Общая характеристика производства химической аппаратуры

ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВВЕДЕНИЕ Производство современной интенсивной и высокоэффективной химической аппаратуры играет значительную роль в увеличении выпуска минеральных удобрений, химических волокон, пластмасс, продуктов переработки нефти и газа, изделий бытовой химии. Химическая аппаратура характеризуется большим разнообразием ее типов, различающихся как по конструктивным признакам, так и по видам применяемых материалов, что приводит к необходимости применения многочисленных и значительно различающихся по характеру методов обработки деталей и сборки аппаратов. Все это создает определенные трудности при выборе технологических методов, применяемых при изготовлении аппаратуры. Объектом изучения дисциплины «Основы проектирования» (ОП) является емкостное технологическое оборудование для проведения физико-химических процессов. Задача дисциплины ОП - снабдить инженера-механика сведениями, необходимыми ему при проектировании и изготовлении аппаратуры. Основными вопросами такого характера являются заготовительные и отделочные операции - разметка и гибка листов, обработка отверстий, изготовление отдельных деталей и сборочных единиц, сборка аппаратов в целом. И поскольку аппараты состоят из отдельных типовых сборочных единиц, для описания сборочных процессов выбраны аппараты, наиболее распространенные в промышленности. 3 Тема 1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОИЗВОДСТВА ХИМИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЫ Лекция 1 Классификация емкостной аппаратуры 1.1 Основные понятия Наряду с понятиями «изделие», «продукция» в химическом машиностроении широко используют понятие «оборудование». Оборудование - это совокупность механизмов, машин, устройств, аппаратов, приборов, необходимых для производственной деятельности. Как правило, этот термин используют в сочетании с определениями, относящимися к области его применения: технологическое оборудование, обслуживающее оборудование, контрольно-измерительное оборудование, кузнечно-прессовое оборудование и т.п. Изделием в машиностроении называют любой предмет или набор предметов, подлежащих изготовлению (определение ГОСТ 2.101-68). Им может быть любая техническая система или ее элементы в сборе, отдельные детали в зависимости от того, какой объект является продуктом конечной стадии данного производства. Например, для авиационного завода изделием является самолет, для станкостроительного - станок, для машиностроительного общего профиля – например, автоматическая линия по расфасовке продуктов питания, а для метизного завода - болт, гайка и т.д. Заметим, что изделие является частным случаем единицы промышленной продукции. Под продукцией понимают материализованный результат процесса трудовой деятельности, обладающий полезными свойствами, полученный в определенном месте за определенный интервал времени и предназначенный для использования потребителями в целях удовлетворения их потребностей. Любая продукция, в том числе и машиностроительные изделия, имеет свой жизненный цикл активного существования до 4 морального износа и ликвидации. Моральный износ - это утрата технико-экономической эффективности применения изделия в результате научно-технического прогресса и появления на рынке более современных образцов аналогичного назначения. Он наступает до физического износа, т.е. изделия физически можно использовать, но экономически уже не эффективно, и касается не отдельно взятого экземпляра, а определенного типа продукции. Например, уже давно морально устарели и сняты с эксплуатации: для судостроения - пароходы; для железнодорожного транспорта - паровозы; в звуковоспроизведении - патефоны. Соответственно к ним на замену последовательно приходили полностью или частично: для железнодорожного транспорта - тепловозы, электровозы, скоростные экспрессы; для судостроения дизельэлектроходы, суда на подводных крыльях или воздушной подушке; для звуковоспроизведения - катушечные и кассетные магнитофоны, CD-проигрыватели, проигрыватели на твердых кристаллах. Замена однотипной продукции, как можно видеть из приведенных примеров, происходит циклами. Таким образом, можно сказать, что путь изделия как типа начинается с момента зарождения идеи и формирования потребности в нем и кончается процессами морального «отмирания», вывода из эксплуатации с последующим уничтожением (утилизацией). Тип изделия - это не просто автомобиль, а, допустим, легковой семейный автомобиль, например минивен; не просто фрезерный станок, а, например, зубофрезерный и т.д. Более того, каждому типу изделий присущ набор определенных технических характеристик: габаритных, энергетических, массовых и т.п. 1.2 Жизненный цикл машиностроительного изделия Процессы «жизни» изделия подобны процессам, идущим в живой природе. Они многосторонни и многостадийны и их принято обозначать понятием «жизненный цикл изделия» (продукции). Рассмотрим эту концепцию. 5 Жизненный цикл, как определяет его стандарт ISO 9004-1, это совокупность процессов, выполняемых от момента выявления потребностей общества в определенной продукции до момента их удовлетворения и утилизации продукта. Наиболее укрупнено весь жизненный цикл машиностроительного изделия можно представить в виде четырех последовательных этапов: - формирования потребности в подобном изделии и его разработки; - подготовки его производства и изготовления; - использования по назначению (эксплуатации); - ликвидации (утилизации). Современные стандарты типа ISO 9000 жизненный цикл описывают более детальными стадиями. Ограничимся для целей данной дисциплины представлением жизненного цикла изделия в виде схемы, приведенной на рис. 1.1. Кратко охарактеризуем некоторые стадии. Началом жизненного цикла условно считают формирование исходных требований на основе выполненных маркетинговых исследований потребностей для заданного класса (или типа) изделий. На этой стадии проводят предварительные исследования, выполняют предпроектные работы, формируют техническое задание на разработку. Желаемое изделие существует только в виде замысла и требований. Как правило, окончание разработки нового изделия совпадает с началом периода технологической подготовки и освоения производства. Этот период является одной из важных составляющих жизненного цикла, поскольку его сокращение позволяет быстрее запустить производство нового изделия и раньше выйти к потребителям. Сокращение сроков подготовки дает возможность увеличить жизненный цикл изделия как товара и получить за счет этого дополнительный экономический эффект. При этом продукция конкретного типа может одновременно находиться на разных стадиях жизненного цикла. 6 Потребность (идеи, требования, условия применения) Формирование технического задания I II Техническая и организационная подготовка производства изделия Материалы, комплектующие III Изготовление изделия IV Поставка изделия V Эксплуатация изделия Утилизация изделия Техническая поддержка и обслуживание Отчеты, рекламации Проектирование изделия Материалы I - технические требования, отчет по исследованиям, технико-экономическое обоснование; II - описание изделия, схемы, перечень составных частей, расчеты; III - планы-графики, технологические карты, оборудование; IV - хранение изделия и подготовка к поставкам; V - монтаж и отладка у заказчика на месте работы Рис. 1.1. - Схема жизненного цикла изделия Например, на авиационных заводах до сих пор изготовляют надежные транспортные самолеты ИЛ-76, созданные в 70-х гг. XX в., часть изготовленных в разное время экземпляров находится в эксплуатации, часть проходит капитальный ремонт, а наиболее старые машины, исчерпавшие ресурс, уничтожаются. 7 Реально существование изделия как продукции начинается после окончания ее изготовления, т.е. практически ее жизненный цикл ограничивается стадией эксплуатации (применения), включая периоды сервисного обслуживания и текущего ремонта. Структура изделия как объекта производства. Каждое изделие аппаратостроения обладает определенной структурой и состоит из ряда сборочных единиц: узлов, подузлов, комплектов и отдельных деталей. Такое деление обусловлено не только функциональной структурой, но и удобством сборки и позволяет создавать изделия по агрегатному принципу. Состав структуры изделия машиностроения показан на рис. 1.2. ИЗДЕЛИЕ МАШИНОСТРОЕНИЯ Детали Сборочные единицы Комплексы Детали Сборочные единицы Комплекты Детали Комплекты Рис. 1.2. - Структура изделия аппаратостроения как объекта производства Деталью называется изделие (или составная часть изделия), изготовленное без применения сборочных операций из однородного по наименованию и марке материала. Соединяясь в процессе сборки, детали образуют сборочные единицы. Сборочная единица - это изделие, составные части которого подлежат соединению между собой на предприятииизготовителе путем сборочных операций. В литературе термин «сборочная единица» часто заменяется широко распространен8 ным понятием «узел». Комплект - два и более изделия, не соединенных на предприятии-изготовителе сборочными операциями и представляющих набор, имеющий общее функциональное назначение, как правило, вспомогательного характера, например комплект инструмента и принадлежностей, измерительные приборы и устройства, упаковочная тара и т.п. Комплекс - два и более специфицированных изделия, не соединенных на предприятии-изготовителе сборочными операциями, но предназначенных для выполнения взаимосвязанных эксплуатационных функций. При этом специфицированным называют изделие, состоящее из нескольких составных частей. Примеры комплексов - автоматические линии, состоящие из нескольких единиц оборудования; дистанционный пульт управления; стартовый комплекс для запуска ракет- носителей. 1.3 Основная номенклатура аппаратов При строительстве новых и реконструкции действующих заводов и установок, номенклатура химического аппаратостроения определяется в основном потребностями химической, нефтяной, нефтехимической, микробиологической и газовой отраслей народного хозяйства, а также производством минеральных удобрений. Классификация, химической аппаратуры по назначению крайне условна, так как в различных установках аппараты одной конструкции могут предназначаться для различных технологических целей. Поэтому в основу классификации положены важнейшие физико-химические процессы, происходящие в аппарате. С этой точки зрения приняты следующие, номенклатурные группы аппаратуры: 1 - теплообменные аппараты, в которых тепловой поток проходит через стенку, разделяющую среды: пластинчатые; кожухотрубчатые теплообменники, теплообменники типа «труба в тру9 бе», конденсаторы и испарители, аппараты воздушного охлаждения, погружные и оросительные холодильники, конденсаторы, подогреватели и т. д.; 2 - массообменные аппараты, в которых передача тепла и массы производится при непосредственном контакте сред. Нередко, одновременно с тепло-массопередачей, в таких аппаратах происходят и химические реакции. К этой группе аппаратуры относятся колонны ректификационные, экстракционные, абсорберы, адсорберы и десорберы, колонны синтеза, выпарные башни и т. д.; 3 - аппараты-реакторы, в которых происходят основные химические превращения продуктов. Большей частью реакция в этих аппаратах происходит в присутствии катализатора при высоких температуре и давлении. В состав этой группы входят реакторы, регенераторы, реакционные камеры и т.д.; 4 - нагревательные аппараты огневого действия: газовые топки, огневые подогреватели, трубчатые печи, элементы котловутилизаторов и т.д; 5 - аппараты, предназначенные для разделения сред и очистки продуктов от примесей: пылеуловители, циклоны, гидроциклоны, сепараторы, фильтры, центрифуги, отстойники и т.д.; 6 - мешалки - аппараты, предназначенные для смешения сред; 7 - сосуды для хранения продуктов: шаровые емкости, цилиндрические емкости для хранения сжиженных газов, мерники, сборники и промежуточные емкости технологических установок. Примеры: Реактор-мешалка-рубашка охлаждения; Вращающаяся печь обжига извести Проведенная стандартизация и нормализация химической аппаратуры привела к расширенному применению ее в технологических производствах, не связанных с химической и нефтехимической отраслями промышленности, а именно - в металлургических и энергетических установках, в технологических процессах стройиндустрии, пищевой промышленности, произ10 водстве фосфорных и азотных удобрений. Нередки случаи агрегатирования аппаратов, когда в состав агрегата входят различные по назначению аппараты, например в конструкции колонной аппаратуры включены кожухотрубчатые теплообменники или секции аппаратов воздушного охлаждения. Пример: Колонна отгонки нитробензола Абсорбер с брызголовушкой Основной тенденцией развития химической отрасли является создание крупнотоннажных производств. В настоящее время действуют и находятся в стадии строительства такие мощные установки, как для производства аммиака (NH3) суточной производительностью 600 и 1400 т, комбинированные установки для переработки нефти с годовой мощностью по сырью 6-8 млн. т, производство серной кислоты (Н2SO4) годовой мощностью 450 тыс. тонн и минеральных удобрений на ее основе. Все это требует создания уникального химического оборудования, работающего при высоком давлении и больших температурах. Пример: Абсорбер с брызголовушкой на 30000м.куб./час восходящий поток Абсорбер моногидратник на 200000 м.куб./час. Нисходящий поток. 1.4 Классификация аппаратов технологическим признакам по конструктивно- Химическая аппаратура классифицируется по следующим признакам: А - эксплуатационные параметры; Б - толщина стенки корпуса аппарата; В - виды материалов, применяемых для изготовления; Г - конструктивные характеристики; Д - габаритность. А - Эксплуатационные параметры. К эксплуатационным параметрам относятся температура, рабочее давление и состав рабочей среды. Указанные параметры определяют основные ха11 рактеристики элементов аппарата - диаметр; толщину стенки, материал. В зависимости от величин указанных параметров аппараты делятся на четыре группы. Для установления методов изготовления и сборки аппаратов, объемов контроля сварных соединений необходимо определить группу сосуда в зависимости от расчетного давления, температуры стенки и характера среды по табл. 1.1. Таблица 1.1 – Классификация аппаратов по классификационным параметрам Группа Расчетное давлесосудов ние, МПа (кгс/см2) Температура стенки, °С 1 свыше 0,07 (0,7) независимо 2 до 2,5 (25) ниже -70, выше 400 свыше 2,5 (25) до 4 (40) ниже -70, выше 200 свыше 4 (40) до 5 (50) ниже -40. выше 200 свыше 5 (50) независимо до 1,6 (16) от -70 до -20 от 200 до 400 от -70 до 400 3 4 свыше 1.6 (16) до 2.5 (25) свыше 2,5 (25) до 4 (40) свыше 4 (40) до 5 (50) до 1,6 (16) Рабочая среда Взрывоопасная или пожароопасная, или 1-го, 2-го классов опасности по ГОСТ 12.1.007 Любая, за исключением указанной для 1-й группы сосудов от -70 до 200 от -40 до 200 от -20 до 200 В тех случаях, когда в табл. 1.1 отсутствуют указанные сочетания параметров по давлению и температуре, для определения группы следует руководствоваться максимальным параметром 12 Б - толщина стенки корпуса аппарата. По толщине стенки сосуды аппаратов делятся на тонкостенные и толстостенные. Такое деление предопределяет выбор технологии изготовления и применяемого оборудования. Сосуды с толщиной стенки до 36 мм включительно относятся к тонкостенным, выше 36 мм к толстостенным. Величина 36 мм определена несколькими конструктивными и технологическими признаками: 1 - Все основное универсальное заготовительное оборудование (ножницы, гибочные машины) рассчитаны преимущественно на толщину листа до 36 мм включительно. Для толщин выше 36 мм применяются специальные машины; 2 - Толстостенные сосуды или их элементы, изготовленные из углеродистых сталей, должны подвергаться термической обработке; 3 - Сварка корпусов сосудов из элементов толщиной свыше 36 мм производится преимущественно электрошлаковым методом. В - виды материалов, применяемых для изготовления. В зависимости от эксплуатационных и конструкторских требований корпуса аппаратов изготовляются из однослойного или двухслойного листового проката. Однослойные корпуса изготовляют из углеродистых, легированных и высоколегированных сталей. Выбор металла определяет особенность выполнения заготовительных операций, способ и вид подготовки кромок под сварку, технологию сборки и сварки, вид испытаний и транспортировку аппаратов. Г - конструктивные характеристики. Конструктивные характеристики аппаратуры и ее элементов, повторяемость их в производстве предопределяют технологическую специализацию производств химического машиностроения и совершенствование уровня технологии. Технологическая классификация этой аппаратуры по общим технологическим операциям и построение технологических потоков в соответствии с указанной классификацией позволяют создать оптимальную технологию 13 производства аппаратуры. Так, в отечественном химическом машиностроении, созданы специализированные производства пластинчатых и кожухотрубчатых теплообменников, которые организованы по признаку диаметра теплообменников; производства колонной аппаратуры, специализированные по видам тарелок, и много других производств аппаратуры, в основу которых заложены идентичные технологические процессы изготовления. Пример: Специализация по диаметрам корпусов, крышкам Д - габаритность. В зависимости от габаритов аппаратов технология их сборки может существенно различаться. Габаритные аппараты отправляются на монтажные площадки в полностью собранном виде. Аппараты негабаритные поставляются на монтажные площадки в блочном исполнении максимальной заводской готовности и там их изготовление заканчивается. При поставке аппарат должен быть укомплектован. В комплект сосуда должны входить: - сосуд в собранном виде или отдельно транспортируемые части с ответными фланцами, рабочими прокладками и крепежными деталями, не требующими замены при монтаже; приспособления и запасные части; - техническая документация; - фундаментные болты для крепления сосуда в проектном положении; Детали и сборочные единицы, которые при отправке в сборе с сосудом могут быть повреждены, допускается снять и отправить в отдельной упаковке. Сосуд в собранном виде необходимо поставлять с внутренним защитным покрытием. Торкретирование, футеровка штучными материалами, теплоизоляция осуществляются на монтажной площадке. Материалы для торкретирования, футеровки, теплоизоляции, а также неметаллические (керамические и др.) элементы для защиты внутренней футеровки в поставку сосуда могут не входить. 14 Транспортируемые части негабаритных сосудов следует поставлять с приваренными приспособлениями для сборки монтажного соединения под сварку. Допускается приспособления срезать - после использования. Удалять их следует на расстоянии не менее 20 мм от стенок корпуса методами, не повреждающими стенки. В поставку негабаритных сосудов, свариваемых на монтажной площадке из транспортируемых частей, входят сварочные материалы и пластины металла для проведения контрольных испытаний сварных швов. Сварочные материалы и пластины должны отвечать установленным требованиям. Сосуды в собранном виде или части негабаритных сосудов следует поставлять с приваренными деталями для крепления изоляции, футеровки, обслуживающих площадок, металоконструкций и др., предусмотренными технической документацией. Приварные детали для крепления изоляции следует применять стандартных типов. В поставку тяжеловесного или негабаритного сосуда входят опорные устройства (цапфы), тележки или салазки для опоры нижней части сосуда, съемные грузозахватные устройства, специальные строповые устройства и устройства для перевода сосуда из горизонтального положения в вертикальное. В комплект сосудов с механизмами и внутренними устройствами (реакторы, кристаллизаторы, емкости с погружными насосами и др.) входят электродвигатели, редукторы, насосы. В комплект запасных частей следует включать комплект рабочих прокладок для фланцев и заглушек. 1.5 Общие технологические требования к конструированию и изготовлению аппаратов Аппараты, работающие под давлением, изготовляются в соответствии с действующими требованиями правил безопасности Госгортехнадзора РФ (ПБ 03-576-03) и отраслевого стандарта ОСТ-26-291-91 «Сосуды и аппараты сварные стальные. 