60 Вопрос

К сосудам и аппаратам высокого давления (СВД и АВД) условно относятся сосуды и аппараты, работающие под внутренним давлением в диапазоне от 10 МПа до 130 МПа. Толщина стенки корпуса такого аппарата, как правило, превышает 10% его внутреннего диаметра ( ), т.е. коэффициент толстостенности аппарата (отношение его наружного диаметра к внутреннему)  1,2. Обычно аппараты высокого давления изготавливают по возможности меньшего диаметра, что позволяет получить относительно небольшое усилие от внутреннего давления на крышку аппарата и тем самым обеспечить конструктивное совершенство ее элементов уплотнения. Наиболее употребительные отношения диаметра корпуса к его высоте и .

АВД используются для проведения химических и нефтехимических процессов в производстве спиртов (этанол, метанол, бутиловые и высшие жирные спирты), минеральных удобрений (аммиак, карбамид), полиэтилена, искусственных кристаллов и т.п.

Конструкции СВД и АВД определяются требованиями химико-технологического процесса, эксплуатационными параметрами и характеристиками (давлением, температурой, свойствами рабочей среды, режимом работы), производительностью, мощностью и оснащенностью технологическим оборудованием заводов-изготовителей, условиями транспортирования и монтажа.

Конструктивно, в зависимости от назначения, условий и технологических особенностей изготовления, АВД (СВД) подразделяются на:

• сосуды и аппараты с монолитной стенкой:

  цельнокованые;	кованосварные;
  штампосварные;	вальцованосварные;

• сосуды и аппараты с многослойной стенкой:

с концентрическим расположением относительно тонких слоев;

с концентрическим расположением относительно толстых слоев;

витые из профильной ленты; рулонированные; спирально-рулонные; армированные проволокой.

Цельнокованые АВД (рис. 13.1) имеют монолитный корпус, изготовленный из одной поковки. Это обстоятельство определяет их относительно небольшие размеры (внутренний диаметр 600 … 1200 мм и длину до 18 м). Их чаще всего применяют при давлении более 32 МПа и высокой температуре, особенно при наружном обогреве корпуса.

Преимущество цельнокованых АВД − отсутствие сварных швов, являющихся потенциальным источником дефектов и снижающих надежность корпуса аппарата.

Недостатки цельнокованых АВД:

1. низкий коэффициент полезного использования металла (отношение массы готового изделия к массе поковки и слитка);

2. ограниченные размеры;

3. необходимость наличия при изготовлении аппарата специального литейного, уникального и дорогостоящего кузнечнопрессового, термическое и металлорежущее оборудования;

4. значительный объем механической обработки.

Кованосварные АВД (рис. 13.2) имеют корпус, состоящий из нескольких механически обработанных кованых частей (обечайки, днища, фланцев, горловины), скрепленных между собой кольцевыми сварными швами. Применение сварки и нескольких поковок для изготовления одного корпуса значительно расширяет возможности изготовления кованосварных аппаратов по сравнению с цельноковаными, особенно по габаритам, при этом несколько снижаются потери металла при изготовлении аппарата и его стоимость.

Максимальные размеры кованосварных АВД определяются тех­нологическими возможностями завода-изготовителя. В химическом машиностроении кованосварные АВД используются ограниченно, так как более прогрессивной считается технология изготовления рулонированных АВД. В основном кованосварные аппараты изготавливают диаметром до 600 ... 800 мм, реже до 1400 ... 1600 мм. Кованосварные элементы сложных АВД могут изготавливать диаметром до 2400 мм.

Штампосварные и вальцованосварные АВД (рис. 13.3 и 13.4) имеют корпус, выполненный из нескольких штампованных или вальцованных обечаек (или полуобечаек), соединенных между собой продольными и кольцевыми сварными швами, а концевые детали (днища, фланцы и горловины) выполняются отдельно из поковок или штамповок.

