Колики је максимални дозвољени спољни притисак (оцена колапса) за цев за грејање од титанијума са танким-зинама делимично потопљену у посуду за дубоку реакцију?
Остави поруку
У дубоким реакционим судовима, као што су они који се користе у хидрометалургији, хемијској синтези или хидротермалној обради, титанијумска грејна цев може бити делимично потопљена у течност док је горњи део изложен гасу под притиском. Спољни притисак који делује на цев долази од хидростатичке главе течности (испод нивоа течности) плус било који притисак гаса изнад површине течности. Титанијумске цеви-танких зидова подложне су колапсу под спољним притиском-изненадном, катастрофалном квару где се попречни пресек цеви-деформише од кружног до овалног или спљоштеног. Максимални дозвољени спољни притисак (оцена колапса) зависи од пречника цеви, дебљине зида, својстава материјала и дужине између носача. За делимично потопљене цеви, најгоре- стање се обично јавља на нивоу течности где је градијент притиска највећи.
Механизам колапса под спољним притиском
Када спољни притисак премаши унутрашњи притисак, зид цеви доживљава притисак на обруч. За савршено кружну цев, до еластичног колапса долази када спољни притисак достигне критичну вредност (П_ц) описану класичном формулом за цеви са танким-зидовима: П_ц=(2Е / (1-ν²)) × (т/Д)³, где је Е Јангов модул пацова (105 ГПатанијум), ν је Поисонов модул (0,34), т је дебљина зида, а Д је спољни пречник цеви. Овај еластични колапс је реверзибилан-смањење притиска враћа кружни облик-све док се не прекорачи граница попуштања. До пластичног колапса долази када напон притиска премашује границу течења материјала (240–340 МПа за степен 2). У пракси, титанијумске цеви се урушавају комбинованим еластично-пластичним извијањем. Несавршености (овалност, варијација дебљине зида) смањују стварни притисак урушавања на 50–70% теоријске вредности.
Квантитативни притисак колапса за уобичајене величине цеви
Следећи притисци колапса (под претпоставком 60% теоретског да би се урачунали несавршености) су утврђени за цеви од титанијума степена 2 са затвореним поклопцем (унутрашњи притисак на 1 атм):
| ОД цеви × зид (мм) | Однос Д/т | Теоретски притисак колапса (бар) | Дозвољени притисак колапса (бар, фактор 60%) | Максимална дубина урањања (метри воде) |
|---|---|---|---|---|
| 20 × 1.5 | 13.3 | 95 | 57 | 570 |
| 20 × 1.2 | 16.7 | 52 | 31 | 310 |
| 20 × 1.0 | 20.0 | 32 | 19 | 190 |
| 20 × 0.8 | 25.0 | 17 | 10 | 100 |
| 25 × 1.5 | 16.7 | 35 | 21 | 210 |
| 25 × 1.2 | 20.8 | 20 | 12 | 120 |
| 25 × 1.0 | 25.0 | 12 | 7 | 70 |
| 32 × 1.5 | 21.3 | 14 | 8 | 80 |
| 32 × 1.2 | 26.7 | 8 | 5 | 50 |
| 40 × 1.5 | 26.7 | 7 | 4 | 40 |
Разматрања о делимично потопљеној цеви
За цев која је делимично потопљена у течност са притиском гаса изнад течности, спољни притисак варира дуж дужине цеви. На врху (гасни простор), притисак је једнак П_гас. На нивоу течности, притисак је једнак П_гас. На дубини х испод површине течности, притисак је једнак П_гас + (ρ × г × х). Најгори-услов обично није на максималној дубини, већ на тачки где градијент притиска реагује са несавршеностима цеви. За дубоке судове, доњи део се може прво срушити због већег притиска, али прелазна зона близу нивоа течности доживљава променљив притисак који може да изазове напоне савијања. Следећа табела даје ограничења дизајна за делимично потопљене цеви:
| Стање пловила | Притисак гаса (бар) | Дубина течности (м) | Препоручени ОД цеви × зид (мм) | Сафети Маргин |
|---|---|---|---|---|
| Атмосферска посуда, дубина течности 5 м | 1.0 | 5 | 20 × 1,0 или 25 × 1,2 | 3,0к (19 бара > 1,5 бара) |
| Посуда под притиском, гас од 5 бара, дубина течности 10 м | 5.0 | 10 | 20 × 1.5 | 2,8к (57 бара > 6 бара) |
| Посуда под притиском, гас 10 бара, дубина течности 20 м | 10.0 | 20 | 25 × 1.5 | 1,9к (21 бар > 12 бар) |
| Аутоклав високог{0}}притиска, гас од 20 бара, дубина течности 5 м | 20.0 | 5 | 20 × 1,5 или 25 × 2,0 | 2,0к (21 бар > 20,5 бар) |
| Дубоки суд, дубина течности 50 м, атмосферски гас | 1.0 | 50 | Није практично са танким{0}}титанијумом; користите 32 × 2.0 | 5 бара мак |
Инжењеринг изван притиска колапса
Унутрашњи притисак (од гаса заробљеног унутар грејача или од експанзије грејног елемента) повећава отпорност на колапс. Мали унутрашњи притисак од 0,5–1,0 бара значајно подиже оцену колапса супротстављајући се спољашњем притиску. Носачи цеви смањују дужину која није подржана, што утиче на режим извијања. За дугачке цеви (дужине > 2 метра), средњи носачи на сваких 500 мм повећавају притисак колапса за 50–100% спречавајући дуго{9}}моду извијања. Квалитет титанијума утиче на притисак колапса само кроз границу течења; Степен 7 (граница течења 270–350 МПа) нуди 10–15% већу отпорност пластике на колапс од степена 2 (240–310 МПа). Температура смањује притисак колапса: на 150 степени, Е се смањује за 15%, смањујући притисак колапса за приближно 15% у односу на вредности собне{23}}температуре.
Израда информативне спецификације
Када специфицирате цев за грејање од титанијума за дубоки реакциони суд, израчунајте максимални спољни притисак на најнижој потопљеној тачки, укључујући притисак гаса и хидростатичку главу. Примените фактор сигурности 3 у односу на теоретски притисак колапса (или 2 у односу на дозвољени притисак колапса из горње табеле). За дубине веће од 30 метара воденог еквивалента, размислите о коришћењу дебљих зидова (Д/т < 15) или мањих пречника. Наведите да цеви испуњавају АСТМ Е273 ограничења овалности (максимално 1% овалности за бешавне цеви) јер почетна овалност смањује притисак колапса. Током инсталације, уверите се да су цеви равне и равномерно ослоњене; удубљене или савијене цеви губе 50–80% отпорности на колапс. Ако делимично потапање ствара градијент притиска дуж дужине цеви, инсталирајте мали унутрашњи регулатор притиска (0,5 бара) да бисте одржали позитиван унутрашњи притисак. Правилним израчунавањем степена колапса и применом одговарајућих безбедносних маргина, инжењер спречава изненадно, катастрофално урушавање цеви у дубоким посудама под притиском.
