Теплообменные аппараты

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Теплообмен -- процесс переноса энергии в форме тепла, происходящий между телами с различной температурой. Теплообмен происходит в аппаратах технологических установок нефтегазопереработки при непосредственном контактировании сред с разной температурой, а также в поверхностных аппаратах, например, в трубчатых печах, теплообменниках при нагревании исходного сырья и охлаждении получаемых продуктов. Движущей силой теплообмена является разность температур между более и менее нагретым телами, при наличии которой тепло самопроизвольно в соответствии со вторым законом термодинамики переходит от более нагретого телу к менее нагретому. В результате теплообмена интенсивность движения частиц более нагретого тела снижается, а менее нагретого - возрастает.

На современном нефтеперерабатывающем заводе, где осуществляется глубокая переработка нефти, на изготовление аппаратов, предназначенных для нагрева и охлаждения, затрачивается до 30 % общего расхода металла на все технологические установки. Высокая эффективность работы подобных аппаратов позволяет сократить расход топлива и электроэнергии, затрачиваемой на тот или иной технологический процесс, и оказывает существенное влияние на его технико-экономические показатели. Поэтому изучению устройства и работы этих аппаратов, а также освоению, методов их расчета необходимо уделять особое внимание.

Применительно к нефтеперерабатывающей промышленности, теплообменные аппараты классифицируются по таким основным признакам, как способ передачи тепла и назначение.

Теплообменные аппараты по форме поверхности подразделяются в основном на трубчатые и нетрубчатые. Теплообменники с поверхностью, образованной из труб, -- наиболее старые и распространенные в настоящее время типы теплообменных аппаратов. Они просты в изготовлении, имеют большую надежность по сравнению с другими типами теплообменников при работе с токсичными продуктами, однако уступают некоторым современным нетрубчатым теплобменным аппаратам по таким важным технико-экономическим параметрам, как масса, приходящаяся на единицу поверхности теплообмена, и компактность, т. е. теплообменная поверхность, заключенная в единице объема аппарата, поэтому в настоящее время в промышленность широко внедряются различные типы эффективных теплообменников: пластинчатых, спиральных, с оребренными поверхностями и др.

Конструктивная особенность этих теплообменников заключается в том, что пучок труб, собранный в двух трубных решетках, вместе с ними жестко закреплен в корпусе теплообменника. Это обеспечивает простоту конструкции и малый вес ее на единицу площади теплообмена (по сравнению с другими теплообменниками).

Теплообменники жесткого типа имеют цилиндрический корпус, в котором установлен трубный пучок, закрепленный в трубных решетках в которых трубки закреплены развальцовкой или сваркой. Корпус аппарата закрыт крышками. Внутри корпуса установлены перегородки, создающие определенное направление движения потока и увеличивающие его скорость в корпусе.

Одна из теплообменивающихся сред движется по трубкам, а другая - внутри корпуса между трубками. В трубки пускают более загрязненную среду, а также среду с меньшим коэффициентом теплоотдачи, так как очистка наружной поверхности трубок затруднена, а скорость движения среды в межтрубном пространстве меньше, чем в трубках.

Основной недостаток теплообменников жесткой конструкции -- плохая восприимчивость к температурным напряжениям, что ограничивает область их применения, невозможность механической чистки наружной поверхности трубок. Поэтому их применяют в носитель, не дающий отложений на стенках, не вызывающий коррозии.

Теплообменники жесткого типа в сравнении с другими конструкциями проще, легче в изготовлении и дешевле.

Ректификация - массообменный процесс разделения однородной смеси летучих компонентов, осуществляемый путем противоточного многократного взаимодействия паров, образующихся при перегонке, с жидкостью, образующейся при конденсации этих паров.

Процесс ректификации осуществляется в ректификационной установке основным аппаратом которой является ректификационная колонна, в которой пары перегоняемой жидкости поднимаются снизу, а навстречу парам стекает жидкость, подаваемая в виде флегмы в верхнею часть аппарата.

