Штуцера, люки, крышки отъемные
Штуцера. Предназначены для присоединения к аппарату технологических трубопроводов для отвода и подвода различных жидких и газообразных продуктов, установки датчиков контрольно-измерительной аппаратуры. По условиям ремонтопригодности чаще применяют разъемные соединения (фланцевые штуцера). Неразъемные соединения (на сварке) применяются при блочной компоновке аппаратов в кожухе, заполненном тепловой изоляцией, где длительное время не требуется осмотра соединений.
Стальные фланцевые штуцера стандартизованы и представляют собой патрубки из труб приваренными к ним фланцами или кованые заодно с фланцами (рисунок 6). На рисунке 7 показаны различные способы приварки патрубка штуцера к корпусу аппарата. Наиболее часто штуцер вваривают в корпус аппарата (рисунок 7а). В случае, если внутри аппарата не должно быть каких-либо выступающих частей, а также для удобства монтажа внутренних устройств, конец патрубка и штуцера выполняют в соответствии с профилем корпуса (рисунок 7б). Приварка патрубка к отбортованному краю отверстия (рисунок 7в) обеспечивает минимальную концентрацию напряжений, позволяет осуществить сварку встык и с точки зрения прочности является предпочтительной. Однако данный способ весьма сложен и является дорогостоящим, поэтому используется редко, преимущественно в эмалированной и гуммированной аппаратуре.
Рисунок 6 – Конструкции приварных фланцевых штуцеров
а – с приварным плоским фланцем, б – с приварным фланцем встык, в – литой, г, д – кованый
Рисунок 7 – Способы приварки патрубка штуцера к корпусу аппарата
Расстояние НТ от привалочной поверхности фланца до корпуса или днища называется вылетом штуцера. Штуцер должен иметь достаточную длину для удобства сборки и разборки фланцевого соединения. Для нормализованных штуцеров вылет штуцера зависит от условного давления ру и условного диаметра dу и должен составлять не менее 120 мм. При наличии у аппарата тепловой изоляции вылет штуцера должен быть увеличен на соответствующую толщину.
Бобышки. Конструктивно представляют собой фланцы, приваренные непосредственно к стенке аппарата или отлитые заодно с его корпусом или крышкой. Трубопроводы или иные элементы крепят к бобышкам шпильками, поэтому бобышки обычно имеют большую толщину, чем стандартные фланцы. Вследствие различной толщины стенки корпуса и бобышки в месте сварки возникают значительные температурные напряжения. Кроме того, при срыве резьбы или обломе шпильки извлечение шпильки связано со значительными трудностями. Поэтому бобышки, как правило, используют в тех случаях, когда установка штуцеров невозможна или нецелесообразна.
Смотровые окна (смотровые лючки). Предназначены для осуществления визуального контроля за протеканием технологического процесса в аппарате, а также для контроля состояния внутренних поверхностей и устройств аппарата. Конструктивно смотровое окно (рисунок 8) состоит из бобышки, крышки и смотрового стекла, зажатого через прокладки шпильками и гайками между бобышкой и крышкой.
Рисунок 8 – Смотровое окно
1 – бобышка, 2 – фланец, 3 – шпилька, 4 – прокладка, 5 – смотровое стекло
В соответствии с требованиями Ростехнадзора все сосуды и аппараты. Работающие под давлением свыше 0,07 МПа, диаметром D ≤ 800 мм должны иметь смотровые окна диаметром не менее 80 мм. Смотровые окна могут иметь круглую или овальную форму, должны располагаться в доступных для пользователя местах. В случаях, когда внутренняя поверхность смотрового стекла может загрязняться средой, находящейся в аппарате, к ней проводят специальные патрубки, через которые под давлением подают промывочную жидкость.
Люки. Предназначены для осуществления внутреннего осмотра, ремонта и контроля сосуда или аппарата, а также монтажа, демонтажа, ремонта разборных внутренних устройств, загрузки и выгрузки сырья и продукции. Аппараты, подведомственные Ростехнадзору, диаметром D> 800 мм должны предусматривать люки диаметром не менее 450 мм у аппаратов, устанавливаемых на открытом воздухе, и не менее 400 мм – устанавливаемых в помещении. Размер люков овальной формы должен быть не менее 325×400 мм.
