2. Воздействие динамических нагрузок.

Динамические нагрузки могут вызвать в материале стенок аппаратов напряжения, превышающие до 10 - 15 раз те, которые образуются при тех же статических нагрузках.

Динамические нагрузки могут появиться при резком (импульсном) изменении давления, появлении гидравлических ударов, вибрации и внешних механических ударов.

2.1. Резкое изменение давления чаще всего наблюдается в периоды неустановившегося режима работы технологического оборудования: при пуске и остановке, при значительном нарушении температурного режима и давления.

Так, на одной из установок термического крекинга после текущего ремонта, при выходе на рабочий режим, давление в трубчатой печи в течение 7 часов плавно, в «мягком режиме», довели до 2,4 МПа (24 ат), что составило около 50 % нормального рабочего давления. После этого давление неожиданно резко возросло до 5 МПа (50 ат). В результате этого в трубчатой печи вырвало несколько ретурбендов и через образовавшиеся повреждения из змеевика под большим давлением стал выходить нагретый нефтепродукт, который от открытого пламени форсунок воспламенился, начался пожар.

Особую опасность представляет пульсирующее изменение давления.

2.2. Гидравлические удары возникают в результате:

• резкого торможения движущегося потока жидкости или газа в трубопроводных линиях чаще всего при быстром закрывании или открывании вентилей, кранов и другой запорной арматуры,
• при внезапном изменении направления движения потока.

Вследствие этого в линиях резко повышается или понижается давление в виде динамически нарастающих нагрузок, которые могут вызвать в стенках аппарата появление опасных внутренних напряжений. Внутренние напряжения тем больше, чем быстрее перекрывается задвижкой поток, больше длина трубопровода и выше плотность массы движущегося потока (вещества).

Гидравлические удары могут возникать в газовых линиях, когда в качестве насосов используются компрессоры, а также в самих компрессорах, если в их цилиндры по какой-либо причине попадают жидкости. А так как жидкости практически несжимаемы, то на цикле сжатия в компрессоре может развиваться опасное давление, которое чаще всего приводит к повреждению компрессора.

2.3. Вибрация технологического оборудования возникает в результате повторяющихся с определенной частотой изменений внутреннего давления или при воздействии внешних возмущающих сил и представляет собой определенной частоты и амплитуды механические колебания технологического оборудования или отдельных его элементов.

Вибрация чаще всего приводит к появлению локальных повреждений во фланцевых соединениях, сварных швах. Если же кроме вибрации аппарат испытывает другие воздействия (например, избыточное давление), то может произойти и полное разрушение аппарата.

Источники вибрации:

• приводы (электродвигатели, двигатели внутреннего сгорания и т. п.) различных машин и агрегатов,
• сами машины и агрегаты с подвижными элементами и узлами (насосы, компрессоры, отбойные молоты, прессы, аппараты с перемешивающими устройствами и т. п.),
• потоки движущихся жидкостей и газов, оказывающих в процессе движения динамическое воздействие на стенки аппаратов и трубопроводов инерционных, гравитационных и других массовых сил.

Опасность вибраций резко повышается, если частота собственных колебаний аппарата или трубопровода будет совпадать с частотой колебаний возмущающей внешней или внутренней силы (когда наблюдается так называемое явление резонанса).

На практике качественно оценить наличие вибрации можно по колебанию аппаратов и трубопроводов визуально или прикосновением руки, по наличию разрушенной теплоизоляции, образовавшимся проемам в стенах в местах проходов технологических коммуникаций, по нарушению мест крепления аппаратов и трубопроводов и т. п. Количественно вибрацию оценивают с помощью специальных приборов — вибрографов.

2.4. Внешние механические удары могут быть вызваны технической неисправностью и нарушением работы внутрицехового транспорта (мостовых кранов, талей, подъемников, колесного транспорта, транспортерных устройств и т. п.), применением в периоды ремонта инструментов ударного действия и т. п.

3. Эрозионный износ.

Механический износ материала стенок аппарата или трубопровода под действием движущейся среды называется эрозией.

Эрозия происходит при обтекании стенок потоком твердых, жидких или газообразных веществ, а также при действии электрических разрядов. Частицы вещества, ударяясь о материал стенки, разрушают ее поверхностный слой, толщина стенки постоянно уменьшается равномерно или в виде локальных мест разрушения (кратеров, каверн и т. п.).

Эрозионному износу больше подвержены стенки аппаратов и трубопроводов в местах изменения направления движения потока (места ввода начальной смеси и шлемовые трубы ректификационных колонн, калачи и ретурбенды змеевиков трубчатых печей, повороты трубопроводов).

Исходя из главного разрушающего фактора, различают эрозию газовую, абразивную, кавитационную, электрическую и ультразвуковую:

• при газовой эрозии металл разрушается под действием струи газов,
• при абразивной эрозии - под действием находящихся в потоке жидкости или газа взвешенных твердых частиц;
• при кавитационной эрозии - под действием парогазовых пузырьков в струе жидкости, попавших в область повышенного давления (например, в гидравлических машинах);
• при электрической эрозии - под действием электрических искр;
• при ультразвуковой эрозии - под действием звуковых колебаний, вызванных взвешенными в жидкости твердыми частицами.

Основные направления по предупреждению повреждений, вызванных механическими воздействиями:

1. Оборудование аппаратов приборами КИП и А, предохранительными клапанами.
2. Подача в аппараты очищенных веществ.
3. Своевременная очистка аппаратов от отложений в установленные инструкцией сроки.
4. Соблюдение допустимой (безопасной) степени заполнения агрегатов (сжиженные газы - 0,85...0,9, жидкости - 0,9...0,95).
5. Использование центробежных насосов.
6. Контроль за температурой хладоагента.
7. Защита от вибрации:
   1. замена, если это возможно по условиям технологии, поршневых насосов и компрессоров на центробежные насосы и газодувки;
   2. применение устройств для сглаживания пульсации давления (газовых колпаков или ресиверов) в системах, где замена поршневых насосов и компрессоров невозможна;
   3. замена двигателей внутреннего сгорания, используемых в качестве привода машин и агрегатов, на электродвигатели;
   4. устройство под источником вибрации массивных фундаментов, поглощающих механические колебания, изолированно от фундаментов несущих строительных конструкций зданий и сооружений;
   5. установка источника вибрации на различного рода эластичных прокладках, пружинах и т. п„ которые обеспечивают гашение механических колебаний;<
   6. систематический контроль за вибрацией и при необходимости устранением причин вибрации (центровка и балансировка валов вращающихся элементов машин и агрегатов, обеспечение надежного крепления источников вибрации и трубопроводов).
8. 8. Защита от эрозии:
   1. выбор материала для аппаратов и трубопроводов, устойчивый к данному виду эрозии;
   2. увеличение поверхностной износоустойчивости стенки путем снижения шероховатости ее поверхности, повышения поверхностной твердости материала, созданием прочного защитного слоя футеровки и т. п.;
   3. уменьшение турбулентности потока и механического воздействия струи путем выполнения плавных поворотов и переходов трубопроводов и снижения их количества, применения успокоителей, отражателей и рассекателей потоков и струй;
   4. обеспечение очистки газов и жидкостей от твердых примесей (частиц);
   5. осуществление систематического контроля за толщиной стенки, не допуская ее уменьшения ниже нормы.