Арматура химических установок.

По назначению арматура делится на следующие виды: запорная, обратная, дроссельная, конденсатоотводящая. дыхательная, предохранительная, регулирующая.

Типовую арматуру выпускают на условное давление 1,6; 4; 6,4; 10 и 16 МПа. При выборе материала для изготовления арматуры учитывают температуру и свойства среды в трубопроводах и оборудовании. В энергетических установках и трубопроводах для горючих, токсичных, пожаро- и взрывоопасных сред, сжиженных газов и в других подобных случаях применяют только стальную арматуру. Арматуру из чугуна допускается применять для трубопроводов групп Аб и Ба при давлении до 1,6 МПа и температуре от -30 до 1500С. Арматура из ковкого чугуна может использоваться для групп Аа, Б при давлении ниже 0,6 МПа и рабочем диапазоне температуры от -10 до 100 0С.

В любом случае для выбора арматуры должны быть известны следующие данные:

1) назначение арматуры, условия эксплуатации и соответствие их заданным условиям работы;

2) свойства рабочей среды, рабочее давление, рабочая температура, коррозионные свойства, вязкость среды;

3) требования к гидравлическим характеристикам арматуры, пропускная способность, расходная характеристика, класс герметичности и т.д.;

4) монтажные и габаритные требования: условный диаметр прохода, способ присоединения к трубопроводу, габаритные или весовые ограничения и др.;

5) возможные дополнительные требования в отношении надежности, долговечности, взрывозащищенности привода и др.

 

Защита оборудования от превышения давления. Предохранительные клапана. Классификация предохранительных клапанов. Расчет предохранительных клапанов.

Технологическое оборудование, в котором возможно аварийное повышение давления, представляет серьезную опасность при эксплуатации из-за возможности разрушения под действием давления рабочей среды. Поэтому во всех случаях, когда в аппарате может быть превышено предельно допустимое давление, определяемое его прочностью, аппарат должен быть надежно защищен от разрушения с помощью различных предохранительных устройств (ПУ), работающих по принципу сброса из аппарата излишнего количества среды.

В соответствии с особенностями работы ПУ подразделяют на две основные группы:

- многократно используемые устройства - предохранительные клапаны (ПК) с самодействующим замыкающим элементом;

- устройства одноразового действия - предохранительные мембраны - специально ослабленные элементы с точно рассчитанным порогом разрушения по давлению.

 

Классификация предохранительных клапанов.

По способу создания нагрузки различают пружинные и рычажно-грузовые клапаны. В пружинных предохранительных клапанах давлению среды на золотник противодействует сила пружины. Клапан настраивают большим или меньшим поджатием пружины. Пружинно-предохранительные клапаны можно применять на всех аппаратах и установках, где необходимо ограничение давления (по правилам Госгортехнадзора). В рычажно-грузовых предохранительных клапанах сила давления среды уравновешивается весом груза.

По высоте подъема золотника предохранительные клапаны подразделяются на низкоподъемные, среднеподъемные и полноподъемные.

По способу выпуска среды различают предохранительные клапаны открытого и закрытого типов.

Клапаны открытого типа выпускают рабочую среду непосредственно в атмосферу, поэтому их применяют в нетоксичных средах. Клапаны закрытого типа имеют патрубок для подсоединения отводящего трубопровода. Сбрасываемая среда отводится в специальные герметичные емкости или на факельные системы. Такие клапаны устанавливают в системах с токсичными и взрывоопасными продуктами переработки.

 

Порядок расчета ПК следующий:

1. определить характер и величину аварийного расхода (G);

2. определить допускаемое превышение давления в аппарате при работе ПК;

3. определить характеристику cреды перед и за ПК;

4. рассчитать площадь проходного сечения клапана F по формулам (9) и (10) и определить диаметр проходного сечения;

5. выбрать тип (марку) ПК;

6. выбрать ПК по каталогу так, чтобы Ду клапана было равно или превышало расчетное значение диаметра проходного сечения.

 

Защита оборудования от превышения давления. Предохранительные клапана. Требования к установке и эксплуатации предохранительных клапанов.

Для защиты аппаратов от превышения давления Госгортехнадзором разрешается устанавливать ПК, имеющие паспорта (сертификаты) и инструкцию по эксплуатации.

 

ПК следует устанавливать непосредственно на штуцере защищаемого аппарата в вертикальном положении: в вертикальных аппаратах - на верхней крышке, а на горизонтальных - на верхней образующей цилиндра. Диаметр штуцера, к которому присоединяют ПК, должен быть не менее диаметра приемного патрубка клапана, между аппаратом и ПК не должно быть запорной арматуры. ПК закрытого типа можно устанавливать в любом месте технологических цехов и установок, клапан открытого типа - только вне помещений (за исключением клапанов для водяного пара и воздуха).

 

Технологическая среда, сбрасываемая через ПК, должна отводиться в безопасное место или в защитные системы на улавливание либо на сжигание в факеле (углеводородные продукты).

