57.Затворы аппаратов высокого давления с упругой деформацией. Конструкция.

Расчет уплотнений затворов сосудов высокого давления.Разнообразие требований определяет большое число уплотнений затворов высокого давления. Их основные виды представлены на рис. 11.7.

Расчет усилий, действующих на крепежные детали затворов высокого давления.

Уплотнительное соединение с двухконусным кольцом (рис.11.7,а).

Расчетная сила, действующая на крепежные элементы в рабочих условиях,

где Qд – равнодействующая внутреннего давления на крышку;

Qв – осевая составляющая равнодействующей внутреннего давления на уплотнительное кольцо. Эти величины рассчитываются по формулам

Здесь g = 30° - угол конуса уплотнительных поверхностей;

k1 – коэффициент, учитывающий влияние силы предварительной затяжки на расчетное усилие (k1=4 – 0,102pp при расчетном давлении меньше 29,4 МПа; k1 = 1 при больших давлениях).

Приближенно можно принять Qв = 0,06k1Qд .

Уплотнительное соединение с кольцом треугольного сечения(рис. 11.7,б). Расчетное усилие

причем

 ,

 

Рис. 11.7. Основные конструкции уплотнений затворов высокого давления: а – двухконусное уплотнение; б – конусное уплотнение; в – уплотнение с плоской прокладкой; г и д – волнообразное уплотнение; е – треугольное уплотнение («дельта-затвор»)

 

Рис. 11.8. К расчету усилий, действующих на затворы высокого давления

 

где g=47° - угол конуса уплотнительной поверхности крышки и фланца;

Dк – диаметр контакта уплотнительных поверхностей.

Приближенно можно принять Qв = 0,05Qд .

Уплотнительное соединение с кольцом восьмиугольного сечения(рис. 11.7,в). Общее усилие

где k1=4 – 0,102pp при расчетном давлении меньше 29,4 МПа; k1 = 1 при больших давлениях;

sсм = 1,2s20Т – герметизирующее напряжение при смятии уплотнительного кольца в условиях эксплуатации;

l – ширина уплотнительной поверхности;

r = 11°40’ – угол трения в уплотнительных поверхностях.

Уплотнительное соединение с плоской прокладкой(рис. 11.7,г). Расчеты проводятся по формулам

где b – расчетная ширина прокладки b>bp; sсм = 1,2s20Т;

где [s]t и [s]20 – допускаемое контактное напряжение на уплотнительных поверхностях при температуре соответственно расчетной и 20 °С;

sсм и sсм.пр – напряжение смятия материала прокладки при давлении соответственно рабочем и пробном гидравлическом;

pp – пробное гидравлическое давление.

58.Влияние различных факторов на скорость коррозии (температуры, природы и концентрации реагентов, особенностей конструкции).

Электрохимическая коррозия возникает при воздействии на металлы и сплавы (проводники I рода) электролитов (проводники II рода), т. е. растворов солей, кислот, щелочей, влажных газов и расплавов солей. Разрушение металла связано с прохождением электрического тока вследствие образования микро- и макрогальванических пар между участками металла с различным составом или различной активностью коррозионной среды (классическое определение).

То есть для возникновения электрохимической коррозии необходимы следующие условия:

1) неоднородный по составу металл или металл с различной активностью коррозионной среды на различных его участках;

2) наличие электролита на поверхности металла.

Разберемся, откуда вообще в данном случае возникает электрический ток и каким образом при этом происходит разрушение металла?

Для металлов характерна металлическая связь, т. е. в узлах кристаллической решетки расположены положительно заряженные ионы металла, а внутри решетки хаотично движутся электроны. Ионы удерживаются электростатическим притяжением электронов и для их удаления с поверхности металла необходимо затратить энергию – работа выхода иона Uв, которая характеризует термодинамическую устойчивость металла.

В растворе электролита ионы растворенного вещества гидратируются, что сопровождается выделением энергии гидратации Uг.

Когда металл помещается в водный раствор электролита данного металла, возможны два случая: либо ионы переходят с поверхности металла в раствор, либо из раствора выделяются на поверхности металла. Это зависит от соотношения энергии гидратации и работы выхода иона:

ΔU = Uв – Uг.

