Вибрации трубопроводов

Вибрация наблюдается у трубопроводов, находящихся под давлением, и недостаточно хорошо закрепленных, у аппаратов, соединенных с поршневыми насосами и компрессорами. Наблюдается вибрация у недостаточно закрепленных наружных аппаратов и от воздействия ветра.

Наибольшая опасность от вибрации возникает в том случае, когда число колебаний возмущающей силы по своему значению будет приближаться к числу собственных колебаний системы или отличаться от него в целое число раз. При этом наблюдается так называемое явление резонанса.

Меры борьбы с вибрациями - устранение или уменьшение действия возмущающих сил. Практически это достигается уменьшением пульсации при работе насосов (замена поршневых насосов центробежными, установка «воздушных» колпаков и т.п.), гашением колебаний путем применения различного рода прокладок, и тому подобных устройств, а также прочным креплением трубопроводов и аппаратов, подверженных вибрации.

Химический износ материала (коррозии) аппаратов

Под химическим износом понимают уменьшение толщины и прочности стенок аппаратов в результате химического взаимодействия материала с обрабатываемыми веществами или с внешней средой.

Находящиеся в аппаратах и трубопроводах вещества, имеющиеся в них химические примеси, используемые катализаторы, инициаторы и ингибиторы, а также среда, окружающая аппараты, могут химически взаимодействовать с материалом корпуса, вызывая его разрушение.

Разрушение металла от действия на него соприкасающейся с ним среды называется коррозией.

Разрушающему действию коррозии подвержены наиболее слабые места производственной аппаратуры – швы, разъемные соединения, прокладки, места изгибов и поворотов труб и т.п.

Процесс коррозии может протекать двумя путями: прямым химическим взаимодействием и в результате электрохимических реакций, сопровождающихся протеканием электрического тока между отдельными участками металла.

Химическая коррозия наблюдается в среде жидких диэлектриков или газов, нагретых до высоких температур. Это окислительно-восстановительный химический процесс, не связанный с протеканием электрического тока между отдельными участками металла.

Электрохимическая коррозия происходит в том случае, когда поверхность металла соприкасается каким-либо электролитом. Контакт металла с электролитом вызывает появление многочисленных микрогальванических пар, в результате действия которых возникает электрический ток и один из металлов переходит в раствор.

Исходя из основных закономерностей коррозионных процессов, используют следующие направления борьбы с ней:

- применение коррозионно-устойчивых металлов;

- изоляция металлов от агрессивной среды защитными покрытиями;

- уменьшение коррозионной актив­ности среды;

- использование неметаллических химически стойких материалов;

- катодная и протекторная защита.

Образование температурных напряжений или уменьшение прочностных свойств материала стенок аппарата

В аппаратах, где протекают процессы теплообмена, могут наблюдаться такие случаи, когда некоторые конструктивные элементы, жестко заделанные по концам, в процессе эксплуатации имеют неодинаковую температуру. Это относится к кожухотрубчатым теплообменникам, которые имеются в данном технологическом процессе.

Силу, возникающую между жестко соединенными частями аппарата, за счет температурных напряжений можно определить по формуле:

,

Где - коэффициенты линейного расширения для материала корпуса и труб, при соответствующих температурах, 1/град (для стальных труб принимаются равным 0,000012);

- расчетные температуры корпуса и труб, град;

- модули упругости для материала корпуса и труб при соответствующих им температурах, мПа;(для стальных труб составляет 21000 мПа)

, - площадь поперечного сечения корпуса и труб, см².

Кроме силы , на жестко соединенные части аппарата действует сила Р, вызванная давлением среды в межтрубном и трубном пространствах, т.е.

,

Где D – расчетный диаметр трубной решетки, м;

d- средний диаметр трубки, м;

z- число трубок;

- давление среды соответственно в межтрубном и трубном пространствах, мПа.

Теплообменные аппараты с жестким соединением корпуса нельзя эксплуатировать когда

где - напряжения максимальные в материале корпуса и трубок, мПа;

- предел текучести материала корпуса и труб, мПа.

Делать вывод о недопустимости жесткого соединения корпуса и трубок кожухотрубчатого парового подогревателя невозможно, так как неизвестны пределы текучести материалов корпуса и труб.

Если согласно расчету окажется, что жесткое соединение корпуса и трубок теплообменника недопустимо, необходимо применять аппараты, имеющие температурные компенсаторы. Наиболее часто теплообменные аппараты оборудуют линзовыми компенсаторами и компенсаторами типа «плавающая головка».

Снижение температурных напряжений достигается путем уменьшения разности температур между отдельными конструктивными элементами и подбора соответствующих материалов при конструировании отдельных узлов аппаратов с примерно одинаковыми коэффициентами линейного расширения.

Также температурные напряжения возникают в трубопроводах, которые определяются по формуле:

_t = Еt=1,210^-52,110⁶30=756 кг/см²

где _t - температурные напряжения, кг/см²;

 - коэффициент линейного расширения,С^-1(для стальных труб _t = =1,210^-5С^-1);

Е - модуль упругости материала, кг/см²(для стальных труб Е = 2,110⁶).

t= t₁- t₂=60-30=30 - изменение температуры, С.