Автор: Альперт Л.З.
Теги: химическая технология химическая промышленность химические производства химия робототехника издательство высшая школа методика расчетов учебное пособие для учащихся химические установки
ISBN: 5-06-000508-9
Год: 1989
Текст
Л. 3. АЛЬПЕРТ
ОСНОВЫ
ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ХИМИЧЕСКИХ
УСТАНОВОК
ИЗДАНИЕ ЧЕТВЕРТОЕ,
ПЕРЕРАБОТАННОЕ И ДОПОЛНЕННОЕ
Допущено
Государственным комитетом СССР
по народному образованию
в качестве учебного пособия
для учащихся химико-механических
специальностей техникумов
МОСКВА «ВЫСШАЯ ШКОЛА» 1989
БВК 65
А 59
УДК 66.0(075)
Рецензент — проф., д-р техн, наук Г. А. Минаев
Альперт Л. 3.
А 59 Основы проектирования химических установок: Учеб, по-
собие для учащихся химико-механич. спец, техникумов.— 4-е
изд., перераб. и доп.— М.: Высш, шк., 1989.— 304 с.; ил.
ISBN 5-06-000508-9
В пособии изложены основные сведения, необходимые учащимся для выпол-
нения дипломного проекта: структура и возможные варианты дипломных проектов,
справочный и нормативный материал по промышленному проектированию; прави-
ла по техническому обслуживанию и ремонту химического оборудования, выбору
стандартного технологического оборудования и оборудования для защиты окружа-
ющей среды, технике безопасности; общие указания по методике технологиче-
ских, механических н технико-экономических расчетов. Четвертое издание (3-е —
1982 г.) переработано н дополнено новым материалом по робототехнике в химиче-
ских установках, по оборудованию для утилизации отходов, установкам с мало-
н безотходной технологией.
2705010000(4308000000)—431 6П7
А 206—89
001(00—89 ББК 35
Учебное издание
Альперт Любовь Зиновьевна
ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ХИМИЧЕСКИХ УСТАНОВОК
Зав. редакцией Н. И. Хрусталева. Редактор И. Е. Якушина. Мл. редакторы
Г. Г. Бунина, Е. В. Судьенкова. Художник А. М. Лилеенков. Художественный
редактор В. И. Мешалкин. Технические редакторы Е. В. Фельдман, Л. Ф. По-
пова. Корректор Г. И. Кострикова.
ИБ № 7516
Изд. № СТД-610. Сдано в набор 20.12.88. Подп. в печать 04.07.89. Т-07900.
Формат 60X88'/te. Бум. офс. № 2- Гарнитура лнтературнаи. Печать офсетная.
Об1ем 18,62 усл. печ. л. 18,62 усл. кр.-отт. 19,98 уч.-нзд. л. Тираж 7850 экз. Зак. № 1766.
Цена 1 руб.
Издательство «Высшая школа», 101430, Москва, ГСП-4, Неглинная ул., д. 29/14.
Московская ткпогоафия № 4 Союзполиграфпрома при Государственном комитете СССР
по делалмимательлтв, полиграфии и книжной торговли.
129041, МВсйвТ, Б. Переяславская, 46.
ISBN 5-06-000508-9
© Издательство «Высшая школа», 1976
© Издательство «Высшая школа», 1989,
с изменениями
ПРЕДИСЛОВИЕ
Для осуществляемого в настоящее время технического перево-
оружения химических предприятий требуется в кратчайшие сроки
ликвидировать разрыв между уровнем подготовки специалистов
и потребностями производства. Основная задача средних специаль-
ных учебных заведений — дать учащимся фундаментальное обра-
зование и подготовить их к конкретной практической деятельнос-
ти. Это даст возможность выпускникам техникумов быть готовы-
ми участвовать в научно-техническом прогрессе: обеспечивать вы-
сокую технологическую культуру, быть способными осваивать но-
вые конструкции машин и аппаратов, участвовать в обновлении
производства.
Подготовка техников связана с обучением учащихся методам
проектирования. Дипломное проектирование — особый вид само-
стоятельных занятий, который должен привести к развитию по-
знавательного и творческого мышления. Выполнение дипломных
проектов, в основу которых положены технологические, механиче-
ские и технико-экономические расчеты, конструирование отдельных
основных элементов машин и аппаратов, вопросы механизации,
роботизации и автоматизации участков производства, охраны ок-
ружающей среды, — важный этап в формировании техника-меха-
ника современных химических предприятий.
Первоочередной задачей, проводимой в период перестройки
высшего и среднего специального образования, является развитие
творческих способностей будущих специалистов.
В средних специальных учебных заведениях необходимо шире
практиковать выполнение дипломных проектов на реальном про-
изводственном материале в интересах конкретного предприятия,
так как это даст возможность, с одной стороны, более ответствен-
но и творчески подойти к работе над проектом, а с другой сторо-
ны, использовать его для внедрения в производство.
В настоящей книге приведены основы проектирования химиче-
ских установок и необходимые нормативные данные, которые помо-
гут учащимся выполнить дипломный проект, отвечающий нуждам
современных производств.
Автор выражает благодарность проф. Г. А. Минаеву за полез-
ные рекомендации. Отзывы и пожелания по улучшению содержа-
ния учебного пособия можно направлять по адресу: 101430, Моск-
ва, ГСП-4, Неглиниая ул., д. 29/14, издательство «Высшая школа».
Автор
3
Глава 1. О ДИПЛОМНОМ ПРОЕКТИРОВАНИИ
ХИМИЧЕСКИХ УСТАНОВОК
Дипломный проект является выпускной самостоятельной работой, на осно-
вании которой Государственная квалификационная комиссия решает вопрос о
присвоении учащемуся квалификации техника-механика. Дипломное проектиро-
вание должно быть увязано с реальными требованиями и потребностями совре-
менных химических производств.
§ 1.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОЕКТИРОВАНИИ
ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ
Развитие производства осуществляется в двух основных фор-
мах: экстенсивной и интенсивной. Первая форма связана главным
образом с количественным ростом, созданием новых производст-
венных мощностей, увеличением числа работающих. Вторая фор-
ма предполагает прежде всего более эффективное использование
и совершенствование имеющегося потенциала, повышение качества
работы и выпускаемой продукции за счет использования новейших
достижений научно-технического прогресса, совершенствования
организации и управления, повышения образования и квалифика-
ции работающих, их инициативы, подъема производительности
труда.
Качество проектов определяет технический уровень химических
предприятий. Поэтому при проектировании химических произ-
водств должны закладываться наиболее прогрессивные техниче-
ские решения, дающие наивысший экономический и социальный
эффект и тем самым существенно влияющие на ускорение научно-
технического прогресса, которое предопределяет переход к прин-
ципиально новым технологическим процессам и системам, к техни-
ке последних поколений, а также внедрение средств механизации
и роботизации, позволяющее автоматизировать все стадии произ-
водственных процессов.
При проектировании соблюдаются общесоюзные и ведомствен-
ные нормы и правила, технические условия и нормативы примени-
тельно к конкретным химическим производствам.
В настоящее время большое внимание уделяется повышению
качества, расширению ассортимента и увеличению выпуска мине-
ральных удобрений и средств защиты растений, прогрессивных
пластических масс, химических волокон и ряда других важных хи-
мических продуктов и материалов. При этом рост производства
осуществляется не только за счет проектирования новых химиче-
4
ских заводов, но и расширения (ввода дополнительных мощнос-
тей), а также реконструкции действующих производств с уста-
новкой нового современного оборудования или с модернизацией
существующих машин и аппаратов.
Таким образом, основными направлениями в проектировании
являются:
1) разработка нового производства;
2) расширение существующего производства;
3) реконструкция действующего производства, цеха или уча-
стка.
Как при разработке новых производств, так и при расширении
и реконструкции действующих должна использоваться самая про-
грессивная технология и новейшая конкурентоспособная техника,
предусматриваться автоматизация, механизация и роботизация
производства и должны учитываться вопросы охраны окружаю-
щей среды.
В перспективе предстоит проектирование промышленных пред-
приятий с полной утилизацией отходов, т. е. с безотходной техно-
логией и водооборотом (см. § 3.4).
Важнейшим направлением современной технической политики
являются реконструкция действующих производств и их техниче-
ское перевооружение. Под реконструкцией следует понимать такие
изменения, которые ведут к переустройству всего цеха, установки
или значительной их части. Реконструкция позволяет наращивать
производственные мощности, используя резерв предприятия без
строительства новых производственных площадей. Как показал
опыт, капитальные вложения, направленные на реконструкцию,
дают примерно вдвое выше отдачу, чем при новом строительстве.
В реконструкции химических установок большое значение име-
ет модернизация оборудования, так как она повышает экономи-
ческую эффективность существующего оборудования и значитель-
но сокращает сроки проведения реконструкции. Под модерниза-
цией следует понимать конструктивные и технологические меро-
приятия по замене отдельных устаревших или недостаточно на-
дежных деталей и их соединений в аппаратах и машинах с целью
доведения эксплуатируемого оборудования до уровня современных
моделей, выпускаемых машиностроительными заводами.
Модернизация повышает технические и эксплуатационные ка-
чества оборудования, делая его более надежным в работе, увели-
чивает срок службы и упрощает обслуживание. Главная задача
модернизации химического оборудования — создание условий для
последующей комплексной механизации и автоматизации техно-
логических процессов.
Основные направления модернизации:
— повышение производительности аппаратов или машин;
расширение технологических возможностей оборудования и
повышение качества продукции или изделий;
5
— увеличение эксплуатационной надежности аппаратов и ма-
шин и срока их службы;
— увеличение межремонтного пробега оборудования, уменьше-
ние длительности ремонта и его стоимости;
— уменьшение массы, металлоемкости, энергоемкости и стои-
мости оборудования;
— улучшение условий труда обслуживающего персонала и тех-
ники безопасности, а также повышение производительности труда
рабочих;
— исключение выбросов и вредных стоков.
Модернизацию, как правило, проводят комплексно, охватывая
ряд основных направлений, обеспечивающих наибольший эконо-
мический эффект. В тех случаях, когда значительная часть произ-
водственных фондов устарела, чрезмерно расширилась сфера ка-
питального ремонта, целесообразно осуществление не модерниза-
ции оборудования, а технического перевооружения производства.
Под техническим перевооружением следует понимать такое об-
новление производства, при котором реконструируемое производ-
ство оснащается новейшей техникой, создающей предпосылки для
существенного повышения производительности труда, качества,
надежности и долговечности продукции.
§ 1.2. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О ЕДИНОЙ СИСТЕМЕ
КОНСТРУКТОРСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ (ЕСКД)
В ПРОЕКТИРОВАНИИ
Единая система конструкторской документации (ЕСКД) —ком-
плекс государственных стандартов, устанавливающих взаимосвя-
занные правила и положения по порядку разработки, оформления
и обращения конструкторской документации, разрабатываемой и
применяемой организациями и предприятиями СССР.
Основное назначение стандартов ЕСКД — установление в орга-
низациях и предприятиях единых правил выполнения и оформле-
ния конструкторской документации. Внедрение ЕСКД в проекти-
рование дает возможность производить изделия по документам,
выполненным на любом предприятии, осуществлять взаимообмен
конструкторскими документами между организациями и предприя-
тиями без их переоформления, расширения унификации при раз-
работке проектов, упрощения форм конструкторских документов,
снижающих трудоемкость проектных разработок; позволяет улуч-
шать условия эксплуатации промышленных изделий и обеспечи-
вать оперативную подготовку документации для быстрой перена-
ладки действующего производства. Кроме того, создается возмож-
ность механизировать и автоматизировать обработку информации,
содержащейся в конструкторских или проектных документах.
Согласно ГОСТ 2.102—68, к конструкторской документации
относятся графические и текстовые документы, которые определя-
6
ют устройство и состав изделия (в нашем случае—аппарата или
машины) и содержат необходимые данные для его разработки или
изготовления, контроля, приемки, эксплуатации и ремонта. К текс-
товым документам относятся спецификация, пояснительная запис-
ка, расчеты, эксплуатационные и ремонтные документы и др.
Спецификация определяет состав сборочной единицы, ком-
плекса или комплекта. Сборочная единица — это специфицируемое
изделие, состоящее из двух частей и более. Комплекс — это два
(и более) специфицируемых изделия, не соединенных на предприя-
тии-изготовителе сборочными операциями. В нашем случае это ос-
новное оборудование (аппараты, машины), входящее в состав ус-
тановки, отделения или участка производства. Комплект — это два
изделия и более, не соединенные на предприятиях-изготовителях
сборочными операциями и представляющие собой набор изделий,
имеющих общее эксплуатационное назначение вспомогательного
характера, например комплект запасных частей.
Пояснительная записка (ПЗ) содержит описание уст-
ройства и принципа действия разрабатываемого аппарата (или
машины) и обоснования технических и технико-экономических ре-
шений, принятых при его разработке.
Расчет (РР) содержит расчеты параметров и величин (на-
пример, расчеты на прочность).
Эксплуатационные документы используются при экс-
плуатации, обслуживании и ремонте изделия в процессе эксплуа-
тации.
Ремонтные документы содержат данные для проведе-
ния ремонтных работ на специализированных предприятиях.
В зависимости от стадии разработки (ГОСТ 2.102—68) доку-
менты подразделяют на проектные и рабочие. К проектным отно-
сятся технические предложения, эскизный и технический проекты;
к рабочим — рабочая документация.
Техническое предложение (ГОСТ 2.118—73) разраба-
тывают с целью выявления дополнительных или уточненных тре-
бований к изделию (технических характеристик, показателей ка-
чества и др.), которые не могли быть указаны в техническом за-
дании.
Эскизный проект (ГОСТ 2.119—73) содержит принци-
пиальные конструкторские решения, дающие общие представления
об устройстве и принципе работы изделия (аппарата или машины),
а также данные, определяющие назначение, основные параметры
и габариты аппарата или машины.
Технический проект (ГОСТ 2.120—73) содержит окон-
чательные технические решения, дающие полное представление об
устройстве разрабатываемого изделия (аппарата или машины), и
исходные данные для разработки рабочей документации.
Рабочая документация отражает необходимые и дос-
таточные данные для изготовления и контроля деталей и их сбор-
7
ки, а также данные, необходимые для установки (монтажа) изде-
лия (аппаратов и машин) на месте применения (эксплуатации).
В настоящее время особую актуальность приобретает сокраще-
ние цикла «исследование — разработка — внедрение». В этом ос-
новная роль принадлежит системе автоматизированного проекти-
рования (САПР).
Основные положения системы автоматизированного проектиро-
вания устанавливает ГОСТ 23501.101—87, в котором приведены
структурная схема САПР, а в справочном приложении к нему ука-
заны термины, используемые в стандарте, и организационные ос-
новы создания САПР.
САПР применяют в ряде ведущих отраслей химической про-
мышленности. Так, в производстве аммиака используют систему
автоматизированного проектирования химических производств
(САПР — ХИМ), которая содержит пакет прикладных программ
(ППП) АММИАК, позволяющий осуществлять проектирование
различных схем производства аммиака.
Кроме того, ППП АММИАК может эффективно применяться
при анализе действующих заводов, в научных разработках и учеб-
ном процессе в вузах.
Разработана отраслевая программа работ по созданию авто-
матизированного проектирования компрессорного оборудования
(САПР — КО) на двенадцатую пятилетку и на период до 2000 г.
§ 1.3. ТЕМАТИКА ДИПЛОМНЫХ ПРОЕКТОВ И ТРЕБОВАНИЯ,
ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ДИПЛОМНОМУ ПРОЕКТИРОВАНИЮ
Тематика дипломных проектов. Темы дипломных проектов не-
обходимо выбирать с учетом потребностей промышленности и же-
лательно конкретного предприятия, чтобы можно было внедрить
в производство предложения и разработки, Низложенные в диплом-
ном проекте.
Дипломное проектирование должно охватывать один из сле-
дующих вопросов:
1) разработку нового аппарата (машины или основной состав-
ной части ее) участка химического производства;
2) реконструкцию установки какого-либо действующего произ-
водства в части модернизации существующего оборудования или
ее технического перевооружения;
3) механизацию и роботизацию трудоемких ручных работ на
отдельном участке химического производства;
4) разработку проекта капитального ремонта аппарата (маши-
ны).
Особенно следует рекомендовать темы дипломных проектов,
связанные с модернизацией оборудования, механизацией отдель-
ных трудоемких операций (включая роботизацию), реконструкцией'
действующих химических установок и их техническим перевоору-
8
жением и направленные на повышение качества выпускаемой про-
дукции, увеличение производительности труда и улучшение его
условий.
Большая и ответственная задача по резкому увеличению про-
изводства химической продукции для народного хозяйства возла-
гается на ремонтную службу предприятий. Немалое значение для
выполнения и перевыполнения планов производства химических
продуктов (помимо хорошего состояния химического оборудова-
ния) имеют увеличение периода межремонтной эксплуатации обо-
рудования, сокращение сроков ремонтов при высоком качестве и
модернизации оборудования.
Производственное оборудование представляет собой наиболее
важную часть основных фондов предприятий, их технико-эконо-
мический потенциал, поэтому вопросы надежности, долговечности
и работоспособности оборудования имеют первостепенное значе-
ние.
В качестве примеров из практики защиты учащимися-механи-
ками можно привести некоторые темы дипломных проектов.
По реконструкции действующих производств:
«Реконструкция отделения концентрирования фосфорной кислоты». В про-
екте концентратор барботажного типа заменен контактным выпарным аппара-
том «труба Вентури». Применение данного выпарного аппарата позволило
повысить производительность установки и уменьшить затрату мазута и тепло-
ты иа тонну продукции. Кроме того, «труба Вентури» по сравнению с барбо-
тажным концентратом проста в изготовлении и эксплуатации и занимает не-
большую производственную площадь.
По модернизации:
«Модернизация смесительных вальцов отделения пластмасс». В проекте
предусмотрены увеличение диаметра и длины валков, за счет чего возрастет
производительность. Усовершенствован также обогрев валков. Для обеспече-
ния равномерного нагрева валков (по всей их длине) в них введены трубы,
имеющие отверстия диаметром 5 мм. Концы труб заглушены. Таким образом,
поступающий в трубу пар будет выходить через отверстия по всей длине тру-
бы и равномерно нагревать валок.
По механизации:
«Механизация складских и погрузочно-разгрузочных работ с учетом хра-
нения и отгрузки потребителю силосного препарата АСП». В проекте для осу-
ществления механизации применено штыревое навесное приспособление НП-59,
поддоны заменены стеллажами, использовано пакетоформирующее устройство.
Это позволило повысить производительность труда при погрузке, свести до
минимума применение ручного труда, увеличить вместимость складов.
По капитальному ремонту:
«Капитальный ремонт крутильно-вытяжной машины КВ-Ш-250К». Диплом-
ником применен прогрессивный узловой метод ремонта, который обеспечил со-
кращение простоев оборудования и дал значительный экономический эффект..
Требования, предъявляемые к дипломному проектированию. В
настоящее время на первый план выдвигаются вопросы повыше-
ния технического уровня производства, качества, надежности и
долговечности оборудования, эффективности его использования.
Поэтому при Проектировании учащиеся должны отражать новей-
шие достижения техники, применять современное и экономически
9
целесообразное высокопроизводительное оборудование (см. гл. 2Г
3, 6 и 7), использовать прогрессивные методы передовых химиче-
ских цехов и предприятий, внедрять научную организацию труда
При проектировании аппаратов и машин необходимо учитывать
требования эргономики. Эргономика — наука, исследующая проб-
лему соотношения «человек — машина». Она является элементом
НОТ, который отражается непосредственно на конструкции аппа-
ратов и машин и содержит требования к этой конструкции, выте-
кающие из условий трудовой деятельности человека (см. § 2.1).
Начиная проектирование, необходимо выявить стадии и опера-
ции, при которых возможно увеличение пыле- и тепловыделений, а
также концентрации ядовитых веществ в воздухе (например, транс-
портировка сыпучих продуктов в открытом виде, ручная загрузка
сырья и выгрузка продуктов из аппаратов, чистка оборудования).
На стадии проектирования химических установок необходимо
обеспечить надежную, экономичную и безопасную работу обо-
рудования, исключить в значительной степени при его обслужи-
вании и управлении применение физической силы, создать нор-
мальные санитарно-гигиенические условия обслуживающему пер-
соналу и обеспечить соблюдение требований охраны окружающей
среды. Таким образом, при проектировании должны предусматри-
ваться:
— комплексная механизация, роботизация и автоматизация
производственных процессов при дистанционном управлении ими;
— максимально возможная герметизация и теплоизоляция обо-
рудования и аппаратуры;
— гидро- и пневмотранспорт для отходов производства и пы-
лящих материалов;
— отсос вредных газов, паров, пыли непосредственно от обору-
дования;
— очистка технологических ’выбросов и промышленных стоков.
§ 1.4. СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИПЛОМНЫХ ПРОЕКТОВ
Дипломный проект состоит из текстовой части — пояснитель-
ной записки и спецификаций (к сборочным и монтажным черте-
жам) — и графической части. Задание на дипломный проект реко-
мендуется составлять по форме 1А.
Дипломное проектирование включает в себя, согласно ЕСКД,
элементы эскизного проекта, технического проекта и рабочей до-
кументации (см. § 1.2). Так, эскизное проектирование осуществля-
* НОТ сокращает затраты труда на проведение тех или иных работ, дела-
ет эти работы наименее утомительными и наиболее эффективными с точки
зрения получения конечных результатов, а также создает обслуживающему
персоналу лучшие санитарно-гигиенические условия.
10
Форма 1А
(название министерства или управления)
(наименование техникума)
утверждаю
Зам. директора по учебной работе
199—.г.
Специальность: «Оборудование химических заводов»
ДИПЛОМНОЕ ЗАДАНИЕ
Учащемуся (ейся)____________________________________________________
(фамилия, имя, отчество)
Группа (УКП) __________________________________________________________
ТЕМА ПРОЕКТА
Спроектировать (либо разработать проект модернизации, реконструкции, меха-
низации, капитального ремонта)
(название машины, аппарата или установки)
входящей в состав _______________________________________________________________
(название отделения или участка производства)
Производительностью или производственной мощностью
[аппарата (машины) или отделения по исходному или готовому продукту]
Точка строительства
(установки, отделения или цеха)
Исходные данные ______________________________________________________________
(среда, теплоноситель, параметры процесса и др.)
Примечание. Все исходные данные, необходимые для выполнения
дипломного проекта, не указанные в настоящем задании, должны быть приняты
из регламента работы действующих или опытных производств.
II
Продолжение формы 1А
Произвести:
1. Технологический расчет (определение основных размеров н числа аппаратов
или машин)
2. Тепловой расчет __________________________________________________________
(название аппарата или машины)
3. Гидравлический расчет _____________________________________________________
(название аппарата или машины)
4. Механический расчет ______________________________________________________
(перечислить все элементы, подлежащие механическому расчету)
Пояснительная записка*
Графическая часть
1. Общий вид или сборочный чертеж ________________________________________________
(название аппарата
_______________________________________________________________________ 1-2 л.
или машины)
2. Сборочный чертеж составной части;
(название составной
_______________________________________________________________________ 1—2 Л.
части)
3. Детали —1—2 л.
4. Монтажный чертеж комплексов_________________________________________________
(название отделения или
____________________. План и разрез— 1 л.
участка производства)
Примечания: 1. Вместо сборочного чертежа составной части аппарата
можно вычертить отдельные изображения. 2. Принципиальная схема установки,
отделения нли участка производства прикладывается к пояснительной записке.
Перечень вопросов указывается в зависимости от темы проекта (см. ниже).
12
Продолжение формы 1А
Срок защиты _________
Литературные источники
Председатель цикловой (предметной) комиссии___________________________
(ПОДПИСЬ, ф. н. О.)
Руководитель проекта __________________________________________________
(подпись, ф. и. о.)
ют при выполнении предварительных подсчетов, принципиальной
схемы установки *, эскизов основного оборудования, начальной
части пояснительной записки. Элементы технического проекта от-
рабатывают в процессе выполнения чертежей общих видов основ-
ного технологического оборудования, расчетов, описаний разраба-
тываемых сборочных единиц, в процессе разработки компоновки
оборудования проектируемого отделения или участка производст-
ва. Правила выполнения рабочей документации используют при
выполнении чертежей сборочных единиц и деталей, а также мон-
тажного чертежа комплексов, при составлении спецификаций к
сборочным и монтажным чертежам.
СОДЕРЖАНИЕ ПОЯСНИТЕЛЬНОЙ ЗАПИСКИ. Если темой
дипломного проекта является проектирование участка химического
производства, заключающегося в разработке основного аппарата
или машины и их расположения в установке, агрегате или отделе-
нии: введение; краткое описание технологического процесса уста-
новки, в состав которой входит разрабатываемый аппарат или ма-
шина; выбор и технологический расчет оборудования участка, аг-
регата или отделения; обоснование принятой конструкции разра-
батываемого аппарата и его описание; тепловой или гидравличе-
ский расчет аппарата или машины (в зависимости от темы проек-
та); механический расчет основных элементов аппарата (маши-
ны); вопросы контроля и автоматизации; мероприятия по охране
окружающей среды: описание компоновки и монтажа оборудова-
ния; вопросы техники безопасности, противопожарных мероприя-
тий и мероприятий по охране труда, технического обслуживания
и ремонта аппарата или машины; технико-экономическая часть.
Если темой дипломного проекта является реконструкция цеха,
отделения или участка производства на новом техническом уров-
не: введение; сущность реконструкции, обоснование необходимос-
ти и возможности реконструкции; описание схемы производства
* Общие требования к выполнению схем, их виды и типы устанавливает
ГОСТ 2.701—84.
13
после реконструкции; выбор вновь устанавливаемого новейшего
оборудования; технологический расчет оборудования участка про-
изводства после реконструкции; механический расчет деталей ос-
новного аппарата (машины); вопросы контроля и автоматизации;
мероприятия по защите окружающей среды; описание компоновки
оборудования (после реконструкции) и его монтажа; вопросы тех-
ники безопасности, противопожарных мероприятий и мероприятий
по охране труда, технического обслуживания и ремонта основного
аппарата (машины); технико-экономическая часть.
Если темой дипломного проекта является модернизация обо-
рудования: введение; краткое описание существующего технологи-
ческого процесса и работающей аппаратуры на действующем про-
изводстве; анализ работы существующего оборудования н выяв-
ленные недостатки в работе отдельных деталей и устройств; сущ-
ность модернизации оборудования и ее обоснование; тепловой ра-
счет или гидравлический (в зависимости от темы проекта); меха-
нический расчет деталей, заменивших устаревшие в существующем
аппарате или машине; описание сборки и монтажа аппарата (ма-
шины); вопросы техники безопасности, контроля и автоматиза-
ции, технического обслуживания и ремонта, технико-экономическая
часть.
Если темой дипломного проекта является механизация трудо-
емких ручных работ: введение; краткое описание схемы; выбор
оборудования (устройств, механизмов) и расчет его производи-
тельности; обоснование и описание устанавливаемых механизмов,
устройств или оборудования, исключающих в проекте ручной труд;
механический (поверочный) расчет деталей механизмов, обору-
дования; вопросы техники безопасности, технического обслужива-
ния и ремонта; технико-экономическая часть.
Если темой дипломного проекта является капитальный ремонт
аппарата (машины): введение; назначение и описание конструк-
ции; описание последующей разборки; технические требования на
дефектацию и ремонт; подготовка и разработка графика капиталь-
ного ремонта; описание технологии ремонта и приспособлений,
применяемых при ремонтах; организация такелажных работ; по-
верочный расчет на прочность деталей, входящих в состав отре-
монтированных сборочных единиц; описание сборки, монтажа, ис-
пытания и сдачи оборудования агрегата; вопросы техники безо-
пасности при проведении ремонта; технико-экономическая часть.
Во введении к дипломному проекту указываются цели и зада-
чи, стоящие перед дипломником при проектировании заданного
объекта, кратко освещаются значение проектируемого производст-
ва, его состояние на данный период времени и перспективы даль-
нейшего развития.
При освещении в пояснительной записке технологического про-
цесса и аппаратуры надо дать последовательно краткое описание
14
основных стади^ производства илн операций в каждом аппарате
установки, агрегата или отделения.
При описании\аппаратов необходимо указать принцип их дей-
ствия, устройство\и конструкцию, приспособления, необходимые
для эксплуатации ^аппарата (машины). Особо следует отметить
специфические свойства обрабатываемых веществ — коррозионные,
эрозионные, липкость и др. При этом необходимо указать габари-
ты аппаратов и машин, материал основных устройств и деталей
и наличие футеровки, изоляции и др.
Расчетная часть проекта включает в себя технологический,
тепловой, гидравлический (в зависимости от темы), механический
и экономический расчеты.
Технологический расчет должен проводиться в ограниченном
объеме и только конкретно по проектируемому аппарату (маши-
не) (см. § 5.1) и участку производства, в состав которого входит
разрабатываемый аппарат (машина). Гидравлический расчет про-
водится в том случае, когда необходимо определить потери напо-
ра, мощность на перемешивание и т. п. При отводе теплоты или
подводе ее в аппарат (машину) следует выполнить тепловой ра-
счет с целью определения требуемой поверхности теплообмена
(см. § 5.2). В процессе проведения указанных расчетов необхо-
димо корректировать и увязывать данные, полученные в результа-
те каждого из них. Наибольшее место в расчетной части проекта
должно быть отведено механическому расчету (см. § 5.3).
При выполнении расчетной части должны применяться едини-
цы СИ, а также десятичные и дольные от них, кроме того, допус-
кается применять массу (т), объем (л), время (ч) (ГОСТ 8.417—
81).
В табл. 1.1 приведены некоторые производные единицы СИ,
применяемые в химической технологии, теплотехнике, механике,
которыми и следует пользоваться при выполнении технологиче-
ских, тепловых, гидравлических и механических расчетов.
При современном развитии науки и техники одну и ту же про-
изводственную задачу можно решать различными путями, что вы-
зывает необходимость выбора наиболее рационального решения
и его обоснования.
В дипломных проектах оценку принятых технических мероприя-
тий и их экономическое обоснование учащиеся должны давать на
отдельных стадиях проектирования: при выборе конструкции ос-
новного оборудования (см. § 2.1; 2.4; гл. 3, б, 7), материала для
его изготовления (см. § 2.2), при модернизации оборудования илн
реконструкции действующей установки на новом техническом уров-
не (см. § 1,1), при выборе компоновки оборудования (см. § 8.1),
механизации, роботизации и автоматизации установки (см. § 8.3).
Сравнить показатели, принятые в проекте, следует в заключитель-
ной его части — технико-экономической. Содержание ее будет раз-
15
Таблица 1.1. Производные единицы СИ
Наименование величины Обозначение единицы , Наименование величины Обозначение единицы
Производительность аппаратов кг/с Динамическая вязкость Ударная вязкость Па-с Дж/м2
О&ьемная производи- тельность аппаратов м3/с Текучесть Момент силы, момент Па-’с-» Нм
Удельная работа ап- паратов Удельная поверхность материалов Насыпная масса мате- риала Массовая скорость Дж/кг М2/КГ кг/м3 кг/(м2-с) пары сил Момент сопротивления плоской фигуры Момент инерции пло- щади плоской фигуры Динамический момент инерции Механическое напря- жение м3 м4 кг-м2
Массовая концентра- ция кг/м3 Па
Газовая постоянная Скорость химической реакции Дж/(кг-К) моль/(м3-с) Пределы пропорцио- нальности, упругости, те- кучести, прочности Па
Скорость осаждения Коэффициент массопе- редачи (при разности объемных концентраций) м/с м/с Изгибающий момент, крутящий момент Модуль упругости Жесткость пружины Нм Па Н/м
Коэффициент массопе- редачи (при разности парциальных давлений) с/м Напор Производительность (подача) насоса м м3/с
Коэффициент диффу- зии м2/с Разность температуры Удельная теплоемкость К Дж/(кг-К)
Сила Давление Плотность н Па кг/м3 Коэффициент теплоот- дачи, коэффициент теп- лопередачи Вт/(м2К)
Удельный объем м3/кг Теплопроводность Вт/(м-К)
Работа, энергия Мощность Дж Вт Коэффициент лучеис- пускания Вт/(м2-К4>
Скорость Угловая скорость м/с рад/с с-1 Удельное количество теплоты Дж/кг
Частота вращения Тепловой поток Вт
Ускорение Кинематическая вяз- кость м/с2 м2/с Поверхностная плот- ность теплового потока Тепловое сопротивле- ние Вт/м2 м2К/Вт
личным в зависимости от темы дипломного проекта (см. § 10.2 и
10.3).
СОСТАВ ГРАФИЧЕСКОЙ ЧАСТИ. При проектировании аппа-
рата (машины), при разработке проекта реконструкции или меха-
низации выполняются:
1) чертеж общего вида аппарата (машины) или механизма;
2) сборочный чертеж основной составной части аппарата, ма-
шины или механизма. Вместо сборочного чертежа можно вычер-
тить отдельные изображения составных частей аппарата (маши-
ны) или механизма, являющиеся продолжением чертежа общего
вида;
16
3) чертеж деталей (для машин, а также аппаратов при нали-
чии в них внутренних устройств или механизмов — форсунок, та-
релок, перемешивающих устройств и др.);
4) монтажный чертеж комплексов (оборудования), входящих
в состав проектируемого отделения агрегата, установки или участ-
ка производства.
При разработке дипломного проекта «Капитальный ремонт ап-
парата или машины» выполняются:
1) чертеж вновь изготовляемых деталей (или ремонтируемых);
2) чертеж ремонтируемых сборочных единиц;
3) сборочный чертеж отремонтированного аппарата (машины).
Требуемый объем пояснительной записки 50—70 страниц руко-
писного текста формата 297x210 мм; объем графической части
4—6 листов (в зависимости от темы дипломного проекта) форма-
та 594X841 мм.
§ 1.5. ОФОРМЛЕНИЕ ДИПЛОМНОГО ПРОЕКТА
Текстовую и графическую части дипломного проекта необходи-
мо оформлять в соответствии с ГОСТами ЕСКД (см. § 1.2); пояс-
нительную записку — согласно требованиям ГОСТ 2.105—79 и
2.106—68.
Чертежи рекомендуется вычерчивать в следующих масштабах:
уменьшение — 1:2; 1: 2,5; 1:5; 1:10; 1:20; 1:50, 1: 100 *; увели-
чение 2: 1; 5: 1; 10:1* (ГОСТ 2.302—68). На каждом чертеже в
правом нижнем углу листа (а на чертеже деталей — в каждой
форматке) помещают основную надпись (ГОСТ 2.104—68). Чер-
теж общего вида аппарата или машины (ГОСТ 2.119—73 и 2.120—
73) и сборочный чертеж аппарата или машины (ГОСТ 2.109—73)
выполняют на отдельном листе ватмана стандартного размера в
масштабе 1:5, 1:10 или 1 :20 в зависимости от габаритов и слож-
ности конструкции. На чертеже помещают виды, разрезы, сече-
ния, необходимые для понимания устройства аппарата (машины),
взаимодействия его основных частей (для общего вида) и данные
для сборки (для сборочного чертежа), проставляют все основные
размеры, располагают техническую характеристику аппарата (ма-
шины), таблицу назначения штуцеров для аппаратов и техниче-
ские требования (например, о применении определенных покры-
тий, методов сварки). Элементы чертежа общего вида (номера по-
зиций, технические требования, надписи и др.), согласно ГОСТ
2.119—73, выполняют по общим правилам для рабочих чертежей
(см. ГОСТы ЕСКД).
Перечень основных составных частей аппарата или машины на
чертеже общего вида рекомендуется располагать в виде таблицы
* Указаны наиболее употребительные' мгсштаоы, которые следует прини-
мать на чертежах в дипломных проектах.
17
на том же листе, где представлено изображение. Перечень содер-
жит следующие графы: номер позиции, обозначение, наименова-
ние, количество, материал и примечание, в ^Ьторое можно зано-
сить дополнительные указания. Запись в перечне производится
сверху вниз в порядке, предусмотренном ГОСТ 2.108—68.
Спецификацию составных частей аппарата (машины) к сбороч-
ному чертежу составляют на отдельных листах формата 11 (ГОСТ
2.108—68).
Отдельные изображения составных частей аппарата (машины)
размещают на отдельных (последующих) листах чертежа общего
вида. Их вычерчивают обычно в масштабе 1:1; 1:2; 1 :2,5 и 1 :5.
Каждому изображению присваивают порядковый номер римской
цифрой (соответственно на общем виде аппарата или машины сос-
тавную часть заключают в замкнутый круг — окружность — с обоз-
начением номера на полке-выноске). На чертеже составных частей
аппарата (машины) над изображением указывают цифру и мас-
штаб по типу mi t 2 .
На изображении составной части проставляют все необходи-
мые размеры сочлененных деталей с указанием допусков и поса-
док, а также показывают сварные швы в соответствии с ГОСТ
2.312—72. Видимый шов сварного соединения независимо от спо-
соба сварки условно изображают сплошной линий, а невиди-
мый— штриховой. Условное обозначение сварного соединения про-
Таблица 1.2. Классы шероховатости поверхности
Класс шероховатости Параметры шероховатости, мкм
Ra Rz
1 Rz320
2 Rzl60
3 Rz80
4 Rz40
5 Rz20
6 2,5
7 1,26
8 0,63
9 0,32
10 0,16
11 0,08
12 0,04—0,02
13 RzOl
14 Rz0,05—Rz0,025
Примечания; 1. Значения параметров шероховатости Ra (среднее арифметическое
отклонение профиля) и Rz (высота неровностей профиля по десяти точкам) указаны мак-
симальные.
2. Значение параметра шероховатости для параметра Ra указывается без символа (на-
пример, 2,5), а для параметра Rz — c символом (например, Rz40).
ставляют над и под полкой выноски, наклонный участок которой
заканчивается стрелкой, указывающей место расположения шва.
ГОСТ 2.312—72 предусматривает вспомогательные знаки для
обозначения сварных швов (по замкнутой линии, по незамкнутой,
прерывистого и т. д.)? Сварные швы в зависимости от вида свар-
ки выполняют по следующим стандартам: ручную электродуговую
сварку — по ГОСТ 5264—80; контактную сварку — по ГОСТ
15879—79; дуговую сварку в защитных газах — по ГОСТ 23518—
79; сварку под флюсом — по ГОСТ 8713—79; электрошлаковую
сварку — по ГОСТ 15164—78; швы сварных соединений из двух-
слойной коррозионно-стойкой стали — по ГОСТ 16098—80.
При наличии на чертеже швов, выполняемых по одному и тому
же ГОСТу, в технических требованиях чертежа записывают сле-
дующее: «Сварные швы по ГОСТ...»
Детали аппарата (машины), за исключением стандартных, вы-
черчивают на отдельных форматках. На чертежах деталей долж-
ны быть проставлены все размеры и показаны шероховатость по-
верхности детали с указанием параметров шероховатости в со-
ответствии с ГОСТ 2789—73 (табл. 1.2). Шероховатость поверх-
ностей обозначают согласно ГОСТ 2.309—73 (табл. 1.3); изобра-
жение резьбы — по ГОСТ 2.311—68. В каждой форматке помеща-
ют основную надпись (ГОСТ 2.104—68) и указывают материал де-
тали и ГОСТ на него (см. приложение П.1).
Монтажный чертеж комплексов (оборудования) рекомендуется
выполнять в масштабах 1 :200 и 1 : 100 для крупногабаритного
оборудования и 1:50 для мелкогабаритного оборудования (шири-
ной и высотой до 800 мм).
Планы и разрезы расположения оборудования совмещают со
строительной частью.
Элементы зданий, сооружений и строительных конструкций на
монтажных чертежах должны выполняться в соответствии с ГОСТ
21.107—78, выборки из которого приведены в табл. 1.4 и 1.5.
На монтажный чертеж наносят все основное технологическое
оборудование, а также грузоподъемные механизмы, предназначен-
ные для монтажа, ремонта и эксплуатации оборудования. Услов-
ные изображения подъемно-транспортных устройств и механизмов
согласно ГОСТ 21.107—78 даны в табл. 1.6.
В соответствии с ГОСТ 2.109—73 монтируемое оборудование
изображают на чертеже упрощенно, показывая его контурные
очертания. Фундамент или другое устройство, к которому крепят
аппарат или машину, также изображают упрощенно, показывая
только те части, которые необходимы для определения места и
способа крепления. Монтируемое оборудование следует изобра-
жать сплошными основными линиями, а устройство, к которому
его крепят,— сплошными тонкими линиями.
Если оборудование располагают в многоэтажном здании, то
планы выполняют только на тех отметках, на которых сосредото-
19
чено основное технологическое оборудование ’(один-два плана).
Разрез по зданию предпочитается поперечный, так как он отра-
жает высотное расположение основного Оборудования, грузо-
подъемных механизмов и конфигурацию здания (см. рис. 8.4).
В плане даются габариты здания и размеры (мм) между ося-
ми колонн. Расположенное в плане оборудование должно иметь
привязки в продольном и поперечном направлениях (мм) до осей
колонн. В разрезах указываются отметки (м) — расстояние (вы-
соты и глубины) этажей и площадок от пола согласно
ГОСТ 2.307—68.
Спецификация комплексов (оборудования) заполняется на от-
дельных листах формата 11 (ГОСТ 2.108—68). В спецификацию
Таблица 1.3. Примеры обозначения
шероховатости поверхности
Классы шерохоба- > тости Параметр шероховатости /?в мкм, для поверхности '
образованной удалением слоя мате- риала * образованной без удаления слоя мате- риала** когда вид об- работки по- верхности не останав- ливается
1 80/
2 ио/
J % & 20/
4 V V \/
5 & 5/
6 V 2//
7
8
Q
10 «у 0,16/
11 0#/
12 — о,оу
13 0,02/ V — 0,0/
74 — 0,0/
* Точение, шлифование и т. д.
** Литье, калибрование и т. д.
Шероховатость поверхности грубее 1-го класса
обозначают знаком
без числового значения
параметра шероховатости.
Таблица 1.4. Условные изображения элементов зданий и сооружений
Изображение
Наименование для планов для разрезов
Стена, перегородка*
Перегородка из стеклобло-
ков*
Проем без четвертей в стене
или перегородке:
а) не доходящий до пола
б) доходящий до пола
Проем оконный без четвер-
тей
Лестница:
а) верхний марш
б) промежуточные марши
в) нижний марш
* На чертежах в масштабе 1 : 200 к
городок одной сплошной основной линией.
н мельче допускается обозначение всех видов пере-
21
Продолжение табл. 1.4
записывают монтируемое оборудование и грузоподъемные устрой-
ства, необходимые для монтажа.
Ремонтные чертежи (при разработке дипломного проекта на
тему «Капитальный ремонт») выполняют в соответствии с требо-
ваниями ГОСТ 2.604—68 и стандартов ЕСКД для рабочей доку-
ментации. На этих чертежах (за исключением чертежей на вновь
изготовляемые детали и сборочные единицы) изображают только
те виды, разрезы и сечения, которые необходимы при проведении
ремонта детали или сборочной единицы. На чертеже места, под-
22
Таблица 1.5. Условные изображения строительных конструкций
Изображение
Наименование
для планов для разрезов
Фундамент столбчатый или свай-
ный куст с ростверком
Фундамент ленточный монолитный
Фундамент ленточный сборный
Колонна двухветвевая без консоли
(Л), с консолью (Б, В):
а) железобетонная сплошного се-
чения
б) металлическая двухветвевая
сплошностенчатая
Балка, прогон, распорка независи-
мо от материала и сечения
Ферма:
А — для фермы железобетонной
Б — для феркы металлической
Связь металлическая решетчатая:
а) вертикальная
б) горизонтальная
23
Таблица 1.6. Условные изображения грузоподъемных
н транспортных устройств
Наименование Изображение
для планов для разрезов
1. Путь железнодорожный
'Ось ж.д. пути...
2. Путь подкрановый 4—
3. Монорельс (подвесной
рельсовый путь), монорельс с
талью и т. п.
~МР..7т
4. Кран мостовой
5. Кран мостовой одиоба-
лочный
6. Кран подвесной одноба-
лочный
7. Кран козловой
24
Продолжение табл. 1.6
Наимеиоваиие Изображение
для планов для разрезов
8. Кран консольный
9. Подъемник (лифт)
Примечание. На изображениях п. I вместо многоточия следует указывать; для
нормальной колеи — и. к.; для узкой колеи — у. к.; в пп. I и 2 черточки на конце линии
пути в плане и треугольник иа конце линии пути на разрезе обозначают концевой упор;
в пп. 3—9 в надписях, входящих в состав изображений, вместо многоточия указывают гру-
зоподъемность оборудования (Н), а также, при необходимости, пролет или вылет крана (м).
лежащие ремонту, выполняют сплошной основной линией, а ос-
тальные изображения — сплошной тонкой линией; размеры, пре-
дельные отклонения, зазоры и другие данные указывают лишь те,
которые должны быть выполнены и проверены в процессе ремонта
и сборки изделия. На неразъемные соединения, выполненные свар-
кой, чертежи деталей выполнять не следует. На чертежах деталей
и сборочных единиц следует помещать только те технические тре-
бования, которые являются единственными для восстановления
эксплуатационной характеристики.
На поле чертежа сборочной единицы, согласно ГОСТ 2.604—68,
допускается помещать ремонтную спецификацию. В эту специфи-
кацию вносят составные части аппарата (машины), на которые
разработаны ремонтные чертежи, а также ремонтные документы.
В раздел «Материалы» следует вносить основные материалы, не-
обходимые для ремонта.
Глава 2. ОСНОВНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ
ОБОРУДОВАНИЕ И ЕГО ВЫБОР
Все оборудование химических производств можно разделить на три клас-
са: 1) аппараты; 2) машины; 3) транспортные средства. В зависимости от на-
значения химическое оборудование делят на универсальное, специализированное
и специальное.
Универсальное оборудование — это оборудование общего на-
значения, или общезаводское Его можно применять без каких-либо изменений
в различных химических производствах. Сюда относятся насосы, компрессоры,
вентиляторы (см. гл. 7), калориферы, центрифуги, сушилки, экстракторы, се-
параторы/ а также газоочистное и пылеулавливающее оборудование (см.
§ 3.]) и транспортные средства (см. § 8.3).
Специализированное оборудование используется для одно-
го процесса различных модификаций: теплообменники, колонны ректификацион-
ные, абсорберы и др.
Специальное оборудование предназначено только для проведе-
ния одного процесса: каландры, вулканизационные прессы, грануляторы, хло-
раторы, сублиматоры и др.
Технологическое оборудование делят на основное и вспомогательное.
К основному технологическому оборудованию относят аппараты и маши-
ны, в которых осуществляют различные технологические процессы — химиче-
ские, физико-химические и др., в результате чего получают целевые продукты.
Таким образом, к основному технологическому оборудованию можно отнести
следующую аппаратуру: реакционную — контактные аппараты, реакторы, кон-
верторы, колонны синтеза и другие аппараты, в которых протекают химиче-
ские реакции, а также аппараты и машины для физико-химических процес-
сов — абсорберы, экстракторы, ректификационные колонны, сатурационные
башни, сушилки, выпарные и теплообменные аппараты, вальцы, каландры, прес-
сы и т. п.
К вспомогательному технологическому оборудованию можно отнести ем-
кости, резервуары, хранилища и т. п.
Продукты обычно получают на ряде установок, связанных между собой
единым технологическим процессом; при этом физическое состояние или хими-
ческий состав перерабатываемого в каждой из этих установок продукта будет
изменяться и соответственно аппараты или машины, входящие в состав каждой
установки, будут работать в различных рабочих условиях. Поэтому аппарат по
своей конструкции — форме, размерам и внутреннему устройству — должен со-
ответствовать свойствам обрабатываемых веществ, условиям и требованиям
проводимого в нем процесса.
Итак, важнейшими факторами, определяющими тип аппарата, являются
агрегатное состояние веществ, участвующих в процессе, их химические свойст-
ва, температура, давление, тепловой эффект.
Требования, предъявляемые к основному технологическому оборудованию.
Аппарат (машина) должен обеспечивать заданную производительность и при
этом быть компактным (занимать по возможности небольшую производствен-
ную площадь), а материал деталей — долговечность и надежность аппаратов и
машин, работающих под воздействием агрессивных химических сред (см.
26
§ 2.2). В эксплуатации аппарат (машина) должен быть надежным, удобным и
безопасным.
Время, затрачиваемое проектируемым аппаратом на производство едини-
цы продукции, по возможности следует уменьшить по сравнению с существу-
ющим — действующим, а расход электроэнергии, пара, воды, сжатого возду-
ха — снизить.
Технические требования к сосудам и аппаратам стальным сварным уста-
навливает отраслевой стандарт ОСТ 26.291—79. Он распространяется на
стальные сосуды и аппараты, подведомственные и неподведомственные Госгор-
технадзору СССР для работы в условиях рабочих температур не ниже —70 °C,
под избыточным давлением не более 10 МПа и толщиной стенки корпуса до
120 мм, без давления или под налив, а также под вакуумом с остаточным дав-
лением ие ниже 666,5 Па.
Согласно ОСТ 26.291—79, сгсуды и аппараты должны проектироваться
исходя из возможности их перевозки в собранном виде по железным дорогам,
водным или автомобильным транспортом.
Конструкция аппаратов, работающих под давлением свыше 0,07 МПа,
должна отвечать также требованиям «Правил устройства и безопасной эксплу-
атации сосудов, работающих под давлением», утвержденных Госгортехнадзо-
ром СССР 19 мая 1970 г., с изменениями, внесенными 25 декабря 1973 г.
Согласно Правилам, аппараты снабжаются предохранительными устройст-
вами. Мешалки, перегородки, тарелки, змеевики и другие внутренние устрой-
ства аппаратов делаются съемными, для того чтобы не мешать внутреннему
осмотру аппарата.
Сосуды и аппараты должны быть снабжены люками или смотровыми
лючками, обеспечивающими осмотр, очистку, монтаж и демонтаж разборных
внутренних устройств, ремонт сосудов и аппаратов.
Аппараты с внутренним диаметром более 800 мм снабжаются для осмот-
ра и ремонта достаточным количеством лазов. Лазы располагаются в местах,
доступных и удобных для обслуживания, и имеют диаметр не менее 400 мм
для аппаратов, располагаемых в отапливаемых помещениях, и не менее 450 мм
для аппаратов, устанавливаемых на открытых площадках * *. Размер овальных
лазов не менее 325X400 мм. В аппаратах с внутренним диаметром 800 мм и
менее предусматриваются для осмртра стенок аппарата и их очистки круглые
или овальные люки с размером наименьшей оси 80 мм. Лазовые крышки мас-
сой более 20 кг для облегчения их открывания должны иметь соответствующие
приспособления (например, шарниры) или подъемные средства. Шарнирно-от-
кидные или вставные болты, хомуты, зажимные приспособления лазов, люков,
крышек и фланцев следует предохранять от сдвига.
Теплообменные аппараты и сосуды с рубашками независимо от диаметра
корпуса, а также аппараты, имеющие съемные днища или крышки, люки или
штуцера для внутреннего осмотра, разрешается изготовлять без лазов.
В настоящее время особое внимание уделяется созданию, освоению и про-
изводству новых эффективных машин и аппаратов, имеющих минимальное
электропотребление, меньшие металлоемкость и массогабаритные характери-
стики, высокие надежность и долговечность. Расширяется выпуск оборудования,
рабочий процесс которых основан на новых физических принципах, с примене-
нием новейших материалов, в том числе неметаллических и менее дефицит-
ных (см. § 2.2). Увеличивается выпуск прогрессивного реакторного тепло- и
массообменного оборудования на основе новых технологических процессов, а
также автоматизированного оборудования, оснащенного микроЭВМ и микро-
процессорами. Например, для автоматизированного управления сушилками,
фильтрами, центрифугами НИИхиммаш разработал новые адаптивные системы
с микропроцессорами «Ремиконт Р-100», которые обеспечивают поддержание
заданиых\параметров процесса.
__________
* Для сосудов и аппаратов, подлежащих внутренней антикоррозионной за-
щите неметаллическими материалами, размеры люков и лазов устанавливаются
в соответствии с ГОСТ 3016—79.
27
f 2.1. ОБЩИЕ НАПРАВЛЕНИЯ
В ПРОЕКТИРОВАНИИ ХИМИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
При создании современного химического оборудования общи-
ми направлениями в химическом машиностроении являются уни-
фикация, интенсификация, повышение надежности, эргономика,
укрупнение.
Унификация. Оборудование для проведения современных хими-
ко-технологических процессов чрезвычайно разнообразно, однако
для одних и тех же целей в различных отраслях химической про-
мышленности можно применять аналогичные (сходные) по кон-
струкции аппараты и машины. Это дает возможность унифициро-
вать не только отдельные сборочные единицы и детали, но и ряд
аппаратов и машин, например газоочистное и пылеулавливающее
оборудование (см. гл. 3), насосы и машины для сжатия газов (см.
гл. 7) и др.
Введение унификации химического оборудования облегчает
проектирование, изготовление и эксплуатацию аппаратов и машин
и повышает эффективность их использования. Так, унификация
теплообменных аппаратов химических производств дает возмож-
ность снизить затраты на техническое обслуживание, ремонт и за-
мену аппаратов, сократить время аварийных простоев и ремонта,
усовершенствовать организацию и внедрение прогрессивных мето-
дов проведения ремонтных работ, уменьшить запасы и отходы де-
талей и материалов, сократить численность ремонтного персонала.
В настоящее время типоразмерные и параметрические ряды
важнейших видов машин и оборудования химических производств
регламентированы ГОСТами, что позволило резко сократить коли-
чество типоразмеров оборудования и одновре-
менно увеличить серийность его выпуска.
ГОСТами установлены ряды давлений,
емкостей, диаметров сосудов и аппаратов (см.
§ 6.1): типы и размеры сосудов и аппаратов
стальных сварных, чугунных аппаратов, чу-
гунных эмалированных, медных, стальных вы-
сокого давления. На ряд конструкций машин-
ного и немашинного оборудования, применяе-
мого во многих химических производствах,
разработаны государственные и отраслевые
стандарты.
Перечень действующих ГОСТов на ряд ос-
новного технологического оборудования при-
веден в приложении П2.
Интенсификация. Увеличение масштабов
химических производств требует резкого по-
вышения интенсивности и эффективности
производственного оборудования. В большин-
Рис. 2.1. Герметич-
ный аппарат для
проведения процессов
в псевдоожиженном
слое
28
стве случаев это достигается путем интенсификации технологичес-
ких процессов за счет применения более высоких давлений и'по-
вышенных температур, увеличения скоростей, реализации более
активных катализаторов и их рационального использования, улуч-
шения гидравлических режимов в аппаратах и т. п. Так, освоен-
ные отечественной промышленностью процессы синтеза аммиака,
метанола, карбамида, бутиловых спиртов и другие осуществляют-
ся с помощью аппаратов, работающих при давлении до 32 МПа.
Производство полиэтилена проводится при давлении 500—700 МПа.
Интенсификации химического производства способствует при-
менение принципиально новых технологий, основанных на тонких
физических и химических процессах — плазменных, импульсных,
мембранных, радиационных, электронно-лучевых и др. (см. § 2.4
и 3.4).
Плазменная технология дает возможность сложные химические
реакции, требующие высоких давлений, температур и длительных
сроков, осуществлять за считанное время (см. § 3.3).
Импульсная технология используется, например, в установке
для тонкого измельчения промышленных материалов (химических
реактивов, катализаторов и др.) с широким диапазоном их физи-
ко-механических свойств (см. § 2.4) и в рукавном фильтре для ва-
куумных систем (см. § 3.1).
Мембранная технология применяется в промышленном газораз-
делении (для обогащения воздуха кислородом, для обогащения
воздуха азотом, в частности для создания защитной азотной сре-
ды и др.), а также при производстве хлора и каустической соды
(см. § 3.4). Для оснащения новых производств, а также реконст-
руируемых производств, работающих по ртутному методу, приме-
няют мембранный биполярный электролизер, конструкция которо-
го отличается высокой компактностью и обеспечивает легкость
сборки и разборки.
Ультразвуковое воздействие применено в акустическом фильт-
ре, предназначенном для фильтрации систем «жидкость — твердое
тело с улавливанием частиц размером 20—30 мкм и более круп-
ных, а также в газожидкостном реакторе для непрерывного син-
теза поликарбонатов (20].
Аппарат, принцип работы которого основан на воздействии
вращающегося электромагнитного поля на ферромагнитные части-
цы, изображен на рис. 2.1. Он состоит из реакционной емкости /,
выполненной из немагнитного материала в виде цилиндрической
трубы. В корпусе 2, закрепленном на стойке 3, расположен гене-
ратор вращающегося электромагнитного поля. На передней стенке
стойки расположен пульт управления. В реакционную емкость по-
мещают некоторое количество ферромагнитных частиц, которые
под действием электромагнитного поля совершают сложное
движение, образуя своеобразный псевдоожиженный (кипящий)
слой. Газообразные, жидкие или твердые компоненты свободно
29
проходят через этот слой, а ферромагнитные частицы удерживают-
ся магнитным полем. Интенсивное перемешивание в жидкой и га-
зообразных фазах можно осуществлять как при повышенном дав-
лении, так и в вакууме. Такой аппарат надежен в работе, так как
может быть легко герметизирован из-за отсутствия вращающихся
частей и динамических уплотнений.
Испытание аппарата в процессе получения суспензии алюмо-
хромокалиевого катализатора показало, что четыре таких аппара-
та могут заменить 12 аппаратов с мешалками емкостью 1,2 м3
каждый. При этом расход электроэнергии на получение единицы
объема суспензии сокращается в 60 раз. Этот аппарат можно при-
менять для широкого круга химических процессов (нейтрализации,
сульфирования, гидратации, поликонденсации, процессов, где ка-
тализаторами служат ферромагнитные частицы), а также для по-
лучения эмульсий и суспензий, перемешивания жидких и газооб-
разных сред.
Значительно интенсифицировать процесс обработки пастообраз-
ных материалов при сушке, прокаливании или сжигании позволя-
ет распыление. Северодонецким филиалом НИИхиммаша разрабо-
тан и изготовлен питатель-распылитель, принцип работы которого
основан на выдувании пасты из ячеек сетчатого (перфорирован-
ного) ротора.
Интенсифицировать процесс тепло- и массообмена позволяет аппарат ки-
пящего слоя *. Аппарат состоит из вертикального корпуса, внутри которого
размещены перемешивающее устройство с полым валом, полые вставки в виде
центрального конуса с кольцевыми перегородками, имеющие в сечении тре-
угольник, и газораспределитель. Полости вставок подключены к полости вала,
укреплены на нем и могут совместно вращаться над газораспределителем.
Кольцевые перегородки снабжены наклонно установленными направляющими
лопатками. Полые вставки представляют собой дуговые элементы, на срезе
которых встречно направлению вращения выполнена перфорация. Аппарат ки-
пящего слоя обеспечивает повышенную эксплуатационную надежность.
Интенсификация процесса термообработки сыпучих материалов достигнута
в теплообменном аппарате **. Теплообменный аппарат состоит из вертикально-
го корпуса, разделенного вертикальной перегородкой на два отсёка — для мел-
ких и крупных частиц. Первый отсек имеет загрузочный патрубок и трубчатые
теплообменники-сепараторы, установленные с чередованием на противополож-
ных стенках. Второй отсек снабжен переточными полками. С целью интенси-
фикации процесса термообработки и повышения эксплуатационной надежности
каждый теплообменник-сепаратор выполнен в виде грохота с размещенными
между трубами подпружиненными пальцами. Загрузочный патрубок снабжен
наклонно установленными направляющими пластинами. Теплообменный аппарат
дополнительно снабжен пылеуловителем полочного типа с подпружиненным
клапаном, установленным в корпусе над перегородкой.
Аппарат отличается повышенной эксплуатационной надежностью.
* А. с. 1173135 (СССР). Аппарат кипящего слоя / В. В. Федоренко,
А. Н. Колмогоров. Опубл, в 1985 г. Бюллетень № 30.
** А.с. 1173137 (СССР). Теплообменный аппарат для обработки сыпучих
материалов / Е. В. Донат, В. М. Варченко, Ю. А. Подосенко. Опубл, в 1985 г.
Бюллетень № 30.
30
Повышение надежности. Надежность — одно из необходимых
условий бесперебойной и длительной работы аппаратов и машин.
Прочность, жесткость, устойчивость, долговечность (срок службы)
и герметичность определяют механическую надежность оборудова-
ния. В химических установках вопросы надежности тесно связаны
со специфическими условиями работы оборудования — широким
диапазоном температур и давлений, а также с агрессивностью ра-
бочей среды.
Для современного химического оборудования повышение его
надежности и долговечности имеет особое значение, так как его
эксплуатация может быть связана с обработкой токсичных, вары-
во- и пожароопасных сред и осуществляться под высоким давле-
нием или в глубоком вакууме, при повышенных или низких тем-
пературах, больших скоростях.
При проектировании аппаратов высокого давления задача обес-
печения прочности и надежности выступает на первый план. Глав-
ное внимание в повышении надежности сосудов и внутренних уст-
ройств аппаратов высокого давления обращается на то, чтобы в
процессе эксплуатации они не требовали вскрытия, осмотра и ре-
монта. Это особенно важно для агрегатов большой единичной
мощности, каждые сутки и даже часы простоя которых связаны с
огромными потерями выпускаемой продукции.
ИркутскНИИхиммаш совместно с другими организациями ве-
дет работы над усовершенствованием созданных аппаратов высо-
кого давления и изготовлением новых, еще более экономичных
и более надежных в эксплуатации. Так, повышенной эксплуата-
ционной надежностью отличаются созданные й настоящее время
спирально-рулонные сосуды и рулонно-армированные сосуды вы-
сокого давления (см. § 2.4).
Резервы повышения важнейшего показателя долговечности —
срока службы оборудования — должны быть изысканы уже на ста-
дии проектирования. Так, НИИэмальхиммаш обеспечивает созда-
ние нового прогрессивного эмалированного оборудования, соответ-
ствующего по техническому уровню и качеству последним дости-
жениям научно-технического прогресса (см. § 2.2).
Совершенствование конструкций эмалированных аппаратов,
применение новых покрытий способствовали увеличению его сро-
ков службы. Так, срок службы аппаратов с перемешивакйцими
устройствами составляет 6—8 лет; емкостного оборудования — 7—
8,5 лет; теплообменников и выпарных аппаратов — 6,5 лет; фильт-
ров — 6,5—-7,5 лет.
Как известно, одним из условий надежной работы химических
машин и аппаратов является герметизация. Особое значение име-
ет герметичность при работе с токсичными, взрыво- и пожароопас-
ными средни, так как утечка перерабатываемых жидкостей ;и га-
зов через уплотнения в окружающую среду может привести 'к от-
равлениям, пожару, взрыву. Устранить утечки стало возможным
31
благодаря применению герметической аппаратуры. Такая annaj
тура находит все более широкое применение в различных отрасл
промышленности.
Для проведения процессов с маловязкими, но высокотоксичн
ми или взрывоопасными средами, а также для получения хи»
чески высокочистых продуктов разработаны и изготовлены стальн
герметичные реакторы с пульсационным перемешиванием. Пулы
ционное перемешивание обладает важным преимуществом пер
широко распространенными механическими мешалками, наприм
якорными (см. § 4.4), так как позволяет обеспечить полную гер»
тичность реактора при высокой интенсивности перемешивания.
Перемешивание сред в герметичных реакторах осуществля;
струями реагентов, истекающими из сопл двух пульскамер, не!
движно закрепленных на крышке реактора. Всасывание и выбр
реагентов из сопл пульскамер происходит за счет разрежения и
избыточного давления, создаваемых генераторами низкочастотна
колебаний — роторным двухкамерным пульсатором.
В последние годы с целью повышения надежности оборудоЕ
ния произошли большие изменения в конструктивных элемент
химических аппаратов и машин, были разработаны новые кон<
рукции систем смазки, подогрева, охлаждения, загрузки продую
дозирования, контроля, компенсаторов, уплотнений, креплений
др. Так, в эмалированных аппаратах с перемешивающими устрс
ствами стали применять в основном торцевые уплотнения, харг
теризующиеся высокими герметичностью и надежностью в рабо*
Аппараты комплектуются комбинированными прокладками с фп
ропластовым чехлом, обеспечивающими требуемую герметичное
без больших усилий при затяжке фланцев, что уменьшило возмо:
ность появления сколов защитного покрытия. Для крепления фла
пев люков и крышек эмалированного оборудования взамен болл
вых соединений стали применять зажимы, что обеспечило наде:
ную герметичность аппаратов и удобство обслуживания.
Большие изменения произошли в конструкциях валковых м
шин (вальцах и каландрах), широко используемых в химическ
производствах для процессов смешения, пластификации, перетир
кия и дробления полимерных материалов, а также изготовлен
изделий из пластмасс и резины. Конструкции этих машин знач
тельно усовершенствованы за счет применения рациональных сх<
расположения валков и существенного изменения конструкц!
элементов и отдельных устройств машин: приводов каландров
вальцов, механизмов регулирования зазора, приспособления д<
компенсации прогиба валков, конструкций подшипников, сист<
обогрева и охлаждения валков.
Эргономика. Комплексная механизация и автоматизация, а та
же интенсификация технологических процессов существенно изм
няют условия труда человека. Это вызывает необходимость уч
тывать при проектировании оборудования свойства и возможное
32
человека, который будет обслуживать это оборудование, т. е. тре-
бования эргономики. Основные элементы эргономики — гигиениче-
ские, физиологические и эстетические требования к конструкции
технологического оборудования. Качество аппаратов, машин, ме-
ханизмов должно оцениваться не только их эффективностью; про-
ектируемое оборудование не должно быть источником неблаго-
приятных гигиенических условий труда. При обслуживании обо-
рудования и управлении следует исключать выполнение операций
в неудобной рабочей позе, применение слишком большого количе-
ства операций, слишком больших усилий, слишком резких дви-
жений суставов и др. Внешний же вид, пропорции, окраска обору-
дования должны оказывать приятное эмоциональное воздействие
на человека.
Общие эргономические требования к производственному обо-
рудованию устанавливает ГОСТ 12.2.049—80, а к рабочим местам
при выполнении работ (при проектировании нового и модерниза-
ции действующего оборудования и производственных процессов) —
ГОСТ 12.2.032—78 и 12.2.033—78.
Укрупнение химического оборудования. Многотоннажные про-
изводства вызывают необходимость увеличения единичной мощ-
ности оборудования, что в свою очередь требует создания укруп-
ненного (крупногабаритного) оборудования, комбинированных ус-
тановок и совмещенных агрегатов. Применение укрупненного обо-
рудования дает возможность увеличить его производительность
при снижении капитальных затрат и эксплуатационных расходов,
так как уменьшаются число аппаратов или машин, протяженность
коммуникаций (трубопроводов), количество необходимой армату-
ры, контрольно-измерительных приборов и средств автоматизации,
металловложения на тонну продукции, сокращаются площадь за-
стройки, количество обслуживающего и ремонтного персонала.
В настоящее время создаются агрегаты, в 5—10 раз превосхо-
дящие имеющиеся по единичной мощности. Осваиваются процес-
сы, связанные с применением оборудования, работающего под дав-
лением до 300 МПа; производство полиэтилена при давлении 500—
700 МПа. Решение этих сложных инженерных задач возможно
только за счет создания новых конструкций крупногабаритных
аппаратов большой единичной мощности и принципиально новой
технологии их изготовления.
Внедрение в промышленность крупнотоннажных агрегатов по-
требовало создания крупногабаритных сосудов высокого давления
с внутренним диаметром до 3 м, длиной корпуса до 35 м, единич-
ной массой Деборе до 660 т.
При проектировании крупногабаритного оборудования следует
учитывать, что его нужно транспортировать. Тенденция к увеличе-
нию производительности технологического оборудования, как ука-
зывалось выше, вызывает увеличение размеров различных аппа-
ратов; отдельные виды оборудования из транспортабельного ста-
2 Зак. 1766
33
новятся не приспособленными к перевозке в собранном виде, осо-
бенно по железным дорогам, в связи с ограничениями, наклады-
ваемыми габаритами подвижного состава (рис. 2.2).
Четырехосная матфарна Ц“50т
Рис. 2.2. Габариты подвижного состава железнодорожного транспорта
М
Таблица 2.1. Габаршшае « массеаме нараметрм оборудмаммя
Наибольший диа- метр аппарата (с учетом выступа- ющих частей), м Масса, т Длина, м Степень негабаритности
боковой верхней
3,2 ПО 45 III п
3,4 ПО 45 IV III
3.4 110 37 ш и
3,6 110 43,6 IV III
3,6 100 37 III II
3,8 100 37 III II
4,0 100 32 IV III
4,2 55 9,8 (цилиндри- ческая часть) IV III
4Х45 59 10 IV IV
5,0 59 2,0 — IV
При проектировании крупногабаритного оборудования необхо-
димо предусмотреть, чтобы отдельные его части (блоки) были
транспортабельны, с возможно наименьшими степенями верхней
и боковой негабаритности (табл. 2.1 и рис. 2.2).
К перевозкам речным транспортом по магистральным водным
путям (реки Волга, Кама, Ока, Белая, канал им. Москвы, Волго-
Донской судоходный канал им. В. И. Ленина, р. Дон — от Калача
до Ростова) по согласованию с Министерством речного флота
РСФСР допускается: на судах — аппаратура диаметром до 8 м и
длиной до 55 м; с буксировкой на плаву — герметизированная ап-
паратура диаметром до 10 м и длиной до 100 м. Железнодорож-
ным транспортом допускается перевозить (с предварительным при
проектировании согласованием с МПС) аппараты, размеры и мас-
са которых приведены ниже:
Диаметр, мм .... 4380
Длина, мм............... 11
Масса, т.................400
3900 3840 4000 3800 3200
22 30 21 37 48
240 240 120 120 120
§ 2.2. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ И ВЫБОР МАТЕРИАЛОВ
И ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИИ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
ХИМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
Материалы для изготовления химических аппаратов и машин
нужно выбирать в соответствии со спецификой их эксплуатации,
учитывая при этом возможное изменение исходных физико-хими-
ческих свойств материалов под воздействием рабочей среды, тем-
пературы и протекающих химико-технологических процессов. При
выборе материалов для аппаратуры необходимо руководствоваться
отраслевым стандартом ОСТ 26.291—79.
Выбор материала надо начинать с уточнения рабочих условий:
температуры, давления, концентрации обрабатываемой среды. При
35
2*
выборе материала для изготовления аппарата или машины необ-
ходимо учитывать следующее: механические свойства материала —
предел прочности, относительное удлинение, твердость и т. п.; тех-
нологичность в изготовлении (в частности, свариваемость); хими-
ческую стойкость против разъедания; теплопроводность и др. На-
пример, механические свойства материалов, из которых изготовле-
на работающая аппаратура, существенно изменяются при низких
и высоких температурах. Хорошая свариваемость металлов также
является одним из необходимых условий их применения, так как
при современной технологии химического аппаратостроения основ-
ной способ выполнения неразъемных соединений — сварка.
Главным же требованием для материалов химических аппара-
тов в большинстве случаев является их коррозионная стойкость,
так как она определяет долговечность химического оборудования.
Агрессивность среды в зависимости от ее концентрации может
быть больше или меньше. При выборе для аппаратуры материала
из черных и цветных металлов и сплавов при условии их равно-
мерной коррозии следует руководствоваться ГОСТ 13819—68, в
котором коррозионная стойкость в различных химических средах
оценивается по 10-балльной шкале (табл. 2.2). Коррозионная стой-
кость металлов при скорости коррозии * 0,5 мм/год и выше оцени-
вается по группам стойкости, а при скорости коррозии ниже
0,5 мм/год — по баллам.
Для изготовления химической аппаратуры должны использо-
ваться конструкционные материалы, скорость коррозии которых
не превышает 0,1—0,5 мм/год; чаще применяются материалы стой-
Таблица 2.2. Коррозионная стойкость металлов
Группа стойкости Балл Скорость коррозии металла, мм/год
Совершенно стойкие Весьма стойкие I 2 Менее 0,001 Свыше 0,001 до 0,005
Стойкие 3 4 » 0,005 » 0,01 » 0,01 » 0,05
Пониженно стойкие 5 6 » 0,05 » 0,1 » 0,1 » 0,5
Малостойкие 7 8 » 0,5 » 1,0 » 1,0 » 5,0
Нестойкие 9 10 » 5,0 » 10 Свыше 10
* Под скоростью коррозии металлов в 10-балльной шкале следует пони-
мать проникновение коррозии в глубину металла, которая рассчитывается из
данных потери массы после удаления продуктов коррозии. Проникновение кор-
розии П (мм/год) рассчитывают по формуле П=К-10~3/р, где К — потеря в
массе, г/(м2’год); р— плотность металла, г/см3.
36
кие (скорость коррозии 0,01—0,05 мм/год). Конструкционные ма-
териалы для химической аппаратуры приводятся ниже.
Стали. Углеродистые стали (ГОСТ 380—71) в зависимости от
назначения подразделяют на группы: А — поставляемую по меха-
ническим свойствам; Б — поставляемую по химическому составу;
В — поставляемую по механическим свойствам и по химическому
составу. Сталь изготовляют следующих марок: группы А — СтО,
Ст1, Ст2, СтЗ, Ст4, Ст5, Стб; группы Б — БСтО, БСт1, БСт2, БСтЗ,
БСт4, БСт5, БСтб; группы В — ВСт2, ВСтЗ, ВСт4, ВСт5. Сталь
всех групп с номерами марок 1, 2, 3 и 4 по степени раскисления
изготовляют кипящей, полуспокойной и спокойной. Стали марок
СтО и БСтО по степени раскисления не разделяют. Для обозначе-
ния степени раскисления к обозначению марки стали добавляют
индексы: кп — кипящая, пс — полуспокойная, сп — спокойная (на-
пример, СтЗкп, СтЗпс или БСтЗсп, БСтЗкп).
Для обозначения полуспокойной стали с повышенным содержа-
нием марганца к обозначению марки стали прибавляют букву Г
(например, СтЗГпс, ВСтГпс).
Согласно ОСТ 26.291—79, углеродистая сталь кипящая не
должна применяться в сосудах и аппаратах, предназначенных для
сжижения газов, а также в средах и аппаратах, соприкасающихся
со взрывоопасными и пожароопасными средами, средами 1-го и
2-го классов опасности (ГОСТ 12.1.007—76 и 12.1.005—76), среда-
ми, вызывающими коррозионное растрескивание (растворы едко-
го калия и натрия, азотнокислого калия, натрия, аммония и каль-
ция, азотной кислоты и аммиачной воды, жидкого аммиака и др.),
и средами, вызывающими сероводородное растрескивание.
Механические свойства углеродистой стали при растяжении
приведены в табл. 2.3.
Низколегированные стали — кремнемарганцовые марок 16ГС
(ЗН) и 09Г2С (М) повышенной прочности и надежности получили
за последние годы широкое распространение в химической про-
мышленности. Марки этой стали отличаются повышенными проч-
ностными качествами. Нормативные допускаемые напряжения ста-
лей марок 16ГС и 09Г2С на 15—35% превышают нормативные до-
пускаемые напряжения сталей марок СтЗ, 20 и 20К (см. табл. 5.2).
Кроме того, кремнемарганцовые стали обладают хорошей пластич-
ностью, высокими значениями ударной вязкости при отрицатель-
ных температурах (табл. 2.4), а также отличной свариваемостью.
Поэтому при изготовлении аппаратуры на среднее давление для
некоррозионных сред целесообразно применять высокопрочные
марки низколегированных сталей, так как это позволяет умень-
шить толщину^стецки аппарата и тем самым сократить его массу,
т. е. сэкономить металл. Применение этих сталей для аппаратов,
работающих в условиях пониженных температур (до —70°C), зна-
чительно повышает их эксплуатационную надежность.
37
В зависимости от основного назначения низколегированная
сталь разделяется на две группы:
А — сталь для металлических конструкций — марганцовистая ;
<14Г, 19Г, 09Г2, 14Г2, 18Г2), кремнемарганцовая (12ГС, 16ГС,
17ГС, 09Г2С, 10Г2С1), марганцово-ванадиевая (15ГФ), хромокрем -
немарганцовая (14ХГС) и хромокремнекикелевая с медью
(15ХСНД, 10ХСНД) — табл. 2.4;
Б — сталь для армирования железобетонных конструкций. .
Для изготовления аппаратов, предназначенных для работы с j
коррозионными средами я для работы при высоких температурах,
применяют высоколегированные стали. Согласно ГОСТ 5632—72, ?