15 Технические требования». При проектировании сосудов и аппаратов следует обеспечивать технологичность конструкции, надежность работы в течение установленного срока службы, безопасность при изготовлении, монтаже, ремонте, диагностировании и эксплуатации, возможность осмотра (в том числе внутренней поверх-ности), очистки, промывки, продувки и ремонта, контроля технического состояния сосуда при диагностировании, а также контроля давления и отбора среды перед вскрытием сосуда. При проектировании сосудов следует учитывать требования к перевозке грузов транспортными средствами. Сосуды, которые не могут транспортироваться в собранном виде, могут проектироваться из частей, соответствующих по габариту требованиям к перевозке транспортными средствами. Деление сосуда на транспортируемые части следует указывать в технической документации. Расчет на прочность выполняет и несет ответственность разработчик сосуда. При необходимости расчет согласовывается со специализированной экспертной организацией. Для сосудов, транспортируемых в собранном виде, а также транспортируемых частей следует предусматривать строповые устройства для проведения погрузочно-разгрузочных работ, подъема и установки сосудов в проектное положение. В обоснованных случаях допускается использовать технологические штуцера и горловины, уступы, бурты и другие конструктивные элементы сосудов. Конструкция, места расположения строповых устройств и конструктивных элементов для строповки, их количество, схема строповки сосудов и их транспортируемых частей указываются в технической документации. Для опрокидываемых сосудов следует предусматривать приспособления, предотвращающие самоопрокидывание. Для изготовления сосудов и аппаратов в зависимости от их конструкции и размеров применимы все виды промышленной 16 сварки, кроме газовой, которая допускается только для труб условным диаметром до 80 мм с толщиной стенки не более 4 мм и в других технически обоснованных случаях, оговоренных чертежами или техническими условиями на изделие. За базовые размеры диаметров аппаратов принимают диаметры отбортованных днищ по ГОСТ 6533-88. Для аппаратов, выполняемых с иными днищами, за базовые размеры принимают (рис.1.3): - наружный диаметр аппаратов, изготовляемых из труб; - внутренний диаметр всех остальных аппаратов. Пример: Днб - труба Двб - обечайка Дв Рис. 1.3. – Базовые размеры диаметров аппаратов Аппараты снабжаются люками или смотровыми лючками. Сосуды должны быть снабжены необходимым количеством люков и смотровых лючков, обеспечивающих осмотр, очистку и ремонт сосудов, а также монтаж и демонтаж разборных внутренних устройств. Сосуды с внутренним диаметром более 800 мм должны иметь люки, а с внутренним диаметром 800 мм и менее - лючки. Внутренний диаметр круглых люков должен быть не менее 400 мм. Размеры овальных люков по наименьшей и наибольшей осям в свету должны быть не менее 325x400 мм. Внутренний диаметр круглых или размер по наименьшей оси овальных лючков должен быть не менее 80 мм. Люки, лючки необходимо располагать в местах, доступных для обслуживания. 17 8-0,25 Крышки люков должны быть съемными. На сосудах, изолированных на основе вакуума, допускаются приварные крышки. Крышки массой более 20 кг должны быть снабжены подъемноповоротными или другими устройствами для их открывания и закрывания. Конструкция шарнирно-откидных или вставных болтов, хомутов, а также зажимных приспособлений люков, крышек и их фланцев должна предотвращать их самопроизвольный сдвиг. При наличии на сосудах штуцеров, фланцевых разъемов, съемных днищ или крышек, внутренний диаметр которых не менее указанных выше для люков, обеспечивающих возможность проведения внутреннего осмотра, допускается люки не предусматривать. Внутренние устройства в аппаратах (змеевики, тарелки, перегородки, переливные устройства и др.), препятствующие осмотру корпуса и его ремонту, выполняются съемными. У механически обрабатываемых деталей размеры с не указанными отклонениями выполняются по 7-му классу точности, а у деталей и узлов без механической обработки - по 9-му классу точности. На рабочей поверхности обечаек и днищ не допускаются риски, забоины, царапины и другие дефекты, если их глубина превышает минусовые предельные отклонения, предусмотренные соответствующими стандартами или техническими условиями на материалы (рис.1.4). Пример: 0,3 Рис.1.4. – Предельные значения дефектов поверхности Габаритные размеры оборудования в сборе должны вписы18 Габарит приближения строений 2500 2000 1500 1000 500 0 (мм) 500 1000 1500 2000 2500 ваться в габарит подвижного состава железнодорожного транспорта (рис. 1.5). Когда оборудование не может быть спроектировано габаритным, оно должно состоять из минимального числа транспортабельных поставочных блоков с возможно меньшими степенями верхней и боковой негабаритности (табл. 1.2). 5500 5000 1240 (габарит) 1400 (0 и I степень) 1760 (II степень) 2000 (III и IV степень) 4500 4000 3500 1625 (габарит) 1700 (0 степень) 3000 1900 (II степень) 2500 2225 (IV степень) 2000 1800 (I степень) 2000 (III степень) 2450 1500 1230 1000 500 0(мм) Рис. 1.5. – Зоны габаритности 19 III IV III IV III II III II III II 20 37 32 9,8 10 2 III IV IV IV - верхней 100 100 55 50 50 боковой 3,8 4,0 4,2 4,45 5,0 Длина, м верхней боковой Длина, м 45 45 37 43,6 37 Вес, тс 110 110 110 110 100 Степень негабаритности Наибольший диаметр аппарата (с учетом выступающих частей), м 3,2 3,4 3,4 3,6 3,6 Степень негабаритности Вес, тс Наибольший диаметр аппарата (с учетом выступающих частей), м Таблица 1.2 – Вес и размеры оборудования, допускаемые к перевозке железнодорожным транспортом II III III IV IV Лекция 2 Материалы 2.1 Материалы, применяемые для изготовления аппаратуры Металлы и сплавы. Под металлами в технике подразумевают как химические элементы, так и их соединения (сплавы), которые характеризуются специфическими свойствами: металлическим блеском, высокими электро- и теплопроводностью, непрозрачностью, способностью подвергаться обработке в холодном и горячем состояниях (резанию, ковке, прокатке, волочению и т.п.). В основе структуры металлов лежит кристаллическая решетка из положительных ионов, погруженная в плотный «газ» из подвижных электронов. Металлы активно образуют химические соединения с неметаллами (оксиды, сульфиды, бориды, нитриды и т.д.), а также с другими металлами (интерметаллиды). Современная металлургия в промышленном объеме получает свыше 60 металлов и на их основе более 5000 сплавов. Сплавы - это твердые вещества, образованные сплавлением двух или более компонентов. Любое изделие аппаратостроения, любую составляющую его деталь изготовляют из материалов, удовлетворяющих по совокупности техническим, эксплуатационным, технологическим, экономическим, экологическим и иным требованиям и таким образом обеспечивающих выполнение служебного назначения. Такие материалы принято называть конструкционными. Порой можно встретить определение, по которому к конструкционным материалам относят только такие, из которых изготовляют детали (элементы конструкции), воспринимающие силовые нагрузки. На самом же деле конструкционные материалы должны воспринимать любые внутренние и внешние физические воздействия, например, выполнять тепло- и шумоизолирующую, экранирующую, герметизирующую, фрикционную или 21 антифрикционную функции и т.п. Способность материалов удовлетворять предъявляемым требованиям выявляется при анализе их свойств, т.е. характеристик, определяющих поведение материала при производстве, а затем функционировании детали в составе изделия или сложной технической системы под действием приложенных внешних и внутренних физических воздействий. Принятая в машиностроении классификация конструкционных материалов приведена на схеме (рис. 2.1). КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ Однородные Металлические Неметаллические Чистые металлы Сплавы (стали) Простые вещества Сложные вещества Черные Цветные Полимеры Прочие Неоднородные (композиционные) С дисперсионно-упрочненной структурой С волокнистой структурой Порошковые Металлические Минеральные Рис. 2.1. – Укрупненная классификация конструкционных материалов В настоящее время разработан и находит применение широкий спектр конструкционных материалов, обладающих той или иной совокупностью свойств. Задача конструктора - выбрать из потенциального множества имеющихся материалов наиболее 22 рациональный, т.е. позволяющий получить максимальное качество при минимальной себестоимости детали и изделия в целом. Некоторые свойства металлов приведены в таблице 2.1. Медь 1084 225 60 Серебро 962 157 65 Золото 1064 130 50 Цинк 419 46-216 84-50 Алюминий 660 88-137 12-40 Олово 232 27 40 Свинец 327 14 31 Магний 650 107-235 5-16 Титан 1668 460 28 Хром 1877 412 44 Вольфрам 3387 853 12 Железо 1530 176-314 25-50 X - хорошие показатели; У – удовлетворительные показатели 132 74,4 77 71 55 44 108 240 394 220 Твердость (НВ), МПа Коррозионная стойкость Деформируемость Относительное удлинение (δ), % Модуль упругости (Е), ГПа Металл Температура плавления (Тплав), 0С Прочность (σв), МПа Таблица 2.1 – Свойства чистых металлов 25 18 25 7,6 4 40 154 - У X X X - X X X X х X X X У X У X Сплавы на основе железа называются черными, на основе других металлов - цветными. Сплавы на основе алюминия, магния, титана и бериллия, имеющие малую плотность, называются легкими цветными, на основе меди, свинца, олова - тяжелыми цветными. Сплавы на основе цинка, кадмия, олова, свинца, висмута относятся к легкоплавким цветным, на основе молибдена, 23 ниобия, циркония, вольфрама, ванадия и др. - к тугоплавким цветным сплавам. Сплав образуется в результате как чисто физических процессов (растворения, перемешивания), так и химического взаимодействия между элементами. При этом возникает множество переходных, промежуточных состояний, в которых наряду с растворами образуются обособленные кристаллы отдельных элементов и их соединений. Стали. Стали являются основными конструкционными материалами машиностроения. Из простых углеродистых сталей изготовляют рядовой прокат - балки, швеллеры, уголки, прутки, а также листы, трубы и поковки. Качественные низкоуглеродистые стали используют для ответственных сварных конструкций и деталей изделий, упрочняемых цементацией. Стали с высоким содержанием углерода (0,6-0,85% С) обладают повышенной прочностью, износостойкостью и упругими свойствами. Их применяют после термообработки для деталей, работающих в условиях трения при наличии высоких статических, вибрационных нагрузок. Высокопрочные, высоколегированные стали обладают уникальным комплексом свойств: высокой прочностью при достаточной пластичности и вязкости, высоким сопротивлением малым пластическим деформациям, хрупкому и усталостному разрушению в сочетании с хладостойкостью, теплостойкостью, коррозионной стойкостью и размерной стабильностью. Их используют для высоконагруженных деталей, эксплуатируемых при экстремальных температурах, в агрессивных средах и т.п. Легированные стали широко применяют для тяжелонагруженных элементов конструкций машиностроительных изделий. Низколегированные стали в виде листов сортового и фасонного проката широко используют для сварных конструкций. Применение термически обработанных профилей и листов из 24 низколегированных сталей взамен углеродистых позволяет сэкономить до 15-50% металла. В зависимости от основных свойств, стали и сплавы разделяют на группы: I - коррозионностойкие (нержавеющие) стали, обладающие стойкостью против электрохимической коррозии (атмосферной, почвенной, щелочной, кислотной, солевой, морской и др.); II - жаростойкие (окалиностойкие) стали и сплавы, обладающие стойкостью против химического разрушения поверхности в газовых средах при температурах выше 550°С, работающие в ненагруженном или слабонагруженном состоянии; III - жаропрочные стали и сплавы, работающие в нагруженном состоянии при высоких температурах в течение определенного времени и обладающие при этом достаточной окалиностойкостыо. Название марок стали состоит из буквенных обозначений элементов и следующих за ними цифр, указывающих среднее содержание элемента в процентах, кроме элементов, присутствующих в стали в малых количествах (бор, азот, титан). Букву «А» (азот) в конце обозначения марки не ставят. Название марок сплавов состоит только из буквенных обозначений элементов, за исключением никеля, после которого указываются цифры, обозначающие его среднее содержание в процентах. Цифры перед буквенным обозначением указывают содержание углерода в стали в десятых долях процента. Цифра впереди не указывается, если количество углерода в стали не ограничено нижним пределом при верхнем пределе 0,09% и более; при содержании углерода до 0,04% впереди буквенного обозначения ставится знак 00; при содержании углерода до 0,08 - знак 0. Ниже приведены примеры применимости некоторых легированных сталей: Х18Н10Т применяется для изготовления сварной аппаратуры, работающей со слабоагрессивной средой; 25 0Х18Н10Т (ЭИ914) рекомендуется для изготовления сварной аппаратуры, работающей в средах более высокой агрессивности при температуре не выше 30°С (водные растворы солей, азотная и некоторые органические кислоты невысоких концентраций, пищевые среды); Х25Н16Г7АГ - детали газопроводных систем, изготовляемых из тонких листов, ленты, сортового проката; 0Х23Н28М2Т - растворы серной кислоты низких концентраций (до 20%) при температуре не выше 60 0С, фосфорной кислоты, содержащей фтористые соединения. В зависимости от материала детали работают при температурах от - 253 до +700 °С. Для изготовления аппаратов применяется сталь, выплавленная в мартеновских и электрических печах, и сталь кислородноконвертерного производства. Композиционные материалы. Это гетерофазные (состоящие из различных по физическим и химическим свойствам фаз) системы, полученные из двух и более компонентов с сохранением индивидуальности каждого из них. При этом: - состав, форма и распределение компонентов «запроектированы» заранее; - компоненты присутствуют в количествах, обеспечивающих заданные свойства материала; - материал имеет новые свойства, отличающиеся от свойств составляющих его компонентов; - материал является однородным в макромасштабе и неоднородным в микромасштабе (компоненты различаются по свойствам, между ними существует явная граница раздела). Компонент, непрерывный во всем объеме материала, называется матрицей; прерывистый, разъединенный в объеме композиции, - армирующим элементом. Понятие «армирующий» означает «введенный в материал с целью изменения его свойств» (не 26 обязательно упрочняющий). Матричными материалами могут быть металлы и их сплавы, органические и неорганические полимеры, керамика и другие вещества. Усиливающими или армирующими компонентами чаще всего являются тонкодисперсные порошкообразные частицы или волокнистые материалы различной природы. Композиционные материалы обладают таким комплексом свойств, который недостижим в традиционных металлических и полимерных материалах. Они значительно превосходят их по удельной прочности, сопротивлению усталости жаропрочности и другим, физическим и специальным свойствам. 2.2 Основные характеристики материалов Материалы обладают определенным набором свойств. Различают физические, химические, механические, технологические и эксплуатационные свойства материалов, которые предопределяют их применение в той или иной отрасли промышленности. К основным физическим свойствам относятся плотность, электро- и теплопроводность, намагниченность, температура плавления, температурные коэффициенты линейного и объемного расширения и др. К механическим свойствам материала относятся прочность, пластичность, твердость, ползучесть, ударная вязкость, усталость, износостойкость. Прочность. Прочность - способность твердого тела сопротивляться деформации или разрушению под действием статических или динамических нагрузок. Стали и другие металлы и сплавы для аппаратуры должны иметь предел прочности и предел текучести, обеспечивающие надежную работу аппаратов под внутренним давлением, ветровой и другими нагрузками, когда явление ползучести практически можно не принимать во внимание. 27 Ударная вязкость - это прочность при динамических нагрузках, Дж/м2: А (2.1) КС  , F где А - работа, затраченная на разрушение образца; F - площадь образца в месте надреза. Значения ударной вязкости характеризуют вязкостные свойства металла и особенно важны для оценки возможности хрупкого разрушения элементов оборудования при низких температурах и ударных нагрузках. Наряду с этим показатели ударной вязкости позволяют косвенно судить и о качестве металла, степени его загрязненности неметаллическими включениями, сплошности, соблюдении режима термической обработки. Пример: ферросилид. Теплоустойчивость (длительная прочность, ползучесть) свойство материала медленно деформироваться под действием постоянно растягивающей нагрузки, которая создает напряжение ниже предела упругости данного материала. Потеря работоспособности и даже разрушение оборудования, эксплуатируемого под внутренним давлением при высоких температурах, возможны в результате постепенного, более или менее равномерного по длине аппарата увеличения диаметра с одновременным уменьшением толщины стенки. Причиной этого является свойство металлов медленно и непрерывно пластически деформироваться при высоких температурах под воздействием постоянной нагрузки (ползучесть). Способность металла противостоять развитию ползучести, называемая теплоустойчивостью, оценивается по результатам длительных испытаний показателями: а) длительной прочности, т.е. напряжениями, вызывающими при данной температуре разрушение образца за определенный промежуток времени, для оборудования химзаводов обычно за 10000 и 100000 ч) или б) показателями ползучести (напряжениями, вызывающими при данной температуре за 1000, 10 000 или 100 000 ч суммар28 ное удлинение образца, равное 1%, что соответствует средней скорости ползучести 10 3, 104 и 105 % в час или относительной деформации 10 -5, 10 -6 и 10 -7 мм/мм в час). Тепловая хрупкость и разупрочнение. В результате длительного пребывания при повышенных температурах некоторые стали теряют свои исходные значения вязкости, пластичности и прочности, что связано, прежде всего, с изменениями кристаллической решетки и микроструктуры стали. Указанное явление потери вязкости и пластичности получило название «тепловой хрупкости». Подобные изменения свойств сталей крайне нежелательны и опасны, так как могут, привести к разрушению оборудования во время эксплуатации и при ремонтах. Поэтому к материалам обязательно, предъявляется требование достаточной стабильности механических свойств и структуры в процессе длительного воздействия рабочих температур. Пластичность - способность материала получать остаточное (остающееся после удаления нагрузки) изменение формы и размеров без разрушения. Характеристикой пластичности являются относительное удлинение и сужение испытуемого образца. Металл должен обладать достаточно высокой пластичностью, оцениваемой показателями относительного удлинения и поперечного сужения. Это требование обусловливается тем, что стальной прокат при изготовлении из него сборочных элементов и деталей аппаратуры, а также при сборке и монтаже аппаратуры и трубопроводов подвергается пластической деформации (штамповка днищ, гибка листа, развальцовка труб и т. д.), выдержать которую без разрушения хрупкий металл не способен. Коррозионная стойкость: В зависимости от скорости коррозии различные стали и сплавы по отношению к определенной среде классифицируются согласно (ГОСТ 13819-68) как: - совершенно стойкие; - весьма стойкие; - стойкие; - пониженно-стойкие; 29 - малостойкие; - нестойкие. Детали аппаратов должны обладать необходимой стойкостью против коррозии, обеспечивающей срок их службы не менее чем в течение 5-8 лет. Свариваемость. Подавляющее большинство аппаратов изготовляют и монтируют с помощью сварки, поэтому металл должен обеспечивать возможность создания надежных сварных соединений, у которых механические и физико-химические свойства одинаковы со свойствами основного металла или весьма близки к ним. Усталость материала - свойство постепенного накопления повреждений в материале под действием циклических нагрузок, приводящих к образованию трещин и разрушению. Свойство материалов сопротивляться усталости называется выносливостью (сопротивлением усталости). Сопротивление усталости характеризуется пределом выносливости. Предел выносливости - это наибольшее напряжение, которое материал может выдержать без признаков разрушения. 