Прочность сосуда под давлением

Сосуды, работающие под давлением, паровые и водогрейные котлы, трубопроводы пара горячей воды относятся в соответствии с Федеральным законом « О промышленной безопасности опасных производственных объектов» к опасным производственным объектам. Изготовление сосудов и эксплуатации регламентируется: «правилами устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением» Эксплуатация – повышенная опасность. (особенно опасны взрывы: котлов, сосудов, трубопроводов пара и горячей воды – большие разрушения, травмы, несчастные случаи, материальный ущерб).

Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением, котлов, трубопроводов пара и горячей воды принято называть Правилами котлонадзора, а объекты, на которые они распространяются, – объектами котлонадзора. (контроль – Ростехнадзор РФ; на предприятии и в организациях контроль за соблюдением Правил котлонадзора осуществляется инспекторами котлонадзора, которые проводят технические освидетельствование и обследование объектов котлонадз.- не соблюдение правил карается наложением штрафов. (ответственность за соблюдение правил, состоянием и эксплуатации сосудов отвечают руководители и специалистов, осуществляющих надзор за техническим сос-ем и эксплуат сосудов. ))

Сосуд – герметически закрытая емкость, предназначена для ведения химических, тепловых и других технологических процессов, а так же хранения , транспортировку газообразных, жидких и других веществ. Границей сосуда являются входные и выходные штуцера.

Пробное давление – давление, при котором проводится испытание сосудов.

Давление рабочее – максимальное внутреннее избыточное или наружное давление, возникающее при нормальном протекании рабочего процесса.

Давление расчетное – давление, используемое при расчете на прочность.

Давление условное – расчетное давление при температуре 20 С, используемое при расчете на прочность стандартных сосудов.

Основные причины аварий сосудов, работ под давлением.

Основные причины аварий:

• а) значительное превышение давления из-за неисправности предохранительных клапанов, нарушение технологического процесса или воспламенение паров масла в воздухосборниках, отсутствие(неисправность) редуцирующих устройств;
• б)неисправность или отсутствие предохранительных устройств сосудов с быстросъемными крышками;
• в) дефекты при изготовлении, монтаже и ремонте сосудов;
• г) переполнение сосудов сжиженными газами;
• д) износ стенок сосудов;
• е) обслуживание сосудов необученным персоналом, нарушение технологической и трудовой дисциплины;
• ж) нарушение требований Правил из-за их незнания;
• з) выдача должностными лицами указаний или распоряжений, принуждающих подчиненных им лиц нарушать Правила.

Опасность: – возможность их разрушения при внезапном адиабатическом расширении газов и паров. т.е потеря механической прочности стенок обечайки(коррозия, локальный перегрев, трещины. (взрывы при потере механической прочности сосудов, местный перегрев, удары, превышение рабочего давления(потенциальная энергия – в кинетическую энергию осколков, разрушенного оборудования и ударную волну (травмы людей.))) (k-1)/k

Потенциальная энергия сжатой среды: W= [p1V1/(K-1)]*(1-(p1/p2) ) К – показатель адиабаты. P1 и P2- начальное и конечное давление соответственно.V-начальный объем газа.

Потенциальная энергия сжатой среды пропорциональна произведению начального давления на объем сосуда: W~PV

• – взрывная волна (поражение оборудования и гибель людей.)
• – опасны сосуды, содержащие токсическую среду(опасность отравления) и горючую среду (опасность пожара и взрыва)

Область применения «правил устройства и безопасной эксплуатации»:

Правила, распространяются на :

• – сосуды, работающие под давлением воды с температурой выше 115 С или другой жидкости с температурой, превышающей темпер кипения при давлении 0.07 МПа бег учета гидравлического давления;
• -сосуды, работающие под давлением пара или газа свыше 0.07 МПа
• – баллоны, предназначенные для транспортирования и хранения сжатых, сжиженных и растворенных газов под давлением свыше 0.07МПа
• – цистерны и бочки для транспортирования и хранения сжиженных газов, давление паров которых при температуре до 50С превышает 0.07МПа.
• – цистерны и сосуды для транспортирования, хранения сжиженных газов, жидкостей и сыпучих тел, в которых давление свыше 0.07МПа создается периодически для опорожнения;

Правила не распространяются на :

• – сосуды, изготовляемые в соответствии с «правилами устройства и безопасной эксплуатации оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок», (Ростехнадзор), а так же сосуды, работающие с радиоактивной средой ;
• – сосуды, вместимостью не более 25 литров не зависимо от давления, используемые для научно-экспериментальных целей.
• – сосуды и баллоны вместимостью не более 25 литров, у которых произведение давления МПа на вместимость в литрах не превышает 200.
• – сосуды, работающие под давлением, создающие при взрыве внутри них в соответствии с технологическим процессом;
• – сосуды, работающие под вакуумом;
• – сосуды, устанавливаемые на морских, речных судах и других плавучих средствах;
• – сосуды, устанавливаемые на самолетах и других летательных аппаратах;
• – воздушные резервуары тормозного оборудования подвижного состава железнодорожного транспорта, автомобилей и других средств передвижения;
• – сосуды специального назначения военного ведомства;
• -приборы парового и водяного отопления;
• – трубчатые печи;

ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ И ПНЕВМАТИЧЕСКОЕ ИСПЫТАНИЕ.

Гидравлическое испытание:

Этому испытанию подлежат все сосуды, после изготовления(с покрытием и изоляцией, сосуды испытываются до наложения изоляции и покрытия);

Не литые сосуды: Pпр=1,25р (у20/уf)

Pпр- пробное давление; МПа

р- расчетное давление сосуда, МПа

у20 – допускаемое напряжение материала сосуда при 20 С , МПа;

уf – допускаемое напряжение материала осуда при расчетной температуре, МПа

Гидравлическое испытание литых сосудов и деталей проводится пробным давлением, определяется по формуле: Pпр=1,5р (у20/уf).