в зависимости от основных свойств эти стали н сплавы подразде- '
ляют на три группы:
I — коррозионно-стойкие (нержавеющие) стали, обладающие ’
стойкостью против электрохимической и химической коррозии (ат-
мосферной, щелочной, кислотной, солевой, почвенной и др.), а так-
же межкристаллитной коррозии (08X13, 12X17, 12Х18Н10Т, j
10Х17Н13М2Т и др.); j
II — жаростойкие (окалиностойкие) стали и сплавы, обладаю- i
щие стойкостью против химического разрушения поверхности в >
газовых средах при температуре свыше 550 °C и работающие в j
Таблица 2.3. Механические свойства углеродистой стали
Марка стали Временное сопротивле- ние ств> МПа Предел текучести от, МПа. для толщин, мм Относительное удли- нение Л. %, для толщин, мм
до 20 свыше 20 до 40 свыше 40 до 100 свыше 100 до 20 свыше 20 До 40 свыше 40
СтО Не менее 310 — — — — 23 22 20
Ст1кп 310—400 —. — -— — 35 . 34 32
Ст1пс Ст1сп 320—420 — — — — 34 33 31
Ст2кп 330—420 220 210 200 190 33 32 30
Ст2пс Ст2сп 340—440 230 220 210 200 32 31 29
СтЗкп 370—470 240 230 220 200 27 26 24
СтЗпс 380—490 250 240 230 210 26 25 23
СтЗсп СтЗГпс 380—500 250 240 230 210 26 25 23
Ст4кп 410—520 260 250 240 230 25 24 22
Ст4пс Ст4сп 420—540 270 260 250 240 24 23 21
Ст5пс Ст5сп 500—640 290 280 270 260 20 19 17
Ст5Гпс 460—600 290 280 270 260 20 19 17
Стбпс Стбсп Не менее 600 320 310 300 300 15 14 12
38
Таблица 2.4. Механические характеристики стали грушш А
для металлических конструкций
Марка стали Толщина Механические свойства j
при растяжении Ударная вязкость а^, 10 • Дж/м*
временное сопротнв- предел относи- тельное
при температуре , ’С
ление разрыву а , МПа текучести G , МПа удлинение 6, %
В +20 -40 -70
не менге
14Г 4—10 460 290 21 — 3,5 ——
19Г 4—10 480 320 22 — 3,5 —
09Г2 4—20 450 310 21 — 3,0 —
21—32 450 300 21 — 4,0 — >
14 Г2 4—10 470 340 21 — 3,5 —
11—32 460 330 21 — 3,0 —
18Г2 8—10 520 360 21 —. 4 —
12ГС 4—10 470 320 26 — —• ——
16ГС 4—10 500 330 21 — 4 3
11—20 490 320 21 6 3 2.5
21—32 480 300 21 6 3 2,5
33—60 470 290 21 6 3 2,5
Свыше 60 460 280 21 6 3 2,5
до 160
17ГС 4—10 520 350 23 — 4,5 ——
11—20 500 340 23 — 3,5 —
09Г2С 4—10 500 350 21 4 3,5
11—20 480 330 21 6 3,5 3
21—32 470 310 21 6 3,5 3
33—60 460 290 21 6 3,5 3
61—80 450 280 21 6 3,5 3
Свыше 80 440 270 21 6 3,5 3
у до 160
10Г2С1 \ 4—10 520 380 21 4 3
11-20 510 360 21 6 3 2,5
21—32 500 350 21 6 3 2,5
33—60 480 340 21 6 3 2,5
Свыше 60 460 320 21 6 3 2,5
до 160
15ГФ 4—10 520 380 21 — 4 —
11—20 520 . 360 21 3 —~
21—32 480 \ 340 21 — 3 —
14ХГС 4—10 500 22 4 —
15ХСНД 4—32 500 350 21 — 11» 3 3
юхснд 4—10 540 400 19 — 5 —
11—15 540 400 19 —— 4 3
16—32 540 400 19 5 3
33—40 520 400 19 — 5 3
3»
ненагруженном или слабона груженном состоянии (12X17,
12Х18Н10Т, 20Х23Н13, 15X18 и др.) ;
III — жаропрочные стали и сплавы, работающие в течение оп-
ределенного времени при высоких температурах в нагруженном
состоянии и обладающие при этом достаточной окалиностойкостью
(20X13, 12X13, 12Х18Н10Т, 20Х23Н18 и др.).
Создана новая коррозионно-стойкая нержавеющая сталь
03Х18Н11 с пониженным содержанием кремния. Из промышлен-
ных плавок этой стали изготовлено различное оборудование про-
изводства азотной кислоты (сепаратор нитрозных газов, подогре-
ватель химически очищенной воды), срок службы которого при
содержании кремния не более 3% должен увеличиться в два ра-
за и более. В настоящее время металлургия производит сталь ма-
рок 08Х18Н11 в соответствии с ГОСТ 5632—72 с верхним преде-
лом содержания кремния 0,8%.
Экономно-легированные и безникелевые стали. Значительным
резервом снижения себестоимости и металлоемкости технологиче-
ского оборудования химических производств, а также экономий
остродефицитного никеля является широкое применение во вновь
создаваемом оборудовании экономно-легированных и безникеле-
вых сталей 08Х22Н6Т, 08Х12Н6М2Т, 08Х18Г82Т, 07Х13АГ20, 08X13
взамен используемых в настоящее время высоколегированных ни-
келем сталей 12Х18Н10Т и 10Х17Н13М2Т.
С целью выбора оптимального материала для создаваемого
оборудования производства полипропилена в ЛенНИИхиммаш
были проведены исследования коррозионной стойкости в рабочих
средах действующих производств различных сталей и сплавов, в
том числе экономно-легированных никелем сталей, что является
актуальным с точки зрения замены остродефицитных высоконике-
левых сталей. Полученные результаты показали, что экономно-ле-
гированные никелем стали 08Х22Н6Т и 08Х18Г8Н2Т, скорость кор-
розии которых в средах аппаратов участка приготовления катали-
заторного комплекса составляет менее 0,01 мм/год, могут приме-
няться для изготовления оборудования этого участка взамен стали
12Х18Н10Т. Это позволит, учитывая высокие прочностные свойст-
ва сталей 08Х22Н6Т и 08Х18Г8Н2Т, снизить металлоемкость обо-
рудования, сэкономить дефицитный никель и обеспечить экономи-
ческий эффект 25 тыс. руб.
В производстве полиэтилена низкого давления (ПЭНД) реак-
торы-полимеризаторы можно выполнять из сталей 07Х13АГ20 и
08Х18Г8Н2Т (опытные образцы) и 08Х22Н6Т (серийные аппара-
ты) без ущерба для надежности и долговечности; сборник суспен-
зии ПЭНД —из стали 08Х22Н6Т; оборудование, работающее на
стадии разложения каталитического комплекса спиртом, а также
скруббер-отделитель и холодильник-конденсатор, эксплуатирую-
щиеся в средах со значительным содержанием хлоридов, необходи-
мо изготовлять из стали 08X21Н6М2Т.
40
Таблица 25. Механические характеристики коррозионно-стойких
безникелевых аустенитных сталей марок 03Х13АГ19 и 07Х13АГ20
Температу- ра, °C Предел прочности Ов, МПа Предел текучести От, МПа Относитель- ное удли- нение б, % Относитель- ное суже- ние, % Ударная вязкость ан, МДж/м2
4-20 8,35 3,75 74,0 71,0 2,4
—196 14,45 7,5 46,5 3.9,5 1,6
—253 14,41 8,8 15,0 17,0 1,45
В производстве поливинилбутираля (ПВБ) на стадии полиме-
ризации можно применять безникелевую сталь 07Х13АГ20 и двух-
слойную сталь с плакирующим слоем из стали 08X13, на участках
омыления, растворения поливинилового спирта, ацетилирования и
отмывки — сталь 08Х22Н6Т.
Важным направлением применения экономно-легированных и безникелевых
конструкционных материалов является модернизация червячных машин техно-
логических линий типа ЛК. В ПО «Уралхиммаш им. 50-летия СССР» будет
изготовлена рушильная червячная машина с применением стали 08Х21Н6Т.
В производстве каучука СКИ-3 на одном из нефтехимических заводов для
отжимной червячной машины линии ЛК-4 применен вал из стали 30X13, ре-
сурс работы которого в три раза больше, чем у вала из стали 12Х18Н10Т.
Экономия остродефицитного никеля при изготовлении каждого такого вала из
стали 30X13 составляет 150 кг.
В настоящее время для сварных конструкций внедрена в производство но-
вая ферритная коррозионно-стойкая сталь 03Х18БФЮ, не содержащая дефи-
цитных элементов. Она используется для изготовления емкостей в производстве
минеральных удобрений. Внедрение безникелевой стали 03X18БФЮ взамен
хромоникелевой стали 12Х18Н10Т дает экономию 100 г никеля на тонну стали
и позволяет получить экономический эффект 150 тыс. руб. только при изготов-
лении хранилищ неконцентрированной азотной кислоты на вновь строящихся
агрегатах. Эту сталь применяют в диапазоне температур от —10 до 300 °C.
Коррозионно-стойкие безникелевые аустенитные стали марок
03Х13АГ19 и 07Х13АГ20, предназначенные для работы при темпе-
ратурах от 4-400 до —210°C, устойчивы к действию фосфорной
(10%-ной), азотной (до 50%) и уксусной (10%-ной) кислот; хло-
ристого натрия (10%-ного) при температуре 50СС, а также к дей-
ствию различных аминопродуктов. Эти стали рекомендуют для из-
готовления оборудования, работающего в районах Крайнего Севе-
ра и вечной мерзлоты.
Механические свойства этих сталей приведены в табл. 2.5.
Двухслойные металлы. Для обеспечения амортизационного сро-
ка службы аппарата достаточен слой коррозионно-стойкого мате-
риала толщиной в несколько миллиметров, а для обеспечения усло-
вий прочности нужна стенка значительно большей толщины.
Один из эффективных способов экономии дефицитных корро-
зионностойких сталей — применение двухслойных Металлов с ос-
новным слоем из углеродистой стали и плакирующим (защитным)
слоем из коррозионно-стойкой стали или цветных металлов и спла-
41
bob. В качестве плакирующего слоя применяют стали марок 08X13,
12Х18Н10Т, 08Х17Н13М2Т, 08X17H13M3T, 06ХН28МДТ и др., а
также цветные металлы и сплавы (никель, монель-металл). В нас-
тоящее время имеются двухслойные стали с плакирующим слоем
нз меди, латуни, серебра и титана. Применение двухслойных ме-
таллов кроме экономии дефицитных металлов и сплавов дает воз-
можность получить такое сочетание нужных свойств, которого
нельзя достичь при использовании какого-либо одного металла.
Примером может служить двухслойная сталь СтЗ+08X13. Сама
по себе высокохромистая сталь 08X13, несмотря на удовлетвори-
тельную коррозионную стойкость, в некоторых средах не является
эффективным конструкционным материалом из-за низкой ударной
вязкости и хрупкости сварных швов. В сочетании же со сталью
СтЗ, 15К или 20 К сталь 08X23 представляет собой материал с вы-
сокими механическими и антикоррозионными свойствами.
Технические требования к двухслойной листовой стали опре-
делены ГОСТ 10885—75. Этот ГОСТ распространяется на горяче-
катаную листовую двухслойную коррозионно-стойкую сталь с ос-
новным слоем из углеродистой или низколегированной стали и пла-
кирующим слоем из коррозионно-стойкой (нержавеющей) стали
или из никеля. В ГОСТ 10885—75 дополнительно включены двух-
слойные листы с основным слоем из сталей марок 12ХМ, 1Х2М1 и
10ХГСН1Д. В соответствии с ГОСТ 10885—75 двухслойные листы
изготовляют толщиной 4—160 мм.
Толстолистовая коррозионно-стойкая сталь, плакированная
взрывом, разработана ЦНИИТмашем. Она представляет собой би-
металлический материал. По сравнению с другими методами полу-
чения двухслойной стали плакирование взрывом обеспечивает га-
рантированную толщину плакирующего слоя, высокое качество
его поверхности, не требующее дополнительной обработки, зна-
чительную экономию высоколегированной стали, замену наплавоч-
ных материалов листом.
Сталь (например, 22К4-08Х18Н10Т) успешно используют при
изготовлении кованых, литых и катаных заготовок и сосудов мас-
сой до 250 т при толщине стенки 100 мм и плоских деталей мас-
сой до 50 т. Экономический эффект при плакировании взрывом в
расчете на тонну двухслойной стали (толщиной 1004-4 мм) дос-
тигает 300—500 руб.
Применение двухслойных сталей особенно целесообразно, ког-
да из условий обеспечения необходимой прочности требуется ис-
пользовать стенки большой толщины (например, в аппаратах, ра-
ботающих под давлением), а также в тех случаях, когда предъяв-
ляются особые требования к чистоте обрабатываемых сред (не
сильно коррозионных), так как при обработке или хранении не
будет загрязнений их продуктами реакции с материалом стенки.
Материалы, применяемые для изготовления аппаратов высоко»
42
го давления. Многослойные сосуды и аппараты высокого давления
изготовляют из листовой и рулонной сталей.
С целью снижения металлоемкости крупногабаритных рулони-
рованных сосудов высокого давления (см. § 2.4) внедрена новая
рулонная сталь 17Г2СФБ. Это высокопрочная горячекатаная хо-
рошо свариваемая рулонная сталь с пределом прочности до
700 МПа. Ее используют для изготовления корпусов крупногаба-
ритных аппаратов высокого давления, работающих при темпера-
туре стенки до 300 °C, взамен рулонной стали 10Г2С1 шириной
полосы 1500 мм (ширина полосы стали 17Г2СФБ 1700 мм) с пре-
делом прочности 510 МПа. Применение новой рулонной стали
обеспечивает надежность работы, а увеличение стоимости компен-
сируется снижением массы и трудоемкости изготовления оборудо-
вания.
Основные материалы, применяемые для отдельных элементов
сосудов и аппаратов высокого давления, приведены в табл. 2.6.
Увеличение объемов производства, расширение области приме-
нения, повышения параметров работы сосудов высокого давления
требуют изыскания новых материалов для их изготовления, в том
числе рулонных сталей с повышенными прочностями и пластиче-
скими свойствами, с шириной полосы 2200 мм и более.
В настоящее время актуальна задача внедрения новых марок
толстолистовых сталей, используемых для изготовления штампо-
ванных днищ и поковок для кованосварных сосудов и концевых
частей крупногабаритных рулонированных сосудов.
С целью более полного использования преимуществ рулониро-
ванной конструкции ведутся работы по переходу на изготовление
в рулонированном исполнении частей сосудов, изготовляемых ко-
ваными. Это касается в первую очередь замены кованых фланцев
рулонированными и монолитных днищ многослойными.
Чугуны. Высокопрочный чугун с шаровидным графитом (ВЧ)
является одним из перспективных конструкционных материалов.
ВЧ применяют для изготовления ответственных деталей полимер-
ного оборудования и промышленной трубопроводной арматуры. В
высокопрочном чугуне (ГОСТ 7293—79) сочетаются высокие тех-
нологические, механические и эксплуатационные свойства. Так, у
ВЧ по сравнению со сталью 20 предел текучести больше в 1,2—
1,8 раза, предел длительной прочности при высоких температу-
рах— в 1,4 раза. Кроме того, ВЧ имеет более высокую ^механиче-
скую обрабатываемость на станках. —
Для изготовления деталей оборудования, работающего с кор-
розионными средами при повышенных температурах (до 500—
600°C), можно применять отливки из легированного чугуна с по-
вышенной жаростойкостью, коррозионной стойкостью, износостой-
костью или жаропрочностью (ГОСТ 7769—82).
Согласно ГОСТу, чугуны подразделяются на виды и марки по
преобладанию легирования и назначению.
43
Таблица 2.6. Материалы для изготовления элементов аппаратов
высокого давления м их механические характеристики
Нанменованне изделия Марка стали Толщина листа или поковки, мм, ие более Температура испытания, °C Предел прочности, МПа Относитель- ное удлине- ние б, %
% °т
Центральные обечай- ки, футеровка для днищ, фланцев и крышек 12Х18Н10Т (ГОСТ 7350-77) 4—50 20 530 234 38
09Г2С 20 300 471 422 324 235 22
Спиральные слои кор- Рулонная сталь (ширина 20 700 600 22
пуса и наружные обе- чайки 17Г2СФБ (ТУ 141-1970—77) полосы 1700 мм) 300 680 510 21
Крышки, фланцы, дни- 09Г2С (м) 500, 20 451 294 20
ща масса до 3 т 300 382 205 —
Крышки, фланцы, гор- ловины, футерованные Сталь 20 30—500 20 300 362 314 186 156 17
сталью марки 12Х18Н10Т 550 20 589 441 15
Крышки 20Х2МА 300 490 343
22ХЗМ 253ХНМ 700 20 300 638 569 490 343 15
Фланцы, днища, гор- ловины, обтюраторы двухконусные 20Х2МА 270 20 300 589 490 441 343 16
Обтюраторы двухко- нусные 18ХЗМВ 100 20 638 441 16
Обтюраторы «дельта- 12Х18Н10Т 50 20 530 235 38
образные» 12X13 (ГОСТ 7350—77) 20 490 343 21
Шпильки основные 25X1 МФ 150 20 300 834 687 638 490 15
Гайки основные ЗОХМА (ГОСТ 4543—71) 100 20 736 539 14
Шайбы ЗОХ (ГОСТ 4543—71) 100 20 687 490 14
ПV'1 а к* е’ Для Деталей сосудов высокого давления, изготавляемых из сталей
марок 20 и 20К, рабочая температура стенки должна приниматься не ниже —30 °C.
44
Таблица 2.7. Механические характеристики легированного чугуна
Марка чугуна Вид чугуна Характеристика Предел проч- ности. МПа Относитель- ное удлине- ние, % Твердость НВ. МПа
растя- жение нзгнб
4Г6СЗШ (износо- стойкий) Высоколе- гированный (марган- цовистый) Износостойкий против истирания в мельницах 490 — 4 1250— 2500
4Н15ДЗШ (жаро- прочный) Высоколе- гированный (никелевый) Высокая коррозион- ная и эрозионная стой- кость в щелочах, слабых растворах кислот, серной кислоты любой концент- рации при />323 К. Имеет высокий коэффи- циент термического рас- ширения 340 — 4 1200— 2500
4Н19ХЗШ (жаро- прочный) 4Н11Г7Ш (жаро- прочный) Высоколе- гированный (никелевый) Жаропрочность при t до 873 К, высокая кор- розионная и эрозионная стойкость в щелочах, слабых растворах кис- лот, серной кислоте лю- бой концентрации при />323 К, в среде пе- регретого водяного пара, в морской воде. Имеет высокий коэффициент термического расшире- ния 340 390 — 4 4 1200— 2500 1200— 2500
В табл. 2.7 приведены механические характеристики некоторых
марок легированного чугуна для отливок со специальными свойст-
вами (ГОСТ 7769—82), пределы прочности при растяжении и из-
гибе и твердость чугуна указаны при температуре 288—303 К.
Цветные металлы и сплавы. Цветные металлы — свинец, медь,
алюминий, никель — и их сплавы применяют для изготовления
сварной, паяной и литой аппаратуры, работающей в условиях сред-
ней и повышенной агрессивности.
Медь, латунь, алюминий и его сплавы являются также основ-
ными конструкционными материалами для изготовления аппара-
туры для работы при отрицательных температурах (до —254°C).
Марки металлов и сплавов согласно ГОСТам, а также реко-
мендации по выбору их для паяной, сварной и литой аппаратуры
45
в соответствии с рабочими условиями при ее эксплуатации (дав-
лением, температурой) и для различных агрессивных сред приве-
дены в (4].
Новые конструкционные металлы и сплавы. Условия эксплуа-
тации оборудования в химической промышленности иногда ока-
зываются слишком жесткими даже для высоколегированных ста-
лей. В этом случае для его изготовления требуется применение
дефицитных металлов и их сплавов. Интенсификация отдельных
процессов является также предпосылкой необходимости примене-
ния таких материалов, например, для ответственных частей аппа-
рата, где в результате наиболее острой фазы реакции имеют мес-
то максимальная температура и химическая активность, а также в
условиях резких колебаний температуры и теплообмена в агрес-
сивных средах. Здесь особенно применимы титан, тантал, цирко-
ний и ниобий, обладающие исключительно высокой коррозионной
стойкостью в большинстве агрессивных сред в широком диапазоне
концентраций и температур. Высокая надежность аппаратуры из
этих металлов при длительной эксплуатации в значительной мере
компенсирует их относительно большую стоимость.
Физико-механические характеристики новых конструкционных
металлов приведены в табл. 2.8.
Цирконий применяют для изготовления оборудования, работаю-
щего в контакте с соляной, уксусной, лимонной и муравьиной кис-
лотами. Цирконий не разрушается под действием этих кислот да-
же при температуре кипения.
Высокая теплопроводность тантала, в 14 раз превышающая
теплопроводность нержавеющих сталей, делает его незаменимым
при изготовлении разного рода теплообменной аппаратуры (змее-
виковых и кожухотрубчатых теплообменников), а также различ-
ной арматуры повышенной надежности, работающей при высоком
давлении и в вакууме.
Таблица 2.8. Физико-механические характеристики новых
конструкционных металлов
Металл
Цирконий
Ниобий
Тантал
6 450
8 700
16 600
1852±10
2468±10
2996
6,58
7,1
6,58
97 000
160 000
192 000
300— 500
297
350—520
210—280 15—Зо
210 10
— 25—40
* Отожженного металла.
46
Таблица 2.9. Механические характеристики титана н его сплава
Марка Толщина, мм Предел прочности <Ув, МПа Относительное удлинение 6, %, не менее Состояние материала
ВТ-1 0,5—10 400 30—20 Отожженный
11— 20 650 12 Горячекатаный
21—60 600 10 »
ОТ4 12—20 959 8 »
21—35 900 6 »
Оборудование из титана и его сплавов в настоящее время при-
меняют не только в производствах хлора, хлористого аммония, но
и карбамида, азотной кислоты, синтетического волокна, отбели-
вающих средств, в нефтехимических производствах.
В. средах, содержащих диоксид хлора и хлораты, коррозионно-
стойкими являются титан марки ВТ-1 и титановый сплав с алю-
минием и марганцем марки ОТ4. Скорость коррозии титана в этих
средах не превышает 0,01 мм/год.
В производстве синтетических жирных кислот (СЖК) наибо-
лее интенсивному коррозионному износу подвержено оборудова-
ние, соприкасающееся с кипящими фракциями кислот, — теплооб-
менники-испарители, нижние части колонн и кубов.
Проведенные в Волгодонском филиале ВНИИПАВ исследова-
ния показали, что титан ВТ 1-0 обладает высокой коррозионной
стойкостью во всех кипящих фракциях СЖК- Так, в газовой фазе
скорость его коррозии 0,006—0,036 мм/год, в жидкой фазе 0,013—
0,033 мм/год, в жидкой фазе с теплопередачей 0,024—0,068 мм/год.
Механические свойства титана и титанового сплава приведены
в табл. 2.9.
На отечественных заводах химического машиностроения из ти-
тана и его сплавов изготовляют некоторые типы центрифуг, фильт-
ров, выпарных и емкостных аппаратов, кожухотрубчатые теплооб-
менники жесткой конструкции (поверхность теплообмена 10—
140 м2), теплообменники с плавающей головкой, U-образные в ти-
тановом и футерованном исполнении. Выпускают аппараты с пе-
ремешивающими устройствами диаметром 600—2000 мм, емкостью
до 14 м3, предназначенные для работы под давлением до 5 МПа
при температурах от —50 до -f-ЗОО°C; тарельчатые, насадочные и
безнасадочные колонны диаметром 400—2800 мм для проведения
различных массообменных процессов под давлением до 2, МПа
при температурах от —50 до +300 °C.
Неметаллические материалы. Повышение эффективности на-
родного хозяйства, темпы его роста во многом зависят от широко-
го использования норых конструкционных материалов, заменяю-
щих металл и натуральное сырье, улучшающие технические харак-
теристики изделий.
47
При изготовлении химических аппаратов для целого ряда аян
тивных коррозионных сред. наиболее целесообразно применять не»
металлические материалы: пластмассы (винипласт, фаолит, фто-
ропласт и др.), стеклопластики, углеграфитовый материал, кера-;
мику, фарфор, композиционные материалы и др. Все указанные
материалы применяют в качестве конструкционных материалов
для соответствующих сред, температур и давлений. .j
Пластмассы являются эффективными заменителями металлов.:
Их применение способствует внедрению безотходной технологии^
экономии цветных металлов и сплавов, уменьшению массы машин,;
снижению трудоемкости изготовления и повышению износостой-?
кости деталей. Например, износостойкость полиамидов в 6—10 раз.
выше износостойкости металлов. Детали из них выдерживают наг*,*
рузки, близкие к нагрузкам, допустимым для цветных металле*;
и их сплавов. Диски, фланцы, втулки, кольца из полиэтилена $
фторопласта-4 отличаются высокими антиадгезионными свойства-
ми к сырой резиновой смеси и латексу. &
Как известно, многие типы пластмасс имеют высокую корр
знойную стойкость и одновременно высокие коэффициенты тепл
проводности.
В ряде случаев, особенно когда теплоносители агрессивны hj
загрязнены, вместо металлических теплообменных аппаратов И
лесообразно использовать пластмассовые. Кроме того, использ
вание пластмасс для изготовления теплообменника исключит п
требление меди, латуни и коррозионно-стойких сталей и тем с
мым уменьшит его стоимость. Конструкцию пластмассового тепл
обменника для агрессивных или загрязненных теплоносителей с
в § 2.4.
Использование пластмасс и других синтетических материал'
в химическом машиностроении является одним из проявлений тс
нического прогресса в народном хозяйстве нашей страны. Так,
процессах кристаллизации, упаривания, конденсации, нагрева
охлаждения можно испо.
зовать теплообменные аш
раты из тонкостенных ф’
ропластовых трубок мал<
диаметров (2,5—6,0 мм)
поверхностью теплообме.
1—10 м2 (рис. 2.3).
Погружной фторопластов
теплообменник П6,3—2Н02, р;
работанный УкрНИИхиммаш<
разработан для нагрева и охла
дення агрессивных растворов в ;
паратах открытого типа (трави
Рис. 2.3. Теплообменный аппарат с труба- ных ваннах и в ваннах гальвя
ми из фторопласта покрытий). Он отличается компа
48
иостью и широко эксплуатируется в ваннах хромирования, анодирования, цин-
кования и др. Теплообменник состоит из трубного пучка, выполненного нэ фто-
ропластовых труб внутренним диаметром 3 мм, коррозионно-стойких практи-
чески во всех агрессивных средах. На концах трубного пучка расположены
металлические штуцера для подвода и отвода теплоносителей. Трубный пучок
размещается на боковой стенке емкости (в гальванических ваннах между стен-
кой и электродами), в трубное пространство подается охлаждающая вода или
греющий пар.
В настоящее время на заводе химического машиностроения «Прогресс»
(г. Бердичев) освоен выпуск камерных фильтр-прессов с плитами из пропиле-
на. Эти плиты легче металлических в семь раз, имеют гладкую поверхность,
к которой не прилипают осадок и ткань и на которой не нарастают кристал-
лы фильтрата. Фильтр-прессы применяют для разделения различных химически
активных и труднофильтруемых материалов. К их достоинствам относятся
большие рабочие поверхности, возможность использования значительных давле-
ний и защиты от коррозии, простота контроля операций. Для облегчения об-
служивания фильтр-прессы оснащены механизмом перемещения плит. Ожида-
емый экономический эффект от внедрения одного фильтр-пресса 30 тыс. руб.
(см. § 2.4).
Физико-механические свойства и температурные пределы при-
менения некоторых полимерных материалов приведены в табл.
2.10(24].
Государственными стандартами установлены технические усло-
вия на фторопласт-3 (ГОСТ 13744—76); фторопласт-4 (ГОСТ
10007—80Е); фторопласт-42 (ГОСТ 25428—82). Номенклатуру
показателей конструкционных пластмасс определяет ГОСТ
25288—82.
Стеклопластик является наиболее перспективным мате-
риалом для изготовления аппаратов (реакционных и емкостных,
скрубберов, насадочных колонн), устойчивых к действию органи-
ческих растворителей (хлорбензола, анилина и др.), органических
и неорганических кислот (5—37 %-ной уксусной ледяной). Колон-
ны из стеклопластика, плакированного термопластами, рекоменду-
ют для широкого применения в условиях агрессивных сред раз-
личных производств.
Графитовый материал используют для изготовления
теплообменников на рабочее давление до 0,3 МПа с поверхностью
теплообмена в одном аппарате блочного типа до 20 м2, а также
греющие поверхности выпарных аппаратов для агрессивных раст-
воров.
Примечание. Блочный вертикальный теплообменник работает по схеме
многоходового перекрестного тока: агрессивная среда совершает одни ход по
вертикальным каналам, теплоноситель — два хода в каждом блоке по гори-
зонтальным каналам.
В качестве конструкционного материала распространен искус-
ственный непроницаемый Графит марки АТМ-1: коррозионная ус-
тойчивость его сочетается с высокой теплопроводностью 35—40
Вт/(м-К), температурный предел применения 130°C.
Применение углеграфитового материала для изготовления теп-
лообменников дает возможность экономить специальные стали,
49
g Таблица 2.10. Физико-механические свойства полимерных материалов
Материал Плотность, р, кг/м3 Водопог - лощение за 24 ч, г/м3 Теплопровод- ность %, Вт/(м-К) Предел прочности, МПа Твердость по Бринел- лю МПа Температур- ные преде- лы примене- ния, °C
прн сжатии при растя- жении при изгибе
Винипласт 1380—1400 0,02 0,15 80—100 45-55 90—100 130 04-+60
Полиэтилен низкой 920 0,01 — 12,5 10 12—17 14—25 _664-+60
плотности
Полиэтилен высокой 940—960 0,01 • — 20—35 20—38 45—58 —664-+60
плотности
Пропилен 900 — — — 30—36 60—70 — -354-+ 140
Фторопласт-3 2090—2160 0,0 0,23 55—60 35—45* 30-35 60 80 100—130 -1954- +125
Фторопласт-ЗМ 2020 0,0 — 50—60 25—30 35—40 70—80 До 4-180
Фторопласт-4 2130—2220 0,0 0,046—0,092 17—25* 11—14 30—40 —2694- 4-+250
20—31,5
Фаолит 1400—1700 0,3—0,5% 0,348—0,696 70—80 20 40 15-25 —30-4+120
Графит, пропитанный фенолоформальдегидной смолой 2030—2070 — — 78—185 12—17,8 — — До +180
* В числителе указана прочность яезакалениого, а в знаменателе закаленного материала.
цветные металлы и их сплавы, повышает надежность работы, спо-
собствует интенсификации химических процессов и получению хи-
мически чистых продуктов.
Керамику и фарфор, заменяющие легированные стали
и цветные металлы, успешно применяют в качестве конструкци-
онного материала. В промышленность внедрены новые керамиче-
ские массы с повышенными физико-химическими свойствами для
быстроизнашивающихся деталей машин и аппаратов. Разработана
и внедрена дунитовая керамика, имеющая повышенную термиче-
скую стойкость и высокую степень плотности, а также специальная
фарфоровая масса. Разработаны новые керамические материалы,
имеющие низкий (в два раза меньший, чем у твердого фарфора)
коэффициент термического расширения. Их применяют для изго-
товления специальной химической аппаратуры. Для изготовления
теплообменной аппаратуры создан новый керамический материал,
теплопроводность которого по сравнению с твердым фарфором в
5—6 раз больше.
Композиционные материалы. Используют в последние годы в
различных отраслях химической промышленности. Их свойства
довольно разнообразны и зависят от типа связующего (фенольные,
эпоксидные, полиимидные и др.), количества и вида наполнителя,
а также способа изготовления изделий (намотки, формовки, прес-
сования).
В последнее время большое внимание уделяют получению ком-
позиционных материалов с углеродными волокнами (углеволокни-
тами)—углепластиков. Среди них наибольший интерес для хими-
ческого машиностроения представляет эпан, который является наи-
более коррозионно-стойким, прочным и теплостойким материалом.
Углеволокнит эпан представляет собой композицию на основе
углеродного наполнителя и синтетического связующего с мине-
ральными добавками. Его плотность составляет 1400—1500 кг/м3,
разрушающее напряжение при сжатии 90—100 МПа (при изгибе
80—100 МПа), ударная вязкость 5600 Дж/м2. Эпан имеет хорошие
абразивную стойкость и физико-механические свойства, обладает
хорошей герметичностью, хорошей химической стойкостью в мине-
ральных кислотах (за исключением сильных окислителей) и в ор-
ганических (кроме муравьиной кислоты), относительной стой-
костью в растворах солей и органических растворителях и нестоек
в растворах щелочей, за исключением очень малых концентраций.
Из эпана можно изготовлять различные детали, работающие в
агрессивных средах при температуре до 150 °C. Результаты иссле-
дования химической стойкости эпана см. в [10]. Для изготовления
деталей конструкционного назначения, эксплуатирующихся при
повышенных температурах, институт механики металлов и поли-
мерных систем АН БССР разработал антифрикционный компози-
ционный материал МКТ, обладающий высокими физико-механиче-
екими характеристиками, а по термостойкости, износостойкости,
51
устойчивости к тепловому старению значительно превосходящий
выпускаемые промышленностью материалы.
Для изготовления контактных устройств тепломассообменных
аппаратов, применяемых в производствах аммиака, используется
новый материал «Компонор РРОЗ-4-0», представляющий собой,
высоконаполненную полимерную композицию на основе полипро-
пилена. Его получают методом активационного наполнения. Этот
материал обладает комплексом физико-механических свойств,,
удовлетворяющих условиям работы насадки в производстве ам-
миака, большой плотностью, превышающей плотность использую-
щихся рабочих растворов, экономичностью, повышенной жест-
костью и теплостойкостью по сравнению с исходным полимером, а
также хорошими технологическими свойствами (позволяющими
перерабатывать материал в изделия на стандартном литьевом обо-
рудовании).
«Компонор РРОЗ-4-0» химически устойчив в рабочих раство-
рах, применяемых для очистки конвертированного газа от СО2
производстве аммиака, а контактные устройства, изготовленнь
из него, вполне соответствуют требованиям, предъявляемым к Hi
садочным элементам тепломассообменного оборудования, раб
тающего при температуре до 120 °C.
Использование контактных устройств из «Компоно|
РРОЗ-4-0» взамен устройств из нержавеющей стали (в виде коле
Рашига либо элементов насадки ГИАП, являющихся дорогосто
щими, так как расходуется дефицитный никель) позволит сэкон
мить 0,3 т стали 12Х18Н10Т на 1 м3 насадочного объема аппар
тов и даст значительный экономический эффект.
Композиционные материалы на металлической основе испол
зуют в конструкциях сосудов высокого давления (см. § 2.4), в ч
стности композиционный материал «алюминий — стальная пров
лока». Он представляет собой алюминиевый сплав АД1 (ГОС
14838—78) с равномерно распределенными в нем волокнами bi
сокопрочной проволоки из стали 70 (ГОСТ 7372—79) диаметре
2,3 мм. Предел прочности стали 70 равен 1570 МПа; предел про
ности композиционного материала 658 МПа, модуль упругое'
126 ГПа; объемное содержание проволоки в композиционном м
териале 40% [31].
Краткие сведения о защите оборудования. Потери, причини
мые народному хозяйству разрушительным действием коррозк
металлов, металлических изделий, оборудования и конструкций
существенно отражаются на экономике страны. Ущерб, нанесеи
ный производству авариями и простоями из-за коррозионных раз
рушений, часто превышает непосредственные потери металла.
Отечественный и зарубежный опыт показал, что значительна
количество кислотостойких сталей и сплавов с успехом можно з
менить обычными углеродистыми сталями с защитными покрыт»
52
ми. При этом достигается большая экономия средств и дефицит-
ных металлов.
Проведение на химических установках реакций при повышенных
температурах и применение высокотемпературных теплоносителей,
а также использование охлаждающих агентов с температурой ни-
же О °C требуют тепловой изоляции аппаратуры, оборудования и
трубопроводов.
Защиту химического оборудования осуществляют следующими
способами: нанесением покрытий (эмаль, резина, полимерные ма^
териалы и др.), футеровкой, окраской и изоляцией. Материал, кон-
струкцию защитных покрытий и изоляцию выбирают с учетом кон-
кретных условий работы аппаратов, места установки и их назна-
чения.
При размещении на открытых площадках аппаратуры с неме-
таллическими покрытиями внутренних поверхностей (эмалью, смо-
лой, лаком и т. п.) покрытия выбирают с учетом необходимости
обеспечения их механической стойкости при низких и переменных
температурах. При невозможности обеспечения необходимой стой-
кости покрытий при низких температурах наружного воздуха эту
аппаратуру следует размещать в отапливаемом помещении.
Выбор защитного покрытия и футеровок. Правильный выбор
материала покрытия (ГОСТ 9.303—84) в условиях эксплуатации
того или иного оборудования позволяет решать сложные задачи
техники, так как исключает необходимость использования дефи-
цитных и дорогостоящих конструкционных материалов для их из-
готовления. Кроме того, имеются химические производства, в ко-
торых корродирующая среда не позволяет применять аппаратуру,
изготовленную даже из специальных, сталей. Например, в цехах
концентрирования азотной кислоты серная кислота не дает воз-
можности применять аппаратуру из хромоникелевой стали. Поэто-
му устанавливаемые в этих цехах аппараты, изготовленные из уг-
леродистой стали, защищают от коррозии силикатной футеровкой.
Срок службы защищенных аппаратов определяется не только
стойкостью защитных материалов против действия агрессивных
сред, но и качеством футеровочных работ. Хорошо выполненная
Футеровка обеспечивает надежную и бесперебойную работу обору-
дования.
Основные материалы, применяемые для защиты от коррозии,—
кислотоупорный кирпич, диабазовая плитка, диатомовый кирпич,
андезитовые камни, асбозуритовая масса, кислотоупорные цемен-
ты, полиизобутилен листовой, асбест листовой.
Покрытия из полимерных материалов. Среди ан-
тикоррозионных покрытий химического оборудования особенно
эффективны покрытия из полимерных материалов, в частности
фторопластов различных марок (в том числе фторопласт-ЗОЦ), от-
личающихся высокой химической стойкостью и теплостойкостью,
прочностью и износостойкостью в сочетании с антиадгезионными
53
свойствами. Так, в сернокислотном производстве с целью экономии
дорогостоящих конструкционных материалов созданы теплообмен-
ники пластинчатые с теплообменными элементами из углеродис-
той стали, поверхность которых защищена антикоррозионным по-
лимерным покрытием с повышенной теплопроводностью. Разрабо-
тан пластинчатый разборный теплообменный аппарат поверх-
ностью 31,5—160 м2 из углеродистой стали с антикоррозионным
полимерным покрытием. Данная конструкция теплообменника
обеспечит длительную работоспособность пластин из углеродистой
стали с полимерным покрытием в агрессивных средах за счет зна-
чительного уменьшения контактных давлений в точках соприкосно-
вения смежных теплопередающих пластин, а геометрические раз-
меры и конфигурация межпластинных каналов для рабочих сред
позволят создать интенсивный турбулентный поток. Это даст воз-
можность при равных энергозатратах на преодоление гидравличе-
ских сопротивлений и при использовании полимерных покрытий с
повышенной теплопроводностью получить более высокие коэффи-
циенты теплоотдачи и увеличить теплопередачу в аппарате.
Максимальное рабочее давление сред в теплообменнике с поли-
мерным покрытием 1 МПа, максимальная температура рабочих
сред 100 °C.
Особенно перспективно применение таких пластинчатых тепло-
обменников в высокоагрессивных средах, содержащих взвеси
(осаждающиеся обычно на теплопередающей металлической по-
верхности), так как полимерное покрытие обладает высокими ан-
тиадгезионными свойствами. Их внедрение позволит экономить де-
фицитные коррозионно-стойкие стали и сплавы (10Х17Н13М2Т,
06ХН28МД и ВТ 1-0, ВТ 1-00)—до 1 т на теплообменник поверх-
ностью 100 м2, что даст значительный экономический эффект.
Для защиты химического оборудования, работающего в особо
тяжелых условиях (например, серная кислота + плавиковая, общая
кислотность 340 г/л, температура до 80°C), применяют новые гум-
мированные материалы — эбониты.
От гидроабразивного изнашивания деталей и их соединений
используют материалы, содержащие карбиды бора и кремния. К
таким материалам относится боросилицированный графит БСГ-60.
Он имеет хорошую химическую стойкость в концентрированных
кислотах НС1, H2SO4, HNO3, Н3РО4, HF и их смесях, высокую
прочность на сжатие (ов = 890 МПа). Модуль упругости графита
БСГ-60 составляет 890 МПа.
Как показала практика, срок службы защитных деталей, изго-
товленных из БСГ-60, в 20 раз больше, чем аналогичных деталей,
изготовленных из стеллита 23К.
Для защиты деталей машин и аппаратов от коррозии, а также
в декоративных целях используют электрохимические покрытия,
в том числе гальванические, представляющие собой металлическую
54
пленку толщиной от долей микрона до десятых долей милли-
метра.
Антикоррозионные покрытия и футеровку наносят только пос-
ле проверки герметичности, прочности и предварительной подго-
товки соответствующих поверхностей. Подготовленная поверхность
считается пригодной для нанесения антикоррозионного покрытия,
если она обладает равномерным серо-матовым оттенком, совер-
шенно свободна от загрязнений, особенно масляных, от признаков
ржавчины, не имеет следов неочищенной окалины и находится в
абсолютно сухом состоянии.
Эмалевые покрытия. Они являются наиболее распрост-
раненным и надежным покрытием, применяемым для защиты хи-
мической аппаратуры от коррозии.
Эмалированная поверхность отличается устойчивостью к воз-
действию неорганических и органических кислот любых концент-
раций и их солей, а также щелочных растворов. Но эмалевое по-
крытие неустойчиво к воздействию плавиковой, кремнефтористо-
водородной кислот и их солей.
Для защиты крупногабаритных стальных аппаратов, предназ-
наченных для хранения химических реактивов, НИИэмальхимма-
шем разработаны легкоплавкое бесфтористое стеклоэмалевое по-
крытие марки 4-30, а также ряд эмалей специального назначения.
Внедрение этого покрытия в производство позволило получить вы-
сококачественные изделия при снижении энерго- и трудовых за-
трат, увеличить срок службы оборудования, снизить выброс в ат-
мосферу токсичных соединений. К эмалям специального назначе-
ния относится, например, эмаль 5Ц, предназначенная для защиты
изделий сложной конфигурации (мешалок, термогильз, рассека-
телей), эксплуатирующихся в коррозионных средах. Эмаль 5Ц от-
личается от серийной более высокими термическими и технологи-
ческими свойствами, что позволяет наносить ее на закругления
небольших радиусов, уменьшить дефект скалывания, а также уве-
личить срок службы оборудования.
Эмалевые покрытия могут быть кислотостойкими, кислотоще-
лочестойкими и универсальными (ГОСТ 24000—80). Характерис-
тика эмалевого покрытия и область его применения приведена в
табл. 2.11.
Эмалированная аппаратура, не отличаясь в основном по обслу-
живанию и эксплуатации от неэмалированной, имеет перед послед-
ней ряд преимуществ, важнейшие из которых — высокая коррози-
онная стойкость эмалевого покрытия, обеспечивающая максималь-
ную чистоту обрабатываемых продуктов, а также использование
недефицитных конструкционных материалов для ее изготовления
(чугун, малоуглеродистая сталь).
В настоящее время НИИэмальхиммашем создано новое про-
грессивное эмалированное оборудование: стальные эмалированные
сушилки вакуум-барабанного типа вместимостью 0,25 и 1 м3 с кис-
55
Таблица 2. IT. Характеристики эмалевого покрытия
Класс покрытия Обозначения классов покрытия Скорость коррозии покрытия в кислотах, мм/год, не более Область применения
Высший 0 0,15 Технологические процессы, происходя- щие в агрессивных средах органических и неорганических кислот (за исключени- ем плавиковой и кремнефтористоводо- родной), их солей любых концентраций, а также в щелочных средах при рН^14 для получения химических продуктов, реактивов и фармацевтических препара- тов
Первый 1
Второй 2
Примечание. Скорость коррозии кислотощелочестойкого и универсального эма-
левого покрытия в щелочных средах — не более 0,4 мм/год.
лотощелочеустойчивым покрытием; стальные эмалированные цель-
носварные аппараты емкостью 4 и 6,3 м3, предназначенные для
комплектования технологических линий в производствах, перера-
батывающих токсичные, пожаро- и взрывоопасные продукты;
стальной эмалированный реактор емкостью 4 м3 с герметичным
магнитным узлом вращения; баллонные стальные эмалированные
теплообменники с поверхностью 4; 6,3 и 10 м2, характеризующиеся
высоким коэффициентом теплопередачи; чугунные эмалированные
аппараты емкостью 0,4 и 0,63 м3 с виброперемешиванием.
Благодаря применению новых покрытий допустимая скорость
нагрева корпусов стального и чугунного эмалированного оборудо-
вания возросла с 2 до 4 и с 2 до 3°С/мин при увеличении термо-
стойкости соответственно до 100 и 90 °C, в результате чего наряду
с увеличением производительности многих процессов значительно
повысились надежность работы и срок службы эмалированного
оборудования при резких перепадах температур (см. § 2.1).
Для проведения теплообменных процессов с жидкими и газо-
образными средами органических и неорганических кислот (за ис-
ключением плавиковой, кремнефтористоводородной и их солей),
щелочными и переменными (кислота — щелочь) средами под дав-
лением впервые в мировой практике созданы эмалированные труб-
чатые теплообменные элементы с неразъемным соединением труб
с трубной решеткой. Они представляют собой набор U-образных
эмалированных снаружи труб диаметром 25 мм, неразъемно сое-
диненных с эмалированной трубной решеткой. На базе этих теп-
лообменных элементов разработаны эмалированные теплообмен-
56
ные аппараты с поверхностью теплообмена 2; 16 и 20 м2, которые
можно будет использовать в емкостной, колонной и реакционной
аппаратуре.
Теплоэнергетическая эффективность трубчатых теплообменни-
ков на 40% выше, а металлоемкость на 30% ниже, чем у совре-
менных эмалированных теплообменных аппаратов. Теплообменные
элементы внедрены на ряде предприятий. Экономический эффект
от внедрения составил 294 тыс. руб.
Технические характеристики эмалированных трубчатых
теплообменных элементов
Коэффициент теплопередачи в жидкофазных средах, Вт/(м2 К) 350
Поверхность теплообмена, м2.................................1—2,5
Рабочее давление, МПа.......................................1,6
Рабочая температура, °C.....................................—204-
4-4-250
Масса, кг...................................................20—60
Удельная материалоемкость, кг/м2............................50
В настоящее время ПО «Полтавэмальхиммаш» освоен серий-
ный выпуск стального и чугунного эмалированного оборудования
с универсальными стеклоэмалевыми покрытиями, предназначенны-
ми для работы практически в любых средах (кислых, щелочных,
нейтральных) при высокой температуре.
Новые защитные покрытия. Для противокоррозионной защиты
конструкций, аппаратов и оборудования емкостного типа из чер-
ных металлов, керамики и других материалов могут быть исполь-
зованы тонкослойные торкрет-покрытия на основе полимерсили-
катных композиций. Эти покрытия особенно эффективны при за-
мене традиционно используемой защиты в виде футеровки из кис-
лотоупорного кирпича.
За счет использования полимерсиликатных композиций и ме-
ханизированной технологии нанесения торкрет-защиты по сравне-
нию с керамической футеровкой материалоемкость и стоимость
защитного покрытия снижается в 2,5—4,5 раза, трудоемкость — в
2—4 раза. Срок службы покрытия увеличивается в 1,5—3 раза.
Для защиты металлических поверхностей оборудования и кон-
струкций химических производств от воздействия агрессивных
сред (растворов уксусной, фосфорной, серной кислот концентра-
цией до 40%, щелочей концентрацией до 40%, органических раст-
ворителей, воды) можно рекомендовать покрытие «Фурит-5М»,
разработанное Ферганским отделением НИИПМ. Это антикорро-
зионное покрытие обладает хорошей адгезией к металлу, стой-
костью к растворам минеральных и органических кислот, щелочей,
органическим растворителям, воде при нормальной и повышенной
температуре (до 80°C).
Окраска. От внешней коррозии аппаратуру и трубопроводы за-
щищают окраской перхлорвиниловыми эмалями, масляными крас-
ками, а также путем металлизации алюминием, цинком и другими
57
защитными покрытиями с учетом особенностей среды, атмосферы
и условий эксплуатации.
Аппараты, изготовляемые из коррозионно-стойких сталей марок
12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т и подобных, окраске не подлежат (кро-
ме тех случаев, когда окраска диктуется технологическими сооб-
ражениями) .
Изоляция. Оборудование и трубопроводы требуют изоляции,
если температура нагретых поверхностей аппаратов и машин пре-
вышает 45 °C (см. § 9.2), а трубопроводов 60 °C. Изоляция, нане-
сенная на оборудование, должна обеспечить заданный темпера-
турный режим, исключить потери теплоты или холода в окружаю-
щую среду и создать нормальные санитарно-гигиенические условия
работы обслуживающему персоналу.
Оборудование и трубопроводы могут быть изолированы мине-
раловатными, совелитовыми, вулканитовыми, диатомовыми изде-
лиями, а также изделиями из стекловолокна.
В условиях работы химического оборудования к теплоизоля-
ционным покрытиям предъявляют повышенные требования. Такие
теплоизоляционные материалы, как шлаковата, стекловата, асбо-
цемент, зачастую не обеспечивают требуемого качества изоляци-
онного покрытия, так как имеют низкую механическую прочность
и высокую способность к влагопоглощению, а при эксплуатации
в условиях воздействия агрессивных химических сред и атмосфер-
ной влаги сравнительно быстро разрушаются.
В последнее время разработан ряд конструкций теплоизоля-
ционных покрытий, пригодных для эксплуатации в условиях хими-
ческих производств. В качестве теплоизоляционного материала в
этих конструкциях в основном применяют пенопласты (пенополи-
уретан, пенополистирол, фенольные). Эти материалы имеют низкую
теплопроводность, малую объемную массу, необходимую механи-
ческую прочность и сравнительно низкую способность к влагопо-
глощению.
Конструкция и размеры устройств для крепления тепловой
изоляции стальных сосудов и аппаратов устанавливает ГОСТ
17314—81.
Выбор материалов и защитных покрытий для аппаратов, рас-
полагаемых на открытых площадках. При выборе материалов для
изготовления химических аппаратов, которые будут установлены
на открытых площадках (см. § 8.1), необходимо учитывать кон-
кретные условия работы аппаратуры, в том числе возможность
переохлаждения аппарата за счет температуры наружного возду-
ха. Переохлажденный металл проявляет склонность к внезапным
хрупким разрушениям. Необходимо учитывать и возможность рез-
кой смены температуры, что особенно имеет место в периодиче-
ских процессах при необходимости быстрого ввода резервной ап-
паратуры. В этих условиях следует применять углеродистые стали
спокойных плавок или легированные стали.
5К
Для аппаратов колонного и башенного типов и др., подвержен-
ных знакопеременным, вибрационным, динамическим нагрузкам,
должны применяться стали с ударной вязкостью не менее 0,2
МДж/м2. В некоторых технически обоснованных случаях аппара-
ты могут снабжаться системой обогрева (рубашками, тепловыми
спутниками, электрообогревом и др.), предназначенной для под-
держания постоянной температуры металла аппарата.
При размещении оборудования на открытых площадках для
предохранения перерабатываемых в нем продуктов в зимний пе-
риод от замерзания и в летний период от перегрева солнечными
лучами, а само оборудование — от коррозии, вызываемой атмо-
сферными условиями, необходимы теплоизоляционные покрытия.
Поверхность изоляционного слоя оборудования, расположенно-
го на открытом воздухе, должна быть защищена надежным атмо-
сферостойким покрытием. В качестве такого защитного покрытия
могут быть рекомендованы асбестоцементная штукатурка, асбесто-
цементные листы, металлические кожухи из тонколистовой оцин-
кованной стали или гофрированных листов алюминия преимущест-
венно для защиты изоляции холодных поверхностей.
Для изготовления защитной оболочки теплоизоляционного по-
крытия аппаратов, предназначенных для эксплуатации в атмосфер-
ных условиях, наиболее пригоден листовой полиэтилен П-4007Э4,
стабилизованный 1,5%-ной сажей ДГ. Этот материал имеет дос-
таточную механическую прочность и может применяться в широ-
ком диапазоне температур — от —60 до 4-60 °C. Его срок службы
в условиях умеренного климата составляет не менее 10 лет.
Оборудование и хранилища для легколетучих продуктов (спир-
та, бензина и др.), изолируемые от воздействия солнечных лучей,
могут быть весьма эффективно защищены отражательно-тепловой
конструкцией изоляции из щитов-экранов, изготовляемых из двух
волнистых светлоокрашенных асбестоцементных листов. От нагре-
ва солнечных лучей оборудование и хранилища для ожиженных
газов могут быть изолированы минеральным войлоком или мине-
ральной пробкой. Изоляционные покрытия, предназначенные для
защиты от солнечных лучей, окрашивают алюминиевой или дру-
гой светлой краской для лучшего отражения солнечных лучей.
Аналогичным образом, но с добавлением гидроизоляции, изолиру-
ют оборудование и трубопроводы с отрицательными температу-
рами.
В соответствии с требованиями «Правил и норм техники безо-
пасности и промышленной санитарии для проектирования и экс-
плуатации пожаро- и взрывоопасных производств химической и
нефтехимической промышленности» аппаратуру, устанавливаемую
в приямках с засыпкой, защищают от коррозии следующим обра-
зом: горячие аппараты, приборы и трубопроводы — с помощью теп-
лостойкого и влагоустойчивого материала; оборудование с тем-
пературой стенок ниже 40 °C — гудронированием или нанесением
59
других покрытий. При этом защитная окраска и изоляция обору-
дования должны производиться только после его технического ос-
видетельствования и испытания (см. § 8.5).
§ 2.3. ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ ДЛЯ ХИМИЧЕСКИХ
УСТАНОВОК И ИХ ВЫБОР
Выбор исполнений и типов электродвигателей зависит не толь-
ко от их технических данных и требований привода, но и от харак-
теристики окружающей среды. Выбор исполнений и типов элект-
родвигателей в зависимости от общей характеристики среды про-
изводственных помещений приведен в табл. 2.12.
Существовавшее до сих пор многообразие типов электродвига-
телей с различными установочными монтажными размерами ус-
ложняло эксплуатацию и исключало в большинстве случаев взаи-
мозаменяемость деталей и их соединений. В настоящее время при-
меняют асинхронные электродвигатели единой серии АО2. На ба-
зе этих электродвигателей изготовляют асинхронные электродви-
гатели единой серии ВАО во взрывозащищенном исполнении —
взрывонепроницаемые асинхронные обдуваемые. По взрывозащи-
та блица 2.12. Выбор электродвигателей для производственных помещений
N» п/п Характеристика помещения (среды) Электродвигатель
исполнение тип
1 Сухое, нормаль- ное Открытое или защи- щенное Асинхронные единой серии АО2 открытые
2 Влажное Как в п. 1 Как в n.il, нос влаго- стойкой изоляцией
3 Сырое и особо сырое Капле- или брызгоза- щищенное Асинхронные единой серии АО2 брызгозащи- щенные с влагостойкой изоляцией или закрытые обдуваемые
4 Пыльное Закрытое обдуваемое или продуваемое Как в п. 3, желатель- но закрытые, обдувае- мые или продуваемые с замкнутым циклом вен- тиляции
5 Со слабоактив- ной химической средой Как в п. 3, с приме- нением по возможности химически стойких изо- ляционных материалов Как в п. 3, с приме- нением химически стой- ких покрытий или окра- сок
6 С активной хи- мической средой Как в п. 4, с приме- нением по возможности химически стойких изо- ляционных материалов Асинхронные единой серии ВАО с применени- ем химически стойких покрытий или окраски
7 С высокоактив- ной химической средой Как в п. 6 Как в п. 4, с примене- нием химически стой- ких покрытий или окра- сок
60
те они могут быть в исполнении В1Г, В2Г и ВЗГ (см. § 9.4). У
электродвигателей серий АО2 и ВАО совпадает ряд основных де-
талей и сборочных единиц, они имеют одинаковые установочные и
монтажные размеры. Это делает возможной взаимозаменяемость
деталей и их соединений и упрощает условия их эксплуатации.
Таблица 2.13. Основные параметры электродвигателей серии ВАО
К л .
сб я г t о л Сб
£ <u » и X сб 2 н *2 X ч< Ф ф CQ х х So X сС S
5? « X X О X х О § К я ч Ь « X X о О * X я
Е Я S Ж З’ь О X 3 Е Я и X 3
Н < и X sx У д- О х *£« X s х V 3 О х
071-2 0,4 20 11-6 0,4 23
071-2 0,6 21 12-6 0,6 25
11-2 0,8 23 21-6 0,8 39
12-2 1,1 25 22-6 1,1 44
21-2 1.5 39 31-6 1,5 51
22-2 2,2 41 32-6 2,2 56
31-2 3,0 51 41-6 3,0 96
32-2 4,0 56 42-6 4,0 108
41-2 6,5 96 51-6 5,5 133
42-2 7,5 КАЛ 108 52 6 7,5 167 147
51-2 10 OUU 147 61-6 10 165
52-2 13 165 62-6 13- 190
62-2 17 190 71-6 17 270
71-2 22 270 72-6 22 300
72-2 30 300 81-6 30 450
81-1 40 450 82-6 40 500
82-2 55 500 91-6 55 750
91-2 75 750 92-6 75 850
92-2 100 860
071-4 072-4 11-4 0,27 0,4 0,6 20 21 23 41-8 42-8 2,2 3,0 96 108
12-4 21-4 0,8 1,1 1,5 25 39 51-8 52-8 4,0 5,5 133 147
22-4 44 61-8 7,5 165
31-4 32-4 2,2 3,0 4,0 5,5 7,5 51 56 62-8 71-8 10 13 125 190 270
41-4 42-4 51-4 417 96 108 133 72-8 81-8 82-8 17 22 30 300 450 500
52-4 10 147 91-8 40 750
61-4 13 165 92-8 55 850
62-4 17 22 190 270
71-4
72-4 81-4 82-4 30 40 55 300 450 500 81-10 82-10 17 22 too 450 500
91-4 92-4 75 100 750 860 91-10 92-10 30 40 750 860
61
Рис. 2.4. Асинхронный электродвигатель единой серии типа
АО2 (ВАО)
Основные технические данные, а также размеры электродвига-
телей серии ВАО (рис. 2.4) помещены соответственно в табл. 2.13
и 2.14.
Для механического оборудования, устанавливаемого на откры-
тых площадках, в зависимости от среды выбирают следующие ти-
пы электродвигателей:
1) при работе с нормальной (невзрывоопасной) средой — в за-
крытом, обдуваемом исполнении или защищенные от попадания
внутрь песка и пыли;
2) при работе со взрывоопасной средой — во взрывоопасном
исполнении (ВАО).
Таблица 2.14. Основные размеры электродвигателя серин ВАО
Тип электро- двигателя серии ВАО Н А в с k
0,1 80 112 90 45 14x30 7
0,2 80 112 90 45 14x30 7
11 90 140 100 56 18X40 9
12 90 140 125 56 18X40 9
21 100 160 112 63 22x50 12
22 100 160 140 63 22x50 12
31 112 190 114 70 28x60 12
32 112 190 140 70 28x60 12
41 132 216 140 89 32x80 12
42 132 216 178 89 32x80 12
51 160 254 178 108 38x80 14
52 160 254 210 108 38x80 14
61 180 279 203 121 42x110 14
62 180 279 241 121 42x110 14
71 200 318 228 133 48Х1Ю 18
72 200 318 267 133 48х ПО 18
81 250 406 311 168 60Х 140 22
82 250 406 349 168 60х 140 22
91 280 457 368 190 70x140 22
92 280 457 419 190 70Х 140 22
62
Указания по выбору электрооборудования для внутренних и на-
ружных установок в производствах азотной промышленности см.
в [25].
§ 2.4. ВЫБОР ОСНОВНОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО
ОБОРУДОВАНИЯ
В настоящее время создается новое поколение машин и агре-
гатов, не только надежных, но и экономичных, способных работать
в режиме безотходной и малоотходной технологии. Это касается
производства минеральных удобрений, кислот, полимеров, обору-
дования и технологических линий по изготовлению метанола, кар-
бамида, белково-витаминных концентратов из природного газа.
Для комплектации крупнотоннажных технологических линий и
установок по производству различных химических продуктов вы-
пускают высокопроизводительное оборудование — фильтры, сушил-
ки, центрифуги, колонные аппараты и др.
Основное оборудование новых технологических линий. В пос-
леднее время созданы в комплектном исполнении новые многотон-
нажные технологические линии повышенной надежности и макси-
мальной заводской готовности: по производству жидкого аммиака
мощностью 1360 т/сут, ЛТ АФ-700000 по производству аммофоса
мощностью 700 000 т/год, по производству карбамида мощностью
450000 т/год (см. § 3.4) и др.
Основное оборудование технологической линии по производству
жидкого аммиака включает в себя компрессор и подогреватель
природного газа, аппараты сороочистки, компрессор воздуха, труб-
чатую печь, конверторы оксида углерода I и II ступеней, конвер-
тор метана II ступени, абсорбер, регенераторы-рекуператоры, ме-
танатор, компрессор азотно-водородной смеси, колонну синтеза
аммиака (см. рис. 2.13) и конденсационную колонну.
Основное оборудование технологической линии ЛТ АФ-700000
включает скоростной аммонизатор-испаритель, выпарные аппара-
ты и доупариватель, барабанный гранулятор-сушилку, дробилку,
грохот; элеватор, циклоны, скрубберы Вентури, аэрохолодильник,
конвейер (см. § 3.1).
Технологическая линия получения экстракционной фосфорной
кислоты мощностью 110 000 т/год с безнасосным низковакуумным
охлаждением пульпы укомплектована реактором-экстрактором,
карусельным вакуум-фильтром и вакуум-испарителем, позволяю-
щим организовать лучшие температурные условия протекания про-
цесса кристаллизации дигидрата кальция и исключить из линии
насосы ТХИ 500/20И-Щ мощностью по 130 кВт каждый.
В дипломных проектах следует разрабатывать основное техно-
логическое оборудование, а вспомогательное подбирать по ката-
логам и ГОСТам. При выборе основного технологического обору-
дования рекомендуется в первую очередь использовать наиболее
63
прогрессивные и современные решения (см. § 2.1) и рекоменда-
ции, приведенные ниже. При использовании действующих на про-
изводстве конструкций оборудования, оправдавших себя в экс-
плуатации, но разработанных в более ранний период, необходимо
внести в них элементы усовершенствования и модернизации. При
проектировании новых аппаратов и машин применять детали и
устройства в соответствии с имеющимися нормалями и стандарта-
ми (см. гл. 4 и приложение ГП).
Основой создания и развития методов выбора оптимального
оборудования является использование современной вычислитель-
ной техники. Так, в НИИхиммаше разработана и в течение ряда
лет успешно действует на базе ЭВМ ЕС-1033 автоматизированная
система выбора фильтровального оборудования, принципы пост-
роения и эксплуатации которой могут быть положены в основу
аналогичных систем для выбора других типов технологического
оборудования [5].
В различных отраслях химической промышленности успешно
используют машины и аппараты барабанного типа (реакторы, пе-
чи, смесители, грануляторы, сушилки и т. п.) благодаря таким
преимуществам, как высокая единичная производительность, прос-
тота конструкции, универсальность, возможность совмещения в
одной машине нескольких технологических процессов, высокая на-
дежность, возможность полной механизации и автоматизации.
При выборе оборудования для сушки, обжига, адсорбции, для
каталитических процессов целесообразно использовать аппаратуру
с кипящим слоем, т. е. с участием твердой фазы в псевдоожижен-
ном состоянии, так как скорость процессов горения, сушки, адсорб-
ции, теплообмена, каталитических процессов при этом резко уве-
личивается. Взаимодействие между твердой и газовой фазами во
взвешенном состоянии дает возможность заменить периодический
процесс непрерывным и полностью его автоматизировать.
Выбор оборудования для разделения жидких неоднородных
систем. Для разделения суспензий с частицами твердой фазы бо-
лее или менее однородной крупности и невысокой скоростью осаж-
дения можно использовать барабанные вакуум-фильтры общего
назначения БО, оснащенные приспособлениями для намотки бара-
банов проволокой (для крепления фильтровальной ткани), про-
мывки осадка и съема его ножом. В зависимости от материала
детали, соприкасающейся с обрабатываемым продуктом, различа-
ют вакуум-фильтры:
БОУ, изготовляемые из углеродистой стали и чугуна; их приме-
няют только для фильтрования нейтральных и щелочных суспензий
с температурой 0—95°C;
БОК, изготовляемые из коррозионно-стойких сталей; их приме-
няют для фильтрования агрессивных суспензий с температурой
0—95 °C;
64
БОР, изготовляемые из пластмасс или гуммированные резиной;
их применяют для фильтрования агрессивных суспензий с темпе-
ратурой 0—50 °C.
Фильтруемые в них суспензии не должны быть легколетучими,
ядо-, огне- или взрывоопасными, а их жидкая фаза не должна
кристаллизоваться под вакуумом.
Для отделения парафинов и церезинов от масла в смеси с ра-
створителями служит барабанный герметизированный вакуум-
фильтр БГУ-50. Необходимость его применения обусловлена лету-
честью и взрывоопасностью паров растворителя с воздухом.
Для предотвращения образования взрывоопасной смеси паров
растворителя с воздухом в верхнюю часть корпуса фильтра пода-
ют циркулирующий инертный газ под избыточным давлением
0,01 МПа. Инертный газ отсасывается через фильтрующую поверх-
ность барабана в вакуумную систему, откуда снова возвращается
в корпус фильтра.
Техническая характеристика вакуум-фильтра БГУ-50
Поверхность фильтрования, м2................................ 50
Размеры барабана, мм:
диаметр............................................... 3002
длина................................................ 5404
Угол погружения барабана, град 4 148
Углы зон фильтрования, град............................. 136
Объем жидкости в корпусе, л................................. 4200
Электродвигатели привода барабана:
тип..................................................ВАО-51-4
частота вращения вала, с~!.............................24,3
мощность, кВт.......................................... 7,5
Для фильтрования под избыточным давлением суспензий, со-
держащих до 600 кг/м2 твердых частиц, можно рекомендовать ка-
мерный фильтр-пресс * поверхностью фильтрования 600 м2. Эта
поверхность образована 116 плитами, расположенными между не-
подвижной упорной и подвижной нажимной плитами. Плиты с
двух сторон опираются на направляющие балки прямоугольного
сечения, концы которых закреплены в упорной плите и траверсе
гидрозажима. Передвигаются плиты с помощью механизма пере-
мещения. Фильтровальные плиты изготовлены из коррозионно-
стойкой и углеродистой сталей и могут быть экипированы фильт-
ровальной тканью любого типа.
С целью предотвращения поломок плит при эксплуатации (при
случайном возникновении одностороннего давления) плиты снаб-
жены опорными бобышками. Рабочее давление в фильтр-прессе
может достигать 1 МПа.
Использование фильтр-пресса позволяет получать осадок низ-
кой влажности и автоматизировать все процессы фильтрации.
* Выпуск этих фильтров освоен на Бердичевском заводе химического ма-
шиностроения «Прогресс».
з Зак. 1766 65
Таблица 2.15. Технические данные камерных фильтр-прессов
с плитами из пропилена
Обозначение фильтр-пресса Объем камер- ного про- странства, и3 Поверхность фильтрова- ния, м! Число ПЛИТ Габаритные размеры, мм, не более Масса, кг, не более
длина ширина высота
ФКПМ 16-630/40П 0,32 16 22 3500 1210 1400 2250
ФПКМ25-630/40П 0,5 25 36 4350 2550
ФПКМ40-630/40П 0,8 40 56 5600 — — 3000
ФКПМ50-800/40П 1,0 50 42 4700 1500 1650 4000
ФКПМ63-800/40П 1,3 63 54 5300 - 4200
ФКПМ80-800/40П 1,6 80 68 6500 — — 4550
Для фильтрования различных агрессивных суспензий при тем
пературе до 80 °C, гидравлическом давлении до 0,6 МПа с образо-
ванием осадка до 40 мм используют камерные фильтр-прессы
ФКПМ с плитами из полипропилена (табл. 2.15) размерами 630х
ХбЗО и 800x800 мм*. Полипропилен обладает повышенной меха-
нической прочностью, достаточной химической стойкостью в раз-
бавленных кислотах и щелочах, удовлетворительной — в концент-
рированных щелочах, имеет хорошие токсикологическую и гигие-
ническую характеристики. Материалом остальных частей, соприка-
сающихся с продуктом, является сталь 12Х18Н10Т.
Фильтр-прессы ФКПМ закрытого типа с отводом фильтра и
промывкой жидкости по каналам плит в коммуникацию исключа-
ют окисление, испарение или коагуляцию фильтрата, а также за-
грязнение воздуха в цехе. Фильтры обеспечивают эффективную
противоточную промывку осадка необходимыми жидкостями и про-
сушку осадка воздухом.
Фильтр-прессы ФКПМ оснащены электромеханическим зажи-
мом (время сжатия плит не превышает 6 мин, необходимое усилие
сжатия для уплотнения плит достигается установкой реле макси-
мального тока) и устройством механического перемещения плит.
Для обработки промышленных суспензий с концентрацией твер-
дой фазы 30—40% и размерами кристаллов свыше 20 мкм можно
рекомендовать непрерывно действующую вертикальную центрифу-
гу НВШ-350. Она отличается высокой степенью разделения и вы-
сокой частотой вращения (превышает фактор разделения у других
фильтрующих центрифуг в 2—3 раза). На центрифуге НВШ-350
можно получить влажность кристаллов, равную 1—2%.
* Выпуск этих фильтров освоен на Бердичевском заводе химического ма-
шиностроения «Прогресс».
66
Техническая характеристика центрифуги НВ Ш-3 50
Производительность (по кристаллическому осадку), т/ч 6
Большой внутренний диаметр ротора, мм ... . 350
Частота вращения ротора, с-1................................ 50
Фактор разделения по большому диаметру . . . 1800
Относительная частота вращения шнека, с-1 1
Электродвигатель:
мощность, кВт.............................................. 14
частота вращения вала, с-1.......................... 48,3
масса, кг............................................ 190
Масса центрифуги (без электродвигателя), кг . . . 1000
Габаритные размеры (с электродвигателем), мм . 1625X1120ХЮ10
В тех случаях, когда суспензии труднофильтруемы и время опе-
рации центрифугирования (центробежной фильтрации и отжима)
очень велико, для их разделения можно использовать вертикаль-
ные центрифуги фильтрующего типа периодического действия с
верхней загрузкой и выгрузкой продукта модели ТВ-1200-2Н и
ТВ-1500-2Н (эти модели отличаются только размерами). Ниже
приведены основные данные вертикальных центрифуг фильтрую-
щего типа периодического действия:
Модель центрифуги Ротор: ТВ-1200-2Н ТВ-1500-2Н
диаметр, мм 1200 1500
частота вращения, С"1 16,7 12,5
фактор разделения 670 470
емкость, л 250 400
предельная загрузка, кг ... . 250 400
Электродвигатель
мощность, кВт 7 10
частота вращения, с-1 22,25 16,3
масса, кг Масса центрифуги (без электродвигателя), 100 180
кг 1530 2035
Габариты центрифуги (с электродвигате-
лем), мм:
длина 2125 2540
ширина 1800 2145
высота 1190 1260
Для разделения средне- и плохофильтруемых суспензий, сопри-
косновение которых с окружающей средой недопустимо или если
процесс разделения необходимо проводить при избыточном дав-
лении 1—2 МПа, можно использовать герметичную взрывозащи-
щенную центрифугу ВГ-АГ-450Н. Центрифуги подобного типа ис-
пользуют в производстве специальных катализаторов для получе-
ния полиэтилена, полипропилена, синтетического каучука и др.
Техническая характеристика центрифуги ВГ-АГ-450Н
Диаметр ротора, мм.......................................450
Длина ротора, мм.........................................225
Высота борта, мм..........................................75
3*
67
Полный объем ротора, л...................................200
Частота вращения, с-1....................................25—50
Максимальное рабочее давление в полости центрифуги, МПа 1—1,2
Для разделения хорошо фильтруемых средне- и мелкодисперс-
ных суспензий с твердой фазой используют фильтрующие горизон-
тальные центрифуги 2ФГН-2201К-01 с ножевой выгрузкой осадка
с автоматическим управлением *. Центрифуга периодического дей-
ствия имеет сдвоенный ротор.
Для разделения сильноагрессивных суспензий, содержащих
средне- и мелкозернистую твердую фазу, успешно используют ав-
томатические горизонтальные центрифуги ФГН-903К-1 и ФГН-903-
К-2 с ножевой выгрузкой осадка, а также ФГН-1253Т-1 (рис. 2.5)
в титановом исполнении на унифицированной базе (для всех ти-
поразмеров и исполнений диаметр ротора 1250 мм). Центрифуга
герметизирована, имеет поддув инертного газа в кожух и оснаще-
на электрооборудованием во взрывобезопасном исполнении. Поэто-
му ее можно устанавливать во взрывоопасных помещениях кате-
горий В-Ia и B-Па (см. § 9.3) и использовать для обработки лег-
ковоспламеняющихся жидкостей.
Для отделения жидкой фазы от кристаллических и зернистых
веществ можно рекомендовать взрывозащищенную центрифугу ти-
па ФМБ-633Т-02 из титанового сплава ВТ1, опытный образец ко-
торой в настоящее время изготовлен ПО «Курганармхиммаш».
Рис. 2.5. Центрифуга ФГН-1253Т-1 на унифициро-
ванной базе
♦ Изготовлены НПО им. М. В. Фрунзе. Годовой эффект от ее внедрения
более 45 тыс. руб.
68
Рис. 2.6. Гидроциклонная уста-
новка с агломерирующим устрой-
ством УГЦ-100-7:
1 — гидроциклонный блок; 2, 3, 9 —
сливная, песковая и напорная каме-
ры; 4 — насадка песковая; 5 — встав-
ка эластичная; 6 — коническая проточ-
ная часть; 7 — цилиндрический кор-
пус; 8 — поршень
Центрифуга может эксплуатиро-
ваться в помещениях В1А со взры-
воопасными смесями не выше III
категории группы ТЗ (см. §9.3).
Центрифуга ФМБ-633Т-02 удов-
летворяет самым жестким требо-
ваниям к чистоте обрабатываемо-
го продукта (все элементы цен-
трифуги, соприкасающиеся с об-
рабатываемой средой, изготовле-
ны из сплава ВТ1) и может обра-
батывать агрессивные суспензии.
Центрифуга представляет со-
бой подвесную самоустанавливаю-
щуюся герметизированную филь-
трующую машину периодического
действия с верхней загрузкой и
выгрузкой продукта. Она состоит
из следующих основных частей:
ротора, опоры ротора, подвески,
кожуха, пульта и щита управ-
ления.
Электросхемой предусмотрена
работа центрифуги в ручном ре-
жиме, когда все операции выпол-
няются оператором, и частично
в автоматическом режиме, при ко-
тором время центрифугирования
задается при помощи реле времени.
Для осветления суспензий с низкой вязкостью при концентра-
ции суспензии до 20%, концентрирования суспензий перед их об-
работкой на центрифугах, разделения абразивных суспензий при
концентрации исходной суспензии до 10%, разделения суспензий с
волокнистой твердой фазой можно использовать гидроциклонную
установку с агломерирующим устройством УГЦ-100-7, разработан-
ную Дзержинским филиалом НИИхиммаша (рис. 2.6).
Созданы две основные модели установки: одна — для макси-
мальной производительности, другая — для максимальной эффек-
тивности разделения.
Установка состоит из семи гидроциклонных блоков, сливной,
песковой и напорной камер. В цилиндрической части каждого бло-
ка расположены агломерирующие устройства, состоящие из порш-
ня с винтовыми каналами, выполненные под разными углами на-
клона.
Отличительные особенности установки следующие: основные
проточные части изготовлены из поликарбоната, что обеспечивает
10-й класс шероховатости поверхности (см. табл. 1.3); песковые
69
насадки с коническими частями соединены эластичными вставка-
ми, что обеспечивает их колебания, способствующие обезвожива-
нию осадка; регулирование степени сгущения суспензий противо-
давлением осуществляется в песковой камере.
Наличие агломерирующего устройства, конструктивные особен-
ности установки и применение пластмасс обеспечивают повышен-
ную эффективность осветления суспензий (на 15%) и увеличение
степени сгущения на 10% по сравнению с типовыми конструкция-
ми; дают возможность применять установку для разделения абра-
зивных суспензий и впервые эффективно разделять суспензии, со-
держащие волокнистые частицы.
Выбор сушильного оборудования. Правильный выбор сушиль-
ного оборудования при проектировании химических установок в
значительной степени определяет качество получаемого продукта,
затраты времени, технический уровень и экономику производства.
При выборе рационального типа сушильного аппарата общими
требованиями являются: получение продукта высокого качества,
получение оптимальных технико-экономических показателей рабо-
ты установки, обеспечивающих минимальную себестоимость про-
дукции по операции сушки; надежность работы сушилки, обеспече-
чение требований техники безопасности и санитарно-гигиенических
условий труда; удобство монтажа, эксплуатации и ремонта; обес-
печение автоматического регулирования работы сушильной уста-
новки.
Как известно, в настоящее время большое значение придается
экономии энергетических ресурсов и защите окружающей среды.
Поэтому при выборе сушильного оборудования следует отдавать
предпочтение сушилкам с большим коэффициентом использования
теплоты, позволяющим сократить количество отходящих газов.
Анализ развития химических производств показал, что мало-
тоннажные (до 200 кг/ч по исходному продукту) и среднетоннаж-
ные (до 3500 кг/ч) производства целесообразно комплектовать ти-
повым серийно выпускаемым сушильным оборудованием, так как
для таких производств характерны изменения в технологии полу-
чения материала. Это отражается на исходных свойствах материа-
ла и приводит к необходимости замены типа аппарата, что сокра-
щает срок его эксплуатации независимо от степени морального из-
носа.
Для крупнотоннажных производств, как правило, разрабатыва-
ют индивидуальное оборудование с учетом особенностей свойств
материала и производства в целом.
Сушильное оборудование для химических производств, состав-
ляющее около 10% (по массе) от выпуска всего химического тех-
нологического оборудования, изготовляют самых различных типов
и размеров и широко применяют для производства минеральных
удобрений и солей, красителей и полупродуктов анилокрасочных
70
производств, полимерных материалов и синтетических смол, произ-
водства пластмасс, каучуков и наполнителей и др.
Ленточные сушилки применяют для сушки пастообразных, сы-
пучих и мелкокусковых материалов (полимерных материалов, кау-
чука, гербицидов), а также для анилокрасочного производства.
Для термочувствительных материалов применяют вакуум-гребко-
вые и вакуум-барабанные сушилки.
Такие сушилки объемом до 30 м3 и общей поверхностью до
560 м2 с обогреваемым ротором используют для сушки полимер-
ных материалов от органических растворителей.
Сушилки с использованием активного гидродинамического ре-
жима применяют для сушки продуктов различных классов — про-
дуктов с высоким содержанием влаги, пастообразных материалов
и суспензий; сушилки с псевдоожиженным слоем и высокотемпе-
ратурным теплоносителем (до 900 °C)—для сушки сыпучих мате-
риалов.
В настоящее время освоены новые конструкции сушильного обо-
рудования: сушильные аппараты со встречными закрученными по-
токами для сушки тонкодисперсных материалов с одновременным
улавливанием сухого продукта; роторно-камерные сушилки с ме-
ханическим взвешенным слоем для сушки полидисперсных мате-
риалов; аппараты со встречными струями (струйные) для сушки
пастообразных и дисперсных материалов с одновременным измель-
чением и классификацией продукта; сушилки псевдоожиженного
слоя с инертным носителем для сушки пастообразных материалов.