2.3 Общие требования к материалам при изготовлении емкостной аппаратуры Требования к основным материалам, их пределы применения, назначение, условия применения, виды испытаний должны удовлетворять эксплутационным требованиям. Материалы по химическому составу и механически свойствам должны удовлетворять требованиям государственных стандартов, технических условий и Правил. Качество и характеристики материалов должны подтверждаться соответствующими сертификатами. При выборе материалов для изготовления сосудов (сборочных единиц, деталей) следует учитывать: расчетное давление, температуру стенки (минимальную и максимальную), химический состав и характер среды, технологические свойства и кор30 розионную стойкость материалов. Для сосудов, устанавливаемых на открытой площадке или в неотапливаемом помещении, при выборе материалов также следует учитывать: - абсолютную минимальную температуру наружного воздуха данного района, если температура стенки сосуда, находящегося под давлением, может стать отрицательной от воздействия окружающего воздуха; - среднюю температуру воздуха наиболее холодной пятидневки данного района, если температура стенки сосуда, находящегося под давлением, положительная. Пределы применения двухслойной стали определяются по основному слою. Элементы, привариваемые непосредственно к корпусу сосуда изнутри или снаружи (лапы, цилиндрические опоры, подкладки под фирменные таблички, опорные кольца под тарелки и др.), следует изготавливать из материалов того же класса, что и корпус. Допускается приварка к поверхности корпуса сосуда элементов из сталей других классов. Возможность применения таких элементов, их размеры (протяженность и толщина) обосновывается проектом. Для приварных и неприварных внутренних элементов толщиной не более 10 мм для сосудов, работающих при температуре от минус 40 до 475°С допускается применять листовую сталь и сортовой прокат марок СтЗ. Углеродистая сталь кипящая Ст3кп2 не применяется: - в сосудах, предназначенных для сжиженных газов; - в сосудах, предназначенных для работы со взрыво- и пожароопасными веществами, вредными веществами 1-го и 2-го классов опасности и средами, вызывающими коррозионное растрескивание (растворы едкого калия и натрия, азотнокислого калия, натрия, аммония и азотной кислоты, аммиачная вода). Неметаллические материалы, применяемые для изготовления сосудов, должны быть совместимы с рабочей средой в части 31 коррозионной стойкости и нерастворимости (изменении свойств) в рабочем диапазоне температур. Среда, для которой предназначен сосуд, должна быть указана в паспорте на сосуд. Применение неметаллических материалов допускается с разрешения Госгортехнадзора России на основании заключения специализированной организации. Прибавка к расчетной толщине для компенсации коррозии (эрозии) назначается; с учетом условий эксплуатации, расчетного срока службы, скорости коррозии (эрозии). Прибавку С для компенсации коррозии к толщине внутренних элементов следует принимать: - 2С - для несъемных нагруженных элементов, а также для внутренних крышек и трубных решеток теплообменников; - 0,5С, но не менее 2 мм - для съемных нагруженных элементов; - С - для несъемных ненагруженных элементов. Для внутренних съемных ненагруженных элементов прибавка для компенсации коррозии может не учитываться. Если невозможно или нецелесообразно увеличивать толщину стенки за счет прибавки для компенсации коррозии, выполняется коррозионная защита: плакирование, футеровка или наплавка. В изделиях аппаратостроения наряду с основными конструкционными материалами используют вспомогательные материалы. К ним относят кожу, войлок, паронит, картон, фанеру и т.п. Они предназначены в основном для выполнения вспомогательных функций, например для герметизации, уменьшения теплопотерь, фильтрации газа. Некоторые вспомогательные материалы используют для удобства сборки, монтажа, перевозки, хранения. Например, изготовленные изделия, не предназначенные для эксплуатации на открытом воздухе, перед отправкой к потребителю, как правило, защищают пленкой, водостойкой бумагой, а наружные поверхности покрывают специальными смазками. Для хранения и транспортировки изготовленных изделий предусматривается помещение их в тару. 32 Лекция 3 3.1 Технологическая характеристика производства Заводы химического аппаратостроения отличаются индивидуальным и мелкосерийным характером производства. Серийность некоторых видов аппаратов (кроме теплообменных) составляет 7-10 шт. в год. Только около 50% наименований изделий являются повторяющимися, т.е. изготовляются в течение двух или более лет по одним и тем же чертежам, остальные 50% заказываются каждый раз по совершенно новым моделям и техническим условиям. Это определяет использование преимущественно универсального металлорежущего и кузнечно-прессового оборудования, невысокую технологическую оснащенность специальным оборудованием и приспособлениями, отсутствие операционных расчетно-режимных карт, затрудняет создание временных специализированных производств. С точки зрения технологической структуры производства в зависимости от его характера и состава трудоемкость работ по изготовлению химаппаратуры составляет, примерно (%): - механическая обработка 28-56; - кузнечно-прессовые работы 1-5; - литейные 0-8; - сборочно-сварочные 13-44; - слесарно-сборочные 14-55. Анализ дает следующее примерное распределение заготовок по способам их получения (%): - литые детали 4; - кованые 2; - холодноштампованные 3; - из проката и труб 85; - из пластмасс 1,0; - после механической обработки 5. Нормализованные детали составляют 30% общего количества наименований обрабатываемых деталей. Исходя из задач увеличения объемов производства, развития 33 его специализации и повышения уровня унификации деталей и сборочных единиц, можно наметить основные пути совершенствования технологии химического аппаратостроения. 1. Обработка резанием: типизация технологических процессов, внедрение групповой технологии и поточно-механизированных линий, создание на этой базе специализированных участков, например, по изготовлению фланцев, колпачков и патрубков тарелок ректификационных колонн, трубных элементов теплообменников, штуцеров. 2. Кузнечно-штамповочная обработка: оснащение производства ковочно-штамповочными прессами усилием в 4,0-6,3 тыс. тс, гидравлическими штамповочными прессами усилием от 250 до 6300 тс, термическими печами для термообработки аппаратов диаметром до 5 м. Специализация участков кузнечно-прессовых цехов основана на технологических возможностях кузнечнопрессового оборудования. 3. Сборочно-сварочное производство: здесь применимы: - организация комплексно-механизированных поточных линий очистки, правки и резки листового металла с применением камер струйной очистки, травления и пассивирования, листоправильных машин, маркировочно-разметочных аппаратов, мощных гильотинных ножниц, газорезательных автоматов, листоукладчиков и других средств механизации; - организация комплексно-механизированных линий сборки и сварки химической аппаратуры в целом и ее элементов с устройствами для фотокопировальной резки по копирам и чертежам; - широкое внедрение плазменной резки цветных металлов и нержавеющих сталей; - механизация процессов газовой вырезки отверстий под арматуру в корпусах обечаек и днищ; сборки обечаек; - внедрение автоматической и полуавтоматической сварки в среде углекислого газа; а) установок для электрошлаковой сварки корпусов, фланцев, заготовок днищ и других толстостенных деталей; 34 б) автоматической сварки без разделки кромок металла толщиной до 20 мм и - однопроходной сварки металла толщиной до 12 мм. 3.2 Предпосылки организации поточного производства Несмотря на индивидуальный и мелкосерийный характер производства аппаратов, анализ их конструкций показывает, что они в основном состоят из однотипных деталей и сборочных единиц: обечаек, днищ, люков, штуцеров, опор и т.д., а это создает возможности для организации изготовления деталей и сборочных единиц и в отдельных случаях аппаратов в целом по принципу поточного производства. Пример: чертеж теплообменника Технологический процесс, изготовления деталей и сборки сборочных единиц и изделий характеризуется различными видами обработки: сваркой, механической обработкой, слесарными работами, термической обработкой и т. д. Основной вид соединения деталей в аппаратостроении - сварка. Однако в результате сварочных операций возникают различного рода деформации, не позволяющие вести сборку аппаратов по принципу взаимозаменяемости. Это увеличивает трудоемкость сборочных операций и нарушает ритм работы линии. Поэтому, при разработке технологического процесса необходимо заранее учитывать расчетным или статическим методом сварочные деформации. Одним из основных условий организации поточных линий производства аппаратуры являются типизация технологических процессов, технологической оснастки и создание нестандартного оборудования на основе конструктивной преемственности, возможной лишь при высоком уровне состояния унификации конструкций химической аппаратуры (рис. 3.1). Важным этапом типизаций технологических процессов должна явиться их классификация, основанная на признаках кон35 структивно-технологической общности и учитывающая конфигурацию деталей, габаритные размеры, материалы, степень сложности и класс точности обработки, объем производственного задания. 1200 а) б) 1200 1200 1200 в) г) Рис. 3.1. – Унифицированные конструкции химической аппаратуры: а – сборник, б – автоклав, в – мерник, г – цистерна При внедрении поточных методов в индивидуальное и мелкосерийное производство необходимо руководствоваться следующими основными требованиями: 1. Максимально применять в конструкции аппаратов и машин нормализованные и унифицированные детали и сборочные единицы. 2. Расчленять аппарат на ряд законченных независимых сборочных единиц. 3. Обеспечить взаимозаменяемость сборочных единиц и деталей, изготовляемых поточным методом. 4. При проектировании ненормализованных сборочных единиц максимально использовать нормализованные детали и сборочные единицы, применяя при этом различные виды соедине36 ний, в том числе и неразъемные. 5. Уделять особое внимание технологичности конструкции. Удовлетворительной можно считать только такую конструкцию, которая, будучи эффективной и надежной в эксплуатации, является вместе с тем наименее металлоемкой и трудоемкой в изготовлении. На заводах химического аппаратостроения организованы и работают поточные линии изготовлений обечаек, днищ, фланцев, трубных решеток и перегородок, корпусов аппаратов. 3.3 Нормативные сроки подготовки производства Нормативный срок подготовки производства и изготовления аппаратуры исчисляется со дня получения заводом наряда и технического проекта до момента отгрузки готового изделия. Нормативные сроки подготовки производства и изготовления оборудования основываются на принятой на заводах технологии его изготовления и учитывают время технической и материальнотехнической подготовки производства. Разработка нормативных сроков проводится на изделиях представителях, принцип выбора которых основан на типе оборудования, его технической характеристике и материальном исполнении. Изделия-представители выбираются в соответствии с утвержденной специализацией завода. Сроки подготовки производства и изготовление особо сложного оборудования и оборудования, монтируемого заводомизготовителем на площадке заказчика, определяются по индивидуальным графикам, согласованным с заказчиком. Сроки выполнения технической подготовки производства определяются на базе существующих нормативов или на основе анализа фактических сроков технической подготовки производства по каждому типу-представителю, сложившихся на предприятии. 37 Тема 2. ТЕХНОЛОГИЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАГОТОВИТЕЛЬНЫХ ОПЕРАЦИЙ Лекция 4 Разметка заготовок и обработка отверстий 4.1 Разметка Разметка листовых заготовок осуществляется с целью указания границ обработки и рационального раскроя листа для наиболее полного использования металла. Разметка производится на разметочных столах или плитах. При достаточном масштабе производства используются прогрессивные методы разметки, например фотопроекционный. Для контроля длины используются металлические рулетки (ГОСТ 7502-69, 3-й класс) со следующими отклонениями по шкале: до 1000 мм ±0,4 мм, до 2000 мм ±0,8 мм и до 5000 мм ±2,0 мм. При необходимости точных измерений используют металлические рулетки РЗ-10 (ГОСТ 7502 - 69, 1-й класс) с миллиметровым делением шкалы, имеющие погрешность 0,1 мм. Развертка по периметру L цилиндрической обечайки внутренним диаметром Dв из стали толщиной h определяется по диаметру нейтральной поверхности Dнт , (рис.4.1). L  Dнт   ( Dв  h) . (4.1) Dв L Dнт Рис.4.1. – Длина развертки обечайки 38 h При необходимости изготовления обечаек с точными геометрическими размерами по диаметру учитывают ряд факторов, влияющих на точность. Формула для определения длины развертки в этом случае имеет вид L   ( Dв  hф  a / 2)  b1  b2  2c , (4.2) где hф - фактическая толщина листа; а - допускаемое отклонение по овальности; b1 - величина усадки сварного шва; b2 -величина зазора под сварку; c - припуск на обработку кромок. Допуски на длину развертки ( L ) после строжки листа, мм: L = 2400 + 1,0; L = 4000 + 1,5. Величины припусков и допусков при выполнении технологических операций приведены в таблицах 4.1, 4.2. Таблица 4.1 – Допуски на размеры при разметке листов, мм Длина заготовки Разность диагоналей Допуск на сторону до 2000 св. 2000 до 4000 св. 4000 до 8000 св. 8000 1,5 2,0 3,0 3,5 ±1,0 ±2,0 ±2,5 ±3,0 Таблица 4.2 – Припуск на сторону при резке листа, мм Толщина листа Припуск при резке, Smin на ножницах газовой 8 - 10 3 3 св. 10 до 18 4 3 » 18 » 40 6 4 39 Величина сварочного зазора зависит от вида сварки, вида разделки кромок и толщины свариваемого материала. Для автоматической и полуавтоматической сварки под слоем флюса эта величина регламентируется ГОСТ 8713-70. Операция разметки производится в следующем порядке. По маркировке листа проверяется соответствие марки металла, длины, толщины и ширины листа требованиям чертежа. Лист укладывается на разметочный стол маркировкой вверх и на нем размечается базовая риска вдоль кромки с наименьшей серповидностью и косиной (рис. 4.2). 1 2 3 150-1 100-1 4 5 6 30+1 S min 5-8 L2 30 max 450-2 90010 20+2 3х20 Керн B 100-1 7 8 Риска базовая L Рис. 4.2. – Схема разметки листа для развертки обечайки: 1 – отход; 2 – вставка заготовки обечайки; 3 – пластина контрольная; 4 – заходная (или выходная) планка; 5 – отход используемый; риски 6 – под обрезку, 7 – под строжку, 8 – контрольная планка На листе размечаются риски 6 под отрезку, риски с непараллельностью не более 1 мм под строжку 7 и контрольные риски 8. Риски 6 и 7 накерниваются. При раскрое листов должен соблюдаться ряд требований. 40 Зачистить Зачистить Расположение сварных продольных и поперечных швов в обечайках и трубах, а также швов приварки днищ, штуцеров, люков и т.д. должно позволять проведение визуального осмотра швов, контроля их качества и устранения дефектов. В конструкции аппарата допускается не более одного шва (замыкающего), доступного визуальному контролю только с одной стороны. Основной лист, вставки, отходы, контрольные пластины маркируются (рис. 4.3). II 150 - 160 базовая 150 250 100 500 300 150 I 1 2 3 4 100 300 Направление проката Рис. 4.3. – Схема маркировки: 1 – вставка заготовки обечайки; 2 – пластина контрольная; 3 – заходная планка, 4 – отход используемый При маркировке в квадрате I наносятся: размеры заготовки, марка стали, номер заказа или обозначение по чертежу, номер обечайки по раскрою, номер части надставки и длина развертки, клеймо ОТК. В квадрате II наносятся марка стали, номер плавки, марка завода - поставщика металла, клеймо ОТК. Размеры заготовки и марка стали, наносятся цифровыми и буквенными клеймами. Номер заказа и стрелка (направление проката) наносятся краской. Сварные швы, как правило, не должны перекрываться опорами, кроме отдельных случаев перекрытия опорами кольцевых 41 (поперечных) швов горизонтально устанавливаемых аппаратов при условии, что перекрываемые участки шва по всей длине проверены дефектоскопическим методом (рентгенографическим или ультразвуковым). Методы разметки заготовок деталей из сталей аустенитного класса марок 12Х18Н10Т, ЭИ 943 и других высоколегированных (коррозионно-стойких) и двухслойных сталей не должны допускать повреждения поверхности деталей. Керновка допускается только по линии реза. При разметке двухслойной стали с последующей обработкой на гильотинных ножницах разметку производят со стороны плакирующего слоя. Оставление следов разметочных рисок и кернов на плакирующем слое готовых изделий не допускается. Разметку двухслойной стали с последующей резкой газом производят со стороны основного металла. 4.2 Обработка отверстий В корпусах аппаратов есть много отверстий для присоединения штуцеров, люков и смотровых окон. Отверстия диаметром до 80 мм обычно сверлят. Отверстия больших диаметров можно обрабатывать вырезкой газовым резаком с предварительной разметкой, либо штамповкой. Выбор способа обработки зависит от толщины материала, его механических свойств, точности обработки и шероховатости поверхности. При поточном методе производства рекомендуется более совершенный процесс - механизированная (газовая) вырезка отверстий при помощи специальной полуавтоматической установки (рис. 4.4) без предварительной разметки контура отверстия (центры отверстий намечаются). Установка позволяет вырезать отверстия без фаски и с фаской (наружной и внутренней). На раме установлены четыре опорных ролика 1, в которых вращается зубчатое колесо 2, связанное зацеплением с выходной шестерней электропривода 3. На зубчатом колесе 2 имеется механизм установки резака на заданный диаметр реза. Механизм 42 включает две скалки, закрепленные в опорах на шестерне, по которой перемещается суппорт со шпинделем и резаком. В центре зубчатого колеса установлен откидной (упирающийся) центроискатель, с помощью которого установка ориентируется по центру вырезаемого отверстия, намеченного керном на корпусе аппарата. Рис. 4.4. – Установка для газовой вырезки отверстий На раме имеются две направляющие 4, по которым с помощью кареток с роликами перемещается подвижная планка 5. В пазу планки двигается ползун, через отверстие которого проходит шпиндель 6 с резаком 7. На планке закреплены две вертикальные направляющие 8, по которым скользят копиры 9, опирающиеся на корпус. Копиры соединены шарнирно между собой планками 10 и связаны со шпинделем. Для установки резака под углом к вырезаемой поверхности отверстия шпиндель имеет кронштейн с секторным механизмом 11 и зажимом. Сектор механизма выполнен таким образом, что центр поворота резака находится в точке пересечения оси сопла резака с поверхностью корпуса. 43 Пример: вид сверху Техническая характеристика установки для газовой вырезки отверстий: Диаметр вырезаемого отверстия, мм........... 80-480 Диаметр корпуса аппарата, мм............. 800-3400 Толщина металла корпуса аппарата, мм ........ 6-40 Расстояние от оси вырезаемого отверстия до торца обечайки, мм 150 Скорость резки, об/мин 0,1-0,6 Мощность электродвигателя, Вт ................... 75 Размеры установки, мм: длина, ширина, высота 1350х1035х1200 Вес установки, кгс 180 Установка может быть использована для вырезки отверстий в трубных заготовках. Требования к расположению отверстий. Расположение отверстий в эллиптических и полусферических днищах не регламентируется. Расположение отверстий на торосферических днищах допускается в пределах центрального сферического сегмента. При этом расстояние от наружной кромки отверстия до центра днища, измеряемое по хорде, принимается не более 0,4 наружного диаметра днища. Отверстия для люков, лючков и штуцеров в сосудах 1, 2, 3, 4-й групп следует располагать вне сварных швов. Расположение отверстий допускается на: - продольных швах цилиндрических и конических обечаек сосудов, если диаметр отверстий не более 150 мм; - кольцевых швах цилиндрических и конических обечаек сосудов без ограничения диаметра отверстий; - швах выпуклых днищ без ограничения диаметра отверстий при условии 100-процентной проверки сварных швов днищ радиографическим или ультразвуковым методом; - швах плоских днищ. 44 Отверстия не допускается располагать в местах пересечения сварных швов сосудов 1, 2, 3. 4-й групп. Отверстия для люков, лючков, штуцеров в сосудах 5а и 5б групп допускается устанавливать на сварных швах без ограничения по диаметру. 