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.