Методика выбора сушильного оборудования, позволяющая сок-
ратить объем проектных работ по аппаратурному оформлению
процесса сушки, разработана НИИхиммашем [22]. Согласно этой
методике, сушильное оборудование выбирают по таблице, в кото-
рую включены все типы сушилок, применяемые в промышленнос-
ти, а также новые сушильные аппараты. Рациональный тип сушил-
ки выбирают с учетом свойств материала, кинетики сушки, с уче-
том масштаба производства.
Стандартные барабанные сушилки (см. § 6.4) можно легко пе-
реоборудовать в барабанный гранулятор-сушилку. Он служит для
грануляции, сушки, охлаждения и классификации широкого ряда
минеральных удобрений. Барабанный гранулятор-сушилка типа
ЬГС БН4, 5-16НУ-09 обеспечивает высокую производительность и
малую ретурность; сокращает производственные площади, расход
электроэнергии, упрощает аппаратурное оформление схемы; в ап-
парате установлена пневматическая форсунка.
Техническая характеристика барабанного гранулятора-сушилки
Производительность, т/ч............................ 14—25
Влажность пульпы, %................................ 10—25
Ретурность, %............................................ 30—50
Температура топочных газов, °C.......................... 220—850
71
Пылеунос, г/м3.............................................. 1
Угловая скорость барабана, рад/с........................ 0,425
Мощность привода, кВт.................................... 320
Диаметр и длина барабана, мм.......................... 4500 и 16 000
Масса, т................................................... 150
Повышение качества сушки сыпучих материалов может быть
достигнуто в сушилке для сыпучих материалов*, которая имеет
сушильную камеру с газораспределительной решеткой, подреше-
точное пространство которой разделено на секции с индивидуаль-
ными патрубками подачи теплоносителя.
С целью повышения качества сушки перегородки выполнены
подвижными; они могут перемещаться в горизонтальной и изме-
няющейся по длине вертикальной плоскостях. В каждой секции
дополнительно установлены колеблющиеся шиберы переменной
длины, шарнирно связанные с перегородками.
Для сушки пресс-порошков служит сушилка для полидисперс-
ных материалов **, являющаяся также изобретением. Она состоит
из корпуса прямоугольного сечения, разделенного газонепроницае-
мой перегородкой на две камеры, расположенные последователь-
но по ходу материала, первая из которых фонтанирующего слоя.
Газонепроницаемая перегородка установлена с наклоном в сторо-
ну второй камеры.
С целью повышения качества сушки при обработке материала
во второй камере в кипящем слое тормозящие элементы установ-
лены в камере фонтанирующего слоя, а перегородка наклонена
под углом 8—15°.
Для сушки высоковлажных суспензий и растворов с использо-
ванием пленочно-выпарной камеры, совмещенной с распылитель-
ной, можно рекомендовать установку, разработанную НИИхим-
машем. В этой установке за счет увеличения среднего диаметра
частиц высушенного материала увеличен КПД улавливания цик-
лонов, что дает возможность получать дополнительное количество
высушенного материала. Достоинства установки—простота кон-
струкции и меньшая стоимость изготовления по сравнению с су-
ществующими распылительными установками. Ее можно исполь-
зовать для сушки термочувствительных материалов в том случае,
когда предыдущие стадии приготовления продукта не позволяют
использовать выпарку, а фильтрация, сепарирование не позволяют
повысить концентрацию продукта, поступающего на сушку.
Для получения тонкодисперсных порошков служит сушильная
установка со встречными струями, в которой совмещены процесс
сушки с механическим измельчением. Установка отличается ком-
* А. с. 1171654 (СССР). Сушилка для сыпучих материалов / В. М. Крав-
ченко, А. А. Шевцов. Опубл, в 1985 г. Бюллетень № 29.
** А. с. 1193409 (СССР). Сушилка для полидисперсных материалов /
В. Д. Гвоздев, И. Г. Соловьев, В. Д. Горячев и др. Опубл, в 1985 г. Бюллетень
№ 43.
72
пактностью, простотой изготовления и ремонта, надежностью в
эксплуатации, меньшим расходом электроэнергии. Производитель-
ность сушильной установки 3500—5000 кг/ч, наибольшая влаж-
ность исходного материала 60—80%, наименьшая влажность про-
дукта 0,5—1%. Мощность электродвигателя 155 кВт.
Выбор теплообменного оборудования. Среди различных видов
теплообменного оборудования удельный вес пластинчатых тепло-
обменных аппаратов в последнее время постоянно растет.
Пластинчатые теплообменники по технико-экономическим пока-
зателям как в изготовлении, так и в эксплуатации превосходят
лучшие конструкции, изготовленные из труб. Они высокоэффектив-
ны благодаря малой толщине теплопередающей пластины (от 1 —
0,8 до 0,6—0,5 мм) и высокоразвитой их гофрированной поверх-
ности.
Основные параметры стандартных пластинчатых теплообмен-
ников см. в § 6.3.
Пластинчатые теплообменники наиболее эффективны при рабо-
те с жидкими средами, преимущественно вязкими, которые более
склонны к ламинарному режиму движения. Их изготовляют раз-
борными и неразборными сварными. Неразборные сварные плас-
тинчатые теплообменники наиболее эффективны при работе с жид-
кими, парообразными и газообразными средами, не загрязняющи-
ми поверхность теплообмена. Например, для охлаждения и нагре-
ва растворов моноэтаноламина (МЭА) в узлах МЭА-очистки агре-
гатов синтеза аммиака используется пластинчатый теплообменник
ПН1-320К-01 *. Теплообменник неразборный, создан на базе гоф-
рированной квадратной пластины толщиной 1 мм, поверх-
ностью теплообмена 1 м2. Гофры треугольного профиля наклоне-
ны к оси пластины под углом 45°. Гофрированное поле пластины
окантовано плоским полем. Пластины свариваются попарно в сек-
ции шовной контактной сваркой, а секции между собой — непла-
вящимися электродами в пакеты. Группы каналов по холодному и
горячему теплоносителям соединены коллекторами, внутри кото-
рых установлены перегородки.
Техническая характеристика пластинчатого неразборного
теплообменника для растворов моноэтаноламина
Площадь поверхности теплообмена, м2.............. 320
Максимальная температура сред в аппарате, °C . 125
Максимальное давление среды в полости теплоносите-
ля, МПа:
холодного.......................................... 3,0
горячего........................................... 0,3
Габаритные размеры, мм............................ 1685X1610X3000
Масса, кг............................................... 5096
* Разработан УкрНИИхиммашем (г. Харьков), НИИхиммашем, ХПИ
им. Ленина (г. Харьков).
73
Для работы при высоких температурах, давлениях и повышен-
ной агрессивности химических сред пластинчатые теплообменники
изготовляют из остродефицитного тонколистового проката легиро-
ванных сталей (12Х18Н10Т, 06ХН28МДТ, 10Х17Н13М2Т) и тита-
на. В тех случаях, когда теплоносители имеют низкие давления
и невысокие температуры, вместо металлических теплообменных
аппаратов из остродефицитных сталей или титана можно исполь-
зовать пластмассовые.
Пластмассовый теплообменник для агрессивных или загрязнен-
ных теплоносителей (рис. 2.7) состоит из теплообменных элемен-
тов 6 и двух торцевых блоков 1. Теплообменные элементы 2 и 3
расположены параллельно и имеют прямоугольную форму. Сече-
ние теплообменного элемента может быть и другим: круглым, шес-
тиугольним и т. д. Форма сечения зависит от рабочих давлений
теплоносителей, технологии изготовления теплообменника и др.
Торцевые блоки имеют по две коллекторные камеры, равномерно
распределяющие теплоносители по теплообменным элементам, что
также интенсифицирует теплопередачу в аппарате. Каждый из
торцевых блоков выполнен в виде двух трубных решеток 4 со
сквозными отверстиями.
При сборке теплообменника насадки вводятся в торцевые от-
верстия 5 в теплообменных элементах и затем закрепляются склеи-
ванием, пластификацией или другим простым способом. Теплоно-
сители 7, 77 подаются противотоком в межтрубное пространство
проходят насадки и патрубки противопо-
ложного блока и выводятся через торце-
вые коллекторные камеры.
Пластмассовый теплообменник для аг-
рессивных или загрязненных теплоноси-
телей отличается удобством обслужива-
ния.
Подбор эффективных типов пластмасс
и конструктивное усовершенствование
отдельных устройств должны расширить
область применения описанного пласт-
массового теплообменника.
Выбор конденсаторов и холодильни-
ков. При проектировании конденсаторов
и холодильников химических установок
следует по возможности применять воз-
душное охлаждение, так как внедрение
воздушного охлаждения взамен водяного
является одним из важных направлений
технического прогресса в эксплуатации
химических установок.
Прогрессивным видом конденсаторов
и холодильников, в которых охлаждаю-
>, последовательно
Рис. 2.7. Пластмассовый
теплообменник для агрес-
сивных или загрязненных
теплоносителей
74
щим агентом служит воздух, являются аппараты с воздушным
охлаждением. Наиболее перспективно их применение при конден-
сации и охлаждении парообразных и жидких продуктов.
Преимущества применения аппаратов воздушного охлаждения
возрастают с увеличением начальной температуры охлаждаемого
агента, давления и корродирующего действия среды, так как в кон-
струкции таких аппаратов отсутствуют корпуса и днища, масса и
стоимость которых резко возрастают с увеличением давлений и
воздействия на них агрессивных сред.
Использование аппаратов воздушного охлаждения сокращает
расход и, следовательно, сброс большого количества воды, а тем
самым в значительной степени уменьшает загрязнение водоемов
вредными стоками и соответственно устраняет необходимость со-
оружения градирен, насосных, очистных установок и т. п.; позво-
ляет не только сократить сроки ввода В эксплуатацию химических
установок, но и дает возможность выбирать место строительства
заводов, руководствуясь экономическими показателями, а не на-
личием крупных источников воды; сокращает расход электроэнер-
гии на подъем воды, а также эксплуатационные расходы, в том
числе на ремонт и очистку (уменьшаются трудоемкость и стои-
мость ремонта).
Аппарат воздушного охлаждения представляет собой поверх-
ность охлаждения, образованную из труб с высоким поперечным
оребрением, и систему подачи воздуха, состоящую из осевого вен-
тилятора, привода, воздухоподводящих и регулирующих устройств.
Аппараты воздушного охлаждения, являющиеся отечественным
изобретением, предназначены для мощных крупнотоннажных тех-
нологических установок. Отдельные типы таких аппаратов пока-
заны на рис. 2.8, а, б.
Основные параметры стандартных аппаратов воздушного ох-
лаждения горизонтальных см. в § 6.3. Горизонтальный аппарат
воздушного охлаждения состоит из жалюзи, теплообменной сек-
ции, системы подогрева воздуха, воздухоподводящей камеры, вен-
тилятора с приводом, механизма поворота лопастей вентилятора,
системы увлажнения воздуха, опорной конструкции.
Аппараты воздушного охлаждения широко используют в хими-
ческой и нефтехимической промышленности при производстве ам-
миака, фенола и ацетона, этилена, ксилолов, синтетического кау-
чука, а также при очистке сточных вод.
При проектировании установок, создающих вакуум, предпоч-
тение следует отдавать не барометрическим конденсаторам сме-
шения, а конденсаторам поверхностного типа и аппаратам воз-
душного охлаждения, так как это позволит ликвидировать сточные
воды и не будет необходимости в их очистке.
Выбор выпарных аппаратов. Для упаривания растворов, выде-
ляющих незначительный осадок, удаляемый механическим спосо-
бом, Рузаевским и Узбекским заводами химического машинострое-
75
Рис. 2.8. Аппараты воздушного охлаждения:
а — малопоточный; б—зигзагообразного типа; / —теплообменная секция; 2 — металлоконст-
рукция; 3 — осевой вентилятор; 4.— электродвигатель
Таблица 2.16. Технические данные выпарных трубчатых аппаратов
с естественной циркуляцией м вынесенной греющей камерой
Поверхность теплообмена*, ма Условное давление (максимальное), МПа Масса, кг, не более
в греющей камере | в сепараторе
Аппараты группы А
63 5000
125 10 500
200 До 1** До 0,6 12 800
250 15 000
Аппараты группы Б
25 3 000
63 6 000
112 8 500
140 11 500
224 До 1** До 0,6 14 800
355 21 000
400 26 500
630 40 000
* Поверхность теплообмена указана для труб диаметром 38 мм и длине 4000 мм для
аппаратов группы А и 5000 мм для аппаратов группы Б.
** Аппараты могут работать под вакуумом.
ния изготовляются выпарные аппараты трубчатые с естественной
циркуляцией и вынесенной греющей камерой, условно подразде-
ляемые на группы А и Б.
Аппараты группы А рекомендуется применять для упаривания
растворов, не образующих при кипении отложений на внутренней
поверхности греющих труб. Аппарат состоит из греющей камеры,
циркуляционной трубы, верхней парорастворной камеры и нижне-
го конуса.
Аппараты группы Б рекомендуется применять для упаривания
растворов, выделяющих осадок на внутренней поверхности грею-
щих труб, удаляемый механическим способом. Аппарат состоит из
греющей камеры, сепаратора с каплеотделителем, циркуляционной
трубы, нижней камеры и трубы вскипания.
Уровень раствора в сепараторе поддерживается постоянным,
соответствующим нижней образующей штуцера ввода парораст-
ворной смеси в сепаратор. Раствор кипит в трубе вскипания над
греющей камерой, поэтому отложение кристаллов на внутренней
поверхности греющих труб несколько уменьшается.
Аппараты изготовляют с греющими трубами диаметром 38 мм,
толщиной стенки 2 и 1,5 мм, а также трубами с наружным ореб-
рением по ТУ 26-01-725—81.
Техническая характеристика аппаратов групп А и Б приведена
в табл. 2.16.
77
При обработке накипеобразующих, термолабильных и агрессив-
ных сред с высокой чистотой получаемого пара могут быть исполь-
зованы электрические терморадиационные выпарные аппараты [11].
В этих аппаратах в отличие от традиционных способов передачи
энергии через стенку энергия излучения взаимодействует непосред-
ственно со свободной поверхностью жидкости.
Пленочные терморадиационные аппараты представляют собой
две коаксиально расположенные вертикальные цилиндрические по-
верхности. Внутренняя поверхность, как правило, служит для об-
разования на ней стекающей пленки жидкости, а наружная, нагре-
тая до температуры 1100—1500 К, является источником теплового
излучения (излучателем). Нагрев излучателя может осуществлять-
ся продуктами сгорания газа либо электрической энергией. На
рис. 2.9 приведен терморадиационный аппарат для упарки кислот.
Техническая характеристика термораднационного
промышленного выпарного аппарата
Мощность печи, кВт..................................... 218
КПД, %.............................................. 92
Размеры печи, м:
внутренний диаметр........................... 0,3
наружный диаметр............................. 1,15
высота....................................... 7,67
Общая масса печи, кг.............................. 6635
Диаметр, м:
аппарата....................................0,133
пленкообразующей трубы...........................0,089
Активная поверхность, м2:
излучателя ..................... ...... 3
пленки........................................... 2,14
Рабочая температура излучателя, °C ...... . 850
Плотность теплового потока, падающего на пленку, кВт/м2 85
Производительность, кг/ч:
по пару . 226
по 75%-ной кислоте .......... 140
Выбор смесителей и измельчителей. Смесители. Смесители
с циклоидальным движением мешалок рекомендуется применять
для перемешивания сыпучих и вязких материалов. Для воспроиз-
ведения траектории циклоидального движения в промышленных
аппаратах обычно между двигателями и рабочими органами уста-
навливают бипланетарные (зубчато-рычажные) механизмы. Эти
смесители по сравнению с другими имеют ряд преимуществ. В них
внутри перемешиваемого объема не образуются «мертвые» зоны,
т. е. зоны, не находящиеся под воздействием мешалок. Принуди-
тельный перенос перемешиваемых материалов обеспечивается как
в тангенциальном, так и в радиальном направлениях.
Среди смесителей, в частности для приготовления связующих
из эпоксидных, кремнийорганических и других смол, наиболее рас-
пространены емкостные аппараты периодического действия с ме-
ханическими перемешивающими устройствами. Однако они имеют
78
сушественные недостатки: громоздкость, наличие вращающихся
частей, сложность очистки, большие потери материала и др.
Задачи автоматизации и интенсификации современного произ-
водства, внедрения безотходной технологии, значительного повы-
шения качества продукции предопределяют необходимость заме-
ны традиционных емкостных аппаратов более перспективным обо-
рудованием, в данном случае малогабаритными и высокоэффектив-
ными статическими смесителями. Несмотря на многообразие кон-
структивного оформления смесителей, лишь некоторые из них мож-
но применять в качестве проточных ре-
акторов для приготовления связующих.
Так как полимерные системы обла-
дают такими специфическими свойст-
вами, как ограниченное время жизне-
способности, склонность к налипанию
с последующим отверждением, и тре-
буют поддержания заданного темпера-
турного режима, то актуальной являет-
ся задача разработки новых конструк-
ций статических смесителей, отвечаю-
щих требованиям конкретного произ-
водства.
При проектировании новых смеси-
телей должны быть обеспечены просто-
та изготовления смесительных элемен-
тов, легкость их очистки и замены при
обеспечении требуемой степени сме-
шения.
Новый статический смеситель со-
стоит из смесительного аппарата, на-
сосной станции с регулируемой произ-
водительностью по каждому компонен-
ту смеси, системы термостатирования
смесительного аппарата, нагнетатель-
ных трубопроводов и емкостей для хра-
нения исходных компонентов, конт-
рольно-измерительной аппаратуры и
пульта управления. На рис. 2.10 пока-
зан смесительный аппарат, представ-
ляющий собой трубчатый реактор 1,
закрепленный между фланцами 6 и 7,
внутри которого неподвижно установ-
лен цилиндрический смесительный эле-
мент 2. Нагнетание основного и одного
из вспомогательных компонентов свя-
зующего (например, смол а 4-пластифи-
катор или смолa-i-ускоритель) произ-
Рис. 2.9. Терморадиационный
аппарат для упарки кислот:
1 — нихромовая спираль; 2 —
фасонный кирпич из шамота клас-
са А; 3 — кладка из шамота
ШЛ-1; 4 — изоляционная засыпка;
5 — подвижная втулка; 6 — опор-
ная колонна; 7 — стойка; 8 — ап-
парат; У — печь
79
Рис. 2.10. Смесительный аппарат
водится через тангенциаль-
ные отверстия в левом
фланце. В кольцевом канале
смесительного элемента про-
исходит их предварительное
взаимораспределение. Отвер-
дитель подается в рабочий
объем смесителя через цент-
ральный и несколько ради-
альных каналов в корпусе
смесительного элемента. Го-
товая смесь отводится через
сопло 5, внутренняя поверх-
ность которого имеет кони-
ческую форму, соответству-
ющую форме наконечника смесительного элемента. Термостатиро-
вание реактора осуществляется с помощью жидкого теплоносителя,
циркулирующего в пространстве между наружной трубой 4 с теп-
лоизолирующим кожухом 3 и корпусом реактора. Смешение ком-
понентов связующего происходит в винтовых каналах смеситель-
ного элемента. Смесительный элемент прост в изготовлении и легко
подлежит очистке.
Для производства различных гидроизоляционных и уплотни-
тельных материалов типа изола можно использовать реакторно-
смесительную установку «Гидроизолопласт» *. Установка состоит
из шнекового аппарата, бункеров с ворошителями, дозаторов жид-
ких компонентов (горячего битума и масла) и системы контроль-
но-измерительных приборов и автоматики. Шнековый аппарат ти-
па 1-300 включает в себя разъемный литой горизонтальный кор-
пус, два шнека, вращающиеся в одном направлении, раздвоители
крутящего момента, привод, переходник и промежуточный корпус.
Техническая характеристика реакторно-смесительной установки
Производительность, кг/ч, не менее....................... 1500
Общая установленная мощность, кВт.......................... 263
Номинальное напряжение, В.................................. 380
Расход охлаждающей воды, м3/ч, не более...................... 3
Расход пара, кг/ч, не более ............................... 200
Рабочее давление пара, МПа, не более....................... 1,6
Температура охлаждения воды, °C, не более................... 20
Температура продукта на выходе, °C, не более .... 220
Коэффициент технического использования................... 0,96
Площадь, занимаемая установкой, м2....................... 42
Масса, т, не более . . . . :........................28,86
* Изготовитель — Тамбовский завод полимерного машиностроения им. 60-ле-
тия Союза ССР.
80
Рабочие органы (шнеки) представляют собой валы с унифици-
рованными червячными насадками, имеющими различный шаг и
заходность нарезки, самоочищающийся профиль и кулачки.
Дозаторы состоят из питателя и приставки весового контроля.
Сыпучие компоненты из бункера через приемную горловину по-
ступают в шнеки питателя, перемещающие материал вдоль корпу-
са на приставку весового контроля. После взвешивания материал
подается в загрузочную зону шнекового аппарата. В качестве до-
заторов жидких компонентов используют одноплунжерные гори-
зонтальные насосы с дозированной подачей материала.
Жидкие и сыпучие компоненты с определенной точностью дози-
рования и в заданном соотношении поступают в загрузочные зоны
шнекового аппарата. В рабочей зоне происходят смешение, плас-
тикация, пластифицирование, диспергирование, транспортирование
и выгрузка продукта.
Для смешения пастообразных материалов представляет инте-
рес двухчервячный смеситель для пастообразных полимерных ма-
териалов *, который состоит из корпуса, выполненного в виде двух
пересекающихся параллельно расположенных цилиндров, образую-
щих общую полость, червяков с винтовыми гребнями, привода
вращения, выполненного в виде редуктора, и однонаправленного
синхронного двигателя вращения. С целью повышения производи-
тельности процесса переработки материалов, улучшения качества
продукта за счет полного механического самоочищения червяков
и увеличения степени гомогенизации поперечное сечение каждого
червяка выполнено в виде сопряженных по хорде сегментов, обра-
зованных дугами окружностей, равными 90°. Причем расстояние
между осями червяков выбрано равным радиусу дуг окружностей
сегментов, а радиус каждого цилиндра корпуса определен из со-
отношения, учитывающего радиус дуги окружности сегмента и за-
зор между гребнем червяка и корпуса.
Для приготовления смесей из различных порошкообразных или
гранулированных материалов, в том числе термочувствительных,
высокочистых и не допускающих измельчения, можно рекомендо-
вать пневматический вихревой смеситель СПн-ЮО-ВКБ (рис.
2.11, а). Он отличается малым временем смещения (1—3 мин) и
позволяет достичь высокой удельной производительности. Корпус
смесителя расположен вертикально, что значительно сокращает
занимаемую им площадь.
При необходимости работы во взрывоопасных помещениях
класса В-Ia возможно использование смесителя центробежного ло-
пастного ЦЛ-160-ВРК (рис. 2.11,6). Смеситель состоит из корпу-
са, крышки, рабочего органа, привода (ременная поликлиновая
передача и электродвигатель), рамы и выгрузного патрубка с кла-
паном. Конструкция системы управления и автоматизации такого
* Сальников Н. А. Опубл, в 1985 г. Бюллетень № 47.
81
смесителя предусматривает возможность работы во взрывоопас-
ных помещениях класса В-la, местное и дистанционное управле-
ние, а также блокировку крышки с приводом. Смеситель может
работать в автоматическом режиме по заданной программе.
Для смешения сыпучих материалов можно использовать цент-
робежный смеситель непрерывного действия НДЦ-25 (рис. 2.11, в).
Он состоит из корпуса с крышкой, внутри которого размещены
ротор, питающая тарель, разгрузочная лопасть и направляющий
конус. В непосредственной близости от стенки ротора, имеющего
форму полого усеченного конуса, установлен турбулизатор (шнек).
Ротор и турбулизатор снабжены индивидуальными приводами.
Смешение компонентов происходит в полости ротора от воздейст-
вия вращающихся ротора и турбулизатора.
В производствах (например, пластмасс, красителей, ядохими-
катов и др.), где требуется смешивать сыпучие материалы с раз-
личными физико-механическими свойствами, можно применять
планетарно-шнековые смесители. Конструкции этих смесителей
герметичны, безопасны в эксплуатации и обеспечивают высокое
качество продукта (см. [1]).
Рис. 2.11. Смесители:
а — пневматический вихревой СПн-100-ВКБ; б — центробеж-
ный лопастной ЦЛ-160-ВРК; в — центробежный непрерыв
ного действия НДЦ-25
82
Рис. 2.12. Роторно-шаровая мельница для тонкого из-
мельчения взрывоопасных порошков красителей:
а — мельница; б — ротор (I — приемная секция со шнеком;
11—V — рабочие секции с мелющими парами; VI — разгрузоч-
ная секция); /—привод; 2 —рама: 3 —ротор; 4 — шары; 5 —
корпус; 6 — ножи; 7 — лопатки; 8 — разделительная перегород-
ка; 9 — шнек
Измельчители. Для тонкого измельчения взрывоопасных порош-
ков-красителей можно использовать промышленную установку на
базе роторно-шаровой мельницы (рис. 2.12, а). Роторно-шаровая
мельница состоит из корпуса 5, ротора 3 (рис. 2.12,6), шаров 4,
рамы 2 и привода 1. Материал в мельнице измельчается истира-
нием и раздавливанием его шарами, вращающимися с определен-
ной частотой в диаметральной плоскости цилиндрического корпу-
са мельницы. Для отвода теплоты, выделяющейся при измельче-
нии, предусмотрена рубашка охлаждения. Взрыво- и пожароопас-
ные продукты измельчаются в среде инертного газа (азота), со-
держание которого регистрируется и поддерживается автоматиче-
ски. Производительность мельницы (150—200 кг/ч) и тонину по-
мола в зависимости от физических свойств измельчаемого материа-
83
ла регулируют путем изменения количества и размера шаров, за-
гружаемых в мельницу.
В установку кроме мельницы входят бункер, винтовой вибра-
ционный питатель, планетарный шнековый смеситель и шлюзовый
затвор.
Техническая характеристика установки
Производительность, кг/ч............................. 150—200
Размер частиц:
исходного продукта, мм............................... 1—10
готового продукта, мкм......................... 50—100
Влажность исходного продукта, %, не более ... 2
Температура измельченного продукта, °C, не более . 60
Мощность электродвигателей (общая), кВт ... 8,3
Исполнение электродвигателя..........................вэрывозащищенное
Масса установки, кг.................................. 435
Для тонкого помола препаратов химических средств защиты
можно использовать размольный агрегат, состоящий из аэробиль-
ной мельницы МАБ-630, винтового вибрационного питателя, клас-
сификатора, циклона ЦН-15, рукавного фильтра типа ФРКН-15В,
теплообменника и ротационной газодувки. Производительность аг-
регата 250 кг/ч; размер частиц исходного продукта 0,1—3 мм, го-
тового— менее 45 мкм. Работа размольного агрегата полностью
автоматизирована. Экономический эффект от внедрения одного
агрегата составляет 79,5 руб. [36].
Для тонкого измельчения промышленных материалов при под-
готовке порошковых материалов (химических реактивов, катали-
заторов и др.) с широким диапазоном их физико-механических
свойств (от мягких до сверхтвердых, термопластичных, кристал-
лических, аморфных, губчатых) служит установка УИП-6М. В ос-
нову ее работы положен оригинальный метод нестационарного дви-
жения под действием перепада статического давления и ударного
взаимодействия с отбойной поверхностью высококонцентрирован-
ных поршневых масс дисперсного материала. Процесс помола ос-
нован на самоизмельчении материала в области отбойной поверх-
ности измельчителя.
Установка УИП-6М представляет собой принципиально новую
герметичную газопроточную линию подготовки порошковых мате-
риалов. Она состоит из импульсного пневмоизмельчителя, двух-
камерного бункера подачи измельчаемого материала, циклонного
пылеуловителя, пневмотранспортной магистрали, устройства сепа-
рации и газораспределения пылегазового потока, двухкамерного
бункера приема измельченного продукта, электронного пульта уп-
равления измельчителем.
Преимущества установки УИП-6М: высокая устойчивость тех-
нологических параметров процесса, совмещение процессов измель-
чения и внутрицехового пневмотранспорта, отсутствие вращающих-
ся и движущихся элементов, удельный расход энергоносителя в
84
1,5—2 раза ниже по сравнению с существующими
ми установками.
Техническая характеристика установки УИП-6М
Производительность, кг/ч........................
Максимальный размер измельчаемых частиц, мм
Средний размер частиц измельченного материала, мкм
Рабочее давление сжатого газа, МПа..............
Удельный расход сжатого газа, кг газа/кг продукта .
Питание пульта управления измельчителем, В
пневматически-
до 200
до 10
30—159
0,5—1,0
. 2,0—5,0
. 220—10
С целью измельчения пигментов для грунтовок и эмалей можно
рекомендовать новый измельчитель ЭМИ *, действие которого ос-
новано на использовании электромагнитного поля. Мелющие ша-
рики выполнены из магнитной керамики. Измельчитель ЭМИ в
5—7 раз производительнее шаровой мельницы. Эти измельчители
просты и удобны в эксплуатации, экономичны.
Для смешения, измельчения и активации порошкообразных ма-
териалов в циклическом режиме служит аппарат АВСП-100, раз-
работанный НИИэмальхиммашем. Его работа основана на взаимо-
действии вращающегося магнитного поля и ферромагнитных час-
тиц.
Тонкое измельчение и смешивание порошкообразных материа-
лов (барита, глинозема, пигментной части) может быть осущест-
влено в электромагнитном измельчителе-смесителе ЭМИ-70 с по-
мощью мелющих тел, выполненных из феррита бария.
Измельчитель-смеситель ЭМИ-70 состоит из двух блоков: из-
мельчителя-смесителя и электрического шкафа, которые могут ус-
танавливаться как в непосредственной близости друг от друга, так
и дистанционно. Таким образом создается возможность изготов-
лять его во взрывобезопасном исполнении и устанавливать во
взрывоопасных помещениях.
Аппарат ЭМИ-70 отличается незначительными удельными энер-
гозатратами, пониженным уровнем шума, простотой обслужива-
ния и длительным сроком службы.
Техническая характеристика измельчителя-смесителя ЭМИ-70
Производительность, кг/мин, при размоле глинозема с
исходной дисперсностью 70—120 мкм:
до дисперсности 20—25 мкм..................... 60
до дисперсности 50—55 мкм.......................... 120
Потребляемая мощность, кВт.......................... 15
Габаритные размеры, мм:
измельчителя.................................... 1450X939X1700
электрического шкафа............................ 590X565X1320
Масса, кг:
измельчителя........................................ 1600
электрического шкафа.................................. 300
* Разработан в Ярославском филиале Государственного научно-исследова-
тельского и проектного института лакокрасочной промышленности.
85
Выбор конструкций аппаратов высокого давления. Современ-
ное производство химических продуктов, как уже указывалось,
развивается в направлении увеличения единичной мощности тех-
нологических линий и агрегатов путем повышения рабочих давле-
ний и температур, а также объема аппаратов. Новые производст-
ва оснащают высокопроизводительными крупнотоннажными агре-
гатами, что позволяет значительно снизить стоимость строительст-
ва и продукции, сократить эксплуатационные расходы. Все шире
используются производственные процессы, протекающие при сверх-
высоких давлениях и температурах. Осваиваются новые процессы,
Связанные с использованием оборудования, работающего при дав-
лении до 300 МПа и температуре до 600 °C. Это требует увеличе-
ния толщины стенок аппаратов. Если прежде диаметр аппаратов
высокого давления составлял 800—1200 мм, то в настоящее время
он достигает 4000—5000 мм при толщине стенки до 300 мм.
Толстостенные обечайки изготовляли цельноковаными. С раз-
витием сварки появилась возможность изготовлять более крупные
кованосварные и штампосварные сосуды. Это полностью сняло ог-
раничение на длину сосуда. Увеличить диаметр было трудно из-за
ограниченных возможностей получения толстолистового проката
высокого качества по всек^у сечению и сложности его гибки.
Экономический и инженерный анализ показал, что задачу соз-
дания крупногабаритных аппаратов высокого давления можно ус-
пешно решить, если стенки аппаратов выполнять не монолитными,
а многослойными из тонкого листа.
В настоящее время получить стенки большой толщины можно
путем изготовления многослойных сосудов. Сейчас целесообраз-
ность применения многослойных сосудов общепризнана, так как
позволяет изготовлять аппаратуру высокого давления больших
диаметров со стенками практически любой толщины. Внутренней
поверхности многослойного сосуда можно придать любые качест-
ва, подобрав для внутреннего слоя соответствующий материал.
Отпадает необходимость изготовлять весь аппарат из дорогой спе-
циальной стали или применять сложные и дорогие устройства за-
щитного слоя внутри сосуда.
Стоимость многослойных сосудов уменьшается в результате
снижения расхода металла, применения более простого оборудова-
ния, сокращения труда и производственного цикла.
Многослойные сосуды высокого давления используют в хими-
ческой промышленности как корпуса реакционных колонн, тепло-
обменников, сепараторов, автоклавов и другой аппаратуры. Их из-
готовляют двумя способами: созданием стенки из концентрических
слоев и методом рулонирования. Выбор конструкции и способа из-
готовления многослойных сосудов в значительной степени зависит
от требуемой прочности сосудов и надежности исполнения много-
слойных стенок.
На сосуды высокого давления стандартами установлены общие
Я6
технические требования (ГОСТ 11879—81 — на сосуды кованые и
кованосварные, ОСТ 26.01—221—80 — на многослойные рулониро-
ванные стальные), которые при проектировании необходимо стро-
го соблюдать.
Приведем относительные стоимость и расход металла на сосу-
ды высокого давления в зависимости от методов их изготовления:
Колонны
Стоимость
Цельнокованые
Кованосварные
Штампосварные
рулонированные
1,00
0,96
0,82
0,60
Расход металла
1,00
0,81
0,60
0,42
Рулонированный сосуд представляет собой цилиндрический кор-
пус, состоящий из центральной обечайки толщиной 12—20 мм, на
которую спирально навернуты слои рулонной низколегированной
стали толщиной 4—6 мм.
Преимущество таких сосудов — сокращение производственного
цикла их изготовления. Рулонированные сосуды можно изготов-
лять без сварки в пределах толщины стенки, что уменьшает объем
сварочных работ и увеличивает надежность аппарата. При изго-
товлении рулонированных многослойных обечаек отпадает надоб-
ность в гибке и в многократно повторяющихся операциях по на-
тягиванию оболочек и сварке замыкающих швов по образующей,
а также в механической обработке этих швов заподлицо с основ-
ным металлом. С помощью сравнительно несложного оборудова-
ния намотку рулонированных обечаек можно осуществлять непре-
рывно— до образования стенки нужной толщины. Сварные швы
не требуют термообработки, что дает возможность готовые секции
сваривать при монтаже.
В настоящее время некоторые аппараты переводят с ковано-
сварного на рулонированное исполнение за счет повышения точ-
ности их изготовления (например, колонна синтеза аммиака про-
изводительностью 600 т/сут и выносной теплообменник аммиака
производительностью 1360 т/сут). С целью использования преиму-
ществ рулонированной конструкции переходят на изготовление, на-
пример, фланцев рулонированными и заменяют монолитные днища
многослойными.
Сварные рулонированные аппараты применяют для работы при
давлении до 60 МПа и температуре до 400 °C, при давлении 150
МПа и температуре 20 °C. В настоящее время создано оборудова-
ние высокого давления в рулонированном исполнении для произ-
водства синтетических кристаллов, процессов жидкофазного окис-
ления сточных вод, производства жирозаменителей.
На рис. 2.13 изображена колонна, предназначенная для синте-
за аммиака из азотно-водородной смеси и используемая в крупно-
тоннажных агрегатах производительностью 410 тыс. т аммиака
в год.
87
Рис. 2.13. Колон-
на синтеза амми-
ака:
1 — корпус; 2 —
насадка
Колонна состоит из корпуса высокого давления и внутренней
насадки. Корпус колонны представляет собой сварной толстостен-
ный цилиндр внутренним диаметром 2,4 м и длиной 28,75 м мно-
гослойно рулонированной конструкции с приварными штампован-
ными днищами. К верхнему днищу крепится теплообменник внут-
ренним диаметром 1 м с помощью фланцевого разъема, герметич-
ность которого обеспечивается восьмигранной прокладкой.
Цилиндрическая часть корпуса и корпус теплообменника сос-
тоят из отдельных рулонированных блоков, представляющих собой
центральную обечайку, на которую спирально навивают опреде-
ленное количество слоев широкополосной низколегированной ру-
лонной стали. Блоки сварены между собой на всю толщину стен-
ки кольцевыми швами. Многослойная стенка ра-
ботает как сплошная благодаря плотному приле-
ганию всех слоев друг к другу, что обеспечено
технологией изготовления.
Центральная обечайка, днища и кованые эле-
ментЫ корпуса изготовлены из коррозионной
стали.
Производительность колонны 1360 т/сут, ра-
бочее давление 32 МПа, максимально допустимая
температура стенки корпуса 250 °C, емкость кор-
пуса (геометрическая) 96,6 м3, общая высота
31,45 й, масса колонны (с насадкой) 510 т.
Преимущества данной колонны по сравнению
с аппаратами высокого давления других конст-
рукций (кованосварными, штампосварными и
др.)—большая надежность в эксплуатации, бо-
лее высокий коэффициент использования метал-
ла, меньшая стоимость.
С разработкой такой конструкции аппаратов
высокого давления их металлоемкость снизилась
в 1,5 раза, а трудоемкость изготовления — в
10 раз.
На рис. 2.14 показана рулонированная конст-
рукция сосуда высокого давления со спиральной
намоткой рулонной полосы. Рулонная полоса на-
вивается на центральную трубу по винтовой ли-
нии, причем каждый последующий слой навива-
ется в противоположную сторону. Достоинством
данной конструкции является отсутствие кольце-
вых швов.
Спирально-рулонный сосуд (СпРС) состоит
из приваренной к концевым деталям 1 и цент-
ральной обечайки 2, на которую под углом а и
(180°—а) поочередно навиты слои рулонной по-
лосы 3, концы которой приварены к концевым
88
деталям. В том случае, когда рулон-
ная полоса сварена также по кром-
кам, получается вариант многослой-
ного сосуда с концентрическим рас-
положением слоев.
Таким образом, в настоящее вре-
мя из всех конструкций многослой-
ных сосудов наилучшие показатели
имеет спирально-рулонная конст-
рукция.
Например, по сравнению с руло-
нированными сосудами трудоем-
кость изготовления СпРС в целом
Рис. 2.14. Схемы конструкции
СпРС и навивки спиральной по-
лосы
уменьшается в 2 раза, их цилиндри-
ческих частей — в 6 раз, стоимость
сварочных материалов снижается в
8 раз, а расход электроэнергии — в
10 раз [17].
Создается также принципиально новая рулонно-армированная
конструкция сосудов высокого давления, обеспечивающая дальней-
шее увеличение производительности при изготовлении, улучшении
качества и повышение надежности аппаратов.
ИЭС им. Е. О. Патона АН УССР разработана принципиально
новая технология производства сосудов высокого давления мето-
дом электрошлакового литья. По этой технологии изготовляют из
легированной и высоколегированной сталей сосуды диаметром до
700 мм на рабочее давление до 100 МПа, а также различные эле-
менты аппаратов высокого давления: патрубки, фланцы, крышки.
Ранее эти элементы изготовляли из дорогостоящих поковок.
Проектные, научно-исследовательские организации и заводы
химического машиностроения завершают работу по созданию эко-
номичного оборудования высокого давления для крупнотоннажных
производств аммиака (2720 т в сутки), мочевины, метанола, по-
лиэтилена и других продуктов. Ведутся работы по созданию сосу-
дов высокого давления диаметром более 5000 мм и технологии их
изготовления или доизготовления на месте монтажа. Это имеет
большое значение для дальнейшего увеличения мощностей хими-
ческих и нефтехимических производств.
Как уже говорилось, увеличение единичной мощности химиче-
ских производств приводит к увеличению массы и габаритных раз-
меров сосудов высокого давления, что соответственно увеличивает
их металлоемкость и снижает транспортабельность. Один из эф-
фективных способов снижения массы сосудов высокого давления —
это использование в их конструкциях новых высокопрочных ком-
позиционных материалов (КМ) на металлической основе.
В ИркутскНИИхиммаше были проведены экспериментальные
работы по отработке технологии изготовления стальных сосудов,
8»
Рис, 2.15. Конструкция модели сосуда высокого давления, банда-
жированного композиционным материалом:
I — концевые части; 2 — бандаж из композиционного материала; 3 — цент-
ральная труба; 4 — высокопрочная стальная проволока; 5 — алюминиевая
матрица
бандажированных композиционным материалом «алюминий —
стальная проволока». Такая модель сосуда высокого давления при-
ведена на рис. 2.15. Она состоит из двух основных частей: цент-
ральной трубы 3 с концевыми частями 1 (фланец и донышко), об-
разующими остов сосуда, и бандажа 2 из композиционного мате-
риала, обеспечивающего совместно с центральной трубой осевую
и кольцевую прочность модели сосуда.
Проведенные исследования и испытания модели показали, что
масса цилиндрической части корпуса такого сосуда на 30—35%
меньше массы сосудов, выпускаемых в настоящее время, на 25%
ниже трудоемкость его изготовления; значительно сокращен рас-
ход сварочных материалов (31].
Выбор оборудования для работы на открытых площадках. В
связи с тем что основное технологическое оборудование можно ус-
танавливать не только в помещении, но и вне его, на открытой
площадке (см. § 8.1) важно правильно выбрать конструкции ап-
паратов или машин, чтобы обеспечить их нормальную эксплу-
атацию.
Большое число аппаратов, как показал опыт эксплуатации ря-
да химических заводов, может располагаться вне зданий, на от-
крытом воздухе. При этом небольшие конструктивные изменения
можно выполнять на месте монтажа. Однако значительная часть
оборудования, в основном машинного, требует специальных при-
способлений при изготовлении на машиностроительных заводах.
Такое оборудование должно иметь устройства для автоматическо-
го или дистанционного управления, исключающего необходимость
постоянного надзора, а также устройства для защиты движущих-
ся частей от пыли и атмосферных осадков. Это относится и к ап-
паратам с незащищенными открытыми трущимися частями.
При установке на открытых площадках аппаратов, имеющих
перемешивающие устройства с сальниковыми уплотнениями, реко-
мендуется их снабжать системой обогрева.
90
При выборе аппаратуры для установки на открытой площадке
лучше применять цельносварные конструкции с минимальным ко-
личеством разъемов и отдельных частей аппаратов: царг, блоков
и т. п. Конструкция внутренних устройств (тарелки колпачцрвые
и ситчатые; распределительные решетки и другие элементы) долж-
на быть разборной с размерами деталей (частей), обеспечиваю-
щими монтаж через люки. Количество лазов и люков должно оп-
ределяться удобством работы, количеством и высотной отметкой
обслуживающих площадок, но при всех условиях быть мини-
мальным.
Аппараты, имеющие паровой обогрев или водяное охлаждение,
должны снабжаться штуцерами и спускными пробками для воз-
можно быстрого спуска конденсата, воды из рубашек, змеевиков
и корпусов аппаратов. Не рекомендуется для установки на откры-
тых площадках в районах с суровыми климатическими условиями
использовать оборудование, имеющее водяное охлаждение сальни-
ков цилиндров и других элементов.
В конструкциях аппаратов, предназначенных для обработки
легкозастывающих продуктов, необходимо предусмотреть надеж-
ную систему внутреннего или наружного обогрева.
Глава 3. УСТАНОВКИ И ОБОРУДОВАНИЕ
ДЛЯ ЗАЩИТЫ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА
И ВОДОЕМОВ
С ростом объема промышленного производства, ускорением темпов науч-
но-технического прогресса особенно остро встает проблема защиты окружаю-
щей среды от загрязнения вредными веществами. Загрязнение атмосферы и
водоемов нарушает экологию и наносит огромный ущерб народному хозяйству.
К наиболее крупным источникам загрязнения атмосферы и водоемов от-
носятся, в частности, технологические линии и агрегаты предприятий химиче-
ской и нефтехимической промышленности. Кроме того, в ряде производств вме-
сте с отходящими газами в атмосферу выбрасывается большое количество
ценных веществ, являющихся либо продуктами, либо сырьем соответствующих
производств, например органических красителей и растворителей, технического
углерода (сажи). Таким образом, защита атмосферного воздуха и водоемов
от загрязнений вредными веществами связана также и с важной экономиче-
ской проблемой — утилизацией и возвратом продуктов и сырья в производство.
В Основных направлениях экономического и социального развития СССР
на 1986—1990 годы и на период до 2000 года предусматривается повышение
эффективности мер по охране природы, совершенствование технологических
процессов и оборудования, внедрение высокоэффективных установок для очи-
стки промышленных и других выбросов, малоотходных и безотходных техноло-
гических процессов, развитие комбинированных производств, обеспечивающих
полное и комплексное использование природных ресурсов, сырья и материа-
лов, исключающие или существенно снижающие вредное воздействие на окру-
жающую среду.
По охране природы и улучшению природных ресурсов разработана си-
стема стандартов: ГОСТ 17.0.0.01—76, ,17.2.1.03—84, 17.2.1.04—-77; 17.1.3.11—84.
ГОСТ 17.2.1.01—76 устанавливает классификацию выбросов по составу (см.
приложение П.З). Он не распространяется на выбросы, содержащие радиоак-
тивные вещества и биологические вещества (радиоактивную пыль, сложные
биологические комплексы, бактерии, микроорганизмы и т. п.).
Согласно ГОСТ 17.2.1.01—76, выбросы классифицируются по двум при-
знакам: по агрегатному состоянию веществ в выбросах и массовому выбросу
(масса веществ, выбрасываемых в единицу времени). В зависимости от агре-
гатного состояния выбросы делятся на четыре класса: I — газообразные и па-
рообразные, II — жидкие; III — твердые; IV — смешанные; в зависимости от
химического состава — на группы, а в зависимости от размера частиц — на под-
группы.
Несмотря на увеличение объема производств, за последние годы выбросы
в атмосферу и загрязнение водоемов значительно сократились. Этого удалось
добиться благодаря созданию и освоению новых прогрессивных технологиче-
ских процессов и высокоэффективного оборудования для санитарной очистки
отходящих газов, сточных вод и переработки отходов. Так, на Калининском
ПО «Химическое волокно» внедрен двухфазный (вместо ранее применяемого
четырехфазиого) адсорбционный метод извлечения сероуглерода из вентиля-
ционных выбросов вискозных производств активными углями, при котором
исключаются стадии сушки и охлаждения угля. При этом остаточная концент-
92
рация сероуглерода в газе не превышает 0,1 г/м3, а рекуперация сероуглеро-
да достигает 99,4%. Созданы рекуперационные установки с целью улавлива-
ния паров ценных летучих растворителей для ряда производств (трихлорэти-
лена, дихлорэтана, бензола и хлорбензола, хлористого этила, толуола и др.).
Производительность установок составляет 10—400 тыс. м3/ч.
Многие химические предприятия благодаря применению замкнутого водо-
оборота резко снизили (до 3/4) потребность в воде. На Винницком химкомби-
нате фторсодержащие газы — отходы суперфосфатного производства — комп-
лексно утилизируются.
Дзержинским филиалом Гипрогазоочистки разработана установка очистки
газовых выбросов сушильных печей лакирования. Она содержит этил-целло-
зольв, этилен, ксилол и др. Очистка осуществляется при температуре 320—
450 °C в термокаталитическом реакторе ТК.Р-50-24-3,6 большой единичной мощ-
ности. Производительность по очищенным выбросам 50—60 тыс. м3/ч, степень
очистки 98%. Установка компактна, площадь застройки 20X25 м.
Установка улучшает санитарно-гигиенические условия труда работающих
и состояния окружающей среды, доводя концентрацию загрязнения до требова-
ний санитарных норм. Ее можно использовать для очистки промышленных вы-
бросов от органических веществ и углекислого газа.
С целью улучшения санитарных условий производства и охраны окружаю-
щей среды в ближайшее время будут полностью реконструированы производ-
ства хлора и каустической соды, ртутный метод будет заменен мембранным
методом (см. § 3.4). Реконструируемые производства, выпускающие чистую
каустическую соду, будут оснащены мембранным биполярным электролизером,
что обеспечит большой экономический эффект.
В недалекой перспективе предстоит внедрить в химическую и нефтехимиче-
скую промышленность безотходную технологию и водооборот, т. е. осущест-
вить переход предприятий этих отраслей на полную утилизацию промышлен-
ных отходов.
§ 3.1. ГАЗООЧИСТНОЕ И ПЫЛЕУЛАВЛИВАЮЩЕЕ
ОБОРУДОВАНИЕ И ЕГО ВЫБОР
Значительная часть технологических процессов сопровождается
выделением пыли или других твердых частиц. Для предупрежде-
ния загрязнения атмосферы промышленными выбросами техноло-
гические процессы необходимо совершенствовать, доведя до мини-
мума выделения, а также внедрять безотходные замкнутые техно-
логические процессы. Однако в тех случаях, когда эти задачи не-
возможно решить, следует применять наиболее эффективные и
экономичные средства очистки воздуха и газов перед выбросом их
в атмосферу.
Для очистки промышленных газов от пыли, золы и других твер-
дых частиц создано высокоэффективное оборудование, принцип
действия которого основан на использовании электростатического
осаждения, фильтрации через пористые слои и перегородки, про-
мывки газов и инерционной сепарации.
Фильтры. Электрофильтры. В последнее время созданы
универсальные электрофильтры типа УГ (рис. 3.1) производитель-
ностью от 30 тыс. м3/ч до 1 млн. м3/ч в зависимости от типоразме-
ра. Эти фильтры оборудованы С-образными осадительными и лен-
точно-игольчатыми коронирующими электродами. Конструкция
фильтров позволяет монтировать их скоростными методами. Если
93
производственные площади ограничены, можно использовать уни-
фицированные сухие электрофильтры типа УВ с вертикальным хо-
дом газов. Основные параметры и размеры их определены
ОСТ 26.14-1426—76, общие технические требования — ОСТ
26.14-20001—77.
Для очистки газов с повышенной температурой (400—450°C)
разработаны электрофильтры типов УГТ и ЭВТ. Электрофильтр
ЭВТ (рис. 3.2) предназначен для очистки от пылефосфорсодержа-
щих газов, отходящих от рудно-термических фосфорных печей.
В качестве осадительных электродов в фильтре ЭВТ используются
пластинчатые С-образные, в качестве коронирующих — ленточно-
зубчатые электроды с грузовым натяжением. Отличительной осо-
бенностью фильтра является применение необогреваемых пластин-
чатых осадительных электродов и системы отряхивания ударно-
молоткового типа. Это дает возможность вдвое увеличить площадь
осаждения и активное сечение аппарата. Степень очистки в фильт-
ре ЭВТ составляет 99%, его производительность 7200 м3/ч, габа-
ритные размеры 1660x8250x19260 мм.
Для обеспыливания неагрессивных технологических газов и ас-
пирационного воздуха можно использовать унифицированный
электрофильтр ЭГА «Дружба» — многопольный аппарат прямо-
94
угольной формы. Он мо-
жет быть одно- и двухсек-
ционным и состоять из
двух, трех, четырех элек-
трических полей, установ-
ленных последовательно
по ходу газа. Корпус
стальной, покрыт снаружи
теплоизоляцией. В них
вмонтированы осадитель-
ные и коронирующие элек-
троды, механизмы для
встряхивания, изолятор-
ные элементы и газорас-
пределительные устройст-
ва. Эти электрофильтры
отличаются высокой эф-
фективностью пылеулав-
ливания. Типоразмерный
ряд представляет широ-
кий набор электрофильт-
ров, изготовляемых на ба-
зе унифицированных эле-
ментов.
Рис. 3.2. Электрофильтр ЭВТ:
/ — наклонный газоход; 2 — верхний коллек-
тор; 3 — система коронирующнх электродов;
4 — наружный корпус; 5 — осадительные
электроды; 6 — внутренний корпус; 7 — ниж-
ний коллектор; 8 — механизм скребков; I -т
вход газа; // — вход обогревающего инерт-
ного газа; /// — выход газа
Техническая характеристика электрофильтра ЭТА
Температура газа, °C.......................................до 330
Площадь активного сечения электрофильтра, м2 16—285
Разрежение в электрофильтре, кПа...........................до 15
Концентрация пыли в очищенном газе, г/м3, не более . 90
Для. очистки агрессивных газов (/=до 80°C), содержащих ту-
ман и капли серной кислоты, может быть успешно применен элект-
рофильтр из полимерных материалов производительностью по газу
10 000—50 000 м3/ч. Степень улавливания составляет 99,7%. Он по-
зволяет уловить и вернуть в производство 9000 т серной кислоты в
год и сэкономить на один электрофильтр 15 т свинца.
Тканевые фильтры. В последние годы наметилась тен-
денция к расширению области применения рукавных фильтров —
одних из наиболее эффективных аппаратов очистки промышленных
газовых выбросов. Это обусловлено повышением требований к за-
щите окружающей среды и расширением производств новых фильт-
ровальных материалов из синтетических волокон, работоспособных
в фильтрах различных конструкций с различными способами ре-
генерации.
На рис. 3.3 показан высокоэффективный рукавный каркасный
фильтр с импульсной регенерацией типа ФРКИ. Типоразмерный
95
ряд фильтров включает аппараты с фильтровальной поверхностью
30, 60, 90, 180 и 360 м2. Основные параметры фильтров ФРКИ-30,
ФРКИ-60 и ФРКИ-90 приведены в табл. 3.1. Эти фильтры пред-
назначены для улавливания нетоксичных, непожаро- и невзрыво-
опасных пылей. Они обеспечивают высокую чистоту выбрасывае-
мых в атмосферу газов и рециркуляцию их в производственные по-
мещения.
В фильтре запыленный газ проходит через ткань закрытых сни-
зу рукавов в направлении снаружи внутрь, чистый газ выходит
через верхние открытые концы рукавов и удаляется из аппарата.
Каждый рукав в фильтре натянут на жесткий проволочный кар-
кас и закреплен на верхней решетке. В момент регенерации на-
копленный слой пыли отделяется от рукавов, спадает в бункер
фильтра, удаляется пылевыгрузными устройствами.
Регенерация осуществляется импульсами сжатого воздуха, по-
ступающего в рукава сверху через отверстия, в продувочных кол-
лекторах без снижения пропускной способности фильтра во время
регенерации. Длительность импульсов 0,1—0,2 с. Подача импуль-
сов обеспечивается электромагнитными клапанами при помощи
системы автоматики. Управление режимом регенерации дистан-
ционное, с пульта управления.
В указанных типоразмерах фильтров рабочее давление в аппа-
рате не более 5 кПа; рабочая температура не более 130°C; гид-
равлическое сопротивление не более 2,5 кПа; средняя удельная га-
зовая нагрузка 1,2 м3/(м2-мин); концентрация пыли на входе в
фильтр 20 г/м3, на выходе из фильтра — не более 1 мг/м3; давле-
ние продувочного воздуха 0,3 и 0,6 МПа.
Рис. 3.3. Внешний вид (а) и общая схема (б) универ-
сального рукавного фильтра типа ФРКИ:
НГ и ОГ — неочищенный и очищенный газы
4)
96
Таблица 3.1. Основные параметры рукавных фильтров типа ФРКИ
Типоразмер ФРКИ-ЗОБ ФРКИ-60Б ФРКИ-90Б
Поверхность фильтрации, м2 30 60 90
Число рукавов 36 72 108
Диаметр рукава, м 135 135 135
Высота рукава, м 2 2 2
Число секций 1 2 3
Наибольший расход сжатого 7—10 15—20 30
воздуха, м3/ч
Габаритные размеры, мм 1460X2060X 2820Х2060Х 4140X2060X
Х3595 Х3595 Х3595
Масса с рукавами, т, не бо- 1,28 2,06 2,99
лее
В тех случаях, когда требуются высокоэффективные рукавные
фильтры с быстросъемными фильтрующими элементами (напри-
мер, при окраске изделий порошковыми красками возникает необ-
ходимость улавливания порошка для повторного использования и
в смене красителя), можно использовать фильтры-рекуператоры
ФРКИ-ЗОВР *. От серийных фильтров типа ФРКИ они отличаются
пакетной компоновкой фильтрующих элементов в корпусе с откры-
вающейся боковой стенкой. Например, при смене красителя пакет
с фильтровальными элементами выкатывается из корпуса по выд-
вигающимся направляющим и заменяется новым.
Для, высокоэффективной очистки воздуха от пыли с медианным
диаметром частиц не менее 5 мкм в вакуумных системах пневмо-
транспорта и аспирации невзрывоопасных пылей сырья и шихт ка-
тализаторов в производстве удобрений разработан рукавный
фильтр с импульсной продувкой ФРИ-15-130У-01 * (рис. 3.4).
Этот фильтр может быть использован также в вакуумных сис-
темах пневмотранспорта и очистки неагрессивных газов с темпе-
ратурой не более 130 °C от невзрывоопасной пыли со свойствами,
аналогичными свойствам катализаторной пыли.
Техническая характеристика рукавного фильтра ФРИ-15-130У-01
Фильтрующая поверхность, м2....................... 16
Производительность по газу (воздуху), м3/ч . . 1150
Гидравлическое сопротивление, Па................ 1800
Температура очищаемой среды, °C.................. 130
Разрежение в корпусе фильтра, МПа............... 0,08
Давление в корпусе фильтра, МПа................. 0,06
Входная концентрация, г/м3 . . ...... 300
Степень очистки, %................................ 99
Интервал времени между регенерирующими импульса-
ми, с ........................................ от 2 до 220
Габаритные размеры, мм..................... 1800X1280X3980
Масса фильтра, кг ......... . 1050
* Разработан в Семибратовском филиале НИИОгаза.
4
Зак. 1766
97
Высокую эффективность пылеулавливания (запыленность газо-
вых выбросов не превышает 5 мг/м3) обеспечивают фильтры типа
ФРКДИ с двусторонней импульсной, продувкой. Они надежно ра-
ботают без замены фильтровальной ткани шесть лет.
Типоразмерный ряд фильтров ФРКДИ включает в себя аппа-
раты с фильтровальной поверхностью 550, 720, 1100 и 1950 м2.
Производительность 30—150 тыс. м3/ч.
Рукавные фильтры типа ФРД с двусторонней подачей газа и уд-
линенными рукавами (8 м) целесообразно применять для очистки
газа в производстве технического углерода. Рукава фильтра типа
ФРД могут быть выполнены из стеклоткани.
Эффективность рукавных фильтров в значительной степени оп-
ределяется выбором фильтровального материала. В настоящее
время созданы лавсановые материалы, иглопробивные и холсто-
Рис. 3.4. Рукавный фильтр с им-
пульсной продувкой* ФРИ-15-130У-01:
/ — корпус; 2 — патрубок выхода чистого
газа; 3 — узел регенерации; 4 — прибор
управления регенерацией фильтра; 5—
разделительная плита; 6 — фильтроваль-
ный элемент; 7 — опорная лапа; 8 — от-
ражатель пыли; 9 — патрубок входа за-
пыленного газа; 10 — выгрузной бункер;
11 — пылевыпускной патрубок
прошивные нетканые с внутрен-
ним каркасом и без него, ткани
из штапельных и филаментных
волокон, утолщенные, облегчен-
ные, гладкие, ворсовые и др.
Волокнистые фильтры.
Скорость фильтрования в волок-
нистых фильтрах в десятки раз
выше, чем в рукавных фильтрах,
а эффективность улавливания ка-
пель составляет более 99%.
В волокнистых фильтра? ис-
пользован принципиально н >вый
способ очистки газов от капель
тумана и растворимых частиц.
В них газ пропускают через во-
локнистый туманоуловитель —
слой войлока из синтетических
волокон.
Волокнистые фильтры приме-
няют в производствах серной и
термической фосфорной кислот
для улавливания брызг при упа-
ривании и концентрировании
кислот и солей, а также исполь-
зуют в качестве абсорбционной
насадки в скрубберах для
улавливания газообразных при-
месей, например, из вентиляци-
онных выбросов гальванических
цехов.
Для очистки отходящих газов
производства пигментного диок-
98
сида титана при упаривании гидролизной серной и термической
фосфорной кислот применяют двухступенчатые волокнистые филь-
тры. В первой ступени этих фильтров установлены тонкие кассеты,
оснащенные иглопробивным объемным войлоком из полипропиле-
новых волокон. Регенерация фильтровальной поверхности осуще-
ствляется без остановки процесса периодической промывкой во-
дой. Во второй ступени установлены цилиндрические элементы,
снабженные войлоком из волокон </ = 30—40 мкм. Производитель-
ность фильтра по газу 40 тыс. м3/ч; габаритные размеры 4x3x3м.
Однако применение волокнистых фильтров ограничено, так как
при наличии в газах твердых частиц требуется периодическая про-
мывка волокон.
Зернистые фильтры. Эти фильтры рассчитаны на работу
при температуре до 400 °C, а в случае использования специальных
сталей — при температуре до 700 °C. Поэтому их целесообразно
применять для очистки высокотемпературных газов.
Запыленный газ в зернистых фильтрах проходит через насып-
ной слой гранул размером 2—5 мм, имеющий высоту 100 мм. Ре-
генерация слоя осуществляется механическим ворошением и об-
ратной продувкой. Запыленный воздух обратной продувки, пройдя
циклон, смешивается с потоком неочищенного газа.
Аппараты мокрой очистки. Как известно, аппараты мокрой очи-
стки отличаются большим многообразием конструкций. Мокрые
пылеуловители, в которых газовый поток ударяется о поверхность
жидкости и дробит ее на струи, нити и капли, относится к аппа-
ратам ударно-инерционного действия.
Ротоклоны. Они эффективно улавливают частицы пыли раз-
мером более 2—3 мкм при содержании их более 90%. В ротокло-
не контакт газов с жидкостью осуществляется 'за счет удара газо-
вого потока о поверхность жидкости. При последующем пропуска-
нии жидкости в смеси с газом (газожидкостной смеси) через про-
филированный канал (импеллер) частицы пыли осаждаются на
каплях жидкости под действием центробежной силы. Преимущест-
вом ротоклона является низкий расход жидкости. Производитель-
ность ротоклона по газу 2,5—90 тыс. м3/ч.
Скрубберы. Для очистки газов от высокодисперсных пылей
можно использовать скрубберы Вентури, широко распространен-
ные в ряде химических производств (табл. 3.2).
Особенно эффективно применение скрубберов Вентури в про-
изводстве минеральных удобрений. Так, скрубберы Вентури входят
в основное оборудование комплектной технологической линии ЛТ
АФ-700000 по производству азотно-фосфорного высококонцентри-
рованного сложного минерального удобрения — гранулированного
аммофоса мощностью 700 тыс. т/год.
В скрубберах Вентури газы очищаются от аммиака и фторис-
тых соединений: аммиак улавливается кислой аммофосной пуль-
пой, фтористые соединения — известковым молоком (рис. 3.5).
4
99
Таблица 3.2. Эффективность очистки различных газов
в скрубберах Вентури
Вид пыли или тумана Запыленность, г/м3 Средняя эффектив- ность очистки, %
на входе на выходе
Туман, образующийся в процессе по- лучения серной кислоты 0,298 0,0916 99,4
Туман серной кислоты после печей обжига железного купороса 0,2 0,002 99,0
Туман ортофосфорной кислоты, обра- зующейся в производстве фосфорной кислоты 0,192 0,00367 98,0
Воздух из аэрохолодильника проходит «сухую» очистку от пыли
в циклоне и «мокрую» — в скруббере Вентури, орошаемом водой.
Очищенные газы и воздух через выхлопную трубу удаляются в
атмосферу.
Для комплексной очистки газов от пыли и газообразных состав-
ляющих разработан скоростной полый скруббер с батарейным
центробежным каплеуловителем *. Он представляет собой полую
Рис. 3.5. Комплектная технологическая
линия ЛТ АФ-700000:
1 —- вакуум-выпарная установка; 2 — циклон;
3 — скруббер Вентури; 4 — аэрохолодильник;
5 — грохот; 6 — дробилка; 7 — конвейер; 8 —
элеватор; 9 — барабанный гранулятор-сушил-
ка (БГС); 10— скоростной аммортизатор-ис-
паритель (САИ); / — аммиак; II — пар;
Ill — фосфорная кислота; IV — отработан-
ные и очищенные газы (в выхлопную тру-
бу); V— воздух из атмосферы; VI — гото-
вый продукт на склад; VII — ретур
орошаемую колонну, в верх-
ней части которой размещен
батарейный пылеуловитель с
коническими завихрителями
для улавливания капель
промывной жидкости, выно-
симых потоком очищенного
газа из аппарата очистки.
Орошение скруббера осу-
ществляется тремя форсу-
ночными ярусами со следу-
ющей ориентацией факелов
распыла: нижний и сред-
ний ярусы — вверх, верх-
ний — вниз. Для очистки
элементов каплеуловителя
от возможных твердых от-
ложений предусмотрен кол-
лектор гидросмыва, кото-
рый включается в работу
периодически во время ос-
тановок газоочистной уста-
новки.
* Разработан Запорожским филиалом НИИОгаза и Днепровским алюми-
ниевым заводом.
100
Форсуночные скрубберы полые применяют для охлаждения, ув-
лажнения и предварительной очистки газов, имеющих температу-
ру более 200 °C. Эжекторные скрубберы применяют для транспор-
тировки и очистки от твердых и жидких частиц размером более
2—3 мкм отходящих технологических газов. Их используют в ус-
тановках с коррозионными, взрывоопасными и токсичными среда-
ми благодаря отсутствию тягодутьевого устройства и вращающих-
ся деталей. Производительность эжекторного скруббера по газу
100 тыс. м3/ч.
Абсорберы. Для очистки воздуха от паров капролактама,
метанола, деметилформамида можно использовать абсорбер АПН-
110-1 К-02 с подвижной насадкой.
Абсорбер представляет собой вертикальный цилиндрический
сварной корпус, внутри которого концентрически расположены три
ситчатые тарелки с шаровой насадкой. Под каждой ситчатой та-
релкой находятся пленочные тарелки, являющиеся одновременно
распределителями жидкости для орошения (снизу) подвижной на-
садки на ситчатых тарелках. Распределение жидкости в пленочных
тарелках осуществляется с помощью форсунок с горизонтальной
кольцевой щелью.
В корпусе абсорбера предусмотрены люки для загрузки шаро-
вой насадки, осмотра и регулирования форсунок, а также каплеот-
бойник жалюзийного типа. Ситчатые тарелки — съемные, свобод-
ное сечение тарелок 35%. В кубе абсорбера размещен змеевик.
Очищенный воздух поступает в нижнюю часть абсорбера, про-
ходит пленочные и ситчатые тарелки, приводя в движение шаро-
вую насадку, и через верхний штуцер выбрасывается в атмосферу.
Абсорбер обеспечивает тонкое диспергирование орошающей жид-
кости с одновременным получением в кубе абсорбера концентри-
рованных (до 5%) растворов улавливаемых продуктов с целью их
последующей регенерации и возвращения в производство.
Основной конструкционный материал абсорбера — двухслойная
сталь 20К + 08Х13; материал шаровой насадки — вспененный по-
листирол.
Техническая характеристика абсорбера с подвижной насадкой
Производительность по газу, м3/ч . . . . 72—ПО тыс.
Объем рабочий, м3............................. 71
Давление рабочее, МПа, не более:
в аппарате....................................... 0,0055 или 0,094
(остаточное)
в змеевике............................... 0,5
Гидравлическое сопротивление аппарата, кПа . . 3,5—4
Температура рабочей среды, °C:
в аппарате.................................... 10—40
в змеевике ............................. 70—150
Расход воды на орошение, м3/ч:
свежей........................................ 5—10
рециркулирующей......................... 4,5—9
101
Степень очистки воздуха (в зависимости от улав-
ливаемого продукта и его концентрации на
входе в аппарат), % ....................
Габаритные размеры, мм........................
Масса аппарата (без шаровой насадки), кг .
90_99
3560Х3890ХЮ500
17 630
В производстве полифосфорной кислоты для предотвращения
загрязнения окружающей среды вредными газовыми выбросами
в технологической схеме предусмотрена высокоэффективная аб-
сорбционная система очистки [18].
Система абсорбции * состоит из двух- и трехсекционного аб-
сорберов, обеспечивающих необходимую степень очистки от фто-
ристых соединений.
Техническая характеристика абсорберов двух- и трехсекционных
Объемная производительность по газу, м3/ч . . . • 30 000
Давление вакуумметрическое, кПа..................... 470
Гидравлическое сопротивление, кПа ..................... 3,24/4,86
Скорость газа в рабочей зоне, м/с........................... 8
Габаритные размеры, мм:
длина.................................................. 3580/3380
ширина............................................. 3670/3322
высота........................................... 12 040/15 800
. Масса, кг............................................. 13 950/17 800
Примечание. В числителе дано значение для двухсекционного, в знаме-
нателе — для трехсекционного абсорберов.
Абсорберы изготовлены из углеродистой стали с антикоррози-
онной защитой, их внутренние устройства — из коррозионно-стой-
кой стали.
Центробежный каплеуловитель с коническим
завихрителем для нисходящего потока фаз
КЦКЗ **. Он предназначен для очистки газов от капель воды,
суспензий, растворов солей, щелочей или кислот после мокрых га-
зоочистных или технологических аппаратов. Каплеуловитель (рис.
3.6) может быть выполнен выносным в виде отдельного аппарата
или встроенным в основной аппарат.
Газожидкостная смесь, образующаяся в газоочистном или тех-
нологическом аппаратах, поступает в каплеуловитель через вход-
ной патрубок на конический завихритель, который сообщает ей
закрученное движение. Капли жидкости под действием центробеж-
ных сил осаждаются на внутренней поверхности корпуса, образуя
на ней вращающуюся пленку жидкости, которая собирается в коль-
цевом кармане. Из кармана жидкость выводится через штуцер, а
очищенный газ удаляется через выхлопной патрубок в атмосферу.
* Разработал НИИхиммаш, изготовляет Дзержинский завод химического
машиностроения.
** Разработан Запорожским филиалом НИИОгаза.
102
Конструкция каплеуловителя отличается высокой эксплуата-
ционной надежностью вследствие использования секционированно-
го завихрителя с различным числом лопастей в секциях.
Техническая характеристика центробежного каплеуловителя КЦКЗ
Гидравлическое сопротивление, кПа........................0,4—0,6
Скорость потока, м/с . ...........................12—18
Концентрация капель в газе, кг/м3, не более:
начальная............................................. 1,0
остаточная......................................... 70
Оборудование для сухой очистки газа. К этому оборудованию
относятся циклоны типа ЦН, батарейные циклоны, дымососы-пы-
леуловители.
Циклоны типаЦН. Широкое распространение в различ-
циклоны типа ЦН,
кых отраслях промышленности получили
работанные НИИОгазом.
Циклоны применяют в качестве пер-
вой ступени очистки перед мокрыми и
тканевыми фильтрами, а также в каче-
стве самостоятельного агрегата обеспы-
ливания. Они хорошо улавливают сред-
недисперсные и грубые пыли (средний
размер частиц более 10 мкм). Эффек-
тивность улавливания, определяемая ти-
пом циклона, составляет 80—98%, гид-
равлическое сопротивление — 0,8—
2 кПа, температура — до 400 °C.
Для очистки больших объемов запы-
ленных газов широко применяют прямо-
точные циклоны (ПЦ). По сравнению с
другими пылеуловителями они имеют
ряд существенных преимуществ: про-
сты в изготовлении, надежны в работе,
имеют малое гидравлическое сопротив-
ление и не требуют больших затрат
на эксплуатацию. Основной недостаток
прямоточных циклонов — низкая эффек-
тивность сепарации. Самый простой
способ повысить КПД сепарации — это
отклонять запыленный поток газа как
можно ближе к стенке циклона. С этой
Целью используют конусообразые вход-
ные патрубки или устанавливают внутри
ПЦ дополнительные приспособления,
например установку по оси циклона об-
текателя конфузорно-диффузорной фор-
мы. Это снижает гидравлическое сопро-
раз-
Г-М
Рис. 3.6. Центробежный
каплеуловитель с кониче-
ским завихрителем для
нисходящего потока фаз
КЦКЗ:
1 — цилиндрический корпус;
2, 5 — соответственно входной
и наружный выхлопные па-
трубки; 3 — конические зави-
хрители; 4 — кольцевой кар-
ман; 6 — штуцер; Г — газ;
Ж — жидкость
103
Рис. 3.7. Циклон для сепара-
ции слипаемых пылей, снаб-
женный эжектором
тивление аппарата благодаря ча-
стичному восстановлению давления
в расширяющейся части ГЩ и по-
вышает эффективность сепарации
вследствие отклонения потока в су-
жающейся части канала к стенке и
затрудненного попадания в выхлоп-
ную трубу частиц пыли.
Один из способов повышения
КПД сепарации связан с организа-
цией промежуточных отборов пыли
в ПЦ.
Недостатком всех пылеуловите-
лей является вторичный унос от-
сепарированной пыли. Для умень-
шения этого вредного эффекта ис-
пользуют различные конструктив-
ные варианты. Например, выполня-
ют сепарационную камеру с про-
точкой, образующей многозаход-
ный винтовой канал, благодаря
чему осевшие частицы скрыты от
пристенных вихрей и меньше под-
вержены вторичному уносу. Либо
на входе в бункер, либо внутри него устанавливают перегородки,
замедляющие вращение частиц.
Для интенсификации процесса сепарации слипаемых пылей пу-
тем увеличения центробежных сил прямоточный циклон может
быть снабжен встроенным внутрь обтекателя эжектором (рис. 3.7).
Эжектор имеет камеру пониженного давления 1, соединенную ра-
диальными патрубками 11с пылевой камерой 9, и камеру повы-
шенного давления 2, соединенную с сепарационной камерой 7 с
помощью кольцевой щели 8, в которой установлены направляю-
щие лопатки 3, сообщающие эжектируемому газу тангенциальное
направление. Перед выхлопным патрубком 5 установлены кониче-
ские кольца 4, диаметр которых уменьшается по направлению дви-
жения газа.
Работа циклона заключается в следующем: запыленный газ за-
кручивается в завихрителе 10; эжектируемый газ транспортирует
отсепарированную пыль к стенкам камеры 7. Со стенок камеры
пыль перемещается вниз и через зазоры между коническими коль-
цами 4 входит в отстойную зону 6. За счет создаваемого эжекто-
ром разрежения в верхней части корпуса часть газа вместе с
пылью также проходит через зазоры между коническими кольца-
ми, перемещая частицы пыли в зону 6. Скорость газа в зазорах
между кольцами и в кольцевой щели 8 регулируется подачей в
эжектор по патрубку 12 определенного количества газа.
104
Батарейные циклоны. Батарейные циклоны служат для
сухой очистки газа от пыли с частицами размером 5—10 мкм. Они
состоят из большого количества параллельно работающих циклон-
ных элементов малого диаметра, смонтированных в общем корпу-
се. Наиболее распространенные циклонные элементы имеют диа-
метр 150 и 250 мм. В циклонном элементе вращение газа обеспе-
чивается не тангенциальным вводом, как в циклонах типа ЦН, а'
с помощью специального направляющего аппарата — завихрителя
типа «розетка» или с помощью «улиточного» входа. Допускаемая
запыленность газа 50—100 г/м3. При пылевидном сжигании топли-
ва батарейные циклоны улавливают 75—80% летучей золы.
Основные параметры и размеры батарейных циклонов типа ЦБ
определены ОСТ 26.14-2002—74; технические условия на циклоны
для улавливания технического углерода — ОСТ 26.02-759—80.
В последнее время разработаны эрозионно-устойчивые циклон-
ные элементы из неметаллических материалов.
Увеличение долговечности циклонов и повышение эффективнос-
ти очистки газа достигнуто в циклонах типа БЦРН с рециркуля-
цией потока за счет использования наклонных элементов с танген-
циальным вводом потока, выполненных из отбеленного чугуна. В
циклонах типа БЦРН перетоки газа между элементами ликвиди-
рованы за счет частичного (6—8%) отсоса газа из циклонных эле-
ментов и его рециркуляции через отдельный групповой циклон.
Дымососы-пылеуловители. Среди пылеуловителей
наиболее перспективным является модернизированный дымосос-
Рис. 3.8. Модернизированный дымосос-пылеуловитель ДП-10:
/ — выход пыли; 2 — рабочее колесо; 3 — дымосос-пылеуловитель
ДП-10; 4 — газоходы тракта рециркуляции; 5 —циклон тракта рецир-
куляции; 6 — конусная мигалка; 1 — крыльчатка; 8 — направляющий
аппарат; 9 — смотровой люк; 10 — языковый шибер; 11 — входная
улитка
105
пылеуловитель ДП-10 — комбинированный газоочистной аппарат*.
Он одновременно с транспортировкой газа очищает его от частиц
пыли средним размером более 20 мкм. Он может быть использо-
ван как самостоятельный агрегат обеспыливания, а также в ка-
честве первой ступени очистки перед мокрыми пылеуловителями
или тканевыми фильтрами.
Модернизированный дымосос-пылеуловитель (рис. 3.8) обла-
дает повышенной (в 2,5 раза) износостойкостью и небольшой энер-
гоемкостью (мощность привода снижена в 1,5 раза). Увеличение
износостойкости достигнуто за счет использования на рабочем
колесе радиально оканчивающихся лопаток с накладками из стали
65Г вместо вперед загнутых. Кожух дымососа имеет увеличенное
раскрытие спирали, что значительно уменьшает износ улитки ра-
бочего колеса.
По сравнению с циклонными установками дымосос-пылеулови-
тель имеет небольшие габаритные размеры и малые металле- и
энергоемкость.
§ 3.2. УСТАНОВКИ И ОБОРУДОВАНИЕ
для очистки СТОЧНЫХ ВОД И ИХ ВЫБОР
Для полного исключения загрязнений воды необходимо при
проектировании очистных сооружений сточные воды рассматривать
как сырье для извлечения ценных продуктов, а очистку воды —
как процесс, необходимый для повторного ее использования.