 

При сбросах среды в атмосферу через ПК применяют короткую вертикальную трубу, верхний обрез которой должен быть не менее чем на 3 м выше самой высокой рабочей площадки наружной установки, расположенной в радиусе 15 м от выхлопной трубы. Предпочтительнее иметь отдельную трубу для каждого ПК.

 

Новые и отремонтированные предохранительные клапаны перед монтажом регулируют на специальном стенде на установочное давление (давление срабатывания), а их затворы и разъемные соединения проверяют на герметичность. Допустимое отклонение от давления срабатывания правильно отрегулированного полноподъемного клапана  0,5%. Разница между давлениями срабатывания и закрытия клапана 3-5%. При проверке на герметичность в клапан со стороны выходного патрубка наливают воду так, чтобы ее уровень был выше уплотнительной поверхности запорного органа. Затем под золотник клапана подают воздух под давлением, которое на 5% меньше давления его срабатывания. Отсутствие воздушных пузырьков свидетельствует о герметичности запорного органа.

 

Для повышения надежности работы ПК подвергают периодической ревизии (разборка, дефектовка, чистка, сборка, настройка на давление срабатывания, проверка на герметичность, испытание). На аппаратах с нейтральными средами при температуре ниже 2500С ревизию ПК проводят не реже одного раза в год; на аппаратах с агрессивными загрязнениями и полимеризующими средами, сжиженными газами, а также на аппаратах с температурой процесса более 2500С - не реже одного раза в 3 месяца.

 

На аппаратах непрерывных процессов допускается устанавливать рабочий и резервный ПК. Рабочий и резервный клапаны должны устанавливаться на отдельных присоединительных патрубках, иметь одинаковую пропускную способность и обеспечивать в отдельности полную защиту аппарата от превышения давления.

 

75. Защита оборудования от превышения давления. Предохранительные мембраны. Типы мембран, требования к их материалам. Расчет предохранительных мембран.

Применение мембран вместо предохранительных клапанов (или совместно с ними) позволяет значительно повысить степень герметичности оборудования, что в условиях химической промышленности означает уменьшение потерь ценных продуктов и снижение загазованности производственных помещений и окружающей атмосферы.

 

Предохранительные мембраны с учетом характера их разрушения подразделяют на разрывные, ломающиеся, отрывные, срезные, выщелкивающие.

Разрывные мембраны изготавливаются из тонколистового металлического проката. Мембрана защемляется во фланцевом соединении с помощью зажимных колец. При нагружении мембраны рабочим давлением она испытывает пластические деформации и приобретает куполообразную форму. Куполообразную форму мембране часто придают также при изготовлении, что увеличивает быстродействие мембраны, позволяет обнаружить скрытые дефекты металла.

Ломающиеся мембраны изготавливаются из хрупких материалов (чугун, графит, стекло и т.п.) и поэтому их срабатыванию не предшествуют заметные пластические деформации. Ломающиеся мембраны хорошо работают в условиях динамических и пульсирующих нагрузок. Толщина мембраны может задаваться любой в процессе изготовления, что исключено при изготовлении разрывных мембран из стандартного тонколистового материала. Изготовление ломающихся мембран несложно.

Срезные мембраны при срабатывании срезаются по острой кромке верхнего прижимного кольца. Материалом для изготовления мембран служит листовой алюминий, а прижимные кольца выполняют из стали. Срезные мембраны наиболее часто применяют для защиты сборников жидкого аммиака и метанола.

Отрывные мембраны применяют для защиты систем высокого давления (свыше 25 МПа) при диаметре сбросных отверстий 20-60 мм. Мембраны имеют форму колпачков (рис. 12г) с ослабленным сечением. Отрывные мембраны успешно используют для защиты аппаратов в производствах полиэтилена и некоторых других.

Выщелкивающиеся мембраны представляют собой тонкостенный сферический сегмент, припаянный или приклеенный к опорному кольцу, обращенный выпуклой поверхностью в сторону рабочего давления.

При превышении давления в аппарате выше заданной величины сферический сегмент теряет устойчивость и мембрана выворачивается в другую сторону. Этот процесс происходит очень резко с хлопком, вследствие чего мембрана отрывается от кольца в месте припайки и уносится потоком сбрасываемого газа. Выщелкивание мембраны применяют для защиты аппаратов, работающих при низких давлениях и вакууме.

Материалы предохранительных мембран должны обладать следующими основными свойствами:

а) иметь стабильные механические свойства при рабочей температуре. Максимальное отклонение предела прочности при растяжении не должно превышать +5% от средней величины;

б) быть коррозионностойким в технологической среде, содержащейся в аппарате;

в) структура материала и его механические свойства не должны изменяться в процессе эксплуатации мембраны;

г) допуск на толщину проката (фольги, ленты), применяемого для изготовления мембран, должен быть минимальным.

 

Расчет предохранительных мембран (ПМ) сводится к определению толщины мембраны или других геометрических размеров из условия срабатывания ее при заданном давлении.