Процесс ректификации может протекать при атмосферном давлении, а также при давлениях выше или ниже атмосферного. Под вакуумом ректификацию проводят, когда разделению подлежат высококипящие жидкие смеси. Повышенное давление применяют для разделения смесей, находящихся в газообразном состоянии при более низком давлении. Если температуры кипения компонентов относительно близки, то в процесс ректификации вводят абсорбент (экстрагент), такой процесс получил название экстрактивной ректификации.

Классические типы колонных аппаратов--тарельчатые и насадочные. В тарельчатых контакт, между жидкостью и газовой фазой осуществляется за счет многократного барботажа газа (или пара) через слой жидкости, а в насадочных -- за счет стекания жидкости по элементам насадки. В обоих случаях жидкость стекает вниз под действием силы тяжести и газовая фаза движется навстречу снизу вверх.

Сочетание абсорбции с десорбцией позволяет многократно использовать поглотитель и выделять абсорбированный компонент в чистом виде. Для этого раствор после абсорбера направляют на десорбцию, где происходит выделение компонента, а освобождённый от компонента раствор вновь направляют на абсорбцию.

Степень разделения смеси жидкостей на составляющие компоненты и чистота получаемого дистиллята и кубового остатка зависят от того, насколько развита поверхность контакта фаз, от количества подаваемой на орошение флегмы и устройства ректификационной колонны.

В промышленности применяют тарельчатые, насадочные, пленочные трубчатые и центробежные пленочные аппараты. Они различаются в основном конструкцией внутреннего устройства аппарата.

Конструкции тарельчатых колонн, весьма разнообразны. Это объясняется чрезвычайно большим ассортиментом перерабатываемого сырья, широким диапазоном производительности и различным гидравлическим режимом колонн. В качестве конструкционного материала для изготовления колонных аппаратов наиболее широко применяют углеродистую и кислотостойкую сталь, реже цветные металлы и чугун. В настоящее время осваиваются тарельчатые колонны из неметаллических материалов--керамики, графита и фторопласта.

Тарельчатые контактные устройства, в ректификационной колонне, подразделяются на: колпачковые, ситчатые, клапанные, решетчатые, провальные и т.п.

Преимущественное использование тарельчатых колонн в процессах ректификации объясняется их значительно большей производительностью по сравнению с насадочными.

Первостепенное требование, которому должны удовлетворять химические машины и аппараты--это обеспечение наиболее высокий технологических параметров, что достигается способами, кратко описанными во введении. Наряду с технологическим совершенством химическое оборудование должно удовлетворять ряду требований механической прочности. Следует отметить, что конструкция аппарата или машины существенно зависит от параметров процесса (давления и температуры), коррозионных свойств среды, наличия осадков и отложений, свойств конструкционных материалов и др.

Конструирование аппарата начинают с выбора его устройства, определения формы и основных размеров. Размеры аппарата определяют с помощью технологических, массообменных, тепловых и гидравлических расчетов, которые дают основные рабочие параметры: рабочий объем, размеры рабочих элементов машин, поверхности теплообмена, фильтрации и контакта фаз и др. Результаты расчетов взаимно увязывают и корректируют. Если приходится учитывать различные противоречивые факторы, находят оптимальные варианты.

1. Назначение аппарата в технологической схеме

Установка по производству газа МАФ (метилацетилен - алленовая фракция) предназначена для выделения газа МАФ путем селективной ректификации из негидрированной пропановой фракции пирогаза, где в качестве селективного растворителя применяется ацетонотрил.

Установка МАФ условно разделена на 5 блоков:

- блок 1: приём на установку и подготовка сырья;

- блок 2 : выделение МАФ из негидрированной пропановой фракции пирогаза методом экстрактивной ректификации с использованием в качестве селективного растворителя (абсорбента) ацетонитрила;

- блок 3 : десорбция МАФ из насыщенного раствора ацетонитрила;

- блок 4 : подготовка и отгрузка готовой продукции;

- блок 5 : приём на установку свежего ацетонитрила.

Ректификационная колонна позиции К-2 и кипятильник позиции Т-3 входящего в обвязку колонны относятся к блоку №3.

Кипятильник позиции Т-3 на установке по производству газа МАФ предназначен для поддержания темперетуры куба колонны позиции К-2.