Для санитарной очистки сточных вод создаются и осваиваются
новые эффективные установки и очистные сооружения. Это позво-
ляет при постоянном росте объемов химического и нефтехимиче-
ского производств непрерывно уменьшать потребление свежей во-
ды в промышленности и снизить количество сточных вод. На ряде
предприятий создаются схемы замкнутого водоснабжения. В пер-
спективе предусматривается повсеместный переход на бессточные
технологические процессы (см. § 3.4).
Очистку сточных вод в химических производствах проводят ме-
ханическими физико-химическими и биологическими методами.
Кроме того, используют термические методы, приводящие к лик-
видации сточных вод, а также методы закачки сточных вод в под-
земные горизонты. Для очистки сточных вод на химических пред-
приятиях применяют два основных типа очистных сооружений: ло-
кальные (цеховые) и общие (заводские). Локальные очистные со-
оружения предназначены для обезвреживания сточных вод непо-
средственно после технологических установок и цехов. Локальная
очистка является продолжением технологического процесса произ-
водства. На установках, как правило, из сточных вод извлекаются
ценные примеси с помощью отстаивания, флотации, экстракции,
* Разработан Семибратовским филиалом НИИОгаза.
106
ректификации, адсорбции, ионного обмена и других регенерацион-
ных методов очистки. В ряде случаев используют установки тер-
мического обезвреживания сточных вод «огневым» методом.
Применение локальных установок позволяет повторно исполь-
зовать очищенную воду в том же технологическом процессе (в сис-
темах повторного и оборотного водоснабжения).
Крупные химические и нефтехимические предприятия снабжа-
ют общими (заводскими) очистными сооружениями, которые мо-
гут включать первичную (механическую), вторичную (биологиче-
скую) и третичную (доочистку) очистки сточных вод-.
К сооружениям механической очистки относятся решетки, пес-
коловки, отстойники, флотаторы и фильтры, на которых удаляют-
ся в основном грубодисперсные примеси; к сооружениям биологи-
ческой очистки — аэротенки*, биологические фильтры, биологиче-
ские пруды. Для доочистки используют фильтрование, флотацию,
адсорбцию, ионный обмен, обратный осмос **. Значение доочистки
резко возрастает в связи с необходимостью создания бессточных
химических производств.
Сточные воды в зависимости от степени загрязнения направ-
ляют непосредственно на сооружения первичной, вторичной или
третичной очистки. Например, при отсутствии в отработанной во-
де взвешенных частиц ее направляют на биологическую очистку.
Для биологической очистки сточных вод созданы сооружения,
выполненные в виде единого компактного блока, включающего в
себя многоярусные отстойники и секционированные аэротенки, рас-
считанные на высокие дозы ила ***. Производительность такого
блока составляет 100 000 м3/сут. Он обеспечивает полную очистку
и тепловую обработку бытовых и промышленных сточных вод.
Охрана водоема на Новополоцком нефтеперерабатывающем за-
воде, например, осуществляется на основе внедрения прогрессив-
ных технологических установок очистки и подготовки воды. При
этом предусматривается раздельная биологическая очистка про-
мышленных и бытовых стоков.
Система охраны водоема на этом заводе предусматривает при-
менение эффективных ингибиторов коррозии в оборотных систе-
мах, использование аппаратов воздушного охлаждения, высоко-
скоростных фильтров, установок для сжигания шлама, флотаторов
* Аэротенк — аппарат с постоянно протекающей сточной водой, в толще
которой развиваются аэробные микроорганизмы, потребляющие «загрязнение»
(субстрат) этой сточной воды.
** Обратный осмос (гиперфильтрация) —это непрерывный процесс молеку-
лярного разделения растворов путем их фильтрования под давлением через по-
лупроницаемые мембраны, задерживающие (полностью или частично) молеку-
лы или ионы растворенного вещества. Обратный осмос используют для выделе-
ния низкомолекулярных растворенных веществ (например, солей, кислот).
*** Интенсивность и эффективность очистки сточных вод зависят не только
от условий обитания микроорганизмов, но и их количества — дозы активного
ила. Доза активного ила в аэротенках поддерживается в пределах 2—4 г/л.
107
и др. Степень использования сточных вод в оборотных системах
достигает 97%.
На предприятиях синтетического каучука водоснабжение осу-
ществляется по замкнутой схеме, где предусмотрено смешение хи-
мически загрязненного стока с бытовым стоком.
Биологическая очистка проводится в две ступени с промежу-
точным озонированием и включает применение физико-химических
методов третичной очистки (доочистки) сточных вод.
Химически загрязненный сток проходит биологическую очистку
(I ступень) затем смешивается с хозяйственно-бытовым стоком и
проходит вторую биологическую очистку (II ступень). После хло-
рирования, озонирования и обработки ингибитором очищенная во-
да возвращается в систему оборотного водоснабжения.
Схема замкнутого водоснабжения предприятий синтетического
каучука предусматривает использование оборотной воды с повы-
шенным солесодержанием (3—6 г/л).
Разработан новый способ обезвреживания сточных вод, содер-
жащих некондиционную соляную кислоту, при производстве хлор-
органических соединений без использования добавок (кальцини-
рованной соды) *. При этом одновременно получается дихлор-
этан — ценное сырье для полимерной промышленности. Способ
состоит в том, что загрязненная соляная кислота подвергается
электролизу. На положительном электроде хлор взаимодействует
с газообразным этиленом, благодаря чему и решаются сразу две
задачи: очистка отходов и получение дихлорэтана. В отличие от
традиционных электролизеров здесь отсутствуют дорогостоящие
перегородки, разделяющие положительные и отрицательные элек-
троды. Этим способом некондиционную соляную кислоту можно
использовать и при получении ценных добавок в производстве ми-
неральных удобрений.
Машины и аппараты для очистки сточных вод. Для выделения
веществ, находящихся в сточных водах в виде грубодисперсных
смесей (для осветления), широко применяют отстойники различной
конструкции.
При небольших расходах или при периодическом поступлении
сточных вод используют отстойники периодического действия,
представляющие собой металлические или железобетонные резер-
вуары с коническим днищем.
При больших расходах сточных вод применяют отстойники не-
прерывного действия (горизонтальные, вертикальные и радиаль-
ные). Вертикальные отстойники представляют собой цилиндричес-
кие (диаметром до 10 м) или квадратные (в плане) резервуары с
коническим днищем. Производительность вертикальных отстойни-
ков достигает 3000 м3/сут. Но эффективность осветления вод вер-
* Разработан Институтом электрохимии им. А. Н. Фрумкина Академии на-
ук СССР.
108
Рис. 3.9. Патронный автоматизиро-
ванный фильтр непрерывного дейст-
вия ПАН2,5-8у
примесей в исходной воде и сте-
тикальными отстойниками ниже
(на 10—20%), чем горизонталь-
ными или радиальными. Верти-
кальные отстойники применяют
на общезаводских очистных соо-
ружениях. Горизонтальные от-
стойники представляют собой
прямоугольные резервуары глу-
биной Я=1,5-?-4 м и длиной
(8-г12) Н. Радиальные отстой-
ники представляют собой цилинд-
рические резервуары диаметром
60 м (встречаются диаметром и
более 100 м). Вода в отстойнике
движется по радиусу к перифе-
рии.
Для обезвоживания осадков
сточных вод применяют центри-
фугирование и фильтрование.
Для очистки производствен-
ных, оборотных и сточных вод
применяют различные фильтры с
использованием поверхностных
(сетки, ткани) и глубинных (с
зернистой загрузкой) фильтро-
вальных перегородок. По ста-
бильности режима работы неза-
висимо от характера содержания
пени очистки более эффективными являются фильтры с зернистой
загрузкой. Однако они имеют ряд недостатков: небольшие скорости
фильтрования, значительные габаритные размеры и занимаемые
производственные площади.
Проведенные исследования показали, что высокие скорости
фильтрования и необходимая степень очистки могут быть достиг-
нуты путем уменьшения толщины зернистого слоя, соответствую-
щего подбора фракционного состава и выбора материала фильтро-
вальной загрузки. Всем этим требованиям удовлетворяет разра-
ботанный НИИхиммашем новый патронный фильтр автоматизи-
рованный непрерывного действия ПАн 2,5—8у * (рис, 3.9). Он сос-
тоит из вертикального корпуса 2, крышки / и днища 6. В корпу-
се концентрически размещены фильтровальные элементы в виде
патронов-гильз 12, прикрепленные нижним торцом к перегородке
3 между корпусом и днищем. Патроны-гильзы разделены по вы-
соте на три секции, которые загружены фильтрующим материа-
лом. В нижней камере для исходной воды расположено промывное
* Опытный образец изготовлен НПО «Пензхиммаш».
109
устройство, состоящее из короба 4 с полым водилом и полого ва-
ла 7. Короб промывочного устройства может скользить между пе-
регородкой 3 и плитой 5 и приводиться в движение с помощью
привода 8 через вал 7. В фильтре предусмотрены штуцера: 10 —
для ввода исходной воды; 11 — для вывода очищенной воды; 9 —
для вывода шлама.
Фильтр работает следующим образом. Исходная вода подает-
ся через штуцер 10 в нижнюю камеру, откуда она поступает в
патроны-гильзы и проходит три слоя зернистой загрузки. При дос-
тижении установленного предельного перепада давления в кор-
пусе фильтра с помощью реле времени или датчика предельного
перепада давления включается привод и включается в работу про-
мывное устройство. При этом короб проходит под каждым фильт-
ровальным элементом, переключая их на промывку. В камере
фильтрата под действием перепада давления жидкость движется
противотоком сверху вниз через слой зернистой загрузки, вымы-
вая задержанные механические примеси. Эффективность регене-
рации обеспечивается импульсной обратной промывкой.
Техническая характеристика фильтра ПАн 2,5-8у
Поверхность фильтрования, м2................ 2,5
Рабочее давление, Па ....................... 1
Рабочая температура, К .......... 358
Номинальная производительность, м3/ч........до 250
Содержание механических примесей в исходной воде (в зави-
симости от используемой загрузки), мг/л.....до 1009
Степень очистки, %..........................до 85
Мощность электропривода, кВт .......... 0,75
Внутренний диаметр корпуса, мм . . ......... 1200
Габаритные размеры, мм:
высота ............. 3140
максимальный диаметр.................... 1224
ширина........................... 1680
Масса, кг . . ........... 3250
Для обезвоживания осадков, образующихся в результате очис-
тки сточных вод, широко применяют метод центрифугирования,
являющийся одним из самых эффективных. Используемые при
этом осадительные горизонтальные центрифуги со шнековой вы-
грузкой типа ОГШ компактны, просты в обслуживании, обеспечи-
вают получение обезвоженного осадка низкой влажности.
Для обезвоживания осадков сточных вод на крупных очистных
сооружениях с пропускной способностью 200 тыс. м3/сут и более
создана новая крупнотоннажная центрифуга ОГШ-Ю01К-01 *. Осо-
бенностью конструкции центрифуги является улучшенная гидроди-
намика условий разделения суспензии в роторе машины благода-
ря использованию прямоточной схемы ротора, закрытого потока и
заглублению подаваемой суспензии под слой жидкости в роторе.
* Разработана НИИхиммашем совместно с НПО им. М. В. Фрунзе.
НО
В зависимости от технологической схемы, принятой на очист-
ных сооружениях, в центрифугу подаются осадки сточных вод с
различными свойствами, причем эти свойства могут изменяться
даже в процессе работы машины. Для обеспечения наиболее эф-
фективного режима работы центрифуги и выгрузки шнеком осад-
ка из ротора в зависимости от свойств осадка сточных вод необхо-
димо подбирать соответствующую относительную частоту враще-
ния шнека. Для этого в центрифуге применен двухскоростной
электродвигатель на подкрутку выходного вала планетарного ре-
дуктора, что обеспечивает три дискретные относительные часто-
ты вращения шнека.
Техническая характеристика центрифуги ОГШ-1001К-01
Диаметр ротора, мм..........................
Отношение длины ротора к диаметру
Угол наклона образующей конуса ротора, град
Частота вращения ротора, с-1................
Фактор разделения...........................
Производительность по суспензии, м3/ч . .
Относительная частота вращения шнека, об/мин
Мощность электродвигателя привода, кВт:
главного ...................................
дополнительного ......................
Габаритные размеры, мм......................
Масса, кг...................................
1000
3,6
8
16,7
560
до 90
3,5; 6; 8,38
110
11/6
6650X3600X 2130
Г5 500
Для очистки тонкодисперсных суспензий может быть использо-
ван центробежный сепаратор ОДЛ-632К-2 с выгрузкой осадка на
ходу. Он представляет собой барабан с набором тарелок, враща-
ющийся от электродвигателя через винтовую зубчатую передачу
к фрикционную центробежную муфту.
Принцип действия сепаратора основан на разделении жидкос-
ти и взвешанных частиц с различным удельным весом под дейст-
вием центробежных сил, возникающих при вращении барабана.
Техническая характеристика сепаратора ОДЛ-632 К-2
Пропускная способность по воде, м3/ч, не более . . '10
Минимальное давление суспензии на входе, МПа, не 0,08
менее ............................................
Эквивалентная поверхность разделения, м2 . . „ 20080
Межтарелочный зазор, мм.................................. 0,4
Частота вращения барабана, с-’.................... 78,3
Габаритные размеры, мм............................ 1750X1360X1825
Масса, кг............................................... 2395
Для очистки сточных вод химических производств перспектив-
но применение новых конструкций гидроциклонов (рис. 3.10), поз-
воляющих осуществить регулировку показателей процессов освет-
ления, сгущения, классификации и повысить эффективность раз-
деления пульп и суспензий.
111
Для термического обезвреживания сточных вод, состоящего из
стадий концентрирования и получения сухого остатка, применяют
выпарные аппараты, скрубберы, печи, аппараты погружного горе-
ния, распылительные сушилки, кристаллизаторы, аппараты с ки-
пящим слоем материала.
Для концентрирования сточных вод применяют выпарные ап-
параты одно- и многокорпусные, с естественной и принудительной
циркуляцией. С помощью выпарных аппаратов концентрируют
сульфатные щелоки, радиоактивные и другие сточные воды.
Для термического обезвреживания сточных вод широко ис-
пользуют скрубберы Вентури.
Для обезвреживания стоков, содержащих свободные кислоты,
их нейтрализуют гашеной известью, содержащей активную из-
весть (5—10%) в смесителях. Для смешения сточных вод с из-
вестковым молоком применяют гидравлические смесители (напри-
мер, вихревые) и смесители с механическими мешалками или
барботированием сжатого воздуха.
Для удаления органических и минеральных соединений из
сточных вод используют адсорберы с неподвижным и подвижным
слоем адсорбента.
Выделение из сточных вод растворенных органических жидко-
стей осуществляется в перегонных аппаратах и ректификацион-
ных колоннах.
Сточные воды многих химических производств загрязнены ле-
тучими неорганическими веществами: сероводородом, сероуглеро-
Рис. 3.10. Конструкции гидроциклонов:
а — с клапанной регулировкой выходящих потоков; б — двухко-
нусный гидроциклон-класснфикатор с подвижными сливными
трубками; в — электромагнитный турбоциклон
112
дом, аммиаком и др. Выделение растворенного газа из сточных
вод осуществляется в десорберах — насадочных, распылительных,
барботажных и пенных.
Для охлаждения сточных вод в очистных установках применя-
ют аппараты воздушного охлаждения (см. § 2.4 и 6.3).
§ 3.3. УСТАНОВКИ И ОБОРУДОВАНИЕ
ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ (УТИЛИЗАЦИИ) ОТХОДОВ
ПРОИЗВОДСТВА
В настоящее время разработан и создан ряд установок, пред-
назначенных для переработки отходов химических и нефтехими-
ческих производств. Так, плазмохимическая установка переработ-
ки газообразных и жидких органических отходов любого химичес-
кого состава используется для пиролиза органических отходов в
плазменной струе водорода или смеси водорода и метана с по-
лучением ацетилена, этилена, хлористого водорода, необходимых
для синтеза хлорорганических продуктов. Технологический про-
цесс установки обеспечивает полную переработку отходов, явля-
ется замкнутым и безотходным.
Техническая характеристика плазмохимической установки
переработки органических отходов
Производительность установки по сырью, кг/ч................. 750
Удельные затраты электроэнергии на разложение сырья,
кВт-ч/кг, не более............................................ 2
Степень превращения сырья, %..............................99—100
Установка для термической переработки (утилизации) осад-
ков сточных вод СВС-3,5/5 * предназначена для сушки, сжигания
или прокалки жидкотекучих и дисперсных материалов органичес-
кого и минерального состава с получением дисперсного продукта
с регулируемыми дисперсностью и влажностью. Основное ее наз-
начение — утилизация высоковлажных осадков коммунальных и
промышленных сточных вод. В зависимости от вида утилизации
(термическая сушка или сжигание осадка) и вида сжигаемого
топлива установка оборудуется двумя типами топочных устройств:
камерами сгорания (с жаровой трубой) для сжигания газообраз-
ного топлива или циклонной (футерованной) топкой для сжигания
твердого (высушенного) осадка, жидкого (мазута) или газообраз-
ного топлива. Установка, кроме топочных устройств, унифициро-
вана и состоит из устройства для подготовки и транспортирова-
ния исходного (влажного) осадка, сушильной камеры, сепарато-
ра, батарейного циклона и центробежного скруббера с трубой
Вентури, тягодутьевых устройств приборов контроля, измерения и
автоматики.
* Изготовляет Глазовский завод химического машиностроения.
113
Для переработки отхо-
дов термопластов различ-
ных марок (полиэтилена
ВП и НП, наполненного и
ненаполненного ПВХ, по-
листирола и его сополиме-
ров, полипропилена, кап-
рона и неабразивных ре-
актопластов) Кузнецким
заводом полимерного ма-
шиностроения изготовлен
роторный измельчитель
пластмасс ИПР-300М. Он
может перерабатывать
литники, обрезки, брако-
ванные изделия, отходы
экструзии и вакуум-фор-
мовки в крошку для вто-
ричной переработки в
червячных и литьевых
машинах. Измельчитель
ИПР-300М (рис. 3.11) со-
стоит из загрузочного бун-
кера, станины, корпуса, в
котором смонтированы ро-
Рис- 3.11. Роторный измельчитель пласт- тор( неподвижные НОЖИ И
масс ~ ‘ решетка, а также привода
ротора. Стальной бункер
с падающей заслонкой и внутренними отражателями смонтирован
на откидной части (крышке) корпуса и создает условия полной
безопасности обслуживания измельчителя. Ножи изготовлены из
высоколегированной стали и термически обработаны. В нижней
части корпуса имеется разгрузочное окно. Сменные решетки поз-
воляют получать крошку разных размеров, при этом изменяется
паспортная производительность, указанная в паспорте. Измельчи-
тель может работать с выгрузкой измельченной крошки как в
тару, так и в систему пневмотранспорта.
Техническая характеристика роторного измельчителя ИПР-300М
Производительность (в зависимости от перерабатыва-
емого материала и формы отходов), кг/ч
Максимальные размеры, мм, перерабатываемых пусто-
телых отходов термопластов с толщиной стенки не
более 5 мм ................................
Максимальный размер крошки, мм.............
Мощность электродвигателя, кВт.............
Габариты, мм .............. . . .
Масса, кг ........ . . .
700—900
300X150X150
5
18,5
1380ХИ00Х1940
1165
114
На ряде химических предприя-
тий в ближайшее время преду-
смотрено создание установок по
утилизации отходов производства
с выпуском ценной продукции, на-
пример циануровой кислоты, яв-
ляющейся сырьем для производст-
ва эффективных дезинфицирую-
щих средств, аммиачной селитры
И Др.
С целью использования рези-
новых отходов ВНИИРТмашем
создано оборудование для измель-
чения этих отходов в крошку
(рис. 3.12). Измельчитель вклю-
чает в себя ножевую дробилку, где
Рис. 3.12. Агрегат для измельчения
резиновых отходов
резиновые отходы (вулканизо-
ванные резиновые выпрессовки, бракованные резинотехнические
изделия, резиновые отходы обувной промышленности) измельча-
ются в крошку с размером частиц 6—8 мм, и дисковую мельницу,
в которой поступающие из дробилки крошки измельчаются разме-
ром не более 2 мм.
Техническая характеристика измельчителя
Производительность при получении крошки, кг/ч:
с размером частиц 6—8 мм......................... 100
с размером частиц не более 2 мм ... . 50
Максимальные размеры перерабатываемых отходов, мм 350X50X5
Мощность электродвигателя, кВт.................. 29,5
Габаритные размеры, мм:
длина............................................ 1210
высота............................................. 1120
ширина.................................... 2190
Масса, кг....................................... 1550
Измельчитель целесообразно использовать в производстве с
небольшим объемом перерабатываемых отходов — до 600 т/год.
Для производства с большим объемом перерабатываемых от-
ходов (в производстве РТИ и обувной промышленности) создан
агрегат более высокой единичной производительности до 600 кг/ч
(по крошке с размером частиц 3—10 мм) и до 350 кг/ч (по крош-
ке с размером частиц 0,3—1,5 мм) *.
Большое разнообразие резиновых отходов и все возрастающие
требования к качеству конечного продукта обусловили необходи-
мость создания оборудования, которое обеспечило бы очистку ис-
ходного сырья (отходов) от металлических включений, рассев по-
* Агрегат отличается высокой степенью автоматизации. Его серийный вы-
пуск освоен заводом «Тамбовполимермаш» им. 60-летия СССР.
115
10
Рис. 3.13. Линия получения резиновой крошки
лученной крошки и получение готовой крошки в упакованном ви-
де. Всем этим требованиям удовлетворяет линия получения рези-
новой крошки из отходов шерховки шин (рис. 3.13). Она может
также использоваться для измельчения неармированных резино-
вых отходов. Опытный образец линии рекомендован к серийному
производству.
Линия (рис. 3.13), состоит из магнитного сепаратора 1, агрега-
та измельчения 2, вибрационного сепаратора 3, двух магнитных
сепараторов 4, бункера-накопителя 5, агрегата упаковки 6 и четы-
рех пневмотранспортных систем.
Магнитный сепаратор представляет собой ленточный конвейер,
приводным барабаном которого является шкивной железоотдели-
тель Ш65-63, предназначенный для извлечения металлических
включений из перерабатываемых отходов.
Вибрационный сепаратор состоит из цилиндрического корпуса
с сеткой и двумя выгрузными патрубками, а также инерционного
колебателя с приводом, который сообщает корпусу сепаратора
сложное колебательное движение, что способствует рассеву из-
мельченной крошки.
Бункер-накопитель представляет собой емкость с тарельчатым
питателем. Бункер снабжен сигнализатором уровня и устройст-
вом контроля температуры крошки.
Агрегат упаковки * состоит из автоматических весов, встряхива-
ющего, обжимного и протяжного устройств, зашивочной головки.
Он обеспечивает автоматическую развеску крошки, наполнение и
зашивание бумажного мешка.
Питатель 7, циклон 8, центробежный вентилятор 9 и трубопро-
* Изготовитель — Костромской завод полимерного машиностроения,
им. Л. Б. Красина.
116
вод Ю составляют пневмотранспортную систему всасывающего
типа, предназначенную для транспортирования крошки.
Получение крошки осуществляется следующим образом: отхо-
ды, пройдя сепаратор 1, поступают в агрегат измельчения 2, из
которого крошка подается пневмотранспортом в вибрационный
сепаратор 3. Готовая крошка, пройдя через отверстия сетки виб-
рационного сепаратора, через магнитные сепараторы 4, в которых
извлекаются из крошки оставшиеся металлические включения,
поступает в бункер-накопитель 5, а крошка, оставшаяся на сетке,
возвращается в агрегат измельчения 2. Из бункера-накопителя
крошка поступает в агрегат упаковки 6.
Техническая характеристика линии
Производительность (по крошке с размером частиц
0,3—1,5 мм), кг/ч........................................ До 350
Расход воды (давлением 0,15—0,2 МПа), м3/ч ... 1,5
Расход сжатого воздуха (Р = 0,24-0,5 МПа), м3/ч . . 1
Мощность электродвигателя, кВт............................... 130
Габаритные размерь^ мм................................. 1539X3500X6255
Масса, кг.................................................. 18000
Для переработки изношенных покрышек с металлическим кор-
дом ВНИИРТмашем разработана машина, которая состоит из
двух вращающихся навстречу друг другу ножевых вала, установ-
ленных на станинах и соединенных общей рамой. Режущими дис-
ками ножевых валов покрышка разрезается на полосы шириной
60 мм.
Техническая характеристика машины
Производительность, кг/ч, не менее................. 5000
Наибольший типоразмер перерабатываемых покрышек,
мм................................................... 320—528
Ширина получаемых полос, мм.............................. 60
Мощность электродвигателей, кВт............................ 138
Габаритные размеры, мм............................... 7900X6400X3490
Масса, кг.......................................... 44 900
В настоящее время ведутся работы по созданию оборудования для из
мельчения отходов вулканизационных резинотканевых изделий (конвейерных
лент, клиновых ремней, рукавов и т. п.), обеспечивающего получение как ре-
зиновой крошки без ткани, так и однородной резинотканевой композиции; эф-
фективного дробильного оборудования для переработки сырья, полупродуктов
или отходов в виде длиннокусковых материалов с получением монодисперсно-
го конечного продукта заданного гранулометрического состава. К длиннокуско-
вым материалам можно отнести отходы производства ацетатной рулонирован-
ной основы в производстве кинофотоматериалов, отходов производства изделий
из пластмасс, в том числе металлосодержащих и др.
117
Рис. 3.14. Центробежно-
ножевая дробилка
Сепарирующие центробежно-ножевые
дробилки ЦНД-1СГ и ЦНД-2СГ предна-
значены соответственно для первичного и
вторичного дробления фотожелатина if
ацетатной основ.
Центробежно-ножевая дробилка (рис.
3.14) состоит из корпуса /, в котором
установлен горизонтальный ротор 7, вы-
полненный в виде вала 8 с винтообразно
расположенными дисками с ножами 6,
имеющими усиленный профиль. Крыш-
ка 3 снабжена точкой 5, расположенной
наклонно под углом (3, большим угла
внешнего трения перерабатываемого материала. На днище течки
укреплена тормозная планка 4, способствующая ориентации длин-
нокускового материала большей осью параллельно оси ротора.
С целью уменьшения возможности прохода удлиненных кусков боль-
шей осью перпендикулярно оси ротора на корпусе расположены
два ряда гребенчатых ножей 2 статора, установленных под уг-
лом 45° относительно друг друга. Такая конструкция исключает
возможность образования большого количества мелкой фракции,
обеспечивая монодисперсный состав конечного продукта.
Техническая характеристика центробежно-ножевых дробилок
Дробилка . . . ...............
Производительность, кг/с..........
Диаметр ротора, м.................
Частота вращения ротора, об/с . .
Размер кусков, м:
исходного продукта . . . .
конечного продукта . . . .
Мощность привода, кВт.............
Габаритные размеры дробилок, м . .
ЦНД-1СГ ЦНД-2СГ
5 2
0,8 0,6
5—10 5—10
0,7X0,2X0,1
0,08X0,06X0,05
30
1,6X1,4X1,2
0,08X9,06X0,05
0,03X0,03X0,025
20
1,2X0,8X0,6
Промышленная эксплуатация образцов центробежно-ножевых
дробилок в различных производствах показала, что дробилки типа
ЦНД могут быть использованы для утилизации отходов в произ-
водстве линолеумов, резинотехнических изделий, листовых тексто-
литов и стеклотекстолитов, фольгированных пластиков и других
длиннокусковых материалов.
§ 3.4. КРАТКИЙ ОБЗОР ХИМИЧЕСКИХ УСТАНОВОК
С МАЛООТХОДНОЙ И БЕЗОТХОДНОЙ ТЕХНОЛОГИЕЙ
И ВОДООБОРОТОМ
В настоящее время определены и успешно реализуются глав-
ные направления, обеспечивающие охрану окружающей природной
среды в условиях научно-технического прогресса: комплексное
118
использование природного сырья с максимальным извлечением
содержащихся в нем ценных компонентов, создание новых мало-
отходных и безотходных производств, бессточных производств с
оборотными системами водоснабжения.
Установки с безотходной технологией. В технологическую схе-
му таких установок, как правило, наряду с собственно техноло-
гическими стадиями включены стадии очистки газообразных вы-
бросов, переработки твердых отходов и очистки сточных вод.
Установка для получения суспензионного
поливинилхлорида. Она включает в себя кроме стадий по-
лимеризации винилхлорида, его выделения из суспензии и сушки
следующие стадии: дегазацию суспензии, очистку сточных вод, пе-
реработку твердых отходов и очистку газовых выбросов. В уста-
новке практически отсутствуют сточные воды. Газовые выбросы
очищаются от основной массы винилхлорида методом конденсации
с последующей доочисткой адсорбцией на угле. Очищенный газ
выбрасывается в атмосферу, а уловленный винилхлорид возвраща-
ется в процесс получения винилхлорида. Эта установка позволя-
ет практически исключить загрязнение окружающей среды, сни-
зить до минимума содержание винилхлорида в полимере, а также
интенсифицировать и повысить безопасность проведения процесса,
увеличить выход готового продукта и улучшить его качество.
Производство хлорметанов, сбалансирован-
ное по хлору. Оно отличается отсутствием вредных отходов,
сточных вод и газовых выбросов в атмосферу. Хлорметаны получа-
ют из природного газа методом прямого хлорирования метана
хлором и окислительного хлорирования метана смесью кислорода
и хлористого водорода, получаемого со стадии прямого хлориро-
вания. Хлорметаны, получаемые по сбалансированному методу,
практически не содержат примесей и без дополнительной очистки
удовлетворяют требованиям высших сортов.
Производство ф ен и л г и д р а з и н а (основания)
и других арилгидразино в * универсальным спо-
собом. Процесс получения фенилгидразина (основания), прово-
димый по непрерывной автоматизированной схеме с рециклом,
практически безотходен. Он состоит из следующих основных ста-
дий: синтеза фенилгидразина; выделения товарного продукта ме-
тодом ректификации; утилизации отходного хлористого натрия с
предварительной его очисткой от органических примесей. Синтез
фенилгидразина осуществляется в реакторе при температуре 50—
100 °C и атмосферном давлении. Из реактора реакционная смесь
поступает в расслаиватель. Верхний органический слой для выде-
* Фенилгидразин и другие арилгидразины применяются в качестве сырья
Для получения эффективных гербицидов (для сельского хозяйства), медицин-
ских препаратов, фотореактивов, новых высококачественных красителей, гид-
равлических жидкостей, огне- и теплостойких материалов.
Ш
ления товарного фенилгидразина подается на ректификационную
колонну, а водный слой (раствор хлористого натрия) поступает
на очистку.
Производство хлора и каустической соды
мембранным способом. Схема производства этим спосо-
бом разработана для вновь строящихся и замены существующих
производств хлора и чистой каустической соды по методу элек-
тролиза с ртутным катодом. В мембранном процессе исключаются
все ртутьсодержащие выбросы, загрязняющие окружающую среду.
Схема производства включает в себя две стадии: 1) приготовле-
ние высокочистых рассола и воды для питания мембранных элек-
тролизеров; 2) обработка продуктов электролиза — хлора и ще-
лочи. Каустическая сода, полученная мембранным способом, по
качеству практически не уступает ртутной.
Установка получения перекиси водорода.
В ней полностью отсутствуют отходы. Процесс получения переки-
си водорода основан на реакции окисления изопропилового спир-
та кислородсодержащим газом в жидкой фазе в четыре стадии.
Установка отличается простотой аппаратурного оформления, удоб-
ством обслуживания. Основное оборудование установки может
быть расположено на открытой площадке, что ведет к уменьшению
средств на строительство (см. § 8. 1).
Установки с малоотходной технологией. Малым количеством
отходов, рециркуляцией сточной воды с предварительным извле-
чением из нее аммиака и аминов характеризуется универсальная *
технология получения низкомолекулярных алифатических аминов,
являющихся исходным сырьем для производства пестицидов, по-
верхностно-активных веществ, ускорителей вулканизации, лекар-
ственных препаратов, моющих средств. Технология отличается вы-
сокой степенью автоматизации. Она основана на каталитическом
аминировании спиртов и кетонов на гидрирующем катализаторе
при давлении 3 МПа и температуре 180—200°C с последующим
разделением реакционных смесей ректификацией.
Установка получения кремнийорганичес^их
модификаторов. Она отличается малыми отходами производ-
ства, отсутствием сточных вод, а также высоким выходом готово-
го продукта и малой энергоемкостью. Способ получения кремний-
органических модификаторов заключается в непрерывном процес-
се этерификации фенилхлорсиланов водным этиловым спиртом без
давления при невысоких температурах. Покрытия, изготовленные
* Универсальность технологического процесса состоит в том, что при ис-
пользовании одного и того же катализатора и аппаратуры возможно получе-
ние пропил-, изопропил-, бутил- и изобутиламинов. В зависимости от потребно-
сти процесс можно направлять на получение только первичного, вторичного или
третичного амина, а также всех трех вместе образующихся аминов. Ненужный
амин возвращается на синтез, подавляя реакцию его образования.
120
на основе модифицированных смол, обладают повышенной долго-
вечностью, термостабильностью, влагостойкостью, устойчивостью
к окислению и солнечной радиации.
Установка получения морфолина*. До настояще-
го времени морфолин в промышленном масштабе получали мето-
дом дегидратации диэтаноламина олеумом, но этот метод имел
ряд существенных недостатков, в частности наблюдалась корро-
зия аппаратуры, расходовалось много химикатов и было большое
количество сточных вод.
Способ получения морфолина из диэтиленгликоля и аммиака в
присутствии водорода на катализаторах обеспечивает хороший вы-
ход готового продукта (75%) и отличается простотой технологи-
ческого оформления. Высокое качество морфолина (99%) дости-
гается применением новой схемы выделения морфолина из водного
раствора. При получении морфолина этим способом образуется
минимальное количество отходов. Экономический эффект установ-
ки достигается за счет непрерывности проведения процесса, сни-
жения расхода рабочего времени, сокращения размеров производ-
ственных помещений и уменьшения расходов сырья.
Этот способ можно использовать для получения производных
морфолина (N-этилморфолин, N-метилморфолин и др.).
В настоящее время созданы новые технологические схемы, в
которых значительно уменьшены выбросы веществ, загрязняющих
окружающую среду. Так, в производстве серной кислоты из серы
под давлением по циклической схеме** с использованием кислоро-
да снижены металлоемкость и энергозатраты в 5 раз, удельные ка-
питальные затраты на 18% и выбросы SO2 более чем в 1,5 раза.
Комплектная технологически линия по про-
изводству карбамида мощностью 450 тыс. т/г од.
Она предназначена для получения карбамида — одного из наибо-
лее эффективных высококонцентрированных азотных удобрений с
содержанием 46% азота. Линия состоит из следующих блоков: ком-
прессии, синтеза, дистилляции I и II ступеней, выпарки и грану-
ляции, оснащенных единой системой управления и автоматизации
производства. Основное оборудование блоков: компрессор углекис-
лого газа, колонна синтеза и реактор карбамата, аппараты I и II
ступеней дистилляции, центробежные насосы высокого давления.
Диоксид углерода и жидкий аммиак под давлением 22 МПа
подают в колонну синтеза, где образуется плав карбамида. Да-
лее плав поступает на двухступенчатую дистилляцию и выпарную
установку. Концентрированный плав с содержанием 3—5% вла-
* Морфолин — один из видов сырья для производства ускорителей вулка-
низации каучука, оптических отбеливателей, фармацевтических препаратов.
Кроме того, этот продукт используется во многих процессах как эмульгатор
и растворитель и применяется в качестве ингибитора коррозии.
** Разработана НИИУИф НПО «Минудобрения».
121
ги подается в грануляционную башню. Гранулы из башни поступа-
ют на грохот, где классифицируются и подаются на склад.
Отличительная особенность технологической линии — снижение
расходных коэффициентов по аммиаку и углекислому газу, метал-
лоемкости и энергозатрат, уменьшение загрязнения окружающей
среды.
Техническая характеристика линии по производству карбамида
Мощность, тыс. т/год.......................... . . . . 450
Расход на 1 т продукции, т:
аммиака................................................ 0,57
углекислого газа..................................... 0,75 ,
Металлоемкость, кг/т.......................................... 10
Удельная энергоемкость, т усл. топл./т..................... 0,2
Удельные капитальные затраты, руб/т........................ 53,2
Масса, т................................................... 4500
Глава 4. ОСНОВНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ И ДЕТАЛИ
ХИМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ И ИХ ВЫБОР
Химические аппараты по конструкции и назначению разнообразны, но в
основном состоят из типовых деталей и устройств: обечаек, днищ, крышек,
фланцев, штуцеров, перемешивающих устройств и др.
На ряд деталей и их соединений из углеродистой, кислотостойкой и двух-
слойной сталей, титана, цветных металлов и сплавов пластических масс (фао-
лита, винипласта) имеются отраслевые стандарты и нормали. К таким дета-
лям и соединениям относятся люки, штуцера, бобышки, окна смотровые,
выводы труб из аппаратов, фланцы к аппаратам, опоры, уплотнения валов пе-
ремешивающих устройств.
К деталям, изготовляемым по ГОСТу, относятся фланцы и заглушки для
штуцеров машин, аппаратов и арматуры, колпачки, тарелки, мешалки, ука-
затели уровня, крепежные детали {болты, винты, шпильки, гайки и т. п.), про-
кладки.
§ 4.1. ОБЕЧАЙКИ И ДНИЩА, ИХ ВЫБОР
Обечайки. Обычно корпуса сосудов и аппаратов выполняют ци-
линдрическими из листового проката или труб. Диаметры цилин-
дрических обечаек для аппаратов, изготовленных из стали, выби-
рают по ГОСТ 9617—76 (см. § 6.1). Согласно ГОСТу, длины обе-
чаек корпусов сосудов и аппаратов, в том числе имеющих проме-
жуточные разъемы, могут быть выбраны из следующего ряда:
60, 80, 100, 120, 140, 160, 180, 200, 220, 250, 280, 320, 360, 400, 450,
500, 550, 600, 650, 700, 800, 900, 1000, 1100, 1250, 1400, 1600; 1800,
2000, 2200, 2500, 2800, 3200, 3600, 4000, 4500, 5000, 5500, 6000, 6500,
7000, 7500, 8000, 8500, 9000, 9500, 10 000, 11 000, 12 000, 13 000, 14 000,
15 000, 16 000, 17 000, 18 000, 19 000, 20 000, 21 000, 22 000, 23 000, 24 000,
25 000, 26 000, 27 000, 28 000, 29 000, 30 000 мм.
Значительно реже изготовляют корпуса аппаратов с плоскими
стенками; такие аппараты применяют для работы при небольших
перепадах давлений и обычно используют в качестве кожухов су-
шилок, погружных холодильников и конденсаторов, корпусов филь-
тров и тому подобных аппаратов.
Днища. Днища (крышки) аппаратов выполняют различной
формы — сферические, эллиптические, полушаровые, конические,
плоские — в зависимости от их назначения, нагрузки (давления),
а также от способа изготовления.
В аппаратах, работающих под давлением, рекомендуется при-
менять сферические, конические и эллиптические отбортованные
123
днища и крышки. Благодаря отбортовке (цилиндрический участок
длиной 25, 40 и 50 мм) сварной шов при присоединении днища к
обечайке выносится за пределы опасной зоны и тем самым не на-
гружается дополнительно на изгиб.
Днища сферические неотбортованные (шаровой сегмент) при-
меняют только для аппаратов под налив, а также в качестве эле-
ментов съемных фланцевых крышек аппаратов диаметром до
800 мм, работающих под давлением при условии, что радиус сфе-
ры днищ не превышает внутреннего диаметра и днища
привариваются двусторонним швом
Рис. 4.1. Эллиптическое днище с внутрен-
ними (а), наружными (б) базовыми раз-
мерами и расположение отверстий (в)
со сплошным проваром (со-
гласно ОСТ 26.291—79).
Эллиптические дни-
ща. Широкое распростране-
ние в аппаратостроении по-
лучили эллиптические от-
бортованные днища (рис.
4.1). На эллиптические дни-
ща разработан ГОСТ
6533—78, который распрост-
раняется на стальные отбор-
тованные днища толщиной
4—100 мм для сосудов, ап-
паратов и котлов диаметром
133—4500 мм. В ГОСТ
6533—78 для обечаек аппа-
ратов, изготовляемых из ли-
стового проката, за базовый
размер днищ диаметром
250—4500 мм принят внут-
ренний диаметр. При исполь-
зовании в качестве обечаек
стандартных труб для днищ
диаметром 133—720 мм *
базовым размером служит
наружный диаметр труб.
Для эмалированных ап-
паратов и аппаратов с пе-
ремешивающими устройст-
вами можно применять дни-
ща диаметрами 250, 300,
350, 1550, 1750 и 1950 мм.
Днища из двухслойной ста-
ли допускается изготовлять
* Согласно ГОСТ 6533—78, днища могут изготовляться по согласованию
изготовителя с потребителем диаметрами 820, 920, 1020 и 1120 мм.
124
с толщиной стенки 24 и 26 вместо 25 мм, указанной в стандарте.
При использовании днищ с фланцами и в случае приварки опо-
ры к борту днища вертикального аппарата высоту борта hi нуж-
но выбирать в зависимости от толщины s стенки днища:
Толщина стенки днища
s, мм ............. 4—12 14—20 22—30 32—40 свыше 40
Высота борта hit мм . . 50 70 90 100 110
При расположении отверстий в эллиптических днищах, соглас-
но ОСТ 26.291—79, должны соблюдаться следующие условия
(рис. 4.1); /i^ 1,4 (</14-с?г)/2; /2^0,1Г)н, но не менее 0,09jDbh, где
/1 и /2 — размеры по проекции образующей днища, мм; Da и 7)вн—
соответственно наружный и внутренний диаметры днища, мм.
Днища эллиптические отбортованные латунные и алюминиевые
следует выбирать по ГОСТ 13472—68.
Конические днища. Их обычно используют при необхо-
димости удаления из аппаратов сыпучих твердых материалов или
жидких с большим содержанием твердых веществ, для лучшего
распределения жидкостей или газа по всему сечению аппарата, а
также для постепенного изменения скорости жидкости или газа с
целью уменьшения гидравлических сопротивлений в аппарате. Ко-
нические днища изготовляют без отбортовки и с отбортовкой.
В днищах с отбортовкой, как и в эллиптических, сварной шов
вынесен за пределы зоны, работающей на изгиб.
Конические днища без отбортовки рекомендуется применять с
углом при вершине 60, 90 и 120° (ГОСТ 12620—78). Такие днища
можно использовать для сосудов и аппаратов диаметром 273—
3000 мм под налив или работающих под давлением не выше
0,07 МПа при отсутствии токсичных, взрыво- и огнеопасных сред,
а также сжатых, сжиженных или растворенных газов. Днища мож-
но изготовлять из углеродистой, легированной или двухслойной
стали с толщиной стенки 4—12 мм.
Для аппаратов диаметром 273—3000 мм, работающих под дав-
лением, рекомендуется применять конические отбортованные дни-
ща с углами при вершине 60 и 90° (ГОСТ 12619—78). Для сосу-
дов и аппаратов, подведомственных Госгортехнадзору, централь-
ный угол при вершине конуса днища должен быть не более 45°
(ОСТ 26.291—79). Днища могут быть изготовлены из углеродис-
той, легированной и двухслойной сталей с толщиной стенки 4—
30 мм.
Высота цилиндрической части (борта) конических и эллипти-
ческих отбортованных днищ, устанавливаемых в нижней части
колонного аппарата, в зависимости от толщины днища следующая:
Толщина стенки днища
s, мм ............ 4—12 14—20 22—26 28—30 32—40 свыше 40
Высота цилиндрической
части /ih мм . . . . 40 40 80 90 100 НО
125
Плоские днища. В аппаратах под налив обычно приме-
няют плоские днища и крышки, которые дешевы и просты в изго-
товлении. Днища плоские приварные круглые диаметром более
500 мм для аппаратов, работающих под давлением, применять не
рекомендуется.
Плоские днища изготовляют отбортованными и неотбортован-
ными. Днища плоские отбортованные (ГОСТ 12622—78) предназ-
начены для вертикальных сосудов и аппаратов диаметром DBH =
= 400^-4000 мм под налив. Эти днища могут быть изготовлены из
углеродистой, легированной и двухслойной сталей с толщиной
стенки 4—10 мм. Днища плоские неотбортованные (ГОСТ 12623—
78) предназначены для вертикальных и горизонтальных сосудов и
аппаратов диаметром 273—4000 мм под налив. Плоские неотборто-
ванные днища могут изготовляться из углеродистой и легирован-
ной сталей с толщиной стенки 3—12 мм.
Для аппаратов, изготовленных из листового проката, за базо-
вый размер плоских днищ диаметром 400—4000 мм принят внут-
ренний диаметр DBH. При использовании труб в качестве корпусов
аппаратов за базовый размер (для днищ отбортованных диамет-
ром 630—1020 мм и днищ неотбортованных диаметром 273—
1020 мм) принят наружный диаметр трубы Du.
§ 4.2. ФЛАНЦЕВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ, ПРОКЛАДКИ
И КРЕПЕЖНЫЕ ДЕТАЛИ
Фланцевые соединения. В аппаратах химических производств
они являются одним из наиболее распространенных и ответствен-
ных соединений. Правильный их выбор в значительной степени
предопределяет надежную работу сосудов и аппаратов. Фланцы
к аппаратам и штуцерам выбирают в соответствии с ГОСТами по
условному проходу, условному давлению, а также в зависимости
от температуры среды.
Под условным проходом следует понимать номинальный внут-
ренний диаметр аппарата или трубы. Условный проход обознача-
ется Dy с добавлением его размера. Например, условный проход
размером 200 мм обозначают Z)y200. Условные проходы устанавли-
вает Ст СЭВ 254—76.
Согласно ГОСТ 356—80 арматура и соединительные части тру-
бопроводов должны изготавляться на следующие условные давле-
ния: 0,1; 0,25; 0,6; 1; 1,6; 2,5; 4; 6,3; 10; 16; 20; 25; 32; 40; 50; 63;
80; 100 МПа. Условное давление обозначают ру с добавлением
значения давления. Например, условное давление в 6,4 МПа обоз-
начают ру6,4 МПа. Условное давление следует принимать • бли-
жайшее к рабочему, но большее. Например, если рабочее давле-
ние среды рр = 0,7 МПа, то фланец следует принять по условному
давлению ру1,0 МПа.
126
Таблица 4.1. Типы и основные параметры фланцев
для штуцеров аппаратов (машин), арматуры,
соединительных частей и трубопроводов
Фланец Номер ГОСТа Условное давление Ру, МПа Условный проход Dy, мм
Литой из серого чугуна ГОСТ 12817—89 0,1; 0,25 0,6 1,0 L6 15—3000 15—2400 15—2000 15—1000
Литой из ковко- го чугуна гост 12818—80 1,6; 2,5; 4,0 15—80
Литой стальной гост 12819—80 1,6 2,5 4*0 6,3 10 16 20 15—1600 15—1400 15—800 15—600 15—400 15—300 15—250
Стальной плос- кий приварной гост 12820—80 0,1; 0,25 0,6 1,0: 1.6 2,5 10—1600 10—1000 10—600 10—500
Стальной при- варной встык гост 12821—80 0,1; 0,25; 0,6 1,0; 1,6; 2,5; 4,0 6,3 10 16 20 10—1600 10—1200 10—400; 500—1200 10—400 15—3000 15—250
Стальной сво- бодный на привар- ном кольце гост 12822—80 0,1; 0,25; 0.6; 1.0; 1,6; 2,5 10—500
Введение условных проходов и условных давлений позволило
уменьшить число типоразмеров фланцев. Кроме того, установле-
ны одинаковые присоединительные размеры для различных типов
фланцев при одних и тех же условных давлениях и условных про-
ходах. Это дало возможность унифицировать размеры фланцев и
тем самым обеспечить взаимозаменяемость фланцев, соединитель-
ных частей и арматуры.
Типы стальных, чугунных фланцев для штуцеров машин, ап-
паратов, резервуаров и арматуры в зависимости от величины ус-
ловного прохода и условного давления устанавливает ГОСТ
12815—80. ГОСТ распространяется на фланцы на условное дав-
ление от 0,1 (ру0,1) до 20 МПа (ру20) и условный проход от 10
(£)уЮ) до 3000 мм (£у3000). Типы и основные параметры флан-
цев указаны в табл. 4.1. Фланцы, согласно ГОСТ 12815—80, изго-
товляют в девяти исполнениях: 1 — с соединительным выступом;
127
Рис. 4.2. Фланец с соединительным выступом
2 — с выступом; 3 — с впадиной; 4 — с шипом; 5 — с пазом; 6 —
под линзовую прокладку; 7 — под прокладку овального сечения;
8 — шип и 9 — паз (под фторопластовую прокладку).
Фланец в исполнении 1 может быть выполнен квадратным
(рис. 4.2). Отверстия под болты и шпильки во фланцах арматуры,
аппаратов, машин, резервуаров для удобства монтажа должны
располагаться симметрично по отношению к главным осям (но
не по главным осям). Допускается, согласно ГОСТ 12815—80,
фланцы всех исполнений, имеющие четыре отверстия под болты
(шпильки), изготовлять квадратными на ру4,0 МПа (рис. 4.2).
Наиболее употребительны приварные фланцы, фланцы с кони-
ческой шейкой, привариваемые к трубе встык, свободные флан-
цы на приварном кольце, а также фланцы, отлитые или откован-
ные заодно с трубой.
Фланцы литые применяют для литой стальной или чугунной
арматуры; плоские приварные — для сварной арматуры; фланцы
с шейкой рекомендуется применять для штуцеров ответственных
аппаратов из углеродистой и легированных сталей, так как шей-
ка повышает прочность фланца и обеспечивает качественную свар-
ку его с трубой. Стальные свободные фланцы на отбортовке
(ГОСТ 12822—80) следует применять для входных и выходных
штуцеров у аппаратов и машин из алюминия, меди и других цвет-
ных металлов или керамики, ферросилида и других неметалличес-
ких и хрупких материалов. Кроме того, стальные свободные флан-
цы рекомендуется применять в целях экономии дефицитных и до-
рогостоящих конструкционных материалов, например высоколеги-
рованной хромоникелевой стали, титана, сплава цветных металлов
и др. Для штуцеров из двухслойных металлов желательно приме-
нять свободные фланцы из углеродистой стали на приварном
кольце.
128
В штуцерах аппаратов из двухслойного металла уплотнитель-
ные поверхности фланцев, изготовленных из углеродистой стали,
защищают от коррозии наплавкой защитного металла. Уплотни-
тельным поверхностям придают любую нужную форму («шип —
паз» или «выступ — впадина»).
Присоединительные размеры и размеры уплотнительных по-
верхностей фланцев входных и выходных штуцеров аппаратов,
машин, арматуры, соединительных частей и трубопроводов регла-
ментированы ГОСТ 12815—80. Конструкции и размеры фланцев
различных типов помещены в соответствующих ГОСТах (см. табл.
4.1).
Конструкции и размеры фланцевых соединений стальных аппа-
ратов и сосудов на условное давление 0,3—1,6 МПа должны при-
ниматься по отраслевым стандартам (ОСТ 26.425—79; 26.432—79;
26.433—72).
ОСТ 26-425—79 устанавливает типы и параметры стальных
плоских приварных и приварных встык фланцев в зависимости от
диаметров сосудов и аппаратов по ГОСТ 9617—76 (см. § 6.1) и
условных давлений по ГОСТ 9493—80. Выборка из ОСТ 26.425—
79 дана на рис. 4.3.
Стандартные плоские приварные фланцы для аппаратов диа-
метром 400—4000 мм изготовляют на условное давление 0,3—1,6
МПа и могут применяться при температуре среды не выше 300 °C.
В зависимости от уплотнительной поверхности они могут изготов-
ляться в 15 исполнениях. Конструкции и размеры в 1, 2, 3, 6, 7, 8,
11, 12 и 13-м исполнениях представлены на рис. 4.4. Не указанные
на рис. 4.4 исполнения фланцев следующие: 4 — с впадиной, 5 —
с выступом, 9 и 10 — соответственно с впадиной и выступом, об-
лицованные листом из коррозионно-стойкой стали; 14 и 15 — со-
ответственно с впадиной и выступом, наплавленные коррозионно-
стойкой сталью.
Размеры фланцев и крепежных деталей к ним приведены в
табл. 4.2.
Стандартные фланцы приварные встык применяют для сосу-
дов и аппаратов с внутренним базовым диаметром 400—4000 мм
и наружным базовым диаметром 426—720 мм на условное давле-
ние 1,0—6,4 МПа.
В зависимости от уплотнительной поверхности фланцы привар-
ные встык изготовляются в 12 исполнениях (рис. 4.3): 1 — с впа-
диной; 2— с выступом; 3 — с пазом; 4 — с шипом; 5—8 — соот-
ветственно с впадиной, с выступом, с пазо>7, с шипом, облицован-
ные листом из коррозионно-стойкой стали; 9—12 — соответст-
венно с впадиной, с выступом, с пазом, с шипом, наплавленные
коррозионно-стойкой сталью.
Прокладки и крепежные детали. Как известно, прокладки пред-
назначены для уплотнения зазора между поверхностями фланцев.
5 Зак. 1766
129
Тип
Номер ОсТа
Исполнение
Фланцы сосудов и аппаратов
стальные плоские приварные
0СТ26~426~79
1; 6; 11 \2;3;7,8.12рз\ч;5;3;Ю;14;15
Фланцы сосудов и аппаратов
стальные приварные встык
Эскиз
Фланцы сосудов и аппаратов
стальные приварные встык
под металлическую прокладку
______ОСТ 26-428-79_______
Диаметр .аппарата
Давление условное, МПа
°в
400
14501
soa
' '~Д5РГ
ООО
1650)
ТОО
...—щ~
№в
мая
нм
N3MY
шмГ
(BOOT,.Z
поо
Н9М}"““
2000
2200 ~ ~
1401Г
№00
змо
14ДД
~~_“~ядгг
звпи
*fGOu
Он
~5EL
0,3(3) 0,6(6) 1,0(10) 1,6(16) 0,6(6)
7277777 777777727/7//// 7777777-----------
1,0(10)
1,6(16)
2.5(25)
4,0(40)
5,4(54)
6,4 (В 4)
8,0(80)
~S3L
TSL
7ZL
IЮ////Л7////MГ/////М W///MI
1 аи&ие» улиу/ оиаии* миаии i
.72ZZZZ
W///M
’ZZWM 7ZZ7Z7ZL 7ZZZZZZ2.
10,0(100) 16,0(160)
ZZZZZZZqZZZZZZ
/777777, 7777777/ '
7777777/ 77'
w//mv////M
У/////Л
>1^1_____________
IV///M7/////Л///////Л
7////МГ/////М^яш
7//мт.'"////лшя1ш
7///////.г//////леш^т
-------\wwssssrsssssss.^^BO*
’ттл7////ткш^нШШЯЛ
19КЮЖ» W///7A
Ю/7///'////7/Л —i^M—
У///////Г///////Л
7//7//7х 7ZZ77777 77777777,
'///////. 77777777 7777777. \
ZZZZZ2Z.
XZZZZZZZ
7/7/7//.
Примечания: 1. Диаметры, заключенные в скобки, применять для обогревающих или охлаждающих рубашек сосудов и аппаратов
2.Диаметр 450 применяют для люков.
Рис. 4.3. Типы и параметры плоских приварных и приварных встык фланцев аппаратов
Наиболее употребительные материалы для прокладок — резина,
паронит, асбест, картон, металлы и сплавы.
Материал прокладок следует выбирать в зависимости от
свойств среды (ее агрессивности), ее температуры, давления, а
также с учетом типа уплотнительной поверхности.
В зависимости от конструкции и материала прокладки могут
быть плоские неметаллические, плоские металлические, плоские
асбестовые в металлической оболочке, металлические овального
или восьмигранного сечения.
При использовании во фланцевых соединениях прокладок из
различных пластических масс — полихлорвинила, фторопласта,
полиэтилена и др. — рекомендуется применять уплотнительную по-
верхность «шип — паз».
Рис. 4.4. Конструкции и размеры стальных плоских
3, '6, 7, 8, 111*, 12 и 13 исполнениях:
K=S; Н 150 мм; h^b/2-, Si^S
131
Т а б л и ц а 4.2. Размеры фланцев и крепежных деталей аппаратов
О О Давление услов- ен оо ное’ МПа D Di о. £>з Dt а ь 5 d Болты, шпильки
мм диаметр резьбы <У is st
400 520 480 444 452 13,5 443 12 25 6 23 М 16
1,0 535 495 458 466 457 30 8 20
1,6 35
0,3 0,6 500 620 580 544 552 543 25
1,0 640 600 654 572 563 35 10 24
1,6 40
0,3 0,6 600 720 680 644 652 14 643 25 8 20
30 10 24
1,0 740 700 664 672 663 35 28
1,6 40
о,3 700 820 780 744 752 743 25 8 24 28
0,6 35
1,0 1,6 840 800 764 772 763 50 10 32
12
0,3 800 920 880 842 852 841 25 8 28 32
0,6 35
865
1,0 945 905 866 876 40 10 40
12
1.6 55
951
0,3 900 1030 990 952 962 30 8 32_
0,6 35 36
1,0 1045 1005 966 976 965 50 10 40
1,6 60 12
132
Продолжение табл. 4.2
Давление услов- ное, МПа D Dt d2 о, D4 а о. ь S Р Болты, шпильки
мм диаметр резьбы количе- ство
0,3 1000 ИЗО 1090 1052 1062 15,5 1050 13 30 8 23 М20 36
0,6 40 10
1,0 1145 1105 1066 1076 1064 50 12 44
1,6 65
0,3 1100 1230 1190 1150 1162 1148 30 8 40
0,6 40 10
1,0 1250 1210 1168 1180 1166 55 12 52
1,6 70
0,3 1200 1330 1290 1248 1260 1246 35 8 44
0,6 45 10
1,0 1350 1310 1268 1280 1266 60 12 56
1,6 75 14
0,3 1400 1530 1490 1448 1460 1446 35 8 48
0,6 50 10 52
1,0 1550 1510 1470 1484 1468 60 14 68
1,6 80
0,3 1600 1730 1690 1648 1660 17 1645 14 35 10 60
0,6 55
1,0 1,6 1780 1730 1682 1696 1679 70 85 16 27 М24 68 76
0,3 0,6 1800 1930 1890 1848 1860 17,5 1845 40 10 23 М20 64
60 68
1,0 1980 1930 1882 1896 1879 80 16 27 М24 84
1,6 95
133
Продолжение табл. 4.2
Давление услов- । ное, МПа D Dt D, D, d4 a Ds (Zj b 5 d Болты, шпильки
мм диаметр резьбы 0J X о с; к S5
0,3 2000 2130 2090 2046 2060 17,5 2043 14 50 10 23 М20 68 72
0,6 70 12
1,0 2185 2135 2086 2100 21,5 2083 18 85 16 27 М24 84 92
1,6 100 18
0,3 2200 2330 2290 2246 2260 17,5 2243 14 55 10 23 М20 72 80
0,6 70 12
1,0 2385 2335 2286 2300 21,5 2283 18 90 18 27 М24 88
1,6 100 20 104
0,3 2400 2530 | 2490 2446 2460 17,5 2443 14 60 10 23 М20 80
0,6 2595 2540 2490 2505 21,5 80 12 88
1,0 2610 2550 2496 2510 22 2493 18 100 18 30 М27 92
1,6 130 20 33 МЗО 88
0,3 2600 2750 2705 2656 2670 2653 65 10 27 М24 84
0,6 95 12 88
1,0 2800 2745 2695 2710 2692 115 18 30 М27 96
0,3 2800 2950 2905 2856 2870 2853 65 12 27 М24 88 92
0,6 105
1,0 3000 2945 2895 2910 2892 120 20 30 М27 108
0,3 3000 3150 3105 3056 3070 3053 70 12 27 М24 92
0,6 115 100
1,0 3220 3160 3106 3120 3103 135 20 33 МЗО 96
0,3 3200 3350 3305 3256 3270 3253 80 12 27 М24 100
0,6 130 108
1,0 3420 3360 3386 3320 ' 27 3303 33| 145 20 33 МЗО 104
0,3 3400 3580 3520 | 3466 | 3480 22 3463 18 95 12 33 МЗО 88
3600 3780 3720 | 3666 | 3680 3663 105 92
3800 3980 3920 3866 | 3880 3863 115 96
4000 4180 4120 | 4066 | 4080 23 4063 125 104
134
Таблица 4.3. Размеры неметаллических прокладок для стальных аппаратов
. ... J . ... Ж
. А - Dr
Давление условное, МПа Диаметр аппарата D, мм D1. мм £)2, мм Давление условное МПа Диаметр аппарата D, мм £),, мм D2, мм
Исполнение Исполнение
2 1 2
0,3 0,6 400 443 420 413 0,3 0,6 800 841 815 811
1.0 1.6 457 432 427 1.0 1,6 865 839 835
2,5 — 2,5 4,0 6,4 875 869 884 849 831 846 —
4.0 6,4 429
0,3 0,6 900 951 925 921
0,3 0,6 500 543 519 513
1,0 1,6 965 939 936
1.0 1,6 563 538 533
2,5 4,0 6,4 977 969 989 951 931 951 —
2,5 4.0 6,4 —
557 528 —
0,3 0,6 1000 1051 1022 1021
0,3 0,6 600 643 617 613
1,0 1,6 1065 1036 1029
1,0 1.6 663 637 663
2,5 4,0 6,4 1079 1074 1094 1050 1036 1056 —
2,5 —
4.0 6,4 657 627 —
669 639 — 0,3 0,6 1100 1149 1120 1119
0,3 0,6 700 743 717 713
1,0 1,6 1167 1138 ИЗО
1,0 1,6 763 737 733
2,5 4,0 1189 1160 1135 1151 —
2,5 4,0 6,4 773 757 774 747 727 744 —
6,4 1205
135
Продолжение табл. 4.3
Давление условное, МПа Диаметр аппарата D. мм D,, мм D3, мм Давление условное, МПа Диаметр аппарата D, мм Dt, мм Dt, мм
Исполнение Исполнение
1 2 1 2
0,3 0,6 1200 1247 1218 1217 0,3 0,6 2200 2244 2213 2205
1,0 1,6 2284
1.0 1.6 1267 1238 1230 2245 2240
0,3 0,6 2400 2444 2488 2412 2449 2405
2,5 4,0 6,4 1295 1289 1309 1266 1235 1255 —
1,0 1,6 2488 2448 2450
0,3 0,6 1400 1447 1418 1417 0,3 0,6 2600 2654 2693 2614 2653 2610 2655
1,0 1,6 2698 2658 —
1,0 1,6 1470 1440 1434
0,3 0,6 2800 2854 2814 2810
2,5 4,0 6,4 1504 1493 1520 1477 1441 1468 —
1,0 2893 2853 2851
1,6 2902 2862
0,3 0,6 1600 1646 1615 1607 0,3 0,6 3000 3054 3014 ЗОЮ
1,0 1,6 3104 3064 3070
1,0 1,6 1680 1649 1638
0,3 0,6 3200 3254 3214 3210
2,5 4,0 6,4 1706 1706 1730 1675 1653 1677 —
1,0 1,6 3304 3254 3260
о.з 0,6 1800 1846 1815 1807 0,3 0,6 3400 3464 3484 3424 3434 3415
1,0 1,6 1881 1849 1837 1,0 3504 3454 —
0,3 0,6 1,0 1 3600 3664 3684 3704 3624 3634 3654 3615
2,5 1908 1876 —
0,3 0,6 2000 2044 2013 2005
•' 0,3 0,6 1,0 3800 3884 3894 3914 3824 3844 3864 3815
1,0 1,6 2084 2045 2040
0,3 0,6 1,0 4000 4064 4104 4114 4024 4054 4064 4015
2,5 2114 2075 —
136
На прокладки плоские эластичные для фланцев арматуры, сое
динительных частей и трубопроводов с уплотнительными поверх-
ностями исполнений 1—5, 8, 9 (ГОСТ 12815—80) разработан
ГОСТ 15180—86, который распространяется на плоские эластич-
ные прокладки на условное давление ру = 0,14-20 МПа и диаметр
условного прохода £>у = 104-3000 мм из паронита, картона, фторо-
пласта-4, а также из композиционных материалов на их основе.
Для фланцев аппаратов используются следующие прокладки:
асбометаллические — на условное давление ру= 1,04-6,4 МПа и
диаметр условного прохода аппарата Dy=4004-4000 мм; металли-
ческие восьмиугольного сечения — на ру = 6,44-16 МПа и Dy =
= 4004-1600 мм; комбинированные с фторопластовым чехлом (в
двух исполнениях: с паронитовой сердцевиной и металлической
сердцевиной) —для аппаратов с условным давлением 0,3—2,5 МПа.
Размеры неметаллических прокладок для аппаратов в зависи-
мости от условного давления и типа уплотнительной поверхности
фланцев приведены в табл. 4.3 (рис. 4.4). Прокладки изготовля-
ют в двух исполнениях; 1 — для фланцев с поверхностью «шип —
паз» и «выступ — впадина», 2 — для фланцев с гладкой поверх-
ностью. Толщина прокладки должна быть не более 2 мм из паро-
нита и не более 3 мм из резины.
Диаметры болтов (шпилек) в зависимости от условного дав-
ления и диаметра аппарата были приведены в табл. 4.2.
При выборе материала крепежных деталей для фланцевых сое-
динений штуцеров следует пользоваться данными, приведенными
в ГОСТ 12816—80.
§ 4.3. ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ СОСУДОВ
И АППАРАТОВ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
Многослойный рулонированный сосуд (см. § 2.4) представляет
собой сосуд, цилиндрическая часть (корпус) которого изготовле-
на из многослойных рулонированных обечаек, соединенных друг
с другом кольцевыми швами. Многослойная рулонированная обе-
чайка состоит из центральной обечайки, спиральных слоев и на-
ружной обечайки. К внутренним устройствам аппаратов высокого
давления относятся насадки (корзины, тарелки, катализаторные
коробки, теплообменные поверхности и т. п.).
Сосуды и аппараты высокого давления могут быть выполнены
с днищем и горловиной, с днищем и фланцем, с двумя горловина-
ми, с горловиной и фланцем и с двумя фланцами.
Крышки применяют плоские и сферические для колонн боль-
ших диаметров (например, для колонны диаметром 2000 мм и бо-
лее).
Днища могут быть плоскими, слабовыпуклыми (HQ/D<0t25),
выпуклыми, сферическими и эллиптическими (Ho/D>O,25) —
рис. 4.5.
137
Таблица 4.4. Неподвижные металлические уплотнения
для сосудов высокого давления
Тип затвора
Эскиз уплотнения крышки
с фланцем
Внутренний
диаметр
аппарата
или горло-
вины, мм
Расчетное
давление,
МПа
Расчетная
темпера-
тура,
°C
С двухконусным
обтюратором
С дельтообраз-
ным обтюратором*
С плоской ме-
таллической про-
кладкой
200—2400 10—100 До 400
400—1600 20—100 До 400
200—600 10—32,5 До 200
* Обтюратор — уплотнительное кольцо затвора.
138
Таблица 4.5. Основные размеры затворов
Диаметр сосуда D или горловины Dr, мм Размеры обтюратора, мм
двухкоиусиого дельтообразного
°ср А ^ср с Dcp А
200 207 30 28 12 220 14,5
300 314 45 35 18 320 16,5
400 413 60 42 24 425 19,5
500 520 70 49 28 530 21,6
600 616 80 56 32 630 23,6
800 820 100 70 40 830 27,6
1000 • 1022 120 84 48 1040 30,8
1200 1223 135 95 54 1240 33.8
1400 1424 150 105 60 — —
1600 1624 160 112 64 — —
1800 1826 170 119 68 — —
2000 2031 180 126 72 — —
2200 2233 190 133 76 — —
2400 2454 200 140 80 — —
Для уплотнения крышек и фланцев аппаратов высокого давле-
ния служат металлические неподвижные устройства, называемые
затворами высокого давления. В табл. 4.4 приведены типы затво-
ров и их применение в зависимости от параметров среды и внут-
реннего диаметра аппарата. Основные размеры затворов с обтюра-
торами двухконусным и дельтообразным указаны в табл. 4.5.
Кроме уплотнений, указанных в табл. 4.4, используются и дру-
гие: волновое, в виде спирально навитых прокладок с ограничи-
тельным кольцом, а также самоуплотняющее с осевым упором
(СКОУ). Эти уплотнения предохранены от перегрузки, а у послед-
них двух, кроме того, отсутствуют смещения при работе. Выбор
конструкций уплотнений изложен в [16].
Для повышения надежности работы затвора колонны синтеза
метанола была модернизирована его конструкция с целью пере-
Рис. 4.5. Днища аппаратов высокого давления:
«—слабовыпуклое; б —- плоское; в, г — выпуклые
139
дачи части нагрузки от рабочего давления в колонне, действующей
на дренажную пробку 2 через фланец 6 на 8 шпилек размером
М52ХЗ, закрепленных в днище 1 корпуса колонны (рис. 4.6). В
этой конструкции герметизация зазора между днищем и пробкой
с помощью прокладки 4 может осуществляться предварительным
нагружением шпилек 3 гайками 7 (при этом фланец 6 будет пере-
мещаться и нагружать бурт дренажной пробки), а также нажим-
ными винтами 5 (бурт будет разгружаться).
Модернизированная конструкция затвора позволяет существен-
но разгрузить резьбу дренажной пробки и повысить надежность
работы колонны синтеза метанола.
Основными крепежными деталями для сосудов и аппаратов вы-
сокого давления служат шпильки,’ гайки, шайбы и колпачки пре-
дохранительные. На основные крепежные детали и резьбовые
гнезда в корпусе фланца, в которые ввертываются одним концом
шпильки, для сосудов и аппаратов, работающих под внутренним
давлением свыше 9,81 МПа, разработан ОСТ 26.1360—75. Стан-
дартом определены типы, конструкции и размеры шпилек, гаек,
шайб и резьбовых гнезд и даны технические условия.
Шпильки изготовляются двух типов: А — для затяжки резьбо-
вого соединения ключом (см. эскиз 1 табл. 4.4) и Б — для затяж-
ки резьбового соединения гидродомкратом с контролем усилия за-
тяжки.
Для вновь изготовляемых аппаратов рекомендуется применять
шпильки типа Б. Соответственно основные гайки изготовляют так-
же двух типов: А — шестигранные (для шпилек типа А) и Б —
Рис. 4.6. Модернизированная конст-
рукция затвора колонны синтеза ме-
танола:
1 — днище корпуса колонны; 2 — дренаж-
ная пробка; 3 — шпилька; 4— прокладка
из отожженной меди; 5 — нажимный
винт; 6 — фланец; 7 — гайка
круглые (для шпилек типа Б).
Опорный торец гайки и приле-
гающую к нему поверхность шай-
бы обрабатывают по сфере (это
устраняет изгиб шпильки, возни-
кающий при перекосе крышки в
процессе монтажа). На рис. 4.7
показан общий вид резьбового со-
единения для вновь проектируе-
мых колонн с куглой гайкой и
шпилькой типа Б; основные его
размеры приведены в табл. 4.6.
Колпачки предохранительные
изготовляют из сталей 20 и 25
(ГОСТ 1050—74) и из СтЗ (ГОСТ
380—71). Материал для осталь-
ных крепежных деталей сосудов
высокого давления указан в
табл. 2.6.
Работоспособность затвора со-
суда высокого давления в значи-
мо
Таблиц а 4.6. Основные размеры резьбового соединения, мм
Диаметр резьбы Диаметр стержня Длина резьбы 1 Размер Н Диаметр резьбы Диаметр стержня dc Длина резьбы 1 Ра р Н
d do d do
М60 М52 52,0 95 115 М105Х6 М95х6 96,5 160 167
М64 М56 55,5 100 120 МНОхб МЮОХб 101,5 165 177
М68 М56 59,5 105 120 М120Х6 МНОхб 111,5 180 195
М72х6 М64 63,5 НО 125 1 М 130x6 M120X6 121,5 195 205
М76Х6 М64 67,5 115 130 М140Х6 М 130x6 131,5 210 215
М80Х6 М72Х6 71,5 120 135 М150Х6 М140Х6 141,5 225 230
М85 X 6 М72Х6 76,5 130 147 М160х6 М150Х6 151,5 240 245
М90Х6 М72Х6 81,5 135 152 М170Х6 М160Х6 161,5 255 255
М95 X 6 М85Х6 86,5 145 157 М180Х6 М170Х 6 171,5 270 265
МЮОхб М85Х6 91,5 150 162 М190Х6 М180Х6 181,5 285 275
тельной степени зависит от качества за-
тяжки шпилек, которое определяется кон-
струкцией и рабочим усилием используе-
мых для затяжки устройств, а также по-
рядком нагружения шпилек.
Устройства, применяемые для затяж-
ки шпилек больших диаметров (М52—
М200), должны обеспечить: контроль за
создаваемым давлением, простоту конст-
рукции, удобство и легкость монтажа;
минимальную массу; быстроту сборки и
разборки; достижение необходимого уси-
лия затяжки, одновременное нагружение
возможно большего числа шпилек (же-
лательно всех). Наиболее полно этим тре-
бованиям отвечают гидравлические уст-
ройства — домкраты.
§ 4.4. ОПОРЫ ХИМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
И ИХ ВЫБОР
Химические аппараты устанавливают
на фундаменты или на специальные не-
сущие конструкции (этажерки, перекры-
тия и т. п.) посредством опор. Исключе-
ние составляют аппараты с плоскими дни-
щами, работающие под налив, которые
могут быть установлены непосредственно
на фундамент без опор.
Выбор типа опор зависит от положе-
ния аппарата в пространстве и условий
установки его на месте эксплуатации.
Рис. 4.7. Общий вид
резьбового соединения:
1 — колпачок предохрани-
тельный; 2 — гайка круг-
лая; 3 — шайба; 4 —
шпилька
141
При установке вертикальных аппаратов на полу внутри поме-
щения применяют стойки? при подвеске аппарата на несущей конст-
рукции или между перекрытиями — лапы. На лапы опорные, при-
вариваемые к корпусу стальных подвесных вертикальных сосудов
и аппаратов, разработан ГОСТ 26296—84, согласно которому их
изготовляют в трех исполнениях: штампованные, сварные, сварные
с увеличенным вылетом для изоляции. Основные размеры опорных
лап зависят от допускаемой нагрузки, значение которой опреде-
лено при допускаемом напряжении 130 МПа и модуле продольной
упругости 1,8-105 МПа. Основные размеры опорных лап штампо-
ванных (рис. 4.8) приведены в табл. 4.7.
Опоры могут привариваться к аппарату с помощью накладных
листов и без них.
Таблица 4.7. Основные данные по штампованным опорным лапам
Допускаемая нагрузка на опорную лапу, Н Размеры, мм Катет сварного шва t, мм Масса опор- ной лапы G, кг
11 bl С hi k lF Si d
6 300 60 50 34 100 10 25 4 16 3 0,35
10 000 80 65 45 130 15 30 5 0,60
16 000 100 85 61 175 20 35 6 24 4 1,20
25 000 145 130 98 265 45 8 5 3,60
40 000 195 180 140 375 25 55 35 6 8,50
63 000 240 225 185 445 65 lu 12,0
100 000 250 240 192 485 30 70 12 42 8 16,0
142
I а б л иц a 4.8. Размеры накладного листа к опорным лапам
Допускаемая нагрузка на опор- ную лапу, Н Размеры, мм
а в Л S, _
6 300 10 000 16 000 25 000 40 000 63 000 100 000 80 105 140 210 300 360 390 135 175 235 355 505 600 650 8 10 12 16 20 25 30 6, 8, 10, 12
8, 10, 12, 16
10, 12, 16, 20
160 000 465 775 40 12, 16, 20, 25
250 000 600 1000 48 12, 16, 20, 25, 28
400 000 665 1110 50 16, 20, 25, 28
630 000 730 1220 5.5
При выборе опорной лапы не-
обходимо рассчитать несущую спо-
собность обечайки в месте привар-
ки опорной лапы. В случае недо-
статочной несущей способности
обечайки необходимо применять
накладные листы (рис. 4.9).
Для исключения контактной
коррозии в случае приварки опор
из углеродистой стали к аппарату
из коррозионно-стойкой стали не-
обходимо применять накладные ли-
сты из коррозионно-стойкой стали
толщиной, не меньшей толщины
обечайки. Размеры накладного ли-
ста (рис. 4.9) для штампованных
и сварных опорных лап указаны
в табл. 4.8.
Сварку опорной лапы и привар-
ку ее к обечайке или накладному
листу следует производить сплош-
ным двусторонним швом. Катеты
сварных швов приведены в
табл. 4.7. Приварку опорных лап
к гуммированным и освинцован-
ным аппаратам производят до на-
несения покрытия.
Рис. 4.10. Опора цилиндриче-
ская с местными косынками
(тип 1)
143
Необходимое количество опор (обычно от двух до четырех) оп-
ределяется расчетом и конструктивными соображениями. Провер-
ка правильности выбора опор, а также необходимость применения
накладного листа для лап определяются расчетом по методике,
изложенной в ОСТ 26.665—79.
На опоры для сварных стальных вертикальных аппаратов раз-
работан ОСТ 26.467—84.
Стандарт распространяется на опоры стальные сварные цилин-
дрические и конические стальных вертикальных аппаратов диа-
метром от 400 до 6300 мм при приведенных нагрузках на опору
не более 16 МН.
При условии выполнения опор съемными допускается примене-
ние ОСТ для аппаратов, изготовляемых из титановых сплавов.
ОСТ 26.467—84 устанавливает пять типов опор: / — цилиндри-
ческие с местными косынками (рис. 4.10); 2 — цилиндрические
с наружными стойками под болты (рис. 4.11) ; 3 — цилиндричес-
кие с кольцевым опорным поясом (рис. 4.11); 4 — конические с
Рис. 4.11. Опоры цилиндрические (тип 2 и 3):
а — с наружными стойками под болты; б — с кольцевым опорным поясом
144
Рис. 4.12. Опора коническая с коль-
цевым опорным поясом (тип 4)
Таблица 4.9. Пределы применения
типов опор в зависимости от мини-
мальной приведенной нагрузки
кольцевым опорным поясом (рис. 4.12); 5 — цилиндрические с
внутренними стойками под болты.
