Kāds ir maksimālais pieļaujamais ārējais spiediens (sabrukšanas rādītājs) plānai{0}}sienu titāna apsildes caurulei, kas daļēji iegremdēta dziļas reakcijas traukā?
Atstāj ziņu
Dziļās reakcijas traukos, piemēram, hidrometalurģijā, ķīmiskajā sintēzē vai hidrotermiskajā apstrādē, titāna sildīšanas caurule var būt daļēji iegremdēta šķidrumā, bet augšējā daļa ir pakļauta spiediena gāzei. Ārējais spiediens, kas iedarbojas uz cauruli, nāk no šķidruma hidrostatiskās galvas (zem šķidruma līmeņa) plus jebkura gāzes spiediena virs šķidruma virsmas. Plānas -sienu titāna caurules var sabrukt ārēja spiediena ietekmē-pēkšņa, katastrofāla kļūme, kad caurules šķērsgriezums-deformējas no apļveida uz ovālu vai saplacinātu. Maksimālais pieļaujamais ārējais spiediens (sabrukšanas reitings) ir atkarīgs no caurules diametra, sienas biezuma, materiāla īpašībām un garuma starp balstiem. Daļēji iegremdētām caurulēm vissliktākais stāvoklis parasti rodas šķidruma līmenī, kur spiediena gradients ir visaugstākais.
Sabrukšanas mehānisms zem ārējā spiediena
Kad ārējais spiediens pārsniedz iekšējo spiedienu, caurules siena piedzīvo saspiešanas stīpas spriegumu. Ideāli apaļai caurulei elastīgs sabrukums notiek, kad ārējais spiediens sasniedz kritisko vērtību (P_c), kas aprakstīta ar klasisko formulu plānām -caurulēm: P_c=(2E / (1-ν²)) × (t/D)³, kur E ir Jaga modulis (105 GPatija ir Gradēns), 2 ν GPations. (0,34), t ir sienas biezums un D ir caurules ārējais diametrs. Šis elastīgais sabrukums ir atgriezenisks -spiediena samazināšana atjauno apļveida formu{18}}līdz tiek pārsniegta tecēšanas robeža. Plastmasas sabrukšana notiek, ja spiedes spriegums pārsniedz materiāla tecēšanas robežu (240–340 MPa 2. pakāpei). Praksē titāna caurules sabrūk kombinētās elastīgās un plastmasas izliekšanās rezultātā. Nepilnības (ovalitāte, sienas biezuma izmaiņas) samazina faktisko sabrukšanas spiedienu līdz 50–70% no teorētiskās vērtības.
Kvantitatīvs sabrukšanas spiediens parastajiem cauruļu izmēriem
2. pakāpes titāna caurulēm ar aizsegtiem galiem (iekšējais spiediens pie 1 atm) ir noteikti šādi sabrukšanas spiedieni (pieņemot, ka 60% no teorētiskā, lai ņemtu vērā nepilnības):
| Caurules OD × siena (mm) | D/t attiecība | Teorētiskais sabrukšanas spiediens (bar) | Pieļaujamais sabrukšanas spiediens (bārs, 60% koeficients) | Maksimālais iegremdēšanas dziļums (ūdens metri) |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
Apsvērumi par daļēji iegremdētu cauruli
Caurulei, kas daļēji iegremdēta šķidrumā ar gāzes spiedienu virs šķidruma, ārējais spiediens mainās visā caurules garumā. Augšpusē (gāzes telpā) spiediens ir vienāds ar P_gāzi. Šķidruma līmenī spiediens ir vienāds ar P_gāzi. Dziļumā h zem šķidruma virsmas spiediens ir vienāds ar P_gas + (ρ × g × h). Sliktākais{8}}gadījuma stāvoklis parasti nav maksimālajā dziļumā, bet vietā, kur spiediena gradients mijiedarbojas ar caurules nepilnībām. Dziļiem traukiem apakšējā daļa var vispirms sabrukt augstāka spiediena dēļ, bet pārejas zonā, kas atrodas netālu no šķidruma līmeņa, ir atšķirīgs spiediens, kas var izraisīt lieces spriegumus. Šajā tabulā ir norādīti daļēji iegremdētu cauruļu konstrukcijas ierobežojumi:
