Рабочие, расчетные, испытательные параметры. Аппараты, подведомственные Промтехнадзору, особенности их испытаний

Основными расчетными параметрами для выбора конструкционного материала и расчета элементов аппарата на прочность являются температура, давление, состав рабочей среды

Давление. Различают рабочее, расчетное, условное (номинальное) и пробное давления.

Рабочее давление Р_р — максимальное внутреннее избыточное или наружное давление среды в аппарате при нормальном протекании технологического процесса без учета гидростатического давления среды и без учета допустимого кратковременного повышения давления во время действия предохранительного устройства (клапана и др.).

Расчетное давление Р — максимальное допускаемое рабочее давление, на которое производится расчет на прочность и устойчивость элементов аппарата при максимальной их температуре. Расчетное давление принимают, как правило, равным рабочему давлению.

Расчетное давление может быть выше рабочего в следующих случаях:

—если во время действия предохранительных устройств давление в аппарате может повыситься более чем на 10% от рабочего, то расчетное давление должно быть равно 90% от давления в аппарате при полном открытии предохранительного устройства;

—если на элемент действует гидростатическое давление от столба жидкости в аппарате, значение которого свыше 5% от расчетного, то расчетное давление этого элемента соответственно повышается на значение гидростатического давления. В этом случае:

где g – ускорение силы тяжести, м/с²;

ρ_ж – плотность жжидкости, кг/м³;

H – высота столба жидкости, м.

Для литых аппаратов, работающих при Р_р ≤ 0,2 МПа значение Р принимается равным 0,2 МПа.

Для элементов аппарата с раздельными пространствами, имеющими разные давления, за расчетное давление принимается каждое из них (без учета других). Допускается производить расчет на разность давлений, если при эксплуатации в любом случае надежно обеспечивается наличие давлений во всех пространствах.

Пробное давление Р_пр — избыточное давление, на которое аппарат испытывается на прочность и плотность после его изготовления и периодически при эксплуатации.

Для арматуры деталей трубопроводов величина Р_пр устанавливается в зависимости от величины Р_у и выбирается согласно ГОСТ 356-80.

Для сварных аппаратов эта величина рассчитывается в зависимости от величины рабочего давления.

Таблица 1 ‑ Значения пробных давлений

Рабочее давление рр, МПа	Пробное давление рпр, МПа
0,07 ÷ 0,5	Рпр = 1,5∙ Рр∙[σ20]/[σ]
>0,5	Рпр = 1,25∙ Рр∙[σ20]/[σ]
<0,07	0,2
Под вакуумом	Рпр = 0,15∙[σ20]/[σ] но н/м 0,2
Примечание: ∙[σ20], [σ] ‑ допускаемые напряжения при температуре 20°С и при рабочей температуре соответственно

Условное (номинальное) давление р_у — избыточное рабочее давление при температуре элемента 20°С (без учета гидростатического давления).

Условные давления применяются при стандартизации аппаратов и их отдельных элементов. Серийно изготавливаемые аппараты, эксплуатационные рабочие параметры которых заранее неизвестны, проектируются из расчета на определенный температурный интервал и условное давление. Так согласно ГОСТ 9493-80 установлено, что определение допустимых напряжений при расчете на прочность стальных сосудов проводят при Т=100^оС. Поэтому для стальных сосудов, работающих при температуре до 100^оС р_р = р_у. Если в рабочих условиях температура стенки стальных сосудов превышает 100^оС то р_р должно быть снижено по сравнению с р_у. Например для теплообменников, работающих при =350^оС р_у = 6,4 МПа, а р_Р = 4,3 МПа.

Для стальных сосудов и аппаратов согласно ГОСТ 9493-80, а также для арматуры и трубопроводов согласно ГОСТ 356—80 «Давления условные, пробные и рабочие» значения р_у должны соответствовать ряду условных давлений, МПа: 0,1; 0,25; 0,4; 0,6; 1,0; 1,6; 2,5; 4,0; 6,4; 10; 16…250.

Примеры условных обозначений давлений:

Р_у40 – условное давление 40 кгс/см² (4 МПа);

Р_пр60;

Р_р250t473(200) – рабочее давление 250 кгс/см² при 200^оС.

Температура. Различают рабочую и расчетную температуру.

Рабочая температура t — это температура содержащейся или перерабатываемой среды в аппарате при нормальном протекании в нем технологического процесса.

Расчетная температура t_R — это температура стенки аппарата для определения физико-механических характеристик конструкционного материала и допускаемых напряжений.

При положительных температурах за расчетную температуру стенки аппарата принимают наибольшее значение рабочей температуры стенки. При отрицательной температуре стенки элемента сосуда или аппарата за расчетную температуру при определении допускаемых напряжений следует принимать температуру 20^оС.

При невозможности произвести тепловые расчеты или измерения и в тех случаях, когда во время эксплуатации температура стенки повышается до температуры среды, соприкасающейся со стенкой, за расчетную температуру следует принимать наибольшую температуру среды.

Для выполнения прочностных расчетов аппаратов должны быть известны значения их базовых диаметров. Для стальных цилиндрических аппаратов, корпусы (обечайки) которых выполняются из листового проката, за базовый принимается внутренний диаметр (D), выбираемый из ряда, определяемого стандартом (ГОСТ 9617—76). Для стальных аппаратов, корпуса которых выполняются из готовых труб, за базовый принимается наружный диаметр (D_В), выбираемый из ряда, определяемого стандартом (ГОСТ 9617—76).

Для фланцев, труб, трубной арматуры введен диаметр условного прохода (D_у), т.е. внутренний номинальный диаметр присоединительных элементов изделий. В зависимости от способа изготовления трубопроводов, он может совпадать с фактическим внутренним диаметром (для чугунных труб) либо не совпадать (для стальных труб, которые изготавливают по внешнему диаметру, а внутренний диаметр зависит от толщины листа).

Значения диаметров регламентируются нормативной документаций на конкретные виды оборудования.