Пределы применения типов (1, 2 и 3) опор в зависимости от
минимальной приведенной нагрузки * Qmin представлены в
табл. 4.9.
Высота цилиндрических опор (см. рис. 4.10 и 4.11) выбирается
по условиям эксплуатации аппарата, но должна быть не менее
600 мм. Для вентиляции полости опоры в верхней ее части должно
быть предусмотрено не менее двух отверстий диаметром 100 мм, а
в опорах аппаратов с массой свыше 100 т должно быть устройство
Для перевода аппаратов из горизонтального положения в верти-
кальное.
* Формулы для определения минимальных приведенных нагрузок помеще-
ны в ОСТ 26.467—84.
145
Материал деталей опор необходимо выбирать исходя из усло-
вия эксплуатации и в соответствии с ОСТ 26.291—79. Согласно
ОСТу, допускается применение опор из углеродистых сталей при
условии, что к корпусу аппарата приваривается переходная обе-
чайка из коррозионно-стойких сталей длиной, определяемой тепло-
вым расчетом.
Основные размеры цилиндрических опор типов 1, 2, 3 при мак-
симальной приведенной нагрузке 0,25 МН и конических опор типа
4 при максимальных приведенных нагрузках 1,0 и 1,6 МН указа-
ны соответственно в табл. 4.10 и 4.11.
Фундаментные болты (ГОСТ 24379.1—80) должны быть изго-
товлены из стали марки 35 по ГОСТ 1050—74 или других марок,
механические свойства которых не ниже свойств стали марки 35.
Таблица 4.10. Основные размеры цилиндрических опор и фундаментных
болтов (мм) при максимальной приведенной нагрузке Qmax = 0,25 МН
* da — диаметр фундаментального болта, мм; п — количество болтов.
146
Таблица 4.11. Основные размеры конических опор и фундаментных
болтов (мм) типа 4
§ 4.5. ЭЛЕМЕНТЫ ВНУТРЕННИХ УСТРОЙСТВ
ХИМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
К внутренним элементам химических аппаратов относятся кон-
тактные устройства (насадки, тарелки), перемешивающиеся уст-
ройства и др.
Контактные устройства. Контактные устройства — насадки,
тарелки — являются основными элементами колонного аппарата,
определяющими размеры и качество его работы.
Рассмотрим новые конструкции тарелок колонных аппаратов,
применяемых при ректификации, дистилляции и других массооб-
менных процессах.
Ректификационная тарелка с диаметраль-
ным током жидкости*. Она предназначена для осущест-
* Разработчик и изготовитель — НПО «Криогенмаш».
147
вления процесса массопередачи между паром и жидкостью при
ректификации газовых смесей; может быть использована при раз-
делении воздуха и природного газа методом низкотемпературной
ректификации.
Тарелка представляет собой перфорированное полотно с пере-
ливными карманами для слива жидкости, которые крепятся на
опорных элементах к стенкам колонны. Конструкция тарелки за
счет коробчатого сечения балок обеспечивает ее высокую жест-
кость при малой массе.
Основные данные колонны: диаметр — 1,9 м, эффективность
разделения — 0,7—0,9, масса — 32 кг.
Достоинства тарелки: высокая технологичность изготовления и
монтажа, низкая себестоимость, высокая эффективность раз-
деления.
Массообменное устройство предназначено для ра-
боты в условиях различных отложений и загрязнений [23]. Ус-
тройство (рис. 4.13) состоит из полотна струйной тарелки, пере-
ливных устройств и насадки в виде гофрированных зигзагообраз-
ных перфорированных перегородок, сдвинутых через одну по от-
ношению к соседней в направлении течения жидкости, благодаря
чему в межтарельчатом пространстве образуются каналы перемен-
ного сечения в вертикальном и горизонтальном направлениях.
Принцип работы масоооменного
/2 J
Рис. 4.13. Новая конструкция
массообменного устройства:
1 — полотно; 2 — просечные элементы;
3, 5 — переливные устройства; 4 — пе-
регородки; 6 — дистанционные втул-
ки; 7 — гофры
устройства заключается в следую-
щем: газожидкостный поток, обра-
зующийся в результате диспергиро-
вания жидкости, поступающей из
приемного кармана, приобретает
движение под некоторым углом
к плоскости полотна. Большая
часть жидкости при взаимодейст-
вии газожидкостного потока с зиг-
загообразной поверхностью интен-
сификаторов переходит в пленку.
На нижней кромке интенсификато-
ров стекающая пленка вновь дро-
бится выходящим потоком газа, а
образовавшаяся в результате этого
газожидкостная смесь ударяется о
следующий по ходу зигзаг перегоро-
док. Таким образом, увеличение по-
верхности контакта фаз достигается
за счет повторяющегося совмещения
струйно-капельного и пленочного ре-
жимов (струйно-капельно-пленочно-
го режима). Итак, массообмен меж-
ду жидкостью и газом при работе
148
Рис. 4.14. Тарелка из S-образных элементов
массообменного устройства в струйно-капельно-пленочном режи-
ме взаимодействия фаз происходит в процессе дробления жидкости
на капли, во время полета капель, при ударе капель о поверх-
ность интенсификаторов, смоченных жидкостью, и при движении
жидкостной пленки по поверхности интенсификаторов.
Данное массообменное устройство обладает высокой произво-
дительностью по паровой (газовой) фазе и небольшим гидравли-
ческим сопротивлением. Это дает возможность рекомендовать его
для колонных аппаратов, работающих при низкой жидкостной
нагрузке, высокой скорости газового потока и на загрязненных
средах.
S-образные тарелки. Колонны с S-образными тарелка-
ми, как показали исследования, проведенные ВНИИнефтемашем,
целесообразно применять в процессах, протекающих при атмос-
ферном и несколько повышенном давлении. Тарелка (рис. 4.14}
состоит из S-образных элементов одинакового профиля, которые,
соединяясь между собой, образуют колпачки и желоба. С одной
стороны элемента расположены трапециевидные прорези для про-
хода паров, а с обоих концов паровой части элемента (колпач-
ка) — паровые заглушки, предотвращающие протекание жидкос-
ти на нижележащую тарелку. Для точной установки элементов и
обеспечения жесткости в них устанавливают промежуточные пере-
городки (ребра жесткости). Первый и последний элементы (счи-
тая по ходу движения жидкости) изготовлены соответственно в
виде колпачка и желоба. Выполняя свое прямое назначение как
устройство для барботажа, S-образный элемент является также
несущей конструкцией, что позволяет при длине элемента до 4 м
не делать для них специальных опорных балок. Рабочую часть
тарелки начиная со слива собирают из S-образных элементов, ко-
торые, перекрывая друг друга, образуют каналы для прохода па-
ров. Для удобства демонтажа любой части тарелки (без разбора
149
Таблица 4.12. Основные параметры тарелок «з S-образных элементов
Параметры Диаметр тарелки, мм
1000 1600 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
Количество ще- 5 6 8 14 18 26 30 36 40
лей для прохода паров 8 10 15 21
Относительная 10.70 8,2 8,6 10,0 10,0 11,20 11,00 11,40 11,30
площадь прохода паров, % 74,40 11,2 11,2 11,4 11,9
Относительная 53,0 57,0 66.0 65,8 74,5 73,00 75,00 73,00
рабочая площадь тарелки, % 0,70 78,5 71,8 75,3 78,9
Периметр слива, 2,2 2,84 4,05 8,85 6,40 8,20 9,60 11,20
м 1,16 1,47 2,24 2,90
Общая масса — 354,3 484,4 920 1432 2633 3467 4418 5386
двух тарелок (из легированной ста- ли), кг
Примечание. Для 0 1000 мм указаны параметры однопоточной тарелки; для
0 1600, 2000, 3000, 4000 мм в числителе — параметры однопоточной, а в знаменате-
ле — двухпоточной тарелки; для 0 5000, 6000, 7000, 8000 мм — параметры двухпоточной
тарелки.
другой тарелки) S-образные элементы через 6—8 шт. выполнены
разборными.
Параметры, конструкция и основные размеры тарелок ректи-
фикационных S-образно-клапанных для аппаратов колонного ти-
па установлены ОСТ 02-536—78. Основные параметры тарелок из
S-образных элементов приведены в табл. 4.12.
Для процессов, требующих очень высоких нагрузок по жидкос-
ти, разработаны многопоточные тарелки.
Тарелки ситчатые с отбойными элементами.
Колонны с ситчатыми тарелками с отбойниками целесообразно
применять в процессах вакуумной перегонки при больших расхо-
дах паров и низком расходе жидкости, так как они обладают вы-
сокой производительностью и малым гидравлическим сопротив-
лением.
Ситчатые тарелки с отбойными элементами (рис. 4.15) изготов-
ляют из просечно-вытяжного листа с прорезями, расположенными
в шахматном порядке. Оси прорезей направлены под углом к плос-
кости тарелки. Над основанием тарелки под углом 50—70° к ее
плоскости устанавливают отбойные элементы из этого же матери-
ала с направлением прорезей вниз, в сторону основания. Для пе-
ретока жидкости с одной тарелки на другую предусмотрены слив-
ные устройства обычной конструкции. На тарелки этого типа раз-
работан ОСТ 26.02-2055—79, которым определены их параметры,
конструкция и основные размеры.
150
Рис. 4.15. Тарелка ситчатая с отбойными элементами однопоточная:
/ — полотно; 2 — перегородка; 3 — отбойный элемент; 4 — распределитель; 5 — карман;
6 — опорная полка; 7 — ограничитель
На тарелки ситчатые с отбойными элементами однопоточные
для колонных аппаратов (рис. 4.15) диаметрами 1000, 1200, 1400,
1600, 1800, 2000, 2200, 2400, 2600, 2800, 3000, 3200, 3400, 3600,
3800 и 4000 мм разработан ГОСТ 16453—79, согласно которому
расстояния между тарелками следует принимать равными 450,
500, 600, 700, 800 и 900 мм.
Тарелки изготовляют двух исполнений (I — с обычным и II —
с заглубленным карманами для отбора жидкости) и двух модифи-
каций (А и Б), отличающихся сечением переливов. Тарелки каж-
дой модификации имеют три свободных сечения за счет различ-
ного раскрытия щели, равного 4,0; 3,3 и 2,5 мм.
Для ситчатых однопоточных тарелок модификаций А и Б при-
няты следующие (рис. 4.15) размеры:
с, мм............................................
d, мм............................................
k, мм............................................
а................................................
42 36 30
4,0 3,3 2,5
5 11 17
30° 27°45' 25°
151
Основные параметры * и размеры тарелок модификации А
(для расстояния между тарелками 600 мм) указаны в табл. 4.13.
Тарелки, согласно ГОСТ 16453—79, могут быть изготовлены
из углеродистой стали марок ВСтЗсп, ВСтЗпс, ВСтЗкп (ГОСТ
380—71) или (в зависимости от среды) из коррозионно-стойкой
стали марок 08X13, 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т, 08Х22Н6Т или
08Х21Н6М2Т (ГОСТ 5632—72).
В тарелках, изготовленных из углеродистой стали, ряд элемен-
тов (полотна ситчатые, отбойники, крепежные детали и ограничи-
тели) должны изготовляться из коррозионно-стойкой стали марки
08X13.
В табл. 4.13 указана общая масса тарелок, изготовленных из
углеродистой стали (в нее входит масса элементов, изготовленных
из коррозионно-стойкой стали 08X13).
Тарелки клапанные прямоточные. Применение
колонн с клапанными прямоточными тарелками рекомендуется в
процессах, требующих высокой степени разделения, а также при
разделении термонестойких смесей.
На тарелки клапанные прямоточные однопоточные для аппара-
тов диаметрами 1000, 1200, 1400, 1600, 1800, 2000, 2200, 2400, 2600,
2800, 3000, 3200, 3400, 3600, 3800 и 4000 мм разработан ГОСТ
16452—79. Расстояние между тарелками следует выбирать из ря-
да 300, 350, 400, 450, 500, 600, 700, 800 или 900 мм.
Тарелки изготовляются двух модификаций А и Б, отличающих-
ся сечением переливов в исполнениях: I — с обычным и II — с
заглубленным карманами для отбора жидкости.
Тарелки каждой модификации имеют три свободных сечения
за счет шага t — расстояния между рядами клапанов по ходу жид-
кости, равного 50, 75 и 100 мм.
Основные параметры (для ширины полотен 390 мм и расстоя-
ния между тарелками 600 мм) и размеры тарелок клапанных пря-
моточных однопоточных (рис. 4.16) модификации А приведены в
табл. 4.14.
Тарелки, согласно ГОСТ 16452—79, изготовляют из сталей ма-
рок ВСтЗсп, ВСтЗпс, ВСтЗкп по ГОСТ 380—71 и марок 08X13,
12Х18Н10Т, 08Х22Н6Т, 10Х17Н13М2Т или 08Х21Н6М2Т по ГОСТ
5632—72.
В тарелках из углеродистых сталей полотна, клапаны, сливной
порог, крепежные детали и ограничители изготовляют из стали
марки 08X13; прокладки — из паронита марки ПМБ или ПОН по
ГОСТ 481—71.
* К основным параметрам относятся относительная рабочая площадь та-
релки и относительное свободное сечение тарелки.
Относительная рабочая площадь тарелки — это отношение площади тарел-
ки, без площади переливов, к площади сечения колонны. Относительное свобод"
ное сечение тарелки — это площадь всех отверстий в полотне, отнесенная К
свободному сечению колонны (%).
152
Таблица 4.13. Основные параметры и размеры тарелок ситчатых
с отбойными элементами однопоточных модификаций А
Диаметр колонны D, мм Свободное сечение КОЛОИИЫ, м« Размеры, мм Число п Относительное свободное сечеиие тарелки при Относительная рабочая площадь, % Периметр слива, м Число рядов отбойников Размеры, мм Масса тарелки, кг
О, /1 4,0 /0 L Lx 1 из углеро- дистой стали (общая) из коррози- онно-стойкой стали
3,3 2,5
1000 0,78 940 305 1 8,62 6,26 4,31 70 0,84 2 540 230 490 75 55
1200 из 1140 405 1 10,28 7,47 5,14 69 0,97 3 700 250 640 95 75
1400 1,54 1340 310 2 10,62 7,72 5,31 71 1,12 3 840 280 690 115 95
1600 2,01 1540 410 2 11,64 8,46 5,82 73 1,26 4 990 305 940 140 115
1800 2,55 1740 315 3 11,38 8,27 5,69 71 1,43 5 1090 355 1040 160 135
2000 3,14 1940 415 3 11,68 8,49 5,84 71 1,60 5 1200 400 1140 185 150
2200 3,80 2140 320 4 11,92 8,66 5,96 72 1,74 6 1340 430 1290 225 195
2400 4,52 2340 420 4 11,96 8,69 5,98 71 1,92 6 1440 480 1390 280 235
2600 5,30 2540 325 5 12,28 8,93 6,14 72 2,05 7 1590 505 1540 310 260
2800 6,15 2740 425 5 12,36 8,98 6,18 71 2,23 8 1690 555 1640 345 290
3000 7,07 2940 330 6 12,18 8,85 6,09 70 2,40 8 1800 600 1740 380 315
3200 8,04 3140 430 6 12,50 9,09 6,25 71 2,54 9 1940 630 1890 415 345
3400 9,08 3340 335 7 12,36 8,98 6,18 70 2,72 9 2040 680 1990 425 375
3600 10,18 3540 240 8 12,68 9,22 6,34 77 2,85 10 2190 705 2140 475 395
3800 11,34 3740 340 8 12,60 9,16 6,30 71 3,03 11 2290 755 2240 515 425
СП 4000 12,57 3940 245 9 12,64 9,12 6,27 71 3,20 11 2400 800 2340 565 475
Клапанные балластные тарелки. В настоящее вре-
мя созданы тарелки клапанные балластные, которые по сравне-
нию с клапанными прямоточными тарелками характеризуются бо-
лее высокой производительностью (на 15—20%) и эффективнос-
тью разделения (на 15%), а также более низким сопротивлением
на теоретическую ступень контакта.
Конструкция и основные размеры тарелок клапанных бал-
ластных для аппаратов колонного типа определены ОСТ
26.02-2061—80.
Решетчатые тарелки. В колоннах для процессов, проте-
кающих под значительным избыточным давлением, рекомендует-
ся применять решетчатые тарелки.
Промышленные исследования работы колонн с решетчатыми
тарелками показали, что их производительность на 20—100%
больше, чем у колпачковых, а потери напора на 40% меньше.
На тарелки решетчатые для аппаратов колонного типа разра-
ботан ОСТ 26.02-2055—79, которым определены их параметры,
конструкция и основные размеры.
Отраслевые стандарты разработаны также на колпачковые та-
релки: стальных колонных аппаратов (ОСТ 26.01-66—81), ко-
лонных аппаратов из алюминия (ОСТ 26.01-154—82), чугунных
колонных аппаратов (ОСТ 26.01-496—79).
Перемешивающие устройства. Перемешивающие устройства
широко применяют в реакционных аппаратах многих химических
Таблица 4.14. Основные параметры и размеры тарелок
клапанных прямоточных однопоточных модификации А
Диаметр ко- лонны D, мм Рабочее сече- ние тарелки, м2 Периметр слива, м Сечеиие перелива, м2 Размеры, мм Параметры при ?=50 мм
L Lt L, Относи- тельное свободное сечеиие, 0/ /0 Число клапанов Число ря- со ч ® « а я _ о о со я Н оя О квс
1000 0,50 0,24 0,14 490 540 230 7,76 48 6
1200 0,79 0,97 0,17 640 700 250 10,50 94 9
1400 1,10 1,12 0,22 790 840 280 11,42 140 12
1600 1,47 1,25 0,27 940 990 305 13,30 212 15
1800 1,83 1,43 0,36 1040 1090 335 13,20 268 17
2000 2,24 1,60 0,45 1140 1200 400 13,70 342 19
2200 2,76 1,74 0,52 1290 1340 430 14,30 432 22
2400 3,21 1,92 0,66 1390 1440 480 14,60 524 24
2600 3,94 2,05 0,74 1540 1590 505 14,80 630 27
2800 4,41 2,23 0,87 1640 1690 555 14,65 748 29
3000 5,01 2,40 1,03 1740 1800 600 14,95 838 31
3200 5,76 2,54 1,14 1890 1940 630 15,34 982 34
3400 6,44 2,72 1,32 1990 2040 680 15,34 1112 36
3600 7,39 2,85 1,40 2140 2190 705 15,93 1290 39
3800 8,08 3,03 1,61 2240 2290 755 15,80 1424 41
4000 8,96 3,20 1,82 2340 2400 800 15,89 1590 43
154
Рис. 4.16. Тарелка клапанная прямоточная однопоточная:
1 — опорная полка; 2 — полотно; 3 — сегмент; 4 — сливной порог; 5 — сливная перего-
родка; 6 — клапан; 7 — ограничитель; 8 — карман
производств — при проведении реакций, интенсификации массо-
и теплообмена, а также при получении суспензий, эмульсий и сме-
сей твердых веществ.
Механическое перемешивание в жидкой среде, а также пасто-
и тестообразных материалов осуществляют с помощью мешалок,
которые по конструктивной форме в зависимости от устройства
лопастей разделяются на лопастные, якорные, рамные, турбинные,
винтовые, шнековые, ленточные и др.
Механические перемешивающие устройства состоят из трех ос-
новных частей: мешалки, являющейся рабочим элементом; вала
(вертикального, горизонтального или наклонного), на котором за-
креплена мешалка; привода, с помощью которого вал с мешалкой
приводится в движение.
По частоте вращения мешалки можно разделить на быстроход-
ные и тихоходные. К тихоходным относятся, например, лопастные,
рамные, якорные мешалки (частота вращения не более 1 с-1), к
быстроходным — турбинные и винтовые.
При работе в агрессивных средах, например в кислотах или
сернистом газе, следует применять мешалки, защищенные кисло-
155
тостойким покрытием (гуммированные или покрытые лаком) или
выполненные из специальных сталей.
При выборе типа перемешивающего устройства и частоты вра-
щения следует учитывать требуемую интенсивность (краткость)
перемешивания, вязкость среды, ее коррозионные свойства, лип-
кость, наличие осадка. Так, для перемешивания жидкостей боль-
шой вязкости и липких масс применяют мешалки планетарного
типа, в которых лопасти при движении полностью или частично
взаимно очищаются. Лопасти таких мешалок обычно имеют вин-
товую боковую поверхность, благодаря чему частицы перемешива-
емого материала получают определенную скорость в осевом
направлении. Движение лопастям сообщает планетарный ме-
ханизм.
Механические перемешивающие устройства для вертикальных
аппаратов емкостью 0,01 —100 м3 (см. § 6.2) стандартизованы
(ГОСТ 20680—75). Их типы и размеры (диаметры), а также отно-
шения диаметра аппарата к размеру (диаметру) мешалки приве-
дены в табл. 4.15. Согласно ГОСТу, мешалки должны располагать-
ся вертикально по оси аппарата, и на одном валу могут быть ус-
тановлены две мешалки и более.
Мешалки для эмалированных аппаратов (см. § 6.2), согласно
ГОСТ 24000—80, могут быть изготовлены с эмалевым покрытием
и без покрытия.
Типы и диаметры мешалок, а также отношения внутренних
диаметров эмалированных аппаратов D к диаметрам мешалок d4
указаны в табл. 4.16.
Различные конструкции аппаратов с перемешивающими устрой-
ствами оценивают по интенсивности и эффективности их действия
при проведении заданного технологического процесса. Действие
перемешивающего устройства будет более интенсивным, если не-
обходимый технологический результат достигается за более корот-
кий промежуток времени при одинаковой частоте вращения срав-
ниваемых перемешивающих устройств. Действие перемешивающего
устройства будет более эффективным, если требуемый технологи-
ческий результат обеспечивается при меньшей затрате энергии,
чем у других сравниваемых перемешивающих устройств.
На интенсивность и эффективность действия мешалки основное
влияние оказывают тип мешалки, ее размер, расположение в ап-
парате, частота вращения, а также физико-химические свойства
перемешиваемой среды (вязкость, плотность и др.) и конструктив-
ные особенности аппарата — форма днища, наличие внутренних
устройств и соотношение диаметра аппарата и перемешивающего
устройства D/dM (табл. 4.15, 4.16).
Для интенсификации технологических процессов требуется, как
правило, большая затрата мощности, поэтому целесообразно ис-
пользовать аппараты с меньшим отношением DjdM. При этом сле-
дует применять аппараты меньшего диаметра, а не увеличивать
156
Таблица 4.15. Стандартные перемешивающие устройства
Мешалка
Лопастная
Эскиз Диаметр ^м, мм
80, 100, 125, 160, 180, 200, 220, 250, 280, 320, 360, 400, 450, 500, 630, 710, 800, 900, 1000, 1120, 1250, 1400, 2240, 2500, 2800, 3150, 3550 1,4—4,0
Трехлопастная
(с углом накло-
на лопасти 24°)
Шестилопаст-
ная (с углом на-
клона лопасти
45°)
Клетьевая
80, 100, 125, 160, 180,
200, 220, 250, 280, 320,
360, 400, 450, 500, 560,
630, 710, 800, 900, 1000,
1120, 1250, 1400, 1600,
1800, 2000, 2240, 2500
2,0—6,0
157
Продолжение табл. 4.15
Мешалка
Эскич
Диаметр </м, мм
Турбинная от-
крытая
80, 100, 125, 160, 180,
200, 220, 250, 280, 320,
360, 400, 450, 500, 560,
630, 710, 800, 900, 1000,
1120, 1250, 1400, 1600,
1800, 2000, 2240, 2500
2,0—6,0
Турбинная за-
крытая
Винтовая
Шнековая
80, 100, 125, 160, 180,
200, 220, 250, 280, 320,
360, 400, 450, 500, 560,
630, 710, 800,. 900, 1000,
1120, 1250, 1400, 1600,
1800, 2000, 2240, 2500,
2800
1,8—5,0
158
Продолжение табл. 4.15
Мешалка
Эскиз Диаметр </м, мм
D/dM
Якорная
Рамная
Ленточная
Ленточная со
скребками
200, 220, 250, 280, 300,
320, 360, 400, 450, 500,
530, 560, 600, 630, 710,
750, 800, 850, 900, 950,
1000, 1060, 1120, 1180,
1250, 1320, 1400, 1500,
1600, 1700, 1800, 1900,
2000, 2120, 2240, 2360,
2500, 2650, 2800, 3000,
3150, 3350, 3550, 3759,
4000, 4250, 4500, 4750
200, 300, 360, 450, 560,
630. 750. 850. 950. 1120.
1320, 1500,
2120, 2240,
2800, 3000,
3550, 3750,
4500, 4750
1700, 1900,
2500, 2650,
3150, 3350,
4000, 4250,
560, 630, 750, 850, 950,
1120, 1320, 1500, 1700,
1900, 2120, 2240, 2500,
2650, 2800, 3900, 3150,
3350
1,05—1,3
1,04—1,3
1,04—1,1
159
диаметр перемешивающего устройства, так как потребляемая
мощность (Вт) пропорциональна диаметру мешалки в пятой сте-
пени:
N = KNpn3d>, (4.1)
где Кк — критерий мощности, зависящий от характера движения среды (явля-
ется функцией числа Рейнольдса) и от типа перемешивающего устройства; оп-
ределяется по графику в зависимости от числового значения критерия Re и типа
мешалки [7]; р —плотность среды (смеси), кг/см3; п — частота вращения, с-1;
dM — диаметр мешалки, м.
Однако надо иметь в виду, что увеличение емкости аппаратов
имеет свои преимущества с экономической точки зрения, так как
обеспечивает рациональное использование площадей и объема зда-
ний, уменьшение затрат на обслуживание и др. (см. § 2.1).
Для быстротекущих реакций и интенсивного перемешивания в
аппаратах, работающих под высоким давлением, применяют мно-
гооборотные (быстроходные) перемешивающие устройства, пре-
имущественно винтовые. Такие перемешивающие устройства ис-
пользуют также при работе с вредными, взрыво- и пожароопасны-
ми средами, утечка которых недопустима.
Винтовые перемешивающие устройства (рис. 4.17) состоят из
винта 2, направляющего аппарата 1 и диффузора 3, переходяще-
го в циркуляционную трубу.
Основная трудность, возникающая при проектировании аппа-
ратов высокого давления с быстроходной мешалкой, — это обес-
печение герметичности в месте ввода вала перемешивающего
Рис. 4.17. Винтовое перемешивающее устройство
160
устройства в аппарат. Применение экранированного электродвига-
теля в таких аппаратах полностью исключает утечку реагирую-
щих компонентов в окружающую среду.
Герметизация привода перемешивающего устройства в аппа-
рате достигается с помощью защитной гильзы, которая полностью
изолирует перемешивающее устройство и полость ротора от на-
ружной среды, а полость статора — от полости ротора.
Приводы перемешивающих устройств. Перемеши-
вающие устройства обычно приводятся во вращение от электро-
двигателей * через стандартные редукторы для снижения частоты
вращения валов перемешивающих устройств до требуемых.
Наибольшее распространение получили выносные индивидуаль-
ные приводы (со стандартными электродвигателями и типовыми
редукторами), устанавливаемые на крышке аппарата.
В качестве приводов к вертикальным перемешивающим устрой-
ствам применяют цилиндрические редукторы типов МПО1 и МП02
с планетарными зубчатыми передачами. Конструкция приводов до-
пускает их установку только вертикально.
Электродвигатели к приводам применяют единой серии типов
АО2 и ВАО (во взрывобезопасном исполнении) (см. § 2.3).
Электродвигатели выбирают по величине мощности, расходуе-
мой перемешивающим устройством в установившемся режиме с
учетом механических потерь в уплотнении и редукторе*.
Мощность привода (Вт)
N,= N^+NC, (4.2)
где N — мощность, потребляемая перемешивающими устройствами в устано-
вившемся режиме** [определяется по (4.1)]; т] — КПД редуктора (принимает-
ся по каталогу завода-изготовителя); Ne — мощность, затрачиваемая на пре-
одоление сил трения в уплотнениях.
Винтовые перемешивающие устройства приводятся во враще-
ние от герметического привода с экранированным электродвига-
телем. Герметические приводы не требуют редукторов.
Герметический привод (рис. 4.18) к винтовому перемешиваю-
щему устройству представляет собой асинхронный электродвига-
тель взрывозащищенный. Он называется электромагнитным, так
как вращающийся магнитный поток создается статором асинхрон-
ного электродвигателя, т. е. электромагнитом с бегущим магнит-
ным полем. Статор привода охлаждается посредством масляного
термосифона. Масло охлаждается водяной рубашкой.
* В последнее время применяют гидроприводы, в которых в качестве дви-
жущей силы используется находящаяся под давлением жидкость (масло).
** Повышение мощности в пусковой период, как правило, учитывать не
следует, так как оно определяется только механическими характеристиками
электродвигателя. На случай возможных перегрузок принимают коэффициент
запаса мощности /=1,2.
6 Зак. 1766
161
Таблица 4.16. Стандартные перемешивающие устройства
эмалированных аппаратов
Тип мешалки
Эскиз
Диаметр ^м. мм
Якорная
170, 220, 260, 320,
420, 500, 530, 580,
630, 650, 710, 750,
850, 900, 950, 1050,
1250, 1400, 1550,
1800
400,
600,
800,
1200,
1600,
1,10—1,54
Лопастная
Лопастная с
наклонными лопа-
стями
100, 170, 200, 280, 360,
400, 500, 630, 710, 800,
900, 1050, 1120, 1250,
1400
1,2—3,5
Трехлопастная
162
Рис. 4.18. Общая схема гер-
метического привода:
1 — винт перемешивающего уст-
ройства; 2 — диффузор; 3 — ох-
лаждающая рубашка водяная;
4 — масляная ванна; 5, 6 — ста-
тор и ротор асинхронного элект-
родвигателя; 7 — гильза экрани-
рующая из немагнитного материа-
ла; 8 — вал; 9 — корпус реакцион-
ного аппарата
Для химических реакторов, тре-
бующих абсолютной герметизации,
используют магнитный привод
с внутренним устройством
УВМ-7,5/250-16, применение которо-
го позволяет полностью исключить
загазованность среды обитания,
что особенно важно при обработке
вредных продуктов.
Приводы для стандартных пе-
ремешивающих устройств (ГОСТ
20680—75) устанавливаются на
крышке аппарата; допускается
также его установка на днище и на
отдельной металлоконструкции.
Номинальная мощность и угло-
вая скорость выходного вала при-
вода аппарата с мешалкой долж-
ны соответствовать значениям, ука-
занным в табл. 4.17.
Уплотнения вращающих-
ся валов перемешивающих
устройств. Для уплотнения вра-
щающихся валов мешалок приме-
няют гидрозатворы, сальниковые
и торцевые уплотнения.
ГОСТ 20680—75 допускает при-
менение в аппаратах с переме-
шивающими устройствами комбинированных уплотнений.
При обработке в аппарате легколетучих и подобных сред, а
также при отсутствии концевых подшипников рекомендуется приме-
нять торцевые уплотнения. Для валов перемешивающих устройств
химических аппаратов заводом «Дзержинскхиммаш» совместно
с УкрНИИхиммашем созданы различные типы торцевых уплотне-
ний. Присоединительные и габаритные размеры этих уплотнений
приведены в табл. 4.18.
Для работы в кислых и слабощелочных жидких и газообраз-
ных средах при давлении до 1,6 МПа, вакууме до 267 Па (20 мм
рт. ст.) и температуре от —20 до +250°C следует применять уни-
версальные торцевые уплотнения типа УТ (рис. 4.19). Уплотнение
изготовлено из стали 12Х18Н10Т.
Универсальное торцевое уплотнение состоит из уловителя 10,
узла сильфона 9, который крепится с помощью фланца 8 к крыш-
ке аппарата, углеграфитового 7 и металлического 6 колец, обра-
зующих пару трения. Водило 1 фиксирует на валу кольцо 6. Удель-
ное давление в паре трения, создаваемое через тяги 4 пружиной 3,
регулируется гайками 2. Смазка пары трения и охлаждение осу-
6*
163
Таблица 4.17. Основные показатели приводов
стандартных аппаратов с мешалками
Номинальный объем аппарата, м3 Мощность, кВт Угловая скорость выходного вала, рад/с
0,010 0,25—0,75 2,62—143
0,016
0,025
0,040 0,75—1,5
0,063 2,09—143
0,100 0,75—3.0
0,160 0,75—5,5
0,250 0,75—7,5 1,68—143
0,400 0,75—11 1,68—105
0,630
1,000 1,5—15 1,31—78,5
1,250
1,600 1,5—18,5
2,000 1,5—22 1,05—78,5
2,500
3,200 1,5—30
4,000
5,000 1,5—37 0,84—52,4
6,300 1,5—45
8,000
10,000 1,5—55
12,500
16,000 3,0—55
20,000 3,0—75 0,66-52,4
25,000 3,0—90 0,52—41,8
32.000 3,5—90
40,000
50,000 7,5—110 0,52—33,5
63,000 7.5—132 0,52—26,2
80,000 11 — 132
100,000 0,52—20,9
164
Таблица 4.18. Параметры и размеры торцевых уплотнений
Тип уплотнения рпаб’ МПа Размеры, мм Масса, кг
d D Dt о, н к 1 Z
УТ 306 0,6 30 100 140 120 150 47 14 4 7
УТ 3016 1,6 180 8
УТ 403 0,3 40 185 150 128 150 46 18 9
УТ 4016 1,6 220 10
УТ 503 0,3 50 205 170 148 180 10,4
УТ 5016 1,6 240 14
УТ 656 0,6 65 235 200 178 180 48 8 14,9
УТ 6516 1,6 250 16
УТ 803 0,3 80 260 225 202 200 55 19
УТ 956 0,6 95 290 255 232 215 60 24,6
УТ 1103 0,3 НО 315 280 258 220 58 30,2
УТ 1303 0,3 130 340 305 282 220 60 43,3
НТ 306 0,6 30 160 140 120 150 120 14 4 7,5
НТ 3016 1,6 8
НТ 406 0,6 40 185 150 128 160 130 18 9
НТ 4016 1,6 8 10
НТ 503 0,3 50 205 170 148 210 170 13,5
НТ 5016 1,6 15
НТ 653 0,3 65 235 200 178 210 165 18
НТ 6516 1,6 20,5
НТ 806 0,6 80 260 225 202 235 185 25
НТ 8016 1,6 29
НТ 956 0,6 ‘95 290 255 232 230 180 35
НТ 1105 0,5 ПО 315 280 258 260 205 45
НТ 1304 0,4 130 340 305 282 285 230 52
ВТ 30 — 30 160 140 120 200 32 14 4 , 14
ВТ 40 — 40 185 150 128 205 18 17
ВТ 50 — 50 205 170 148 215 36 19
ВТ 65 65 235 200 178 230 37 8 - 21
ВТ 80 1 | 80 | 260 225 202 245 36 26
ВТ 95 1 — I 95 | 290 235 232 280 36
165
Продолжение табл. 4.18
Тип уплотнения рраб» МПа Размеры, мм Масса, кг
d D D, Dt » di z
ВТ 110 — НО 315 280 258 270 42 18 8 43,2
ВТ 130 — 130 340 305 282 300 45 50,5
ТД 206 0,6 20 72 90 ПО 111 — 14 6 11
ТД 256 25 —
ТД 306 30 100 105 145 123 — 17
ТД 406 40 —
ществляются проточной водой, циркулирующей в полости кожу-
ха 5. Уловитель предохраняет обрабатываемый продукт от попа-
дания в него охлаждающей воды.
Если в аппарат не допускается попадание охлаждающей во-
ды, то рекомендуется применять торцевое уплотнение с нейтраль-
ной смазкой типа НТ (рис. 4.20), разработанное на основе уплот-
нения типа УТ. В уплотнении типа НТ вместо уловителя 10 име-
ется водяная рубашка в корпусе /, между двойными стенками ко-
торого циркулирует охлаждающая вода. Во внутреннюю полость
Рис. 4.19. Универсальное торцевое уплот-
нение типа УТ
уплотнения заливается сма-
зывающая жидкость, сов-
местимая со средой, обра-
батываемой в аппарате.
Наблюдение за уровнем
жидкости осуществляется
через смотровое окно 2.
Уплотнения типов УТ и
НТ следует применять толь-
ко для вертикальных ва-
лов, а уплотнения типов
ВТ и ТД — для горизон-
тальных, наклонных и вер-
тикальных валов и для уп-
лотнения вала нижнего
привода. Вакуумное торце-
вое уплотнение типа ВТ —
двойное торцевое уплотне-
ние (рис. 4.21) — применя-
ется для работы в кислых
и слабощелочных жидко-
стях и парогазовых смесях
при вакууме до 400 Па
166
(3 мм рт. ст.) и температуре
от —20 до +250 °C. Для уп-
лотнения валов малогабарит-
ных аппаратов, работающих
в жидких и газообразных аг-
рессивных средах при давле-
нии до 0,6 МПа и температу-
ре от —220 до +200 °C, сле-
дует применять двойное тор-
цевое уплотнение типа ТД
(рис. 4.22).
Для герметизации валов
аппаратов с перемешивающи-
ми устройствами, работающих
под давлением до 2,5 МПа
с вредными взрыво- и пожа-
роопасными средами, разра-
ботано новое торцевое уплот-
нение с унифицированными
кольцами (рис. 4.23). Это уп-
лотнение предназначено для
работы при знакопеременных
давлениях.
Уплотнение состоит из двух неподвижных колец трения 4, ко
торые установлены в корпусе 1 и опорном фланце 5, и двух вра-
щающихся колец трения во втулке 3. Контакт подвижных и не-
подвижных колец трения — с помощью пружин 2. Между коль-
цами трения и сопряженными деталями установлены резиновые
кольца 6.
Для повышения надежности работы уплотнения при знакопе-
ременном давлении и температуре среды в аппарате до 250 °C под
вращающиеся и неподвижное кольца трения, расположенные со
стороны емкости аппарата, установлены кольца 6 специальной
конструкции с пазами. Затворная камера заполняется жидкостью,
в качестве которой обычно используется вода, масло или другая
жидкость, совместимая со средой аппарата.
Новое торцевое уплотнение * имеет ряд преимуществ перед ти-
повыми: износостойкий антифрикционный материал пар трения
«силицированный графит по силицированному графиту» (вместо
«силицированный графит по углеграфиту 2П-1000ф или МГ-фф»);
соединение антифрикционного кольца с металлической обоймой с
натягом (а не с зазором); взаимозаменяемость и унификация всех
колец трения с целью повышения ремонтопригодности, упрощения
Демонтажа и монтажа уплотнений и сокращения номенклатуры
резиновых колец; использование рациональной формы металличе-
* Разработано Дзержинским филиалом ЛенНИИхиммаша.
167
Рис. 4.21. Вакуумное торцевое уплотнение
типа ВТ:
1 — углеграфитовые кольца; 2 — основание;
3 — корпус; 4 — пружина 5 — втулка; 6 — фторо-
пластовые манжеты; 7 —крышка; 8 — водило
ской обоймы и антифрик-
ционного кольца трения,
обеспечивающих при невы-
сокой металлоемкости ра-
ботоспособность уплотне-
ния; кольца специальной
конструкции под вторичны-
ми уплотнениями для пре-
дотвращения раскрытия
стыка при падении давле-
ния в затворной камере
уплотнения.
Рис. 4.22. Двойное торцевое
уплотнение типа ТД:
1 — основание; 2 — резиновые коль-
ца; 3 — сепаратор; 4 — крышка;
5, 6 — углеграфитовые и стальные
кольца; 7 — корпус; 8 — пружина
Техническая характеристика торцевого уплотнения
Давление в аппарате, МПа................................ до 2,5
Температура, °C:
среды в аппарате............................- . до 250
жидкости в камере уплотнения....................... до 80
масла............................................. до 140
Частота вращения вала, с-1................................ 25
Диаметр уплотняемого вала, мм............................ 65
Габаритные размеры, мм................................ 450X240X240
Масса, кг............................. ... 25
168
Рис. 4.23. Торцевое уплотнение с унифицированными кольцами трения,
работающими при знакопеременных давлениях
Глава 5. РАСЧЕТ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО
ОБОРУДОВАНИЯ
В установку (агрегат или участок проектируемого производства) кроме
основного аппарата (машины) входит ряд аппаратов (машин), непосредствен-
но связанных с разрабатываемым. Выбрав конструкцию таких аппаратов (ма-
шин), необходимо рассчитать их количество в соответствии с заданной мот*
ностью, принятым режимом работы, нормами производительности и временем
на ремонт. Таким образом, технологический расчет проводится по проектиру-
емому аппарату (машине) и участку производства, в состав которого он (она)
входит.
Как известно, переработка материалов в химических аппаратах обычно
связана с затратой теплоты или ее отводом. В том и другом случаях нужна
произвести тепловой расчет с целью определения требуемой поверхности теп-
лообмена аппарата (машины).
Определение размеров деталей (их толщины) аппаратов (машин), кото-
рые должйы обеспечить их прочность и необходимую долговечность, осуществ-
ляется с помощью механического расчета.
§ 5.1. СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО РАСЧЕТА
Технологическим расчетом выявляются основные конструктив-
ные размеры оборудования и его потребное количество. Для стан-
дартного оборудования технологический расчет сводится к опре-
делению потребного количества оборудования, а для нестандарт-
ного — к определению основных конструктивных размеров аппа-
рата и их количества. Размеры аппаратов как периодического,
так и непрерывного действия определяются их производитель-
ностью.
Методика технологического расчета аппаратов для массообмен-
ных, тепловых и других физико-химических и физических процес-
сов рассматривается в курсе «Процессы и аппараты» [7].
Общая методика расчета размеров аппаратов непрерывного
действия. Диаметр аппарата непрерывного действия зависит от
объемной производительности * и скорости протекания обрабаты-
ваемых веществ. Объем (м3) рабочей части (реакционной зоны)
аппаратов непрерывного действия
ир = <7сек*, (5-0
где </Сек — секундная объемная производительность, м3/с; — т — время, необ-
ходимое для проведения процесса (реакции), с.
* Производительность аппаратов непрерывного действия относят к единице
времени.
170
Площадь (м2) поперечного сечения аппарата находят из урав-
нения расхода:
/=<7секМ (5*2>
где w — скорость течения среды (обычно бывает известна или ею задают-
ся), м/с.
Определив сечение, находят диаметр (м) аппарата:
D = V4f/л . (5.3)
Длина (м) рабочей части (реакционной зоны) аппарата
L-v?!f = wx. (5.4)
Длина (высота) аппарата также зависит от размеров
устройств, находящихся в нем, — длины трубчатки, сепаратора
и др.
Если аппарат заполнен катализатором или насадкой, то объем
(м3) рабочей части аппарата принимается равным объему насад-
ки или катализатора:
(5-5)
где FK — поверхность катализатора или насадки, м2; о — удельная поверхность
катализатора или насадки, м2/м3.
Площадь поперечного сечения аппарата с катализатором или
насадкой (м2)
/к^<7сек/(“«*), (5-6)
где а — отношение свободного сечения насадки или катализатора к сечению
пустого аппарата.
Длина рабочей части аппарата (м)
L = awFK/(qceK<j). (5.7)
Так как время реакции т не всегда можно определить точно,
в формулу (5.1) вместо времени реакции вводят так называемое
фиктивное время реакции или величину, обратно пропорциональ-
ную фиктивному времени, — объемную скорость. Объемной ско-
ростью называется количество кубических метров исходного газа,
проходящего через 1 м3 катализатора в 1 ч. Объемная скорость
выражается в м3/(м3-ч), или ч-1.
Значения фиктивного времени и объемной скорости определя-
ют опытным путем на основании исследовательских работ на ла-
бораторных и полузаводских установках для условий, соответству-
ющих режиму работы проектируемого аппарата. Объемную ско-
рость выбирают в зависимости от давления (или температуры),
метода получения исходного газа и допустимого перепада давле-
ния в системе. Так, в колонне синтеза аммиака при давлении
32 МПа и отсутствии в газе инертных примесей объемную ско-
171
рость рекомендуется принимать равной порядка 30 000 ч-1, при на-
личии инертных примесей — 22 000—25 000 ч-1, а при давлении
50 МПа равной 50 000—60 000 ч-1. В промышленных конверторах
метана (в производстве аммиака) при температуре 600—1000 °C
объемную скорость принимают равной 250—400 ч-1.
Объем катализатора определяется исходя из объемной скоро-
сти <о:
^к = <7сек/«. (5.8)
Для целого ряда процессов, кинетика которых достаточно хо-
рошо изучена, объем катализатора рассчитывают по эмпириче-
ским формулам или находят по соответствующим графикам.
Размеры сложных контактных систем рассчитывают по отдель-
ным зонам или участкам. На каждом участке определяют требуе-
мое количество катализатора, принимая в расчет среднее значе-
ние объемной скорости.
Порядок расчета аппаратов периодического действия. При ра-
счете аппаратов периодического действия обычно бывают заданы
суточная производительность перерабатываемых веществ и время
проведения операции — так называемый технологический цикл.
Он включает в себя помимо времени, необходимого для проведе-
ния самого процесса или реакции, время, потребное на загрузку,
выгрузку, продувку, промывку и тому подобные вспомогательные
операции.
Общий реакционный объем аппаратов периодического дейст-
вия при заданном суточном объеме vc перерабатываемых веществ
= vc т6/(24<р), (5.9)
где т — время технологического цикла, ч; k — коэффициент запаса производи-
тельности; <р — коэффициент заполнения аппарата.
Время технологического цикла
т = т14-т2, (5.10)
где Г1 — время на проведение собственного процесса (реакции); Та — время на
проведение технологических операций, загрузку, нагрев или охлаждение, раз-
грузку, промывку, продувку и т. п.
Коэффициент запаса производительности
* = 8640/Тзф, (5.11)
где 8640 — число календарных часов в году; ГЭф — эффективный фойд времени,
или число часов работы аппарата в год. Коэффициент запаса производитель-
ности обычно составляет 1,1—1,15.
Значение коэффициента заполнения <р зависит от характера про-
цесса, протекающего в аппарате, и принимается 0,4—0,9. Для ап-
паратов, в которых в процессе работы повышается уровень реаги-
рующих веществ, например пенообразование, ср = 0,4 4-0,6; в ап-
паратах с мешалками, где возможно образование при перемеши-
172
вании воронки, ср = 0,75ч-0,8; в остальных аппаратах, где не име-
ют места кипение, вспенивание и иное повышение уровня реаги-
рующих веществ, <р = 0,85 ч-0,90.
После определения общего реакционного объема следует за-
даться объемом одного аппарата иа и рассчитать потребное число
таких аппаратов:
n = vclv&. (5.12)-
Можно также задаться числом аппаратов п и определить объем
одного аппарата:
va = vc/n. (5.13)-
По объему аппарата определяют его основные конструктивные
размеры — диаметр и высоту. Полученные размеры должны быть
приведены в соответствие с действующими стандартами (см. гл. 6).
Задаваясь числом аппаратов, следует учитывать размеры ап-
паратов данного типа, выпускаемых машиностроительными заво-
дами, располагаемые производственные площади, возможность
технологического маневрирования при принятом числе аппаратов,,
а также наличие на проектируемом производстве параллельных
потоков.
§ 5.2. ПОРЯДОК ТЕПЛОВОГО РАСЧЕТА
Цель теплового расчета — определение требуемой поверхности
теплообмена проектируемого аппарата (машины). Расчет поверх-
ности теплообмена основан на совместном решении уравнений
теплового баланса и теплопередачи.
Уравнение теплового баланса
Q - ДА = 62 Д/2 i- Qn, (5.14)
где Q — тепловой потокл Вт; Gi и G2 — массы теплоносителей, обмениваю-
щихся теплотой, кг/с; АД и А/2 — изменения теплосодержаний теплоносителей
в процессе теплообмена, Дж/кг; Qn — потери теплового потока в окружающую
среду, Вт.
В теплообменных аппаратах, покрытых изоляцией, тепловые по-
тери не превышают 3—5% полезно используемой теплоты. Поэто-
му в расчетах ими можно пренебречь.
Определение Д/ зависит от конкретных условий протекания
процесса. Если теплообмен протекает без изменения агрегатного
состояния, то
AJ = CP (5.15)
где Ср—средняя теплоемкость, Дж/(кг-К); 6 и t2— температуры теплоноси-
теля на входе и выходе из аппарата.
173
Если в результате конденсации или кипения агрегатное состоя-
ние теплоносителя меняется, то изменение теплосодержания
Л/ = Сп (<„-Q +Г-I- Ст «„-и. (5.16)
Здесь Сп и Сж — средние удельные теплоемкости пара и жидкости,
Дж/(кг-К); tn и tn—температуры поступающих или уходящих пара и жид-
кости, К; tn — температура насыщения пара, К; г — удельная теплота парооб-
разования, Дж/кг.
При конденсации насыщенного пара (греющего агента) можно
считать, что пар приходит с температурой насыщения, а конден-
сат уходит с температурой конденсации, т. е. tn = iH и tw = tn- Тог-
да Д/ = г.
Если в процессе теплообмена протекают химические реакции,
сопровождаемые тепловым эффектом, то в тепловом балансе не-
обходимо учесть теплоту, выделяющуюся при физическом и хими-
ческом превращении.
Поверхность теплообмена (м2) определяется из основного урав-
нения теплопередачи:
F= Q/(*Aicp), (5.17)
где Q — тепловой поток, Вт; k — коэффициент теплопередачи, Вт/(м2-К);
Л^ср — средняя разность температур, или температурный напор, К.
Коэффициент теплопередачи для плоской многослойной стен-
ки
k = ---------!---------, (5.18)
(б/Л)-f-1/а2
где di и а2 — коэффициенты теплоотдачи от теплоносителя к стенке и от стен-
ки к другому теплоносителю, Вт/(м2К); 2(б/Л)—сумма термических сопро-
тивлений стенки, м2-К/Вт.
Практически большинство стенок химических аппаратов можно
рассматривать как многослойные, так как в процессе работы они
постепенно загрязняются: покрываются накипью, маслом, ржавчи-
ной и т. п. В большинстве случаев слой накипи очень тонкий и
теплопроводность его лежит в пределах 0,2—2,5 Вт/(м-К), т. е.
во много раз меньше теплопроводности металлов. Воздействие на-
кипи на значение коэффициента теплопередачи значительно, по-
этому снижение коэффициента теплопередачи k, вызванное за-
грязнением стенки, рекомендуется учитывать.
При расчете эмалированных теплообменных аппаратов необхо-
димо знать значения коэффициента теплопроводности эмалевого
покрытия. Ниже приводятся коэффициенты теплопроводности не-
которых стеклоэмалевых покрытий, разработанных НИИэмальхим-
машем [27]:
Покрытие.............. 631 10-1 К-17 261 УЭС-300 УЭС-200
Коэффициент теплопро-
водности, Вт/(м-К) . . 0,96 0,85 0,96 0,75 1,04 0,73
174
Наиболее трудным и ответственным при тепловом расчете ап-
парата является определение коэффициентов теплоотдачи. Мето-
пы определения их аналитически изложены в [7]. Значения коэф-
фициентов теплоотдачи при свободном движении газов и жидко-
стей в большом объеме (Сг-Рг <; 20-106 и Сг-Рг > 20 • 106) и при
конденсации насыщенного пара могут быть также найдены по но-
мограммам [29].
При расчете коэффициентов теплопередачи трубчатых тепло-
обменников из стальных, медных, латунных, алюминиевых и дру-
гих труб можно пользоваться формулой (5.18), дающей вполне
достаточную точность (погрешность не превышает 4%).
Для самопроверки в процессе расчета важно знать порядок
значений коэффициентов теплопередачи для разных видов тепло-
обмена. Ориентировочные значения коэффициентов теплопередачи
[Вт/(м2-К)] приведены в табл. 5.1 [7].
Температурный напор Д /ср зависит от вида движения тепло-
носителей и от их агрегатного состояния в процессе теплообмена.
При изменении агрегатного состояния обоих теплоносителей тем-
Та блица 5.1. Коэффициенты теплопередачи
Вид теплообмена и среда Коэффициент теплопереда- чи К, Вт (м2 К), для движения Назначение теплообменника
вынужден- ного свободного
От газа к газу (при невысо- ких давлениях) От газа к жидкости 10—40 10—60 4—12 6—20 Газовые холодиль- ники
От жидкости к жидкости (вода) От жидкости к жидкости (масло) 800—1700 120—270 140—340 30—60 Подогреватели и холодильники
От конденсирующегося пара к газу От конденсирующегося пара к воде От конденсирующегося пара х кипящей жидкости 10—60 800—3500 6—12 300—1200 300—3500 Подогреватели Испарители
От конденсирующегося пара х органическим жидкостям От конденсирующегося пара органических веществ к воде 120—340 300—800 60—170 230-460 Подогреватели и конденсаторы
175
пературный напор равен разности температур конденсации и ки-
пения:
~ ^конд ^кип- (5.19)
Если даже один теплоноситель не меняет своего агрегатного
состояния, то разность температур при протекании его вдоль стен-
ки, разделяющей теплоносители, будет изменяться. При этом сред-
няя разность температур (при прямотоке и противотоке) будет
определяться как среднелогарифмическая разность температур:
^с₽ = (Д^б- А *м >/[2,3 1g (Д/б/Д/м)1, (5.20)
где — большая разность температур теплоносителей у одного конца тепло-
обменного аппарата, К; — меньшая разность температур у другого конца
теплообменника, К.
Если отношение Д/б/Д/м<2, то можно вычислить среднюю
разность температур как среднюю арифметическую:
Д*сР = (Д*б+ДМ/2. (5.21)
Полученную расчетную поверхность теплообмена рекомендует-
ся увеличить на 15—20%. По найденной поверхности теплообмена
определяют конструктивные размеры: диаметр и высоту рубашки
(в аппарате с рубашкой); длину труб (в трубчатом теплообмен-
нике); высоту и диаметр змеевика; ширину каналов (в пластин-
чатых и спиральных) и др. Поверхность' теплообмена и расчетные
размеры надо привести в соответствие с действующими ГОСТами
Хсм. § 6.3).
§ 5.3. СОДЕРЖАНИЕ МЕХАНИЧЕСКОГО РАСЧЕТА
И ТРЕБОВАНИЯ К ЕГО ВЫПОЛНЕНИЮ
Механическому расчету подлежат следующие устройства и де-
тали машин: элементы привода (редукторы, цепные и ременные
передачи); рабочие органы (мешалки, штоки, поршни, цилиндры);
элементы рабочих органов (валы, шестерни, шкивы, подшипники,
шпонки).
К основным элементам химических аппаратов, подлежащих
механическому расчету, относятся обечайки, днища, укрепления
стенок в зоне отверстия, трубные решетки, тарелки, фланцевые и
резьбовые соединения, крепежные детали, опоры аппаратов, пере-
мешивающие устройства и приводы к ним.
Химическая аппаратура в процессе эксплуатации может рабо-
тать при атмосферном давлении, под внутренним избыточным дав-
лением, под вакуумом или под наружным давлением, а также при
установке аппаратуры на открытых площадках под действием вет-
ровых или сейсмических воздействий (нагрузок).
При расчете следует учитывать совместно действующие на-
грузки и производить расчет на прочность аппарата при его
176
эксплуатации в самых неблагоприятных условиях. При расчете
аппаратуры (преимущественно колонной) следует учитывать мас-
су и нагрузку площадок, лестниц и другого вспомогательного обо-
рудования, закрепленных на ней. При механическом расчете эле-
ментов аппаратов, имеющих антикоррозионную защиту стенок (ре-
зину, пластмассу, металлический защитный покров и т. п.), на-
личие защиты не учитывается.
Аппаратуру из двуслойной стали, имеющей одинаковое значе-
ние коэффициента линейного расширения слоев (например, СтЗ +
+ 0X13), рекомендуется рассчитывать по тем же формулам, что и
аппаратуру из монолитного металла, принимая за расчетную тол-
щину стенки суммарную толщину двухслойного металла. Аппара-
туру из двухслойной стали, имеющей разные коэффициенты тем-
пературного расширения слоев (например, СтЗ+12Х18Н10Т), ре-
комендуется рассчитывать по тем же формулам, что и аппаратуру
из монолитного металла, принимая за расчетную толщину стенки
только толщину основного (углеродистого) слоя, не делая при
этом добавки на коррозию.
При подборе и использовании в своем проекте аппарата из
числа стандартных или нормализованных конструкций необходимо
выполнить поверочный расчет. Цель поверочного расчета. — опре-
деление допускаемого давления, которое может выдержать аппа-
рат, или возникающего в нем приведенного напряжения и сравне-
ния его с допустимым напряжением или допустимым запасом
прочности.
Методика расчета ряда деталей и элементов машин установ-
лена отраслевыми стандартами. Так, расчет на прочность и жест-
кость валов и осей производится по ОСТ 12.44-097—78; роторы
центрифуг — ОСТ 26.01-1271—81; передачи зубчатые цилиндри-
ческие эвольвентные — ОСТ 12.44-098—78; соединения болтовые—
ОСТ 12.44-120—79.
Общие требования к механическому расчету элементов аппара-
тов. Одним из направлений снижения металлоемкости проекти-
руемого оборудования является усовершенствование теории расче-
тов деталей и их соединений на прочность. Нормы и методы ра-
счета на прочность основных элементов химических аппаратов
установлены государственными и отраслевыми стандартами:
ГОСТ 14249—80 — сосудов и аппаратов из углеродистых и ле-
гированных сталей, работающих в условиях однократных и мно-
гократных статических нагрузок под внутренним избыточным дав-
лением, вакуумом или наружным избыточным давлением и под
действием осевых и поперечных усилий и изгибающих моментов;
ГОСТ 26202—84 — обечаек и днищ от воздействия опорных
нагрузок;
ГОСТ 24757—81 — для аппаратов колонного типа;
ГОСТ 24756—81 — определения расчетных усилий от ветровых
и сейсмических воздействий на аппараты колонного типа;
177
ГОСТ 25867—83 — сосудов и аппаратов с рубашками; нормы
и методы расчета укрепления отверстий даны в ГОСТ 24755—81;
ГОСТ 26158—84 и 26159—84 — сосудов и аппаратов из цвет-
ных металлов и чугунных;
ОСТ 26.01-1298—81 — фланцев сосудов и аппаратов из титана
(в ОСТе приведены также типы, конструкции и размеры фланцев).
ГОСТ 25822—83 — аппаратов воздушного охлаждения;
ГОСТ 25215—82 — обечайки и днища аппаратов высокого дав-
ления;
ГОСТ 26303—84 — шпилек. Расчет на прочность рулонирован-
ных сосудов высокого давления приведен в [6].
Ниже даны рекомендации по выбору расчетного давления, тем-
пературы, допускаемого напряжения, модуля продольной упруго-
сти, коэффициентов сварных швов.
Расчетное давление. Под расчетным давлением для элементов
сосудов и аппаратов (ГОСТ 12249—80) следует понимать давле-
ние, на которое производится их расчет на прочность. Как прави-
ло, расчетное давление является рабочим. Под рабочим давлением
следует понимать максимальное внутреннее избыточное или на-
ружное давление, возникающее при нормально протекающем тех-
нологическом процессе (без учета кратковременно допустимого по-
вышения давления во время действия каких бы то ни было предо-
хранительных устройств, например предохранительного клапана).
Если во время действия предохранительного клапана давле-
ние в аппарате будет повышаться более чем на 10% от рабочего,
то аппарат должен быть рассчитан на давление, равное 90% от
давления при полном открытии клапана. Для аппаратов, запол-
ненных жидкостью, при определении расчетного давления надо
учитывать гидростатическое давление, но только в том случае,
когда его величина превышает более чем на 5% рабочее давление.
Для элементов, разделяющих пространства с разными давле-
ниями (например, в аппаратах с обогревающими рубашками), за
расчетное давление следует принимать либо каждое давление в
отдельности, либо давление, требующее большей толщины стенки
рассчитываемого элемента. Если обеспечивается одновременное
действие давлений, то допускается производить расчет на разность
давлений.
При расчете обечаек и днищ сосудов и аппаратов высокого
давления — от 10 до 100 МПа (ГОСТ 25215—82) — расчетное
давление принимается таким же, как указывалось выше.
Расчетная температура. Расчетная температура необходима при
определении физико-механических характеристик материала и до-
пускаемых напряжений. Она определяется на основании тепловых
расчетов или результатов испытаний. При положительных значе-
ниях температур за расчетную температуру стенки элемента сосу-
да или аппарата принимается наибольшее значение температуры
стенки; при отрицательных значениях — расчетная температура
178
стенки 20°C. Эта температура принимается и в том случае, когда
во время эксплуатации температура стенки поднимается до тем-
пературы среды, соприкасающейся с ней (если температура среды
ниже 20°C).
При расчете сосудов и аппаратов высокого давления (ГОСТ
25215—82) расчетная температура принимается по ГОСТ 14249—
80.
Допускаемое напряжение. Модуль продольной упругости. На-
пряжение, при котором обеспечивается безопасная работа без пе-
рерасхода конструкционного материала, называется допускаемым
напряжением. При расчетной температуре стенки в зависимости
от материала рассчитываемой детали допускаемое напряжение мо-
жно выбрать по табл. 5.2 и 5.3. Расчетные значения модуля про-
дольной упругости Е для сталей приведены в табл. 5.4.
Коэффициенты прочности сварных швов. При расчете на проч-
ность сосудов и аппаратов, имеющих сварные швы, в расчетные
формулы следует вводить коэффициент прочности <р, значение ко-
торого представляет собой отношение прочности сварного соеди-
нения к прочности основного материала (целого листа); значение
коэффициента зависит от конструкции шва (соединения) и от спо-
соба сварки.
Таблица 5.2. Допускаемые напряжения для углеродистых
и низколегированных сталей
Допускаемое напряжение [о], МПа, для марок сталей
Расчетная темпе- ратура стенки аппарата, °C ВСтЗ 20 и 20К 09Г2С, 16ГС, 17ГС, 17Г1С, 10Г2С1 10Г2
20 140 147 183 180
100 134 142 160 160
150 131 139 154 154
200 126 136 148 148
250 120 132 145 145
300 108 119 134 134
350 98 106 123 123
375 93 98 116 108
400 85 92 105 92
410 81 86 104 86
420 75 80 92 80
430 71* 75 86 75
440 — 67 78 67
450 61 71 61
460 — 55 64 55
470 — 49 56 49
480 — 46** 53 46**
* Для расчетной температуры стенки 425 °C.
** Для расчетной температуры стенки 475 °C.
179
Таблица 5.3. Допускаемые напряжения для жаропрочных,
жаростойких и коррозионно-стойких аустенитных и хромистых сталей
Расчетная температура стенки аппа- рата, °C Допускаемое напряжение [<т], МПа, для сталей марок 12ХМ 15ХМ
08Х22Н6Т, 08Х21Н6М2Т 06ХН28ДТ, 03ХН28МДТ 12Х18Н10Т, 12Х18Н12Т, 10Х17Н13М2Т, 10X17H13M3T
20 240 147 160 147 155
100 207 138 152 —
150 200 130 146 — —
200 193 124 140 145 152
250 173 117 136 145 152
300 167 ПО 130 141 147
350 — 107 126 137 142
375 — 105 124 135 140
400 — 103 121 132 137
410 -— 120 130 136
420 — — 120 129 135
430 — — 119 127 134
440 — 118 126 Г32
450 — — 117 124 131
460 — — 116 122 127
470 -— — 115 117 122
480 115 114 117
490 — — 114 105 107
500 — — 113 96 99
510 — 112 82 84
520 — — 112 69 74
530 — — 111 60 67
540 — — 111 50 57
550 — — IT 1 41 49
560 — — 101 33 41
570 — —. 97 — —
580 — — 90 — —
590 — — 81 — —
600 — — 74 — —
Таблица 5.4. Модуль продольной упругости
Стали £-10-5, МПа, при температуре, °C
20 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700
Углеродис- тые и низколе- гированные 1,99 1,91 1,86 1,81 1,76 1,71 1,64 1,55 1,40 — — — __ —
Жаропрочные и жаростойкие аустенитные 2,02 2,00 1,99 1,97 1,94 1.90 1,85 1,80 1,74 1,67 1,60 1,52 1,43 1,32
Теплоустой- чивые и корро- зионно-стойкие хромистые 2,15 2,15 2,05 1,98 1,95 1,90 1,84 1,78 1,71 1,63 1,54 1.40
180
Таблица 5.5. Расчетные коэффициенты толстостенное™
р р Рк р Рк р
[а] <р [а] ф [а] Ф [а] ф
0,05 1,051 0,25 1,284 0,45 1,568 0,62 1,859
0,07 1,072 0,28 1,323 0,48 1,616 0,65 1,916
0,10 1,105 0,30 1,350 0,50 1,649 0,68 1,974
0,12 1,128 0,32 1.377 0,52 1,682 0,70 2,014
0,15 1,162 0,35 1,419 0,55 1,733 — —
0,18 1,197 0,38 1,462 0,58 1,786 —
0,20 1,221 0 40 1,492 0,60 1,822 — —
0,22 1,246 0,42 1,522
Значение коэффициента ср для различных видов сварных швов
принимается в соответствии с ГОСТ 14249—80 (при длине конт-
ролируемых швов от общей длины, равной 100%):
Ф = 1 — для стыковых и тавровых соединений с двусторонним
сплошным проваром, выполняемых автоматической сваркой;
ср = 1,0 — для стыковых сварных соединений с подваркой кор-
ня шва и тавровых соединений с двусторонним проваром, выпол-
няемых вручную;
Ф = 0,9 — для стыковых соединений, доступных сварке только
с одной стороны и имеющих в процессе сварки подкладку со сто-
роны корня шва, прилегающую к основному металлу по всей дли-
не шва;
Ф = 0,8 — для соединений втавр, в котором не обеспечивается
сплошное соединение свариваемых деталей, а также для соеди-
нений внахлестку при наличии швов с двух сторон;
Ф = 0,9 — для стыковых соединений, выполняемых автомати-
ческой и полуавтоматической сваркой с одной стороны с флюсо-
вой или керамической подкладкой;
Ф = 0,9 — для стыковых соединений, выполняемых вручную с
одной стороны.
При расчете на прочность сосудов и аппаратов высокого дав-
ления, изготовленных из листового проката с продольным свар-
ным швом, значения коэффициента принимаются в соответствии
с ГОСТ 14249—80.
Расчетные коэффициенты толстостенности (ГОСТ 25215—82),
входящие в формулы для определения толщины стенки сосудов
высокого давления, приведены в табл. 5.5. Примеры расчета на
прочность обечаек и днищ аппаратов высокого давления см.
В [1,6].
Глава 6. СТАНДАРТНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ
ОБОРУДОВАНИЕ И ЕГО ВЫБОР
В настоящее время на химическое оборудование разрабатываются и внед-
ряются прогрессивные стандарты, которые создают предпосылки для сущест-
венного повышения его качества, надежности и долговечности, уровня унифи-
кации, снижения материалоемкости и энергоемкости, улучшения ассортимента и
качества получаемой продукции.
§ 6.1. ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ СОСУДЫ
И КОЛОННЫЕ АППАРАТЫ С КОНТАКТНЫМИ
УСТРОЙСТВАМИ
Цилиндрические сосуды и аппараты. Ряды условных (номи-
нальных) давлений для сосудов и аппаратов регламентированы
ГОСТ 9493—80.
Номинальную емкость цилиндрических аппаратов и сосудов
объемом 0,01—200 м3, изготовляемых из металлических материа-
лов и пластических масс, следует выбирать из нормального ряда
(ГОСТ 13372—78):
0,001 0,100 1,00 10,0 100
0,125 1,25 12,5 125
0,016 0,160 1,60 16,0 160
0,200 2,00 20,0 200
0,025 0,250 2,50 25,0
0,320 3,20 32,0
0,040 0,400 4,00 40,0
0,500 5,00 50,0
0,063 0,630 6,30 63,0
0,800 8,00 80,0
За номинальную емкость сосуда или аппарата принимается их
внутренний объем без учета открываемых крышек, штуцеров и
люков. При расчете внутреннего объема наличие защитной футе-
ровки, покрытий и внутренних устройств в аппарате не должно
учитываться. Действительная емкость сосудов и аппаратов может
отличаться от номинальной не больше чем на +10 и —5%.
ГОСТ 13372—78 не распространяется на газгольдеры, баллоны,
хранилища для жидких продуктов, а также на аппараты, для ко-
торых емкость является производной от основных размеров, опре-
деляемых технологическим расчетом при конструировании, напри-
182
мер аппараты колонные, выпарные, с вращающимися барабанами^
кожухотрубчатые теплообменники.
Цилиндрические сосуды и аппараты внутренним диаметром до
20000 мм, изготовляемые из стальных листов или поковок, и на-
ружным диаметром 1420 мм, изготовляемые из стальных труб, а
также сосуды и аппараты внутренним диаметром до 4200 мм, из-
готовляемые из цветных металлов и сплавов, регламентированы
ГОСТ 9617—76. Этот ГОСТ не распространяется на аппараты с
вращающимися барабанами и теплообменные аппараты с витыми
трубами.
Внутренний диаметр сосуда или аппарата, изготовляемого из
стальных листов или поковок, следует выбирать из ряда (ГОСТ
9617—76):
400, (450), 500, (550), 600, (650), 700, 800, 900, 1000, (1100), 1200,
(1300), 1400, (1500), 1600, (1700), 1800, (1900), 2000, 2200, 2400, 2500,
2600, 2800, 3000, 3200, 3400, 3600, 3800, 4000, 4500. 5000, [5500], 5600,
[6000], 6300, [6400], 7000, 7500, 8000, 8500, 9000, 9500, 10 000, 1'1 000,
12 000, 14 000, 16 000, 18 000, 20 000 мм.
Размеры, заключенные в скобки, допускается применять лишь
для обогревающих или охлаждающих рубашек сосудов и аппара-
тов. Размеры, указанные в квадратных скобках, при новом про-
ектировании применять не рекомендуется.
Диаметры аппаратов с перемешивающими устройствами и со-
судов и аппаратов, изготовляемых из никельсодержащих сталей,
а также эмалированных аппаратов, допускается принимать рав-
ными 250, 300, 350 мм, а диаметры рубашек эмалированных сосу-
дов и аппаратов — 1550, 1750, 1950 мм.
Наружный диаметр сосуда и аппарата, изготовляемого из
стальных труб, следует выбирать из ряда:
133, 159, 168, 219, 273, 325, 377, 426, 480, 530, 630, 720, 820, 920,
1020, 1120, 1220, 1320, 1420 мм.
Внутренний диаметр сосуда и аппарата, изготовляемого из цвет-
ных металлов и сплавов, — из ряда:
200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, 650, 700, 800, 900, 1000,
1100, 1200, 1300, 1400, 1500, 1600, 1700, 1800, 1900, 2000, 2200, 2400, 2500,
2600, 2800, 3000, 3200, 3400, 3600, 3800, 4000 мм.
Типы, основные параметры и размеры корпусов цилиндриче-
ских стальных сварных сосудов и аппаратов (в том числе и с анти-
коррозионными покрытиями) регламентированы ГОСТ 9931—85
(табл. 6.1). ГОСТ распространяется на корпуса вновь разрабаты-
ваемых сосудов и аппаратов вместимостью (номинальным объе-
мом) от 0,01 до 200 м3, предназначенных для работы под давле-
нием не более 16 МПа, при атмосферном давлении и в вакууме
(с остаточным давлением не менее 667 Па). Этот ГОСТ не рас-
пространяется на корпуса газгольдеров, баллонов, а также сосу-
дов и аппаратов, устанавливаемых на транспортных средствах.
183
Таблица 6.1. Корпуса цилиндрических стальных сосудов и аппаратов
Тип аппарата Исполнение Наименование корпуса Объем, м*
гээ 1 Горизонтальный с двумя эллиптиче- скими днищами 0,04—200
2 Горизонтальный с эллиптическими днищем и крышкой
вээ 1 Вертикальный с двумя эллиптическими днищами
2 Вертикальный с эллиптическими дни- щем и крышкой
вэп 1 Вертикальный с эллиптическим дни- щем и плоским днищем 0,01—32
2 Вертикальный с эллиптическим дни- щем и плоской крышкой
гпп 1 Горизонтальный с двумя плоскими днищами 0,63—100
2 Горизонтальный с плоскими днищами и крышкой
ВПП 1 Вертикальный с двумя плоскими дни- щами
2 Вертикальный с плоскими днищем и крышкой
впс 1 Вертикальный с плоским и сфериче- ским днищами 1—32
2 Вертикальный с плоским днищем и сферической крышкой
гкк 1 Горизонтальный с двумя коническими днищами (с углом при вершине 140°) 4—100
вкэ 1 Вертикальный с коническим (с угла- ми при вершине 60 и 90°) и эллиптиче- ским днищами 0,04—50
2 Вертикальный с коническим днищем (с углами при вершине 60 и 99°) и эл- липтической крышкой
вкп 1' Вертикальный с коническим (с угла- ми при вершине 60, 90 и 120°) и плос- ким днищами 0,100—100
2 Вертикальный с коническим днищем (с углами при вершине 60, 90 и 120°) и плоской крышкой
184
Таблица 6.2. Основные параметры и размеры корпусов типа ВЭП
Объем, номи- нальный, м3 Размеры, мм Площадь внут- ренней поверх- ности, м2
D L 1
0,010 250 227 140 0,25
0,016 300 260 160 0,34
0,025 350 293 180 0,45
0,040 345 220 0,60
0,063 400 525 400 0,83
0,100 825 700 1,21
0,125 475 300 1,29
0,160 600 625 450 1,57
0.200 775 600 1,85
0.250 875 700 2.04
0,320 675 450 2,39
0,400 800 875 650 2,89
0,500 1075 850 3,40
0.630 1325 1100 4,03
875 . 600 3,83
0,800 1000 1075 800 4,46
1,00 1375 1100 5,40
975 650 5,23
1,25 1200 1225 900 6,17
1,60 1575 1250 7,49
2,00 1400 1375 1000 8,17
2,50 1775 1400 9,92
3,20 1600 1675 1250 11,2
4,00 2125 1700 13,5
5,00 1800 2090 1600 15,3
6,30 2590 2100 18,2
8,00 2000 2740 2200 21,6
24,5
10.00 2200 2790
12.5 2400 2940 2300 28,4
16.0 / 3640 3000 33,7
20,0 2800 3340 2600 37,8
25.0 4240 3500 45,8
32,0 3000 4690 3990 53,9
185
Рис. 6.1. Корпуса цилиндрические стальные сварных аппаратов в
двух исполнениях типа ВЭП
ГОСТ 9931—85 предусматривает девять типов аппаратов, из ко-
торых шесть вертикальных и три горизонтальных (табл. 6.1).
Основные размеры корпусов типа ВЭП (рис. 6.1, а—в) при-
ведены в табл. 6.2.
Типы, основные параметры и размеры стальных эмалирован-
ных сборников установлены ГОСТ 19861—80; аппаратов колон-
ных роторных — отраслевым стандартом (ОСТ 26.01-128—81).
Общие технические условия на сосуды и аппараты из корро-
зионно-стойкой стали на никелевой основе определены ОСТ
26.01-858—80; из титана и титановых сплавов — ОСТ 26.01-17—76.
Общие технические условия на сосуды и аппараты медные
установлены ОСТ 26.01-900—79. Они распространяются на емкост-
ную, колонную и теплообменную аппаратуру, работающую при
температуре 4—523 К и давлении не выше 4 МПа.
Колонные аппараты. На колонные аппараты из листовой стали
с контактными устройствами (тарелками и насадками) разрабо-
тан ГОСТ 21944—76.
Внутренний диаметр колонного аппарата с тарелками и рас-
стояние между ними следует выбирать из ряда внутренних диа-
метров
600, 800, 1000, 1200, 1400, 1800, 2000, 2200, 2500, 2800, 3200, 3600,
3800, 4000, 4500, 5000, 5600, 6300, 7000, 7500, 8000, 8500, 9000, 9500,
10000 мм
и из ряда расстояний между тарелками
200, 250, 300, 350, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1200 мм.
Внутренний диаметр колонного аппарата с насадкой следует
выбирать из ряда:
600, 800, 1000, 1200, 1400, 1600, 1800, 2000, 2200, 2500, 2800, 3200,
3600, 3800, 4000, 4500, 5000, 5600, 6300 мм.
186
§ 6.2. АППАРАТЫ С МЕХАНИЧЕСКИМИ
ПЕРЕМЕШИВАЮЩИМИ УСТРОЙСТВАМИ
Вертикальные цилиндрические стальные аппараты без покры-
тий, с полимерными и другими покрытиями, футерованные, а так-
же аппараты из цветных металлов и сплавов объемом 0,01—100 м3
и внутренним диаметром 250—5000 мм с механическими переме-
шивающими устройствами регламентированы ГОСТ 20680—75.
ГОСТ распространяется на аппараты для проведения различных
физико-химических процессов в жидких средах с динамической
вязкостью не более 500 Па с и плотностью до 2000 кг/м3 при тем-
пературе от —40 до + 350 °C при условном давлении: остаточном—
не ниже 0,67 Па и избыточном — не выше 6,4 МПа. Согласно
ГОСТу, аппараты изготовляются десяти типов (рис. 6.2). Высоту
корпуса (обечайки) аппарата с перемешивающими устройствами
принимают из унифицированного ряда по ГОСТ 9931—85 (табл.
6.2).
Корпуса аппаратов можно выполнить без теплообменного
устройства или с рубашкой (гладкой, из полутруб, с вмятинами и
отъемной), а также с электронагревателем. В аппаратах всех ти-
пов указанных корпусов могут применяться внутренние теплооб-
менные устройства — змеевики.
Условные избыточные давления теплоносителя в теплообмен-
ных устройствах следует выбирать из ряда 0,3; 0,6; 1,0; 1,6; 2,5;
3,2; 4,0; 6,4 МПа.
Условные давления в корпусе в зависимости от типа аппарата
указаны в табл. 6.3 (принимаемые условные давления отмечены
знаком «4 »),
Общие технические условия на аппараты с механическими пе-
ремешивающими устройствами устанавливает ГОСТ 25167—82Е.
