20°С).

Под пробным давлением (Р пр) следует понимать избыточное давление, при котором должно проводиться гидравлическое испытание арматуры и деталей трубопровода на прочность и плотность водой при температуре не менее 278 К (5°С) и не более 343 К (70°С), если в нормативно-технической документации не указано конкретное значение этой температуры. Предельное отклонение значения пробного давления не должно превышать ±5%.

Под рабочим давлением (Р р) следует понимать наибольшее избыточное давление, при котором обеспечивается заданный режим эксплуатации арматуры и деталей трубопровода.

Значения условных давлений арматуры и деталей трубопровода должны соответствовать следующему ряду: 0,10 (1,0); 0,16 (1,6); 0,25 (2,5); 0,40 (4,0); 0,63 (6,3); 1,00 (10); 1,60 (16); 2,50 (25); 4,00 (40); 6,30 (63); 10,00 (100); 12,50 (125); 16,00 (160); 20,00 (200); 25,00 (250); 32,00 (320); 40,00 (400); 50,00 (500); 63,00 (630); 80,00 (800); 100,00 (1000); 160,00 (1600); 250,00 (2500) МПа (кгс/см 2).

Для арматуры и деталей трубопровода, производство которых освоено до введения в действие ГОСТ 356-80, допускаются условные давления 0,6 (6); 6,4 (64) и 8,0 (80) МПа (кгс/см 2).

Производство гидравлических испытаний пробным давлением необходимо для проверки надёжности работы трубопровода в условиях эксплуатации, поэтому пробное давление всегда больше рабочего и условного давления в 1,25-1,5 раза, если нормативная документация не устанавливает ещё большие значения пробного давления.

Что такое DN, Ду и PN ? Эти параметры нужно знать сантехникам и инженерам обязательно!

DN – Стандарт обозначающий условный внутренний диаметр.

PN – Стандарт обозначающий номинальное давление.

Что такое Ду?

Ду – образовано от двух слов: Диаметр и Условный. Ду = DN. Ду тоже самое что DN. Просто DN более международный стандарт. Ду – русскоязычное представление DN. Сейчас категорически нужно отказаться от такого наименования Ду.

Что такое DN?

DN - Cтандартизованное представление диаметра. ГОСТ 28338-89 и ГОСТ Р 52720

Номинальный диаметр DN (диаметр условного прохода; условный проход; номинальный размер; условный диаметр; номинальный проход): Параметр, применяемый для трубопроводных систем в качестве характеристики присоединяемых частей арматуры.

Примечание - Номинальный диаметр приблизительно равен внутреннему диаметру присоединяемого трубопровода, выраженному в миллиметрах и соответствующему ближайшему значению из ряда чисел, принятых в установленном порядке.

В чем обычно измеряется DN?

По условиям стандарта вроде бы она не имеет строгой привязки к единице измерения (написано в документах). Но она обозначает именно размер диаметра. А диаметр измеряется длиной. И потому что единица измерения длины может быть разным. Например, дюйм, фут, метр и тому подобное. Для Российских документов мы просто по умолчанию измеряем в мм. Хотя в документах написано, что она все таки измеряется в мм. ГОСТ 28338-89. Но не имеет единицу измерения:

Как это не имеет, если имеет? Можете написать в комментариях, как понять эту фразу?

Кажется дошло… DN (порядковый номер диаметра выраженный в милиметрах). То есть он не имеет единицу измерения, а как бы содержит константные значения (цифровые дискретные значения типа: 15,20,25,32...). Но нельзя обозначить например, как DN 24. Потому что цифры 24 нет в ГОСТ 28338-89. Там идут строгие значения по порядку как: 15,20,25,32… И только их нужно выбирать для обозначения.

DN измеряется диаметром условного прохода в мм.(миллиметр=0,001 м.). И если в российских документах вы увидите DN15 то это будет обозначать внутренний диаметр примерно 15 мм.

Условный проход – говорит о том, что это внутренний диаметр трубы, выраженный в миллиметрах - условно. Термин «Условно» говорит о том, что значение диаметра не точное. Условно мы принимаем, что оно примерно равно некоторым значениям стандарта.

Под условным проходом (номинальным размером) понимают параметр, применяемый для трубопроводных систем в качестве характеристики присоединяемых частей, например соединений трубопроводов, фитингов и арматуры. Условный проход (номинальный размер) приблизительно равен внутреннему диаметру присоединяемого трубопровода, выраженному в миллиметрах.

