ПОЖЕЖНА ПРОФІЛАКТИКА ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПРОЦЕСІВ ТА АПАРАТІВ
5.2.2 Дія високих та низьких температур на матеріал апаратів
Умови здійснення технологічних процесів виробництва часто вимагають використання високих робочих температур. Тривалий вплив високих температур на матеріал, з якого виготовлені технологічні апарати, приводить до появи повільних пластичних деформацій в цих апаратах навіть в тих випадках, коли напруження від робочих навантажень не перевищує межі текучості (за даної температури). Таке явище має назву явища „повзучості”. Особливо істотних змін в умовах тривалої роботи під навантаженням за високої температури зазнають вуглецеві сталі. Леговані та жаростійкі сталі під дією високих температур змінюють свої механічні властивості незначною мірою. Тому при конструюванні апаратів і трубопроводів (в залежності від величини температурного режиму) рекомендується використовувати наступні сталі: за температури від мінус 200С до плюс 4250С та тиску до 5 МПа – вуглецеві сталі звичайної якості (ВСт3сп); за температури від мінус 200С до плюс 4750С – вуглецеві сталі для виготовлення казанів (15К, 20К) та сталі підвищеної міцності – низьколеговані (09Г2С, 12МХ); за температури від мінус 600С до плюс 8500С – теплостійкі та жаростійкі леговані сталі з присадками хрому, ванадію, вольфраму або нікелю (20Х5МЛ, 08Х13); за низьких (до мінус 2500С) та високих температур (до плюс 12000С) – високолеговані жаростійкі сталі з добавками у великій кількості хрому, нікелю та у невеликій кількості - вольфраму, кремнію (ОХ18Н10Т, 30Х24Н12СЛ).Але відповідний підбір якості сталі за нормальних робочих температур ще не виключає можливості утворення пошкоджень від температурних впливів. Оскільки вибір металу здійснюють в залежності від нормальної робочої температури, то дія більш високих температур сильно збільшує пластичність металу та його текучість.Високі температури виникають при порушенні температурного режиму в апаратах, які вимагають нагріву, та при здійсненні екзотермічних реакцій, а також при пожежах, коли апарати і трубопроводи потрапляють в зону вогню або інтенсивного випромінювання від факелів полум’я, нагріваючись при цьому до 800-10000 і більше.Апарати, що попали в зону дії пожежі, нагріваються за законами нестаціонарної теплопровідності. На тривалість прогріву корпусу апарата значною мірою буде впливати наявність засобів захисту від впливу тепла пожежі.Надійними засобами захисту апаратів та трубопроводів від надмірного нагрівання при пожежі є наявність справної теплоізоляції корпуса, влаштування екранів, стаціонарних систем охолодження водою або піною, наявність протипожежних розривів тощо.Умовами для перегріву металів є також утворення коксу на стінках і забруднення теплообмінної поверхні апаратів вогневої дії та з електрообігріванням. Це відбувається в результаті зниження в апаратах рівня рідини, пошкодження захисної футерівки у високотемпературних реакторах, регенераторах тощо. Таке явище називають „прогаром стінки”.Для запобігання прогару теплообмінної поверхні встановлюють чіткий контроль за температурами теплоносія та продукту, який нагрівають, контролюють швидкість руху речовини, яка нагрівається; очищають продукт, що нагрівається, від механічних домішок, а теплообмінну поверхню – від відкладень твердих речовин.Дія низьких температур на матеріал апаратів. Пошкодження технологічного обладнання може відбутися в результаті впливу не тільки високих температур, але і низьких. За низьких температур працюють холодильні установки (аміачні, пропанові тощо), установки газофракціонування (за температури мінус 300С та нижче), установки з вироблення рідкого повітря, кисню та азоту (за температури мінус 1800С і нижче), а також установки, які знаходяться на відкритих майданчиках в зимовий період часу. В цих умовах експлуатації обладнання виникає небезпечне явище холодноламкості сталі, яке пов’язане з падінням ударної в’язкості.Ударна в’язкість вуглецевих сталей різко падає за зниження температури. Втрата ударної в’язкості може привести до утворення тріщин, а іноді й до повного руйнування апаратів з цих сталей, навіть при дії нормальних робочих навантажень. Схильність сталі до переходу в крихкий стан визначається її хімічним складом, структурою та методом обробки. Найбільший вплив на ударну в’язкість маловуглецевих сталей має вміст вуглецю. Із збільшенням кількості вуглецю та фосфору в сталі крихкість її збільшується. Аналіз пошкоджень апаратів, які мали місце, показав, що майже у всіх випадках мали місце зразу декілька причин: крихкість металу за низьких температур, жорсткість конструкцій (особливо зварних), значні внутрішні перенапруження в окремих вузлах, які виникають під впливом додаткових факторів – перепаду температури, дії вітру, динамічних навантажень тощо.При експлуатації технологічного обладнання в умовах низьких температур частіше всього спостерігаються випадки пошкодження резервуарів і ємностей з легкозаймистими та горючими рідинами, а також із скрапленими газами, причому майже всі випадки повного руйнування апаратів відбуваються за однією і тією ж схемою: руйнується найбільш навантажений конструктивний елемент – корпус резервуара, заповнений продуктом. Руйнується він за ламаною лінією на повну висоту стінки, а потім в результаті радіального зусилля, пов’язаного з виливанням великої кількості рідини, корпус відривається від днища і відкидається в сторону. Одночасно дах резервуара обвалюється на днище, яке звичайно залишається на місці або дещо зсувається в сторону.Крім випадків повного руйнування стінок резервуара, часто бувають випадки утворення тріщин, які порушують герметичність і створюють небезпеку подальшої експлуатації резервуарів. Тріщини в резервуарах виникають, як правило, в найбільш холодні місяці року.Апарати та трубопроводи, які працюють в умовах низьких температур, чутливі до різного роду динамічних навантажень.Таким чином, при виготовленні апаратів, ємностей та трубопроводів, які працюють в умовах впливу низьких температур, необхідно приділяти серйозну увагу підбору матеріалу. Як правило, повинні застосовуватися сталі з підвищеною ударною в’язкістю, які мають низьку критичну температуру холодноламкості, зокрема за температури до мінус 200С – вуглецеві сталі; за температури мінус 300С – вуглецеві сталі підвищеної якості; за температури до мінус 40-800С – низьколеговані сталі; за температури до мінус 2500С – високолеговані хромонікелеві сталі. Кольорові метали та сплави до холодноламкості стійкі.До апаратів, резервуарів, трубопроводів, які виготовлені з сталей із зниженою ударною в’язкістю й експлуатуються в умовах низьких температур, застосовують такі заходи захисту: захищають теплоізоляцією (наприклад, зовнішні ємності зі скрапленими газами), обладнують внутрішнім обігрівом, встановлюють менший ступінь заповнення, рідше проводять операції зливу та наливу.
|
© 2004 Академя гражданской защиты Украины