На стальные и чугунные эмалированные аппараты с механи-
ческими перемешивающими устройствами номинальным объемом
от 0,010 до 50 м3 разработан ГОСТ 24000—80. Он распространя-
ется на аппараты, предназначенные для проведения различных
физико-химических процессов в жидких средах, в том числе сре-
дах, содержащих пожаро- и взрывоопасные, сильнодействующие
Рис. 6.2. Типы аппаратов с перемешивающими устройствами
187
Таблица 6.3. Условные давления в корпусах аппаратов с мешалками
Тип аппарата Внутренний диаметр, мм, не более Условное давление
остаточ- ное 0,67 Па а X с; х X избыточоое, МПа
0,3 0,6 1 ,о 1,6 2,5 3,2 4,6 6,4
0 1600 Д- 4- 4- 4- 4- 4~ 4- + 4- 4-
2000 + J- i 4- 4- 4- 4- 4-
3200 + 4- 4- 4- 4- 4-
3600 4- 4- 4- 4- 4-
1 1600 4- 4- 4- + 4- 4- 4- 4-
2200 + 4- 4- 4- 4- 4’ 4- 4- 4-
2600 4~ + 4- 4- _.1_ 4- 4- 4-
3200 + 4- 4- 4~ 4- 4- 4-
3600 + 4- Д- 4- 4~
2 2800 + + 4- 4-
3 4- 4- 4- 4-
4 500 4- 1 4- 4- 4- 4* 4- + 4- 4“ I
5 2800 +
4-
6 5000 4-
7 4-
8 . 4-
9 4~ | |
188
ядовитые и вредные вещества с динамической вязкостью не более
10 Па-с и плотностью до 1800 кг/м3 при избыточном давлении
до 1,6 МПа, остаточном — не ниже 4 кПа и под наливом. Чу-
гунные аппараты используются при температуре от —15 до
4-200°C, стальные — от —30 до +300°C.
В соответствии с ГОСТ 24000—80 эмалированные аппараты из-
готовляются следующих типов: 0 — чугунные с эллиптическим
днищем и сферической крышкой; 1 — стальные с эллиптическим
днищем и плоской крышкой; 2 — с эллиптическим днищем и эл-
липтической крышкой; 3 — с двумя эллиптическими днищами.
ГОСТом установлены номинальные объемы, основные размеры,
поверхности эмалирования и массы аппаратов указанных типов.
Аппараты могут быть изготовлены без рубашек, с опорами-стой-
ками, привариваемыми к днищу рубашки и укрепляемыми к дни-
щу корпуса, с трубами для наполнения и передавливания про-
дукта.
Основные параметры чугунного эмалированного аппарата ти-
па 0 (рис. 6.3) приведены в табл. 6.4; стального типа 1 (рис. 6.4) —
в табл. 6.5.
Рис. 6.3. Чугунный эмалированный
аппарат (тип 0)
Рис. 6.4. Стальной эмалированный
аппарат (тип 1)
189
Таблица 6.4. Основные параметры н размеры чугунных
эмалированных аппаратов (тип 0)
Номинальный объем, м3 Размеры, мм Поверхность эмалирования, м1 Масса, кг, не более (при Р в корпусе до 0,6 МПа)
D D, н А At
0,40 900 1000 910 1105 1195 1240 4,10 1200
0,63 1000 1100 1060 1255 1295 1340 5,33 1530
1,25 1200 1300 1520 1740 1575 1620 8,36 2350
2.00 1400 1500 1785 2010 1775 1865 11,26 3270
Таблица 6.5. Основные параметры н размеры стальных
эмалированных аппаратов (тип 1)
Номинальный объем, м3 Размеры, мм Поверхность эмалирования, м2 Масса, кг, не более (при Р в корпусе до 0,6 МПа)
D Di н Hi А At
0,010 250 300 220 300 460 490 0,37 70
0,016 300 350 250 330 520 550 0,47 90
0,025 350 400 300 385 570 600 0,62 НО
0,040 400 450 360 445 600 630 0,74 130
0,063 500 550 450 700 730 1,10 170
0,100 545 635 1,36 190
0.160 600 650 600 695 805 835 1,90 250
Выбор типа аппарата в зависимости от рабочего давления в
нем представлен в табл. 6.6.
Стальные эмалированные аппараты типа 2 изготовляют номи-
нальным объемом 0,25; 0,40; 0,63; 1,0; 1,6; 2,5; 4,0; 6,3 и 10,0;
типа 3 — объемом 10, 16, 20, 25, 32, 40 и 50 м3.
В табл. 6.4 и 6.5 значение внутренней поверхности аппаратов
указано без учета поверхности внутренних устройств, люков и
штуцеров, а значение массы аппаратов — без учета массы при-
вода, перемешивающих и внутренних устройств. Высоты И и Н\
190
Таблица 6.6. Давление в корпусах эмалированных аппаратах с мешалками
Тип Внутренний Остаточное давление, кПа, не менее Налив Избыточное давление, МПа, не более
аппарата диаметр, мм, не более 4 40 0,3 0,6 1 .0 1 ,6
0 1000 — -4- “Г -т- .1. — —
1400 — -к -j- — — —
1 600 + + Г — —
2 2000 “Г -L -j- -к — --
3 2800 "Г + +
3200 + --н — —
могут изменяться в зависимости от принятой толщины днища, кон-
струкции фланцев и опор (при этом действительный объем аппа-
рата не должен отличаться от номинального более чем на + 10 и
—5%); размеры А и А} — в зависимости от принятого типа опор
и толщины стенки корпуса.
Давление в корпусе аппарата в зависимости от типа и внут-
реннего диаметра, согласно ГОСТ 24000—80, должно соответст-
вовать указанному в табл. 6.6 (применяемые давления отмечены
знаком « + »).
§ 6.3. ВЫПАРНЫЕ АППАРАТЫ, ТЕПЛООБМЕННИКИ
И АППАРАТЫ ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ
Выпарные аппараты. Выпарные аппараты трубчатые стальные
с естественной, принудительной циркуляцией и пленочные с по-
верхностью теплообмена 10—3150 м2, предназначенные для упа-
ривания водных растворов и обогреваемые водяным паром при
давлении не выше 1,6 МПа, регламентированы ГОСТ 11987—81.
ГОСТ распространяется на выпарные аппараты, работающие при
давлении вторичных паров 0,0054—1,0 МПа и температуре сред
12—200 °C.
ГОСТ 11987—81 устанавливает три типа выпарных трубча-
тых аппаратов: 1) с естественной циркуляцией, изготовляемые в
трех исполнениях (с соосной двухходовой греющей камерой, с вы-
несенной греющей камерой и с соосной греющей камерой и со-
леотделением); 2) с принудительной циркуляцией, изготовляемые
в двух исполнениях (с вынесенной греющей камерой и соосной
греющей камерой); 3) пленочные, изготовляемые тоже в двух ис-
полнениях (с восходящей пленкой и со стекающей пленкой).
191
Выпарной аппарат с естественной циркуляцией в первом ис-
полнении — с соосной двухходовой греющей камерой — следует
применять при упаривании растворов, не образующих осадка на
греющих трубах, а также при незначительных накипеобразованиях
на трубах, удаляемых промывкой; во втором исполнении — с вы-
несенной греющей камерой — при упаривании растворов, выде-
ляющих незначительный осадок, удаляемый механическим спосо-
бом; в третьем исполнении — с соосной греющей камерой и соле-
отделением — при выпаривании растворов, выделяющих кристал-
лы и образующих осадок, удаляемый промывкой.
Выпарной аппарат с принудительной циркуляцией в первом
исполнении — с вынесенной греющей камерой — необходимо ис-
пользовать при упаривании вязких растворов или выделяющих
осадок на греющих трубках, удаляемых механическим способом;
во втором исполнении — с соосной греющей камерой — при упа-
ривании вязких
Рис. 6.5. Выпар-
ной пленочный
аппарат со стека-
ющей пленкой
(тип 3):
Ок и Ос — диамет-
ры греющей камеры
и сепаратора
чистых растворов, не выделяющих осадок, а так-
же при незначительных накипеобразованиях на
трубках, удаляемых промывкой.
Выпарной трубчатый пленочный аппарат
в первом исполнении — с восходящей пленкой—
используют при упаривании пенящихся раство-
ров, а во втором исполнении — со стекающей
пленкой — при упаривании вязких и термоне-
стойких растворов.
Основные параметры и размеры выпарного
пленочного аппарата во втором исполнении при-
ведены в табл. 6.7 (рис. 6.5). Согласно ГОСТу,
диаметры греющих труб приняты равными 37
и 57 мм, соответственно шаг разбивки при раз-
мещении труб по вершинам равносторонних тре-
угольников должен быть 48 и 70 мм.
Теплообменные аппараты (теплообменники)
выбирают по поверхности теплообмена и вели-
чине условного давления. Кожухотрубчатые
стальные теплообменные аппараты диаметром
159—3000 мм с поверхностью до 5000 м2 пред-
назначены для теплообмена жидких и газооб-
разных сред (ГОСТ 9929—82). Согласно
ГОСТу, температура среды от —60 до 4-600 °C
и условное давление до 16 МПа.
ГОСТ 9929—82 предусматривает изготовле-
ние пяти типов теплообменных аппаратов: Н —
с неподвижными трубными решетками; К — с
температурным компенсатором на кожухе;
П — с плавающей головкой; У — с U-образны-
ми теплообменными трубами; ПК— с плаваю-
щей головкой и компенсатором на ней.
192
Зак. 1766
Таблица 6.7. Основные параметры и размеры выпарного
пленочного аппарата со стекающей пленкой
Поверхность теплообмена номинальная, м2, при трубах диаметром 38X2 мм н длине Диаметр греющей камеры, мм, не менее Диаметр сепаратора, мм, не более Высота аппарата Н, мм, не более
/=4000 мм 1—6000 мм
10 12,5 400 600 9000
16 20 800
25 31,5 600 1000 9500
40 50 1200
63 80 800 1600 10 500
100 112 1000 1890 12 000
125 1'40 2000
160 180 1200 2400 12 500
200 224 2800
250 280 1400 3200 13 500
315 355 1600 3600 15000
— 400 3800
— 450 4000 16000
500 4500
560
630 1800 5000 17 000
Высота парового пространст- ва Hi, мм, не более Условное давление, МПа Масса аппа- рата, кг, не более
в греющей камере в сепараторе
От 0,014 До 1.6 От 0,0054 до 1,0 1500
1500 2000
2900 3600 5800 8800 10 000 13 000 15000 20 000 23 500 30 500 32 500 35 500 40 000 45 550
2000
Теплообменные аппараты типа Н используют при незначитель-
ной разности температур корпуса и пучка труб (не более 30—
40°C); типов К, П, У. ПК — при большей разности температур.
Кроме того, теплообменники с жестко закрепленными трубными
решетками типов Н и К рекомендуется применять в тех случаях,
когда не требуется механическая чистка со стороны межтрубного
пространства. Когда по условиям работы такая чистка требуется,
то рекомендуется использовать теплообменники типов П, У и ПК.
При этом трубы в трубных решетках следует размещать по квад-
рату, что значительно облегчает чистку наружной поверхности
труб.
Основные параметры и размеры кожухотрубчатых стальных
теплообменных аппаратов приведены в табл. 6.8.
Стальные теплообменники «труба в трубе» для охлаждения и
нагрева жидких и газообразных сред с температурой от —60 до
+ 600 °C следует выбирать по ГОСТ 9930—78. Они могут быть с
гладкими и ребристыми трубами. ГОСТ 9930—78 предусмотрено
изготовление теплообменников «труба в трубе» следующих типов:
1 — разборные одно- и двухпоточные малогабаритные; 2 — нераз-
борные однопоточные малогабаритные; 3 — разборные однопоточ-
ные; 4 — неразборные однопоточные; 5 — разборные многопоточ-
ные.
К малогабаритным типам относятся теплообменники с проход-
ными сечениями внутри теплообменных труб до 35 см2.
Основные параметры теплообменников «труба в трубе» приве-
дены в табл. 6.9.
На пластинчатые теплообменные аппараты, широко применяе-
мые в ряде химических производств, разработан ГОСТ 15518—83,
которым определены их типы, основные параметры и размеры.
ГОСТ распространяется на пластинчатые разборные и неразбор-
ные теплообменники поверхностью 1—800 м2 для работы при из-
быточном давлении не более 4,0 МПа, а также под вакуумом с
остаточным давлением не ниже 0,002 МПа и температуре рабо-
чих сред от —40 до +300 °C. ГОСТ 15518—83 не распространяет-
ся на пластинчатые теплообменники, работающие со взрыво- и
пожароопасными, а также токсичными средами.
Стандартом предусмотрено два типа теплообменников: разбор-
ные (Р) и неразборные (Н).
Разборные теплообменники могут быть изготовлены в пяти ис-
полнениях:
1 — на консольной раме с одинарными пластинами;
2 — на двухопорной раме с одинарными пластинами;
3 — на трехопорной раме с одинарными пластинами;
4 — на двухопорной раме со сдвоенными пластинами;
5 — на трехопорной раме со сдвоенными пластинами.
Основные параметры и назначение пластинчатых теплообмен-
194
Таблица 6,8, Кожухотрубчатые стальные теплообменные аппараты
Наименование параметров н размеров Типы
Н К П У ПК
Поверхность теплообмена, м2* 1—5000 10—1250 10—1400 178-1866
Условное давление ру в трубном или межтрубном пространстве, МПа 0,6; 1,0; 1,6; 2,5; 4,0; 6,3; 8,0 0,6; 1,0; 1,6; 2,5 1,0; 1,6; 2,5; 4,0; 6,3; 8,0 10,0; 12,5; 16,0 5,0; 6,3; 8,0; 10,0
Диаметр кожуха, мм: наружный (при изготовлении из труб) внутренний (при изготовлении из листо- вой стали) 159, 273, 325, 426, 630 400, 500, 600, 800, 1000, 1200, 1400, 1600, 1800, 2000, 2200, 2400, 2600, 2800, 3000 325, 426, 530t 630 400, 500„ 600, 800, 1000, 1200, 1400, 1600, 1800, 2000, 2200, 2400, 2600, 2800 800; 1000, 1100, 1200, 1300, 1500, 1600, 1800
Наружный диаметр и толщина стенки теплообменных труб (диаметр X толщи- на стенки), мм 16X1,5; 16X2; 20X2; 25X1,5; 25X2 20X2; 25X2 25X2,5 20X2 20X2; 25X2; 25X2,5
Длина прямого участка теплообмен- ных труб, мм 1000, 1500, 2000, 3000, 4000, 6000, 9000 3000, 6000, 9000 6000, 9000
Схема расположения труб в трубных решетках и шаг отверстий для труб, мм * 'ЙС'- ХЙХ , /.дуд XX XX "У t у Q<Q По вершинам равно- сторонних треугольни- ков (рис. а): 21 для труб диаметром 16 26 для труб диаметром 20 32 для труб диаметром 25 По вершинам квадратов (рис. б) или равно- сторонних треугольников (рис. а) 26 для труб 20 32 » » 25
* Поверхность теплообмена определена по наружному диаметру теплообменных труб с учетом длины между трубными решет-
ками.
“ Таблица 6.9. Основные параметры и размеры теплообменника «труба в трубе»
о_____________________________________________________________________——. . ... , .. — .....
Наименование параметра Типы теплообменников
1 2 3 4 5
Поверхность теплообмена, м2* 0,5—5,0 0,1—1,0** 5,0—18,0 1,5—6,0** 5,0—93,0
Условное давление, МПа: внутри теплообменных труб снаружи теплообменных труб 6,4; 10,0; 16,0 1,6; 4,0; 6,4; 10,0 1,6; 4,0 1,6; 4,0 1,6; 4,0; 6,4; 10,0; 16,0 1,6; 4,0; 6,4; 10,0 1,6; 4,0 1,6; 4,0
Наружный диаметр теплообменных труб, мм 25, 38, 48, 57 76, 89, 108, 133, 159 38, 48, 57
Наружный диаметр кожуховых труб, мм 57, 76, 89, 108 108, 133 159, 219 89, 108
Длина кожуховых труб, м 1,5; 3,0; 4,5; 6,0 4,5; 6,0; 9,0 6,0; 9,0; 12 3,0; 6,0; 9,0
* Поверхность теплообмена следует определять по наружному диаметру теплообменных труб.
»» Для неразборных однопоточиых теплообменников поверхность теплообмена указана для одного одноходового элемента.
Рис. 6.6. Размеры пластинчатого разборного теплообменника на
консольной раме с одинарными пластинами
ников приведены в табл. 6.10. Основные параметры и размеры
пластинчатых разборных теплообменников на консольных рамах с
одинарными пластинами (1 исполнение) указаны в табл. 6.11
(рис. 6.6).
Аппараты воздушного охлаждения. На аппараты воздушного
охлаждения горизонтального типа, предназначенные для‘ конден-
сации и охлаждения парообразных, газообразных и жидких сред
при температуре от —40 до +400 °C, давлением до 10 МПа или
вакууме до 666,6 Па, с кинематической вязкостью на выходе ме-
нее 5-10~6 м2/с, разработан ГОСТ 25630—83, которым установ-
лены следующие основные параметры:
197
.Таблица 6.10. Основные параметры пластинчатых теплообменных
Поверхность теплообмена пластины, м* Поверхность теплообмена, м2, для теплообменников типов
Р
1 2 3 4 5
0,2 1; 2; 5; 6,3 10; 12,5 16; 25; 31,5; 40 — —
0,3 3; 5; 8; 10 12,5; 16; 20 — —
0,5 — — — 31,5; 50; 63; 80; 100; 140 160; 220; 280; 300; 320
0,6** 10; 16; 25 31,5; 40; 50; 63; 80; 100; 140; 160 200; 250; 300
1,0 — — — — —
1,3 — 200, 300 400 500, 600 800 — —
* По неразборной полости, а по разборной — до 1,0 МПа.
** Пластины поверхностью теплообмена 0,6 м2 изготовляются из сталей с углом накло
Из титана — до 0,6 МПа.
198
аппаратов
Давление, МПа Температура рабочих сред, °C Назначение
н условное, РУ остаточное
— 1,0 0,002 От —20 до 4-180 Для теплообмена вы- соковязких жидкостей (вязкостью не более 0,07 м2/с) и конденсации вакуумных паров
— Для теплообмена меж ду жидкостями и паро- образными смесями
— 1,6* 2,5* Для теплообмена меж- ду жидкостями, парооб- разными и парогазовы- ми смесями
J Q*#* Для теплообмена меж- ду газами и конденса- ции вакуумных паров с углом наклона гофров 60°. С углом наклона гоф- ров 12Ю° и комбиниро- ванной схемой компонов- ки пластин с углом на- клона гофров 60 и 120° для работы с жидкими, газообразными и парога- зовыми средами
120, 160, 200, 240, 280, 320, 360, 400, 480, 560, 640, 720, 800 2,5 От —40 до 4-800 Для теплообмена меж- ду жидкостями и газами
4,0 От —40 до 4-200
— 1,0 От —20 до 4-189 Для теплообмена меж- ду жидкостями, газами и парогазовыми смесями
на гофров 60 н 120°; нз титана с углом наклона гофров 60°.
199
Условное давление, МПа.............................
Поверхность теплообмена (полная по оребрению), м2
Коэффициент оребрения труб*........................
Число теплообменных секций в аппарате . . . .
Число рядов труб в теплообменной секции . . . .
Число ходов по трубам в теплообменной секции
Наружный диаметр основной трубы, мм . . . .
0,6; 1,6; 2,5; 4,0;
6,4; 8,0; 10,0
100—15 000
5—22,7
1; 2; 3; 4
3—8
1; 2; 3; 4; 5; 6
25
* Коэффициент оребрения труб — это отношение поверхности трубы к гладкой
поверхности (неоребренной трубы), рассчитанной по диаметру трубы у основания
ребер.
Примечание. Допускается применение числа ходов по трубам 8 и 12,
а также применение труб наружным диаметром 20, 32, 38 мм.
Согласно ГОСТ 25630—83, в аппаратах воздушного охлажде-
ния должны быть установлены вентиляторы нагнетательного или
вытяжного типа.
Таблица 6.1'1. Основные параметры и размеры пластинчатых разборных
теплообменников на консольных рамах с одинарными пластинами
§ ==
52
о
Размеры, мм
^-2 | | Lt |
Предельное отклонение, мм
0.3
<U S
s ч* cq
5 ж х
t2<o s
Cos
±5
±1
0,3
3
5
8
10
12
20
30
36
170
210
260
290
340
380
440
480
170
320
200
1195
0,6
10
16
25
20
30
44
250
305
380
290
365
470
345
500
345
1110
24
О>
О>
Ч
<u
я
я
3
280
315
345
365
960
1070
ИЗО
Ч
о s
ж
S
X « 5
3
S
я
я
§ 6.4. АППАРАТЫ С ВРАЩАЮЩИМИСЯ БАРАБАНАМИ
На аппараты с вращающимися барабанами разработан ГОСТ
11875—79, устанавливающий три вида аппаратов с вращающимися
барабанами общего назначения, применяемых для тепловой, хи-
мической и комбинированной обработки материалов (печи, су-
шилки и холодильники) (рис. 6.7).
Печи изготовляют диаметрами 1000, 1200, 1600, 2200, 2500,
2800, 3000, 3200, 3500 мм и длиной 8—70 м (в зависимости от
диаметра); холодильники — диаметрами 1000, 1200, 1600, 2200,
2500, 2800, 3000, 3200 мм и длиной 8—50 м.
200
Таблица 6.12. Основные параметры и размеры барабанных сушилок
Размеры барабана, мм Номиналь- ная нагруз- ка на опо- ру <?» кН Номинальная угловая ско- рость бараба- на, рад/с Габаритные размеры, мм. не более Масса. т
D L / /1=/2 'длина ширина высота
4000 850 2300 5300 5,8
1000 100 0.425
6000 1250 3500 0,530 7300 2880 3150 6,4
0,850 7350 8,5
1200 8000 1650 4700 160 9350 2250 2350 9,3
10000 2050 5900 11400 10,0
8000 1650 4700 9700 16,9
1600 10000 2050 5900 250 11700 3350 3100 18,3
12000 2500 7000 13700 19,6
8000 1650 4700 0,335 9900 25,1
2000 10000 2050 5900 0,450 11950 3850 3600 27,1
12000 2050 7000 400 0,670 13950 29,1
10000 2050 5900 12100 32,1
2200 12000 2500 7000 14100 3950 3750 33,8
14000 2900 8200 16150 37,1
16000 3350 9300 18150 39,3
2500 12000 14000 18000 20000 2500 3900 3750 4150 7000 8200 14900 16900 4650 4350 80,0 85,0
10500 11700 400 630 800 23000 25000 5100 5100 100,0 115,0
2800 14000 16000 20000 22000 2900 3350 4150 5150 8200 9300 11700 0,212 0,315 0,425 16900 18900 24000 26500 5400 5300 102,0 110,0 130,0 140,0
3000 16000 18000 20000 2700 4000 10600 10000 12000 800 1000 20000 22000 24000 5800 6150 135,0 145,0 155,0
3200 16000 18000 20000 '2700 4000 4500 10600 10000 13000 800 1000 1200 0,630 21000 23000 27000 6200 7200 165,0 185,0 205,0
16000 2700 10600 1250 22000 6500 205,0
3500 18000 4000 10000 1600 1250 27000 6550 10000 215,0
22000 27000 4500 5000 13000 17000 1600 20000 31000 36000 5900 240,0 270,0
201
L
Рис. 6.7. Аппарат с вращающимся барабаном:
для сушилок Х=1, для печей и холодильников Л= 13
Сушилки изготовляют с барабанами диаметром 1000, 1200,
1600, 2000, 2200, 2500, 2800, 3000, 3200, 3500, 4000, 4500, 5000 мм
и длиной 4—35 м.
Основные параметры и размеры сушилок приведены в табл.
6.12. Масса барабанных сушилок указана без учета массы футе-
ровки и теплоизоляции, но с учетом массы камер.
Основные размеры загрузочных и разгрузочных камер аппара-
тов с вращающимися барабанами регламентированы отраслевым
стандартом (ОСТ 26.01-123—80).
Сушилки и холодильники с диаметром барабана более 1200 мм
допускается изготовлять с номинальной угловой скоростью
0,85 рад/с (табл. 6.12). Углы наклона барабанов сушилок и хо-
лодильников составляют 1—4°, печей — 1—3°. Число опор у су-
шилок две; у печей и холодильников может быть две—четыре (в
зависимости от длины барабана и его диаметра).
ГОСТ 11875—79 не распространяется на вращающиеся печи
и холодильники для цементной промышленности, муфельные вра-
щающиеся печи (с металлическим муфелем) и барабанные кри-
сталлизаторы.
§ 6.5. ИЗМЕЛЬЧИТЕЛИ
На машины для тонкого и сверхтонкого измельчения, исполь-
зуемые в различных химических производствах, введен ОСТ
26.01-515—79 «Измельчители с диапазоном измельчения 500,0—
0,5 мкм. Типы и основные параметры». В ОСТ введены прогрес-
сивные типы измельчителей — вихревые и шаровые роторные го-
ризонтальные.
Согласно стандарту, пальцевые измельчители как с одним, так
и с двумя вращающимися дисками изготовляют трех типоразме-
ров с диаметрами диска 250, 400, 630 мм; шаровые измельчите-
202
ли — пяти типоразмеров номинальной емкостью 0,25; 0,50; 1,00;
2,00; 4,00 м3; бисерные измельчители — четырех типоразмеров с
номинальной емкостью 0,005; 0,050; 0,125; 0,250 м3; струйные из-
мельчители — трех типоразмеров с трубчатой камерой диаметром
150, 200, 300 мм.
Типы измельчителей и обозначения их типоразмеров
Пальцевые с одним вращаю-
щимся диском ..............
Пальцевые с двумя вращаю-
щимися дисками.............
Шаровые....................
Шаровые роторные горизон-
тальные ...................
Бисерные...................
Струйные с трубчатой камерой
Струйные с плоской камерой
Вихревые...................
Молотковые вертикальные . .
П 1-0,25; П 1-0,40; П 1-0,63
П2-025; П2-040; П2-063
1111-0,25; Ш1-050; П1-1,0; Ш1-2(0; Ш1-4.0
1112-0,20; 1112-0,40
Б 1-0,005; Б 1-0,050; Б1-0,1215; БЬ0,250
Cl-0,15; Cl-020; Cl-0,30
С2-О.25; С2-0.40; С2-0,63; С2-1.00
В 1-0,25; В 1-0,40
MI-0,25; Ml-0,40; Ml-0,63
Глава 7. ОБЩЕЗАВОДСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
К общезаводскому относится оборудование универсального применения, в
частности машины для перемещения газов и жидкостей. Необходимое условие
правильного выбора оборудования, в том числе и общезаводского, — знание ус-
ловий эксплуатации.
При правильном выборе общезаводского оборудования сокращаются капи-
тальные и эксплуатационные затраты, время на наладку, пуск и освоение про-
ектной мощности проектируемого производства.
§ 7.1. НАСОСЫ ДЛЯ ХИМИЧЕСКИХ УСТАНОВОК,
ИХ ВЫБОР
Насосы выбирают исходя из количества перекачиваемой жид-
кости, ее характеристики (температуры, давления, плотности) и
из расчета необходимого напора.
Основными параметрами, характеризующими работу любого
насоса, являются: Q — производительность (подача); определяет-
ся объемом жидкости, подаваемой насосом в единицу времени;
Н — напор; А — мощность, потребляемая насосом.
В соответствующих каталогах приводятся характеристики на-
сосов при максимальной частоте вращения колеса п, которую
нельзя увеличить произвольно, так как при изменении ее от п\
до п2 параметры насоса также изменяются по следующим зако-
нам пропорциональности:
Q1/Q2 = n1/n2, Nl/N2 = (n1ln2)3.
Мощность электродвигателя, указанная в каталогах, должна
быть несколько больше мощности на валу насоса из-за возмож-
ной его перегрузки. Мощность на валу насоса (кВт)
N = QpgH/(IOOOti),
где Q — производительность насоса, м3/с; р — плотность перекачиваемой жид-
кости, кг/м3; g — ускорение силы тяжести, м/с2; И — полный напор насоса, м;
т] — полный коэффициент полезного действия насоса (в долях единицы), рав-
ный отношению полезной мощности насоса QpH к потребляемой.
На рис. 7.1 показаны поля использования насосов разных ти-
пов по подаче Q и напору И.
По принципу действия и конструктивным признакам насосы де-
лятся на две основные группы: объемные и лопастные. К объем-
ным относятся поршневые и роторные насосы.
204
Рис. 7.1. Поля использования насосов разных типов по
подаче и напору:
1 — трехвинтовые; 2 — питательные; 3 — многоступенчатые; 4 —
поршневые; 5 — одновинтовые; 6 — вихревые и центробежно-вих-
ревые; 7 — консольные; 8 — двусторонние; 9 — вертикальные; 10 —
диагональные; 11 — осевые
Поршневые насосы. Поршневые насосы (рис. 7.2) рекоменду-
ется применять для перекачивания небольших количеств жид-
кости при высоких напорах, а также для перекачивания вязких и
весьма текучих горячих и холодных жидкостей. К поршневым на-
сосам относятся приводные (ГОСТ 12052—77), паровые (ГОСТ
11376—77) и дозировочные насосы.
Приводные насосы типа ХТр (рис. 7.2, а) — химиче-
ские, трехцилиндровые, плунжерные, приводные с регулируемой
подачей — предназначены для перекачивания агрессивных жид-
костей температурой до 100 °C. Подача в процессе работы насоса
плавно регулируется вращением специального винта.
Приводные насосы типа XT (рис. 7.2, б) — химиче-
ские, трехцилиндровые, плунжерные, приводные с нерегулируе-
мой подачей — предназначены для перекачивания легкокипящих
жидкостей температурой до 60 °C.
Паровые насосы типа ХПНП (рис. 7.2, в) — поршне-
вые, паровые, прямодействующие, двухцилиндровые, двойного дей-
ствия — предназначены для перекачивания бензольных углеводо-
родов, сероуглеродов, каменноугольной смолы и других жид-
костей.
Дозировочные насосы серии НД (рис. 7.2, г) — элек-
троприводные, одноплунжерные, горизонтальные простого дейст-
вия — предназначены для дозирования чистых нейтральных и аг-
рессивных жидкостей. Область применения насосов определяется
стойкостью стали, из которой выполнена гидравлическая часть на-
соса, и стойкостью материала сальникового уплотнения плунжера.
Освоено изготовление дозировочных насосных установок с дав-
лением 250 МПа и подачей 0,04 и 0,1 м3/ч, используемых в про-
205
Рис. 7.2. Поршневые насосы
°)
Рис. 7.3. Роторные насосы
изводстве полиэтилена высокого давления мощностью 12 и
50 тыс. т/год. Разработаны дозировочные насосы с газовым, гид-
равлическим и пневматическим приводами.
Роторные насосы. К роторным насосам (рис. 7.3) относятся
винтовые, шестеренные (ГОСТ 19027—73Е) и коловратные (ГОСТ
13528—78) насосы.
Винтовые насосы (химические) применяют для перека-
чивания различных агрессивных жидкостей с механическими при-
месями, пульпы и других продуктов. Одновинтовой насос (ГОСТ
18863—73) типа 1В-80/5Х-1 показан на рис. 7.3, а.
Для перекачивания жидкостей вязкостью 10—60 см2/с с давле-
нием на входе до 7,65 МПа и выходе из насоса до 9,61 МПа
207
созданы новые трехвинтовые насосы ЗВХ21/25, ЗВХ21/25 и
ЗВ X216/25 с подачей 0,333; 1,25; 4,46 л/с и частотой вращения
13,3—20,8 с->.
Шестеренные насосы типа НШ используют для пере-
качивания химически активных жидкостей температурой до 60°C
и суспензий гидроксидов металлов, применяемых в электрохими-
ческих установках.
ГОСТ 19027—73 устанавливает 15 типоразмеров шестеренных
насосов.
Шестеренные электронасосы типа ЭШ применяют для перека-
чивания магнитного лака — взрывоопасной, токсичной, коррози-
онной жидкости с абразивными частицами.
Электронасос типа ЭШ-3.2/6К (рис. 7.3, б) состоит из насоса
и мотор-вариатора. Подача 0,06—0,6 м3/ч; давление нагнетания
0,6 МПа; вакуумметрическая высота всасывания 0,1 м; частота
вращения вала насоса 0,5—6,67 с-1.
Коловратные насосы (рис. 7.3, в) — горизонтальные,
двухроторные объемные — работают по принципу вытеснения жид-
кости. Два синхронно вращающихся ротора перемещают рабочую
жидкость из камеры всасывания в камеру нагнетания. Синхрон-
ность вращения роторов обеспечивается шестеренной передачей.
Уплотнение вала — торцевое. В крышке корпуса размещен пре-
дохранительно-перепускной клапан, предназначенный для защиты
корпуса от повышенных давлений. Насос приводится в действие
через редуктор и вариатор от электродвигателя. Опорной частью
насоса служит кронштейн, в котором расположены подшипники,
синхронизирующие шестерни и две масляные ванны.
Коловратные насосы применяют для перекачивания растворов
полимеров, неэмульсионных каучуков и концентрированных не-
устойчивых латексов, вязких несмазывающих жидкостей, пря-
дильного раствора вязкостью (1-ь15)10~2 Па-с при температуре
20—50°C. Основные параметры и размеры коловратных насосов
устанавливает ГОСТ 13528—78.
Лопастные насосы. Лопастные насосы подразделяют на центро-
бежные консольные, центробежные погружные, центробежные гер-
метичные, вихревые, центробежно-вихревые и осевые насосы. Об-
щие технические условия на центробежные насосы для химиче-
ских производств определены ГОСТ 15110—79Е.
Центробежные консольные насосы. Центробежные
консольные насосы — это наиболее массовый вид насосного обо-
рудования. Они применяются для перекачивания питьевой и про-
мышленной воды, активных и нейтральных химических жидкостей,
фекальных и других сточных жидкостей и могут работать как с
разрежением, так и с подпором на входе.
Консольные насосы для перекачивания чистой воды с подачей
5—360 м3/ч и напором 10—90 м изготовляют по ГОСТ 22247—76Е
208
четырнадцати базовых разме-
ров, на основе которых можно
получить до 60 различных мо-
дификаций.
Консольные химические на-
еосы для перекачивания актив-
ных чистых жидкостей с содер-
жанием до 0,2% по массе твер-
дых включений размером не
более 1 мм, температурой от
—40 до +90 °C, подачей 1,5—
2500 м3/ч и напором 10—250 м
изготовляют 31-го типоразмера
Рис. 7.4. Унифицированный центро-
бежный насос типа Х-65-200
(ГОСТ 10168—75).
Кроме того, ГОСТ охватывает 18 типоразмеров насосов для
перекачивания активных кристаллизующихся и застывающих жид-
костей с температурой до 200 °C, подачей 3—300 м3/ч, напором
15—150 м и 15 типоразмеров насосов для перекачивания актив-
ных жидкостей с содержанием до 4% по массе твердых включе-
ний, подачей 5—800 м3/ч и напором 10—70 м. ГОСТ устанавли-
вает основные параметры насосов, регламентирует подачу, напор,
частоту вращения вала, кавитационный запас насосов.
Консольные насосы изготовляют в зависимости от перекачи-
ваемой среды в четырех исполнениях и могут быть с тремя ви-
дами уплотнений: мягким, торцевым одинарным и торцевым двой-
ным.
Наиболее перспективна конструкция центробежного насоса с
опорой корпуса на фундаментную плиту и консольным располо-
жением опор.
В последнее время разработан ряд унифицированных насосов.
На рис. 7.4 показан унифицированный насос типа Х-65-200 для
перекачивания химических жидкостей с подачей 100 м3/ч, напо-
ром 50 м и частотой вращения 48,3 с-1.
При перекачивании жидкостей со взвесями и химически актив-
ных пульп и суспензий с твердыми включениями ГОСТом преду-
смотрены насосы с проточной частью, выполненной из неметалли-
ческих материалов, успешно заменяющие насосы с проточной
частью, изготовленной из дорогих хромоникелевых сталей.
Насосы изготовляют из титана марок 2Х-6Т-1(2), ЗХ-6Т-1(2),
6Х-9Т-1(2), 8Х-9Т-1(2) с подачей 10—300 м3/ч и напором 10—
60 м, фарфора типа Х-Ф производительностью 10—60 м3/ч и на-
пором 13—53 м, а также из пластмассы.
Химические центробежные насосы из пластмассы предназна-
чены для перекачивания раствора серной кислоты концентрацией
до 30%, плотностью до 1250 кг/м3 и температурой до 60°C. Их
можно применять также для перекачивания других чистых агрес-
209
сивных жидкостей с более высокой плотностью при наличии при-
вода соответствующей мощности.
Примером насоса из пластмассы является насос центробеж-
ный горизонтальный моноблочный типа 2ХМ-6П-2 с непосредст-
венным приводом от электродвигателя. Детали насоса (рабочее
колесо, корпус, всасывающий штуцер, импеллер, детали стояноч-
ного уплотнения), соприкасающиеся с рабочей жидкостью, пласт-
массовые. Его герметичность на всех режимах работы обеспечива-
ется гидродинамическим уплотнением в сочетании с торцевым и
стояночным. Техническая характеристика насоса 2ХМ-6П-2; пода-
ча — 10—30 м3/ч; напор — 34—25 м; частота вращения — 48,3 с-1;
мощность электродвигателя — 4,5 кВт; габаритные размеры агре-
гата — 655x350X375 мм; масса насоса — 90 кг и агрегата —
126 кг. Насос можно использовать для перекачивания растворов
серной, фосфорной и других кислот и щелочей, а также особо чи-
стых жидкостей плотностью до 1200 кг/м3 с температурой до
70 °C.
Высокую эксплуатационную надежность при работе на серной,
соляной, кремнефтористоводородной и других кислотах показали
гуммированные насосы; примером может служить насос типа
ЗХ-9Р-1(2). Детали этого насоса, соприкасающиеся с рабочей жид-
костью, выполнены из черных металлов и покрыты резиной раз-
личных марок. Такая конструкция рабочих органов исключает
возможность попадания рабочей жидкости на металлические ча-
сти насоса.
Техническая характеристика насоса типа ЗХ-9Р-1(2): подача
30—65 м3/ч; напор — 32—25
мощность электродвигателя —
м; частота вращения — 48,3 с-1;
14 кВт;
габаритные размеры агре-
гата— 1360X575X605 мм;
масса насоса — 150 кг и
агрегата — 440 кг.
Насос можно исполь-
зовать для перекачивания
растворов соляной, серной
и других кислот различ-
ных концентраций плот-
ностью до 1300 кг/м3 (с
содержанием абразивных
включений до 3—4% раз-
мером до 0,5 мм) и тем-
пературой до 60 °C.
Центробежные
погружные насосы
(рис. 7.5). Для перекачи-
вания химически агрес-
сивных жидкостей, нахо-
дящихся в резервуарах,
$
Центробежные химические не-
Рис. 7.5.
г ружные насосы
210
вместо консольных насосов рекомендуется применять погружные
вертикальные насосы, в которых насосная часть постоянно погру-
жена в перекачиваемую жидкость, а приводная часть находится над
резервуаром. Применение погружных насосов также рекомендует-
ся для установки на открытой площадке, так как значительно улуч-
шаются условия эксплуатации.
Погружные насосы могут быть однотрубные (рабочие органы
насоса — колесо и отвод — подвешены на одной трубе, а жидкость
нагнетается по другой трубе), двухтрубные (рабочие органы под-
вешены на двух отдельных трубах, по которым нагнетается жид-
кость) и «труба в трубе» (рабочие органы подвешены на трубе,
через которую и отводится жидкость; внутри этой трубы прохо-
дит вал насоса, имеющий, в свою очередь, защитную трубу).
Для работы с серной, .фосфорной, азотной и другими кислота-
ми целесообразно использовать насосы типа ХП (рис. 7.5, а), рас-
считанные на подачи 10—600 мм3/ч и напоры до 50 м. Насосы
типа ХП (химические погружные) предназначены для перекачи-
вания агрессивных жидкостей, не содержащих взвешенных частиц.
Для перекачиваия агрессивных жидкостей с твердыми части-
цами рекомендуется применять погружные насосы типа ХПА с
подачей 10—700 м3/ч и напором 15—50 м.
Для перекачивания серной и других кислот различной кон-
центрации при температуре 30—70 °C можно рекомендовать хими-
ческие погружные насосы типа ХПС (рис. 7.5, б). Они могут ис-
пользоваться для перекачивания различных нетоксичных невзры-
воопасных химически активных и нейтральных жидкостей (за
исключением кипящих), находящихся под атмосферным давле-
нием. Насосы типа ХПС — центробежные вертикальные самовса-
сывающие с закрытым рабочим колесом одностороннего входа.
Они отличаются от погружных насосов типа ХП малым погруже-
нием, коротким валом, подшипниками, расположенными вне жид-
кости, меньшими размерами и массой. К нижней части корпуса
подвешивается вспомогательный бак, заполненный перекачивае-
мой жидкостью, благодаря которому обеспечивается самовсасыва-
ние насоса.
Высоконадежны и долговечны насосы с выносными опорами
типа ПХП (рис. 7.5, в), предназначенные для перекачивания аг-
рессивных жидкостей в виде пульп и суспензий — пульпа фос-
форной кислоты, желтый фосфор, различные кислоты, технологи-
ческие растворы с большим содержанием твердых взвесей — до
50% при температуре до 80°C. Насосы типа ПХП — центробеж-
ные вертикальные погружные консольные с рабочим колесом одно-
стороннего входа. Подвод жидкости к рабочему колесу осевой, от-
Вод от рабочего колеса — через двухзавитковую спираль и далее
вверх по напорной трубе. Насос устанавливается на крышке ре-
зервуара, из которого перекачивается жидкость.
211
Для перекачивания различных химически активных и нейтраль-
ных жидкостей температурой от —40 до 4-200°C, содержащих
твердые включения объемной концентрацией до 1,5%, размером
частиц до 1 мм, плотностью не более 1850 кг/м3, можно исполь-
зовать электронасосный агрегат АХО 65-40-200 *. Агрегат состоит
из центробежного консольного насоса и электродвигателя. По
сравнению с ранее выпускавшимися насосами в новой конструк-
ции предусмотрена разборка насоса без отсоединения его от тру-
бопроводов; уменьшены габаритные размеры, масса насоса и аг-
регата. При повторной сборке не требуется центровка насоса и
электродвигателя.
Техническая характеристика электронасосного агрегата АХО 65-40-200
Подача, м3/ч........................................... 25
Напор, м............................................... 50
Частота вращения, с-1............................. 48,3
КПД, %................................................. 56
Допускаемый кавитационный запас, м...................... 4
Габаритные размеры, мм............................1210X510X350
Масса, кг............................................. 245
Рис. 7.6. Элект-
ронасосный агре-
гат типа
ТХИ-500/20-И-Щ
Для перекачивания пульпы экстракционной фосфорной кисло-
ты в технологических линиях по производству сложных минераль-
ных удобрений служит электронасосный агрегат типа
ТХИ-500/20-И-Щ (рис. 7.6). В состав агрегата входит центробеж-
ный погружной вертикальный насос с опорами вне перекачивае-
мой жидкости и с открытым консольно посаженным рабочим ко-
лесом. Агрегат может перекачивать пульпу плотностью не более
1900 кг/м3, вязкостью до 30 МПа-с, температу-
рой от —40 до +100 °C. В пульпе допустимо
наличие твердых включений размером не более
1 мм, объемная концентрация которых не долж-
на превышать 15%.
Высокой коррозионной стойкостью в особо
агрессивных жидкостях обладает электронасос-
ный агрегат Х40-32-125П *. Агрегат предназна-
чен для перекачивания химически активных
жидкостей с содержанием твердых включений
не более 0,1% по объему, размером частиц не
более 0,2 мм, вязкостью до 30 сПз, плотностью
до 1850 кг/м3. Он состоит из центробежного го-
ризонтально одноступенчатого насоса с осевым
подводом и вертикальным отводом и электро-
двигателя. Проточная часть агрегата изготов- *
лена из стеклонаполненного полипропилена, что
позволяет экономить дорогостоящие материалы. ;
* Разработан ВНИИгидромашем.
212
Техническая характеристика электронасосного агрегата Х40-32-125П
Подача, м3/ч...................................... 6,3
Напор, м.........................о................ 20
Частота вращения, с-1............................. 48,3
Допускаемый кавитационный запас, м, не более . . 3,5
КПД, %................................................... 40
Габаритные размеры, мм.............................. 898X360X370
Масса, кг................................................ 118
Для перекачивания чистых или загрязненных химически ак-
тивных и нейтральных жидкостей (кроме плавиковой и фосфорной
кислот) разработана новая серия электронасосных центробежных
агрегатов типа X с проточной частью из керамики *. Плотность пе-
рекачиваемых жидкостей должна быть не более 1850 кг/м3, кон-
центрация твердых включений до 2% по объему и размером твер-
дых частиц до 2 мм, температура от —10 до +80°C. Этот элек-
тронасосный агрегат может быть также использован для перека-
чивания некристаллизующихся щелочей с концентрацией 10% и
температурой до +30°C.
Техническая характеристика электронасосных агрегатов
с проточной частью из керамики
Электронасосный агре-
гат Х65-40- 200Ф Х65-50- 160Ф-С Х80-65- 160Ф-С XI00-80- 160Ф-6
Подача, м3/ч 25 25 50 100
Напор, м ..... . Частота вращения рабо- 50 32 32 32
чего колеса, с-1 . . . Мощность электродви- 48,3 48,3 48,3 48,3
гателя, кВт .... 15 11 15 30
КПД насоса, % ... 59 63 66 70
Центробежные герм е т и ч н ы е э л е к т р о н а с о
Для перекачивания химически активных, радиоактивных, токсич-
ных и легковоспламеняющихся жидкостей, а также жидкостей, на-
ходящихся под воздействием высоких температур и давлений, при
недопустимости утечки жидкости и ее паров наружу следует при-
менять бессальниковые герметичные электронасосы. Их выпуска-
ют двух типов: химические герметичные вертикальные типа ХГВ
ЦОСТ 20791—83) и центробежные насосы горизонтальные типа
Насосы типа ХГВ (рис. 7.7, а) применяют для перекачивания
жидкостей в большом диапазоне температур в зависимости от кон-
структивного исполнения насоса. В зависимости от температуры
и давления перекачиваемой жидкости электронасосы типа ХГВ
г- * Годовой экономический эффект от внедрения одного агрегата — 540 руб.
од серийного производства — 1985.
213
изготовляют трех исполнений (3, 4, 5): 3 — предназначены для
перекачивания высокотемпературного органического теплоносите-
ля (ВОТ) и бензольных продуктов температурой 100—360°C и
давлением до 1,6 МПа; 4 — для перекачивания сжиженных газов
(бутана, пропана, этилена, углеводородов) температурой от —40
до +40°C и давлением до 5 МПа; 5 — для перекачивания жид-
костей температурой до 100 °C и давлением до 5 МПа.
По своей конструкции электронасосы исполнения 5 подобны
электронасосам исполнения 4, но отличаются тем, что вместо пу-
стотелой рубашки вокруг корпуса электродвигателя установлен
змеевиковый холодильник, в котором охлаждение осуществляется
водопроводной водой.
Электронасосы типа ЦНГ (рис. 7.7, б) применяют для перека-
чивания различных агрессивных жидкостей при температуре от
—60 до +100°С, не содержащих образивных и механических при-
месей. Выпускают их во взрывозащищенном исполнении (ВЗГ).
Для перекачивания огне- и взрывоопасных жидкостей они обору-
дованы дополнительно приборами контроля и защиты. Охлажде-
ние электродвигателя и смазка подшипников скольжения и пяты
производятся перекачиваемой жидкостью. Проточную часть насо-
са изготовляют из нержавеющей стали.
Вихревые и центробежн о-в ихревые насосы (ГОСТ
10392—80Е). Эти насосы применяют для подачи жидкости (не-
больших количеств) при высоком напоре (до 300 м); для перека-
чивания жидкостей, в том числе и химически активных, без абра-
зивных включений с подачей (0,164-12,6) 10-3 м3/с и напором 10—
300 м.
Рис. 7.7. Центробежные герметичные электронасосы
214
SIS
18ПрЦ О6-42А ОХ6-ЗОГ ОХ6-25Г Мар ка осевого насоса
0,44—0,51 (1600— 1850) 0,33—0,50 (1200— 1850) 0,25(900) 0,11(400) Подача, м3/с (м3/ч)
Ю Со СЛ сл 5—3 3,5 3,5 Напор, Па-10 -4
12,2 16,3 24,1 24,1 Частота вращения, с-1
СЛ сл о со о Мощность электро- двигателя, кВт
Сталь 12Х188НТ Материал деталей проточной части
Содо-поташные растворы с кри- сталлами Вода, содержа- щая взвесь волок- нистой массы кон- центрацией до 3%, и квасцы i То же Растворы хлори- стого кальция, сульфитные, элект- ролитические и алюминатные ще- локи S аз Я S я> я о Я Я я CD Перекачиваем
Твердые^ частицы 100— 150 г/л | То же Взвешен- ные кри- сталлы наличие меха- нических частиц ая жидкост!
140 20—30 160 160 максимальная температура, JC
о От +4 до —9 От —9 до +з От —9 до +з Угол установки лопастей, град
1840 2290 1920 1707 длина •о
1373 810 548 466 ширина 1змер1 егата,
1485 855 435 370 высота S 3
1933,7
615 293 252 насоса Масс, i
5220 1415 643 522 агрегата Я
Таблица 7.1. Технические данные осевых насосов
Рис. 7.8. Осевой
химический насос
В ближайшие годы будет создан и освоен
единый унифицированный ряд центробежных
насосов типа СМ для перекачивания жидкостей
с неабразивными включениями.
Единый унифицированный ряд насосов СМ
соответствует международному стандарту ИСО
2858. Этот ряд включает 15 типоразмеров и
охватывает диапазон подач от 12,5 до 1600 м3/ч
и напоров от 12,5 до 80 м с различными вариан-
тами рабочих колес.
Осевые химические насосы (рис.
7.8). Они предназначены для принудительной
циркуляции в выпарных аппаратах, кристалли-
заторах, реакторах и других химических аппа-
ратах. Насосы осевые химические — односту-
пенчатые с жестким креплением лопастей. Ра-
бочей жидкостью являются агрессивные раство-
ры переменной вязкости с наличием взвесей
в виде кристаллов, каучука, бумажной
массы.
Технические данные по некоторым маркам осевых насосов
(ГОСТ 9366—80) приведены в табл. 7.1.
§ 7.2. МАШИНЫ ДЛЯ СЖАТИЯ И ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ГАЗОВ
В зависимости от принципа действия и степени сжатия (отно-
шения давления газа на выходе к его давлению на входе) маши-
ны для сжатия и перемещения газов делят на компрессоры, газо-
дувки и вентиляторы.
Компрессоры — машины, в которых в процессе сжатия про-
исходит охлаждение рабочей среды. Степень сжатия в компрессо-
рах (отношение абсолютного давления на нагнетании рк к абсо-
лютному давлению на всасывании рн) превосходит 3,5 (е =
= Рк/рн>3,5). Развиваемое компрессором давление доходит до
100 МПа и более. Газодувки — машины, у которых степень сжа-
тия е= 1,1 -4- 3,5 и абсолютное давление на нагнетании рк =
= 0,11ч-0,3 МПа. Вентиляторы — машины, у которых е= l-s-1,1,
а развиваемое ими абсолютное давление не превышает 0,11 МПа.
По величине развиваемого давления, таким образом, машины
для сжатия и перемещения газов делят на следующие группы:
низкого давления — вентиляторы: среднего давления — газодув-
ки; высокого давления — компрессоры.
Для создания вакуума (90% и более) применяют вакуум-на<
сосы, которые по принципу действия не отличаются от компрес-
соров.
Компрессоры и их выбор. Компрессоры служат для интенси-
фикации различных процессов, а в ряде отраслей промышленно-
го
сти являются основным технологическим оборудованием. Их делят
на следующие основные группы: поршневые, центробежные и вин-
товые.
Поршневые компрессоры. Несмотря на развитие других
видов компрессорных машин, поршневые компрессоры по-прежнему
широко применяют. В связи с этим в настоящее время ведутся ра-
боты по совершенствованию их конструкции, повышению техниче-
ского уровня и увеличению выпуска машин нового типа. Тяжелые
поршневые компрессоры стали заменять хорошо уравновешанны-
ми компрессорами на оппозитных базах. Параметры и характе-
ристики некоторых компрессоров на оппозитных базах см. в [1].
Принципиальная схема этих машин заключается в том, что
многоколенчатый коренной вал укладывается на коренные под-
шипники оппозитной рамы, по обеим сторонам которой крепятся
цилиндры. Таким образом, при вращении вала поршни движутся
либо навстречу друг другу, либо в противоположные стороны (рас-
ходятся друг от друга), в результате чего возникающие инерцион-
ные силы почти полностью уравновешиваются. Хорошая уравно-
вешенность оппозитных компрессоров позволяет увеличить часто-
ту вращения вала. При этом масса электродвигателей для приво-
да компрессоров, самих компрессоров и их размеры становятся
значительно меньше. Кроме того, для установки оппозитных ком-
прессоров требуются меньшая площадь машинного зала и не-
большие фундаменты. Высокая частота вращения вала позволяет
иметь небольшую маховую массу, которую можно разместить в
роторе электродвигателя без дополнительного маховика. Для при-
вода оппозитных компрессоров разработан ряд синхронных элек-
тродвигателей мощностью 320—6300 кВт.
Крупные поршневые компрессоры на нормализованных оппо-
зитных базах применяют в ряде химических производств (в про-
изводстве синтеза аммиака, карбамида, оксида этилена и др.),
а также для транспортировки коксового газа.
В настоящее время освоено серийное производство базовых
унифицированных более быстроходных оппозитных компрессоров
производительностью 24 и 12 м3/мин взамен устаревших тихоход-
ных угловых машин.
Большие работы проводятся по модернизации крупных оппо-
зитных компрессоров.
Например, при модернизации компрессоров 4ГМ16-100/200М1
для производства азотных удобрений, 6ГМ16-100/200М1 для воз-
духоразделительных установок, 6ГМ25-210/3-56М2 для сжатия
природного газа уменьшены на 10% металлоемкость, на 16% —
занимаемая площадь, на 35% — расход воды, значительно улуч-
шены удельные показатели при одновременном повышении надеж-
ности. При модернизации этиленовых компрессоров 4М40М-1.12/
^50-2500 производства полиэтилена высокого давления усовершен-
ствованы конструкции цилиндров, клапанов, сальников, снижен
217
расход масла, уменьшены на 15% металлоемкость компрессорной
установки, на 40% — занимаемая площадь, на 17% — потребляе-
мая энергия, на 20% — расход воды при одновременном увеличе-
нии ресурса работы.
Базы поршневых компрессоров, их типы и параметры опреде-
лены ОСТ 26.12-758—82. Внедрение этого стандарта обеспечило
дальнейшее повышение технического уровня поршневых компрес-
соров.
На унифицированной У-образной базе освоен выпуск семи мо-
дификаций компрессора 2ВУ 1-2,5/13 и осваивается серийное про-
изводство шести модификаций компрессора 4BYN-5/13. Эти ком-
прессоры могут устанавливаться без фундамента, отличаются уве-
личенной частотой вращения вала (до 24,17 с~’), использованием
высокоэффективных воздушных пластинчато-ребристых теплооб-
менников, меньшими габаритными размерами и металлоемкостью.
В настоящее время созданы автоматизированные газоперека-
чивающие агрегаты с приводом от газотурбинного двигателя авиа-
ционного типа ГПА-Ц-16 мощностью 16 МВт на давление 5,6; 7,6
и 10 МПа со степенью повышения давления 1,44—1,7; унифици-
рованный ряд газоперекачивающих агрегатов мощностью 6,3 МВт
на давление 2,8; 4,1; 5,6 и 7,6 МПа со степенью повышения давле-
ния 1,44—1,7, а также агрегат с газотурбинным приводом типа
ГПА-Ц-6,3 для транспортирования природного газа, содержащий
сероводород, с давлением нагнетания 6,7 МПа и степенью повы-
шения давления 1,7—2,2. Наиболее характерные конструктивные
особенности этих агрегатов — блочно-контейнерная компоновка
с высоким уровнем заводской готовности блоков, применение на-
гнетателей типа «баррель» и автоматизированной системы управ-
ления.
Совершенствование компрессоров в направлении улучшения
их экономических показателей имеет важное значение. В настоя-
щее время в газокомпрессорных агрегатах широко применяется i
воздушное охлаждение. Компрессорные установки производитель- ;
ностью 1,5—100 м3/мин оснащаются высокоэффективными пла-
стинчато-ребристыми теплообменниками воздушного охлаждения
из алюминиевых и стальных листовых материалов, что обеспечи-
вает значительный экономический эффект.
Если требуется более глубокое охлаждение, в компрессорах
применяют каскадную схему — основную часть теплоты отводят
в аппаратах воздушного охлаждения, а окончательное охлаж-
дение производят в водяных охладителях или в холодильном
цикле.
ЛенНИИхиммашем проведены работы с целью расширения об-
ласти применения компрессоров без смазки и с ограниченной
смазкой. Разработаны конструкции поршней и опорных устройств
для горизонтальных рядов компрессоров, отличающихся компакт-
ной опорно-уплотнительной системой с развитой опорной поверх-
218
ностью, что позволяет значительно увеличить их межремонтный
пробег.
Развитие конструкций самодействующих клапанов для поршне-
вых компрессоров идет по пути совершенствования прямоточных
клапанов. Освоено производство прямоточных клапанов меньшей
высоты с газовым демпфером для оппозитных компрессоров об-
щего назначения повышенной быстроходности и ступеней низкого
давления (до 2,5 МПа) поршневых компрессоров высокого давле-
ния. Такие клапаны обладают большой пропускной способностью
и одновременно повышенной надежностью.
Важнейшие направления совершенствования поршневых ком-
прессоров — улучшение их шумовых характеристик. Снижение
шума достигается путем применения звукоизолирующих кожухов.
Центробежные компрессоры. За последние десятиле-
тия в связи с резким ростом единичных мощностей химических
установок широкое распространение получили центробежные ком-
прессоры, которые по сравнению с поршневыми имеют ряд пре-
имуществ. Они более надежны в эксплуатации, имеют меньшую
массу и габаритные размеры, требуют меньших затрат при
эксплуатации.
В современных укрупненных установках химической, нефтехи-
мической и других отраслях промышленности центробежные ком-
прессорные машины (ЦКМ) вытесняют в ряде случаев малопро-
изводительные поршневые компрессоры.
В последнее время был разработан унифицированный ряд цент-
робежных компрессоров, пригодных для сжатия большой части
промышленных газов (кислорода, азота, азотно-водородной смеси,
фреона, различных углеводородов). На его основе были изготов-
лены и внедрены в производство унифицированные центробежные
компрессорные машины (УЦКМ), состоящие из нормализованных
корпусов, редукторов (зубчатых мультипликаторов) и вспомога-
тельной аппаратуры — охладителей (см. [1]).
В настоящее время СКБК совместно с ЛПИ им. М. И. Кали-
нина разработана проточная часть унифицированных центробеж-
ных компрессоров второго поколения (УЦКМ-П).
КПД ступеней увеличился в среднем на 2—4%, значительнб
уменьшилась масса корпусов сжатия (на 25—30%), уменьшилось
число основных деталей (на 20%), повысились надежность и дол-
говечность компрессора. На базе УЦКМ-П разработаны центро-
бежные компрессоры 32ГЦ-110/21 и 2ГЦ-1-70/9-26 для производ-
ства этилен-пропиленового каучука.
В СКБК ведутся работы по созданию высокоэффективных ком-
прессоров общего назначения производительностью 63—100 м3/мин
В Центробежном исполнении (ЦКОН), соответствующих современ-
ному уровню и предназначенных для замены морально устарев-
ших конструкций центробежных компрессоров ЦК-135/8 и
НК-100/6,5. Схема компрессора разработана с использованием по-
219
следних достижений в области газодинамики и конструирования
машин. В основу параметрического ряда ИКОН положен модуль-
ный принцип компоновки. Каждый компрессор параметрического
ряда представляет собой моноблочную компактную установку пол-
ной заводской готовности. Корпус компрессора, привод, система
обеспечения, система КИПиА и щит управления смонтированы на
одной раме, служащей одновременно маслоблоком. Повышающая
зубчатая передача, промежуточные и концевые газоохладители
встроены в корпус компрессора. В компрессоре применены высоко-
эффективные рабочие колеса с пространственной аэродинамиче-
ской решеткой, работающие с окружной скоростью до 325 м/с,
компактные и эффективные газоохладители оригинальной конст-
рукции. Опытный образец первого моноблочного центробежного
компрессора 32ВЦ-100/9 рекомендован в серийное производство.
Для многотоннажного производства аммиака мощностью
1360 т/сут в СКБК создан новый центробежный компрессор
433ГЦ2-143/25-321.
Для компримирования изобутана, а также углеводородного
газа в установках алкилирования служит центробежный однокор-
пусный четырехступенчатый компрессор 5ГЦ1-245/9* с гидравли-
ческими торцевыми уплотнениями, без промежуточного и концево-
го охлаждения сжимаемого газа. Компрессор устанавливается на
железобетонном фундаменте рамного типа. На втором этаже фун-
дамента размещены корпус, мультипликатор и двигатель. Агрега-
ты смазки и уплотнений, арматура управления размещены на ну-
левой отметке и на площадках обслуживания в междуэтажном
пространстве.
Система автоматики компрессора — пневмоэлектрическая. Она
обеспечивает контроль параметров и безаварийную работу уста-
новки при отсутствии постоянного обслуживающего персонала.
Техническая характеристика компрессора 5ГЦ1-245/9
Производительность, м3/с 4,8
Абсолютное давление, МПа:
на всасывании 0,107
на нагнетании 0,882
Температура на всасывании, К 280
Мощность, потребляемая компрессором, кВт . 1730
Частота вращения ротора, с-1 .... 121,5
Расход, м3/с:
охлаждающей воды 0,0065
буферного газа на концевые уплотнения 0,111
Емкость системы смазки и уплотнений, м3 3,4
Двигатель:
тип . 2АЗМП-2000/6000УХЛ4
мощность 2000
частота вращения, с-1 50
Габаритные размеры установки, мм . . . 12 000X5400X 6300
Масса установки, кг 39 100
* Изготовлен Казанским компрессорным заводом.
220
Винтовые компрессоры. Большое народнохозяйственное
значение имеет применение винтовых компрессоров для сжатия
воздуха и различных газов давлением до 2 МПа и более. Преиму-
щества винтовых компрессоров — высокая надежность, относи-
тельно небольшие масса и габаритные размеры. Их применяют
вместо поршневых компрессоров на передвижных компрессорных
станциях общего назначения производительностью более 0,1 м3/с
с давлением нагнетания до 0,8 МПа. В диапазоне указанных вы-
ше параметров винтовые компрессоры применяют как стационар-
ные воздушные компрессоры и газовые — для более высоких дав-
лений.
Для сжатия легких (гелий, водород и др.), агрессивных и за-
грязненных газов производительностью до 10 м3/с целесообразно
применять винтовые компрессоры вместо центробежных.
Разработан типоразмерный ряд винтовых компрессоров, охва-
тывающий широкий диапазон параметров по производительности
и давлению. Основу ряда составляют десять корпусов, пять типов
уплотнений, пять типов подшипников и пять типов шестеренчатых
редукторов, унифицированных с центробежными компрессорами.
На компрессоры винтовые разработан ГОСТ 23003—78, кото-
рым определены их типы и основные размеры.
В настоящее время создаются винтовые маслозаполненные ком-
прессоры общего назначения с высокими энергетическими показа-
телями. СКБК разработана компрессорная станция НВЭ-10/8 с
винтовым компрессором, предназначенная для замены морально
устаревших компрессорных станций НВ-10ЭМ и НВ-10Э. Компрес-
сорная станция НВЭ-10/8 разработана в виде блока, включающего
компрессор, маслоотделитель и маслосборник. Этот блок будет
единым во всех модификациях переносных и передвижных ком-
прессорных станций нового поколения, изготовляемых Читинским
машиностроительным заводом.
Начаты работы по созданию винтовых компрессоров общего на-
значения, удовлетворяющих высоким требованиям в отношении
экономичности, надежности и массогабаритных показателей; по
дальнейшему переводу угловых компрессоров на оппозитные базы;
по созданию многовальных центробежных компрессоров, двухсту-
пенчатых винтовых компрессоров, мембранных компрессоров вы-
сокого давления, компрессоров и компрессорных станций в шумо-
заглушенном исполнении; по замене передвижных компрессорных
станций с ротационными компрессорами на винтовые.
Вакуум-насосы. Наряду с винтовыми компрессорами широко
применяют жидкостно-кольцевые машины или вакуум-насосы.
Вакуум-насосами называют машины, предназначенные для от-
сасывания воздуха или инертных газов из закрытых резервуаров
или аппаратов с целью создания в них разрежения. Они откачи-
вают воздух или газ из производственной емкости с давлением
ниже атмосферного и, сжимая его, выталкивают в атмосферу.
221
Рис. 7.9. Вакуумный насос типа
НВЗ-20
Для откачки воздуха, неагрес-
сивных газов, паров и парогазовых
смесей, предварительно очищенных
от капельной влаги и механических
загрязнений, из герметичных ваку-
умных систем в стационарных ус-
тановках используют вакуумные
насосы НВЗ-20 (ГОСТ 14707—82).
Температура окружающего воздуха
должна быть 10—30°C.
Насос НВЗ-20 — золотниковый
одноступенчатый параллельного
действия с циркуляционной , смаз-
кой (рис. 7.9). Насос и электродви-
гатель смонтированы на общей ра-
ме. Вращение от электродвигателя
к насосу передается посредством
клиновых ремней.
В ПО «Пензокомпрессормаш»
внедрен в серийное производство
параметрический ряд водокольце-
с малогабиритными водоотделителя-
вых вакуум-насосов (ВВН)
ми, разработанные ВНИИкомпрессормашем. Машины этого ряда
по сравнению с ранее выпускаемыми имеют меньшие удельную
мощность и металлоемкость, пониженное потребление воды и по-
вышенную надежность.
Для агрессивных сред разработаны и изготовляются жидкост-f
ио-кольцевые вакуумные насосы ВВН. Проточная часть вакуум-
насоса ВВН2-50Х производительностью 50 м1 * 3/мин выполнена из
никельсодержащего сплава, вакуум-насоса ВВН1-12ТМ произво-
дительностью 12 м3/мин — из титана.
Вентиляторы и их выбор. По принципу действия вентиляторы
делят на осевые и радиальные (центробежные). При выборе вен-
тиляторов следует исходить из заданных значений давления, про-
изводительности, содержания в воздухе механических примесей,
температуры газов и др. При этом надо стремиться к тому, чтобы
заданным значениям давления и производительности соответство-
вало максимальное значение КПД (не ниже 0,6—0,7).
Вентиляторы изготовляют сериями, которые отличаются друг
от друга диаметром рабочего колеса. Каждый вентилятор серии
имеет номер. За номер вентилятора принимается величина, соот-
ветствующая наружному диаметру рабочего колеса D, выражен-
ная в дециметрах:
Номер вентилятора
Диаметр, мм . .
Номер вентилятора
Диаметр, мм
1 1,25 1.6
100 125 160
8 10 12.5
800 1000 1250
2 2,5 3,15
200 250 315
16 -20 31,5
1600 2000 3150
4 5 6,3
400 500 630
40 50
4000 5000
222
Вентиляторы по направлению вращения рабочего колеса делят
на вентиляторы правого вращения, или правые (колесо враща-
ется по часовой стрелке, если смотреть со стороны привода), и
.вентиляторы левого вращения, или левые.
Осевые вентиляторы. Их целесообразно применять для
подачи больших объемов воздуха при небольших давлениях — в
основном для проветривания помещений — ив теплообменных ус-
тановках с воздушным охлаждением. Осевые вентиляторы по срав-
нению с центробежными обычно имеют больший КПД вследствие
прямоточного движения газа и обтекаемой формы лопаток; они
реверсивны, т. е. их конструкция позволяет изменять направление
потока воздуха (газа) на обратное, и более компактны. Мощность
осевых вентиляторов, как правило, мало зависит от изменения
производительности. Размеры и массу осевых вентиляторов ряда
номеров см. в [ 1].
Радиальные (центробежные) вентиляторы. Их
предпочтительно применять для подачи воздуха при значительных
давлениях — в системах пневматического транспорта, котельных
установках, в качестве тягодутьевых устройств. В зависимости от
создаваемой разности полных давлений различают центробежные
вентиляторы: низкого давления — до 0,001 МПа; среднего давле-
ния — свыше 0,001 до 0,003 МПа; высокого давления — свыше
0,003 до 0,015 МПа. *
К основным параметрам работы вентилятора относятся про-
изводительность Q (м3/с), создаваемый напор Н (м), затрачивае-
мая мощность N (кВт) и коэффициент полезного действия q (%).
На оси ординат характеристик откладываются значения полного
напора Н*, а по оси абсцисс — значения производительности Q.
По заданным значениям величин Q и Н — по характеристике —
определяют частоту вращения вентилятора п (с-1), его КПД тр
Режим работы вентилятора определяется по характеристикам
составленным для каждого номера в отдельности.
При определении размера (номера) вентилятора следует стре-
миться к тому, чтобы заданным значениям давления и производи-
тельности соответствовало максимальное значение КПД. Реко-
мендуется подбирать вентиляторы при значениях КПД не ниже
0,9 от максимальных.
Характеристики для подбора вентилятора составляют на осно-
вании опытных данных для стандартных условий чистого воздуха
при температуре / = 20°С, барометрическом давлении Б=101,ЗХ
ХЮ3 Па, плотности р= 1,2 кг/м3 и относительной влажности
Ф = 50%.
Напор, создаваемый вентилятором, расходуется на преодоление трения
местных сопротивлений на линиях всасывания Няс и нагнетания Ня, а также
а создание динамического (скоростного) напора струи, выходящей из сети,
олныи напор, создаваемый вентилятором,—это сумма статического и дина-
мического напоров.
223
При подборе вентилятора и электродвигателя к нему необходи-
мо рассчитать:
1) произ1водителньость вентилятора Q (с учетом потерь или
подсосов воздуха), принимая поправочный коэффициент на рас-
четное количество воздуха:
а) для стальных, пластмассовых и асбоцементных трубопрово-
дов длиной до 50 м — 1,1;
б) в остальных случаях — 1,15;
2) полный напор Н:
а) для стандартных условий чистого воздуха H = HV\
б) для условий, отличающихся от стандартных условий,
Н — Н 273 + / 101,3-ю3 рв
“ р 273 Б ‘ рг ’
где Яр — расчетное сопротивление сети, Па; рг — плотность газа (при f=O°C
и Б —101,3 103 Па), кг/м3; рв — плотность воздуха при тех же условиях,
кг/м3;
в) для сетей пневмотранспорта
Н= 1,1Яр (1 + кц),
где К — опытный коэффициент, зависящий от вида транспортируемого матери-
ала, размера и формы частиц, скорости и характера движения, диаметра тру-
бопровода и др.; р — массовая концентрация для перемещаемой смеси, равная
отношению массы пыли к массе чистого воздуха;
3) потребную мощность N на валу электродвигателя:
а) при перемещении чистого воздуха для стандартных усло-
вий
У = <?Н/(1000т)вЛп). (7-П
где т)в — КПД вентилятора, принимаемый по характеристикам; т]п— КПД пе-
редачи.
При непосредственной насадке колеса вентилятора на вал элек-
тродвигателя т)п=1,00; при соединении валов вентилятора и элек-
тродвигателя при помощи муфты — 0,98; при ременном приводе с
клиновыми ремнями — 0,95 и с плоскими ремнями — 0,90;
б) при перемещении воздуха с высокой температурой
« = Q//p/(10004BTin); (7.2)
в) при перемещении воздуха с механическими примесями
^ = l,2Q///(1000nB %); (7.3)
4) установочную мощность электродвигателя
Яуст=К.Л, (7-Ч
где Кэ — коэффициент запаса мощности, принимаемый по табл. 7.2.
Тип электродвигателя следует выбирать с учетом условий его
эксплуатации: температуры, наличия влаги, пыли, едких газов, па-
224
5168
Рис. 7.10. Общий вид центробежного вентилятора типа ВЦТ-20:
I — направляющий аппарат; 2 — улитка; 3 — рабочее колесо; 4 — ходовая часть;
5 — соединительная муфта; 6 — рама; 7 — колонка привода
ров, пожаро- и взрывоопасности (см. табл. 2.12). При установке
электродвигателей в помещении с / = 40°С установочную мощность
Л/уст необходимо увеличить на 10%, а с t = 50 °C — на 25%.
Для перемещения агрессивных газов, содержащих хлор, пары
соляной кислоты, влагу и примеси ТЮС12 и SiOCl2, можно приме-
нять центробежные вентиляторы типа ВЦТ-20 из титана (рис.
7.10). Эти вентиляторы успешно работают в системах отсоса воз-
духа, поступающего с установки газоочистки и нейтрализации.
Они перемещают газовую смесь с температурой 15—35°C, содер-
жащую до 0,5 г/м3 хлора, до 0,02 г/м3 соляной кислоты, 10—
25 г/м3 воды с примесями TiOCl2 и SiOCl2.
Производительность вентилятора Q = 43 000 н-210000 м2/ч, диа-
метр рабочего колеся D = 2 м, частота вращения л=16,7 с-1, пол-
ный напор /7 = 240ч-620 м, максимальный полный КПД т] = 0,84;
мощность электродвигателя А = 320 кВт, масса вентилятора
3316 кг; габаритные размеры с электродвигателем (м>м): длина —
5168, ширина — 3970 и высота — 3270. Аэродинамические харак-
теристики вентилятора ВЦТ-20 показаны на рис. 7.11.
При необходимости удаления воздуха из установок производ-
ства серной, азотной и уксусной кислот, искусственного волокна,
8 Зак. 1766 225
Рис. 7.11. Аэродинамические характеристики
вентилятора ВЦТ-20 при различных углах
установки лопаток направляющего аппарата:
а ~ мощность V=f(Q); б — напор ------
кривые равных значений КПД т)
красильных и гальвани-
ческих цехов при темпе-
ратуре не выше 70 °C
можно использовать вен-
тиляторы, выполненные
из листового винипласта
(см. [1]).
§ 7.3. ЭЛЕКТРО-
НАГРЕВАТЕЛИ
Трубчатые электрона-
греватели (ТЭН). Труб-
чатые электронагрева-
тели предназначены для
преобразования электри-
ческой энергии в тепло-
вую. Их применяют в
различных установках
для нагрева воздуха, во-
ды и водных растворов,
масел в электропечах,
калориферах, сушильных
шкафах, а также в пресс-
формах. штампах, литей-
ных формах для нагре-
ва их до температуры
250—350 °C.
ТЭН состоит из ме-
таллической трубки, внут-
ри которой помещена
нагревательная спираль
из проволоки высокого
омического сопротивле-
ния. Пространство меж-
ду внутренней стенкой трубки и витками спирали заполнено уплот-
ненным кристаллическим порошком плавленого оксида магния,
обладающим хорошей теплопроводностью, жаростойкостью и вы-
соким объемным электрическим сопротивлением. Оба конца спи-
рали присоединены (опрессованы) к выводным стрежням, изоли-
рованным от корпуса (трубки) фарфоровыми изоляторами. Таким
образом, трубчатый электронагреватель имеет активную (греющую)
часть, где расположена спираль, и пассивную, где размещены вы-
водные стержни. Корпус ТЭН изготовляют из стали марки 10 с
защитным покрытием, нанесенным гальваническим способом.
Трубчатые электронагреватели надежны при вибрации и зна-
чительных ударных нагрузках, могут иметь любую форму, а кор-
226
Таблица 7.2. Коэффициент запаса мощности
Мощность на валу электродвигателя, кВт Кз для вентилятора
центробежного осевого
До 0,50 1,50 1,20
0.51 — 1,00 1,30 1,15
1,01-2,00 1,20 1,10
2,01—5,00 1,15 1,05
Более 5,00 1,10 1,05
пус нагревателя не находится под напряжением. Монтировать
трубчатые нагревательные элементы можно на любых конструк-
циях без дополнительной электрической изоляции.
На двухконцевые ТЭН круглого сечения общего назначения,
предназначенные для установок и осуществляющие нагрев различ-
ных сред, разработан ГОСТ 13268—83. Он не распространяется
на ТЭН патронного типа и для работы в вакууме или при давле-
нии свыше 9,8-105 Па и с температурой на оболочке свыше 650°C.
Согласно ГОСТу, ТЭН могут быть изготовлены со следующи-
ми развеонутыми длинами L, мм: 250, 300, 360, 420, 500, 600, 710,
850, 1000‘ 1200, 1400, 1700, 2000, 2400, 2800, 3350, 4000, 4750, 5600,
6000 (рис. 7.12) — и на номинальные мощности, кВт: 0,10; 0,12;
0,16; 0,20; 0,25; 0,32; 0,40; 0,50; 0,63; 0,80; 1,00; 1,25; 1,60; 2,00;
2,50; 3,20; 3,50; 4,00; 5,00; 6,30; 8,00; 10,00; 12,00; 12,50; 16,00;
20,00; 25,00. Номинальная длина контактных стержней /к, мм: 40:
65; 100; 125; 160; 250; 400; 630.
Номинальный диаметр ТЭН d, мм
Масса, кг........................
6,5 8,5 10,0 13,0 16,0 18,5*
0,22 0,32 0,48 0,7 1,0 1,5
* ТЭН диаметром 18,5 мм изготовляют в двойной оболочке.
Электронагреватели подбирают следующим образом. Задав-
шись временем разогрева, тепловым расчетом определяют мощ-
ность установки (Вт):
^уст ~ (Qi+ 0.2 4~ Фз)т 4- Q4,
где Qj—количество теплоты, необходимое для нагрева среды до требуемой
температуры, Дж; Q2—количество теплоты, необходимое для перевода среды
в другое агрегатное состояние, Дж; Q3 — количество теплоты, необходимое для
нагрева самой установки, Дж; Q4 — потери теплового потока в окружающую
среду, Вт; т — время разогрева, с.
По каталогу для определенной среды выбирают тип нагрева-
теля, удовлетворяющий требованиям по размерам. Мощность выб-
ранного нагревателя указана выше. Зная мощность установки
^уст и мощность электронагревателя Рн, можно определить коли-
чество нагревателей n = Pycr/Pw.