По стандарту из: ГОСТ 28338-89 принято выбирать те цифры, о которых договорились. И свои цифры с запятыми придумывать не стоит. Например, DN 14,9 будет ошибкой обозначения.

Номинальный диаметр приблизительно равен внутреннему диаметру присоединяемого трубопровода, выраженному в миллиметрах и соответствующему ближайшему значению из ряда чисел, принятых в установленном порядке.

Вот эти цифры:

Например, если реальный внутренний диаметр равен 13 мм, то пишем как: DN 12. Если внутренний диаметр 14мм. то принимаем значение DN 15. То есть выбираем ближайшее по значению число из списка стандарта: ГОСТ 28338-89.

Если в проектах следует обозначить и диаметр и толщину стенки трубы, то нужно указывать так: ф20х2.2 где наружный диаметр равен 20 мм. А внутренний диаметр равен на разницу толщины стенки. В данном случае внутренний диаметр равен 15,6мм. ГОСТ 21.206–2012

Увы, но нам приходится подчиняться чужим стандартам

Любые привозимые материалы из-за рубежа чаще всего были разработаны с помощью другой размерности длины: Дюйм

Поэтому чаще всего размеры бывают ориентированы на Дюйм. Обычно за место слова дюйм пишут кавычку.

1 дюйм = 25,4 мм. Что тоже самое 1” = 25,4 мм.

Таблица размерностей. Обычно за место слова дюйм пишут кавычку.

1/2 “ = 25.4 / 2 = 12,7. Но в реальности такой размер 1/2 “ равно проходу 15 мм. Точнее может быть 14.9мм. для стальной трубы. В общем, размеры могут отличаться на несколько мм. Поэтому в таких случаях для точных расчетов нужно узнавать внутренний диаметр у конкретной модели отдельно.

Например, размер 3/4” = 25,4 х 3/4 = 19 мм. Но пишем в документах “условно” DN20 – примерно внутренний диаметр равен 20мм.

Вот собственно размеры, которые чаще всего соответствуют в Российском переводе.

В таблице указан внутренний диаметр в мм.

Номинальное давление PN: Подробнее в ГОСТ 26349 и ГОСТ Р 52720.

Имеет единицу измерения: кгс/cм2. Обозначение кгс означает кг х с (килограмм умноженное на с). с=1. с характеризует как бы коэффициент силы. То есть умножая килограмм(массу) на силу мы конвертируем массу в силу. Это такая поправка для дотошных физиков. Если Вы обозначите кг/cм2 в принципе тоже не ошибетесь, если будите полагать что массу мы воспринимаем как силу. Также такая единица как кг/cм2 ошибочна тем, что давление образована из двух единиц (сила и площадь). Масса это другой параметр. Потому что масса только на поверхности земля создает ту силу которая давит на землю(сила тяготения). Значение с=1 на поверхности земля. И если Вы улетите на другую планету, то сила гравитации будет другая, и масса будет создавать другую силу. И на другой планете коэффициент с=1 будет равен другому значению. Например, с=0,5 создаст давление в два раза меньше.

Для чего нужен PN ?

Значение PN нужно для того, чтобы указать прибору предел давления, которое нельзя превышать для нормальной работы прибора, для которого это значение задано. То есть при проектировании, проектант должен за ранее знать, на какое максимальное давление рассчитан прибор.

Например, если прибору дали значение PN15 это означает, что прибор рассчитан на эксплуатацию с давлением не превышающим 15 кгс/см2. Что примерно равно 15 Бар.

1 кгс/см2 = 0.98 Бар. Грубо говоря значение PN примерно равно Бару или атмосфере.

Например, если прибору дали значение PN10 то оно рассчитано на давление не превышающую 10 Бар.

Определение PN по стандарту

Наибольшее избыточное рабочее давление при температуре рабочей среды 293 К (20 °С), при котором обеспечивается заданный срок службы (ресурс) корпусных деталей арматуры, имеющих определенные размеры, обоснованные расчетом на прочность при выбранных материалах и характеристиках прочности их при температуре 293 К (20 °С).