45 Лекция 5 Гибка листового проката 5.1 Общие сведения Основным методом изготовления деталей в химическом аппаратостроении является гибка листового проката, выполняемая большей частью на валковых листогибочных машинах. От правильности выбора технологии гибки листового проката во многом зависят трудоемкость изготовления аппарата и его эксплуатационные характеристики. Изготовление листовых деталей путем изгиба между валками имеет значительные преимущества перед выполнением подобных операций на прессах и в штампах. В первом случае практически отпадает надобность в изготовлении оснастки, либо требуется оснастка очень простого исполнения. Так, например, технологический анализ двух методов изготовления толстостенных обечаек штамповкой на прессах и гибкой листа на валковой листогибочной машине показывает значительные преимущества последнего (табл. 5.1). Таблица 5.1 – Сравнительная трудоемкость изготовления обечаек Метод Норма времени (час) на изготовление одной изготовления обечайки диаметром, мм Гибка 1000 9,6 1500 11,4 2000 12,0 Штамповка 79,4 104,4 108,5 Возможность изгиба на валковой листогибочной машине не только листового проката, но и различных видов профильного проката делает этот вид оборудования универсальным и практически незаменимым в условиях аппаратостроения. Гибка осуществляется посредством пластического изгиба при 46 перемещении заготовки между вращающимися валками. Зона деформаций в данный момент времени охватывает небольшой участок заготовки и в процессе деформирования непрерывно перемещается по ее длине. Подача заготовки происходит за счет сил трения, возникающих между нею и валками. Технологические процессы гибки между валками можно разделить на три вида: - выполняемые цилиндрическими валками, - профилированными валками; и - с применением специальных приспособлений - колец, надеваемых на гладкие валки. В процессе гибки изменяются механические свойства материала, повышаются прочностные характеристики материала, а показатели пластических свойств падают. В этом случае действительная зависимость между напряжениями  и деформациями  наиболее близко аппроксимируется степенной функцией вида: (5.1)   A m , где A и m - постоянные коэффициенты для данного материала. Определение коэффициентов производится по следующим формулам: в т m ; в lg т  A  mв , в lg (5.2) (5.3) где  T и  в - деформации, соответствующие  Т - пределу текучести и  В - пределу прочности. Значения напряжений и деформаций в формуле (5.3) определяются путем обычных механических испытаний образцов на 47 растяжение или по справочным данным. В таблицах 5.2 и 5.3 приведены значения A и m для наиболее распространенных в аппаратостроении марок сталей в холодном и нагретом состояниях. Материал одной марки, но разных поставок может иметь колебания механических свойств в пределах, установленных стандартами. Поэтому коэффициенты A и m определяются не по предельным, а по средним значениям механических свойств. В этом случае колебания механических свойств материала в меньшей степени отразятся на точности технологических расчетов. Таблица 5.2 – Механические свойства наиболее употребительных марок сталей в холодном состоянии Марка стали σ τ, σ в, А, m кгс/мм2 кгс/мм2 кгс/мм2 Ст.3 12Х18Н10Т ЭИ 943 23 20 27 43 55 55 47,7 67,0 67,7 0,141 0,2 0,162 Таблица 5.3 – Механические свойства наиболее употребительных марок сталей в нагретом состоянии Марка стали t, σ τ, σ в, А, m 2 2 2 С кгс/мм кгс/мм кгс/мм Ст.3 400 18,7 21,3 22,3 0,03 600 13 15,8 16,4 0,039 800 5,2 6,4 6,5 0,037 12Х18Н10Т 400 18,5 46 56,7 0,194 600 16,5 38,5 46,6 0,179 700 15 32 39,3 0,165 ЭИ 943 600 20 45 52,9 0,168 n 0,0057 0,0071 0,0081 n 0,0037 0,0035 0,0017 0,0065 0,0055 0,0046 0,0063 Величина изгибающего момента определяется из уравнения равновесия между внешними и внутренними силами и равна 48 М bh m  2 A 2m 1 R m (m  2) (5.4) где R - радиус изгиба; b - ширина листа; h - толщина листа. Величина остаточного радиуса R0 (после пружинения) определяется по формуле: R , (5.5) R0  1  nr1 m где r – радиус валка листогибочной машины. Одной из основных характеристик пружинения заготовки являются ее физико-механические свойства, зависящие от температурного состояния материала. Формулы (5.4) и (5.5) сохраняются и для случая деформирования металлов в нагретом состоянии. В этом случае значения A , m и n должны подставляться для соответствующих значений температур. Влияние каждого из указанных параметров на величину пружинения различно. Если модуль упругости Е с повышением температуры изменяется незначительно (табл. 5.4), то значения A и m , зависящие от предела текучести и предела прочности, при соответствующих значениях температур будут иметь значительные изменения. Таблица 5.4 – Величина модуля упругости при повышенных температурах (Е-10 -4 кгс/мм2) Марка стали Температура, °С Ст.3 12Х18Н10Т ЭИ - 943 20 100 200 300 400 500 600 2,1 2,02 - 2,05 1,98 - 1,96 1,93 - 1,85 1,85 - 1,73 1,77 - 1,55 1,69 - 1,35 1,6 - 49 В интервале температур 400-800°С величины радиусов изгиба для различных марок сталей отличаются между собой не более чем на 2%, поэтому величину радиуса изгиба с достаточной для практики точности можно определять по формуле (5.5), используя известные величины коэффициентов A , m и n для стали, например 12Х18Н10Т. 5.2 Выбор типа валковой листогибочной машины Для выбора типа машины рассмотрим предъявляемые к ней технологические требования. На валковой листогибочной машине выполняются в основном три операции: подгибка кромок листа, круговая гибка, правка обечайки. При этом должны быть обеспечены: А - минимальная ширина прямых участков после подгибки концов; Б - минимальное количество проходов при круговой гибке; В - минимальный прогиб верхнего вала в целях получения правильной геометрической формы обечайки по длине; Г - необходимая точность при правке. Следует учитывать также не менее важный фактор - серийность производства. Большинство видов производств аппаратуры носят индивидуальный или мелкосерийный характер. Отсюда возникает потребность в универсальном характере листогибочной машины. Известные типы машин делятся на три группы: двух, трех- и четырехвалковые (рис. 5.1). Многообразие их конструктивного исполнения создает в практике значительные трудности при выборе оптимального типа машины. В связи с этим выбор типа машины должен базироваться на детальном технико-экономическом анализе условий производства с учетом всех операций, выполняемых на машине. 50 а) б) е) ж) в) г) д) з) и) к) Рис. 5.1. – Типовые схемы расположения и перемещения валков в листогибочных машинах В результате выполнения операции подгибки кромок форма их в околошовной зоне может быть различной (рис. 5.2). а) б) в) Рис. 5.2. – Форма кромок после операции подгибки: а – нормальная; б – выпуклость; в – вогнутость 51 В связи с трудностью исправления при правке выпуклость прямых участков является совершенно нежелательной. Вогнутость и прямые участки исправляются при правке сравнительно легко. Однако и их размеры должны быть ограничены. Во всех случаях, чем меньше величина прямых участков, тем качественнее правка. В связи с широким развитием электрошлаковой сварки толстостенной аппаратуры прямые участки необходимы для движения ползуна, обеспечивающего формирование сварного шва. В связи с этим качество подгибки кромок или величина прямых участков должны быть согласованы с общей технологией изготовления обечаек. Длина плоских участков, остающихся на кромках листов, зависит от межцентрового расстояния между боковыми валками. В связи с этим можно сделать вывод, что наибольшая длина прямых участков получается в машинах, у которых расстояние между боковыми валками не регулируется. Поэтому наихудшим вариантом исполнения машины является вариант по рис. 5.3 г. Ниже приведены величины остаточных плоских участков на листах при гибке на машинах подобного типа. Толщина листа, мм 6 16 25 32 38 Длина прямых участков, мм 76 100 141 178 217 Для уменьшения величины плоских участков обрабатываемых листов используют машины, у которых можно изменять расстояние между боковыми валками (рис. 5.3 ж) или верхними и нижними боковыми валками (рис. 5.3 д, е, з, и, к). На таких машинах при гибке толстых и тонких листов расстояние между центрами валков различно (при гибке тонких листов оно меньше, при гибке толстых - больше). Технологические требования к универсальности машины находятся в противоречии с конструктивным ее исполнением. Для выполнения операции подгибки кромок требуется наименьшее расстояние между боковыми валками, но с уменьшением этого расстояния увеличивается усилие, т. е. сужается 52 диапазон изгибаемых листов по толщине. Отсюда следует, что расстояние между боковыми валками должно быть регулируемым. В этом случае при выполнении операции подгибки кромок расстояние между боковыми валками уменьшается. При круговом изгибе листа это расстояние устанавливается в соответствии с толщиной листа. С другой стороны, часто оказывается, что диаметр верхнего валка больше, чем диаметр обечайки. В этом случае целесообразно снабжать машины запасными верхними валками меньшего диаметра. В общем случае минимальный диаметр обечайки, который можно получить без предварительной подгибки кромок, равен 1,3 диаметра верхнего валка. В целях расширения производственных возможностей машин при их заказе необходимо оговаривать поставку сменных взаимозаменяемых верхних валков меньшего диаметра. Это позволит на одной машине изготовлять широкий диапазон обечаек. С целью повышения качества изделий и стабильности их размеров целесообразно оснащать машину измерительными устройствами, контролирующими размеры обечайки в процессе гибки. Машины для изготовления обечаек больших диаметров из листов малой толщины должны быть оснащены поддерживающими устройствами, чтобы избежать потери устойчивости заготовки при гибке. 5.3 Подгибка кромок Сущность подгибки кромок заключается в том, что перед изгибанием листа в цилиндр кромки листа, образующие продольный стык, подгибаются на заданный радиус кривизны. Необходимость и качество подгибки кромок зависят от типа валковой листогибочной машины и требований сварочной технологии. Эту операцию выполняют в том случае, когда процесс гибки обечаек не обеспечивает заданный профиль по всей длине окружности и обечайка имеет прямые кромки в месте их стыковки, т. е. угловатость (рис.5.3). 53 f f l R S l R S l S f S б) l f а) в) г) Рис. 5.3. – Угловатость в месте стыка кромок обечаек: а, б – продольные; в, г – кольцевые стыки Увод (угловатость) кромок в сварных швах не должен превышать f= 0,1S + 3 мм, но не более соответствующих величин, указанных в табл.5.5 для элементов сосудов (рис. 5.4). Таблица 5.5 – Максимальный увод кромок в стыковых швах Максимальный увод (угловатость) кромок в стыковых швах, мм обечаек шаровых резервуаров конических днищ и днищ из лепестков независимо от D * D < 5000 D > 5000 D < 2000 D > 2000 8 5 7 Рис. 5.4. – Увод (угловатость) кромок в сварных швах 54 S S f f 5 6 * D - внутренний диаметр, мм S1 S b Смещение кромок b листов (рис. 5.5), измеряемое по срединной поверхности, в стыковых соединениях, определяющих прочность сосуда, не должно превышать b = 0,1S, но не более 3 мм. Рис. 5.5. – Смещение кромок листов Смещение кромок в кольцевых швах, за исключением швов, выполняемых электрошлаковой сваркой, не должно превышать величин, приведенных в табл. 5.6. Смещение кромок в кольцевых швах, выполняемых электрошлаковой сваркой, не должно превышать 5 мм. Таблица 5.6 – Максимально допустимые смещения стыкуемых кромок в кольцевых швах Максимально допустимые смещения стыкуеТолщина свамых кромок в кольцевых швах, мм риваемых ли- на монометалличена биметаллических стов s, мм ских сосудах сосудах со стороны коррозионного слоя до 20 0,1S+1 50 % толщины плакирующего слоя свыше 20 до 50 0,15S, но не более 5 свыше 50 до 0,04S + 3, но не более 100 0,04S + 3,5* толщины плакирующего слоя свыше 100 0,025S + 5*, 0,025S + 5, но не более 8 и но не более 10 не более толщины плакирующего слоя * При условии наплавки на стыкуемые поверхности с уклоном 1:3 для сварных соединений, имеющих смещение кромок более 5 мм 55 Смещение кромок в стыковых сварных соединениях труб не должно превышать величин, приведенных в табл. 5.7. Таблица 5.7 – Смещение кромок в стыковых сварных соединениях труб Толщина стенки трубы S, мм Максимально допустимые смещения кромок, мм до 3 0,2S свыше 3 до 6 0,1S + 0,3 свыше 6 до 10 0,15S свыше 10 до 20 0,05S + 1 свыше 20 0,1S, но не более 3 Чтобы исключить угловатость, кромки листа подгибают на заданный радиус кривизны. Необходимость подгибки зависит от точности профиля обечайки и наличного листогибочного оборудования. На листогибочных трех- и четырехвалковых машинах с подвижными нижними валками вследствие возможности установки одного нижнего валка против верхнего и зажима между ними листа можно подгибать кромки при получении минимальных прямых участков, равных l/2=(3 – 4) s листа. Не подгибают кромки листов, обечайки из которых после сварки калибруют. В остальных случаях подгибку кромок выполняют как самостоятельную операцию, предшествующую гибке обечаек на вальцах. Технические требования на подгибку кромок: угловатость (совместный увод кромок) продольных и кольцевых стыков не должна превышать 10% толщины листа плюс 3 мм (f = 0,1 s + 3 мм), но не более 5 мм. Применяют несколько способов подгибки кромок. 1. Подгибка кромок на подкладной плите, устанавливаемой на нижние валки. Радиус изгиба подкладной плиты равен радиусу изгиба подгибаемой кромки с учетом пружинения материала. Работа выполняется следующим образом. На подкладную плиту укладывается конец подводимого листа. После этого, прижимая 56 конец листа к верхнему валку, выгибают лист по радиусу подкладной плиты. Регулируя радиус подкладной плиты прокладками, на одной и той же плите можно производить подгибку кромок листов с разными радиусами кривизны. Учитывая, что подкладная плита по толщине в неколько раз толще подгибаемого листа, применение этого способа может привести к быстрому износу механизма регулировки положения верхнего валка и к аварии. 2. Гибка листа с большими прямыми участками, отрезка их и последующая вторичная гибка. 3. Подгибка кромок в холодном или горячем состоянии на прессе в штампах. Штампы делаются сменными в зависимости от заданной кривизны кромки. Если длина загибаемой кромки листа больше рабочей длины штампа, работа на прессе выполняется участками, причем подгибать участок кромки сразу на заданный радиус кривизны нельзя, а следует подогнуть последовательно соседние участки сначала с большим радиусом кривизны, а следующим проходом также последовательно довести подгибку кромки до требуемого радиуса кривизны. Однако подгибка кромок необходима не во всех случаях. Если кромки продольного стыка соединяются электрошлаковой сваркой, то необходимо оставлять плоские участки, которые после сварки в процессе последующей правки выправляются. 57 Лекция 6 Гибка листа 6.1 Круговая гибка листа Двухвалковые листогибочные машины. Для гибки тонкого листа предназначаются главным образом двухвалковые машины (рис. 6.1). На рис. 6.1а изображена схема получения цилиндрической обечайки на двухвалковой машине с гибочным упором. 1 2 3 4 5 а) 2 3 1 4 б) Рис. 6.1. – Схема изготовления цилиндрической обечайки на двухвалковой машине: а – с гибочным упором (1 – гибочный упор; 2 – верхний валок; 3 – изгибаемый лист; 4 – стол; 5 – нижний валок); б – с упругим покрытием нижнего валка (1 – нижний валок; 2 – верхний валок; 3 – изгибаемый лист; 4 – упругое покрытие – полиуретан) Все большее распространение находят машины, у которых верхний жесткий валок меньшего диаметра полностью стальной, а нижний - большего диаметра - имеет эластичное покрытие из полиуретана (рис.6.1б). Когда лист находится между валками, эластичное покрытие нижнего валка прижимает лист к жесткому верхнему валку, благодаря чему лист изгибается по радиусу верхнего валка практически несколько больше его из-за пружинения. При изменении радиуса гибки валки заменяют. Упругим покрытием валка является полиуретан, толщина слоя которого должна обеспечивать необходимую величину деформации листовой заготовки при нажатии на нее верхним 58 стальным валком. Полиуретан является эластичным, плотным полимером с высокой упругостью и износостойкостью. В отличие от резины полиуретан не обладает пористостью, благодаря чему он практически не сжимается и не уменьшается в объеме. На этих машинах гнут листы толщиной до 4-5 мм и шириной 800-1200 мм. Производительность машин составляет 100-120 листов в час. Верхний валок является сменным для получения обечаек различных диаметров. Двухвалковые машины имеют следующие преимущества: простота конструкции; высокая производительность; отсутствие порчи поверхности при гибке; гибка листов различной толщины без регулировки валков; получение цилиндрической заготовки за один проход с подгибом кромок без специальных приспособлений и устройств; высокая точность получаемого изделия. Недостаток - ограничение по толщине листа. Трехвалковые машины. Машины с асимметричным расположением валков. Гибка листа на асимметричных машинах видна на рис. 6.2. Конец листа зажимается между валками 1 и 2 и поднятием валка 3 изгибается (рис. 6.2а) по заданному радиусу, затем лист вынимают из машины, переворачивают и вставляют между валками с другой стороны (рис. 6.2б). После этого осуществляется окончательная гибка за один проход (рис. 6.2в). При самом нижнем положении заднего валка (рис. 6.2г) можно осуществлять правку. Наклонной установкой нижнего 2 и заднего 3 валков можно гнуть конические изделия. а) в) в) г) Рис. 6.2. – Машины с асимметричным расположением валков 59 Машины с регулировкой верхнего и боковых валков в горизонтальном направлении (рис. 6.3). а) г) б) в) д) е) ж) Рис.6.3. – Гибка листов на машине с верхним валком, перемещающимся в горизонтальном направлении При гибке на машинах с верхним валком, перемещающимся в горизонтальном направлении, лист закладывается между валками. Верхний валок сдвигается в левое положение (рис. 6.3а), опускается на необходимую величину (рис. 6.3б), затем лист продвигается вперед (рис. 6.3в), в результате чего происходит подгибка одной кромки. После чего лист снимают с машины, переворачивают и вновь вставляют. Также подгибается вторая кромка (рис. 6.3г, д, е), после чего валок устанавливают в положение, обеспечивающее необходимый радиус изгиба, и производят круговую гибку листа (рис. 6.3ж). Также выполняются подгибка кромок и круговая гибка листа на машине с перемещающимися в горизонтальном направлении боковыми валками. Четырехвалковые машины. Одним из направлений в конструировании является переход от трехвалковых машин к четырехвалковым, в особенности при большой толщине листа. 