Допускается проектировать без люков: аппараты, предназначены для работы с веществами 1-го и 2-го классов опасности, не вызывающими коррозии и накипи, независимо от их диаметра, при этом следует предусматривать необходимое количество смотровых окон; аппараты с приварными рубашками; витые и кожухотрубчатые теплообменные аппараты независимо от их диаметра; аппараты, имеющие съемные днища или крышки, а также обеспечивающие возможность проведения внутреннего осмотра без демонтажа горловины или штуцера.
В нормализованных люках применяются плоские, эллиптические и сферические неотбортованные крышки. В случае, если люком пользуются достаточно часто, например, загрузочные люки, их выполняют конструктивно с устройствами, облегчающими открывание и закрывание люка. Люки должны располагаться в доступных и удобных для пользования местах. Для крышек люков массой более 20 кг следует предусматривать приспособления для облегчения их открывания и закрывания.
Крышки отъемные. Отъемные крышки на корпусе аппарата применяются в тех случаях, когда его невозможно выполнить цельносварным с люком для осмотра. Крышки большей части присоединяются к корпусу аппарата с помощью фланцев, которые обладают высокой металлоемкостью, особенно при больших давлениях и диаметрах аппарата, поэтому являются нежелательными. Эллиптические и сферические крышки состоят из соответствующих стандартных днищ, сваренных со стандартными или специальными фланцами, а плоские являются цельными, изготовленными из листов или поковок.
 Рисунок 9 – Конструкции отъемных выпуклых крышек а – эллиптическая с плоским фланцем, б – эллиптическая с фланцем приварным встык, в – сферическая с угловым сварным соединением с фланцем, г – сферическая со стыковым сварным соединением с фланцем |  Рисунок 10 –Конструкции отъемных плоских круглых крышек а – с уплотнением по краю крышки, б – зажатая между фланцами, в – с уплотнением на соединительном выступе, г – с уплотнением |
Укрепление отверстий в стенках аппаратов (правила расположения отверстий в крышке и корпусе).
Укрепление отверстий в стенках аппаратов. Наличие отверстий в обечайках, днищах аппаратов, работающих под давлением, усиливает концентрацию напряжений в области отверстий, а следовательно, снижает прочность обечайки и всего аппарата в целом. Особенно нежелательно размещение отверстий в наиболее нагруженных частях корпуса (например, в местах установки опор), а также на сварных швах. Отверстия для люков, лючков и штуцеров следует располагать вне сварных швов. Допускается расположение отверстий на продольных и кольцевых швах цилиндрических и конических обечаек, если диаметр отверстий не более 150 мм. Отверстия не допускается выполнять в местах пересечения сварных швов.
Наиболее широко распространенными способами укрепления отверстий являются:
- утолщение стенки штуцера (рисунок 11а),
- установка торовой вставки (рисунок 11 б),
- отбортовка края отверстия (рисунок 11 в),
- установка накладного кольца (рисунок 11 г).
Рисунок 11 – Варианты укрепления отверстий в стенках аппаратов: (пояснения см. выше)
Укрепляющие кольца должны изготавливаться предпочтительно цельными. В каждом укрепляющем кольце или каждой его части должно иметься контрольное отверстие для проверки на герметичность сварных швов. Контрольное отверстие следует располагать в нижней части кольца и оставлять открытым. Укрепляющие кольца должны плотно прилегать к поверхности прикрепляемого элемента, зазор допускается не более 3 мм.
Фланцевые соединения
Для разъемного соединения корпусов или отдельных элементов аппарата, присоединения трубопроводов наиболее широкое применение нашли фланцевые соединения, обеспечивающие прочность, жесткость и герметичность, а также технологичность изготовления и простоту сборки-разборки.
