105

Тема 6. КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К НИМ

Для изготовления тепломассообменной аппаратуры применяют: углеродистые стали, легированные стали, чугун, цветные металлы и сплавы, неметаллические материалы.

Материалы выбирают по следующим факторам:

−прочность в условиях высоких давлений и температур;

−пластичность, имеющая большое значение при переменных нагрузках, в том числе резких колебаниях температур;

−склонность к старению;

−отсутствие внутренних дефектов;

−коррозионная стойкость в условиях рабочего давления, температуры и концентрации агрессивных сред;

−технологичность (свариваемость, способность к термической обработке);

−стоимость и доступность;

−в соответствии с назначением в теплообменной аппаратуре требования по теплоемкости, теплопроводности и другим теплофизическим свойствам.

6.1 Стали

По химическому составу стали подразделяются на углеродистые и легированные. В свою очередь углеродистые стали по назначению на конструкционные, инструментальные и специального назначения.

Конструкционные стали применяются для изготовления сосудов и аппаратов. Они поставляются в виде листового и сортового проката, труб и поковок.

Легированные стали применяются для изготовления реакционной, теплообменной и колонной аппаратуры, работающей при воздействии агрессивных сред. Высоколегированные стали по стоимости превышают углеродистые в 8…10 раз. Для экономии промышленность выпускает двухслойные (биметал-

106

лические) листы, состоящие из основного слоя углеродистой стали и тонк ого защитного слоя легированной стали.

Области применения наиболее употребительных марок сталей приведены в таблице 6.1.

Таблица 6.1 – Механические свойства и область применения некоторых марок

сталей [1]

107

6.2 Чугун

Чугун применяется для изготовления литой аппаратуры, деталей трубопроводов и машинного оборудования (таблица 6.2). Если из чугуна изготавливаются сосуды, то существует ограничение по диаметру, определяемое уровнем избыточного давления.

Температура стенок сосуда из серого чугуна должна находиться в пределах

-15…+250 оС.

Таблица 6.2 – Механические свойства и область применения серого чугуна [1]

6.3 Цветные металлы Медь в чистом виде пр именяется для изготовления специальной теплооб-

менной аппаратуры, работающей при глубоком охлаждении. При высоких тем-

108

пературах медь сильно окисляется, поэтому применять ее для температур свыше 250 оС не рекомендуется. При повышении температуры резко снижаются ее механические свойства.

Латунь (сплав меди и цинка) применяется для прокатки листов, лент, труб, используемых для изготовления теплообменной аппаратуры.

Бронза (сплав меди и олова) применяется для арматуры, работающей с водяным паром при температуре менее 200 оС.

Кроме перечисленных металлов могут применяться никель (и его сплавы), свинец, алюминий, титан. Однако их применение ограничено из-за не достаточной прочности или высокой стоимости.

6.4 Неметаллические материалы

Неметаллические материалы могут применяться как конструкционные и теплоизоляционные. Как конструкционные (силикатные (керамика, стекло, фарфор, эмали), полимеры) неметаллические материалы применяются для агрессивных сред или в качестве прокладок.

6.5 Теплоизоляционные материалы

Теплоизоляционные материалы характеризуются такими показателями,

как:

−малая плотность (объемная масса) (15…500 кг/м3);

−низкий коэффициент теплопроводности (0,06…0,18 Вт/(м К));

−низкое водопоглащение и др.

Теплоизоляционные материалы по своей структуре разделяются на:

−волокнистые (минераловата, стекловолокно);

−зернистые (перлитовые);

−ячеистые (пенобетон, пеностекло, пенопласты, совелиты).

Свойства теплоизоляционных материалов и изделий приведены в табли-

це 6.3.

109

Таблица 6.3 – Свойства теплоизоляционных материалов и изделий [1]

110

Продолжение таблицы 6.3