Гидравлическое испытание сосудов и деталей не из Ме , с вязкостью более 20 Дж/см2;

Pпр=1,3р (у20/уf). Если менее 20 то по Pпр=1,6р (у20/уf).

Гидравлическое испытание криогенных сосудов при наличии вакуума в изолированном пространстве корпуса производится

Порядок проведения испытаний должен быть оговорен в техническом проекте и указан в инструкции предприятия – производителя по монтажу и эксплуатации сосудов, работающих под давлением.

Для гидравлического испытания сосудов должна применяться вода с температурой не меньше +5С и не выше +40С. По согласованию с разработчиком проекта вместо воды может быть использована другая жидкость. При заполнении сосуда водой воздух должен быть удален полностью. Гидравлическое испытание проводиться только после внутреннего осмотра сосуда. Давление в испытуемом сосуде следует повышать плавно. Использование сжатого воздуха или газа для подъема давления не допускается. Давление при гидравлическом испытании контролируется двумя манометрами одного типа, имеющие одинаковые пределы измерения, класса точности и цену деления.

Время выдержки сосуда под пробным давлением устанавливается разработчиком проекта. При отсутствии специальных указаний в проекте время выдержки(мин) должно быть не меньше :

Толщина стенки -50 – 10 мин ; свыше 50 – 100мм — 20 ; свыше 100мм – 30 ; для детых, многослойных – 60 мин.

После выдержки под пробным давлением его снижают до расчетного и проводят осмотр наружной поверхности обстругивание стенок во время испытания не допускается.

Сосуд считается выдержавшим испытание(гидравлическое) если нет: трещин, слезок, потения в сварных соединениях, остаточных деформаций, течи в разъемных соединениях, падения давления по манометру. Сосуд и его элементы – в которых были выявлены дефекты, после устранения подвергается повторному гидр. Испытанию пробным давлением. В случае когда гидравл испытание не возможно – поводят пневматическое (воздух или инертный газ.) (при условии контроля методом акустической эмиссии).

ПНЕВМАТИЧЕСКОЕ ИСПЫТАНИЕ:

(давление такое же как и при гидравлическом , тщательный осмотр внутреннего состояния сосуда, до испытания; )

При пневматическом испытании применяется меры предосторожности:

• 1) вентиль на трубопроводе и манометры выносятся за пределы помещения;
• 2)люди на время испытания удаляются на безопасное расстояние;3) обратный клапан – не зависимо от колебания давления перед ним поддерживает за собой постоянное давление.

Под пробным давлением при пневматическом испытании сосуд должен находиться в течение 5 минут, после чего давление постепенно снижается до рабочего, при котором происходит осмотр сосуда с проверкой плотности его швов и разъемных соединений мыльным раствором или другим способом. Отстукивание сосуда под давлением при пневматическом испытании запрещается. Сосуды, подлежащие регистрации в органах Госгортехнадзора, должны подвергаться периодическим техническим освидетельствованиям инженером-контролером Котлонадзора. За правильность конструкции сосуда, за расчет его прочности и выбор материала, за качество изготовления и монтажа, а также за соответствие сосуда настоящим Правилам отвечает организация, выполнявшая соответствующие работы.

Все изменения проекта в процессе изготовления или монтажа сосуда должны быть письменно согласованы между проектной организацией, потребовавшей изменения проекта, и Госгортехнадзором. Если аппарат выдержал испытание на прочность – то проводят на герметичность.

ИСПЫТАНИЕ НА ГЕРМЕТИЧНОСТЬ:

Сосуды, работающие под давлением вредных веществ(жидкостей и газов) 1-го и 2-го класса опасности по ГОСТу 12.1.007-76 испытываются владельцами сосудов на герметичность воздухом или инертным газом(азотом) под давлением,

Равным рабочему давлению. при нарушение герметичности происходит разрыв аппаратуры – опасность(осколки, взрывная волна, проводится расчет на прочность аппарата;)

По достижению испытательного давления подача сжатого воздуха или азота прекращается, между подводящим и трубопроводом и запорным вентилем ставится металл заглушка и проводится наблюдение за падением давления.(проводятся испытания – 24 часа -новые; 4 часа повторные испытания). Замер начального давления и исчисления указанного времени производится после выравнивания температур внутри и вне сосуда. Замер температуры газа в сосуде должен производиться либо путем установки ртутных термометров в имеющиеся в сосуде гильзы, либо термометры на поверхность. Степень герметичности хар-ся количеством выходящим из аппарата газам в единицу времени: m = (Pн-Pk)/ Pн ф; m- коэффициент герметичности(используется при определении количества вредных веществ попавших в воздух произ-ых помещений из оборудования, исходя из этого определяется производительность вентиляционной установки.); ф-время;

падение давления : Др= 100/ф (1- (Pk Tk/PнTн))

Др – падение давления;

Pk ;Pн – конечное и начальное давление в аппарате.

Tk, Tн – конечная и начальная температура в аппарате.

Герметичность удовл если Др не более 0.1% в час для токсичных сред и 0.2% в час для пожароопасных сред(для новых аппаратов). И 0.5% для повторных испытаний. У аппаратов при Р раб меньшем 0.7 атм, Риспыт = Рраб+30кПа. Аппараты работ – ие под вакуумом испыт на прочность и герметичность:

На прочность – 0.2МПа

На герметичность – 0.1МПа

Билет №19