Фланцевое соединение состоит из двух симметрично расположенных фланцев 1 (см. рисунок 12), закрепленных на соединяемых частях конструкции 2, установленной между ними прокладкой 3, являющейся уплотнительным элементом, обеспечивающим герметичность, и крепежных деталей 4 (болтов или шпилек, гаек, шайб). В качестве крепежных деталей при давлении р ≤ 4МПа и t ≤ 300°С применяют болты, в остальных случаях шпильки.
Рисунок 12 – Фланцевое соединение:
1 – фланцы, 2 – соединяемые элементы конструкции, 3 – прокладка, 4 – крепежные детали
По форме фланцы могут быть круглыми, овальными, квадратными, прямоугольными и фигурными. Наиболее распространенными являются круглые фланцы вследствие простоты их изготовления.
Фланцы стандартизованы и выбираются для трубной аппаратуры по условному давлению ру и условному диаметру Dу (10…1600 мм), для аппаратов – по условному ру и диаметру аппарата Dу (400…4000 мм).
По конструкции фланцы можно разделить на цельные, когда корпус и труба жестко связаны между собой и все нагрузки передаются от фланца к корпусу, и свободные, когда корпус и труба не соединены жестко между собой и нагрузки, возникающие при затяжке фланцевого соединения, передаются не в полной мере.
Конструкция фланцев в значительной мере определяется давлением рабочей среды, ее температурой, агрессивностью и т.д. По способу крепления различают плоские приварные фланцы, фланцы приварные встык и свободные фланцы (рисунок 13)
Рисунок 13 – Конструкции фланцев:
а – плоский приварной, б – приварной встык, в – свободный
Плоские приварные фланцы представляют собой плоские кольца, приваренные по краю соединяемого элемента конструкции по периметру. Рекомендуется применять при температуре до 300°С и условном давлении до 1,6 МПа для аппаратов и до 2,5 МПа для трубопроводов.
Фланцы приварные встык имеют конические втулки, которые привариваются к обечайке ил трубе стыковым швом. Рекомендуется применять при температуре до 530°С и условном давлении до 20 МПа для аппаратов и 6,4 МПа для трубопроводов.
Фланцы свободные представляют собой кольца, диаметр отверстия которых несколько больше наружного диаметра трубы или обечайки, на которую одевается фланец. При затяжке фланец упирается в кольцо, закрепленное на краю трубы. Рекомендуется применять при температуре до 300°С и условном давлении до 1,6 МПа. Такая конструкция позволяет изготавливать фланец из обыкновенной углеродистой стали (вследствие отсутствия его контакта со средой) даже в случае, если соединяемые обечайки выполнены из высоколегированных сталей. В аппаратах и трубопроводах, изготавливаемых из цветных металлов (медь, алюминий) или хрупких материалов (ферросилид, стекло, керамика) вместо приварного фланца выполняют отбортовку края обечайки или трубы. Фланцы выполняют стальными из углеродистой стали. Таки конструкции могут использоваться при давлении до 06 МПа.
Для защиты фланцев от воздействия высокоагрессивных коррозионных сред применяются конструкции фланцев, облицованные листом из коррозионностойкой стали.
В зависимости от рабочего давления, температуры и вида рабочей среды применяются прокладочное и беспрокладочное уплотнение фланцевых соединений. Беспрокладочное соединение обычно используют в тех случаях, когда по каким-либо причинам невозможно подобрать материал прокладок. Наиболее распространено прокладочное уплотнение, герметичность в котором достигается за счет прокладки, размещаемой между привалочными поверхностями фланцев и сжимаемой при затяжке болтов (шпилек). Материал прокладки при этом упруго (в ряде случаев пластически) деформируется, заполняя все микронеровности и шероховатости на привалочных поверхностях фланцев.
Прокладка должна отвечать следующим требованиям: при сжатии с возможно малым давлением заполнять все микронеровности уплотнительных поверхностей (эластичность), сохранять герметичность соединения при упругих перемещениях фланцевого соединения (упругость), возвращаться к первоначальной форме при разгрузке фланцевого соединения (долговечность), обладать механической инертностью к материалу привалочных поверхностей (не оставлять на них царапин, зазубрин), высокой коррозионной стойкостью к воздействию агрессивных сред, низкой стоимостью.