Вопрос 4 Аппараты герметично закрытые, работающие под давлением

Аппараты с неразъемными и разъемными соединениями

При эксплуатации закрытых аппаратов и емкостей, находящихся под давлением, даже при их исправном состоянии всегда происходят небольшие утечки горючих веществ через прокладки, швы, разъемные соединения и другие места. Это объяс­няется тем, что даже при самой тщательной обработке прилегающих друг к другу поверхностей нельзя создать абсолютную непроницаемость. При соприкосновении двух поверхностей из-за наличия незначительных выпуклостей образуется большое количество капиллярных каналов, по которым будет происходить истечение газов и жидкостей. Количество веществ G, выходящих через капиллярные каналы, определяется по уравнению Пуазейля — Гагена:

(2.43)

где ∆Р — разность давлений, обусловливающая истечение ве­ществ;

μ — вязкость веществ;

l — длина капилляра;

d — диаметр канала капилляра;

γ — удельный вес вещества.

Из приведенный формулы видно, что величина утечки будет зависеть главным образом от режима работы аппарата и состояния уплотнений. Естественно, что подсчет таких потерь весьма затруднителен, так как установить количество капилляров и их размеры почти невозможно.

Для ориентировочного определения утечки паров и газов из работающих под давлением герметичных аппаратов можно воспользоваться формулой Н. Н. Репина. Принимая, что просачивание паров и газов через неплотности подчиняется законам истечения через небольшие отверстия и что истечение происходит адиабатически, Н. Н. Репин предложил следующую форму­лу [21]:

(2.44)

где G — количество паров и газов, выходящих из аппарата кг/ч;

К — коэффициент, учитывающий степень износа производственного оборудования, принимается в пределах от 1 до 2;

С — коэффициент, зависящий от давления паров или га­зов в аппарате (значения коэффициента даны в табл. 2.5);

V — внутренний (свободный) объем аппаратов и комму­никаций, находящихся под давлением, м³;

М — молекулярный вес газов или паров, находящихся под давлением в аппаратах;

T_раб — температура паров или газов, находящихся в аппаратах, °К.

Таблица 2.5

Значение коэффициента С

Рабочее Р, давление ати	Менее 1	1	6	16	40	160	400	1000
Величина С . . .	0,121	0,166	0,182	0,189	0,152	0,298	0,297	0,370

Пример. Определить количество ацетилена, выходящего через неплотности аппаратов в помещение при допустимых условиях герметизации, если известно что рабочее давление газа в аппарате 1,5 ати, в трубопроводах 1 ати, объем аппаратов 50 м³, суммарный объем трубопроводов 10 м³, температура газа в аппаратах 80°С, в трубопроводах 30°С.

Решение. Определение количества выходящего через неплотности газа или пара производим по формуле (2.44):

По табл. 2.5 определяем значение С: при Р=1,5 ати С = 0.168; при Р=1.0 ати С = 0,166.

Принимаем коэффициент износа аппаратов К_а=1,5 и трубопроводов К_т = 1; молекулярный вес ацетилена М = 26. Тогда утечка газа будет равна:

а) из аппаратов

б) из трубопроводов

Общие потери ацетилена составят:

Утечки из нормально герметизированных аппаратов, работающих под давлением, происходят хотя и непрерывно, но обычно не вызывают реальной пожарной опасности, так как выходящие наружу маленькие струйки газа или пара чаще всего рассредоточены по поверхности аппарата и при наличии воздухообмена сразу же рассеиваются и отводятся от места их выделения. Величину таких потерь учитывают при расчетах приточно-вытяжной вентиляции по предельно допустимой концентра­ции вредностей.

Нормальная герметичность неразъемных соединений достигается путем сварки, пайки, развальцовки, а также при помощи склеивающих и цементирующих составов. Герметичность разъемных соединений чаще всего достигается путем использования легкодеформируемых прокладочных материалов: фибры, резины, асбеста, паропита, синтетических полимерных материалов (поливинилхлорид, фторопласты и др.), меди и др. Выбор прокладочных материалов производится с учетом величины рабочей температуры, давления, свойств обрабатываемых веществ и. устойчивости при воздействии температуры пожара. Виды фланцевых соединений с уплотняющими прокладками показаны на рис. 2.16. Во фланцевых уплотнениях а и в при недостаточной затяжке болтов внутреннее давление среды разжимает фланцы, удельное давление на прокладку уменьшается и может образоваться значительная утечка. Во избежание этого сила затяж­ки болтов N должна быть равна или больше силы смятия прокладки, т. е.

(2.45)

Где q — удельное давление смятия прокладки, кГ/см²;

F — площадь прокладки, см².

Сила затяжки болтов определяется по формуле:

(2.46)

где K— коэффициент затягивания болтов (принимается 1,2-4);

Р — давление в аппарате, кГ/см².

В соединении б (см. рис. 2.16) внутреннее давление, действуя на крышку аппарата, приводит к увеличению смятия прокладки пропорционально увеличению давления, т. е. к самоуплотнению соединения.