Если Uг > Uв, то ΔU < 0 и ионы металла переходят в раствор:

или, с точки зрения химизма, можно записать как процесс окисления металла (анодный процесс):

Поверхность металла приобретает отрицательный заряд и возникает электрическое статическое притяжение между ионами металла в растворе и поверхностью металла, т. е. возникает разность потенциалов между металлом и раствором – так называемый электродный потенциал металлов, который при активности ионов металла в растворе, равной 1, и температуре 25°С называется нормальным потенциалом металлов.

Коррозионную устойчивость металла можно оценить по величине нормального потенциала. Если Е0 < –0,414 В, то металлы могут корродировать в нейтральных средах, не содержащих кислорода (щелочные, щелочноземельные элементы). Благородные металлы – палладий, платина, золото – обладают высоким нормальным потенциалом (свыше 0,815 В) и могут корродировать в кислых средах при наличии окислителей.

В процессе электрохимической коррозии на поверхности металла наряду с анодным протекает и катодный процесс – восстановление окислителя (кислорода или катионов водорода):

О2 + 2Н2О + 4е– → 4ОН– (кислородная коррозия);

Н+ + е– → 0,5Н2 (водородная коррозия).

(взрывы в цехах серной кислоты)

Кислородная коррозия протекает в нейтральных и основных растворах, водородная – в кислых (рН ≤ 4).

В качестве электролита могут выступать не только растворы солей, но и пленка воды. Чистая (дистиллированная) вода – плохой проводник электричества, но атмосферная вода проводит электрический ток значительно лучше вследствие химического растворения в ней СО2 и образования электролита Н2СО3, а также за счет содержания в атмосферной воде растворенных солей.

Коррозионная активность особенно возрастает при контакте разнородных металлов, имеющих разные потенциалы (контактная коррозия). Для ее возникновения достаточно включения примесей на поверхности металла.

Рассмотрим в качестве примера электрохимическую коррозию в месте контакта железа и меди под действием атмосферной воды, содержащей растворенный кислород.

Железо окисляется до катионов железа (II), которые переходят в воду:

Fe0 – 2e– = Fe (анодный процесс).

Электроны переходят в медь и восстанавливают кислород:

О2 + 2Н2О + 4е– = 4ОН– (катодный процесс).

В воде ионы Fe2+ и ОН– образуют нерастворимый гидроксид

Fe2+ + 2ОН– = Fe(OH)2.

Далее часть Fe(OH)2 окисляется до метагидроксида железа:

4Fe(OH)2 + O2 = 4FeO(OH) + 2H2O,

который при высыхании капли образует ржавчину – бурый рыхлый порошок:

FeO(OH) + Fe(OH)2 = (FeII, FeIII)2O4 + 2H2О.

Скорость электрохимической коррозии

Скорость электрохимической коррозии зависит от чрезвычайно большого числа факторов. Приведем некоторые из них:

концентрация ионов водорода (рН среды) – каждому металлу присущ свой интервал рН, в котором он максимально устойчив, например талий, молибден, вольфрам устойчивы в кислых средах, но разрушаются в щелочных, никель марганец, железо, медь неустойчивы в кислых средах, но пассивируются в щелочах;

растворимость продуктов коррозии – если продукты коррозии на катодных и анодных участках хорошо растворимы, то скорость коррозии постоянна (например, коррозия железа в растворах хлоридов, сульфатов), в то же время в растворах фосфатов и карбонатов на анодных участках железа образуется плотная пленка нерастворимых продуктов и скорость коррозии резко снижается;

по влиянию на скорость коррозии металлов одни соли становятся активаторами (галогениды щелочных металлов), т. е. способствуют образованию рыхлых пленок, чем значительно увеличивают скорость коррозии; другие же соли являются пассиваторами (хроматы, бихроматы), т. е. окислителями, способствующими образованию плотных пленок;

скорость электрохимической коррозии резко возрастает с ростом концентрации бескислородных кислот (например, НCl);

повышение давления, как правило, вызывает увеличение скорости электрохимической коррозии за счет увеличения содержания кислорода в растворах;