| Kuģa stāvoklis | Gāzes spiediens (bar) | Šķidruma dziļums (m) | Ieteicamais caurules OD × siena (mm) | Drošības robeža |
|---|---|---|---|---|
| Atmosfēras trauks, šķidruma dziļums 5 m | 1.0 | 5 | 20 × 1,0 vai 25 × 1,2 | 3,0 x (19 bāri > 1,5 bāri) |
| Spiediena tvertne, 5 bar gāze, šķidruma dziļums 10 m | 5.0 | 10 | 20 × 1.5 | 2,8 x (57 bāri > 6 bāri) |
| Spiediena tvertne, 10 bar gāze, šķidruma dziļums 20 m | 10.0 | 20 | 25 × 1.5 | 1,9 x (21 bar > 12 bar) |
| Augstspiediena-autoklāvs, 20 bāru gāze, šķidruma dziļums 5 m | 20.0 | 5 | 20 × 1,5 vai 25 × 2,0 | 2,0 x (21 bar > 20,5 bar) |
| Dziļtrauks, šķidruma dziļums 50 m, atmosfēras gāze | 1.0 | 50 | Nav praktiski ar plānu{0}}sienu titānu; izmantojiet 32 × 2,0 | 5 bāri maks |
Engineering Beyond Collapse Pressure
Iekšējais spiediens (no gāzes, kas ieslodzīts sildītāja iekšpusē vai no sildelementa izplešanās) palielina sabrukšanas pretestību. Neliels iekšējais spiediens 0,5–1,0 bāri ievērojami paaugstina sabrukšanas pakāpi, neitralējot ārējo spiedienu. Caurules balsti samazina neatbalstīto garumu, kas ietekmē izliekšanās režīmu. Garām caurulēm (garums > 2 metri) starpbalsti ik pēc 500 mm palielina sabrukšanas spiedienu par 50–100%, novēršot garā-viļņa garuma izliekuma režīmu. Titāna šķira ietekmē sabrukšanas spiedienu tikai caur tecēšanas robežu; 7. pakāpe (teces izturība 270–350 MPa) piedāvā par 10–15% lielāku plastmasas sabrukšanas izturību nekā 2. pakāpe (240–310 MPa). Temperatūra samazina sabrukšanas spiedienu: pie 150 grādiem E samazinās par 15%, samazinot sabrukšanas spiedienu par aptuveni 15% no istabas temperatūras vērtībām.
Apzinātas specifikācijas izveide
Norādot titāna sildīšanas cauruli dziļas reakcijas tvertnei, aprēķiniet maksimālo ārējo spiedienu zemākajā iegremdētajā punktā, ieskaitot gāzes spiedienu un hidrostatisko spiedienu. Pielietojiet drošības koeficientu 3 pret teorētisko sabrukšanas spiedienu (vai 2 pret pieļaujamo sabrukšanas spiedienu, kas norādīts iepriekš tabulā). Ja dziļums pārsniedz 30 metrus no ūdens ekvivalenta, apsveriet iespēju izmantot biezākas sienas (D/t < 15) vai mazāku diametru. Norādiet, vai caurules atbilst ASTM E273 ovāluma ierobežojumiem (ne vairāk kā 1% bezšuvju caurulei), jo sākotnējā ovitāte samazina sabrukšanas spiedienu. Uzstādīšanas laikā pārliecinieties, ka caurules ir taisnas un vienmērīgi atbalstītas; iespiedušās vai saliektās caurules zaudē 50–80% no sabrukšanas pretestības. Ja daļēja iegremdēšana rada spiediena gradientu visā caurules garumā, uzstādiet nelielu iekšējo spiediena regulatoru (0,5 bar), lai uzturētu pozitīvu iekšējā spiediena starpību. Pareizi aprēķinot sabrukšanas pakāpi un piemērojot atbilstošas drošības rezerves, inženieris novērš pēkšņu, katastrofālu caurules sabrukšanu dziļa spiediena tvertnēs.