Российские нормы: ГОСТ 26349-84, ГОСТ 356-80, ГОСТ Р 54432-2011

Европейские нормы: DIN EN 1092-1-2008

Американские нормы: ANSI/ASME B16.5-2009, ANSI/ASME B16.47-2006

1. Конструкционные материалы (классификация). Черные металлы. Сталь, углеродистая, классификация, маркировка, расшифровка маркировки, область применения (агрессивное воздействие среды, давление, температура).

К.М. - материалы, из которых изготовляются детали конструкций (машин и сооружений), воспринимающих силовую нагрузку. Определяющими параметрами К.М. являются механические свойства. К основным критериям качества К.М. относятся: прочность, вязкость, надежность, ресурс и др. Основным конструкционным материалом для аппаратуры нефтехимии является сталь. Применяют также чугун и цветные металлы. Неметаллические материалы; в том числе полимерные, в качестве конструкционных применяют редко; они служат в основном для облицовки или футеровки оборудования и отдельных узлов и деталей.

Сталь и чугун составляют группу черных металлов. Черные металлы – это сплав железа с углеродом и другими химическими элементами, при этом содержание железа должно быть не мене 45%, а углерода до 4,5%.

Сталь обладает хорошей прочностью, весьма технологична при обработке и изготовлении полуфабрикатов, обладает низкой стоимостью по отношению к другим конструкционным материалам, выдерживает высокие температуры и агрессивное воздействие коррозионно-активных сред.

Сталь - сплав железа с углеродом (до 2,1 %) и другими химическими элементами.

Примесями называют химические элементы, перешедшие в состав стали в процессе ее производства как технологические добавки или как составляющие шихтовых материалов.

По химическому составу стали и сплавы черных металлов условно подразделяют на углеродистые (без легирующих элементов), низколегированные, среднелегированные, высоколегированные, сплавы на основе железа.

Углеродистые стали не содержат специально введенных легирующих элементов.

По назначению стали разделяют на конструкционные, инструментальные и стали с особыми физическими и химическими свойствами. Внутри классификации существуют более узкие подразделения сталей как по назначению, так и по свойствам.

По качеству стали подразделяют на стали обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особо высококачественные. Главными признаками по качеству стали являются более жесткие требования по химическому составу и, прежде всего, по содержанию вредных примесей, таких как фосфор и сера.

Углеродистые стали подразделяются на две подгруппы – стали углеродистые конструкционные обыкновенного качества и стали углеродистые качественные .

Стали конструкционные углеродистые обыкновенного качества

Широко применяются в строительстве и машиностроении, как наиболее дешевые, технологичные и обладающие необходимым комплексом свойств при изготовлении конструкций массового назначения.

Стали группы А поставляют с регламентированными механическими свойствами. Химический состав их не регламентируется.

Стали группы Б поставляют с регламентированным химическим составом, без гарантии механических свойств.

Стали группы В поставляют с регламентируемыми механическими свойствами и химическим составом. В настоящее время углеродистые стали не подразделяются на группы и при маркировке не ставятся буквы Б иВ.

, бываютспокойными (сп), полуспокойными (пс) и кипящими (кп) . В их составе разное содержание кремния.

Углеродистые стали обыкновенного качества обозначаются буквами "Ст", за которыми следует цифра, указывающая порядковый номер марки стали, а не среднее содержание углерода в ней, хотя с повышением номера от Ст1 до Ст6 содержание углерода в стали увеличивается. Буквы Б и В указывают перед маркой.

Углеродистые конструкционные качественные стали обозначают двузначным числом, указывающим среднее содержание углерода в сотых долях процента для обозначения котельных марок в конце ставится буква К.

При конструировании технологической аппаратуры к конструкционным материалам должны предъявлять следующие требования:

1) достаточная общая химическая и коррозионная стойкость материала в агрессивной среде с заданными концентрацией, температурой и давлением, при которых осуществляется технологический процесс, а также стойкость против других возможных видов коррозионного разрушения (межкристаллитная коррозия, электрохимическая коррозия сопряженных металлов в электролитах, коррозия под напряжением и др.);

2) достаточная механическая прочность при заданных давлении и температуре технологического процесса, с учетом специфических требований, предъявляемых при испытании аппаратов на прочность, герметичность и т. п. и в эксплуатационных условиях при действии на аппараты дополнительных нагрузок различного рода (ветровая нагрузка, прогиб от собственного веса и т. д.);

2. Конструкционные материалы (классификация). Черные металлы. Сталь легированная, классификация (по разным признакам), биметаллы маркировка, расшифровка маркировки, область применения (агрес-сивное воздействие среды, давление, температура).

