ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ Требования к конструкционным материалам из "Конструирование безопасных аппаратов для химических и нефтехимических производств" Специфические условия работы химических аппаратов, характеризуемые диапазоном давлений от глубокого разрежения (вакуума) до избыточных давлений порядка 250 МПа и выше, большим интервалом рабочих температур (от —254 до +1000°С и выше) при агрессивном воздействии среды, предъявляют высокие требования к выбору конструкционных материалов проектируемой аппаратуры. [c.12] Наряду с обычными требованиями высокой коррозионной стойкости в определенных агрессивных средах к конструкционным материалам, применяемым в химическом аппаратостроении, одновременно предъявляют также требования высокой механической прочности, жаростойкости и жаропрочности, сохранения удовлетворительных пластических свойств при высоких и низких температурах, устойчивости при знакопеременных или повторных нагрузках (циклической прочности), малой склонности к старению и др. [c.12] Для химической аппаратуры преимущественно применяют конструкционные материалы, стойкие и весьма стойкие в агрессивных средах. Материалы пониженной стойкости применяют в исключительных случаях, когда обоснована целесообразность использования их вместо стойких, но более дорогих и дефицитных материалов. Данные по коррозионной стойкости металлов и сплавов и химической стойкости неметаллических материалов в различных агрессивных средах приведены в специальной справочной литературе [14, 50, 53] и в других источниках, которыми рекомендуется пользоваться при конструировании химической аппаратуры. При отсутствии литературных данных характеристики коррозионной стойкости применяемых для проектируемой аппаратуры конструкционных материалов должны быть получены в результате проведения специальных исследований. [c.13] При выборе материалов для аппаратов, работающих под давлением при низких и высоких температурах, необходимо учитывать, что механические свойства материалов существенно изменяются в зависимости от температуры. Как правило, прочностные свойства металлов и сплавов повышаются при низких температурах и понижаются при высоких. [c.13] Для работы при низких температурах по нормам Госгортехнадзора СССР [47] следует выбирать металлы, у которых порог хладоломкости лежит ниже заданной рабочей температуры. Однако в химической промышленности на протяжении многих лет безаварийно эксплуатируют при рабочих температурах до —40 °С большое количество аппаратов, трубопроводов, арматуры, насосов и другого оборудования, изготовленных из углеродистой стали обыкновенного качества и из серого и ковкого чугуна, т. е. из материалов, имеюш,их ударную вязкость при указанной температуре менее 0,2 МДж/м. Поэтому при выборе металла для работы при низких температурах следует исходить не только из величины ударной вязкости, но также учитывать величину и характер приложенной нагрузки (статическая, динамическая, пуль-сируюш,ая), наличие и характер концентраторов напряжений и чувствительность металла к надрезам, начальные напряжения в конструкции, способ охлаждения металла (за счет содержащегося в аппарате хладоносителя или за счет окружающей среды). [c.14] При статическом приложении нагрузки в ряде случаев допускается изготовление аппаратов из металлов, приобретающих хрупкость при пониженных рабочих температурах, но не имеющих дефектов, нарушающих однородность структуры и способствующих концентрации напряжений. Технология изготовления аппаратов из таких материалов должна исключать возможность возникновения высоких начальных напряжений в конструкции. К таким аппаратам можно отнести свободно опирающиеся емкости для жидких и газообразных продуктов, содержащихся в них под небольшим избыточным давлением, металлоконструкции неответственного назначения и др. [c.14] При динамическом приложении нагрузки кроме указанных выше характеристик необходимо учитывать также и величину ударной вязкости. Для многих углеродистых и легированных сталей ударная вязкость при низких температурах (обычно ниже —40 °С) резко понижается, что исключает применение этих материалов в таких условиях. Ударная вязкость для большинства цветных металлов и сплавов (меди и ее сплавов, алюминия и его сплавов, никеля и его сплавов), а также хромоникелевых сталей аустенитного класса при низких температурах, как правило, уменьшается незначительно, и пластические свойства этих материалов сохраняются на достаточно высоком уровне, что и позволяет применять их при рабочих температурах до —254 °С. [c.14] При высокой температуре наблюдается значительное снижение основных показателей, характеризующих прочностные свойства металлов и сплавов. Кроме того, поведение металлов под нагрузкой при высоких температурах отличается от поведения при нормальной температуре внутри производственных помещений. Предел прочности сТв и предел текучести зависят от времени пребывания под нагрузкой и скорости нагружения, так как с повышением температуры металл из упругого состояния переходит в упругопластическое и под нагрузкой непрерывно деформируется (явление ползучести). Температуры, при которых начинается ползучесть, у разных металлов различны. Для углеродистых сталей обыкновенного качества ползучесть наступает уже при температурах выше 375 °С, для низколегированных сталей — при температурах выше 525 °С, для жаропрочных — при более высоких температурах. [c.15] С увеличением времени пребывания металла под нагрузкой характеристики прочности уменьшаются тем значительнее, чем выше температура эксплуатации оборудования. Поэтому при расчете на прочность аппаратов, работающих длительное время при высоких температурах, допускаемые напряжения определяют по отношению к условному пределу ползучести Стцл или пределу длительной прочности а л. Для химической аппаратуры допускаемая скорость ползучести принимается не выше 10 мм/(мм-ч) (10 % в год), для крепежных деталей — не выше 10 мм/(мм-ч) (10- % в год) [14]. [c.15] Понижение механических свойств при высоких температурах обусловлено происходящими в металле структурными и фазовыми превращениями. В большинстве случаев для химической аппаратуры, предназначенной для работы при высоких температурах, применяют специальные марки жаропрочных сталей, характеризуемых достаточной механической прочностью и стабильностью структуры при высоких температурах. Наряду с жаропрочностью эти металлы должны обладать также и жаростойкостью, т. е. способностью противостоять коррозионному воздействию среды в условиях длительной работы при высоких температурах. При непрерывном процессе окалинообразования рабочее сечение металла уменьшается, что приводит к повышению рабочего напряжения и ухудшению условий безопасной эксплуатации оборудования. [c.15] В химическом аппаратостроении основным способом выполнения металлических неразъемных соединений является сварка, а в ряде случаев пайка. Хорошая свариваемость металлов является одним из основных и необходимых условий, определяющих пригодность материала для безопасной эксплуатации конструкции аппарата. [c.16] Кипящая углеродистая сталь не должна применяться в аппаратах, предназначенных для сжиженных газов, соприкасающихся со взрыво- и огнеопасными средами, средами высокой токсичности и средами, вызывающими коррозионное растрескивание металла. [c.17] 7 для каждого вида полуфабрикатов приведены данные по применению, техническим требованиям и видам испытаний для различных марок стали в зависимости от рабочих условий, а также их основные механические свойства. [c.17] Применение указанных марок на другие рабочие параметры, а также других материалов допускается только на основании заключения головного отраслевого института и разрешения соответствующего министерства. [c.17] Вернуться к основной статье