скорость движения потока раствора оказывает сложное влияние: при малых скоростях жидкости скорость коррозии возрастает из-за увеличения поступления деполяризатора – кислорода; в широком интервале скоростей раствора наблюдается пассивация поверхности, т. е. скорость коррозии не зависит от скорости потока; при высоких скоростях поток скорость коррозии возрастает из-за разрушения защитной пленки;

состояние поверхности – полировка, шлифовка приводят к значительному снижению скорости коррозии (меньше трещин, дефектов), в атмосферных условиях вероятность конденсации водяного пара на гладких поверхностях значительно меньше, чем на шероховатых, так коррозионная стойкость полированных образцов стали Х18Н10Т в 6–12 раз выше, чем для грубошлифованных;

механическое напряжение в металле – коррозионному растрескиванию подвержен металл сварного шва, так как в зонах, примыкающих к шву, возникают растягивающие усилия, изменяющие состав и структуру металла, по этой причине не рекомендуется использовать швы внахлестку, швы химической аппаратуры свариваются преимущественно встык.

Атмосферная коррозия

Атмосферная коррозия возникает вследствие адсорбции паров воды из воздуха на поверхности металла. Чаще всего деполяризатором является кислород, нов случае повышенного содержания в атмосфере кислых газов (НCl, SO2, H2S) может протекать электрохимическая коррозия с водородной деполяризацией.

Скорость коррозии очень сильно зависит от влажности воздуха и степени его запыленности. В сухой атмосфере при относительной влажности воздуха менее 60% атмосферная коррозия не наблюдается (в Африке – танки). Коррозионная активность различных атмосфер приведена в таблице.

Атмосфера	Коррозионная активность, %
Сухая континентальная	1–9
Морская чистая	50
Индустриальная	65
Индустриальная сильно загрязненная	100

Скорость атмосферной коррозии резко возрастает также при накоплении на поверхности металла гигроскопических продуктов коррозии, наличии щелей, трещин, так как происходит капиллярная конденсация.

Подземная коррозия

Подземная коррозия – это разрушение металлических конструкций, находящихся в почвах или грунтах. Она носит электрохимический характер, так как почвы содержат растворы электролитов. Кроме того, возникновение микрогальванических пар возможно из-за неоднородности структуры и состава самой почвы.

Скорость подземной коррозии зависит от влажности, электропроводности, воздухопроницаемости, температуры, составов почвенных растворов, пористости. Так, в зависимости от пористости и влажности количество свободного воздуха в почве изменяется от 25 до 50%, причем почвенный воздух отличается от атмосферного, так как содержит больше углекислоты и меньше кислорода.

Влияние состава почвенного раствора: в торфяных и болотистых почвах рН почвенных растворов иногда ниже 3, что вызывает коррозию. В солончаковых почвах, содержащих большое количество водорастворимых солей, скорость коррозии значительно выше, чем в песчаных или глинистых.

Максимальная коррозия наблюдается при влажности почвы 20–25%.

Химическая коррозия

Химическая коррозия наблюдается при действии сухих газов и жидких неэлектролитов на металлы, а также при действии электролитов на неметаллы. Наиболее часто встречающаяся ее разновидность – газовая коррозия – возникает при действии химически активных газов на металлы при повышенных температуре и давлении.

Поверхность металла всегда покрыта оксидной пленкой, образующейся по реакции

Ме + 0,5О2 ↔ МеО.

Когда парциальное давление кислорода в газе больше равновесного давления, то реакция протекает в сторону образования оксида. Если образующиеся пленки прочные, хорошо сцепленные с металлом, то они обладают хорошими защитными свойствами. Такие пленки образуются, если объем оксида металла VМеО незначительно превышает объем окисленного металла VМе. При VМеО < VМе образуется рыхлая, пористая пленка, не обладающая защитными свойствами. Если VМеО >> VМе или они значительно различаются величиной температурных коэффициентов расширения, то в пленке возникают большие внутренние напряжения и она растрескивается, вследствие чего скорость газовой коррозии возрастает.

Что же происходит с различными металлами под действием агрессивных газов? Углеродистые стали при повышенных температурах обезуглероживаются:

Fe3C + O2 → 3Fe + CO2;

Fe3C + СO2 → 3Fe + 2CO;

Fe3C + Н2O → 3Fe + CO + Н2,

либо за счет гидрирования происходит водородная коррозия

Fe3C + 2Н2 → 3Fe + CН4.

