Описание
Сосуды высокого давления
В ряде важных современных производств используются высокие рабочие давление и температура: синтез аммиака – 20-60 МПа и 420-500 °С, синтез метанола – 20-30 МПа и 350-400 °С, синтез карбамида – 15-20 МПа и 150— 190 °С, полимеризация этилена в реакторах с мешалкой – 150 МПа и более и 180-240 °С, гидрокрекинг и гидроочистка нефтяных фракций – 3-32 МПа и 250-420 °С и др. В химической, нефтегазоперерабатывающей и нефтехимической отраслях промышленности технические требования к сосудам и аппаратам условно разделены на две группы: сосуды и аппараты сварные из углеродистых, легированных и двухслойных сталей, работающие под вакуумом, без давления или под наливом и под избыточным давлением до 10 МПа; сосуды и аппараты кованые и кованосварные высокого давления (от 10 до 100 МПа). Такое разделение конструкций связано с особенностями технологии изготовления корпусов сосудов и аппаратов. При изготовлении корпуса из листовой стали путем вальцовки и сварки обечаек или штамповки элементов (днищ, полуобечаек) и их сварки основным ограничением является максимальная стандартная толщина листа: листовой прокат обычно имеет толщину до 50-60 мм для толстолистовой коррозионно-стойкой, жаростойкой и жаропрочной сталей и двухслойной коррозионно-стойкой стали и до 160 мм для листовой горячекатанной стали.
В зависимости от назначения и особенностей изготовления используют сосуды высокого давления (СВД) с монолитной стенкой (кованые, кованосварные, штампосварные) и многослойные (с концентрически расположенными слоями, рулонированные, спирально-рулонные, витые), при этом требуемая толщина стенки сосуда может быть до 0,3 м. Кованые СВД имеют монолитный корпус, изготовленный из одной поковки. Это определяет небольшие размеры СВД: внутренний диаметр не более 0,6-0,8 м и длина до 6 м. Их применяют чаще всего при давлении выше 32 МПа и высокой температуре в малотоннажных производствах. Преимуществом таких СВД является отсутствие сварных швов, требующих периодического дефектоскопического контроля и снижающих надежность СВД. Основной недостаток кованого СВД – низкий коэффициент использования металла поковки, т. е. отношения массы готового изделия к массе поковки (высокая металлоемкость изготовления). Кованосварные СВД имеют корпус из нескольких механически обработанных кованых частей, соединенных между собой кольцевыми сварными швами. Внутренний диаметр такого СВД чаще 0,6-0,8 м и реже до 1,4-1,6 м. Кованосварные элементы (крышки, днища, горловины, фланцы) сложных аппаратов высокого давления (АВД) изготавливают диаметром до 2,4 м.
Штампосварные и вальцованосварные СВД состоят из нескольких штампованных или вальцованных обечаек или полуобечаек, соединенных продольными и кольцевыми сварными швами. Такие СВД более экономичны по сравнению с коваными и кованосварными, их можно изготавливать диаметром до 5 м. Поскольку вальцевание или штамповка толстостенных элементов (при отношении толщины стенки листа к диаметру обечайки больше ОД) затруднены, такие сосуды применяют, в основном, при давлении не более 20 МПа. Существенный недостаток, снижающий надежность сосудов, – наличие продольных сварных швов.
Многослойные СВД с концентрически расположенными слоями выполняют из нескольких обечаек, состоящих из относительно большого числа слоев. Обечайки сварены между собой и с концевыми элементами (днища, фланцы, горловины) корпуса кольцевыми швами. Концевые элементы изготавливаются из поковок или штамповок. Диффундирующие через стенку центральной внутренней обечайки газы удаляются через дренажные (контрольные) отверстия, просверленные в многослойной стенке до центральной обечайки. Преимущества этих СВД – возможность изготовления крупных аппаратов, низкие металлоемкость и стоимость, а основным недостатком являются высокая трудоемкость изготовления, большое число сварных швов, в том числе особенно нежелательных продольных швов. Производство СВД такой конструкции налажено в ряде ведущих стран мира; возможности отечественного машиностроительного оборудования для изготовления обечаек многослойных СВД практически не ограничены.