60 Машины этого типа предназначены для гибки листов толщиной 1-80 мм и шириной 200-5000 мм. Конструктивные особенности машины следующие. Ввод листа горизонтальный. Выравнивание листа на боковых валках автоматическое. Привод верхнего и нижнего валков с регулируемым выравниванием скоростей. Отсутствует холостой пробег листа: после гибки первого конца происходит гибка обечайки, а затем автоматическая гибка второго конца. В течение всего рабочего процесса заготовка зажата между верхним и нижним валками. Боковые и нижние валки устанавливаются гидравлически с большой скоростью, в 4 раза быстрее, чем при установке посредством электродвигателя. Регулируемое давление позволяет настраивать машину в зависимости от материала и толщины листа. Возможна гибка конических изделий. При изготовлении корпуса из карт лист длиной 6-8 м (в зависимости от длины аппарата) обрезается в размер по периметру и изгибается вдоль волокон (рис. 6.4). Преимущество изготовления корпусов из карт - в резком сокращении трудоемкости сборочных работ (отсутствуют кольцевые стыки); сварка швов, кроме одного замыкающего, производится на плоскости, что улучшает качество (табл. 6.1). Карта Рис. 6.4. – Схема расположения листов в карте 61 Таблица 6.1 – Сравнительная трудоемкость и затраты на изготовление корпусов из карт и обечаек Технологические Корпус из Корпус из четырех операции сваренной карты обечаек норморуб. норморуб. часы часы Разметка, газовая резка, зачистка 96-52 52-24 80-77 52-34 Правка листов, гибка и правка обечаек 40-21 30-11 76-54 44-26 Сборка, автоматическая сварка 89-10 40-40 193-90 92-45 Прочие 27-00 99-13 100-00 96-55 Итого 252-83 221-88 449-221 284-160 6.2 Потеря устойчивости При гибке листового проката между валками листогибочной машины в случае большого отношения радиуса изгибаемого листа к толщине появляется потеря устойчивости формы изгиба, из-за чего лист опрокидывается в сторону, противоположную направлению его вращения. Это приводит к необходимости в специальных поддерживающих устройствах, обеспечивающих правильную форму изгиба. Гибка листов производится на машинах с различным расстоянием между боковыми валками. Учитывая, что величина половины расстояния между боковыми валками невелика по сравнению с длиной развертки листа, при рассмотрении вопроса устойчивости формы изгиба листа принимается схема изгиба кривого стержня с одним закрепленным концом. Потеря устойчивой формы при данном способе закрепления определяется значением распределенной нагрузки, а форма изгибаемого листа заданною радиуса является единственной формой равновесия. При превышении этой нагрузки (критического значения) имею62 щаяся форма изгиба становится неустойчивой и изгибаемый лист принимает новую (устойчивую) форму равновесия, которой соответствует другая (большая или меньшая) кривизна. При изгибе листа между валками важно определить не просто устойчивую форму изгиба, но также такую степень устойчивости, при которой с учетом возможного опрокидывания листа или обечайки обеспечиваются правильная форма изгибаемого листа и безопасность рабочего, находящегося в непосредственной близости от машины. Наблюдаются два случая потери устойчивости при изгибе листа (рис. 6.5). III III IV II II I I IV а) б) Рис. 6.5. – Положения листа в различные моменты изгиба: а – боковая; б – верхняя потеря устойчивости В первом случае (рис. 6.5а) по мере увеличения длины вылета листа I (цифрами обозначены последовательные положения листа при изгибе) кривизна выходной ветви уменьшается (положения II и III) из-за действия собственного веса листа. Достигнув положения, немного превышающего четверть окружности, лист теряет устойчивость и падает (IV). Во втором случае (рис. 6.5б) лист изгибается, не теряя первоначальной устойчивости в боковом положении (I, II), однако в верхнем положении (III, IV) прогибы оказываются настолько 63 большими, что продолжать процесс практически невозможно. Незначительное изменение радиуса изгиба приводит к значительным колебаниям изогнутого листа. Кроме того, указанные прогибы могут привести к остаточным деформациям листа. Возможность появления потери устойчивости того или другого вида зависит от геометрических параметров листа (отношения диаметра к толщине листа), однако, как показали эксперименты, если лист при изгибе подвержен потери устойчивости в боковом положении, то и в верхнем положении он также теряет устойчивость. На основе обработки экспериментальных данных и данных, полученных в результате производственной проверки, можно рекомендовать следующую эмпирическую формулу для определения области устойчивого изгиба листа: 2,3 D 2 1 106 h (6.1) где D – диаметр обечайки, мм; h – толщина листа, мм. Если величина, полученная при решении левой части неравенства, меньше единицы, то лист при изгибе не будет терять устойчивости. Как видно из приведенной формулы, устойчивость листа при изгибе зависит в основном от соотношения диаметра и толщины листа. 6.3 Гибка листов в нагретом состоянии Гибка листов в нагретом состоянии производится в следующих случаях: - когда мощности оборудования недостаточно для изгиба листа требуемой толщины; - когда продольные стыки листов из высоколегированных и нержавеющих сталей соединяются электрошлаковой сваркой, 64 требующей последующего отжига или нормализации; в этом случае нагрев под термическую обработку совмещается с нагревом под гибку (правку); - в случаях изгиба листов из стали марок 12ХМ, 2Х5М и им подобных или из двухслойной стали с основным слоем из стали марки 12ХМ независимо от диаметра обечайки и толщины стенки, когда термообработка после сварки совмещается с нагревом под гибку. Типовой технологический процесс гибки листов в нагретом состоянии заключается в следующем. После разметки и обрезки развертка обечайки закладывается в газовую печь. Исходя из условий максимальной загрузки печи, удобства захвата и исключения возможной деформации от собственного веса, листы устанавливаются на поду печи на торец или на бок. Вместе с обечайкой нагреваются пробы. Температура нагрева обечайки и режим нагрева зависят от марки стали, толщины стенки и указываются в технологических процессах термообработки. Углеродистые стали нагревают до температуры 930-950°С. Время выдержки листа определяется из условия 1 мин на 1 мм толщины. Листы, нагрев которых производится из-за недостаточной мощности оборудования, должны нагреваться до температуры, при которой не образуется окалина. В процессе термообработки в печи температура нагрева в любой точке сосуда (элемента) не должна выходить за пределы максимальной и минимальной температуры, предусмотренной режимом термообработки. Среда в печи не должна оказывать вредного влияния на термообрабатываемый сосуд. Температура, при которой образуется окалина, приведена для сталей некоторых марок ниже. Марка стали 15Х5М 12ХМ 12Х18Н10Т Температура, °С 650 570 800 В тех случаях, когда по каким-либо причинам не удается устранить образование окалины, используются различного рода 65 покрытия. В частности, для облегчения съема окалины листы (обечайки) перед закладкой в печь покрывают специальным меловым составом: в 10 л воды разбавляют 700 г хлористого аммония и 5 кг мела и размешивают до получения густой суспензии. Этим составом лист или обечайка покрываются по всей поверхности, после нагрева и выема из печи окалину счищают скребком или сдувают воздухом. Температура печи контролируется термопарой. Нагретый лист подается к листогибочной машине. После гибки обечайку мостовым краном снимают с машины для выполнения последующих операций. Для получения необходимых механических свойств металла после нагрева деформирование между валками должно оканчиваться при температуре не ниже 600° С для углеродистых и 700750°С для легированных (нержавеющих) сталей. Для обеспечения соответствующего качества необходимо, чтобы лист (обечайка) имел необходимую температуру нагрева при установке на машину и подвергался строго регламентированному режиму деформирования. С этой точки зрения необходимо учитывать время (t) охлаждения листа (обечайки) во время транспортировки и нахождения на листогибочной машине. Интенсивность остывания обечаек меньшей толщины выше и с увеличением диаметра обечаек одной толщины скорость охлаждения увеличивается. 6.4 Дефекты гибки и методы их исправления Качественное выполнение операции гибки листа возможно при правильно настроенном оборудовании и необходимой квалификации оператора. Перед началом работы должна быть проверена работа всех механизмов машины и особенно параллельность валков. Однако по ряду причин после выполнения операции встречаются дефекты, основные из которых: перекос кромок, перегиб обечайки, конусность, бочкообразность (рис. 6.6). 66 а) б) в) г) д) Рис. 6.6. – Дефекты гибки обечайки Перекос кромок (рис. 6.6а) получается из-за неправильной установки листа на валки перед гибкой. Лист надо выставлять перпендикулярно продольной оси валков, используя для этого канавку на заднем валке, либо специальные упоры. Исправление данного дефекта осуществляется путем обратного перекоса обечайки при установке в валках. Перегиб обечайки на меньший радиус (рис. 6.6б) происходит в результате неправильного назначения радиуса изгиба. Рабочие места должны быть оснащены таблицами или графиками, исходя из которых оператор может без ошибок по указателю положения валков устанавливать радиус изгиба, необходимый для данного типоразмера обечаек и марки стали. Исправление этого дефекта возможно путем повторной гибки. Конусность (рис. 6.6в) возникает вследствие перекоса боковых валков при гибке. Перед гибкой необходимо убедиться в том, что положение осей боковых валков строго горизонтально и параллельно продольной оси верхнего валка. Конусность выправляется опусканием конца верхнего валка со стороны большего диаметра обечайки. Бочкообразность может получаться с выпуклой (рис. 6.6г) или вогнутой (рис. 6.6д) образующими. Этот дефект является следствием чрезмерного прогиба валков по длине в процессе гибки. Выпуклая бочкообразность получается при меньшем изгибе листа посередине (прогиб валков), а вогнутая - при меньшем изги67 бе на концах. Дефект получается в результате неправильного назначения величины противодавления на верхний валок. Исправляют дефект назначением другой величины противодавления и повторной гибки. 6.5 Правка цилиндрических обечаек Рассмотрим обечайки с жестким контуром, т.е. не прогибающиеся под собственным весом, у которых отношение толщины листа h к диаметру D не менее 0,01. Правка обечаек, имеющих замкнутый контур, на валковой листогибочной машине, имеет следующие принципиальные отличия от правки листового проката на листоправильных машинах: 1 - при правке листового проката исправляется волнистость и коробоватость листа, в то время как при правке обечайки ставится задача исправления погрешности круговой формы; 2 - правка листового проката производится путем многократных знакопеременных изгибов листа между валками, причем чем тоньше лист, тем с большим количеством валков применяют листоправильные машины. Правка обечаек производится между тремя валками путем увеличения кривизны участка контура обечайки, находящегося между валками, и последующего ее уменьшения. Основное условие правки. В результате проведения предварительных операций (подгибка кромок у листа перед гибкой, сварка продольного стыка) обечайка имеет неправильную геометрическую форму, причем наибольшее искажение проявляется в околошовной зоне. Величина кривизны отдельных участков может быть больше или меньше номинальной, которую необходимо достигнуть в результате правки. Основным условием получения обечаек правильной геометрической формы после правки является необходимость обеспечения при нагружении кривизны, большей по величине любой кривизны по контуру обечайки. Однако это условие не един68 ственно. После нагружения следует процесс разгрузки, который необходимо выполнить так, чтобы нагрузка снималась постепенно и равномерно по контуру. Влияние технологических переходов на точность правки. Операция правки обечайки разделяется на три последовательных перехода: 1) нагружение - деформирование участка контура обечайки, находящегося между боковыми валками, путем их подъема или опускания верхнего валка; 2) выкатка - вращение обечайки при постоянном радиусе изгиба; 3) разгрузка - уменьшение деформации участка контура обечайки, находящегося между боковыми валками, путем их опускания или подъема верхнего валка, в зависимости от конструкции листогибочной машины. Под схемой разгрузки понимается порядок снятия деформации по контуру обечайки (например, через 0,5 оборота). Изменение радиуса изгиба (в мм) за часть полного оборота обечайки, выбранного схемой разгрузки, называется ступенью разгрузки. Четыре ступени разгрузки составляют цикл разгрузки. Суммарное изменение радиуса изгиба или относительного положения валков за все циклы называется величиной разгрузки. На основании принятых определений величину разгрузки можно вычислить по формуле N  R0  Rрп , мм (6.2) где Rрп – радиус изгиба при правке. К технологическим параметрам процесса правки обечаек относятся: - величина радиуса изгиба при правке Rрп ; - порядок (режим) выполнения нагружения выкатки; - схема и величины ступеней разгрузки; - расчет взаимного расположения валков машины. 69 Влияние различных технологических переходов и параметров на точность правки различно. После установки обечайки на машину производится нагружение, которое может выполняться двумя способами. По первому способу, не приводя обечайку во вращение, ей сообщают радиус изгиба Rрп , после чего начинается ее вращение. По второму способу после установки обечайки на машину сообщается вращение и постепенное уменьшение радиуса изгиба до Rрп . Величина остаточной овальности не зависит от вида нагружения. При выполнении операции правки обечаек на валковых листогибочных машинах важное значение имеет выбор радиуса изгиба в конце процесса нагружения, от правильно выбранной величины которого в большой степени зависит получаемая точность обечайки. При расчете радиуса изгиба R должны учитываться прежде всего величина пружинения заготовки и первоначальная, до правки, форма обечайки. Механические свойства материала листа обечайки отличны от механических свойств прямой заготовки. В результате проведения предварительных операций (подгибка кромок, круговая гибки листа, сварка продольного шва) происходит упрочнение материала и пределы текучести и прочности приобретают повышенные значения против их величин в листе в состоянии поставки. В результате проведенных экспериментов установлено, что основное влияние на величину остаточного радиуса по контуру обечайки оказывают первоначальная форма контура, величина радиуса изгиба и диаметр обечайки. Если радиус изгиба больше любого радиуса по контуру обечайки, то при ее вращении между валками кривизна по контуру не будет одинаковой. Для получения по всему круговому контуру одинаковой кривизны необходимо, чтобы при вращении обечайки между валками радиус изгиба был меньше радиуса кривизны любого участка по контуру обечайки. 70 Увеличение радиуса изгиба до 5% от расчетного приводит к рассеиванию овальности в пределах 1,5-3 мм. Уменьшение же радиуса против расчетного, не оказывая в целом отрицательного влияния на точность, приводит к большему упрочнению материала, что может быть недопустимо по условиям эксплуатации сосудов. После нагружения до Rрп производится выкатка, т.е. вращение обечайки при постоянном радиусе изгиба. Сравнение механических свойств материала после вращения обечайки с различным числом оборотов с исходными показывает, что резкое изменение   и  в происходит после гибки листа в обечайки. После сварки продольного шва и последующей правки изменений механических свойств в зависимости от количества оборотов не наблюдается, т. е. при степенях деформации материала, наблюдающихся при правке (до 2,5%), количество оборотов при выкатке заметного влияния на механические свойства материала не оказывает. В связи с этим 1-1,5 оборотов вполне достаточно для получения необходимой точности. Получение минимальной овальности, являющееся следствием равномерного распределения напряжений по всему контуру, во многом зависит от схемы разгрузки и величины ступеней разгрузки по циклам. Оптимальная схема разгрузки обеспечивает равномерное последовательное уменьшение деформации по контуру. Разгрузка через 0,5 оборота не обеспечивает этого условия, так как уменьшение деформации производится в двух диаметрально противоположных местах (отметкой для отсчета частей оборота может служить сварной шов или меловая метка на торце обечайки). Наиболее удачными следует считать схемы разгрузки через 0,75 и 1,25 оборота, обеспечивающие уменьшение деформации равномерно в четырех точках по окружности. При этом в целях получения минимального времени правки для небольших диаметров (до 800 мм) может применяться разгрузка через 0,75 оборота, для больших диаметров 1,25 оборота. Минимальная овальность получается при разгрузке через 0,75 и 1,25 71 оборота. Чем больше будет сделано циклов разгрузки, тем выше будет полученная точность. Однако для обеспечения точности в пределах 1-2 мм вполне достаточно четырех циклов. Оптимальная точность получается при уменьшении ступеней разгрузок от первого к четвертому циклу. 6.6 Правка обечаек в горячем состоянии Правка обечаек в горячем состоянии по переходам правки в основном не отличается от правки обечаек в холодном состоянии. Расчетные величины принимаются при соответствующих температурных параметрах. Однако следует учесть одну особенность. После окончания процесса правки валки не отводятся, а обечайку продолжают вращать до момента, когда ее температура достигнет 300-400°С (до потемнения), после чего вращение прекращается и обечайку снимают с машины. Если снять обечайку с машины при более высокой температуре, то в результате еще высокой пластичности металла она может изменить свою форму, что вызовет необходимость повторной правки. На величину остаточной овальности влияет большое число факторов: техническое состояние машины, точность соблюдения технологических режимов правки, точность отсчета по шкале машины, механические свойства металла в состоянии поставки и др. Учет и совершенствование каждого из указанных факторов позволит значительно уменьшить величину остаточной овальности. Тема 3. ФУТЕРОВАНИЕ И ПЛАКИРОВАНИЕ ДЕТАЛЕЙ И 72 АППАРАТОВ Лекция 7 Коррозионная защита корпусов аппаратов 7.1 Футерование листовым титаном Титан - прочный, легкий, гибкий металл, имеющий самый большой показатель отношения предела прочности к плотности из всех конструкционных металлических материалов. Он обладает высоким сопротивлением коррозии и эрозии, усталостной прочностью при высоких температурах, хорошей свариваемостью и хладостойкостью, малым коэффициентом линейного расширения. Благодаря этим качествам конструкции из титановых сплавов могут работать в любых агрессивных условиях без ограничения ресурса. Используются они преимущественно в ракетостроении, авиации и химической промышленности. Титан - единственный материал, коррозионно-стойкий в средах, содержащих двуокись хлора, хлораты, гипохлориты и влажный хлор. Из-за высокой стоимости титана возможность его широкого применения для изготовления оборудования ограничена. Сокращение расхода титана достигается применением оборудования, футерованного листовым титаном. Футеровка химического оборудования листовым титаном осуществляется следующими способами: - вставным вкладышем; - листом или сварной картой, согнутой в обечайку, с заваркой замыкающего стыка внутри аппарата на остающейся титановой подкладке; - панелями (компенсаторами) с приваркой их к остающимся титановым подкладкам. Для футеровки применяют титан марок ВТ 1-0 и ВТ 1-00. Детали, выполняемые методом, связанным с пластической деформацией заготовки, рекомендуется изготовлять из титана ВТ1-00. Для футеровки аппаратов применяют титановые листы толщиной 1,5-2 мм и в отдельных случаях для аппаратов небольших 73 размеров, работающих в менее активных средах, толщиной 1 мм; а для футеровки заготовок - толщиной до 5 мм. При футеровке аппаратов вставным вкладышем вначале штампуют из сварных пакетных заготовок днища из титана. При этом одновременно получают днища из углеродистой стали для корпуса аппарата. Затем по фактическим размерам наружного диаметра титанового днища и внутреннего диаметра корпуса аппарата изготовляют титановую обечайку. Для этого заготовку из титана изгибают и на специальном стенде сваривают автоматической аргоно-дуговой сваркой. К титановой обечайке приваривают титановое днище ручной аргоно-дуговой сваркой без присадочного металла. Корпус аппарата с футеровкой из листового титана, выполненный способом «вставного вкладыша» со сваркой титановой обечайки с титановым днищем встык, показан на рисунке 7.1. 