В результате снижаются механическая прочность и предел устойчивости. Устойчивость к водородной коррозии возрастает при введении хрома, титана, молибдена, ванадия.

Разновидностью газовой коррозии является карбонильная коррозия:

Ме + nCO ↔ Ме(СО)n,

которая наблюдается при высоких давлениях и невысоких температурах. Устойчивость различных сталей к карбонильной коррозии в зависимости от температуры имеет вид, представленный на рис.___. Практически не подвергается карбонильной коррозии алюминий.

Сернистые соединения и пары серы при повышенных температурах вызывают коррозию многих металлов, особенно опасен сероводород.

Введение в стали алюминия в количестве не менее 4% повышает их устойчивость к сернистым соединениям до температуры 800°С. Стойкость сталей к газовой коррозии возрастает и при введении в них кремния.

Скорость химической коррозии в зависимости от различных факторов выражается уравнением

v = kFΔCn, г/ч,

где С – концентрация коррозионноактивного компонента.

59.Лотковый вибрационный питатель, устройство, применение.

Питатель – это устройство для равномерной подачи насыпных и штучных грузов из бункеров, загрузочных лотков, магазинов и других загрузочных устройств к транспортирующим и перерабатывающим машинам (станкам, мельницам, грохотам и т.п.). Вибрационные питатели предназначены для равномерной подачи не липких сыпучих материалов для установки под бункерами на горизонтальных участках материалопроводов в качестве загрузочных устройств или дозаторов. Доставка материала по рабочему органу, который является круглой трубой происходит за счет ее колебательных движений.

60.Способы изготовления толстостенных аппаратов.

Толстостенные аппараты и их детали изготовляют коваными, сварными из кованых элементов и свальцованными в нагретом состоянии. В последнее время получают распространение конструкции витых, многослойных и рулонированных аппаратов ( рис. III-5), имеющие лучшие ( чем цельнокованые) прочностные характеристики и обеспечивающие более экономный расход металла.Толстостенные аппараты во время работы могут нагреваться изнутри или снаружи. Благодаря прохождению теплового потока через стенку аппарата происходит падение температуры по ее толщине. Разная температура слоев материала стенки вызывает появление дополнительных температурных напряжений. Более холодные слои сосуда мешают расширяться более нагретым, в результате чего горячие слои оказываются сжатыми, а более холодные - растянутыми. Так как в толстостенных аппаратах, нагруженных действием внутреннего давления, наибольшими являются кольцевые растягивающие напряжения, то для них более благоприятным является нагрев изнутри, потому что температурные напряжения, имеющие обратный знак, при наложении будут уменьшать кольцевые напряжения и увеличат способность цилиндра сопротивляться внутреннему давлению.Толстостенные аппараты просверливают не насквозь, в них резьба нарезается непосредственно в стенке засверленного отверстия, а грибок затягивается при помощи ключа, в котором резиновый диск плотно прижимается к шляпке грибка.Сварные толстостенные аппараты впервые освоены нашей промышленностью. Сущность метода их изготовления заключается в том, что отштампованные полуцарги свариваются электрошлаковой сваркой, дающей возможность гомогенного соединения стенок толщиной до 400 мм. Будучи значительно более дешевым по сравнению с ковкой, этот способ дает возможность изготовлять колонны с неотъемными днищами, что невозможно в кованых аппаратах, и этим не только упростить форму корпуса колонны, но и устранить нижний затвор и упростить конструкцию нижней опоры аппарата.Стеклянное толстостенные аппараты или приборы, предназначенные для работы при разрежении ( под вакуумом), необходимо вначале проверить, так как часто случается, что, например, колба Бунзена не выдерживает рабочего разрежения и раздавливается давлением атмосферы. Поэтому каждую новую колбу Бунзена нужно предварительно испытать в работе при разрежении ( см. стр. Точно так же необходимо проверять вакуум-эксикаторы и другие вакуум-приборы.Для толстостенных аппаратов, учитывая трехосное напряженное состояние, с использованием энергетической теории прочности для пластичных материалов ( сталей) также получены расчетные зависимости инженерного вида, приведенные ниже. Они дают результаты, близкие к экспериментальным данным.