Требования к конструкционным материалам

Химические и нефтеперерабатывающие заводы выпускают раз­нообразную продукцию, для производства которой используют определенные технологические процессы и соответствующие на­боры основных аппаратов и вспомогательного оборудования. Каж­дый аппарат и каждая его деталь имеют свое назначение и при этом должны противостоять воздействию неблагоприятных усло­вий в процессе работы.

К внешним условиям разрушительного характера относятся механические нагрузки, высокая или низкая температура прове­дения технологического процесса и химическое воздействие об­рабатываемых веществ на детали аппарата (коррозия).

Материал, из которого изготовлена деталь, подвергающаяся воздействию механических нагрузок, должен обладать высокой

,

прочностью. Характерным механическим воздействием для хими­ческого оборудования является повышенное или, наоборот, по­ниженное давление внутри аппарата. Так, в процессе разделения воздуха при получении жидкого азота и жидкого кислорода дав­ление в некоторых аппаратах в двести раз превышает атмосфер­ное. При проектировании такого аппарата подбирают прочный материал и рассчитывают толщину его стенки. Другой пример механической нагрузки — крутящий момент, передаваемый ва­лом мешалки химического реактора. Прочность этой детали аппа­рата также обеспечивают подбором конструкционного материала и расчетом диаметра вала.

Температура проведения разных технологических процессов неодинакова. Так, при разделении воздуха она может понижаться до -180 °С, в других процессах — повышаться до 1000 °С. Под воз­действием высокой или, наоборот, низкой температуры изменя­ются теплофизические свойства конструкционного материала, что приводит, в частности, к снижению его прочностных характери­стик. При высокой температуре, кроме того, снижается химиче­ская стойкость материалов.

Разрушение конструкционного материала в результате хими­ческого воздействия агрессивной среды (например, кислоты) называется коррозией. При таком воздействии может уменьшиться толщина стенки аппарата, что приведет к снижению его прочно­сти и разрушению. Чтобы противостоять этому явлению, конст­рукционный материал должен быть коррозионно-стойким.

Каждый аппарат, несмотря на разрушительное воздействие перечисленных факторов, должен надежно работать в течение проектного срока службы. Для обеспечения соответствующей дол­говечности аппарата инженер-конструктор при его проектирова­нии подбирает необходимые конструкционные материалы для изготовления деталей с учетом всех неблагоприятных воздействий в процессе эксплуатации аппарата. Например, к полученной при расчете на прочность толщине стенки он добавляет запас толщи­ны на коррозию, чтобы вызванное ею утончение стенки не по­служило причиной разрушения аппарата от механической нагруз­ки до окончания проектного срока службы.

Правильно подобранные конструкционные материалы, способ­ные противостоять перечисленным отрицательным воздействиям, должны быть еще и экономичными, т. е. дешевыми. Известно, что золото обладает почти идеальной коррозионной стойкостью. Его разрушает лишь смесь концентрированных азотной и серной кис­лот (так называемая царская водка). Но кто станет делать аппарат из золота?

При изготовлении деталей аппарата в зависимости от их фор­мы используют различные промышленные методы обработки ма­териалов: литье, штамповку, резание, сварку и др. Способность

материала поддаваться подобной обработке — технологичность также учитывают при его выборе.