1 1-2 1 2 2 3 3 а) б) Рис. 7.1. – Корпус аппарата с футеровкой из листового титана, выполненной способом «вставного вкладыша» со сваркой титановой обечайки с титановым днищем встык: а – с плоским титановым фланцем: 1 – титановый фланец; 2 – технологическая кольцевая канавка, 3 – футеровка корпуса; б – с титановым воротником, изготовленным из листовой заготовки обкаткой: 1 – титановый воротник; 2 – технологический фланец; 3 – разжимное кольцо Корпус аппарата перед футеровкой тщательно очищают и 74 обезжиривают. Титановую обечайку с приваренным днищем вставляют в корпус аппарата до плотного прилегания к поверхности днища из углеродистой стали. Затем на плоскость фланца, изготовленного из углеродистой стали, накладывают титановый фланец или воротник и плотно прижимают их винтами. После сборки титанового фланца или воротника с титановой обечайкой их сваривают. Для упрощения технологии изготовления аппаратов целесообразно футеровать корпус, крышку и днище отдельно. В этом случае внутреннюю поверхность корпуса аппарата подвергают механической обработке и футеруют титановой обечайкой, предварительно сваренной на стенде автоматической сваркой. Титановую обечайку запрессовывают в корпус аппарата на прессе или на специальном приспособлении. Футеровку фланцев из углеродистой стали титаном производят плоским титановым фланцем или воротником, выполненным из листового титана. Футеровка углеродистых фланцев плоскими титановыми фланцами менее трудоемка по сравнению со вторым способом футеровки воротником, обеспечивает наиболее надежную конструкцию и применяется при изготовлении аппаратов, работающих под давлением. Плоские титановые фланцы изготовляют из полосового проката или нарезанных из листов полос. Гибку полос ведут в штампе пли на профилегибочны,х машинах. Рабочую полость штампа и канавки в валках выполняют соответственно профилю обрабатываемой полосы. При необходимости гибки полос с относительно небольшой толщиной гнут одновременно несколько заготовок. Согнутые полосы сваривают встык. При изготовлении емкостей и аппаратуры, футерованной листовым титаном и работающей при давлении 0,7 кгс/см2 углеродистые фланцы футеруют титановыми воротниками. Воротники изготовляют из цилиндрической сварной заготовки на карусельных станках в приспособлении или штамповкой из плоской кольцевой заготовки. Вторым способом получают более широ75 кую отбортованную часть воротника, но расходуют значительно больше листового титана. Длину развертки титановой обечайки принимают по фактическим размерам диаметра корпуса аппарата после механической обработки. Заготовку титановой обечайки вставляют внутрь корпуса, разжимают специальными кольцами, тщательно пригоняют кромки и прихватывают сваркой. После этого обечайку вынимают из корпуса и сваривают продольный шов на стенде автоматической сварки. Сваренную обечайку запрессовывают в корпус и приваривают к титановым фланцам, укрепленным на фланцах из углеродистой стали корпуса аппарата. После приварки титановой обечайки обрабатывают привалочные плоскости (шип и паз) титановых фланцев. Так как аппараты, футерованные указанным способом, изготовляют небольших диаметров, крышки для них целесообразнее выполнять методом пакетной штамповки. В этом случае из отштампованной пакетной заготовки после подрезки торцов вынимают только внутреннее днище из углеродистой стали. Титановое днище, выполняющее функцию футеровки, приваривают к титановому фланцу, прикрепленному к фланцу днища из углеродистой стали. В заготовке пакета из углеродистой стали, предназначенной для получения наружного днища, кроме отверстий для выхода воздуха предусматривают отверстие с резьбой М8-М10 в центральной части для контроля футеровки крышки на герметичность. При изготовлении аппаратуры, футерованной сварной картой, обращают особое внимание на точность изготовления, зачистку и обработку внутренней поверхности аппарата. После поджима футеровки к стенкам корпуса кромки обечайки размечают под сварку. Размеченную сварную карту вынимают из аппарата и обрезают по разметке с припуском, равным двум толщинам остающейся подкладки (на всю длину). Припуск оставляется для подгибки продольных кромок профильными роликами или под прессом в штампе с передвижкой заготовки. 76 После обрезки и пригонки под сварку кромок сварной карты в корпусе аппарата размечают места установки остающихся титановых подкладок (шириной 60 мм и толщиной 1 мм) и для отверстий под резьбу для их крепления. Отверстия располагают в два ряда на расстоянии, достаточном для размещения сварного шва между головками винтов. После сверления отверстий в корпусе (через отверстия в титановых подкладках) нарезают резьбу М6, устанавливают и закрепляют остающиеся титановые подкладки пиитами из углеродистой стали. Затем в корпус аппарата вставляют титановую заготовку так, чтобы стыкуемые кромки находились в середине титановых подкладок. Кромки титановой заготовки, предназначенные под сварку, зачищают и обезжиривают. После прижима сварной карты к корпусу аппарата прихватывают и сваривают замыкающий шов полуавтоматической или ручной аргонодуговой сваркой. Футеровку с компенсаторами применяют для изготовления аппаратуры больших габаритных размеров. Футеровка данным методом производится отдельными панелями, размеры которых зависят от габаритных размеров аппарата и размера титановых листов. Панели имеют по продольным стыкам отогнутые кромки, которые после сварки служат компенсаторами. Высота отогнутой кромки и радиус ее закругления зависят от толщины футеровки (рис. 7.2). Обечайка Титановая подкладка Компенсатор Рис. 7.2. – Футеровка с компенсаторами Количество компенсаторов, необходимое для футеровки ап77 парата, зависит от внутреннего диаметра, высоты корпуса и температуры среды в аппарате. Толщина Радиус закругления Высота отогнутой футеровки, мм кромки, мм кромки, мм 1 10 до 20 3 1,5 св. 20 до 25 5 2 св. 25 до 30 6 Количество компенсаторов принимают из следующего расчета: один компенсатор может снять разницу в расширении между футеровкой и корпусом в 1,5-2 мм. При этом для аппаратов, работающих при резких колебаниях температур и давлений, количество компенсаторов в футеровке принимают по меньшему значению компенсирующей способности одного компенсатора. Основными деталями и сборочными единицами при изготовлении футерованной аппаратуры являются днища, фланцы, люки и штуцера. Днища из пакетных и цельных заготовок штампуют в одинаковых штампах. Температура нагрева пакетной заготовки для штамповки не выше 750°С. Зазор между матрицей и пуансоном в пределах 1,05-1,1 толщины пакетной заготовки. Днище, отштампованное из пакетной заготовки, обрезают по высоте до заданного чертежом размера и затем производят его разъем. После штамповки титановые днища подвергают травлению. Протравленную поверхность промывают волосяными щетками в теплой воде (40-50°С) и высушивают, обдувая теплым сжатым воздухом. Наружное днище из углеродистой стали, предназначенное для изготовления корпуса аппарата, очищают дробеструйной обработкой. На поверхности днищ не допускаются гофры, складки, трещины и другие дефекты. Днища, как наружное из углеродистой стали, так и титановое, должны удовлетворять требованиям ОСТ 26-291-71. Внутреннее днище и может быть использовано для изготовления других аппаратов без дополнительной обработки или после перештамповки на другой размер. 78 7.2 Плакирование элементов аппаратов При плакировании заготовок из стали латунью ЛО-62-1 толщина слоя латуни должна быть в готовом изделии не менее 10 мм, поэтому плакирование производится из расчета получения слоя латуни толщиной 20 мм. Для предотвращения окисления латуни применяется флюс следующего состава (%): техническая бура - 50; борная кислота - 25; плавиковый шпат - 25. Бура и борная кислота переплавляются для полного удаления из них влаги, плавиковый шпат прокаливается. Бура и борная кислота в виде стекловидной массы и плавиковый шпат после остывания перемалываются по отдельности и хранятся в стеклянной посуде с притертыми пробками. Флюсы, повторно использованные, дают лучшие результаты, чем вновь приготовленные. Для увеличения поверхностного сцепления наплавленного и основного металлов на поверхности трубной решетки протачиваются кольцевые риски глубиной 1-1,5 мм с шагом 8 мм. Для плакирования применяется листовая латунь, нарезанная кусками размером не более 100x100 мм и обезжиренная промывкой в ацетоне непосредственно перед плакированием, которое производится в газовой печи. Заготовка устанавливается на опорах в печь, обезжиривается ацетоном и проверяется на горизонтальность поверхности по уровню (рис. 7.3). Отходящие газы Заготовка Латунь Подкладки Флюс Печь Природный газ Воздух Рис. 7.3. – Установка для плакирования заготовок латунью 79 После удаления ацетона на всю поверхность решетки равномерно насыпают флюс слоем толщиной 6-8 мм. На поверхности флюса укладываются ровными рядами вплотную один к другому куски латуни из расчета толщины наплавляемого слоя 20 мм. Между слоями и на поверхность латуни насыпают флюс слоем 3-4 мм толщиной. Температура в печи в течение 1 ч медленно поднимается до 400-450°С, затем газовые горелки открываются полностью. Процесс ведется при температуре 950-1050°С до полного расплавления латуни. Температура контролируется термопарой и потенциометром. В момент расплавления последнего куска латуни в печь вводится приспособление для обдува заготовки снизу сжатым воздухом, после чего горелки гасятся. Обдув обеспечивает направленную кристаллизацию жидкой латуни. Плакирование в печи длится 3-4 ч. Качество плакирования проверяется визуально. Отслаивание выявляется простукиванием со стороны наплавленного слоя молотком. Браковочным признаком является глухой звук. Газовые раковины и другие дефекты после механической обработки не допускаются и устраняются повторной переплавкой латуни. Принципиальное отличие метода плакирования заготовок в среде аргона состоит в исключении применения флюсов, роль которых выполняет инертная среда (рис. 7.4). 5 Воздух 4 6 Аргон 2 1 7 3 Рис. 7.4. – Схема установки для создания инертной среды при плакировании заготовок латунью 80 На стол 1 устанавливают предварительно обезжиренную ацетоном или бензином заготовку 2. На наплавляемую поверхность заготовки ровными слоями укладывают куски латуни 3, после чего заготовки покрывают специальной крышкой 4 с двумя отверстиями 10 мм, необходимое условие при этом - плотное прилегание крышки к заготовке. Через одно из отверстий с помощью резинового шланга 5 через редукционный клапан 6 из баллона 7 в пространство под крышку нагнетается аргон под давлением 0,3-0,4 атм., а через другое - аргоном вытесняется воздух. После полного вытеснения воздуха (о чем судят по угасанию поднесенного ко второму отверстию зажженного запальника) подачу аргона прекращают, а отверстия в крышке заглушают огнеупорной глиной. В таком виде заготовка подается на нагрев. Положительной стороной этого метода является и то, что он не требует специального нагревательного агрегата. Качество плакирования обеспечивается при нагреве в любой печи, где можно получить температуру до 1000°С. Заготовка устанавливается в строго горизонтальном положении с помощью специального меха-низма, предусмотренного конструкцией печи, или вручную с использованием стальных или асбестовых прокладок. Заготовку нагревают до температуры 950-1000°С с выдержкой не менее 1ч. После этого печь отключают и заготовка, во избежание расплескивания расплавленной латуни при транспортировке и для получения равномерного слоя латуни по высоте, охлаждается до 600°С в печи. Дальнейшее ее охлаждение происходит на воздухе. 81 Тема 4. СВАРКА КОРПУСОВ Лекция 8 Сварка корпусов 8.1 Сборка под сварку Подготовка кромок. Способы подготовки кромок свариваемых деталей должны обеспечивать отсутствие на кромках механических повреждений и зон термического влияния, снижающих регламентированные свойства сварных соединений. Форма подготовки кромок должна соответствовать стандартам и требованиям чертежа. Кромки подготовленных под сварку элементов аппаратов зачищаются до металлического блеска на ширину не менее 20 мм, а для электрошлаковой сварки - не менее 50 мм без следов ржавчины, масла и прочих загрязнений. Кромки листов из углеродистой стали очищают химическим способом. Непосредственно перед сваркой ржавые кромки смазывают 15%-ным водным раствором соляной кислоты. Раствор практически безопасен для работающих (при попадании на руки не вызывает ожогов). Если толщина слоя ржавчины не более 1 мм, раствор наносят один раз, если больше - 2-3 раза. Для интенсификации процесса перед повторным нанесением раствора желательно смоченную кромку протереть жесткой волосяной щеткой. Изделие с очищенными кромками сушат на воздухе, не промывая водой. Положительные стороны этого метода: раствор реагирует только с ржавчиной и окалиной; не выделяются вредные вещества, что позволяет очищать кромки непосредственно на рабочем месте; конечный продукт реакции (хлорное железо) не влияет на качество сварного соединения. Для удаления с поверхности черных металлов окалины и ржавчины толщиной до 3 мм используется паста «Целлочель». В состав пасты входят: соляная кислота, уротропин, жидкое стекло, бумажная масса или мелкие древесные опилки и вода. Соляная кислота, легко растворяя ржавчину, не действует на основ82 ной металл благодаря присутствию ингибитора – уротропина. Жидкое стекло и наполнитель служат сгустителями пасты и улучшают ее технологические свойства. Пасту приготовляют, смешивая компоненты в кислостойкой посуде при комнатной температуре. Паста годна к использованию через сутки после приготовления (по внешнему виду и вязкости она напоминает консистентную смазку). На очищаемые поверхности деталей пасту наносят кистью или шпателем, а при больших размерах поверхностей - растворонасосом. Толщина слоя пасты 2-5 мм, время выдержки пасты на детали 15-60 мин. В этом случае гарантируется снятие слоя ржавчины, толщиной до 1 мм. Если слой ржавчины большей толщины, увеличивают время выдержки пасты на детали или наносят пасту повторно. После удаления пасты поверхность обильно промывают водой или насухо протирают ветошью, а затем 10%-ным раствором соли или 10%-ным раствором ортофосфорной кислоты. На очищенной поверхности металла образуется пленка, защищающая металл от окисления на 1-2 суток. Кроме того, пленка улучшает адгезию лакокрасочных покрытий с поверхностью и удлиняет срок их службы. Пасту можно применять для очистки изделий любого сложного профиля и любых габаритных размеров, а также для очистки сварных швов. Для защиты поверхности изделий от брызг металла используют жидкий концентрат сульфитно-спиртовой барды (КБЖ ГОСТ 8518 - 57). Концентрат разбавляют в горячей воде (60 - 900 С; отношение 1 : 4 по массе или 1 : 5 по объему) до однородного раствора и наносят на изделие (кистью, пульверизатором или окунанием) за 1 ч до сварки. Защитные свойства раствора не исчезают со временем, его можно наносить за 20 дней до сварки. При использовании раствора КБЖ брызги не прилипают к металлу и легко удаляются щеткой. Сборка. Методы сборки элементов под сварку должны обеспечивать 83 правильное взаимное расположение сопрягаемых элементов и свободный доступ к выполнению сварочных работ в последовательности, предусмотренной технологическим процессом. При сборке допускается применение методов подгонки, которые должны исключать появление дополнительных напряжений в металле или повреждений поверхности металла. Подготовленные к сборке под сварку кромки элементов аппаратов и прилегающие к ним поверхности основного металла, а также величина зазора между кромками должны быть в соответствии с требованиями чертежей, действующих стандартов и нормалей на сварку. Сварщик может приступить к сварке только после установления контролером ОТК правильности сборки и тщательности зачистки всех поверхностей металла, подлежащих сварке. При приварке к корпусу или днищу аппарата опор, внутренних устройств и других деталей расстояние между краем шва приварки детали и краем ближайшего шва должно быть не менее толщины стенки корпуса или днища, но не менее 20 мм. Продольные швы смещенных обечаек и швы днищ должны быть смещены один относительно другого на величину трехкратной толщины наиболее толстого элемента, но не менее, чем на 100 мм между осями швов. В сварных стыках элементов разной толщины предусматривается плавный переход от одного элемента к другому путем постепенного утонения более толстого элемента в соответствии с ГОСТ 8713-70 и 5264-69, а в случаях, не предусмотренных стандартами, угол скоса разностенных элементов должен быть не более 15° (уклон 1 : 4) (рисунок 8.1 а, б). Сварка патрубков разной толщины может выполняться как показано на рисунке 8.1 в,г. Допускается применение стыковых швов без предварительного утонения более толстой стенки, если разность в толщинах соединяемых элементов не превышает 30% толщины более тонкого элемента и во всяком случае не должна быть больше 5 мм. 84 h h h1 h1 l1 150 h h l h1  h 2 б) l  4( h1  h ) l 4 а) h1 h b h r = h2 - h1 h21 в) г) Рис. 8.1. – Допустимое смещение кромок Совместный увод f кромок (рис. 8.2) в продольных и кольцевых швах (угловатость) не должен превышать 10% толщины h листа плюс 3 мм и не должен быть более 5 мм. Угловатость продольных швов определяется по шаблону, длина которого по хорде равна 1/3 радиуса обечайки, а угловатость кольцевых швов проверяется линейной длиной не менее 200 мм. Смещение кромок листов (рисунок 8.2г) в стыковых соединениях, определяющих прочность аппарата, не должно превышать 10% номинальной толщины тонкого листа, но не должно быть более 3 мм. Смещение кромок в кольцевых швах при толщине листов до 20 мм не должно превышать 10% номинальной толщины тонкого листа плюс 1 мм, а при толщине листов свыше 20 мм - 15% номинальной толщины тонкого листа, но не должно быть более 5 мм. Смещение кромок в соединениях из биметалла не должно превышать 10% номинальной толщины тонкого элемента и не должно быть более 3 мм со стороны основного слоя и 85 50% толщины облицовочного слоя. f f L=1/3R h h L=1/3R R h f h f R Рис. 8.2. – Допустимая угловатость кромок При сборке под электрошлаковую сварку продольных стыков (обечаек, трубных решеток, плоских заготовок днищ и т. д.) кромки продольных стыков обечаек диаметром менее 2000 мм должны иметь после круговой гибки прямые участки шириной не менее 200 мм. Совместный увод кромок не должен превышать 1,5мм на длине 400 мм (рис. 8.2). Превышение кромок при сборке продольных стыков не должно быть более 2 мм. Отклонения от перпендикулярности реза кромок свариваемого стыка не должны превышать по углу 6-8°, а по линейной величине 4 мм. Ширина зазора начала (нижней части) продольных стыков приведена в таблице 8.1. Таблица 8.1 – Величина зазоров продольных стыков при электрошлаковой сварке При сварке проволокой Толщина диаметром, Марка стали листов, мм мм 3 5 Ст. 3 24 - 60 26+3 20+2 26+3 24+2 12Х18Н10Т 24 - 50 86 В верхней части продольного стыка при длине его более 2 м зазор увеличивается на 2-3 мм на каждый метр длины стыка. Зазор, необходимый под сварку при сборке кольцевых стыков, приведен в таблице 8.2. Таблица 8.2 – Величины зазоров при электрошлаковой сварке кольцевых стыков Марка стали Толщина листов, Зазор, мм мм Ст.3 26+3 40-100 12Х18Н10Т 18+2 При сборке днища и корпуса под электрошлаковую сварку, если толщина стенки днища превышает толщину корпуса, кромка днища утоняется механическим способом до величины, равной толщине стенки корпуса на ширине 70-80 мм. Требования к сварке. При изготовлении, монтаже, ремонте сосудов должна применяться технология сварки, аттестованная в соответствии с требованиями Правил (ПБ 03-576-03). Для выполнения сварки должны применяться исправные установки, аппаратура и приспособления, обеспечивающие соблюдение требований НД. К производству сварочных работ допускаются сварщики, аттестованные в соответствии с Правилами аттестации сварщиков и специалистов сварочного производства (ПБ 03-273-99), утвержденными постановлением Госгортехнадзора России. Сварные соединения элементов, работающих под давлением, с толщиной стенки более 6 мм подлежат маркировке (клеймению), позволяющей установить фамилию сварщика, выполнившего сварку. Сварочные материалы, применяемые для сварки сосудов, должны соответствовать требованиям стандартов и технических условий, что должно подтверждаться документом организации87 изготовителя. Подготовка кромок и поверхностей под сварку должна выполняться механической обработкой либо путем термической резки или строжки (кислородной, воздушно-дуговой, плазменнодуговой) с последующей механической обработкой. Кромки деталей, подлежащих сварке, и прилегающие к ним участки должны быть очищены от окалины, краски, масла и других загрязнений. Требования к контролю сварных соединений. Организация-изготовитель, монтажная или ремонтная организация обязаны применять такие виды и объемы контроля своей продукции, которые гарантировали бы выявление недопустимых дефектов, ее высокое качество и надежность в эксплуатации. Контроль качества сварки и сварных соединений включает: - проверку аттестации персонала; - проверку сборочно-сварочного, термического и контрольного оборудования, аппаратуры, приборов и инструментов; - контроль качества основных материалов; - контроль качества сварочных материалов и материалов для дефектоскопии; - операционный контроль технологии сварки; - неразрушающий контроль качества сварных соединений; - разрушающий контроль качества сварных соединений; - контроль исправления дефектов. Виды контроля определяются конструкторской организацией и указываются в конструкторской документации сосудов. Перед визуальным осмотром поверхность сварного шва и прилегающие к нему участки основного металла шириной не менее 20 мм в обе стороны от шва должны быть зачищены от шлака и других загрязнений, при электрошлаковой сварке это расстояние должно быть не менее 100 мм. Осмотр и измерения сварных соединений должны производиться с наружной и