Рис. 7.13. Образцы металлокерамиче- е
ских электронагревателей
Металлокерамические электронагреватели. При температурах
выше 300 °C надежность электроэлементных омических и индукци-
онных нагревательных устройств резко снижается. С появлением
новых высокотемпературных полимерных материалов и интенси-
фикацией их переработки повышаются требования к системам
обогрева полимерного оборудования в отношении их надежности
и долговечности, качества регулирования их температурного режи-
ма, расширения технологического температурного диапазона (до
500 °C).
Новые металлокерамические электронагреватели (МКЭН) в
зависимости от содержания проводящего компонента и параметров
технологического процесса изготовляют с удельным электрическим
сопротивлением до 300 (Хм мм2/м и выше, т. е. в сотни раз боль-
шим, чем у нихрома.
Материал электронагревателя МКЭН обладает достаточной ме-
ханической прочностью: напряжение растяжения ов = 60 МПа, из-
гибающее напряжение <уи=30 МПа. Это позволяет использовать
их в системах обогрева полимерного оборудования как несущие
конструкции. Коэффициент термического расширения материала
МКЭН при 800 °C составляет (12-=-14) 10-6, водопоглощение —
до 1%.
Созданные нагревательные элементы могут достаточно дли-
тельно работать в режиме «включено — выключено». Предельно
допустимая рабочая температура 700 °C. Внешний вид опытных
образцов кольцевых и стержневых МКЭН с прямоугольным и
круглым сечением показан на рис. 7.13.
Глава 8. МЕХАНИКО-МОНТАЖНАЯ ЧАСТЬ
Механико-монтажная часть является одной из основных и трудных работ
по проектированию, так как при ее выполнении необходимо увязать не только
технологические требования (удобство обслуживания оборудования и возмож-
ность демонтажа аппаратов и их деталей при ремонтах; обеспечение макси-
мально коротких трубопроводов между аппаратами при необходимости само-
тека; рациональное решение внутризаводского транспорта), но и соблюдать
строительные нормы, требования естественной освещенности, правила и нормы
техники безопасности и охраны труда, санитарные и противопожарные нормы.
§ 8.1. КОМПОНОВКА ОБОРУДОВАНИЯ
Оборудование химических производств в зависимости от при-
меняемых машин и аппаратов, особенностей технологического про-
цесса и климатических условий может быть расположено в за-
крытых производственных помещениях и на открытых площадках.
Расположение оборудования на открытых площадках. Компо-
новка оборудования на открытых площадках сокращает капиталь-
ные затраты на строительство, уменьшает загазованность и влия-
ние тепловыделений, снижает взрыво- и пожароопасность. Уста-
новка аппаратуры на открытых площадках создает также предпо-
сылки для укрупнения агрегатов, позволяет во многих случаях
отказаться от членения на части (царги) аппаратуры (преимуще-
ственно колонной) и, кроме того, улучшает условия монтажа обо-
рудования.
Если производства взрыво- и пожароопасные, а сырье для них
и продукты обладают токсическими свойствами, то для эксплуа-
тации требуется сложная безотказная принудительная система
вентиляции с многократным в течение часа обменом воздуха. Та-
кие производства, как правило, предъявляют особые требования
и к решению строительной части зданий. К этим производствам
относятся производство аммиака, слабой азотной кислоты, грану-
лированной аммиачной селитры, карбамида, метанола, ацетилена,
капролактама и др. Размещение их оборудования вне здания, на
открытой площадке, имеет важное значение.
Применение машин новых конструкций позволило в последние
годы еще больше сократить объем и площадь производственных
зданий. Так, на ряде заводов азотных удобрений вместо циркуля-
ционных поршневых компрессоров, располагавшихся в закрытых
крановых зданиях, используют центробежные компрессоры, уста-
новленные вне здания (см. § 7.2).
229
При размещении оборудования на открытых площадках необ-
ходимо руководствоваться указаниями по установке технологичес-
кого оборудования на открытых площадках в химической промыш-
ленности, соблюдать действующие правила и нормы техники безо-
пасности, обеспечивая нормальные условия обслуживающему пер-
соналу и безаварийную работу оборудования.
Размещение технологического оборудования на открытых пло-
щадках следует проектировать во всех случаях, когда позволяют
климатические условия и условия эксплуатации технологического
оборудования, применяя при необходимости местные укрытия. Ме-
стные укрытия могут быть в виде шатров, будок, навесов разных
размеров и назначений, начиная от небольших укрытий отдельных
аппаратов до устройства цехов без стен, с одной только крышей, и
в отдельных случаях этажерок. Применение местных укрытий це-
лесообразно в том случае, когда аппаратура не требует установки
в утепленном помещении, но должна быть защищена, так же как
и эксплуатационный персонал, от ветра, пыли и дождя.
На открытых площадках химическая аппаратура может уста-
навливаться или на этажерках — железобетонных и металличес-
ких, или самостоятельно — на индивидуальных и групповых фун-
даментах. Аппараты малого диаметра и большой высоты следует
устанавливать на этажерках.
В зависимости от схемы производства, конструктивных особен-
ностей оборудования, системы управления и степени автоматиза-
ции, района строительства и ряда других специфических условий
компоновка оборудования установок различных химических про-
изводств, размещаемых на открытых площадках, может быть чрез-
вычайно разнообразной. Например, оборудование и строительная
часть модернизированного агрегата аммиачной селитры АС-72М
[25] скомпонованы следующим образом: этажерка отделения ней-
трализации и упаривания растворов селитры выполнена из желе-
зобетона и по периметру закрыта навесными щитами с целью за-
щиты от сквозного продувания ветром и заноса снегом; грануля-
ционная башня выполнена в облегченных металлоконструкциях на
высокопрочных болтовых соединениях; аппарат охлаждения и при-
боры автоматического контроля и регулирования, запорная арма-
тура отделения нейтрализации и упаривания растворов размеще-
ны в отдельных закрытых отапливаемых помещениях. Такая ком-
поновка улучшила условия эксплуатации и повысила надежность
работы агрегата.
При установке оборудования вне здания рекомендуется:
1) все тяжелое и громоздкое оборудование по возможности
располагать на отметке земли с таким расчетом, чтобы не утяже-
лять конструкции этажерок, на которых устанавливается оборудо-
вание;
2) опорные устройства применять типовые из сборного железо-
бетона;
230
Рис. 8.1. Установка аппарата воздушного охлаж-
. дения на ректификационной колонне
3) максимально использовать несущую способность стенок
крупногабаритных емкостных аппаратов — устройство лестниц и
площадок для обслуживания крышек, люков, штуцеров для за-
грузки и выгрузки насадки, арматуры, приборов и т. п., закреплен-
ных на самих аппаратах. В свою очередь, эти площадки могут
быть использованы для размещения на них вспомогательного обо-
рудования — теплообменного, емкостного и др. Аппаратуру колон-
ного и башенного типов следует использовать в качестве несущих
конструкций для крепления обслуживающих площадок, лестниц,,
а также в случае необходимости небольших грузоподъемных при-
способлений (кран-укосин, тельферов, блоков).
Расположение аппаратов непосредственно на других сооруже-
ниях или над технологическим оборудованием (рис. 8.1) значи-
тельно сокращает площадь застройки. Такое расположение особен-
но целесообразно для установок, работающих при низких давле-
ниях и тем более под вакуумом, так как сокращается протяжен-
ность трубопроводов, резко снижаются гидравлические потери и
повышается герметичность установки.
На монтажном чертеже комплексов (рис. 8.2) основное техно-
логическое оборудование расположено вне здания, при этом тя-
желое оборудование (колонное) установлено на отметке земли.
Площадки укреплены непосредственно на аппаратах и использу-
ются для установки .вспомогательного оборудования. Лестницы
для обслуживающих площадок также крепятся к аппаратам.
При наличии большого количества аппаратов, требующих по
условиям технологического процесса размещения на различных
231
высотных отметках, целе-
сообразно сооружение спе- I
циальной многоэтажной I
этажерки. В этом случае
громоздкие и высокогаба- а
ритные аппараты с целью Я
сокращения размеров эта- 1
жерки следует размещать 1
по ее периметру с наруж- 1
ной стороны. На рис. 8.3 1
показан монтажный чер-
теж комплексов, на кото- I
ром вся колонная аппара- я
тура размещена на отмет- Я
ке земли и вытянута вдоль Я
наружной этажерки, а вся Я
теплообменная и вспомо- Я
гательная аппаратура — 1
на различных высотных 1
отметках этажерки. I
Вынос технологическо- 1
го оборудования на от- 1
крытые площадки с учетом |
технологического процес- -1
са и климатических уело- |
вий должен быть руково- 1
дящим принципом при I
проектировании установок
всех производств химиче- |
ской промышленности. I
Опыт применения откры- j
тых установок на отечест- 1
венных химических и j
нефтеперерабатывающих 1
предприятиях, а также за- j
рубежная практика под- 2
твердили, что зимнее вре- 1
мя года при соответствую-
щем учете условий экс- s
плуатации и принятии не-
обходимых защитных мер
не является препятствием
для размещения основной
части технологического
оборудования на откры-
тых площадках (см. § 2.2
и 2.4).
232
Расположение оборудования в здании. Если оборудование
нельзя установить на открытой площадке, то его следует (распола-
гать в зданиях из железобетона прямоугольной формы в плане с
использованием унифицированных типовых пролетов и по возмож-
ности одинаковой высоты. Размеры пролетов, расположение раз-
План на отметке *9,6 и
1-1
Ш00
Рис. 8.3. Монтажный чертеж комплексов (план на
отметке +9,6 м и разрез /—/)
233
Рис. 8.4. Расположение машинного оборудования в одноэтажном зда-
нии (поперечный разрез)
бивочных осей (шагов колонн) и высоты зданий принимаются по
ГОСТ 23838—79 и 24336—80; размеры пролетов и шагов колонн
одноэтажных зданий — кратными 6 м; размеры пролетов много-
этажных зданий — кратными 3 м, а шаги колонн — кратными
6 м.
При установке тяжелого технологического оборудования и при
возможности возникновения в процессе его работы динамических
нагрузок рекомендуется использовать одноэтажные здания
(рис. 8.4). При размещении оборудования с вертикальным техно-
логическим процессом (мельниц, элеваторов, дробильных устано-
вок и т. п.) используют многоэтажные здания. Согласно Строи-
тельным нормам и правилам, высота одноэтажных зданий (от
пола до низа горизонтальных несущих конструкций на опоре) дол-
жна быть не менее 3 м, высота этажа многоэтажных зданий (от
пола лестничной площадки данного этажа до пола лестничной
площадки вышележащего этажа) — не менее 3,3 м.
По взрывопожарной и пожарной опасности производственные
здания подразделяют на категории (А, Б, В, Г, Д) в зависимости
от размещаемых в них технологических процессов и свойств обра-
щающихся веществ. Степень огнестойкости зданий и допустимое
число этажей для всех категорий, указанных выше, приведены в
табл. 8.1.
Помещения категорий А и Б следует по возможности разме-
щать у наружных стен и в многоэтажных зданиях — на верхних
этажах; размещение их в подвальных и цокольных этажах не до-
пускается.
Связь строительной части и грузоподъемных механизмов. В зда-
ниях и на открытых площадках для монтажа, эксплуатации, де-
234
монтажа и ремонта оборудования устанавливают подъемио-транс-
портные устройства. Выбор этих устройств должен обосновывать-
ся характеристикой устанавливаемого оборудования, количеством
агрегатов, периодичностью ремонтных работ, их продолжитель-
ностью и др.
Для осуществления ремонтных работ технологического обору-
дования, расположенного на открытых площадках, рекомендуется
применять электрокары, вильчатые погрузчики, кран-балки и дру-
гие приспособления простейшего устройства. При однорядном рас-
положении оборудования для его ремонтов целесообразно исполь-
зовать автомобильные пневмоколесные гусеничные краны.
Для технологического обслуживания большого количества и
разнообразного по характеру оборудования, устанавливаемого на
открытой площадке, требующего частой разборки или демонтажа,
загрузки и выгрузки катализатора, насадочных колец и т. п., мож-
но рекомендовать, в частности, передвижные башенные краны.
В этом случае наиболее тяжелое оборудование следует размещать
ближе к крану, а более легкое — дальше, с тем чтобы полнее ис-
пользовать грузоподъемность башенного крана. При этом необхо-
димо стремиться к использованию одного башенного крана для
обслуживания ряда установок с целью снижения капитальных за-
трат и повышения коэффициента использования башенного крана.
Размеры наружной установки по ширине в этом случае должны
определяться вылетом стрелы башенного крана.
На рис. 8.5 показан монтажный чертеж комплексов оборудова-
ния. Основное оборудование вынесено на открытую площадку. Для
Таблица 8.1. Степень огнестойкости зданий химической промышленности
Категория Допустимое Степень Категория Допустимое Степень
здания число этажей кости здания число этажей КОСТИ
А 6 II г 10 I, II
1 Ша 3 III
6 Ша
Б 6 III 1 Шб
1 Ша 2* IVa
2 IV
В 8 I, II
3 III д 10 I, Н
2 Ша 3 III
1 Шб 6 Ша
2* IVa 1 Шб
2 IV 2* IVa
1 V 2 IV
2 V
* При высоте одно- и двухэтажных зданий ие более 18 м.
235
Рис. 8.5. Передвижной башенный кран для монтажа, ремонта и тех-
нологического обслуживания оборудования
монтажа, ремонта и технологического обслуживания оборудова-
ния вспользован передвижной башенный кран.
Аналогично решена компоновка, показанная на рис. 8.6. Все
технологическое оборудование, кроме компрессора и насосов, вы-
несено на открытую площадку и расположено на нулевой отметке.
Для обслуживания технологического оборудования, а также для
монтажа и демонтажа легкого оборудования установлен передвиж-
ной башенный кран типа Т-266 грузоподъемностью 50 кН. Вылет
стрелы крапа (25 м) обеспечивает обслуживание .всего оборудова-
ния, устанавливаемого на открытой площадке.
Ввды грузоподъемных устройств, применяемых при монтаже
технологического оборудования «наружных химических установок,
указаны в § 8.2.
В зданиях для монтажа, эксплуатации и ремонта оборудования
применяются краны, кран-балки и монорельсы. Здания без кран-
балок рекомендуется применять в тех случаях, когда грузоподъем-
ное устройство требуется только в период монтажа оборудования
и не является обязательным три его эксплуатации в ремонте. При
небольшой массе поднимаемых грузов (от 0,25 до 5 т) и малых
пролетах зданий целесообразно применять кран-балки (рис. 8.7).
Кран-балки могут быть двух типов — мостовые и подвесные.
Подвесные кран-балки (ГОСТ 7413—80) грузоподъемностью 2,5—
236
30 кН движутся на катках
стальных направляющих
балок, подвешенных к не-
сущим конструкциям пе-
рекрытия. Преимущест-
вом подвесных кран-ба-
лок является то, что они
позволяют применять зда-
ния облегченной конструк-
ции (без подкрановых пу-
тей) и могут передавать
детали оборудования в
случае необходимости из
пролета в пролет. Их ис-
пользуют при обслужива-
нии насосных станций.
Кран-балки предназ-
начены для работы с ис-
пользованием следующих
грузоподъемных уст-
ройств: 1) талей элект-
Рис. 8.6. Передвижной башенный кран для
технологического обслуживания оборудова-
ния, монтажа и демонтажа легкого оборудо-
рических передвижных вания
(тельферов); 2) кошек
ручных с червячным подъемным механизмом; 3) кошек с ручным
приводом.
При необходимости обслуживания подъемно-транспортным ме-
ханизмом не всей площади помещения, а лишь узкой полосы рабо-
чего пространства рекомендуется применять монорельс, т. е. непо-
Рис. 8.7. Схема расположения кран-балок (план и резерв 1—/):
а — подвесных; б — мостовых; 1 — кран-балка; 2 — электроталь; 3 — пи-
лястра; 4 — колонна; 5 — подкрановый путь
237
движно прикрепленную к несу-
щим конструкциям перекрытия
двутавровую балку.
В настоящее время подвес-
ные подъемно-транспортные уст-
ройства (подвесные кран-балки
и монорельсы) находят более
широкое применение, так как
они имеют ряд эксплуатацион-
ных и строительных преимуществ
Рис. 8.8. Соотношение размеров по сравнению с мостовыми кра-
пролетов здания и крана г _ „
F F нами и мостовыми кран-балка-
ми, например возможность за-
мены одной подвесной кран-балки, обслуживающей всю ширину
пролета, двумя более короткими балками, или кран-балкой и
конвейером, или монорельсом.
В многоэтажных зданиях при расположении оборудования, тре-
бующего постоянного обслуживания на высоте 15 м и более, реко-
мендуется устройство грузопассажирского лифта.
В одноэтажных промышленных зданиях для монтажа и ремон-
та оборудования особенно широко применяют мостовые краны, по-
зволяющие перемещать грузы по длине, ширине и высоте здания,
не отнимая его полезной площади (см. рис. 8.4).
Грузоподъемность крана выбирают по массе наиболее тяжелой
детали, соединения или машины в сборе, которые необходимо под-
нять при монтаже или ремонте. Грузоподъемность кранов, их раз-
меры <и основные показатели установлены стандартами. Величина
грузоподъемности электрических мостовых кранов составляет 50—
2500 кН. Краны грузоподъемностью 150 кН и выше снабжаются
двумя механизмами подъема, из которых один имеет большую
Таблица 8.2. Связь пролетов зданий и кранов
Пролеты зданий L, м Пролеты £кр, м, для кранов групп
1 2 3
при отсутствии про- ходов вдоль подкра- новых путей при наличии прохо- дов вдоль подкра- новых путей
6 4,5 —
9 7,5 — — —
12 10,5 10 10 9,5
18* 16,5 16 Гб 15,5
24* 22,5 22 22 21,5
30* 28,5 28 28 27,5
36* 34,5 34 34 33,5
* Наиболее употребительные пролеты зданий.
238
грузоподъемность (механизм главного подъема), а другой — мень-
шую (механизм вспомогательного подъема).
Пролеты мостовых опорных кранов всех видов и грузоподъем-
ное гей, предназначенных для эксплуатации в зданиях с пролетом
до 36 м, а также на открытых подкрановых эстакадах, регламен-
тированы ГОСТ 534—78. Расстояния I между разбивочной осью
колонны здания ,и осью подкранового рельса (рис. 8.8) в зависимо-
сти от группы крана и грузоподъемности следующие:
Группы , . ..............
G, Н...............
I, мм..............
1
<5-105
^300
2
6,3-105—12,5-105
300—400
3
>12,5-105
>400
Таким образом, пролет L здания тесно связан с пролетом £Кр
крана (табл. 8.2).
§ 8.2. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К МОНТАЖУ
И УСТАНОВКЕ ХИМИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
При строительстве современных химических предприятий при-
ходится монтировать большое количество крупногабаритного тя-
желовесного оборудования: ректификационных, абсорбционных и
реакционных колонн: различных скрубберов; промывных башен и
дру[их аппаратов, применяемых для проведения химических про-
цессов.
В связи с ростом мощностей технологических установок и ком-
бинированием в одной установке нескольких процессов размеры и
масса аппаратов непрерывно увеличиваются: масса отдельных
современных аппаратов достигает 500 т, высота — 75 м и диа-
метр — 12 м; высота опорных постаментов в некоторых случаях
достигает 20 м. В связи с этим усложняется и становится все бо-
лее трудоемким монтаж оборудования и его наладка.
Сокращение сроков строительства химических заводов и повы-
шение производительности труда монтажников непосредственно
связаны с индустриализацией и комплексной механизацией мон-
тажных работ.
Повышения производительности труда можно достичь за счет:
1) повышения уровня индустриализации; 2) повышения уровня ме-
ханизации; 3) внедрения новой технологии и организации.
Одним из основных и сложных видов работ при строительстве
химических заводов является монтаж вертикальных тяжеловесных
крупногабаритных аппаратов. Комплексный или индустриальный
метод монтажа вертикальных аппаратов предусматривает подъем
и установку их в проектное положение полностью собранными, ис-
пытанными, с заранее выполненной тепловой наружной изоляцией
и внутренней футеровкой, оснащенными площадками н лестница-
ми для обслуживания, а также обвязочными трубопроводами.
239
При монтаже оборудования приходится сталкиваться с различ-
ными условиями его размещения, сообразуясь с которыми выбира-
ют метод и средства монтажа. В основном в химических произ-
водствах аппараты колонного типа монтируются в один или два
ряда. Колонные аппараты можно устанавливать на различных вы-
сотных отметках: 1) на нулевой отметке и на сравнительно низ-
ких фундаментах высотой 250—500 мм; 2) на индивидуальных же-
лезобетонных фундаментах или постаментах (высотой до 6 м; 3) на
площадках групповых этажерок, расположенных на разных от-
метках.
Условия производства монтажных работ улучшаются при раз-
мещении оборудования на открытых площадках, так как создает-
ся возможность применения мощных кранов, мачт и других подъ-
емных устройств, позволяющих производить монтаж индустриаль-
ными методами.
При размещении оборудования необходимо предусмотреть про-
ходы, обеспечивающие безопасное обслуживание оборудования,
движение людей и транспорта, а также удобную очистку рабочих
поверхностей оборудования. Проходы в свету (между наиболее
выступающими частями оборудования, щитов, конструкций) по
фронту обслуживания берутся не менее 1,0 м. По фронту обслу-
живания машин (компрессоров, насосов, газодувок и т. п.) шири-
ну прохода в свету делают не менее 1,5 м, за исключением малога-
баритных машин (шириной и высотой до 800 мм), для которых
разрешается уменьшать ширину прохода до 0,8 м. Проходы, слу-
жащие для периодического обслуживания оборудования и щитов
управления, должны иметь ширину не менее 0,8 м.
Машины и аппараты, обслуживаемые подъемными кранами,
следует размещать в зоне приближения крюка крана. В этой же
зоне предусматривают площадки или проходы для установки
транспортируемых деталей оборудования. Размеры площадок и
проходов определяются величиной наиболее крупной детали. Рас-
стояния в свету между аппаратами, а также между аппаратами
и стенами помещений при необходимости кругового обслуживания
берутся не менее 0,8 м. Ширину проходов у транспортного и дру-
гого специализированного оборудования (ленточные и прочие
транспортеры, дробилки, сушилки и т. п.) следует принимать по
нормам, установленным соответствующими специализированными
организациями.
Технологическое оборудование, создающее на рабочих местах
вибрации и шум, рекомендуется устанавливать на специальных
фундаментах или амортизаторах.
Требования к установке и эксплуатации насосов вне помеще-
ний на химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих
производствах определены ОСТ 26.1141—74.
При установке аппаратов, работающих под давлением и подве-
домственных Госгортехнадзору, следует, руководствуясь «Прави-
240
лами устройства и безопасности эксплуатации сосудов, работаю-
щих под давлением», исключить возможность опрокидывания ап-
паратов; обеспечить доступ ко всем частям аппарата, возможность
осмотра, ремонта и очистки как с внутренней, так и с наружной
стороны; предохранить от коррозии наружную поверхность аппа-
ратов, изготовленных из стали; для удобства обслуживания, ос-
мотра и ремонта установить площадки и лестницы, которые не
должны нарушать прочность и устойчивость аппарата.
§ 8.3. МЕХАНИЗАЦИЯ ТРУДОЕМКИХ РАБОТ
В химических производствах приходится перемещать различ-
ные твердые материалы, сортировать их, а также запружать и вы-
гружать их из аппаратов или машин, укладывать футеровку, ката-
лизатор, производить ремонтные работы. Для выполнения работ
по монтажу, демонтажу, чистке и замене трубных пучков подогре-
вателей, холодильников, конденсаторов, змеевиков, коммуникаций
необходмо предусматривать соответствующие средства механиза-
ции; максимально механизировать загрузку и выгрузку ядовитых
и взрывоопасных веществ, подачу веществ в опасные зоны (валь-
цы, каландры, прессы). В современном многотоннажном производ-
стве следует исключить ручные операции при транспортировке и
погрузочно-разгрузочных работах.
В последнее время заводами химического машиностроения со-
зданы механизированные линии, в которых полностью отсутствует
ручной труд, например линия Л Г-200/160-400 гранулирования ви-
нилита *, состоящая из машин, механизмов и емкостей. Транспор-
тирование готовой продукции, как и все операции технологическо-
го процесса, выполняется без применения ручного труда.
Химическая промышленность характеризуется высокой сте-
пенью автоматизации и механизации производств, построенных в
основном по непрерывному циклу. Однако в ряде случаев в не-
прерывный цикл включены периодические вспомогательные про-
цессы с использованием ручного труда.
Одним из самых современных и перспективных направлений в
ускорении технического прогресса является роботизация производ-
ственных процессов, обеспечивающая последовательное сокраще-
ние тяжелого и неквалифицированного ручного труда. Применение
специальных видов промышленных роботов позволяет устранить
несоответствие между полной автоматизацией основного техноло-
гического процесса и ручным трудом на вспомогательных опера-
циях, значительно повысить производительность труда и ритмич-
ность производства, модернизировать оборудование.
Выбор средств механизации. Для равномерной подачи сыпучих,
кусковых, зернистых, пылевидных и других материалов из бунке-
Изготовлена Киевским заводом «Большевик».
24!
ров, загрузочных воронок, различных разгрузочных устройств не-
посредственно в аппараты, дробилки, сушилки, печи, реакторы и
на транспортирующие машины, а также для дозирования техноло-
гического сырья применяют питатели. Типы, параметры и основ-
ные размеры объемных питателей установлены ОСТ 26.01-132—81. j
Для того чтобы исключить ручные работы по перемещению ма- |
териалов, их загрузке и выгрузке, можно применять периодичес- J
кую транспортировку (напольную безрельсовую и рельсовую, |
подъемники, краны и т. п.), непрерывный транспорт (конвейеры |
всех видов), пневматический и гидравлический транспорт. |
К безрельсовому транспорту относятся автопогрузчики, тележ- 1
ки, платформы (ручные и моторизованные), к рельсовому — коз- I
ловые (портальные) краны, вагонетки, платформы (ручные и мо- |
торизованные). Напольный транспорт — наиболее гибкий вид J
транспорта, так как дает возможность доставлять грузы в любую Я
точку здания, но он ведет к потере производственной площади я
здания. >1
Напольный тележечный конвейер. Типы, основные
параметры и размеры цепных напольных тележечных конвейеров я
установлены ГОСТ 15517—77 (рис. 8.9). Такие конвейеры предназ- Я
начены для перемещения тарных и штучных грузов по замкнутым Я
трассам с грузоподъемностью тележек 50—3200 кг. а
Рис. 8.9. Напольный тележечный конвейер:
I — грузовая тележка; 2 — ходовой путь; 3 — тяговая цепь; 4 — поворот-
ное устройство; 5 — привод; 6 — натяжное устройство, 7 — передающее
устройство; 8 — стрелочный перевод
242
Рис. 8.10. Грузовые тележки цепного конвейера:
а — с расположением тяговой цепи ниже уровня пола; б — с расположени-
ем тяговой цепи на уровне пола под тележкой; 1 — тяговая цепь; 2, 4 —
холостая и рабочая каретки; 3 — грузовая тележка; 5 — ходовой путь
Конвейеры изготовляют четырех типов: с расположением тяго-
вой цепи ниже уровня пола, на уровне пола под тележкой, на
уровне пола сбоку тележки, выше уровня пола (рис. 8.10). Основ-
ные параметры конвейеров приведены в табл. 8.3.
При непрерывной транспортировке для горизонтального пере-
мещения применяют ленточные, пластинчатые, скребковые, вибра-
ционные, винтовые транспортеры (шнеки) и пневматические транс-
портные желоба. Для вертикального перемещения служат элева-
торы, для горизонтального — пневматический и гидравлический
транспорт, а также транспертеры с погружными скребками. При
выборе необходимого транспортного устройства следует учитывать
вид материала (сыпучий, кусковой и др.) и его основные свойства,
размер кусков и расстояния транспортировки. Для вертикального
подъема на высоту 40 м порошкообразного и кускового материа-
лов применяют элеваторы; для транспортировки материала в кус-
ках размером свыше 150—175 мм — наклонные транспортеры или
243
скиповые подъемники; для перемещения абразивных материалов—
тихоходные чешуйчатые элеваторы; для горизонтального и наклон-
ного ( под углом до 22° к горизонту) перемещений сыпучих и штуч-
ных грузов (изделия, имеющие определенную форму) при длине
транспортирования до 200 м — ленточные транспортеры,
При перемещении крупнокусковых материалов или материалов,
имеющих высокую температуру, а также при перемещении под 1
большим углом применяют транспортеры пластинчатые; при пере- |
мещении мелкокусковых и порошкообразных материалов на рас- I
стояние до 60 м — скребковые транспортеры; при горизонтальном 1
или слабонаклонном перемещении тех же материалов на расстоя- |
ние до 40 м — пинтовые транспортеры (шнеки). При перемещении 1
горячих и ядовитых (токсичных) материалов целесообразно при- |
менять вибрационные транспортеры. Основные параметры вибра- ]
ционных горизонтальных конвейеров стандартизованы (ГОСТ
26264—84). 1
Последние неприменимы для липких и очень влажных материа- 1
лов. При транспортировке порошкообразных и мелкозернистых ма- ]
териалов на расстояние до 100 м предпочтительно применение 1
пневматических транспортных желобов. При транспортировке су- |
хих и мелкозернистых материалов можно успешно применять 1
пневматический транспорт, преимущества которого заключаются в 1
простоте, полной герметичности, компактности и надежности уста- |
новки. Для перемещения влажных, липких и крупнокусковых ма- I
териалов пневматический транспорт непригоден. |
Для перемещения материалов на высоту до 25 м (одновремен- |
но возможно перемещение материалов и в горизонтальном наврав- |
лении) можно применять пневматические подъемники, которые це- 1
лесообразнее элеваторов. Для перемещения материалов, не под- I
вергающихся изменениям под действием воды, — гидравлический 1
транспорт. 1
Таблица 8.3. Основные параметры напольных тележечных конвейеров
Шаг цепи, мм Тяговое усилие, Н, не более Удельная масса, кг/(Н-год), не более Удельный расход энергии, кВт-ч/(тм), не более Грузоподъемность тележки, кг
80 10 000 0,32 4.6-10-5 50, 125, 250, 500, 1000, 2000, 3200
100 12 500
160 32 000 0,2
Примечания; 1. Удельная масса — отношение массы конвейера к произведению
тягового усилия на срок службы.
2. За удельный расход принимают количество энергии, расходуемой на перемещение .3
1 т груза иа 1 м длины транспортирования. г
244
Контейнерные перевозки целесообразно применять при мало-
тоннажных производствах. Особое внимание надо уделять комп-
лексному решению транспортных работ.
Промышленные роботы (ПР). Промышленные роботы
находят все более широкое применение, заменяя человека или по-
могая ему на участках с опасными, вредными для здоровья, тяже-
лыми условиями труда. Они создают предпосылки для перехода
к качественно новому уровню автоматизации — созданию гибких
производственных систем. Промышленные роботы дают возмож-
ность автоматизировать не только основные, но и вспомогательные
операции.
В 1981 г. была разработана программа «Робот — химмаш», определяющая
направления развития робототехники в химическом и нефтяном машинострое-
нии. Эта программа предусматривала внедрение промышленных роботов в ме-
ханообрабатывающем, штамповочном, литейном и других производствах. Их
успешно используют для обработки различных деталей химического оборудо-
вания — валов, втулок, фланцев, шпилек и др., на некоторых сборочных опе-
рациях, операциях сварки, нанесения покрытий, окраски. Так, для окраски
условно плоских поверхностей изделий методом распыления разработано и
освоено серийное производство специализированных роботов РП-1600. Для ав-
томатизации окраски изделий сложной пространственной конфигурации разра-
ботаны универсальные окрасочные роботы «Колер» и «Контур-002», на базе
роботов «Колер» и «Контур-002» — окрасочные ГП-модули, обеспечивающие
автоматизированную окраску изделий сложной конфигурации по заданной
программе [26].
Для обслуживания фильтров периодического действия в на-
стоящее время разработаны роботизированные комплексы.
Как известно, для разделения тонкодисперсных суспензий, ин-
тенсивно забивающих фильтрующую перегородку, которая впос-
ледствии не поддается регенерации (например, в автоматизирован-
ных фильтр-прессах ФПАКМ), используют неавтоматизированные
фильтр-прессы, в которых на всех стадиях, кроме фильтрования,
применяется тяжелый ручной труд. При этом обслуживание
фильтр-прессов часто связано с вредными условиями труда, что
требует для обеспечения нормальной работы обслуживающему
персоналу больших затрат на осуществление мероприятий по охра-
не труда и технике безопасности.
Применение роботизированных комплексов при обслуживании
таких фильтров позволяет полностью автоматизировать процесс
фильтрования, использовать гибкую автоматическую систему уп-
равления технологическим процессом, сократить число единиц
фильтровального оборудования за счет повышения производитель-
ности процесса, повысить качественные показатели процесса филь-
трования и универсальность фильтровального оборудования, а
также механизировать ручной труд при обслуживании, вывести
человека из зоны с вредными условиями труда, сократить числен-
ность обслуживающего персонала. При применении роботизиро-
ванных комплексных систем совмещаются технологические и вспо-
могательные операции — разборка, чистка, смена фильтрующей
245
Рис. 8.11. Схема роботизиро-
ванных комплексов фильтров
периодического действия:
а — индивидуальный загрузочный
или разгрузочный подвижный ПР;
б — индивидуальный загрузочно-
разгрузочный подвижный ПР; в,
г — подвижный ПР для обслужи-
вания соответственно параллельно
и последовательно расположен-
ных фильтров; д — подвижный
ПР для обслуживания фильтров,
расположенных в ряд; Ф —
фильтр; М — магазнн-накопитель;
Тр — трасса движения ПР
перегородки, сборка — и создается
возможность модернизации оборудо-
вания.
Промышленные роботы для обслу-
живания фильтр-прессов по сложно-
ти конструкции и функциональному
назначению условно делят на следу-
ющие группы.
ПР для обслуживания фильтр-
прессов с многократным использова-
нием фильтровального полотна или
салфеток, основными функциями ко-
торых являются контроль степени за-
грязненности фильтрующей ткани и
обеспечение ее равномерной регенера-
ции в пределах как одной фильтрую-
щей ячейки, так и всего фильтра;
ПР для обслуживания фильтр-
прессов с однократным использовани-
ем фильтрующей перегородки, в зада-
чу которых входит чистка рам в слу-
чае возможного налипания осадка,
выгрузка осадка и смена фильтрую-
щих перегородок, а при работе с ма-
логабаритными фильтрами — переме-
щение плит и рам или извлечение
фильрующих рам;
ПР для обслуживания друк- и нутч-фильтров, выгрузка осад-
ка из которых связана с определенными трудностями, обусловлен-
ными необходимостью применения специальных ножей или скреб-
ков, требующих использвания ручного труда или присутствия опе-
ратора в зоне работы фильтра.
Различные варианты компоновки ПР и фильтров приведены на
рис. 8.11 [35]. Магазин-накопитель предназначен для подачи
фильтрующих элементов в виде кассет или накопления отрабо-
танных и связан с ПР кинематически, причем магазин-накопитель
может двигаться синхронно с фильтром, а при необходимости вы-
водиться из рабочей зоны ПР и заменяться новым. Магазин-нако-
питель и ПР могут двигаться и по параллельным трассам. Схема,
представленная на рис. 8.11, а, при неподвижной установке ПР
пригодна для обслуживания друк- или нутч-фильтров.
Эффективность ПР значительно увеличивается при оснащении
его двумя манипуляторами и применении для обслуживания не-
скольких фильтров [34].
Производительность роботизированного комплекса «фильтр—
ПР» рассчитывают по формуле
Q= !/(/„ +
(8.1)
246
где С? — число рам или плит, обрабатываемых за 1 мин; /0 — время выполне-
ния основных движений, связанных с осуществлением технологического процес-
са мин; /в — время выполнения вспомогательных операций, не связанных с ос-
новным технологическим процессом (цикловые потери), мин; б,— затраты вре-
мени на смену и наладку рабочих органов манипуляторов, регулирование, ре-
монт и обслуживание (внецикловые потери), мин.
Время обслуживания фильтров
/р - n/Q,
(8.2)
где /г--количество рам (плит) или комплекта «рама — плита» в фильтре.
Поскольку при обеспечении оптимальной производительности
за цикл время основных операций /ф, как правило, больше време-
ни /р, при определенных соотношениях между и /р и соответст-
вующей последовательности обработки фильтров можно обеспе-
чить обслуживание одним ПР нескольких фильтров.
Механизация погрузочно-разгрузочных работ. В настоящее
время в ведущих отраслях химической .промышленности основные
производственные процессы осуществляются без применения руч-
ного физического труда. Однако значительная часть вспомогатель-
ных работ все еще выполняется вручную
личест’ва рабочих. В первую очередь это
разгрузочным работам на складах и
транспорте. Особенно важное значение
механизация тяжелых трудоемких работ
приобретает в связи со все возрастаю-
щей мощностью современных химичес-
ких производств, а отсюда — с огром-
ным ростом масштаба отгрузки готовой
продукции. Наряду с количественным ро-
стом объема перевозок расширяется и
номенклатура продукции. Так, если ра-
нее в азотной промышленности единст-
венным многотоннажным видом удобре-
ний являлась аммиачная селитра, то
в настоящее время к многотоннажным
удобрениям относятся мочевины, нитро-
фоска, сульфат аммония.
Продукция химических производств
подлежит отправке потребителям в таре,
контейнерах и насыпью.
Тарой могут служить бумажные меш-
ки, открытые под зашивку или клапан-
ные, заполняемые в специальных укупо-
рочных или зашивочных машинах, паке-
ТЬ(- ящики, бутылки, барабаны и др.
На рис. 8.12 показан упаковочный
автомат А5-АР5Б, предназначенный для
и требует большого ко-
относится к погрузочно-
Рис. 8.12. Упаковочный ав-
томат типа А5-АР5Б
247
Рис. 8.13. Автоматизированнее устройство для загрузки сыпучих про-
дуктов в тару:
1 — бункер; 2 — шнек; 3 — передний упор; 4 — трехплечий рычаг; 5 — разгрузоч-
ное отверстие барабана; 6 — наклонный лоток; 7 — задний упор; 8 — пружина:
9 — нижний упор; 10 — упор; 11 — винтовой толкатель; 12 — настил; 13 — перед-
ний упор; 14 — рольганг; 15, 17, 27 — воронки; 16 — конусный клапан; 18 — стой-
ка; 19 -весовая емкость; 20 — исполнительный механизм; 21 — крюк; 22 — це-
почка; 23, 25 — отверстия в настиле; 24 — виброплощадка; 26 — вибратор; 28 —
контейнер; 29 — поддон; 30 — ножки площадки; 31 — площадка
упаковки минеральных удобрений в полиэтиленовые пакеты, ко-
торые изготовляют непосредственно на автомате. Лента полиэти-
лена с рулона протягивается транспортерами. После остановки
траспортеров продольная и поперечная губки производят одно-
временно сварку продольного пакета, верха нижнего и дна верхнего
пакета. Одновременно нижний пакет отрезается от верхнего. По
окончании сварки губки разводятся. Удобрения отмеряются стакан-
чиковым дозатором и высыпаются в сваренный пакет, который про-
тягивается вниз транспортерами до нужного размера.
Производительность автомата 40 пакетов в минуту; габаритные
размеры 2300X1025X2995 мм; масса 1400 кг.
На рис. 8.13 показано автоматизированное устройство для за-
грузки сыпучих продуктов в стандартные стальные барабаны и ре-
зинокордные контейнеры емкостью 1,5 м3. На переналадку устрой-
ства при замене одного вида тары другим затрачивается около 1 ч.
Загрузку в барабаны (рис. 8.13, а) осуществляют следующим
образом. Из расходного бункера 1 материал подается шнеком 2 в
весовую емкость 6, опирающуюся на платформу 12 циферблатных
часов через стойки 7. При достижении заданного веса от стрелки
весов идут команды на остановку шнека, опускание конусного кла-
пана 8 вместе с воронкой 9 к загрузочному отверстию 10. Через
определенный промежуток времени включается вибратор 26, уп-
лотняющий материал в барабан через виброплощадку 24. Колеба-
ния от виброплощадки на весы не передаются благодаря тому, что
она установлена на жестком настиле 13 выше платформы весов.
В отверстиях 23 настила с необходимыми зазорами проходят
стойки 7, а клапан 8 свободно подвешен на цепочке 3. Подъем и
опускание клапана осуществляется исполнительным механизмом 5.
После опорожнения весовой емкости стрелка весов (на
рис. 8.13, а не показана) возвращается в нулевое положение и от
нее поступают команды на включение вибратора, подъем клапана,
включение шнека и подачу винтовым толкателем 22 пустого бара-
бана.
Для загрузки материала в резинокордные контейнеры (рис.
8.13,6) установку (рис. 8.13, а) частично переделывают: с крю-
ка 4 на исполнительном механизме 5 снимают цепочку 3 вместе с
клапаном 8, воронку 15 заменяют воронкой 27 (рис. 8.13,6); затем
убирают виброплощадку 24 и рольганг И. На их место устанавли-
вают площадку 30, которая ножками 31, свободно проходящими че-
рез отверстия 25 в настиле 13, опирается на платформу весов. Кон-
тейнер 28 ставят на площадку 30 вместе с 'поддоном 29 вилами
электропогрузчика (на рисунке не показаны). После заполнения
контейнера автоматическая схема отключается. Вес контролируют
визуально по стрелке весов.
Проекты современных цехов аммиачной селитры предусматри-
вают хранение насыпью, отгрузку в мешках и насыпью, иногда в
контейнерах [25]. Хранение и транспортирование селитры
249
насыпью обеспечивает экономию тары, полную механизацию по-
грузочно-разгрузочных работ, снижение простоев вагонов под по-
грузкой и выгрузкой, снижение пожароопасности из-за горючей
тары. Таким образом, бестарный способ хранения и транспортиро-
вания селитры является перспективным. Оборудование для упа-
ковки, пакетирования и отгрузки аммиачной селитры см. в [43].
Емкости складов в последнее время в связи с большими произ-
водственными мощностями химических цехов резко увеличились:
каждый час со складов должно транспортироваться большое ко-
личество продукции. Естественно, что полагаться при этом на руч-
ной труд не приходится.
Механизация операции транспортировки может быть решена
следующими способами: 1) применением специальных машин (ти-
па транспортеров) для загрузки и выгрузки мешков; 2) примене-
нием электропогрузчиков в сочетании с пакетоформирующими
машинами, укладывающими заполненные мешки на поддоны;
3) применением погрузчиков с грузозахватными приспособления-
ми. Третий способ более прогрессивный, так как обеспечивает
комплектно-механизированную перевозку грузов и позволяет по-
высить уровень механизации и производительность труда, отка-
заться от поддонов и специальной тары, сократить численность ра-
бочих, занятых на грузовых операциях.
На рис. 8.14 изображен макет типового проекта прирельсового склада ми-
неральных удобрений емкостью 5000 т с мостовым грейферным краном. Склад
предназначен для приема из железнодорожного транспорта, посортного хране-
ния и отпуска потребителям незатаренных минеральных удобрений на автомо-
бильный транспорт. Все операции по перегрузке удобрений от железнодорож-
ной эстакады в отсеки склада, а также выдача удобрений осуществляются
одним мостовым гоейферным краном в химически стойком исполнении.
Рис. 8.14. Макет прирельсового склада минеральных удобрений ем-
костью 5 тыс. т с мостовым грейферным краном
250
Удобрения поступают на склад в минераловозах, хопперах и крытых ва-
гонах общего назначения. Хопперы и минераловозы разгружаются на желез-
нодорожной эстакаде высотой 1,8 м, крытые вагоны разгружаются машиной
МВС-4 на специальной площадке, примыкающей к одной из продольных стен
склада в зоне разгрузочной эстакады. Машина подает удобрения в загрузоч-
ную воронку, установленную под площадкой, а затем на передвижной ленточ-
ный конвейер ПКС-80, формирующий промежуточный борт удобрений.
В складе имеется по два отсека с каждой стороны разгрузочной эстакады
(всего четыре отсека). Они разделены подпорными стенками высотой 3 м по
периметру склада и 3,6 м со стороны разгрузочной эстакады.
Удобрения распределяются по отсекам склада мостовым грейферным кра-
ном грузоподъемностью 3,2 т. Максимальная высота отсыпки удобрений в от-
секах составляет 6,7 м.
Минераловоз модели 11-740 снабжен двумя парами разгрузочных люков,
которые приводятся в действие пневмоцилиндрами, питающимися сжатым воз-
духом от магистрали локомотива или от стационарного источника. Закрыва-
ние люков выполняется только от источника сжатого воздуха. Допускается
аварийное ручное открытие разгрузочных люков вагона.
Разгрузка крытых вагонов общего назначения осуществляется на специ-
альной площадке на отметке 3 м. Въезд машины МВС-4 на площадку произ-
водится по пандусу, примыкающему к продольной стене склада с наружной
его стороны. Выгрузка удобрений из склада осуществляется грейферным кра-
ном через бункера с гравитационной разгрузкой.
§ 8.4. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ
К ТЕХНИЧЕСКОМУ ОБСЛУЖИВАНИЮ И РЕМОНТУ
ХИМИЧЕСКИХ УСТАНОВОК
При проведении технического обслуживания и ремонтов следу-
ет руководствоваться «Системой технического обслуживания и ре-
монта оборудования предприятий химической промышленности
(ТО и Р)» (см. [12]). Эта система представляет собой комплекс
взаимосвязанных положений и норм, определяющих организацию
и порядок проведения работ по техническому обслуживанию и ре-
монту оборудования для заданных условий эксплуатации.
Система технического обслуживания и ремонта должна обес-
печить:
1) поддержание оборудования в работоспособном состоянии и
предотвращение неожиданного выхода из строя;
2) возможность выполнения ремонтных работ по плану, согла-
сованному с планом производства;
3) своевременную подготовку необходимых для ремонта запас-
ных частей и материалов;
4) правильную организацию технического обслуживания и ре-
монта оборудования;
5) увеличение коэффициента технического использования обо-
рудования за счет повышения качества ремонта и уменьшения
простоя в ремонте.
В основу Системы положено сочетание технического обслужи-
вания и планово-предупредительных ремонтов. Она отражает ме-
роприятия, направленные на поддержание технологического хими-
251
ческого оборудования постоянно в работоспособном состоянии,
обеспечивающем заданную производительность и высокое качество
изготовляемых продуктов, удлинение межремонтных сроков служ-
бы, снижение расходов на ремонт и эксплуатацию, а также повы-
шение качества выполняемых ремонтных работ (порядок разра-
ботки, согласования и утверждения эксплуатационных и ремонт-
ных документов устанавливает ГОСТ 2.609—79).
Техническое обслуживание. Техническое обслуживание пред-
ставляет собой комплекс работ для поддержания работоспособно-
сти оборудования между ремонтами. Оно сочетает в себе правиль-
ную эксплуатацию оборудования и повседневный контроль за соб-
людением правил технической эксплуатации.
В зависимости от характера и объема проводимых работ Сис-
темой предусматривается (ГОСТ 18322—78) ежесменное (ЕО) и
периодическое (ТО) техническое обслуживание.
В ЕО входят следующие основные работы: обтирка, чистка, ре-
гулярный наружный осмотр, выявление всех неисправностей, смаз-
ка, проверка состояния масляных и охлаждающих систем подшип-
ников, наблюдение за состоянием крепежных деталей и соедине-
ний, проверка состояния заземления, устранение мелких дефектов,
подтяжка креплений и контактов, частичная регулировка, замена
предохранителей, прокладок, выявление общего состояния тепло-
вой изоляции и противокоррозионной защиты, проверка состояния
ограждающих устройств с целью обеспечения безопасности усло-
вий труда.
В процессе эксплуатации химическое оборудование изнашива-
ется и может потерять работоспособность из-за механического из-
носа отдельных деталей и поверхностных слоев, а также за счет
коррозии под действием агрессивных химических сред. Это приве-
дет к потере прочности, точности, уменьшению мощности и произ-
водительности оборудования.
Систематический надзор и уход за оборудованием во время его
эксплуатации и проведение ремонтов предупреждают преждевре-
менный износ оборудования и поддерживают его в работоспособ-
ном состоянии. Нормальная эксплуатация химического оборудова-
ния обеспечивает работу его многие годы без аварий, простоев и
дорогостоящих ремонтов и дает возможность увеличить выпуск
продукции и повысить производительность труда.
С целью сохранения оборудования в работоспособном состоя-
нии и улучшения его использования, предупреждения аварий, по-
ломок необходимо рационально эксплуатировать оборудование и
соблюдать правила его эксплуатации. Оборудование нужно ис-
пользовать соответственно его назначению; нельзя завышать ре-
жимы работы, а также работать на неиспытанном агрегате или
при отсутствии на нем предохранительных и защитных устройств.
ЕО является основным и решающим профилактическим меро-
приятием, призванным обеспечить надежную работу между ремон-
252
тами. Оно проводится, как правило, без остановки технологиче-
ского процесса.
Для обо,рудования химических производств с непрерывным тех-
нологическим процессом ТО может проводиться во время планово-
периодической остановки (ППО) оборудования в соответствии с
требованиями технологических регламентов с целью проведения
технологической чистки от осадков в емкостных аппаратах, которые
не обеспечены резервом и без которых технологическая система
работать не может. Для остального оборудования ТО осуществля-
ется в период нахождения оборудования в резерве или в нерабо-
чий период.
Основное назначение периодического ТО — устранение дефек-
тов, которые не могут быть обнаружены или устранены в период
работы оборудования.
Главным методом ТО является осмотр, во время которого опре-
деляется техническое состояние наиболее ответственных сбороч-
ных единиц и деталей оборудования, а также уточняется объем
предстоящего ремонта.
При эксплуатации аппаратов, работающих под давлением, сле-
дует руководствоваться «Правилами устройства и безопасной экс-
плуатации сосудов, работающих под давлением». Согласно Пра-
вилам, аппарат в процессе эксплуатации нужно остановить в сле-
дующих случаях: при неисправности предохранительных клапанов,
указателя уровня, манометра (и невозможности определить давле-
ние по другим приборам); при неисправности или неполном коли-
честве крепежных деталей крышек и люков; при неисправности
блокировочных предохранительных устройств, контрольно-измери-
тельных приборов и средств автоматики; при обнаружении в ос-
новных элементах аппарата трещин, выпучин, значительного утон-
чения стенок, течи в болтовых и заклепочных соединениях, разры-
ва прокладок, пропусков или потения в сварных швах; при сниже-
нии уровня жидкости в аппаратах с огневым обогревом ниже до-
пустимого и при возникновении пожара, непосредственно угрожаю-
щего аппарату под давлением.
Для обеспечения нормальной эксплуатации оборудования, на-
ходящегося на открытой площадке, необходимы достаточная теп-
ловая изоляция аппаратов и местный обогрев необходимых участ-
ков в холодное время года. Особое значение для успешной рабо-
ты оборудования вне утепленного здания имеют использование ав-
томатизации и управление процессом на расстоянии. Такое реше-
ние допускает сосредоточить все управление процессом в отдель-
ном закрытом помещении, с тем чтобы обслуживающий персонал
находился вне здания минимально возможное время. Таким обра-
зом, рекомендуется предусматривать централизованную систему
управления химико-технологическими процессами.
При выборе схемы управления для непрерывных химико-техно-
логических процессов, регулирование которых должно произво-
ла
литься по многим технологическим параметрам, целесообразна ав-
томатическая система управления; если по тем или иным причи-
нам автоматическая система управления не может быть примене-
на, следует предусмотреть дистанционный контроль и управление _
процессом и работой оборудования с центрального пульта. При j
этом должны также предусматриваться блокировочные и защит- ]
ные устройства, обеспечивающие безопасность и надежность экс-
плуатации оборудования, в частности сигнализация (звуковая и |
световая) при отклонениях от технологического режима или ава- j
рийном состоянии оборудования. |
Ремонт. Ремонт — это комплекс операций по восстановлению ,|
исправности или работоспособности оборудования и восстановле- J
нию ресурсов оборудования. Ремонт любого вида, как правило, j
должен сопровождаться выдачей определенных гарантий на после- |
дующий срок эксплуатации. J
В химической промышленности планово-предупредительные ре- 1
монты проводят по двум методам. Для основного оборудования, 1
которое определяет производственную мощность агрегата техно- 1
логической линии, применяют метод планово-периодического ре- Я
монта, при котором все виды ремонта выполняют в заранее уста- 1
новленной последовательности через определенное количество от- 1
работанных агрегато(машино)-часов. Для вспомогательного обо- I
рудова ни я применяют метод послеосмотровых ремонтов, при кото- Л
ром планирование ремонта производится на основе сведений о со- Я
стоянии оборудования, полученных при предварительном техниче- 1
с ком осмотре. Я
В соответствии с особенностями повреждений и износа состав-
ных частей оборудования, а также трудоемкостью ремонтных оа- Я
бот предусматривается проведение двух видов ремонта: текущего Я
(ТР) и капитального (КР). Я
Текущий ремонт. ТР представляет собой вид планового Я
ремонта, выполняемый для обеспечения или восстановления рабо- Я
тоспособности оборудования и состоящий в замене или восстанов- Я
лении его отдельных сборочных единиц и деталей. Я
При ТР производятся следующие работы: 1) операции техни- Я
ческого обслуживания; 2) замена быстроизнашивающихся дета- Я
лей и их соединений; 3) ремонт футеровок и антикоррозионных Я
покрытий; 4) замена набивок сальников и прокладок; 5) провер- Я
ка на точность; 6) ревизия электрооборудования. Я
Капитальный ремонт. КР оборудования осуществляется Я
с целью восстановления исправности и полного или близкого к Я
полному восстановлению ресурса оборудования с заменой или вое- Я
становлением его частей, включая базовые, и их регулировкой. Я
В объем КР входит: 1) объем текущего ремонта; 2) замена или Я
восстановление всех изношенных деталей и сборочных единиц, Я
включая и базовые; 3) полная или частичная смена изоляции, Я
футеровки, обмоток и др.; 4) выверка и центровка машины; 5) мо- Я
254
технизация оборудования (три необходимости); 6) (Проверка пара-
метров взрывозащиты; 7) послеремонтные испытания и т. п.
На КР оборудования составляют следующую документацию:
I) ведомость дефектов по форме 8А; 2) смету расходов; 3) план
организации работ (ПОР) для установок, агрегатов, технологиче-
ских линий; 4) руководство по капитальному ремонту или техниче-
, кие условия на капитальный ремонт; 5) сетевой график (для ре-
монта наиболее сложного оборудования, установок, технологиче-
ских линий).
Метод планово-периодических ремонтов. Номенклатура основ-
ного оборудования, на которое распространяется метод планово-
периодических ремонтов, составляется по форме 8Б.
Нормативы на ремонт. В Системе технического обслу-
живания и ремонта приведены нормативы на ТО, ТР и КР обору-
дования (периодичность ТО и ремонтов и продолжительность
простоев в ремонте) и трудоемкость ТО и ремонта (затраты тру-
да) .
В табл. 8.4 дана выборка из нормативов на отдельные виды
оборудования.
Данные в нормативах простои оборудования являются макси-
мально допустимыми.
Простой в ремонте исчисляется с момента отключения обору-
дования и прекращения выпуска целевого (промежуточного) про-
дукта до момента пуска отремонтированного оборудования в экс-
плуатацию и выхода данного продукта. Он включает в себя время
на проведение, подготовительных, ремонтных и заключительных ра-
бот.
Подготовительные работы необходимы для остановки оборудо-
вания, сброса давления, охлаждения, удаления продукта, продув-
ки, промывки, нейтрализации и т. п. Подготовительный период за-
канчивается моментом сдачи оборудования ремонтному персоналу.
Непосредственно ремонт включает в себя период от момента
принятия оборудования в ремонт до момента сдачи отремонтиро-
ванного оборудования эксплуатационному персоналу.
Заключительный период включает в себя время для подготов-
ки и пуска отремонтированного оборудования в эксплуатацию (под-
ключение коммуникаций, снятие заглушек, вывод оборудования на
Рабочий режим в соответствии с технологическим регламентом).
• аботы подготовительного и заключительного периодов выполня-
ются эксплуатационным персоналом с привлечением ремонтни-
ков.
Общее число рабочих часов оборудования в нормативах ус-
ловно принято: в месяце — 720 ч, в году — 8640 ч.
Ремонтный цикл — это наименьший повторяющийся период
эксплуатации оборудования, в течение которого осуществляются а
определенной последовательности установленные виды техническо-
го обслуживания и ремонта, предусматренные нормативами.
255
Форма 8А
Предприятие .................
УТВЕРЖДАЮ
Цех........................
Главный механик
«-------»--------------------- 19
Ведомость дефектов
на капитальный ремонт-----------(на,цено.ав„,-осорудоваяя»
Е Е 2 Наименование сборочных единиц и деталей, подле- жащих ремонту Перечень дефектов Мероприятия по их уст- ранению Номер чертежа Необходимые материалы и запчасти Работа будет производиться (наименование ремонтного подразделения) Примечание
наимено- вание единица измерения количе- ство
Проверил:
Инженер бюро ППР
Начальник цеха . .
Руководитель ремонта
Таблица 8.4. Нормативы на техническое обслуживание,
текущий и капитальный ремонт оборудования
Наименование оборудова- ния (тип, марка) и краткая техническая характеристика Периодичность ТО и ремонта (числитель) и продолжитель- ность простоя (знамена- тель), ч Трудоемкость ТО и ремонта, чел.-ч
ТО ТР КР ТО ТР КР
Насосы центробеж- ные консольные типа X: <2 = 84-15 м3/ч; Н = = 204-90 м — 1440/8 17280/68 — 8 53
Вакуум-насос ВВН-6 <2=360 м3/ч 720/8 2160/32 17280/83 10 32 80
Центрифуга осадитель- ная горизонтальная со шнековой выгрузкой осадка типа НОГШ-ЮОО 720/8 2160/38 17280/182 10 48 192
Вакуум-фильтр бара- банный БОК-Ю 720/8 2880/72 25920/238 6 164 261
Фильтр-пресс ФПАКМ-10 720/12 2160/156 2590/480 26 154 462
Измельчитель ротор- ный ИПР-300 720/1 1440/8 17280/48 2 24 146
Сушилка барабанная с футерованной топкой: D — 2,2 м; £=10 м (про- изводство удобрений) 720/16 8640/80 25920/720 46 120 1200
Аппарат стальной с мешалкой: У=6,3 м3 (производство лаков и красок) — 720/8 17280/120 — 8 98
Выпарной аппарат с подвесной греющей ка- мерой: F — 2304- 272 м2 (производство хлора и каустической соды) 720/17 43200/198 86400/230 20 669 940
Ректификационная ко- лонна: £>=1800 мм; ''=49,64 м (производст- во этилена) — 8640/176 43200/870 — 48 870
Абсорбер стальной: ° = 600 мм; Н—1,8 м (производство гидразин- гидрата) — 4320/36 34560/104 — 14 120
Фильтр рукавный из нержавеющей стали (производство парафор- ма) 180/2 1440/32 17280/128 4 24 52
9 о
3 Зак. 1766
257
Рис. 8.15. Схема структуры ремонтного цикла абсор-
бера (£>=600 мм: Я=1,8 м):
Ц — ремонтный цикл; Ut — межремонтный период; Т и К —
текущий и капитальный ремонты; *пр н <пр — простой в те-
кущем и капитальном ремонтах
Межремонтный период — это время между двумя 'последова-
тельно проведенными ремонтами оборудования. Чередование ре-
монтов в определенной последовательности и через определенные
промежутки времени называется структурой ремонтного цикла.
В качестве примера на рис. 8.15 приведена схема структуры
ремонтного цикла абсорбера (Z) = 600 мм; Н—\,8 м; табл. 8.4). Ре-
монтный цикл абсорбера
Д-34 5604-2/пр,
где 34 560 — ресурс между ремонтами; 2/Пр — суммарный простой за ремонт-
ный цикл, ч (приняты по табл. 8.4).
Метод послеосмотровых ремонтов или метод ремонта по техни-
ческому состоянию оборудования. При техническом
осмотре
уста-
навливаются характер требующихся ремонтов, сроки их выполне-
ния, примерные объемы, а также выявляются изношенные детали,
подлежащие замене вновь изготовленными или реставрированны-
ми.
Номенклатура и периодичность осмотров оборудования оформ-
ляются ведомостью по форме 8В.
Подготовка оборудования к ремонту. В балансе времени экс-
плуатации оборудования простои его в ремонте занимают значи-
тельную часть. Чтобы сократить простои оборудования и провес-
ти успешно ремонт, необходимо заранее подготовить оборудование
к ремонту. Перед сдачей в ремонт оборудование следует очистить
от грязи и шлама, промыть и отключить от коммуникаций, а так-
же обесточить. Оборудование, связанное с производством взрыво-
и пожароопасных, агрессивных и вредных для здоровья человека
веществ, должно быть освобождено от рабочей среды и обезвре-
жено (нейтрализовано, пропарено, продуто азотом, провентилиро-
вано и т. п.). Кроме того, такое оборудование отключается от сис-
тем с помощью специальных заглушек.
Оборудование следует сдавать в ремонт комплектным*. До на-
чала ремонтных работ необходимо проверить все механизмы, что-
* Порядок сдачи в ремонт и приемки
19504—74.
из ремонта устанавливает
ГОСТ
258
бы не было случайного включения оборудования в работу, и сде-
лать предупредительные надписи. План организации работ дол-
жен быть разработан с учетом применения наибольшей механиза-
ции — специальных ремонтно-монтажных приспособлений.
Проведение ремонта оборудования. Особое внимание в соот-
ветствии с характером ремонтируемого оборудования должно уде-
ляться технике безопасности при проведении ремонтных работ —
обеспечению рабочих мест проверенным грузоподъемным и таке-
лажным оборудованием, низковольтными или взрывобезопасными
переносными лампами, неискрящим инструментом, переносными
вентиляторами, средствами пожаротушения и т. п.
Организация ремонта и чистка оборудования взрыво- и пожа-
роопасных установок должны осуществляться в соответствии с
«Правилами и нормами техники безопасности и промышленной са-
Предприятие -----------------------
Цех № -----------------------------
Форма 8Б
УТВЕРЖДАЮ
Главный инженер -----
» 19— г
Перечень
оборудования, на которое распространяется метод
планово-периодического ремонта
№ п/п Наименование оборудова- ния (тип, марка) и краткая техническая характеристика Номер позиции Ресурс между ремонтами (числитель) и простой в ремонте (знаменатель), в часах Примечание
Глвный механик ---------——————
Главный энергетик----------—-----—
I лавный приборист ----------------
Начальник производственного
отдела ____________________________
9*
Начальник цеха -------------
Руководитель
ремонтного
подразделения --------------
259
Предприятие ..........
Цех № --------------------------
Форма 8В
УТВЕРЖДАЮ
Главный инженер
«----»----------19—г.
Перечень
оборудования, на которое распространяется
метод ремонта по техническому состоянию
№ п/п Номер позиции Наименование оборудования (тип, марка) и краткая техническая характеристика Периодич* ность ремонтов
Главный механик ----------------
Главный энергетик---------------
Главный приборист ------------—
Начальник производственного
отдела -------------------------
нитарии для проектирования и эксплуатации пожаре- и взрыво-
опасных производств химической и нефтехимической промышлен-
ности». Согласно этим Правилам, ремонтные и другие работы
внутри аппаратов, устанавливаемых во взрывоопасных цехах и под
открытым небом (если в них была горячая среда), должны про-
изводиться только специальными — не искрящими при ударах
инструментами. Ремонт оборудования должен осуществляться с
использованием прогрессивных форм и методов: централизации и
специализации ремонтных работ, применения узлового и агрегат-
ного методов ремонта, механизации трудоемких работ.
Методы ремонта химического оборудования. На современных
химических предприятий применяют узловой и агрегатный методы
ремонта.
260
Метод узлового ремонта оборудования заключа-
ется в том, что отдельные сборочные единицы машин и аппаратов,
требующие ремонта, снимаются со своего места и заменяются ре-
зервными, заранее отремонтированными, приобретенными или за-
готовленными. Этот метод ремонта рекомендуется применять там,
где общая комплектация оборудования состоит из отдельных сбо-
рочных единиц и агрегатов. Наиболее целесообразно применять
метод узлового ремонта для оборудования: 1) одноименных рас-
пространенных моделей, имеющихся на заводе в большом количе-
стве; 2) лимитирующего производство; 3) транспортного и трубо-
проводного (независимо от количественного состава).
Применение в химической промышленности метода узлового ре-
монта способствует резкому сокращению простоя оборудования в
ремонте и высокому уровню организации ремонта оборудования.
Как показал опыт, приведенные в системе ППР нормативные дан-
ные простоев оборудования при применении этого метода снижа-
ются более чем на 40%.
Агрегатный метод ремонта. При размещении техно-
логического оборудования на открытых площадках необходимо
предусмотреть агрегатную систему ремонтов ТР и КП, т. е. воз-
можность ремонта отдельных сборочных единиц в механических
мастерских с таким расчетом, чтобы работа ремонтного персонала
на открытой площадке ограничивалась только демонтажем и (мон-
тажом этих сборочных единиц.
Во ВНИИПТхиммаше разработан метод ремонта гуммированных аппаратов
(емкостной аппаратуры и барабанных вакуум-фильтров), позволяющий значи-
тельно снизить затраты на ремонт и повысить срок службы отремонтированно-
го оборудования [28].
§ 8.5. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ПО ИСПЫТАНИЮ
ХИМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
Цель испытаний аппаратов — проверка их прочности и плотно-
сти. Аппараты испытывают с помощью гидравлики, пневматики,
промазки сварных швов керосином. Гидроиспытание проводят пос-
ле изготовления или монтажа.
Пробное давление. Давление, при котором испытывается аппа-
рат, называется пробным. Величина пробного давления при гид-
равлическом испытании цилиндрических, конических, шаровых и
Других сварных сосудов и аппаратов (ОСТ 26.291—79) определя-
ется по формуле
Р„р = 1,25р|<7|м/[а|„ (8.3)
где [а]2е и [а] t—допускаемые напряжения для материала сосуда н его эле-
ентов соответственно при t=20 °C и при рабочей температуре, МПа. Отно-
шение [от] 2с>/[<т] < принимается по тому материалу аппарата, для которого это
яношение наименьшее (обечайки, днища, фланцы аппарата, патрубки и др.)
261
Пробное гидравлическое давление для сосудов и аппаратов, ра-
ботающих при минусовых температурах, принимается такое же,
как при / = 20°С.
Сосуды и аппараты, работающие при атмосферном давлении,
испытываются наливом воды или пневмоиспытанием под давлени-
ем 0,01 МПа. Сосуды и аппараты, работающие под давлением ни-
же 0,07 МПа, должны испытываться при рПр = 0,2 МПа. При испы-
тании вертикальных аппаратов в горизонтальном положении к
пробному давлению прибавляется гидростатическое давление.
Многослойные рулонированные сосуды высокого давления под-
вергаются на заводе-изготовителе гидравлической опрессовке тех-
нологическим давлением, равным 1,5 от расчетного давления, в це-
лях увеличения плотности (многослойной стенки и проверки проч-
ности и герметичности соединений.
Сосуды и аппараты, на которые имеются специальные ГОСТы,
испытываются при давлениях, указанных в этих ГОСТах.
Гидравлическое испытание. Гидравлическое испытание сварных
сосудов и аппаратов производится с крепежом и прокладками.
Сосуды и аппараты с защитным покрытием или изоляцией ис-
пытываются гидравлически, до наложения покрытия из изоляции.
Гидравлические испытания водой, температура которой не дол-
жна быть ниже 5 и выше 40 °C, проводят следующим образом. Ап-
парат в течение определенного времени (в зависимости от толщи-
ны стенки аппарата) находится при пробном давлении:
Время выдержки, мин 10 20 30 60
Толщина стенки, мм . . до 50 50—100 свыше 100 литые и
много-
слойные
сосуды
После этого давление снижается до рабочего, при котором про-
изводят осмотр аппарата и обстукивание сварных швов молот-
ком массой 0,5—1,5 кг (в зависимости от толщины стенки). Повы-
шать давление до пробного и снижать до рабочего необходимо
плавно и медленно.
При испытании многослойных рулонированных сосудов высо-
кого давления снижение давления производят со скоростью
10 МПа/мин. При этом давление, равное рабочему, поддерживает-
ся в течение всего времени, необходимого для осмотра.
На рис. 8.16 показано гидравлическое испытание на стенде
многослойного рулонированного сосуда высокого давления (ко-
лонны синтеза аммиака диаметром 2400 мм). После гидравличе-
ского испытания воду из аппарата удаляют, а аппарат и его внут-
ренние устройства продувают сухим сжатым воздухом. При удале-
нии воды из аппарата следует открыть воздушник во избежание
образования вакуума и возможной деформации аппарата.
262
Рис. 8.16. Гидравлическое испытание на стенде колон-
ны синтеза аммиака
Аппараты, работающие при атмосферном давлении, должны
испытываться наливом воды. Залитый водой до верхней кромки
сосуд выдерживается в течение 4 ч до начала осмотра с обслужи-
ванием сварных швов молотком.
Испытание сварных швов керосином. При испытании сварных
швов поверхность контролируемого шва необходимо обильно смо-
чить керосином в течение всего периода испытания. Наименьшее
время выдержки при испытании керосинам, согласно ОСТ
26.291—79, в зависимости от толщины шва следующее:
Толщина шва, мм..................... 4
Время выдержки, мин, при положе-
нии шва:
нижнем........................ 20
верхнем . . ............ 30
4—10 свыше 10
25 30
35 40
Пневматическое испытание. Контроль плотности приварки укреп-
ляющих колец и патрубков штуцеров осуществляется пневматиче-
ским испытанием при давлении 0,4—0,6 МПа с обмыливанием
швов внутри и снаружи аппарата. Кроме того, в тех случаях, ког-
да проведение гидравлического испытания невозможно (недопус-
тимы большие напряжения от массы воды в аппарате; трудность
удаления воды; наличие внутри аппарата футеровки, препятствую-
щей заполнению аппарата водой), разрешается, согласно ОСТ
26.291—79, заменять его пневматическим — воздухом или другим
нейтральным газом.
Пневматическое испытание производят, принимая особые меры
предосторожности, так как этот вид испытания значительно опас-
263
нее гидравлического. Поэтому пневматическое испытание допуска-
ется только при условии положительных результатов, (полученных
после тщательного внутреннего осмотра и проверки прочности со-
суда. Обстукивание аппарата под давлением при пневматическом
испытании запрещается; для проверки аппарата производят обмк-
ливание сварных швов.
Аппараты признаются выдержавшими испытания, если в про-
цессе испытания не замечается падения давления по манометру
в течение установленного времени, течи или потения через свар-
ные швы и фланцевые соединения, если после испытания не воз-
никает остаточных деформаций и не обнаруживается признаков
разрыва.
Пуск, остановка и испытание на герметичность в зимнее вре-
мя аппаратов, эксплуатируемых под давлением на открытом воз-
духе или в неотапливаемых помещениях, должны производиться
строго по регламенту, установленному ОСТ 26.291—79. Согласно
ОСТу, пуск, остановку и испытания рекомендуется по возможности
проводить при температуре окружающего воздуха выше О °C. При
температуре воздуха ниже О °C желателен прогрев аппаратов.
Гл*ава 9. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ПО ТЕХНИКЕ
безопасности, противопожарным
МЕРОПРИЯТИЯМ И ОХРАНЕ ТРУДА
Развитие нашей промышленности, высокие темпы роста объема производ-
ства неизменно влекут за собой улучшение условий труда. Непрерывная ин-
тенсификация технологических процессов и увеличение единичных мощностей
оборудования заставляют вести постоянный поиск путей улучшения техники
безопасности. В создании безопасных условий труда немалая роль принадле-
жит проектировщикам.
§ 9.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
При проектировании вновь возводимых и реконструируемых хи-
мических установок необходимо руководствоваться санитарными
нормами проектирования промышленных предприятий СН 245—71
и противопожарными требованиями СНиП 2.09.02—85 (см. § 8.1).
Классификацию опасных и вредных производственных факторов
устанавливает ГОСТ 12.0.003—83. Общие требования безопасности
при производстве, применении и хранении вредных веществ, содер-
жащихся в сырье, продуктах, полупродуктах и отходах производств,
устанавливает ГОСТ 12.1.007—76 ССБТ.
По степени воздействия на организм вредные вещества под-
разделяют на четыре класса опасности: 1) чрезвычайно опасные,
2) высокоопасные, 3) умеренно опасные, 4) малоопасные.
В химических установках, связанных с вредными веществами,
должно быть предусмотрено -применение прогрессивного техноло-
гического производства (замкнутый цикл, автоматизация, комп-
лексная механизация, дистанционное управление и др.), исключаю-
щее контакт человека с вредными веществами. Предельно допусти-
мые концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны уста-
навливает ГОСТ 12.1.005—76 (см. приложение П4).
При проектировании установок химических производств необ-
ходимо предусмотреть технические средства и устройства, исклю-
чающие содержание в воздухе ядовитых газов, паров и пыли в
концентрациях, превышающих предельно допустимые (см. прило-
жения П.4, П.5).
Общие требования по обеспечению взрывобезопасности, про-
изводственных процессов, в которых участвуют вещества, способ-
гпг °бразовать взрывоопасную среду (см. § 9.3), устанавливает
ОСТ 12.1.010—76. Соблюдать предельно допустимые -концентра-
265
ции следует в первую очередь путем соответствующей организации
технологических процессов и рационализации оборудования, обес-
печения непрерывных процессов, комплексной механизации, робо-
тизации и автоматизации производственных процессов, полной
герметизации оборудования, применения специальных систем по
улавливанию и утилизации абгазов, рекуперации вредных веществ
и очистки от них технологических выбросав, нейтрализации отхо-
дов производства, промышленных и сточных вод.
Промышленные предприятия, выделяющие газ, дым, пыль, ко-
поть, нельзя располагать вблизи жилого района.
Для защиты воздуха населенных пунктов от вредных произ-
водственных выбросов органа/ми Государственного санитарного
надзора установлены санитарно-защитные зоны (минимально до-
пустимые расстояния от населенных мест до промышленных пред-
приятий). Размеры санитарно-защитных зон и производства, для
которых они предусмотрены, см. в [1].
§ 9.2. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ОБОРУДОВАНИЮ
И ПРОЦЕССАМ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ
Все движущиеся и вращающиеся части машин и аппаратов
(маховики, валы и др.) оборудуются надежными ограждениями.
Температура нагретых поверхностей оборудования и огражде-
ний на рабочих местах не должна превышать 45°C; для оборудова-
ния, внутри которого температура равна или ниже 100 °C, темпе-
ратура поверхности не должна превышать 35 °C. Если по техниче-
ским причинам невозможно достичь указанных температур, вбли-
зи источников лучистого и конвекционного тепла (например, на-
гревательных агрегатов) предусматривают водовоздушное дублиро-
вание, экранирование, высокодисперсное распыление воды на об-
лучаемые поверхности или другие меры защиты работающего.
Оборудование, приборы, трубопроводы и им подобные источни-
ки значительных выделений конвекционного или лучистого тепла
обеспечиваются теплоизоляцией. Оборудование, при эксплуатации
которого происходит влаговыделение, укрывается.
Процессы со значительным выделением пыли изолируются;
оборудование или части его, являющиеся источником выделения
пыли, укрываются и максимально герметизируются: эти процессы
должны по возможности осуществляться без непосредственного
участия в них людей. Пылящие материалы перемещают с по-
мощью пневмотранспорта, гидротранспорта или других закрытых
транспортных устройств.
При дроблении, измельчении и других связанных с пылевыде-
лениями процессах обработки материалов и изделий следует при-
менять методы работы, уменьшающие выделение пыли (увлажне-
ние материалов, мокрый помол и т. п.).
266
Технологическое оборудование, в котором производственные
процессы сопровождаются выделением ядовитых газов и паров,
должно быть максимально автоматизировано и осуществляться по
возможности в герметически закрытой аппаратуре, желательно
под разрежением.
В производствах, связанных с переработкой кислот и щелочей,
необходимо принимать специальные меры предосторожности, в ча-
стности фланцы закрывать защитными кожухами. В технологиче-
ских процессах с выделением паров кислот, щелочей и влаги с за-
крытых поверхностей ванн, укрытие которых невозможно, следует
применять защитные плавающие на поверхности жидкостей по-
крытия.
Технологическое оборудование, выделяющее теплоту, пары, га-
зы и пыль, должно иметь местные отсосы или агрегаты, улавли-
вающие и удаляющие вредные вещества, а также очищающие вы-
брасываемый в атмосферу воздух (см. § 3.1).
Для предупреждения взрыва и распределения очага возгора-
ния необходимо предусмотреть герметизацию оборудования, мест-
ные отсосы, автоматические локальные средства пожаротушения,
установку экранов и др.
Особые требования техники безопасности предъявляются к пе-
чам вращающимся и печам с псевдоожиженным слоем (ОСТ
26.01-81—78). Это вызвано рядом опасных и вредных производ-
ственных факторов: повышенным пылеуносом, возможностью хлоп-
ков и взрывов топливного газа при пуске печей, высокой темпера-
турой поверхности в зоне обслуживания.
В соответствии с требованиями ОСТа печи должны размещать-
ся вне территории взрыво- и пожароопасных зон, определяемых по
классификации «Правила устройства электроустановок».
Для защиты печей от разрушения в случае хлопка .или взрыва
топливного газа должна быть предусмотрена установка разрыв-
ных мембран или предохранительных клапанов.
На печах с вращающимися барабанами для безопасности об-
служивающего персонала следует предусмотреть ограждения зуб-
чатого венца и подвенцовой шестерни, опорных роликов, полу-
муфт, соединяющие концы валов вращающихся механизмов, распо-
ложенных на высоте менее 2 м от пола или рабочей площадки, а
также обслуживающих площадок, расположенных на высоте бо-
лее 0,8 м, и приямки в зоне обслуживания. В печах с электрообо-
гревом токоведущие части должны ограждаться.
В печах с псевдоожиженным слоем должны быть предусмотре-
ны лазы (люки). Исключение составляют печи, предназначенные
для работы с высокотоксичными средами, не вызывающими кор-
розии. Диаметры цилиндрических лазов должны быть не менее
450 мм; размер лазов овальной формы не менее 325x450 мм, раз-
мер прямоугольной формы не менее 450 x 500 мм.