Кроме этого монолитные АВД предпочтительнее применять в тех случаях, когда они эксплуатируются с наружным обогревом. Монолитная стенка таких аппаратову в отличие от многослойной не имеет воздушных прослоек, поэтому обладает большей теплопроводностью и в меньшей степени склонна к деформированию во время разогрева при пуске в эксплуатацию, когда температура его наружной поверхности существенно превышает температуру внутренней поверхности.Использование многослойной технологии изготовления корпусов АВД снимает ограничения на проектирование крупногабаритных аппаратов, позволяя изготавливать их на сравнительно простом оборудовании со стенками практически неограниченной толщины, а следовательно, и диаметра.

Производство многослойных АВД с концентрическим расположением относительно тонких слоев (способ изготовления А. О. Smith. Данные аппараты (рис. 13.5) изготавливают путем натягивания с натягом на относительно толстую центральную обечайку (толщиной 16 … 24 мм), выполненную из материала, имеющего коррозионную стойкость против соответствующей рабочей среды, одной или нескольких предварительно свальцованных незамкнутых обечаек или двух полуцилиндров состоящих из относительно большого числа слоев из тонкого листового проката толщиной 4 … 6 мм, которые затем стягиваются с помощью плетеных строп и свариваются по продольным швам. Эти операции повторяются до получения необходимой толщины стенки корпуса аппарата.

Обечайки аппарата соединяются между собой и с концевыми элементами корпуса кольцевыми сварными швами. Концевые элементы корпуса аппарата изготавливают из поковок или штамповок.

Рулонированные АВД (рис. 13.8) имеют корпус из одной или нескольких многослойных рулонированных обечаек, соединенных между собой и с концевыми элементами корпуса кольцевыми сварными швами. Концевые элементы выполняются из поковок или штамповок. Многослойная рулониро-ванная обечайка состоит из центральной обечайки толщиной 16 … 24 мм с закрепленной на ней внутренней клиновой вставкой и намотанной на обечайку до необходимой толщины по спирали Архимеда рулонной полосы шириной 1400 … 1800 мм и толщиной 4 … 6 мм. Конец полосы приваривают к последнему слою обечайки по кривой линии для снижения напряжений, а затем накладывают внешнюю клиновую вставку. Для уменьшения количества массивных кольцевых швов рулонные полосы могут свариваться между собой продольным швом с образованием так называемого «полотнища» удвоенной ширины, которое также наматывается на центральную обечайку. Снаружи на намотанную рулонную обечайку надевается защитный кожух толщиной 8 … 12 мм.

При смещении гибкой полосы по цилиндрической поверхности центральной обечайки силы трения в рулонированной стенке возрастают по степенной зависимости с увеличением угла охвата и дополнительно − под действием радиальных сил, прижимающих каждый слой к соседним. Стремясь удержать слой от смещения, силы трения действуют по обеим его поверхностям. В таких условиях рулонированная стенка при плотной намотке подобна монолитной и смещения между слоями с уменьшением зазоров могут иметь на некоторых участках лишь местный, случайный характер и незначительную величину.

Спирально-рулонные АВД (рис. 13.9) − это аппараты, цилиндрическая часть корпуса которых получается навивкой на остов по спирали под углом к оси сосуда одной или нескольких полос. Остов такого АВД состоит из центральной обечайки на всю длину аппарата с приваренными к ней концевыми элементами. Навиваемые на центральную обечайку полосы закрепляются на концевых деталях сварными швами. Каждый последующий слой навивается в противоположную сторону по отношению к предыдущему, кромки витков свариваются между собой. Для обеспечения прочности в осевом направлении часть слоев сваривается по кромкам винтовой спирали. Поверх навивки надевается наружный кожух или сам наружный слой проваривается сплошным швом по всей винтовой линии. Концевые элементы выполняют из поковок или штамповок. Сортамент и марки материала центральной обечайки, навивки и кожуха те же, что и для рулонированных АВД.