внутренней сторон по всей протяженности швов. В случае невозможности осмотра и измерения 88 сварного соединения с двух сторон его контроль должен производиться в порядке, предусмотренном автором проекта. Объем контроля ультразвуковой дефектоскопией или радиографическим методом стыковых, угловых, тавровых и других сварных соединений сосудов и их элементов (днищ, обечаек, штуцеров, люков, фланцев и др.), включая соединения люков и штуцеров с корпусом сосуда, должен соответствовать указанному в таблице 8.3. Таблица 8.3 – Объем контроля сварных соединений сосудов и их элементов Группа сосудов Длина контролируемого участка (см. табл. 1.1.) швов от длины каждого шва, % 1 100 2 100 3 не менее 50 4 не менее 25 Механическим испытаниям должны подвергаться контрольные стыковые сварные соединения в целях проверки соответствия их механических свойств требованиям Правил и технических условий на изготовление сосуда. Обязательные виды механических испытаний: - на статическое растяжение - для сосудов всех групп; - на статический изгиб или сплющивание - для сосудов всех групп; - на ударный изгиб - для сосудов, предназначенных для работы при давлении - более 5 МПа (50 кгс/см2) или температуре выше 450°С, и сосудов, изготовленных из сталей, склонных к подкалке при сварке; - на ударный изгиб - для сосудов 1, 2, 3-й групп, предназначенных для работы при температуре ниже - 20°С. Испытания на ударный изгиб сварных соединений производятся для сосудов и их элементов с толщиной стенки 12 мм и 89 более при температуре 20°С. Из каждого контрольного стыкового сварного соединения должны быть вырезаны два образца для испытания. В сварных соединениях сосудов и их элементов не допускаются следующие дефекты: - трещины всех видов и направлений, расположенные в металле по линии сплавления и в околошовной зоне основного металла, в том числе микротрещины, выявляемые при микроисследовании контрольного образца; - непровары (несплавления) в сварных швах, расположенные в корне шва, или по сечению сварного соединения (между отдельными валиками и слоями шва и между основным металлом и металлом шва); - возможность допущения местных непроваров в сварных соединениях сосудов оговаривается в НД, согласованной в установленном порядке; - поры, шлаковые и другие включения; - наплывы (натеки); - незаваренные кратеры и прожоги; - свищи; - смешение кромок свыше норм. Качество сварных соединений считается неудовлетворительным, если в них при любом виде контроля будут обнаружены внутренние или наружные дефекты, выходящие за пределы норм. Дефекты, обнаруженные в процессе изготовления, должны быть устранены с последующим контролем исправленных участков. Методы и качество исправления дефектов должны обеспечивать необходимую надежность и безопасность работы сосуда. Требования к сварным швам и их расположению (ПБ 03-576-03). При сварке обечаек и приварке днищ к обечайкам должны применятся стыковые швы с полным проплавлением. Допускаются сварные соединения тавровые и угловые с пол90 ным проплавлением для приварки плоских днищ, плоских фланцев, штуцеров, люков, рубашек. Применение нахлесточных сварных швов допускается для приварки к корпусу укрепляющих колец, опорных элементов, подкладных листов, пластин под площадки, лестницы, кронштейны и т.п. Сварные швы должны быть доступны для контроля при изготовлении, монтаже и эксплуатации сосудов. Продольные швы смежных обечаек и швы днищ сосудов должны быть смещены относительно друг друга на величину трехкратной толщины наиболее толстого элемента, но не менее чем на 100 мм между осями швов. Указанные швы допускается не смещать относительно друг друга в сосудах, предназначенных для работы под давлением не более 1,6 МПа и температуре стенки не выше 400°С, с номинальной толщиной стенки не более 30 мм при условии, что эти швы выполняются автоматической или электрошлаковой сваркой и места пересечения швов контролируются методом радиографии или ультразвуковой дефектоскопии в объеме 100%. При приварке к корпусу сосуда внутренних и внешних устройств (опорных элементов, тарелок, рубашек, перегородок и др.) допускается пересечение этих сварных швов со стыковыми швами корпуса при условии предварительной проверки перекрываемого участка шва корпуса радиографическим контролем или ультразвуковой дефектоскопией. В случае приварки опор или иных элементов к корпусу сосуда расстояние между краем сварного шва сосуда и краем шва приварки элемента должно быть не менее толщины стенки корпуса сосуда, но не менее 20 мм. В горизонтальных сосудах допускается местное перекрытие седловыми опорами кольцевых (поперечных) сварных швов на общей длине не более 0,35 D , а при наличии подкладного листа - не более 0,5 D где D - наружный диаметр сосуда. При этом перекрываемые участки сварных швов по всей длине должны 91 быть проверены методом радиографии или ультразвуковой дефектоскопии. Перекрытие мест пересечения швов не допускается. В стыковых сварных соединениях элементов сосудов с разной толщиной стенок должен быть обеспечен плавный переход от одного элемента к другому путем постепенного утонения кромки более толстого элемента. Угол наклона поверхностей перехода не должен превышать 20°. Если разница в толщине соединяемых элементов составляет не более 30 % толщины тонкого элемента и не превышает 5 мм, то допускается применение сварных швов без предварительного утонения толстого элемента. Форма швов должна обеспечивать плавный переход от толстого элемента к тонкому. Требования к контролю сварных соединений. Контроль качества сварных соединений следует проводить следующими методами: а) визуальным осмотром и измерением; б) механическими испытаниями; в) испытанием на стойкость против межкристаллитной коррозии; г) металлографическими исследованиями; д) стилоскопированием; е) ультразвуковой дефектоскопией; ж) радиографией; з) цветной или магнитопорошковой дефектоскопией; и) другими методами по требованию проекта. Окончательный контроль качества сварных соединений сосудов, подвергающихся термической обработке, проводится после термической обработки. Гидравлическое (пневматическое) испытание. Гидравлическому испытанию подлежат все сосуды после изготовления. Сосуды, изготовление которых заканчивается на месте установки, транспортируемые на место монтажа частями, подвергаются гидравлическому испытанию на месте монтажа. Сосуды, имеющие защитное покрытие или изоляцию, подвер92 гаются гидравлическому испытанию до наложения покрытия или изоляции. Сосуды, имеющие наружный кожух, подвергаются гидравлическому испытанию до установки кожуха. Допускается эмалированные сосуды подвергать гидравлическому испытанию рабочим давлением после эмалирования. Гидравлическое испытание сосудов, за исключением литых, должно проводиться пробным давлением, определяемым по формуле: Рпр  1,25Р  20 ,  р (8.1) где Р – расчетное давление сосуда, МПа (кгс/см2);  20 ,  р – допускаемые напряжения для материала сосуда или его элементов соответственно при 20°С и расчетной температуре, МПа (кгс/см2). Отношение  20 /   р принимается по тому из использованных материалов элементов (обечаек, днищ, фланцев, крепежа, патрубков и др.) сосуда, для которого оно является наименьшим. Гидравлическое испытание вертикально устанавливаемых сосудов допускается проводить в горизонтальном положении при условии обеспечения прочности корпуса сосуда, для чего расчет на прочность должен быть выполнен разработчиком проекта сосуда с учетом принятого способа опирания в процессе гидравлического испытания. При этом пробное давление следует принимать с учетом гидростатического давления, действующего на сосуд в процессе его эксплуатации. В комбинированных сосудах с двумя и более рабочими полостями, рассчитанными на разные давления, гидравлическому испытанию должна подвергаться каждая полость пробным давлением, определяемым в зависимости от расчетного давления по93 лости. При заполнении сосуда водой воздух должен быть удален полностью. Для гидравлического испытания сосудов должна применяться вода температурой не ниже 5°С и не выше 40°С, если в технических условиях не указано конкретное значение температуры, допускаемой по условию предотвращения хрупкого разрушения. Разность температур стенки сосуда и окружающего воздуха, во время испытаний не должна вызывать конденсации влаги на поверхности стенок сосуда. По согласованию с разработчиком проекта сосуда вместо воды может быть использована другая жидкость. Давление в испытываемом сосуде следует повышать плавно. Скорость подъема давления должна быть указана в технической документации. Использование сжатого воздуха или другого газа для подъема давления не допускается. Давление при испытании должно контролироваться двумя манометрами. Оба манометра выбираются одного типа, предела измерения, одинаковых классов точности, цены деления. Время выдержки сосуда под пробным давлением устанавливается разработчиком проекта. При отсутствии указаний в проекте время выдержки должно быть не менее значений, указанных в табл. 8.4. Таблица 8.4 – Время выдержки сосуда под пробным давлением Толщина стенки сосуда, Время мм выдержки, мин до 50 10 свыше 50 до 100 20 свыше 100 30 для литых, неметаллических и многослойных сосудов независимо от толщины стенки 60 94 После выдержки под пробным давлением давление снижается до расчетного, при котором производят осмотр наружной поверхности сосуда, всех его разъемных и сварных соединений. Обстукивание стенок корпуса, сварных и разъемных соединений сосуда во время испытаний не допускается. Сосуд считается выдержавшим гидравлическое испытание, если не обнаружено: течи, трещин, слезок, потения в сварных соединениях и на основном металле; течи в разъемных соединениях; видимых остаточных деформаций, падения давления по манометру. Контроль на герметичность. Необходимость контроля на герметичность, степень герметичности и выбор методов и способов испытаний следует оговаривать в технической документации. Контроль на герметичность следует проводить согласно требованиям нормативно-технической документации по промышленной безопасности. Контроль на герметичность способом гидравлическим с люминесцентным индикаторным покрытием или люминесцентногидравлическим допускается совмещать с гидравлическим испытанием. Контроль на герметичность крепления труб для трубных систем, соединений труба-решетка, где не допускается смешение сред (переток жидкости), следует проводить гелиевым (галогенным) течеискателем или люминесцентно-гидравлическим методом. Контроль сварных швов на герметичность допускается проводить капиллярным методом - смачиванием керосином. При этом поверхность контролируемого шва с наружной стороны следует покрыть мелом, а с внутренней - обильно смачивать керосином в течение всего периода испытания. Время выдержки сварных швов при испытании смачиванием керосином должно быть не менее указанного в таблице 8.5. Контроль на герметичность швов приварки укрепляющих ко95 лец и сварных соединений облицовки патрубков и фланцев следует проводить пневматическим испытанием. Таблица 8.5 – Время выдержки сосуда при испытании на герметичность Толщина стенки, Время выдержки, мм мин до 50 10 свыше 50 до 100 20 свыше 100 30 Пробное давление пневматического испытания следует принимать равным: – 0,4-0,6 МПа (4-6 кгс/см2), но не более расчетного давления сосуда - для швов приварки укрепляющих колец; – 0,05 МПа (0,5 кгс/см2) - для сварных соединений облицовки. Контроль необходимо осуществлять обмазкой мыльной эмульсией. Качество сварного соединения следует считать удовлетворительным, если в результате применения любого соответствующего заданному классу герметичности метода не будет обнаружено течи (утечек). 96 Тема 5 ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОСНОВНЫХ СБОРОЧНЫХ ЕДИНИЦ АППАРАТУРЫ Лекция 9 9.1 Корпуса. Общие технические требования После сборки и сварки корпусы аппаратов должны удовлетворять следующим требованиям: а) отклонение по длине аппарата не должно превышать 0,3% от номинальной длины корпуса, но не более ± 75 мм; б) непрямолинейность изделия не должна выходить за пределы 2 мм на длине 1 м и во всяком случае на всей длине изделия не более 20 мм при длине изделия до 10 м включительно и 30 мм при его длине более 10 м; в) у аппаратов с внутренними устройствами, присоединяемыми в собранном виде, непрямолинейность не должна быть более величины номинального зазора между внутренним диаметром корпуса и наружным диаметром устройства. У этих аппаратов усиления кольцевых и продольных швов на внутренней поверхности корпусов до контроля и приемки ОТК сварных швов должны быть зачищены заподлицо с основным металлом везде, где они мешают установке внутренних устройств. У кожухов теплообменных аппаратов сварные швы и основания штуцеров должны быть зачищены так, чтобы не препятствовать установке трубного пучка. Допускается превышение скругленных швов на величину не более 0,5 мм. При изготовлении аппаратов из двухслойных сталей усиление сварных швов, как правило, не снимается, а у деталей внутренних устройств делается местная выемка в местах прилегания к сварному шву. В тех случаях, когда зачистка внутренних швов необходима (например, в корпусах теплообменников и колонных аппаратов), технология сварки должна обеспечивать коррозионную стойкость зачищенного шва. Допускаемая овальность корпусов для всех аппаратов, за ис97 ключением теплообменной аппаратуры, аппаратов, работающих под вакуумом, а также негабаритной аппаратуры 1% номинального диаметра, но не более 20 мм для аппаратов диаметром свыше 2000 мм. Овальность корпусов для аппаратов, работающих под вакуумом или под наружным давлением, не должна выходить за пределы 0,5% номинального диаметра и не должна превышать 20 мм для аппаратов свыше 4000 мм. Допускаемая овальность негабаритных аппаратов оговаривается в рабочих чертежах. Сборка и сварка корпусов из обечаек. У обечаек стыкуемые кромки под сварку на ширину 15-20 мм от кромки и торец зачищаются абразивом или металлической щеткой. Обечайки устанавливаются на сборочный стенд (кантователь), собираются и прихватываются сваркой по кольцевым швам. Продольные сварные швы в горизонтальных аппаратах должны располагаться вне пределов 140° нижней части корпуса, если эта часть мало доступна для осмотра. Производятся замеры корпуса по диаметру в местах стыковки обечаек. Затем выполняется сварка сначала наружных, затем внутренних кольцевых швов. Сборка корпусов из обечаек диаметром 600-3600 мм максимальной высотой обечаек 2200 мм и максимальной длиной корпусов 9000 мм производится на специальном стенде, где производят наружную и внутреннюю стыковку обечаек. Вырезка отверстий в корпусе. Производится расцентровка корпуса, наносятся осевые линии и краской отмечаются номера главных осей; размечаются отверстия под штуцеры по чертежу; накерниваются центр и окружность. Затем вырезают отверстие со снятием фасок под сварку. Отклонения по диаметрам отверстий для штуцера и люка не должны быть более: +0,15 – 0,5 для отверстий диаметром до 150 мм; +0,2 ;- 0,5 для диаметров 150-300 мм и +0,3 - 0,5 для диаметров > 300 мм. Соединение люков и штуцеров с корпусами аппаратов может 98 быть осуществлено четырьмя способами рис. 9.1: - посредством укрепляющего кольца (рис. 9.1а), - утолщенного патрубка (рис. 9.1б), - приварки к вытянутой в корпусе горловине (рис. 9.1в); - приварки к вваренному в корпус торовому воротнику (рис. 9.1г). а) б) в) г) Рис. 9.1. – Способы соединения люков и штуцеров с корпусами аппаратов При установке штуцеров и люков отклонения от номинальных размеров не должны превосходить следующих величин (рис. 9.2): - по расположению осей штуцеров и люков ± 10 мм; - по диаметрам отверстий под штуцеры и люки - в пределах зазоров, допускаемых для сварных соединений соответствующими стандартами; n отв H ± 10 С L±5 450±50 Главные оси Рис.9.2. – Отклонения номинальных размеров при установке 99 штуцеров и люков - по расположению отверстий для болтов и шпилек фланцев (отверстия не должны попадать на главные оси сосудов и аппаратов и должны располагаться симметрично относительно этих осей) ±5°; по высоте (вылете) штуцеров ±5 мм. 9.2 Монтаж штуцеров, люков-лазов k 900 а) 1 1 2 2 3 1-2 В аппаратостроении применяют главным образом штуцеры с фланцами плоскими приварными и приваренными встык и люки-лазы с плоскими и приварными встык фланцами. При сборке плоских фланцев с патрубками необходимо обеспечивать равномерный кольцевой зазор между патрубком и фланцем. Зазор на сторону между наружной поверхностью патрубка (обечайки) и стенкой отверстия плоского фланца не должен превышать 2,5 мм. Сборка и сварка штуцеров с плоским фланцем (рис. 9.3). Плоский фланец укладывается уплотнительной поверхностью на сборочную плиту. По внутреннему диаметру укладываются подкладки, по толщине равные величине недовода k торца патрубка до уплотнительной поверхности фланца. Патрубок торцом устанавливается во фланец на подкладки. Выдерживаются перпендикулярность оси патрубка к уплотнительной поверхности фланца, зазор между патрубком и фланцем. Патрубок прихватывается сваркой и затем приваривается к фланцу. б) Рис. 9.3. – Сборка и сварка штуцеров: а – плоский фланец; 100 б – буртовой фланец: 1 – патрубок; 2 – фланец; 3 – подкладка Сборка и сварка штуцеров с буртовым фланцем (рис.9.3б). Фланец укладывается на сборочную плиту привалочной поверхностью вниз. На фланец устанавливают патрубок, выдерживая зазор 1-2 мм с помощью подкладок. При установке выдерживается перпендикулярность оси патрубка к уплотнительной поверхности фланца и выводится внутреннее смещение кромок патрубка и фланца. Патрубок прихватывается электросваркой, при этом количество прихваченных мест (точек) и их длина выбираются в зависимости от диаметра штуцера (табл. 9.1). Таблица 9.1 – Количество прихваченных мест (точек) и их длина Dy, мм 100 150 200 250 300 350 400 450 Количество прихваченных мест Длина прихваченного места, мм 3 4 20 40 60 При Dу  300 мм прихватку выполняют аргонодуговой сваркой, при Dу > 300 мм - ручной электродуговой сваркой. Сварка кольцевого шва производится следующим образом. Для Dу  150 мм аргонодуговой сваркой заваривают корень шва, затем производят сварку основного слоя; от Dу > 150 мм до Dу = 300 мм аргонодуговой сваркой заваривают корень шва, затем производят сварку основного слоя и подварку с внутренней стороны; для Dу > 300 мм в среде СО2 заваривают наружный слой, выбирают корень шва, заваривают изнутри. После сварки и удаления дефектов сварной шов контролируют. 9.3 Требования к допускам 101 Отклонение наружного (внутреннего) диаметра обечаек, цилиндрических отбортованных элементов днищ, сферических днищ, изготовленных из листов и поковок, не должно превышать ±1 % номинального диаметра. Относительная овальность в любом поперечном сечении не должна превышать 1%. Величина относительной овальности определяется по формулам: - в сечении, где отсутствуют штуцера и люки:  2( Dmax  Dmin ) 100% ; Dmax  Dmin - в сечении, где имеются штуцера и люки: 2( Dmax  Dmin  0,02d ) 100% , Dmax  Dmax где Dmax, Dmin – соответственно наибольший и наименьший наружные (внутренние) диаметры сосуда, мм; d – внутренний диаметр штуцера или люка, мм. Величину относительной овальности для сосудов с отношением толщины стенки обечайки к внутреннему диаметру 0,01 и менее допускается увеличить до 1,5 %. Относительная овальность для элементов сосудов, работающих под наружным давлением, не должна превышать 0,5 %.  