К.М. - материалы, из которых изготовляются детали конструк-ций (машин и сооружений), воспринимающих силовую нагрузку. Определяющими па-раметрами К.М. являются механические свойства. К ос-новным критериям качества К.М. относятся: прочность, вязкость, надежность, ресурс и др. Основным конструкционным материалом для аппаратуры нефтехимии является сталь. Применяют также чугун и цветные металлы. Неметаллические материалы; в том числе полимерные, в качестве конструкционных при-меняют редко; они служат в основном для облицовки или футеровки оборудования и отдельных узлов и деталей.

Сталь и чугун составляют группу черных металлов. Чер-ные металлы – это сплав желе-за с углеродом и другими химическими элементами, при этом содержание железа должно быть не мене 45%, а углерода до 4,5%.

Сталь обладает хорошей прочностью, весьма техноло-гична при обработке и изготовлении полуфабрикатов, обладает низкой стоимостью по отношению к другим конструкционным материалам, выдерживает высокие температуры и агрессивное воздействие коррозионно-активных сред.

Сталь - сплав железа с углеродом (до 2,1 %) и другими химическими элементами (примесями и легирующими добавками).

Легирующие элементы - химические элементы, специ-ально введенные в сталь для получения требуемых строения, структуры, физико-химических и механических свойств.

Примесями называют химиче-ские элементы, перешедшие в состав стали в процессе ее производства как технологические добавки или как составляющие шихтовых материалов.

По химическому составу ста-ли и сплавы черных металлов условно подразделяют на угле-родистые (без легирующих элементов), низколегированные, среднелегированные, высоколегированные, сплавы на основе железа.

Углеродистые стали не содер-жат специально введенных леги-рующих элементов.

По назначению стали разде-ляют на конструкционные, инструментальные и стали с особыми физическими и химическими свойствами. Внутри классификации суще-ствуют более узкие подразделения сталей как по назначению, так и по свойствам.

По качеству стали подразделяют на стали обыкновенного качества, качественные, высококаче-ственные и особо высококаче-ственные. Главными признаками по качеству стали являются более жесткие требования по химическому составу и, прежде всего, по содержанию вредных примесей, таких как фосфор и сера.

Легированные стали – это сплавы на основе железа, в химический состав которых специально введены легирующие элементы, обеспечивающие при определенных способах произ-водства и обработки требуемую структуру и свойства. В легиро-ванных сталях содержание отдельных элементов больше, чем этих же элементов в виде примесей.

Обозначения в марках стали: Г – марганец, С – кремний, Х – хром, Н – никель, М – молиб-ден, В – вольфрам, Ф – ванадий, Т – титан, Д – медь, Ю – алю-миний, Б – ниобий, Р – бор, А – азот (в конце обозначения не ставятся). Буква "А" в конце указывает, что сталь относится к высококачественной, если буква в середине марки – сталь легирована азотом.

1. низколегированные с содержанием легирующего элемента до 2,5%,

2. среднелегированные (легированные) с содержанием легирующего элемента от 2,5% до 10%,

3. высоколегирован-ные с содержанием легирующего элемента > 10%.

К низколегированным конструкционным сталям относятся низкоуглеродистые свариваемые стали, содержащие недорогие и недефицитные легирующие элементы (до 2,5 %) и обладающие повышенной прочностью и пониженной склонностью к хрупким разрушениям по сравнению с углеродистыми сталями. Наиболее широко применяют в капитальном строительстве и для изготовления труб маги-стральных газопроводов, металлоконструкций машин и механизмов, в судостроении и других отраслях народного хозяйства.

Легированные конструкцион-ные стали применяются для наиболее ответственных и тяже-ло нагруженных деталей ма-шин.

По основным свойствам (по специальным свойствам) в зави-симости от назначения легированная сталь разделяется на следующие группы:

1. Сталь повышенной прочности. Обычно это низколегированные стали.Применяются для аппа-ратуры, работающей при повы-шенных давлениях и темпе-ратуре до 4750 С. Это стали марок 16ГС; 09Г2С. Стали не-устойчивы во многих агрессивных средах.

