Глава 3

КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

В современной химической промышленности непрерывно возникают новые и совершенствуются существующие производства. При этом должны решаться вопросы экологической чистоты этих производств. Большое значение в реализации этих проблем принадлежит разработке эффективного оборудования, машин и аппаратов. Номенклатура оборудования, используемого в настоящее время в химико-технологических процессах, насчитывает свыше 12 тысяч наименований и типоразмеров. Это аппараты и установки для разделения жидких неоднородных смесей (фильтры, центрифуги, центробежные сепараторы, отстойники и др.), тепло- и массообменные аппараты (теплообменники, испарители, колонны, сушилки, экстракторы, кристаллизаторы и т. п.), устройства для измельчения, классификации и дозировки материалов, смесители, оборудование для переработки полимеров, аппараты для разделения воздуха, холодильные установки, газоочистное и пылеулавливающее оборудование, компрессоры, насосы, арматура и т.д. Достаточно отметить, что одна лишь установка для производства этилена и пропилена содержит до 40 различных колонн, 205 теплообменников, 50 емкостных аппаратов, печи пиролиза, компрессорные установки, большое количество насосов, арматуры, различных коммуникаций, контрольно-измерительных приборов средств автоматики, связанных в единую технологическую линию.

При большом разнообразии типов и конструкций химических аппаратов большей частью они состоят из следующих основных стандартных и унифицированных элементов: корпус (цельный или собранный), крышка, днище, штуцеры для ввода и вывода рабочих сред или присоединения к аппарату различных устройств, люк-лаз и смотровые окна, опоры, внутренние устройства, конструкция которых определяется технологическим назначением аппарата и строповые устройства для монтажа. Конструктивное оформление этих элементов, для большей части аппаратов одинаковое, определяется соответствующей нормативно-технической документацией.

Современный уровень производства требует проектирования и изготовления химических машин и аппаратов высокого качества. Это возможно при оптимальном сочетании следующих показателей: надежности, назначения, технологичности, транспортабельности, стандартизации и унификации, безопасности. Кроме того, учитывают эргономические, эстетические, патентно-правовые, экологические и экономические показатели.

Условия работы химического оборудования, характеризуемые часто высокими рабочими параметрами (температурой, давлением, концентрацией и коррозионной активностью рабочих сред) определяют следующие требования к машинам и аппаратам химической промышленности.

1. Механическая прочность, определяющая способность конструкции выдерживать рабочие нагрузки.

2. Устойчивость – способность конструкции сохранять в рабочем состоянии свою первоначальную форму.

3. Срок службы аппарата или машины – продолжительность его эксплуатации.

4. Герметичность – способность конструкции не пропускать находящуюся в них под давлением среду.

5. Конструктивное совершенство – простота устройства, обслуживания, ремонта, соответствие эргономическим, экологическим, эстетическим и патентно-правовым показателям; безопасность при эксплуатации.

6. Технологичность конструкции - простота и невысокая трудоемкость изготовления, применение в конструкции стандартных и унифицированных элементов.

7. Надежность – свойство аппарата сохранять во времени функциональные возможности при требуемых параметрах.

8. Экономичность – минимальная стоимость проектирования, изготовления и эксплуатации.

9. Конкурентоспособность - хороший товарный вид и соответствие требованиям мировых стандартов и другие.

Указанные требования взаимосвязаны, поэтому необходимо их оптимальное сочетание.

Исходя, из вышесказанного следует, что специфические условия эксплуатации химического оборудования, характеризуемые широким диапазоном рабочих давлений и температур при коррозионном воздействии среды, будут предопределять выбор материала, из которого изготовляют данную конструкцию. Отсюда следует, что создание и производство новых химических материалов, развитие технологии их переработки радикальным образом влияет на повышение надежности и долговечности машин и оборудования, снижения их материалоемкости, энергоемкости и трудоемкости изготовления, а также на экономию черных, цветных и редких металлов.

Требования к конструкционным материалам:

1) высокая коррозионная стойкость материалов в рабочих средах при рабочих параметрах;

2) высокая механическая прочность при заданных рабочих давлении, температуре и дополнительных нагрузках;

3) хорошая свариваемость материалов с обеспечением высоких механических характеристик сварных соединений;

4) относительно низкая стоимость и недефицитность материалов.