267
Конкретные требования безопасности к конструкции вновь раз-
рабатываемых и модернизируемых аппаратов, работающих под
избыточным давлением до 10 МПа включительно, а также реакто-
ров емкостного типа, работающих под избыточным давлением
до 250 МПа включительно, устанавливается ОСТ 26.02-168—85
«Система стандартов безопасности труда. Аппараты емкостные с
механическими перемешивающими устройствами. Требования без-
опасности». Он распространяется на реакторы, усреднители, поли-
меризаторы и другие аппараты для производства полимерных ма-
териалов, работающие в условиях непрерывных производств.
Стандарт содержит требования к основным элементам конст-
рукции, устройству средств защиты* монтажу и транспортирова-
нию полимерного оборудования.
Так, в конструкции аппарата должны быть предусмотрены ме-
ры по предотвращению следующих опасных и вредных производ-
ственных факторов: разрушения оборудования от превышения
внутреннего давления среды; соприкосновения персонала с под-
вижными частями; повышенной загазованности и температуры
воздуха рабочей зоны; повышенного шума и вибрации и др.
В аппаратах, содержащих взрывоопасные и вредные среды, от-
несенные к 1—3-му классам опасности (ГОСТ 12.1.007—76), дол-
жны быть установлены двойные торцевые уплотнения; в аппара-
тах, работающих со взрывоопасными средами и средами, отнесен-
ными к 4-му классу опасности, допускается установка сальниковых
и одинарных торцевых уплотнений.
Для защиты аппаратов, содержащих среду, склонную к поли-
меризации и налипанию, рекомендуется совместная установка цре-
дохранительного клапана и разрывной мембраны.
Требования безопасности, предъявляемые к сосудам и аппара-
там высокого давления (кованым, кованосварным, штампосвар-
ным, вальцованно-сварным и многослойным рулонированным), ра-
ботающим под давлением от 10 до 130 МПа и температуре от —40
до 4-420 °C, устанавливает новый отраслевой нормативный руко-
водящий документ РД РТМ 26.01-155—85, разработанный Ир-
кутскНИИхиммашем. В нем изложены общие требования безо-
пасности к конструкциям сосудов и аппаратов высокого давления,
выполнение которых предотвращает или снижает до допустимого
уровня воздействие опасных и вредных производственных факто-
ров.
§ 9.3. ВЗРЫВООПАСНЫЕ И ПОЖАРООПАСНЫЕ УСТАНОВКИ
Взрывоопасные установки. К взрывоопасным относятся уста-
новки (в зданиях и на открытых площадках), в которых по усло-
виям технологического процесса могут образоваться взрывоопас-
ные смеси. Исключение составляют установки, расположенные в
зданиях (помещениях) или на открытой площадке (наружные ус-
268
тановки), где производится сжигание твердого, жидкого или газо-
образного топлива, технологический процесс которых связан с
применением открытого огня или раскаленных частей (например,
открывающиеся печи), либо наружные поверхности имеют темпе-
ратуру нагрева, превышающую температуру самовоспламенения
паров и газов окружающей среды. Примером таких установок яв-
ляются печные отделения, газогенераторные станции, газовые ко-
тельные и т. п.
Физик о-х имические критерии взрывоопасных
смесей. Пары легковоспламеняющихся жидкостей относятся к
взрывоопасным, если температура вспышки этих паров равна
45 °C и ниже.
Температурой вспышки паров легковоспламеняющейся или го
рящей жидкости называется определенная стандартным методом
наинизшая температура этой жидкости, при которой посторонний
источник зажигания вызывает вспышку ее паров, насыщающих
пространство, однако не сопровождающуюся воспламенением са-
мой жидкости.
Горючие газы относятся к взрывоопасным при любых темпера-
турах окружающей среды. Горючие пыли или волокна относятся к
взрывоопасным, если нижний предел их взрываемости ^65 г/юм3.
Температурой самовоспламенения взрывоопасной смеси газов
или паров легковоспламеняющейся или горючей жидкости с воз-
духом называется определенная стандартным методом наинизшая
температура, до которой должна быть равномерно нагрета ука-
занная смесь, для того чтобы она воспламенялась без внесения в
нее постороннего источника зажигания.
Взрывоопасные смеси газов и паров в зависимости от темпе-
ратуры самовоспламенения (ГОСТ 12.1.011—78) подразделяются
на следующие группы:
Группа взрываемости
смеси.................... Тх Т2
Температура самовос-
пламенения смеси, °C
более................... 450 300—
450
Т3
Т4 Т
200—
300
135— 100—
200 135
85—
100
Классификация взрывоопасных установок. Со-
гласно «Правилам устройства электроустановок» (ПУЭ), по горю-
чим газам и парам легковоспламеняющихся жидкостей предусмот-
рено три класса взрывоопасных помещений (В-1, B-Ia, В-16); по
наружным установкам — один кла|с (В-1г) — с выделением из
него более опасной группы устройств с открытым сливом и нали-
вом легковоспламеняющихся жидкостей; по взрывоопасным пы-
лям — два класса (В-П и В-Иа). Наиболее опасными являются
классы В-I и В-П.
Класс В-I. К нему относятся установки, расположенные в зда-
ниях, в которых выделяются горючие газы или пары в таком ко-
260
личестве и обладающие такими свойствами, что могут образовать
с воздухом или другими окислителями взрывоопасные смеси при <
нормальных недлительных режимах работы, например при загруз- |
ке или разгрузке технологических аппаратов, хранении или шере- 1
ливании легковослламенияющихся и горючих жидкостей, находя- 1
щихся -в открытых сосудах. I
Класс В-Ia. К нему относятся установки, расположенные в 1
зданиях, в которых при нормальной эксплуатации взрывоопасные |
смеси горючих паров или газов с воздухом или другими окисли- 1
теля-ми не имеют места, а возможны лишь в результате аварий
или неисправностей. |
Класс В-16. К нему относятся те же установки, что и к классу |
В-Ia, но отличающиеся одной из следующих особенностей: Л
1) горючие газы обладают высоким нижним пределом взрывае- 1
мости (15% и более) и резким запахом при предельно допустимых я
по санитарным нормам концентрациях (например, в машинных за- я
лах аммиачных компрессорных и холодильных абсорбционных ус- Я
тановок); Я
2) образование в аварийных случаях в помещениях установок Я
общей взрывоопасной концентрации по условиям технологическо- Я
го процесса исключается, а возможна лишь местная взрывоопас- 1
ная концентрация (например, в помещениях электролиза воды и |
поваренной соли); Я
3) горючие газы и легковоспламеняющиеся горючие жидкости Я
имеются в помещениях в небольших количествах, не создающих Я
общей взрывоопасной концентрации, и работа с ними производит- 1
ся без применения открытого пламени. Я
Эти установки относятся к невзрывоопасным, если работа в Я
них производится в вытяжных шкафах или под вытяжными зон- я
тами. Я
Класс В-1г. К нему относятся установки, расположенные на от- Я
крытой площадке, содержащие взрывоопасные газы, пары, горю-
чие и легковоспламеняющиеся жидкости (например, газгольдеры, Я
емкости, сливно-наливные эстакады), где взрывоопасные смеси Я
возможны только в результате аварии или неисправности. Я
Для установок, расположенных на открытой площадке, взрыво- Я
опасными считаются зоны в пределах: Я
1) до 20 м ио горизонтали и вертикали от места открытого ели- Я
ва и налива для эстакад с открытым сливом и наливом легковое- Я
пламеняющихся жидкостей; Я
2) до 3 м по горизонтали и вертикали от взрывоопасного за- Я
крытого технологического оборудования и 5 м по вертикали и го- Я
ризонтали от предохранительных клапанов для остальных уста- Я
ново к. Я
Наружные открытые эстакады с трубопроводами для горючих Я
газов и легковоспламеняющихся жидкостей относятся к невзры- Я
воопасным. Я
270
Класс B-II. К нему относятся установки в зданиях, в которых
выделяются переходящие во взвешенное состояние горючие пыли
или волокна, обладающие такими свойствами, что способны об-
разовать с воздухом и другими окислителями взрывоопасные сме-
си при нормальных ^недлительных режимах работы (например, при
<агрузке и разгрузке технологических аппаратов).
Класс В-На. К нему относятся установки в зданиях, в которых
опасные состояния, указанные выше, не имеют места при нормаль-
ной эксплуатации, а возможны лишь в результате аварий или не-
исправностей.
Пожароопасные установки. К пожароопасным установкам (в
помещениях и наружным) относятся установки, в которых приме-
няются или хранятся горючие вещества. К пожароопасным отно-
сятся пары легковоспламеняющихся и горючих жидкостей с темпе-
ратурой вспышки выше 45 °C.
Классификация пожароопасных установок.
Класс П-I. К нему относятся установки, расположенные в здани-
ях, в которых применяются или хранятся горючие жидкости с тем-
пературой вспышки паров выше 45 °C (например, склады мине-
ральных масел, установки по регенерации минеральных масел).
Класс П-П. К нему относятся помещения, в которых выделяют-
ся горючие пыль или волокна, переходящие во взвешенное состоя-
ние. Возникающая при этом опасность ограничена пожаром (но
не взрывом) либо в силу физических свойств пыли или волокон
(степень измельчения, влажность и т. п., при которых нижний пре-
дел взрыва составляет более 65 г/м3), либо в силу того, что со-
держание их в воздухе по условиям эксплуатации не достигает
взрывоопасных концентраций (например, 'Малозапыленные поме-
щения мельниц и элеваторов).
Класс П-IIa. К нему относятся производственные и складские
помещения, содержащие твердые или волокнистые горючие веще-
ства (дерево, ткани и т. п.), причем признаки, перечисленные ра-
нее, отсутствуют.
Класс П-П1. К нему относятся наружные установки, в кото-
рых применяются или хранятся горючие жидкости с температурой
вспышки паров выше 45°C (например, склады открытые или под
навесом минеральных масел), а также твердые горючие вещест-
ва (например, склады открытые или под навесом угля, торфа, де-
рева).
§ 9.4. ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ВЗРЫВООПАСНЫХ
И ПОЖАРООПАСНЫХ УСТАНОВОК
При установке электрооборудования во взрывоопасных и по-
жароопасных установках нужно руководствоваться «Правилами
устройства электроустановок», «Правилами технической эксплуа-
тации и безопасности обслуживания электроустановок промышлен-
271
ных предприятий», а также «Правилами и нормами техники безо-
пасности и промышленной санитарии для проектирования и экс-
плуатации пожаро- и взрывоопасных производств».
Взрывозащищенное электрооборудование. Во взрывоопасных
помещениях и установках необходимо применять взрывозащищен-
ное оборудование. Взрывозащищенным называется электрообору-
дование, обеспечивающее безопасность его применения в условиях
взрывоопасных помещений и установок, расположенных на откры-
тых площадках.
На взрывозащищенное оборудование, предназначенное для
внутренней и наружной установки в местах, где могут возникнуть
смеси воздуха с горючими газами, /парами или пылью (/кроме
пыли взрывчатых веществ), способные взрываться при наличии,
источника поджигания, разработан ГОСТ 12.2.020—76. ГОСТ ус-
танавливает применяемые в науке, технике и производстве терми-
ны и определения основных понятий взрывозащищенного электро-
оборудования, классификацию взрывозащищенного оборудования
по уровням и видам взрывозащиты и его маркировку.
Уровень взрывозащиты — это степень взрывозащиты электро-
оборудования при установленных нормативными документами ус-
ловиях; вид взрывозащиты — это совокупность средств взрывоза-
щиты электрооборудования, установленная нормативными доку-
ментами. В зависимости от уровня взрывозащиты взрывозащищен-
ное электрооборудование подразделяют на электрооборудование
повышенной надежности против взрыва: взрывобезопасное, особо-
взрывобезопасное. Если в состав электрооборудования входят эле-
менты с различным уровнем взрывозащиты, то общий уровень
взрывозащиты оборудования устанавливают по элементу, имею-
щему наиболее низкий уровень.
Взрывозащищенное электрооборудование для внутренней и на-
ружной установки может иметь следующие виды взрывозащиты:
1) взрывонепроницаемую оболочку, выдерживающую давление
взрыва внутри нее и предотвращающую распространение взрыва
из оболочки в окружающую среду;
2) искробезопасную электрическую цепь, выполненную так,
что электрический разряд или ее нагрев не может воспламенить-
взрывоопасную среду при предписанных условиях испытания;
3) защиту вида «е», заключающуюся в том, что в электрообо-
рудовании (или его части), не имеющем нормально искрящихся
частей, принят ряд мер дополнительно к используемым в электро-
оборудовании общего назначения, затрудняющих появление опас-
ных нагревов, электрических искр и дуг;
4) заполнение или продувку оболочки под избыточным давле-
нием (продувка осуществляется чистым воздухом или инертным
газом);
5) масляное заполнение оболочки (оболочка заполняется мас-
лом или жидким негорючим диэлектриком);
272
6) кварцевое заполнение оболочки (оболочка заполняется
кварцевым песком);
7) специальный вид взрывозащиты, основанный на принципах,
отличных от приведенных в п. 1—6, но признанных достаточными
для обеспечения взрывозащиты.
Согласно ГОСТу, взрЫ1возащищенное электрооборудование для
внутренней и наружной установки относится к группе II*. В зави-
симости от значения предельной температуры для электрообору-
дования устанавливаются следующие температурные классы:
Температурный класс Т1 Т2 ТЗ Т4 Т5 Тб
Предельная температу-
ра, °C ............ 450 300 200 135 100 80
Электрооборудование группы II, имеющее взрывонепроницае-
мую оболочку и (или) искробезопасную электрическую цепь, под-
разделяется на подгруппы ПА, IIВ и ПС.
Взрывозащищенное электроборудование группы II должно
•иметь маркировку по защите, которая содержит знаки в такой по-
ел едов ател ьности:
а) знак уровня взрывозащиты для электрооборудования:
2 — повышенной надежности против взрыва;
1 — взрывобезопасного;
0 — особовзрывобезопасного;
б) знак Ех, указывающий, что электрооборудование соответ-
ствует настоящему стандарту и стандартам на виды взрывозащи-
ты;
в) знак вида взрывозащиты:
d — взрывонепроницаемая оболочка;
i — искробезопасная электрическая цепь;
е — защита вида «е>;
о — масляное заполнение оболочки;
р — заполнение или продувка оболочки под избыточным
давлением;
q — кварцевое заполнение оболочки;
s — специальный вид взрывозащиты;
г) знак группы или подгруппы электрооборудования:
II — для электрооборудования, не подразделяющегося на под-
группы;
IIА, НВ и ПС — для электрооборудования, подразделяющегося
на подгруппы; при этом указывается один из знаков;
ТЗ А-р^знак теМ!ПеРатУРного класса электрооборудования (Tl, Т2,
Примеры маркировки взрывозащиты взрывозащищенного элек-
трооборудования группы II приведены в табл. 9.1.
* К группе I относится рудничное взрывозащищенное электрооборудование.
275
Таблица 9.1. Виды взрывозащиты взрывозащищенного оборудования
группы II и ее маркировка
Наименование электрооборудования Вид защиты Группа (под- группа) и температур- ный класс электрообо- рудования Маркировка взрывозащиты
Электрообору- дование повышен- ной надежности против взрыва Защита вида «е» II, Тб 2Ехе11Т6
Защита вида «е» и взрывонепроницаемая оболочка пв, тз 2ExedIIBT3
Искробезопасная электрическая цепь ПС, Тб 2ExiIICT6
Продувка оболочки под избыточным давле- нием II, Тб 2ExpIIT6
Взрывонепроницае- мая оболочка и искро- безопасная цепь ПВ, Т5 2ExdiIIBT5
Взрывобезопас- ное электрообору- дование Взрывонепроницаемая оболочка ПА, ТЗ !ExdIIAT3
Искробезопасная элек- трическая цепь ПС, Тб lExiIICT6
Заполнение оболочки под избыточным давле- нием II, Тб lExpIICT6
Масляное заполнение оболочки II, Тб 1ExoIIT6
Кварцевое заполнение lExqIIT6
Специальный 1ExsIIT6
Специальный и взры- вонепроницаемая обо- лочка ПА, Тб lExsdIIAT6
Специальный, искро- безопасная электриче- ская цепь и взрывоне- проницаемая оболочка ПВ, Т4 lExsidIIBT4
274
Продолжение табл. 9.1
Наименование члектрооборудования Вид защиты Группа (под- группа) и температур- ный класс электрообо- рудования Маркировка взрывозащиты
Особовзрыво- безопасное элект- рооборудование Искробезопасная электрическая цепь НС, Тб ОЕхШСТб
Искробезопасная электрическая цепь и взрывонепроницаемая оболочка НА, Т4 0ExidIIAT4
Специальный и искро- безопасная электриче- ская цепь НС, Т4 0ExsiIICT4
Специальный II, Т4 0ExsIIT4
Требования к электрооборудованию. В соответствии с ПУЭ для
установок, расположенных на открытой площадке, электрообору-
дование должно быть в исполнении, пригодном для работы на от-
крытом воздухе, или иметь устройство для защиты от атмосфер-
ных воздействий. Электрооборудование, особенно с частями, ис-
крящими при нормальной работе, рекомендуется выносить за пре-
делы взрывоопасных помещений, если это не вызывает в эксплуа-
тации особых затруднений и не сопряжено с неоправданным уве-
личением затрат. В случае невозможности выноса этого электро-
оборудования за пределы взрывоопасного помещения оно должно
иметь исполнение, удовлетворяющее требованиям Правил устрой-
ства электроустановок.
Электрооборудование должно быть защищено от механических
и по возможности от химических воздействий, а также от длитель-
ного воздействия сырости.
Температура наружных частей электрооборудования всех ис-
полнений для условий работы в пылевоздушных смесях допуска-
ется не выше 140 °C. В помещениях классов В-П и В-Па темпера-
тура нагрева наружных поверхностей оболочек электрооборудова-
ния должна соответствовать значениям, установленным ГОСТом,
но не превышать 140 °C.
Для предотвращения искрения, которое может быть вызвано
статическим электричеством, в установках всех классов (в здани-
ях и на открытых площадках) предусматриваются следующие
мероприятия:
275
1. Металлические сосуды, применяемые для хранения легковос-
пламеняющихся жидкостей, порошкообразных или волокнистых
продуктов, аппараты, содержащие эти материалы, трубопроводы
для их подачи, фильтры для очистки и подобные части, <в которых;,
может иметь место трение указанных выше непроводящих мате-^j
риалов о металлические оболочки, должны быть заземлены. h
2. Влажность воздуха в помещении рекомендуется поддержи- *
зать не менее 70%. %
3. Передачи от электродвигателей к механизмам должны при-’
меняться только клиновидные. В исключительных случаях, когда
плоскоременных передач нельзя избежать, необходимо применять ’
меры для безопасного снятия статических зарядов с ремней (смаз-
ка ремня специальными пастами и др.).
При выборе электрооборудования для пожароопасных устано-
вок необходимо учитывать также условия окружающей среды (на- i
пример, химическая активность, атмосферные осадки и т. п.) (см. '*
табл. 2.12). j ’
Электродвигатели к монтажным кранам, тельферам и т. п., а!?
также аппараты и приборы периодически работающих установок,р
не связанных непосредственно с технологическим процессом, дол-й
жны иметь следующие исполнения: Ь
1) в помещениях классов В-I и В-П — любое взрывозащищен-'*’
ное для соответствующих категорий и группы взрывоопасных сме-
сей;
2) в помещениях классов В-Ia и В-16 — защищенное;
3) в помещениях класса В-Па — закрытое.
Применение указанного электрооборудования в исполнении по- •
вишенной надежности против взрыва или в невзрывозащищенном
исполнении допускается при отсутствии взрывоопасной концент-
рации в условиях эксплуатации.
При наружных установках электродвигателей во взрывозащи-^
щенном исполнении кроме требований ПУЭ необходимо следую-^
щее: |
1) обеспечить защиту от непосредственного попадания атмо-^
сферных осадков путем устройства навесов, специальных кожухов^
и др.;
2) покрывать металлические части электродвигателей антикор-4
розионными и влагостойкими красками (красками на масляной-
основе);
3) покрывать фланцевые соединения, обеспечивающие взрыво-
защиту и соединения отдельных частей электродвигателя, влаго-
стойкой и химически стабильной консистентной смазкой (солидо-
лом, техническим вазелином и т. п.).
§ 9.5. ВЕНТИЛЯЦИЯ И ЕЕ ВЫБОР
Вентиляция — важное средство обеспечения нормальных сани-
гарно-гигиенических и метеорологических условий -в производст-
венных помещениях. Поэтому во всех производственных и вспо-
могательных помещениях должна быть предусмотрена вентиля-
ция — естественная, механическая или смешанная.
Выбор системы вентиляции зависит от свойств выделяющихся
вредностей, наличия тепловыделений, а также от вида технологи-
ческого оборудования и его расположения в здании. На участках
с различными по свойствам вредностями и резко отличающимся
„ежимом их выделения целесообразно иметь отдельные самостоя-
тельные системы вентиляции. При проектировании в первую оче-
редь следует использовать систему аэрации в сочетании с местны-
ми механическими вытяжными системами. Обычно местом возмож-
Таблица 9.2. Кратность воздухообмена в производствах
некоторых химических веществ
Продукты производства Вредные выделения Кратность воздухо- обмена в 1 ч Краткая характеристика технологического процесса
Хлористый аммо- Хлор, аммиак ±4—5 Непрерывный; часть оборудования недоста- точно герметизирована
!ексахлоран Хлор, бензол, гек- сахлоран ±12—15 —
Хлористый кальций Соляная кислота, пыль хлористого кальция ±4—5 Непрерывная загрузка и периодическая вы- грузка
Каустик (аммиач- ная очистка) Аммиак, пары кау- стической соды ±4—5 Непрерывный; под вы- соким давлением; герме- тизированный
Нолихлорвинило- вая смола Хлор, хлористый водород, хлорвинил, ацетилен ±5—8 Непрерывный; корро- зия
Цианистый водо- род Метан, синильная кислота ±10 Непрерывный; под ва- куумом; герметизирован- ный; управление дистан- ционное
Ацетонциангидрин Синильная кисло- та, ацетон ±12—15 Непрерывный; под не- большим давлением; гер- метизированный; управ- ление дистанционное
'лористый цинк Хлористый водо- род ±7 Непрерывный; загрузка и выгрузка периодиче- ская
Оксид углерода Оксид углерода ±8—10 Непрерывный; недо- статочно герметизиро- ванный; загрузка перио- дическая
277
ных выделений вредных паров и газов являются загрузочные лю-
ки, сальники насосов, места отбора проб и т. п.
При незначительной токсичности веществ, загрязняющих воз-
дух, и отсутствии тепловыделений достаточно предусмотреть ме-
стные вытяжки. В складах и неотапливаемых производственны^
помещениях, где не предусмотрено постоянное пребывание люд^
а также во вспомогательных и бытовых помещениях можно огра-
ничиться только вытяжной вентиляцией, обеспечив при этом орга-‘
низованный приток свежего воздуха.
Для оборудования, где нет фиксированных мест выделения па-
ров и газов, в зонах его установки следует предусмотреть обще-
обменную вытяжную вентиляцию.
Воздухообмен. Требуемый .воздухообмен (кратность обмена)
рассчитывается исходя из тепло- и газовыделений. Формулы для
расчета кратности обмена приведены в [1].
Кратности воздухообмена ряда веществ химических произ-
водств указаны в табл. 9.2 (см. [19]), где знаком « + » обозначает-!
ся приток воздуха, а знаком «—» — вытяжка. 4
Глава 10. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Цель экономической части — экономическое обоснование технических ре-
шений, принятых в дипломном проекте, которое сводится к эффективности, оп-
ределяемой себестоимостью продукции, удельными капитальными вложениями,
сроком окупаемости капитальных вложений.
§ 10.1. РЕКОМЕНДАЦИИ К ВЫПОЛНЕНИЮ
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЧАСТИ
ДИПЛОМНОГО ПРОЕКТА
Экономическая часть дипломного проекта должна разрабаты-
ваться в единстве с остальными ее частями — технологической,
механической, механико-1монтаж'ной и др.
Экономическая эффективность проектируемого оборудования.
Эффективность проектируемых машин (аппаратов) состоит в пер-
вую очередь в том, что их применение обеспечивает экономию ма-
териалов, топлива, электроэнергии, труда рабочих, а также сокра-
щение капитальных затрат на единицу продукции при высоком ее
качестве.
Экономия сырья и использование отходов производства, внед-
рение безотходной технологии — один из эффективных способов
снижения себестоимости продукции, увеличение рентабельности
производства, ускорения социально-экономического развития на-
шего общества. Экономическая эффективность новых технических
и организационных мероприятий определяется при помощи стои-
мостных и натуральных показателей. К основным стоимостным
показателям относятся себестоимость единицы продукции и удель-
ные капитальные вложения (отношение капитальных затрат к го-
довому объему производства), к натуральным — показатели, ха-
рактеризующие производительность, долговечность, мощность
и др.
Для отдельных производств наряду с основными стоимостными
и натуральными показателями, влияющими на эффективность ка-
питальных вложений, решающими могут быть признаны мероприя-
тия, направленные на улучшение условий труда и безопасность
работы.
Во многих химических производствах важнейший показатель
эффективности применения того или иного аппарата (машины) —
Уровень интенсификации. Уровень интенсификации дается в нату-
ральном выражении и является специфическим для каждого про-
279
изводства, например для производства синтетического аммиака
таким показателем является производительность одной колонны
синтеза (т/сут), для сернокислотного производства — съем серной
кислоты с 1 м3 (кг/сут).
Технико-экономические показатели. В связи с тем что разраба^
тываемая в дипломном проекте установка входит в производстве^
ный комплекс (цех, производство) и является лишь его частью»;*
расчет эффективности не может быть определен с достаточной :
точностью. Поэтому расчет эффективности следует производить
по основным технико-экономическим показателям.
Основные показатели, по которым определяется экономичность
проектируемого аппарата (машины) в их изготовлении по сравне-
нию с действующими, — масса, размеры, металлоемкость, стои-
мость изготовления.
Снижение металлоемкости изготовляемого оборудования может
быть достигнуто при повышении единичных мощностей агрегатов •
технологических линий и отдельных видов аппаратов и машин, пе-
реход на новые конструкции оборудования, отличающиеся приме-
нением металла прогрессивных марок и улучшенного сортамента
(см. § 2.1, 2.2, 2.4).
Экономичность аппарата (машины) в эксплуатации по срав-
нению с действующими определяется рядом основных показате-
лей: производительностью аппарата (машины); затратами на
монтаж и освоением аппарата (машины); временем, необходимым
на производство единицы продукции» получаемой с проектируемо-
го аппарата (машины); сроком службы аппарата (машины);
сложностью ремонта и затратами на него; производственной пло-
щадью, занимаемой аппаратом (машиной); численностью и квали-
фикацией обслуживающего персонала; упрощением, облегчением
и безопасностью его труда; расходом электроэнергии, лара, воды,
сжатого воздуха и других показателей при эксплуатации проекти-
руемого аппарата (машины).
Срок службы оборудования зависит от большого числа фаК*£
торов: конструкции, качества изготовления, качества комплектую- :
Щйх изделий и материалов, организации уровня ремонтного хо-
зяйства, квалификации обслуживающего персонала и др.
В современных условиях важнейшим показателем, характери-
зующим эффективность того или иного производства, является
также обеспечение охраны окружающей среды (см. гл. 3).
Обновление основных фондов. Ускорение научно-технического
прогресса в действующем производстве неразрывно связано с об-
новлением производства. На некоторых химических предприяти-
ях в настоящее время наряду с новым прогрессивным оборудова-
нием еще имеются морально и физически устаревшие машины, ко-
торые тормозят отдачу современных фондов, сдерживают темпы
научно-технического прогресса, так как это приводит к увеличе-
нию ремонтной базы, созданию дополнительных рабочих мест.
280
В ходе технического перевооружения производства осуществля-
ется процесс воспроизводства основных фондов. Мероприятия по
техническому перевооружению можно подразделить по их воздей-
ствию «а процесс воспроизводства основных фондов на четыре
группы [14]:
1. Расширение производственных фондов обеспечивается за
счет введения дополнительного оборудования, не отличающегося
по своим характеристикам от действующего.
Мероприятия этой группы направлены на увеличение выпуска
продукции, но не на повышение технико-организационного уровня
производства. Эти мероприятия следует включать в планы техни-
ческого перевооружения только в том случае,, когда другие реше-
ния не могут быть реализованы.
2. Замена старого оборудования аналогичным новым, что дает
возможность обновить основные фонды, ликвидировать физический
износ. Однако мероприятия этой группы сдерживают темпы науч-
но-технического прогресса в действующем производстве.
3. Расширение производства с вводом нового прогрессивного
оборудования способствует повышению технико-организационного
уровня, но отрицательно влияет на фондоотдачу.
4. Внедрение новейшей высокопроизводительной техники. Ме-
роприятия данной группы ликвидируют и физический и мораль-
ный износ основных фондов. Интенсификация производства дости-
гается лишь за счет таких мероприятий.
§ 10.2. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ
В зависимости от темы дипломного проекта содержание и ме-
тодика технико-экономических расчетов будут различаться и
иметь некоторые особенности. .
При проектировании аппарата (Машины) в составе участка
производства в технико-экономической части проекта ‘рекоменду-
ется произвести расчет: а) капитальных затрат; 6) металловло-
жений на 1 т производимой продукции.
При разработке проекта реконструкции отделения или участка
производства следует произвести расчет: а) капитальных затрат
на оборудование; б) эксплуатационных расходов; в) срока окупа-
емости нового оборудования.
Состав технико-экономической части проекта модернизации
оборудования будет зависеть от того, на что направлена .модерни-
зация (см. § 1.1), и потому может проводиться по различным ви-
дам затрат. Например, если в результате модернизации повыша-
ется производительность труда, а другие показатели работы обо-
рудования остаются неизменными, то рассчитываются затраты по
заработной плате; соответственно эффективность модернизации
выразится в экономии затрат по заработной плате. При этом надо
иметь в виду, что если модернизация осуществляется за счет той
281
части амортизационных отчислений, которые предназначены на
капитальный ремонт, затраты на модернизацию в расчет не при-
нимаются *.
Если темой дипломного проекта является механизация трудо-
емких ручных работ, то в технико-экономической части проводятся
расчеты: а) экономии затрат по труду; б) общей суммы расходов
за год на установленный механизм; в) срока окупаемости.
При разработке проекта на тему «Капитальный ремонт» тех-
нико-экономическая часть должна содержать следующее:
а) обоснование пригодности ремонтируемого оборудования к
дальнейшей эксплуатации;
б) определение ремонтного цикла и количества каждого вида
ремонтов в течение ремонтного цикла (см. § 8.4);
в) нормы хранения запасных деталей и сборочных единиц (см.
§ Ю.З);
г) подсчет затрат на ремонт (см. § 10.3).
Для обоснования пригодности оборудования к дальнейшей экс-
плуатации следует определить минимальный срок эксплуатации
оборудования:
М^РПТк/Тф,
где Р— длительность межремонтного цикла; П — количество целесообразных
ремонтных циклов до полного износа оборудования; Тк — календарное время
работы оборудования (8640 ч); Т$ — фактическое время работы оборудова-
ния, ч.
Если стоимость капитального ремонта равна стоимости едини-
цы оборудования или превышает ее, целесообразно на ассигно-
ванные для ремонта деньги приобретать новое оборудование,
При этом должны учитываться следующие показатели: 1) про-
должительность эксплуатации оборудования по фактическому и
календарному времени; 2) количество и характер проведенных ре-
монтов за весь период эксплуатации; 3) размер начисления амор-
тизации за весь период эксплуатации; 4) общее техническое со-
стояние оборудования и его комплектность; 5) экономичность Я
рентабельность дальнейшего ремонта.
Определение капитальных затрат. Размер капитальных затрат
на строительство проектируемого объекта складывается из зат-
рат на здания и затрат на оборудование. В дипломных проектах
размер капитальных затрат определяется по укрупненным пока-
зателям. Определяется сумма капитальных затрат на здание Н
оборудование того цеха, отделения или участка производства, ко-
торые рассчитываются в дипломном проекте.
Расчет капитальных затрат на здания. При рас-
* Модернизация оборудования может осуществляться за счет капитальная
затрат и за счет амортизационных отчислений, предназначенных на капитальный
ремонт.
282
чете стоимости строительства здания вычисляют кубатуру произ-
водственного здания и на основе укрупненных расценок определя-
ют его стоимость (сметную стоимость зданий получают как произ-
ведение укрупненного показателя затрат строительства 1 м3 зда-
ния на его объем по наружному обмеру). Стоимость 1 м3 строи-
тельства будет различной в зависимости от .конструкций зданий,
их размеров, толщины стен, строительного материала, назначения
зданий и района строительства. Примерная стоимость 1 м3 зда-
ний: деревянных — 3,5—4,5 руб., кирпичных — 6—8 руб., железо-
бетонных — 7—8 руб.
К основной стоимости строительства здания добавляется стои-
мость санитарно-технических работ в размере 25—30.% от сум-
марной стоимости строительства. К санитарно-техническим рабо-
там относятся устройства отопления, водопровода, санитарных уз-
лов, освещения, вентиляции, противопожарных приспособлений
И др.
Результаты расчета стоимости строительства зданий рекомен-
дуется сводить в смету (форма 10А).
Смета стоимости строительства зданий
Форма 10А
Объем, м3 Стоимость строитель- ства 1 м3, руб. Общая стоимость, руб. Стоимость 1 м3 сани- тарно-тех- нических работ, руб. Общая стоимость саннтарно-тех- нических работ, руб. Полная стоимость строитель- ства, руб.
Расчет капитальных затрат .на оборудование.
Стоимость оборудования влияет на величину капитальных затрат.
Капитальные затраты обычно снижаются при замене оборудования
на более производительное, при этом могут быть снижены метал-
лоемкость оборудования (металловложения) и потребность в про-
изводственных площадях. Дорогое, но более совершенное обору-
дование бывает значительно рентабельнее дешевого, но устарев-
шего.
Часто в связи с усовершенствованием оборудования и его ав-
томатизацией капитальные затраты увеличиваются, так как про-
стота и удобство обслуживания связаны со значительным удоро-
жанием оборудования, а автоматизация требует установки допол-
нительных регулирующих и тому подобных устройств. Но, как пра-
вило, увеличение капитальных затрат, вызываемое автоматизаци-
ей, окупается уменьшением эксплуатационных расходов и повы-
шением качества продукции, так как автоматизация дает возмож-
283
ность поддерживать технологический режим, упрощает обслужи-
вание оборудования и уменьшает численность обслуживающего
персонала.
Стоимость всех видов оборудования исчисляется по ценам дей-
ствующих прейскурантов на оборудование. Для расчета стоимо-
сти стандартного и нестандартного оборудования могут быть ис-
пользваны заводские данные.
В случае применения в проекте оригинального оборудования,,
отсутствующего в Прейскурантах, допускается исчислять его стой-’
мость по аналогии с родственными видами оборудования или по
стоимости материалов с учетом затрат на его изготовление.
При определении затрат на оборудование следует учитывать
расходы, связанные с его доставкой, монтажом и другими вида-
ми работ. Эти расходы принимаются в определенных процентах
или в рублях по укрупненным нормам, приведенным в табл. 10.1.
Для определения размеров капитальных затрат на оборудова-
ние надо составить ведомость по форме 10Б. При ее заполнении
следует руководствоваться следующим. Стоимость каждой едини-
цы оборудования (прафа 4) представляется в соответствии с це-
нами, указанными в прейскурантах. Данные для граф 6 ,и 7 бе-
рутся из табл. 10.1 и 10.2.
При отсутствии данных о ценах на электродвигатели стоимость
их может быть принята из расчета 30—40 руб. за 1 кВт установ-
ленной мощности.
Таблица 10.1. Нормы капитальных затрат на оборудование
Наименование затрат Укрупненная норма затрат Примечание
Транспортные заготовитель- но-складские расходы До 7% От суммы затрат на при- обретение основного техно-\ логического оборудования
Монтаж технологического оборудования 10—25% То же »
Технологические трубопро- 15—40%
воды (включая монтаж)
Изоляция, футеровка, окрас- 3-10%
ка и антикоррозионные покры- тия
Контрольно-измерительные 10—35%
приборы (включая монтаж)
Монтаж электрооборудова- ния 80—120% От суммы затрат на при* обретение энергооборудова- ния
Неучтенное оборудование и запасные части 5-10% От суммы затрат на при- обретение основного техно* логического оборудования
Металлоконструкции 220—260 руб/т —
284
Форма 10Б
Ведомость капитальных затрат на оборудование
Наименова- ние н крат- кая техни- ческая характери- стика обо- рудования Количество единиц обо- рудования в установке или отделе- нии Стоимость обо- рудования, руб. Затраты на до- ставку, монтаж, устройство фунда- ментов, кип Сметная стоимость оборудова- ния, руб.
единицы всего % от стоимо- сти обо- рудова- ния руб.
1 2 3 4 5 6 7 8
Амортизационные отчисления. В среднем для хими-
ческой промышленности общая норма амортизационных исчисле-
ний принята 8,3%, в том числе на капитальный (ремонт 3,2%. Нор-
мы амортизационных отчислений для (различных элементов основ-
ных фондов приведены в табл. 10.2*.
Определение экономической эффективности. Экономическая
эффективность определяется путем сопоставления основных тех-
нико-экономических показателей: капитальных затрат, эксплуата-
ционных расходов, срока окупаемости и других показателей по
проектируемому объекту с теми же показателями по аналогичным
объектам (завод, где проходила преддипломная практика, проект-
ные данные и др.). Экономическое обоснование проекта дополня-
ется качественным анализом, характеризующим уровень научной
Табл и ц а 10.2. Нормы амортизационных отчислений, •/•
Элементы основных фондов Общая норма В том числе на капитальный ремонт
Здания 2,8 1,5
Сооружения 5.2 1,8
Силовые машины и оборудование 9,3 4,1
Рабочие машины и оборудование 14,1 5,6
Вычислительная техника 15.2 3,8
Транспортные средства 13,7 5,0
Инструменты 19,1 2,5
* Б а х а р к о Б. А., Колосов А. Ф., Москвин В. Ф. Экономика
химической промышленности / Под ред. Л. А. Кастандова и А. Ф. Румянцева.
К, 1975.
285
организации труда: улучшение условий труда; степень его меха-
низации и уровень автоматизации производственного 'Процесса;
повышение общей культуры производства. Оценка экономической
эффективности позволяет выявити целесообразность принятых в
проекте технических решений, глубину проработки материала и
качество выполнения проекта в целом.
Проектирование аппарата (машины) в соста-
ве участка производства. Для оценки экономической эф-
фективности проектируемого оборудования и аналогичного дейст-
вующего следует сравнить затраты по металлу (удельный расход
металла на 1 т производимого продукта) и удельные капитальные
затраты. При этом сравниваемые аппараты (машины) должны
иметь одинаковую производительность, рассчитываться по одина-
ковым ценам и другим возможным условиям сопоставимости, на-
пример при одном и том же качестве получаемого продукта.
Реконструкция отделения или участка произ-
водства. Если тема проекта — «Реконструкция отделения
или участка производства», то оценка технико-экономической эф-
фективности установки тех или иных машин (аппаратов) может
быть дана путем подсчета и сопоставления капитальных затрат на
оборудование, эксплуатационных расходов и определения срока
окупаемости нового оборудования.
Для сопоставления эксплуатационных расходов надо рассчи-
тать расходы, связанные с эксплуатацией принятых к установке
аппаратов (машин) при реконструкции, и сопоставить с теми же
расходами по другому варианту, в частности имеющемуся на дей-
ствующем производстве. Путем сопоставления эксплуатационных
расходов можно определить сумму гадовой экономии в денежном
выражении:
Э = (Сг + ЕКг) - (С2 + ЕК2), (ЮЛ)
где Ci и Сг — эксплуатационные расходы на новое оборудование (после ре-
конструкции) и на оборудование действующее (до реконструкции); Ki и Кг —
соответствующие капитальные затраты; Е — нормативный коэффициент эффек-
тивности капиталовложений.
Срок окупаемости нового оборудования является частным ог
деления капитальных затрат на сумму годовой экономии:
Ток = К1Э. Нормативный срок окупаемости Ток ,в химической про-
мышленности установлен 3—5 лет, а коэффициент окупаемости,
или сравнительной эффективности, 1/Т0К — в пределах 0,2—0,33.
Механизация трудоемких работ. Чем выше уро-
вень механизации и автоматизации производства, тем меньше при
прочих равных условиях затрачивается живого труда на производ-
ство каждой единицы продукции и тем выше требования к куль-
туре производства.
В тех случаях, когда на отдельных стадиях или операциях пре-
дусматривается замена ручного труда механизмами, эффектив-
286
ность механизации, принятой в проекте, может быть рассчитана
упрощенным методом, который заключается в следующем. С вве-
дением механизации — установкой механизма — численность пер-
сонала соответственно сократится. В этом случае следует подсчи-
тать годовую сумму экономии за счет сокращения затрат по тру-
ду и общую сумму расходов за год на установленный механизм.
Разность этих расходов даст сумму экономии за год.
Оценка экономической эффективности, полученной в проекте,
является завершающим этапом технико-экономической части.
Примеры определения экономиеской эффективности в диплом-
ных проектах при проектировании аппарата, реконструкции уча-
стка производства и механизации трудоемких работ помещены в
[И-
§ 10.3. ПЛАНИРОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ ОСМОТРОВ
И РЕМОНТОВ ОБОРУДОВАНИЯ
Один из основных путей достижения высоких результатов про-
изводства — выпуск продукции за счет лучшего использования
оборудования, причем существенную роль играют здесь организа-
ция и планирование ремонтов оборудования.
Технический осмотр и ремонты оборудования производятся на
основании годового графика планово-периодических ремонтов и
месячного графика ремонта и осмотра.
Планирование технического осмотра и ремонта начинается с
разработки годового графика планово-периодического ремонта
оборудования по форме 10В, составляемой в соответстви с дейст-
вующими ремонтными нормативами (см. табл. 8.4).
Для непосредственного проведения осмотров и ремонтных ра-
бот на основании годового графика составляют месячный план-
график — отчет по форме ЮГ. При этом учитывают фактическое
использование оборудования за прошедший период. Для послеог-
мотровых ремонтов график составляют на основе утвержденной
номенклатуры (см. форму 8В) и актов на установление календар-
ного срока ремонта.
Календарное планирование планово-периодических ремонтов
производят исходя из межремонтного срока службы оборудова-
ния Гсл. к:
Т —Т Д- У/
сл.к 1 р । -^£пр’
где Тр — нормативный межремонтный ресурс, машино(аппарато)-ч; —
суммарные простои оборудования за время, прошедшее после предыдущего ре-
монта того же вида, календарные часы.
Документом, регламентирующим структуру ремонтного цикла
И длительность межремонтных периодов, является «Система тех-
нического обслуживания и ремонта оборудования предприятий хи-
мической промышленности» (см. § 8.4).
287
Форма 10В
УТВЕРЖДАЮ
Гл. инженер предприятия
«.
19— г.
Годовой график
планово-периодических ремонтов и ТО оборудования цеха №
на 19----г.
Ns п/n
Наименование
оборудования
и № поз. по
технол.
схеме
Нормативы ресурса между ре- монтами и ТО (числи- тель) и простои (знамена- тель), ч Нормативы простоя в ремонте и ТО, ч Дата последнего ремонта нлн ТО
КР ТР то КР ТР то
январь
Согласовано:
Годовой фонд рабо-
чего времени, ч
Условные обозначения:
ТР — текущий ремонт Гл. механик---
КР — капитальный ремонт Гл. энергетик -
ТО — техническое обслуживание Начальник ПТО-
Начальник цеха.
Руководитель ремонтного отделения
Зак. 1766
УТВЕРЖДАЮ
Гл. механик
« ----»------------------19---г.
Месячный
План-график-отчет
ремонта и ТО оборудования цеха № -......... -.-..—
Форма ЮГ
УТВЕРЖДАЮ
Начальник ПТО
«---------»------------------------------19------г.
№ п/п Наименова- ние обору- дования, номер по схеме Инвентар- ный номер Дата и вид последнего ремонта Фактический пробег после пре- дыдущего ремонта, ч Календарные сроки ремонта и осмотра, дн Продолжи- тельность простоя в ремонте, ч Трудозатраты, чел-ч Примеча- ние
1 9 3 4 5 6 и т.д. 30 31
Условные обозначения:
Согласовано:
ГО — периодический технический осмотр
ТР — текущий ремонт
КР — капитальный ремонт
Гл. энергетик ---,------------
«-----»-----------------19—г.
Начальник цеха--------------
Руководитель ремонтного под-
разделения —
В последнее время широкое применение получил метод сетево-
го планирования и управления (СПУ). На химических предприя-
тиях сетевые графики наиболее эффективно .попользуют при капи-
тальных ремонтах оборудования. Основа сетевого планирования
заключается в выявлении критического пути, т. е. последователь-
ности работ, составляющих -в целом наибольшую продолжитель-
ность времени от начальной до конечной технологической операции
в совокупности всех ремонтных работ. Таким образом, чтобы
уменьшить, например, сроки ремонтных работ, необходимо в пер-
вую очередь сократить продолжительность работ, находящихся
на критическом пути.
Опыт применения сетевого метода планирования показал, что
разработанные сетевые графики ремонта оборудования позволя-
ют получить наглядное представление об объеме и содержании
ремонтных работ, их технологической взаимосвязи и последова-
тельности, а также о сроках выполнения работ.
Методику составления сетевых графиков см. в (12, 42]; органи-
зацию ремонтной службы на предприятиях азотной промышленно-
сти — в [25].
Организация парка запасных частей. Своевременная заготов-
ка деталей и сборочных единиц оборудования, необходимых для
замены при ремонте, обеспечивает значительное сокращение про-
стоев оборудования в 'ремонте. Кроме того, изготовление на спе-
циализированных заводах запасных частей повышает качество и
снижает стоимость ремонтов.
С целью правильной организации парка запасных частей на
ремонтно-эксплуатационные нужды следует разработать номенк-
латуру и нормы хранения запасных деталей и сборочных единиц.
Количество деталей одного наименования (норма запаса)
Р=0ПЗК/Т,
где О — количество одинаковых деталей в машине (аппарате); П — количест-
во оборудования одного типа; 3 — запас в месяцах; принимается равным от
3 до 6 месяцев; К — коэффициент понижения количества запасных деталей в
зависимости от количества их на всех машинах (аппаратах) по данной груп-
пе; Т — срок службы деталей в месяцах.
Значение коэффициента К может быть принято по следующим
данным:
ОП . . . 1—5 10 20 30 40 55 70 80 100 125
К • • • 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,45 0,4 0,35 0,3
Затраты на ремонт оборудования. При планировании затрат
на ремонт необходимо учитывать: 1) затраты на заработную плату
по производству ремонта; 2) стоимость запасных частей и мате-
риалов; 3) накладные расходы.
В стоимости материала наибольшую часть составляют затраты
на сменные детали (по спецификации). Стоимость деталей может
290
снижена при их унификации, стандартизации и изготовле-
° и на специализированных заводах. Заработная плата опреде-
лится исходя из состава (ремонтной бригады и трудоемкости ре-
монта (чел-ч), сменности во время ремонта и часовой ставки ре-
Монтных рабочих соответствующей отрасли химической промыш-
ленности. Накладные расходы берут в -процентах от основной за-
работной платы. В среднем они составляют для ремонтных работ
120-150%.
Определение численности рабочих на ремонт и межремонтное
техническое обслуживание см. в [4].
Затраты труда на ремонт. В нормативах на основное техноло-
гическое оборудование, приведенных в («Системе технического об-
служивания и ремонта оборудования предприятий химической
промышленности» (см. выборку — табл. 8.4), указаны затраты
труда ремонтников на выполнение отдельных видов ремонта, от-
несенных к четвертому разряду (при шестиразрядной сетке). Они
определены как средние величины и поэтому являются ориенти-
ровочными. Нормативы трудоемкости ремонтов предназначены для
предварительного расчета объема ремонтных работ при плани-
ровании и не являются основанием для оплаты труда.
Финансирование ремонтных работ. Затраты на техническое об-
служивание и текущие ремонты оборудования относятся на себе-
стоимость выпускаемой продукции.
Затраты на капитальный ремонт оборудования производятся
за счет средств, выделяемых из амортизационного фонда. В нор-
мы амортизационных отчислений на капитальный ремонт вклю-
чены также затраты на капитальный ремонт уменьшенного объе-
ма (см. § 8.4), осуществляемый с периодичностью свыше 1 года.
За счет амортизационных отчислений, предназначенных для ка-
питального ремонта, производятся следующие затраты, предусмот-
ренные планом капитального ремонта.
1) на капитальный ремонт основных фондов, включая стои-
мость демонтажа и монтажа ремонтируемого оборудования и рас-
ходы по транспортировке объектов капитального ремонта;
2) на проектно-сметные и изыскательные (работы по всем ме-
роприятиям, связанным с проведением капитального ремонта, не-
зависимо от периода проведения ремонтных работ по утвержден-
ным прейскурантам отпускных цен на проектно-сметные работы;
3) на модернизацию оборудования, проводимую одновременно
с капитальным ремонтом;
4) на приобретение нового оборудования взамен устаревшего,
капитальный ремонт которого экономически нецелесообразен.
За счет амортизационных отчислений на капитальный ремонт
образуются также нормативные запасы материальных ценностей,
предназначенных для капитального ремонта, — запасные части,
детали, сменные сборочные единицы, приборы, оборудование, ме-
ханизмы.
ю*
291
ПРИЛОЖЕНИЯ
П.1. Перечень действующих стандартов на материалы, применяемые
при проектировании оборудования
Трубы
ГОСТ 8732—78
ГОСТ 8734—75
ГОСТ 3262—75
ГОСТ 10704—76
ГОСТ 617—72
ГОСТ 167—69
ГОСТ 9940—81
ГОСТ 103—76
ГОСТ 380—71
ГОСТ 8568—77
ГОСТ 2590—71
ГОСТ 2591—71
ГОСТ 8239—72
ГОСТ 8240—72
ГОСТ 8509—72
ГОСТ 8510—72
ГОСТ 1759—70
ГОСТ 7798—70
ГОСТ 7805—70
ГОСТ 5915-70
ГОСТ 5927—70
ГОСТ 280—76
ГОСТ 22032—76
ГОСТ 22033—76
ГОСТ 397—79
ГОСТ 9347—74
ГОСТ 2850—80
ГОСТ 481—80
ГОСТ 7338—77
ГОСТ 1779—83
Трубы стальные бесшовные горячедеформированные.
Сортамент
Трубы стальные бесшовные холоднодеформирован-
ные. Сортамент
Трубы стальные водогазопроводные
Трубы стальные электросварные прямошовные.
Сортамент
Трубы медные
Трубы свинцовые
Трубы бесшовные горячедеформированные из кор-
розионно-стойкой стали
Прокат черных металлов
Сталь прокатная полосовая. Сортамент
Сталь углеродистая обыкновенного качества. Марки
и общие технические требования
Сталь листовая рифленая (ромбическая и чечевич-
ная)
Сталь горячекатаная круглая. Сортамент
Сталь горячекатаная квадратная. Сортамент
Сталь прокатная. Балки двутавровые. Сортамент
Сталь прокатная. Швеллеры. Сортамент
Сталь прокатная угловая равнополочная. Сорта-
мент
Сталь прокатная угловая неравнополочная. Сорта-
мент
Метизы
Болты, винты, шпильки и гайки общего назначения.
Технические требования
Болты с шестигранной головкой (нормальной точно-
сти). Конструкция и размеры
Болты с шестигранной головкой (повышенной точ-
ности). Конструкция и размеры
Гайки шестигранные (нормальной точности). Конст-
рукция и размеры
Гайки шестигранные (повышенной точности). Конст-
рукция и размеры
Шайбы для болтов с шестигранной головкой и ше-
стигранных гаек. Класс точности А. Размеры
Шпильки с ввинчиваемым концом 1. Класс точности
В. Конструкция и размеры.
Шпильки с ввинчиваемым концом длиной 1. Класс
точности А. Конструкция и размеры.
Шплинты. Технические условия
Прокладочные материалы
Прокладочный картон
Картон асбестовый
Паронит
Резина листовая техническая
Шнуры асбестовые
292
П.2. Перечень действующих стандартов на технологическое
оборудование различного назначения
ГОСТ 3826—82
ГОСТ 11993—80
ГОСТ 24276-80
ГОСТ 3812—82
ГОСТ 13933—80
ГОСТ 15940—84Е
ГОСТ 11973—80
ГОСТ 25025—81Е
ГОСТ 19447—80
ГОСТ 14106—80
ГОСТ 13886—84Е
ГОСТ 13530—81
ГОСТ 16013—84
ГОСТ 18906—80
ГОСТ 375—84
ГОСТ 25550—82
ГОСТ 8340—84
ГОСТ 377—81
ГОСТ 6078—80
ГОСТ 5747—80Е
ГОСТ 19756—84
ОСТ 26.01.709—
81
ОСТ 26.01-
1422—81Е
ОСТ 26.01-603—
80
ОСТ 26.01-822—
«0
Каландры для резины и пластмасс. Типы, основные
параметры и размеры
Каландры резинообрабатывающие. Общетехнические
условия
Перезарядчики пресс-форм к гидравлическим вулка-
низационным прессам. Типы, основные размеры и пара-
метры
Каучуки. Приготовление и вулканизация резиновых
смесей. Оборудование
Машины диагонально-резательные горизонтальные
для прорезиненного корда, ткани и металлокорда
Станки для сборки покрышек. Общетехнические ус-
ловия
Форматоры-вулканизаторы для покрышек. Общетех-
нические условия
Вальцы для пластмасс. Общетехнические условия
Фильеры для формования химических нитей и воло-
кон из растворов. Общетехнические условия
Автоклавы вулканизационные. Общетехнические ус-
ловия
Вулканизаторы для ездовых камер. Общетехниче-
ские условия
Вулканизаторы для восстановления покрышек и бес-
камерных шин. Общетехнические условия
Смесители для резинового клея. Общетехнические
условия
Сушилки распылительные. Типы, основные парамет-
ры и размеры
Центрифуга горизонтальная с ножевой выгрузкой
осадка. Типы, основные параметры и размеры
Центрифуги фильтрующие вертикальные и подвес-
ные с инерционной выгрузкой осадка. Типы, основные
параметры и размеры
Центрифуги маятниковые. Общие технические усло-
вия
Центрифуги трубчатые. Типы и основные параметры
Центрифуги фильтрующие горизонтальные с порш-
невой выгрузкой осадка двухкаскадные общего назна-
чения. Основные параметры и размеры
Вакуум-фильтры дисковые. Технические условия
Фильтр-прессы автоматические камерные ФПАКМ. Па-
раметры и размеры.
Аппараты шнековые. Типы, основные параметры и раз-
меры.
Аппараты с механическими перемешивающими устрой-
ствами герметичные с экранированным электроприво-
дом. Общие технические условия.
Сушилки полочные вакуумные. Параметры и основные
размеры.
Сушилки вальцеленточные. Параметры и основные раз-
меры.
293
£
П.З. Классификация выбросов вредных веществ Из источников загрязнения атмосферы по составу
Классы выбросов
I. Газообразные н паро-
образные
Группа
Химический состав
1 Сернистый ангид-
рид
2 Оксид углерода
3 Оксиды азота (в
пересчете на NO2),
в том числе двуокись
азота
4 Фтористые соеди-
нения (в пересчете
на фтор-ион), в том
числе фтористый во-
дород
5 Сероуглерод
6 Сероводород
7 Хлор
II. Жидкие III. Твердые IV. Сме- шан- ные Массовый выброс, т/сут Индекс группы массового выброса
Г руппа Химический состав Подгруп- па Размер частиц М-10"6, мкм Г руппа Химический состав Подтруп- 1 па Размер частиц, М- ю-6. мкм
1 Кислоты 1 Менее 0,5 0,5 (супер- тонкий туман) 1 2 Канцероген- ные вещества Свинец, со- единения свин- ца в пересчете на РЬ 1 Менее 1 Ком- бина- ция клас- сов Менее 0,01 1
2 Щелочи 2 Свыше 0,5 до 3 (тон- кодисперс- ный туман) 3 4 Органическая пыль Неорганиче- ская пыль 2 Свыше 1 до 10 Свыше 0,01 2
Свыше 0,1 до 1,0 Свыше 1,0 до 100 3 4
to <© I. Газообразные и паро- образрые IT. Жидкие
I Группа Химический состав Группа 1 Химический состав Подгруп- па Размер частиц М-10-ь, мкм
8 9 10 11 Синильная кислота и цианиды (в пере- счете на CN) Ртуть металличе- ская Аммиак Мышьяк и его со- единения 3 Растворы солей 3 Свыше 3 до 1Q (гру- бодисперс- ный туман)
12 13 14 15 16 17 18 19 Углеводороды — всего из иих: предельные непредельные ароматические Фенол Кислотосодержащие органические соеди- нения Азотосодержащие органические соеди- нения Прочие 4 5 Растворы жидких металлов н их солей Органиче- ские со- единения 4 Свыше 10 (брызги)
Продолжение П.З
Ill. Твердые IV. Сме- шан- ные Массовый выброс, т/сут Индекс группы массового выброса
Группа Химический состав Подгруп- па Размер частип. М- 10"’’ мкм
5 6 Сажа Смолистые вещества 3 4 Свыше 10 до 50 Свыше 50 Ком- бина- ция к л ас- Свыше 10 до 100 5
7 Прочие сов Свыше 100 6
П.4. Предельно допустимые концентрации вредных веществ
в воздухе рабочей зоны
Вещество Величина предельно допустимой концентра- ции, мг/м3 Класс опасности Агрегатное состояние
1 2 3 4
Азота оксиды (в пересчете на NO2) 5 2 П
Аммиак 20 4
Анилин 0,1 + 2
Ацетальдегид 5 3
Ацетон 200 4 п
Бензил хлористый 0,5 1 п
Бензил цианистый 0,8+ 2 п
Бензил-растворитель (в пересчете на С) 300 4 п
Винилацетат 10 3 п
Винил хлористый 30 4 п
Дивинил 100 4 п
Дихлорэтан ю+ 2 п
Изобутилен 100 4 п
Иод 1 2 п
Керосин (в пересчете на С) 300 4 п
Ксилол 50 3 п
Метил бромистый 1 1 п
Метил хлористый 5 2 п
Нитрил акриловой кислоты 0,5+ 2 п
Нитрофоска (фосфорная, сульфатная и бесхлорная) 2 3 а
Нитрохлорбензол, динитрохлор соеди- нения бензола 1 + 2 п
Ннтроциклогексан 1 2 п
Поливинилхлорид 6 3 а
Полиэтилен низкого давления 10 3 а
Ртуть металлическая 0,01/0,005 1 п
Сероводород 5 2 п
Спирт этиловый 1000 4 п
Спирт бутиловый 10 3 п
Стирол, а-метилстирол 0,1 1 а
Сульфат аммония 10 3 а
Тетрахлорэтан 5+ 3 п
Титаи четыреххлористый (по содер- жанию НС1 в воздухе) 1 2 п
Толуол 50 3 п
Триэтиламин 10 3 п
Углерода оксид 20 4 п
Углероды алифатические предельные С,—Сю (в пересчете на С) 300 4 п
Углерод четыреххлористый 20+ 2 п
Феиол 54- 3 п
Фосген 0.5 2 п
Фосфорный ангидрид 1 2 п
Фталевый ангидрид 1 2 п+а
Фторопласт-4 10 3 а
296
Продолжение П.4
Вещество Величина предельно допустимой концентра- ции, мг/м3 Класс опасности Агрегатное состояние
1 2 3 4
Фтористый водород 0,5 "2 П
Хлор 1 2 П
Хлора диоксид 0,1 1 П
Хлорбензол 50+ 3 П
Хлористый водород 5 2 П
Циклогексан 80 4 П
Цинка окись 6 3 а
Этилацетат 200 4 П
Этилена оксид 1 2 п
Этилтолуол 50 4 п
Примечания; 1. В графе 2 знаком «+» обозначены величины предельно допусти-
мых концентраций — наиболее опасные.
2. В графе 4: п — пары (или газы); а — аэрозоли; п + а — смесь паров и аэрозолей.
П.5. Предельно допустимые концентрации вредных веществ
в атмосферном воздухе населенных мест
Вещество Предельно допустимая концентрация, мг/м3
максимальная среднесуточная
1 2 3
Азота диоксид 0,085 0,085
Азотная кислота:
по молекуле HNO3 0,4 0,4
по водородному иону 0,006 0,006
Акролеин 0,03 0,03
Амилацетат 0,1 0.1
Аммиак 0.2 0,2
Анилин 0,05 0,03
Ацетальдегид 0,01 0,01
Ацетон 0,35 0.35
Бензол 1,5 0,8
Бензин (нефтяной, малосернистый в 0 1,5
пересчете на С)
Бензин сланцевый (в пересчете на С) 9,05 0,05
Бутан 200
Бутиловый спирт 0,1 —
Винилацетат 0,15 0,15
Дивинил 3 1
Динил 0,01 0,01
Дихлорэтан 3 1
Изопропиловый спирт 0,6 0,6
Капролактам (пары, аэрозоль) 0,06 0,06
Капроновая кислота 0,01 0,005
Ксилол 0,2 0,2
297
Продолжение П.5
Вещество Предельно допустимая концентрация, мг/м3
максимальная среднесуточная
1 2 3
Метанол хМышьяк (неорганические соединения, кроме мышьяковистого водорода, в пе- ресчете на As) Нафталин Нитробензол Нитрохлорбензол (пара и орто) Пропилен Пропиловый спирт Ртуть металлическая Сажа (копоть) Свинец и его соединения (кроме тет- раэтилсвинца, в пересчете на РЬ) Серная кислота: по молекуле H2SO4 по водородному иону Сернистый ангидрид Сероводород Сероуглерод Синильная кислота Стирол Толуол Углерода оксид Углерод четыреххлористый Уксусная кислота Фенол Формальдегид Фосфорный ангидрид Фталевый ангидрид (пары, аэрозоль) Хлор Хлорбензол Циклогексан Этанол Этилацетат Этилбензол Этилен 1 0,003 0,008 3 0,3 0,15 0,3 0,006 0,5 0,008 0,03 0,003 0.6 3 4 0,2 0,01 0,035 0,15 0,1 0,1 0,1 1,4 5 0,1 0,02 3 0,5 0,003 0,003 0,008 0,004 3 0,3 0,0003 0,05 0,0007 0,1 0,002 0,05 0,008 0,005 0,01 0,003 0,6 1 2 0,06 0,01 0,012 0,05 од 0,003 0,1 1,4 5 0,1 0,02 3
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Альперт Л. 3. Основы проектирования химических установок.— М.,
1982 — 304 с.
2. Кафаров В. В. Принципы создания безотходных химических произ-
водств. М., 1982.—288 с.
3. Генкин А. Э. Оборудование химических заводов. М., 1986.— 280 с.
4. Рахмилевич 3. 3., Радзин И. М., Фарамазов С. А. Справочник меха-
ника химических и нефтехимических производств. М., 1985.— 591 с.
5. Шамсутдинов У. Г., Финкельштейн Б. И. Выбор оптимального фильтро-
вального оборудования с помощью ЭВМ // Химическое и нефтяное машино-
строение. 1986. № 2.
6. Макаров В. М., Зисельман Б. Г. Рулонированные сосуды высокого дав-
ления. М., 1985.— 240 с.
7. Романков П. Г., Курочкина М. И. Примеры и задачи по курсу «Процес-
сы и аппараты химической промышленности». Л„ 1984.— 232 с.
8. Поповский В. Б., Линевич Г. В. Сборка и монтаж крупногабаритных
аппаратов и емкостей. М., 1986.— 240 с.
9. Ефанов Г. Г., Татулин Р. 3. Вспомогательное технологическое оборудова-
ние робототехнических комплексов // Химическое и нефтяное машиностроение.
1987. № 2.
10. Химическая стойкость углеволокнита эпан в различных средах
И. С. Ревикова, А. В. Горяйнова, Л. Л. Лойчук // Химическое и нефтяное ма-
шиностроение. 1986. № 7.
11. Электрические терморадиационные выпарные аппараты/ Ю. И. Лосев,
С. Н. Шорин и др. // Химическое и нефтяное машиностроение. 1985. № 11.
12. Система технического обслуживания и ремонта оборудования предпри-
ятий химической промышленности. Справочник / В. Н. Азаров, В. С. Востри-
ков, В. С. Ломакин и др. М., 1986.—352 с.
13. Конструирование и расчет машин химических производств / Под ред.
Э. Э. Кольмана-Иванова. М., 1985.— 408 с.
14. Совершенствование управления обновлением основных фондов / Е. Я. Си-
рота, Н. М. Ланская // Химическое и нефтяное машиностроение. 1986. № 3,
15. Сомине кий В. С. Экономика химической промышленности. М., 1980.—
368 с.
16. Швец Ю. И., Погодин В. К. Выбор конструкций уплотнений затворов
сосудов, работающих в условиях циклического изменения давления и темпера-
туры // Химическое и нефтяное машиностроение. 1987. № 7.
17. Макаров В. М„ Шель М. М. Создание спирально-рулонных сосудов
высокого давления // Химическое и нефтяное машиностроение. 1979. № 9.
18. Рыбакова И. И. Абсорбер для очистки отходящих газов // Химическое
и нефтяное машиностроение. 1986. № 4.
19. Справочник химика. Дополнительный том. М., 1968.—508 с.
20. Кокорев Д. Т. Ультразвуковой реактор для непрерывного синтеза по-
ликарбанатов // Химическое и нефтяное машиностроение. 1973. № 9.
21. Карелин Я. А., Попова И. А., Евсеева Л. А. и др. Очистка сточных
вод нефтеперерабатывающих заводов. М., 1982.— 184 с.
22. Корягин А. А., Шадрина Н. Е., Осинский В. П. Выбор оптимального
типа промышленных сушилок для химических материалов // Химическое и
нефтяное машиностроение. 1980. № 12.
299
23. Шульга И. А. Новая конструкция массообменного устройства // Хи-
мическое и нефтяное машиностроение. 1986. № 3.
24. Справочник азотчика. Т. 2. М., 1969.— 444 с.
25. Справочник азотчика. М., 1987.— 464 с.
26. Уклистый А. Е. Окрасочные работы и робототехнологические комплек-
сы // Химическое и нефтяное машиностроение. 1985. № 11.
27. Кондрашов В. В. и др. Экспериментальное определение коэффициентов
теплопроводности стеклоэмалевых покрытий // Химическое и нефтяное маши-
ностроение. 1986. № 10.
28. Котова Т. Т., Бурак В. А., Селиванова Г. И. Ремонт гуммированной
аппаратуры // Химическое и нефтяное машиностроение. 1986. № 9.
29. Расчетные диаграммы и номограммы по курсу «Процессы и аппараты
химической промышленности».— Л., 1985.— 54 с.
30. Проскуряков В. А., Шмидт JI. И. Очистка сточных вод в химической
промышленности. Л., 1977.— 464 с.
31. Хисматулин Е. Р., Юсупов Р. С., Копылов С. И. и др. Сосуды высо-
кого давления с применением композиционного материала алюминий-стальная
проволока // Химическое и нефтяное машиностроение. 1987. № 5.
32. Семенов В. П., Киселев Г. Ф., Орлов А. А. и др. Производство амми-
ака. М., 1985.— 368 с.
33. Карпачева С. М., Рябчиков Б. Е. Пульсационная аппаратура в хими-
ческой технологии. М., 1983.— 224 с.
34. Жальнерович Н. К, Титов А. М., Федосов А. И. Применение промыш-
ленных роботов. Минск, 1984.— 222 с.
35. Елыиин А. И. Применение промышленных роботов для обслуживания
фильтров периодического действия // Химическое и нефтяное машиностроение.
1985. № 11.
36. Валуйский П. Ф., Ляшко Ф. И., Лебедев В. Н. Агрегат тонкого помо-
ла препаратов химических средств защиты растений // Химическое и нефтя-
ное машиностроение. 1980. № 8.
37. Маршев В. 3., Эльяш М. Л. Монтаж технологического оборудования
заводов азотной промышленности. М., 1979.— 199 с.
38. Хускутдинов В. А., Сайфуллин Р. С., Хабибуллин И. Г. Оборудование
производства неорганических веществ. Л., 1987.— 242 с.
39. Кавецкий Г. Д. Оборудование для производства пластмасс. М., 1986.—
224 с.
40. Карпов В. Н. Оборудование предприятий резинотехнических произ-
водств. М., 1987.— 336 с.
41. Лепетов В. А., Юрцев Л. Н. Расчеты и конструирование резинотехниче-
ских изделий. Л., 1987.— 408 с.
42. Прокофьев А. П., Никифорова М. М., Слепых В. И. и др. Экономика,
организация и планирование производства в химической промышленности. М.,
1986.— 256 с.
43. Технология аммиачной селитры / Под ред. В. М. Олевского. М.,
1978.—312 с.
44. Тетеревков А. И., Печковский В. В., Новосельская Н. В. Оборудование
заводов неорганических веществ. Сборник примеров и задач. Минск, 1984.—
196 с.
45. Бакластов А. М., Горбенко В. А., Данилов О. Л. и др. Промышлен-
ные тепломассообменные процессы и установки. М., 1986.— 328 с.
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
Абсорбер 101, 102
Автомат упаковочный 247
Агрегат для измельчения резиновых
отходов Ч 15
насосный 212
— размольный 84
Аппараты воздушного охлаждения
74—76, 197, 200
— выпорной 75, 77—79
— высокого давления 86—90
— емкости 182
— колонные 186
— корпуса 184, 185
— мокрой очистки 99
— с вращающимися барабанами 200—
202
— механическими перемешивающими
устройствами 187—191
— теплообменные U92—197
Амортизационные отчисления 285
Вакуум-насос 201, 222
Вакуум-фильтр 64
Вентиляторы 222—226
Габариты подвижного состава 24
Герметизация 31, 32
Гидроциклоны, гидроциклонная уста-
новка 112
Давление пробное 261
— расчетное 178
— условное 182
Днища Г24, 126, 137
Дробилка 11'8
Дымосос-пылеуловитель 105
Единицы измерения 15, 16
Затворы высокого давления 138—140
Измельчители 83, 84, 202, 203
Изоляция 58
Интенсификация 28—30
Испытание химических аппаратов гид-
равлическое 262, 268
—------пневматическое 263, 264
Каплеуловитель центробежный 105
Классификация взрывоопасных поме-
щений и наружных установок 269
— выбросов вредных веществ 296
— пожароопасных помещений и на-
ружных установок 271
Компоновка оборудования в здании
233
-----на открытой площадке 229—232
Компрессоры винтовые 221
— поршневые 217—219
— центробежные 219, 220
Конвейеры 242—244
Кран-балки 236, 237
Коэффициент заполнения аппарата
178
— оребрения 200
— сварного шва 181
— теплопередачи 174, 175
— теплопроводности 174
— толстостенност и (расчетный) 181
Лапы 142, 143
Материалы конструкционные 37—52
Методы ремонта 260, 261
Механизация 241, 247
Мешалки 154
Модернизация 5, 6
Модуль упругости 180
Насосы лопастные 208—214
— осевые химические 215, 216
— поршневые 205, 206
— роторные 207, 208
Надежность 31, 32
Напор 204, 224
Напряжение допускаемое 179, 180
Нормативы на техническое обслужи-
вание и ремонты оборудования 255,
257
НОТ (Научная организация труда) 10
Обечайки 123, 183
Оборудование химическое основное
технологическое 24, 63
---- газоочистное (см. фильтры)
----для очистки сточных вод 108—
112
---- для переработки (утилизации)
301
отходов производства 114—117
------- разделения жидких неодно-
родных систем 64—70
-------сухой очистки (см. циклоны)
-----комплектных технологических
линий 63, 121
-----пылеулавливающие (см. аппа-
раты мокрой очистки)
-----эмалированное 155—57
Огнестойкость зданий 235
Опоры 141 —147
Питатели 242
Покрытия защитные 53—59
Поля использования насосов 205
Правила Госгортехнадзора 27, 2140,
241, 243
Привод 161, 163
Проектирование автоматизированное
(САПР) 8
Прокладки 129—131, 135—Г37
ПР (промышленные роботы) 245, 246
Реконструкция 5
Ремонт капитальный 254, 255, 256
— текущий 254
Сепараторы 111, 116
Скрубберы 99, 100
Смесители 78—82
Стадии разработки проектирования 7
Сушилки 70—73, 201, 202
Тарелки клапанные прямоточные 152,
154, 155
— ситчатые с отбойными элементами
150, 153
— S-образные 449
— решетчатые 1154
Температура вспышки паров легко-
воспламеняющихся жидкостей 269
— расчетная Г78
— самовоспламенения взрывоопасных
смесей с воздухом 269
Теплообменники (см. аппараты тепло-
обменные)
Унификация 28
Уплотнения фланцевых соединений
(см. прокладки)
— вращающихся валов перемешива-
ющих устройств 163
Установки взрывоопасные 268
— для сушки высоковлажных суспен-
зий 72
---- для термической переработки
(утилизации) сточных вод 143
----тонкого измельчения промыш-
ленных материалов 84
— плазмохимическая для переработ-
ки органических отходов 113
— пожароопасные 271
— с безотходной технологией 119,
120
---- малоотходной технологией 120,
1'21
Устройства
— агломерирующее 39
— автоматизированное 248, 249
— грузоподъемные 234—239
— массообменное 146, 147
— перемешивающее (см. мешалки)
Фильтры зернистые 99, 109
— тканевые 96—98
Финансирование ремонтных работ 291
Фланцы аппаратов 129—134
— штуцеров и арматуры 127
Характеристики механические
----сталей 38, 39, 41
---- легированного чугуна 45
----полимерных материалов 50
Центрифуги 66—69, 1'10, 1'11
Циклоны 103, 105
Электрофильтры 93, 94
Эргономика 10, 32, 33
Эффективность перемешивания 1'56
— проектируемого оборудования 279,
285
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие............................................................3
Глава 1. О дипломном проектировании химических установок
§ 1.1. Общие сведения о проектировании химических про- 4
изводств ..............................................
§ 11.2. Краткие сведения о единой системе конструктор-
ской документации (ЕСКД) в проектировании . . 6
§ 1.3. Тематика дипломных проектов и требования, предъ-
являемые к дипломному проектированию ... 8
§ 1.4. Структура и объем дипломных проектов 10
§ 1.5. Оформление дипломного проекта....................17
Глава 2. Основное технологическое оборудование и его выбор . 26
§ 2.1. Общие направления в проектировании химического
оборудования ........................................... 28
§ 2.2. Краткие сведения и выбор материалов и защитных
покрытий для изготовления химических аппаратов 35
§ 2.3. Электродвигатели для химических установок и их
выбор....................................................60
§ 2.4. Выбор основного технологического оборудования 63
Глава 3. Установки и оборудованне для защиты атмосферного воз-
духа и водоемов.......................................................92
§ 3.1. Газоочистное и пылеулавливающее оборудование и
его выбор.............................................. 93
§ 3.2. Установки и оборудование для очистки сточных вод
и их выбор..............................................106
§ 3.3. Установки и оборудование для переработки (утили-
зации) отходов производства ........................... 113
§ ’3.4. Краткий обзор химических установок с малоотход-
ной и безотходной технологией и водооборотом . .118
Глава 4. Основные соединения и детали химических аппаратов и их
выбор.............................................................. . 123
§ 4.1. Обечайки и днища, их выбор.................... 123
§ 4.2. Фланцевые соединения, прокладки и крепежные
детали..................................................126
§ 4.3. Основные элементы сосудов и аппаратов высокого
давления ........................................ ....'. 137
§ 4.4. Опоры химических аппаратов и их выбор . .141
§ 4.5. Элементы внутренних устройств химических аппа-
ратов . . . ...................... 147
Глава 5. Расчет технологического оборудования........................170
§ 5.1. Содержание технологического расчета .170
§ '5.2. Порядок теплового расчета . ...... 173
303
§ 5.3. Содержание механического расчета и требования к
его выполнению.........................................176
Глава 6. Стандартное технологическое оборудование и его выбор 182
§ 6.1. Цилиндрические сосуды и колонные аппараты с
контактными устройствами...............................182
§ 6.2. Аппараты с механическими перемешивающими уст-
ройствами .............................................187
§ 6.3. Выпарные аппараты, теплообменники и аппараты
воздушного охлаждения..................................191
§ 6.4. Аппараты с вращающимися барабанами .... 200
§ 6.5. Измельчители......................................202
Глава 7. Общезаводское оборудование................................204
§ 7.1. Насосы для химических установок, их выбор . . 204
§ 7.2. Машины для сжатия и перемещения газов . . . 216
§ 7.3. Электронагреватели................................226
Глава 8. Механико-монтажная часть..................................229
§ 8.1. Компоновка оборудования......................229
§ 8.2. Требования, предъявляемые к монтажу и установке
химического оборудования.......................239
§ 8.3. Механизация трудоемких работ.................241
§ 8.4. Требования, предъявляемые к техническому обслу-
живанию и ремонту химических установок . . .251
§ 8.5. Краткие сведения по испытанию химических аппа-
ратов .................................................261
Глава 9. Основные сведения по технике безопасности, противопожар-
ным мероприятиям и охране труда .................................. 265
§ 9.1. Общие сведения....................................265
§ 9.2. Требования, предъявляемые к оборудованию и про-
цессам химической технологии...........................266
§ 9.3. Взрывоопасные и пожароопасные установки . . 268
§ 9.4. Электрооборудование взрывоопасных и пожаро-
опасных установок......................................271
§ 9.5. Вентиляция и ее выбор.............................277
Глава 10. Технико-экономическая часть...............................279
§ 10.1. Рекомендации к выполнению технико-экономиче-
ской части дипломного проекта..........................279
§ 10.2. Технико-экономические расчеты.....................281
§ 40.3. Планирование технических осмотров и ремонтов
оборудования ......................................... 287
Приложения........................................................... 292
Список литературы......................................................299
Предметный указатель.................................................301
L 3. Альперт
ОСНОВЫ
ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ХИМИЧЕСКИХ
УСТАНОВОК