2. Теплоустойчивые стали. Механические свойства этих сталей изменяются незначитель-но с повышением температуры: отличаются высоким сопротив-лением ползучести и пределом длительной прочности. Тепло-устойчивые стали предназначены для изготов-ления деталей, работающих в нагруженном состоянии при температуре от 200 до 600оС в течении длительного времени. Основным легирующим элементом является Мо. К этим сталям относятся стали марок: 15М; 15Х5М. Обычно это низко и среднелегированные стали.

3. Коррозионно-стойкие (не-ржавеющие или кислотостой-кие) стали обладают стойкостью против различных видов коррозии и хорошо сопротивляются воздействию кислых сред. Наиболее распространены стали типа 18–8 (18% Cr и 8% Ni). 12Х18Н10Т.

4. Жаростойкие стали и сплавы (окалиностойкие), обла-дающие стойкостью против химического разрушения поверхности в газовых средах при t> 5500С, работающие в ненагруженном или слабонагруженном состоянии. Окалиностойкость сталям придают главным образом Cr; Si; AI; Ni. К окалиностойким относятся стали марки 10Х17; 08Х13 и т. д., хромоникелевые стали типа 18–8 и сплавы типа нихром: с 80% Ni и 20% Cr.

Маркировка марок жаропроч-ных и жаростойких сплавов на железоникелевой к никелевой основах состоит только из буквенных обозначений элемен-тов, за исключением никеля, после которого указывается цифра, обозначающая его среднее содержание в процен-тах.

Стали для отливок маркируют так же, как и деформируемые, но с добавлением буквы "Л" в конце марки.

5. Жаропрочные стали и сплавы, способные работать в нагруженном состоянии в течении определенного времени и обладающие при этом достаточной жаростойкостью, то есть обладающие одновременно свойствами теплоустойчивости и окалиностойкости (то есть при-меняются при t> 5500С).

Эти стали легируют в основ-номCr и Mo; 15Х5М; Cr и Ni; 14Х17Н2; 20Х23Н18; 15Х5ВФ.

При выборе марки легирован-ной стали необходимо тщатель-но изучить требования, предъявляемые к ней по условиям эксплуатации: прочность при температуре эксплуатации и коррозионную стойкость в данной среде.

При конструировании технологической аппаратуры к конструкционным материалам должны предъявлять следующие требования:

1) достаточная общая химиче-ская 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 коррози-онного разрушения (межкристаллитная коррозия, электрохимическая коррозия сопряженных металлов в элек-тролитах, коррозия под напряжением и др.);

2) достаточная механическая прочность при заданных давле-нии и температуре технологиче-ского процесса, с учетом специ-фических требований, предъяв-ляемых при испытании аппаратов на прочность, герметичность и т. п. и в эксплуатационных условиях при действии на аппараты дополни-тельных нагрузок различного рода (ветровая нагрузка, прогиб от собственного веса и т. д.);

3. Основные расчетные параметры. Температура, давление, допускаемое напряжение.

Основными расчетными параметрами для выбора конструкционного материала и расчета элементов аппарата на прочность являются температура и давление рабочего процесса.

Температура Различают рабочую и расчетную температуры. Рабочая температура t - это температура содержащейся или перерабатываемой среды в аппарате при нормальном протекании в нем технологического процесса. Расчетная температура t p - это температура которая используется для определения физико-механических характеристик материала и допускаемых напряжений. Ее определяют на основании теплотехнических расчетов или результатов испытаний. За расчетную температуру стенки сосуда или аппарата принимают наибольшее значение температуры стенки. При температуре ниже 20 за расчетную температуру при определении допускаемых напряжений принимают температуру 20. Если невозможно провести тепловые расчеты или измерения и если во время эксплуатации температура стенки повышается до температуры среды, соприкасающейся со стенкой, то за расчетную температуру следует принимать наибольшую температуру среды, но не ниже 20. при обогревании открытым пламенем, отработанными газами или электронагревателями расчетная температура принимается равной температуре среды увеличенной на 20 при закрытом обогреве и на 50 при прямом обогреве, если нет более точных данных.

