Температурні напруження

Температурні напруження в матеріалі, з якого виготовлені технологічні апарати і трубопроводи, виникають тоді, коли існують перешкоди зміні розмірів окремих елементів (вузлів) або конструкції в цілому у таких випадках:

§ при різких змінах робочої температури апарата або зовнішнього середовища. В процесі експлуатації температура в трубопроводах змінюється зі зміною температури навколишнього середовища і продуктів, що перекачуються. Висока теплопровідність матеріалу труб може призвести до руйнування трубопроводу, арматури опори і завдати пошкодження обладнанню і резервуарам;

§ при наявності в апараті елементів, які знаходяться під дією різних температур. Місцеве і нерівномірне нагрівання конструктивних елементів технологічних апаратів спостерігається в процесі пожежі, коли на окремі частини апарата впливає полум'я або розжарені продукти горіння, або вони піддаються впливу променистої енергії. Температурні напруження в стінках товстостінних апаратів ( ) розраховують за формулами (при перепаді температур по товщині стінки більше 10^оС):

,

де – коефіцієнт Пуассона; – коефіцієнт лінійного розширення матеріалу, К^-1; Е – модуль пружності металу, Па; – коефіцієнт об’ємного розширення матеріалу, К^-1; , – температури зовнішньої та внутрішньої стінок апарату, ^оС. При виникає небезпека пошкодження апарата.

§ в товстостінних конструкціях (особливо при наявності в апаратах біметалічних конструкцій або конструктивних елементів);

§ під впливом нерівномірної дії температури на жорстко закріплених конструкціях та вузлах апаратів. Величину температурних напружень , що виникають від нагрівання в жорстко закріплених ділянках трубопроводів або вузлах апарата, визначають за формулою: ,

де Е – модуль пружності матеріалу, Па; – зміна температури, К; – коефіцієнт лінійного розширення матеріалу конструкції, .

Загальне внутрішнє напруження, що виникає в матеріалі від дії корисного навантаження і від температурних впливів, може перевищити межі текучості, міцності і зумовити розрив стінок апаратів трубопроводів.

Заходи для запобігання руйнуванню апаратів та трубопроводів від температурних напружень:

· встановлення температурних компенсаторів на апаратах (рис.7) та трубопроводах (рис.8);

Рис.7. Компенсатори трубчастих теплообмінників: а – з плаваючою головкою; б – з сальником; в – з зігнутими трубками; г – з лінзою на корпусі; 1 – кришки; 2 – трубні решітки; 3 – трубки; 4 – корпус; 5 – плаваюча головка; 6 – сальник; 7 – зігнуті трубки; 8 – лінза; Т₁, Т₂ – введення і виведення теплоносія; П₁, П₂ – введення і виведення продукту.

Рис.8. Температурні компенсатори на трубопроводах: а – вигляд компенсатора з трьома лінзами; б – розріз однієї лінзи; в – ліроподібна лінза; г – лінза у вигляді петлі

Компенсувальна здатність вигнутих компенсаторів визначається за формулою:

,

де – висота компенсатора, м; – зовнішній діаметр труби, м; – зміна довжини трубопроводу між нерухомими опорами при зміні температури на ^оС.

Компенсувальна здатність лінзових компенсаторів при одній хвилі – 10 мм, при двох хвилях – 25 мм і при трьох хвилях – 45 мм. Різного роду вигини і повороти трубопроводів також є температурними компенсаторами.

· застосування рухомих опор при кріпленні трубопроводів для суміщення кріплення труб з можливістю їх деякого переміщення в поздовжньому напрямку (рис.9);

Рис.9. Кріплення трубопроводів: а – нерухома опора; б – рухома опора; 1 – хомути; 2 – ролики; 3 – фундамент; 4 – труба

· теплоізоляція зовнішньої поверхні апаратів;

· застосування автоматичних регуляторів температури для підтримання температурного режиму в товстостінних апаратах;

· захист апаратів та трубопроводів від місцевого нагрівання;

· застосування автоматичного регулювання подачі речовин, які вступають в екзотермічні реакції;

· плавне нагрівання і охолодження апаратів при їх пуску та зупинці;

· захист нагрітих до високих температур апаратів від різкого охолодження;

· контроль температури стінок апаратів;

· охолодження внутрішніх стінок апаратів.

Дата добавления: 2014-11-09