102 Лекция 10 Днища, опоры, внутренние и наружные устройства, арматура 10.1 Требования к днищам сосудов В сосудах применяются днища: эллиптические, полусферические, торосферические, сферические неотбортованные, конические отбортованные, конические неотбортованные, плоские отбортованные, плоские неотбортованные. Эллиптические днища должны иметь высоту выпуклой части, измеренную по внутренней поверхности, не менее 0,2 внутреннего диаметра днища. Допускается уменьшение этой величины. Торосферические (коробовые) днища должны иметь: - высоту выпуклой части, измеренную по внутренней поверхности, не менее 0,2 внутреннего диаметра; - внутренний радиус отбортовки не менее 0,1 внутреннего диаметра днища; - внутренний радиус кривизны центральной части не более внутреннего диаметра днища. Сферические неотбортованные днища могут применяться с приварными фланцами, при этом: - внутренний радиус сферы днища должен быть не более внутреннего диаметра сосуда; - сварное соединение фланца с днищем выполняется со сплошным проваром. В сварных выпуклых днищах, за исключением полусферических, состоящих из нескольких частей с расположением сварных швов по хорде, расстояние от оси сварного шва до центра днища должно быть не более 1/5 внутреннего диаметра днища. Круговые швы выпуклых днищ должны располагаться от центра днища на расстоянии не более 1/3 внутреннего диаметра 103 днища. Конические неотбортованные днища должны иметь центральный угол не более 45°. Центральный угол конического днища может быть увеличен. Плоские днища с кольцевой канавкой и цилиндрической частью (бортом), изготовленные механической расточкой, должны изготовляться из поковки. Допускается изготовление отбортованного плоского днища из листа, если отбортовка выполняется штамповкой или обкаткой кромки листа с изгибом на 90°. Для отбортованных и переходных элементов сосудов, за исключением выпуклых днищ, компенсаторов и вытянутых горловин под приварку штуцеров, расстояние от начала закругления отбортованного элемента до отбортованной кромки в зависимости от толщины S стенки отбортованного элемента должно быть не менее указанного в табл. 10.1. Таблица 10.1 – Расстояние от начала закругления отбортованного элемента до отбортованной кромки отбортованных и переходных элементов сосудов Толщина стенки отбортованного Расстояние до отбортованной элемента S, кромки L, мм мм, не менее до 5 15 свыше 5 до 10 2S +5 свыше 10 до 20 S +15 свыше 20 до 150 S/2 + 25 свыше 150 100 10.2 Требования к опорам 1. Основные размеры цилиндрических и конических опор вертикальных и горизонтальных сосудов определяются в соответствии с типовыми конструкциями. Опоры из углеродистых сталей допускается применять для 104 сосудов из коррозионностойких сталей при условии, что к сосуду приваривается переходная обечайка опоры из коррозионностойкой стали. 2. Основные размеры лап и стоек для вертикальных сосудов определяются в соответствии с типовыми конструкциями и государственными стандартами. 3. При применении нестандартных опор, лап и стоек разработчику сосуда необходимо предусмотреть резьбовые отверстия под регулировочные (отжимные) винты. 4. При наличии температурных расширений в продольном направлении в горизонтальных сосудах следует выполнять жесткой лишь одну седловую опору, остальные опоры - свободными с указанием об этом в технической документации. Угол охвата седловой опоры принимают не менее 120° (рис. 10.1). Сосуд Седловая опора 1200 Рис. 10.1. – Угол охвата седловой опоры 10.3 Прокладки В аппаратостроении для уплотнения фланцевых соединений применяются прокладки различных типов (рис. 10.2): а – плоские неметаллические, асбестовые с металлической оболочкой, гофрированной или плоской; б – витые из металлических и неметаллических полос (лент); в – металлические, овального или восьмиугольного сечения. Плоские неметаллические прокладки применяют при давлении до Ру < 64 кгс/см2. Материалом для плоских прокладок служит главным образом паронит по ГОСТ 481-71. Гофрированные асбометаллические прокладки изготовляют с оболочкой из мяг105 5±0,1 кого отожженного листового алюминия толщиной 0,3 мм, заполненной сердечником из плотного листового асбеста. Такие прокладки применяют в пределах Ру = 40 кгс/см2 и при температуре 450° С. Для фланцевых соединений на давление Ру = 64 -250 кгс/см2 применяют, как правило, металлические прокладки овального сечения, а при давлениях Ру > 40 кгс/см2 и более и диаметрах свыше 400 мм - восьмиугольного сечения. В зависимости от рабочих условий в качестве материала для прокладок применяют низкоуглеродистую сталь (железо Армко) (НВ 90), мягкую отожженную сталь Ст.1 (НВ 100), легированную сталь 08X13, 08Х18Н10Т и др. 3 600 а) 4 3,6 2,5 б) 11±0,4 230 в) Рис. 10.2. – Поперечное сечение прокладок: а – асбометаллические плоские гофрированные; б – асбометаллические плоские гладкие; в – металлические восьмигранного сечения Витые прокладки (рис. 10.3) изготовляют двух профилей: Vобразные толщиной 4,4 мм и W-образные толщиной 3,2 мм и двух видов - состоящие из чередующихся витков прокатанной металлической полосы и вставкой ленты и получаемые обмот106 кой двух металлических катаных полос и одной вставкой ленты. Материал металлических полос аустенитная нержавеющая сталь, железо Армко, монель-металл; вставной ленты - асбестовая бумага, спрессованный асбест и сжатый синтетический каучук. Прокладки применяют при температуре до 600°С. Витые прокладки наматывают на станках различной степени автоматизации в зависимости от серийности производства. Плотность прилегания слоев обеспечивается постоянным усилием, при котором производится намотка. По внешнему и внутреннему диаметрам верхние слои прокладок прихватывают электросваркой. А А-А А а) б) Рис. 10.3. – Витые прокладки: а – тип V; б – тип W Для теплообменных аппаратов диаметром 325-1400 мм на условное давление Ру = 10-64 кгс/см2 и температуру от - 30° до - 450° С изготовляют прокладки по рис. 10.4 а, б, в. 10±0,5 А А А-А 6 4 -1,5 Рис. 10.4. – Типы асбометаллических прокладок для теплообменных 107 аппаратов Величина б = 3,4 – 0,3 при толщине ленты 0,2 мм и б = 3,6 – 0,3 при толщине ленты 0,2 мм. Размеры прокладок регламентированы нормалью ОН 26-02-87-68. В качестве материала для изготовления используется бумага асбестовая по ГОСТ 2630-69 в оболочке толщиной 0,2-0,3 мм из латуни, алюминия, сталей 08Х18Н10 по ГОСТ 4986-70. Прокладки из паронита изготовляют тремя способами: диаметром 25-250 мм штамповкой; диаметром до 750 мм вырезкой из листа на специальном станке и диаметром более 750 мм резкой полос на виброножницах. Паронитовые прокладки можно изготовлять и на радиальносверлильных станках при помощи специального приспособления (рис. 10.5): к оправке 1 двумя болтами крепится штанга 2. Режущие ролики 5 свободно вращаются на шейках болтов 6. Ролики устанавливают на требуемую величину, соответствующую диаметру прокладки, перемещением упоров 3 по шкалам, нанесенным на штанге. Чтобы упоры не смещались, их крепят винтами 4. Плавающий центр 7 служит для центровки паронитовых колец относительно режущих роликов и деревянной плиты, служащей амортизатором для режущих роликов. Плита (диаметром 750 мм, толщиной 40 мм) крепится к столу станка двумя болтами. Плавающий центр устанавливается в отверстие диаметром 8 мм, имеющееся в центре плиты. 4 5 8 3 1 7 2 9 6 Рис. 10.5. – Приспособление для вырезки паронитовых прокладок на 108 сверлильном станке Таким образом, при вырезке прокладок определенного диаметра след, оставляемый режущими роликами на деревянной плите постоянно совпадает, что увеличивает срок службы подкладки. Для предотвращения смещения заготовки на приспособлении имеется пята 8, которая с помощью пружины 9 прижимает заготовку. За один оборот шпинделя вырезаются наружный и внутренний диаметры прокладки. В тех случаях, когда диаметр вырезанного отхода совпадает с наружным диаметром прокладки, приспособление можно настраивать на одновременную вырезку двух прокладок. Этим приспособлением можно вырезать прокладки диаметром от 200 дo 750 мм. 10.4 Требования к внутренним и наружным устройствам Внутренние устройства в сосудах (змеевики, тарелки, перегородки и др.), препятствующие осмотру и ремонту, выполняются съемными. Внутренние приварные устройства конструируются так, чтобы было обеспечено удаление воздуха и полное опорожнение аппарата при гидравлическом испытании в горизонтальном и вертикальном положениях. Рубашки, применяемые для наружного обогрева или охлаждения сосудов, могут быть съемными и приварными. Во всех глухих частях сборочных единиц и элементов внутренних устройств следует предусматривать дренажные отверстия, располагая их в самых низких местах этих сборочных единиц и элементов для обеспечения полного слива жидкости. Для управления работой и обеспечения безопасных условий эксплуатации сосуды в зависимости от назначения должны быть оснащены: - запорной или запорно-регулирующей арматурой; - приборами для измерения давления; - приборами для измерения температуры; 109 - предохранительными устройствами; - указателями уровня жидкости. Сосуды, снабженные быстросъемными крышками, должны иметь предохранительные устройства, исключающие возможность включения сосуда под давление при неполном закрытии крышки и открывании ее при наличии в сосуде давления. Такие сосуды также должны выть оснащены замками с ключом. 10.5 Требования к манометрам Каждый сосуд и самостоятельные полости с разными давлениями должны быть снабжены манометрами прямого действия. Манометр устанавливается на штуцере сосуда или трубопроводе между сосудом и запорной арматурой. Манометры должны иметь класс точности не ниже: - 2,5 - при рабочем давлении сосуда до 2,5 МПа (25 кгс/cм2); - 1,5 - при рабочем давлении сосуда выше 2,5 МПа. Манометр должен выбираться с такой шкалой, чтобы предел измерения рабочего давления находился во второй трети шкалы. На шкале манометра владельцем сосуда должна быть нанесена красная черта, указывающая рабочее давление в сосуде. Взамен красной черты разрешается прикреплять к корпусу манометра металлическую пластину, окрашенную в красный цвет и плотно прилегающую к стеклу манометра. Манометр должен быть установлен так, чтобы его показания были отчетливо видны обслуживающему персоналу. Номинальный диаметр корпуса манометров, устанавливаемых на высоте до 2 м от уровня площадки наблюдения за ними, должен быть не менее 100 мм, на высоте от 2 до 3 м - не менее 160 мм. Установка манометров на высоте более 3 м от уровня площадки не разрешается. Между манометром и сосудом должен быть установлен трехходовой кран или заменяющее его устройство, позволяющее проводить периодическую проверку манометра с помощью кон110 трольного. Манометры и соединяющие их с сосудом трубопроводы должны быть защищены от замерзания. Манометр не допускается к применению в случаях, когда: - отсутствует пломба или клеймо с отметкой о проведении поверки; - просрочен срок поверки; - стрелка при его отключении не возвращается к нулевому показанию шкалы на величину, превышающую половину допускаемой погрешности для данного прибора; - разбито стекло или имеются повреждения, которые могут отразиться на правильности его показаний. Поверка манометров с их опломбированием или клеймением должна производиться не реже одного раза в 12 месяцев. Кроме того, не реже одного раза в 6 месяцев владельцем сосуда должна производиться дополнительная проверка рабочих манометров контрольным манометром с записью результатов в журнал контрольных проверок. 111 Лекция 11 Маркировка, установка, крепеж сосудов, техническая документация 11.1 Маркировка сосудов На каждом сосуде должна быть прикреплена табличка. Для сосудов наружным диаметром менее 325 мм допускается табличку не устанавливать. При этом все необходимые данные должны быть нанесены на корпус сосуда электрографическим методом. На табличке должны быть нанесены: - товарный знак или наименование изготовителя; - наименование или обозначение сосуда; - порядковый номер сосуда по системе нумерации изготовителя; - год изготовления; - рабочее давление, МПа; - расчетное давление, МПа; - пробное давление, МПа; - допустимая максимальная и (или) минимальная рабочая температура стенки, °С; - масса сосуда, кг. Для сосудов с самостоятельными полостями, имеющими разные расчетные и пробные давления, температуру стенок, следует указывать эти данные для каждой полости. 11.2 Крепеж и установка сосудов Гайки и болты (шпильки) должны изготавливаться из сталей разных марок, а при изготовлении из сталей одной марки – с разной твердостью. При этом твердость гайки должна быть ниже твердости шпильки (болта). Длина шпилек (болтов) должна обеспечивать превышение резьбовой часта над гайкой на вели112 чину, указанную в нормативной документации (НД). Материал шпилек (болтов) должен выбираться с коэффициентом линейного расширения, близким по значениям коэффициенту линейного расширения материала фланца. Разница в значениях коэффициента линейного расширения не должна превышать 10%. Применение сталей с различными коэффициентами линейного расширения (более 10%) допускается в случаях, обоснованных расчетом на прочность. В случае изготовления крепежных деталей холодным деформированием они должны подвергаться термической обработке. Установка сосудов должна исключать возможность их опрокидывания. Установка сосудов должна обеспечить возможность осмотра, ремонта и очистки их с внутренней и наружной сторон. Для удобства обслуживания сосудов должны быть устроены площадки и лестницы. Для осмотра и ремонта сосудов могут применяться люльки и другие приспособления. Указанные устройства не должны нарушать прочности и устойчивости сосуда, а приварка их к сосуду должна быть выполнена по проекту. Материалы, конструкция лестниц и площадок должны соответствовать действующей нормативной документации. 11.3 Документация, прилагаемая к сосудам К сосудам прилагается следующая документация: - паспорт согласно нормативно-технической документации по промышленной безопасности для сосудов, работающих под давлением; - инструкция по монтажу; - руководство по эксплуатации, включая регламент пуска и остановки; - ведомость запасных частей; - расчеты на прочность; - чертежи быстроизнашивающихся деталей; 113 акт о проведении контрольной сборки или контрольной проверки размеров, - схема монтажной маркировки; - сборочные чертежи в трех экземплярах (для сосудов, транспортируемых частями); - эксплуатационная документация, включая меры безопасности; - порядок контроля, ремонта, диагностирования и освидетельствования; - техническая документация на комплектующие изделия (электродвигатели, редукторы, насосы и др.). К сосудам допускается прилагать паспорт по форме, включающей в себя: - заводской номер и год изготовления; - сведения об изготовителе; - наименование и обозначение (номер чертежа) сосуда; - характеристика сосуда и комплектующих изделий; - назначенный и расчетный сроки службы; - сведения о допущенных согласованных отклонениях от документации; - свидетельство о качестве изготовления и монтажа, приемки и вводе в эксплуатацию с подписями должностных лиц; - сведения о ремонтах, освидетельствовании и диагностировании, демонтаже и утилизации. Содержание паспорта в обоснованных случаях допускается изменять и дополнять техническими требованиями и характеристиками в зависимости от конструкции и назначения сосуда. В инструкции по монтажу и руководстве по эксплуатации следует предусматривать требования правил и норм промышленной безопасности и меры по предотвращению несанкционированных действий персонала при эксплуатации, монтаже, диагностировании, ремонте и освидетельствовании сосуда. - 11.4 Техническое освидетельствование сосудов 114 Сосуды, на которые распространяется действие Правил, должны подвергаться техническому освидетельствованию после монтажа, до пуска в работу, периодически в процессе эксплуатации и в необходимых случаях - внеочередному освидетельствованию. Объем, методы и периодичность технических освидетельствований сосудов должны быть определены изготовителем и указаны в руководстве по эксплуатации (табл.11.1; 11.2). Таблица 11.1 – Периодичность технических освидетельствований сосудов, находящихся в эксплуатации и не подлежащих регистрации в органах Госгортехнадзора России Наружный и Гидравлическое Наименование внутренний испытание осмотры пробным давлением Сосуды, работающие со средой, вызывающей разрушение и физико-химическое превращение материала (коррозия и т.п.) со скоростью не более 0,1 мм/год 2 года 8 лет Сосуды, работающие со средой, вызывающей разрушение и физико-химическое превращение материала (коррозия и т.п.) со скоростью более 0,1 мм/год 1 год 8 лет 115 Таблица 11.2 – Периодичность технических освидетельствований сосудов, зарегистрированных в органах Госгортехнадзора РФ Ответственным Специалистом за осуществлеорганизации, ние производ- имеющей лицензию ственного Госгортехнадзора контроля России наружный и наруж- гидравливнутренний ный и ческое исосмотры внутрен- пытание ний пробным осмотры давлением Наименование Сосуды, работающие со средой, вызывающей разрушение и физико-химическое превращение материала (коррозия и т.п.) со скоростью не более 0,1 мм/год Сосуды, работающие со средой, вызывающей разрушение и физико-химическое превращение материала (коррозия и т.п.) со скоростью более 0,1 мм/год Сосуды, зарытые в грунт, предназначенные для хранения жидкого нефтяного газа с содержанием сероводорода не более 5 г на 100 м3, и сосуды, изолированные на основе вакуума и предназначенные для транспортировки и хранения сжиженных кислорода, азота и других некоррозионных криогенных жидкостей 116 2 года 4 года 8 лет 1 год 4 года 8 лет - 10 лет 10 лет БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Клепиков, В. В. Технология машиностроения: Учебник / В. В. Клепиков, А. Н. Бодров. – М. : ФОРУМ: ИНФРА-М, 2004. – 860 с. 2. Черепахин, А. А. Технология обработки материалов: Учебник / А. А. Черепахин. – М. : Издательский центр «Академия», 2004. – 272 с. 3. Салтыков, В. А. Технологии машиностроения. Технологии заготовительного производства: Учебное пособие / В. А. Салтыков, Ю. М. Аносов, В. К. Федюкин. – СПб. : Изд-во Михайлова В.А., 2004. – 336 с. 4. Маслов, А. Р. Приспособления для металлообрабатывающего инструмента: Справочник, 2-е изд. исправ. и доп. – М. : Машиностроение, 2002. – 256 с. 5. Берлинер, Ю. И. Технология химического и нефтяного аппаратостроения / Ю. И. Берлинер, Ю. А. Балашов. – М. : Машиностроение, 1996. – 288 с. 6. Шишмараев, В. Ю. Машиностроительное производство: Учебник / В. Ю. Шишмараев, Т. И., Каспина. – М. : Издательский центр «Академия», 2004. – 352 с. 7. Аверченков, В. И. Технология машиностроения: Сборник задач и упражнений: Учеб. пособие / В. И. Аверченков, и др. – М. : Инфра-М, 2006. – 288 с. 8. Медведев, В. А. Технологические основы гибких производственных систем: Учебник / В. А. Медведев, В. П. Вороненко, В. Н. Брюханов. – М. : Высшая школа, 2009. – 255 с. 9. Основы проектирования химических производств: Учебник / под ред. А.И. Михайличенко. – М. :ИКЦ «Академкнига», 2006. – 332 с. 10. Ярушин, С. Г. Технологические процессы в машиностроении : учебник для бакалавров / С. Г. Ярушин. – М. : Юрайт, 2011. – 564 с. 117 СОДЕРЖАНИЕ с. 3 ВВЕДЕНИЕ Лекция 1 Классификация емкостной аппаратуры 1.1 Основные понятия 1.2 Жизненный цикл машиностроительного изделия 1.3 Основная номенклатура аппаратов 1.4 Классификация аппаратов по конструктивнотехнологическим признакам 1.5 Общие технологические требования к конструированию и изготовлению аппаратов Лекция 2 Материалы 2.1 Материалы, применяемые для изготовления аппаратуры 2.2 Основные характеристики материалов 2.3 Общие требования к материалам при изготовлении емкостной аппаратуры 4 4 5 9 11 15 21 21 27 30 Лекция 3 3.1 Технологическая характеристика производства 3.2 Предпосылки организации поточного производства 3.3 Нормативные сроки подготовки производства 33 35 37 Лекция 4 Разметка заготовок и обработка отверстий 4.1 Разметка 4.2 Обработка отверстий 38 38 42 Лекция 5 Гибка листового проката 5.1 Общие сведения 5.2 Выбор типа валковой листогибочной машины 5.3 Подгибка кромок 46 46 50 53 118 Лекция 6 Гибка листа 6.1 Круговая гибка листа 6.2 Потеря устойчивости 6.3 Гибка листов в нагретом состоянии 6.4 Дефекты гибки и методы их исправления 6.5 Правка цилиндрических обечаек 6.6 Правка обечаек в горячем состоянии 58 58 62 64 66 68 72 Лекция 7 Коррозионная защита корпусов аппаратов 7.1 Футерование листовым титаном 7.2 Плакирование элементов аппаратов 73 73 79 Лекция 8 Сварка корпусов 8.1 Сборка под сварку 82 82 Лекция 9 9.1 Корпуса. Общие технические требования 9.2 Монтаж штуцеров, люков-лазов 9.3 Требования к допускам 97 97 100 101 Лекция 10 Днища, опоры, внутренние и наружные устройства, арматура 10.1 Требования к днищам сосудов 10.2 Требования к опорам 10.3 Прокладки 10.4 Требования к внутренним и наружным устройствам 10.5 Требования к манометрам 103 103 104 105 109 110 Лекция 11 Маркировка, установка, крепеж сосудов, техническая документация 11.1 Маркировка сосудов 11.2 Крепеж и установка сосудов 11.3 Документация, прилагаемая к сосудам 11.4 Техническое освидетельствование сосудов 112 112 112 113 114 119 Библиографический список УЧЕБНОЕ ИЗДАНИЕ 117 Л.М. Останин, А.С. Балыбердин ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ Направление подготовки 151000.62 «Технологические машины и оборудование» Профиль «Оборудование нефтегазопереработки» Подписано в печать . Форм. бум. 65х80 1/16 Печ. л. Тираж 50. Заказ № Отпечатано с готового оригинал-макета в ИП Колесов В.Н. 120 г. Казань, ул. Московская, 22. тел.: 292-98-92, 260-38-41 121