При наличии у аппарата тепловой изоляции расчетная температура его стенок принимается равной температуре поверхности изоляции, соприкасающейся со стенкой, плюс 20. при отрицательной рабочей температуре элемента за расчетную принимается температура равная 20 ,т.е. расчетная температура может быть быть опрделена по сведущей формуле

Давление Различают рабочее, расчетное, условное и пробное давления.

Рабочее давление Р - максимальное внутреннее избыточное или наружное давление, возникающее при нормальном протекании рабочего процесса. Без учета допустимого кратковременного повышения давления во время действия предохранительного клапана или других предохранительных устройств. Если процесс в аппарате протекает при разрежении, то рабочим давлением является вакуум.

Расчетное давление определяется для рабочих условий и для условий испытаний.

Под расчетным давлением в рабочих условиях для элементов сосудов и аппаратов следует понимать давление, на которое производится расчет на прочность. Как правило, расчетное давление принимают равным рабочему давлению или выше. Расчетное давление может быть выше рабочего в следующих случаях: если во время действия предохранительных устройств давление в аппарате может повыситься более чем на 10% от рабочего, то расчетное давление должно быть равно 90% давления в аппарате при полном открытии предохранительного устройства; если на элемент действует гидростатическое давление от столба жидкости в аппарате, значение которого свыше 5% расчетного, то расчетное давление для этого элемента соответственно повышается на значение гидростатического давления.

Т.о. для рабочих условий расчетное давление

где р раб – рабочее давление в аппарате, МПа;

Гидростатическое давление среды, МПа, которое рассчитывается по формулегде- плотность среды, кг/м 3 (значения плотности для некоторых жидкостей приведены в приложении И);

g – ускорение свободного падения, м/с 2 ;h – высота рабочей жидкости, м, которая определяется видом технологического процесса а в аппарате.

Для массообменных колонн в системе жидкость –газ (пар) высоту рабочей жидкости можно принять равной где– высота кубовой части аппарата;

Н ДН – высота днища аппарата, м, которая определяется в зависимости от типа днища.

Под расчетным давлением в условиях испытаний для элементов сосудов и аппаратов следует понимать давление, которому оно подвергается во время пробного давления, включая гидростатическое давление, если оно составляет 5% или более пробного давления, т.е. расчетное давление для условий испытаний определяется по формуле

Где Р ПР – пробное давление, МПа, которое рассчитывается по формуле

где Р 20 Г - гидростатическое давление воды при t=20 0 С, МПа, которое рассчитывается по формуле где- удельный вес воды,МН/м 3 ;Н – высота корпуса (без опоры), заполненная водой, м;[σ] 20 – допускаемое напряжение, МПа, при температуре t=20 ºС.

Условное (номинальное) давление р у – избыточное рабочее давление при температуре элемента аппарата 20°С (без учета гидростатического давления).

Для более высоких температур элементов аппарата условное давление снижается соответственно уменьшению прочности конструкционного материала.

Условные давления применяют при стандартизации аппаратов и их узлов.

Это давление всегда не ниже рабочего и расчетного давлений.

При t раб >20°С условное давление снижается пропорционально понижению допускаемых напряжений при этих температурах.

Пробное давление Р пр - под пробным давлением в сосуде и аппарате следует понимать давление, при котором проводится испытание сосуда или аппарата.

Пробное давление гидравлического испытания сосуда должно определяться с учетом минимальных значений расчетного давления и отношения допускаемых напряжений материала сборочных единиц(деталей), т.е. ,отношение сигма20/сигмаt принимается по тому из использованных материалов элементов сосуда, для которого оно является наименьшим.

Определение допускаемого напряжения для материала корпуса аппарата производится для рабочих условий и для условий испытания:

- для рабочих условий при расчетной температуре производится по формуле

[σ] t =η·σ * t ,где σ * t – нормативное допускаемое напряжение, МПа,

η – поправочный коэффициент к допускаемым напряжениям. Он должен быть равен единице, за исключением стальных отливок, для которых данный коэффициент имеет следующие значения:

0.8 - для отливок, подвергающихся индивидуальному контролю неразрушающими методами;

0.7 - для остальных отливок.

Таким образом, для сварных аппаратов η = 1.

Для условий испытаний расчетная температура для корпуса колонного аппарата принимается равной 20. Для условий испытания допускаемые напряжения определяются по формулегдеσ 20 Т –предел текучести при t=20 0 С;

n Т – коэффициент запаса по пределу текучести.