Тепло в куб колонны К-2 поступает через кипятильник Т-3, обогреваемый водяным паром.

Регистрация температуры водяного пара в пределах (150 ? 185)?С осуществляется на ЦПУ по приборам поз.ТRA(BiBo) - 87 с сигнализацией максимального значения и поз. ТI - 87, а регистрация расхода водяного пара в пределах (100 ? 500) кг/ч осуществляется на ЦПУ по прибору поз.FR-264.

Регулирование расхода пара через кипятильник Т-3 производится в зависимости от температуры в кубе колонны К-2 прибором поз.TRC-89.

Кипятильник позиции Т-3 снабжен следующими приборами контроля:

- ТRA(BiBo) - 87 - преобразователь термоэлектрический гр. ХК; преобразователь измерительный с контактным устройством, кл.т.0,5, шкала (0 200) С;

- FR - 264 - диафрагма; датчик расхода, кл.т.1,0; прибор регистрирующий, кл.т.1,0, шкала (0500,0) кг/ч;

- ТI - 87 - преобразователь термоэлектрический гр. ХК; преобразователь измерительный, кл.т.0,5; выходной сигнал (420) мА; преобразователь I/P, кл.т.1,0; прибор показывающий, кл.т.0,5, шкала (0200) С;

- ТI - 20 - прибор показывающий, шкала (0250)^?С, цена деления 5^?С.

Рисунок 1. Схема обвязки кипятильника

В колонне десорбции К-2 фракция МАФ извлекается из ацетонитрила, поступающего из куба колонны К-1 на 10-ю тарелку в качестве питания.

Процесс десорбции протекает при следующих условиях:

- температуре в кубе колонны в пределах (60 ? 140)°С;

- температуре верха колонны в пределах (7 ? 16)°С;

- давлении (0,3 ? 0,7) МПа.

Циркуляционный ацетонитрил поступает в колонну К-2 из куба колонны К-1 через холодильник Т-5 за счет разности давлений. Ацетонитрил, стекая по тарелкам колонны в куб, отдаёт растворённый МАФ и через регулирующий клапан уровня (прибор поз. LRСA-308), направляется в холодильник Т-6.

Ацетонитрил в холодильнике Т-6 охлаждается оборотной водой до температуры (40 ? 100) °С и поступает в ёмкость циркуляционного ацетонитрила Е-11. Регистрация температуры ацетонитрила осуществляется на ЦПУ по прибору поз.ТR(Bi) - 60.

Верхний продукт колонны - метилацетилен-алленовая фракция с примесями пропана (до 14,0 %) и пропилена (до 10,0 %) проходит через сепаратор-отбойник ацетонитрила Е-5, предназначенный для улавливания ацетонитрила в случае его механического уноса из колонны К-2 при нарушении рабочего режима, с последующим возвращением ацетонитрила в колонну К-2.



Рисунок 2. Схема обвязки колонны

Куб колонны оборудован следующими приборами контроля:

- контроль, регистрация, регулирование и блокировка критической температуры (155°С) ацетонитрила в пределах (60 ? 140)°С по приборам поз.TRС-89, TSA-89;

- контроль, регистрация с сигнализацией предельной (140°С) и блокировка критической температуры (155°С) ацетонитрила в пределах (60 ? 140)°С по приборам поз. ТRA(BiBo) - 92, TSA-92;

- контроль, регистрация, сигнализация максимального (0,7 МПа) и блокировка критического (0,8 МПа) давления ацетонитрила в пределах (0,3 ? 0,7) МПа по приборам поз.PRSA-251-1, PRSA-251-2;

- блокировка критического (0,8 МПа) давления ацетонитрила по электроконтактному манометру поз.PISA-251;

- контроль, регистрация, регулирование и сигнализация крайних значений уровня ацетонитрила в пределах (20 ? 80) % по прибору поз.LRCA-308;

- контроль и сигнализация крайних значений уровня ацетонитрила в пределах (15 ? 85) % по прибору поз.LIA-309.

Верх колонны оборудован следующими приборами контроля:

- контроль и регистрация температуры МАФ в пределах (7 ? 16)°С по прибору поз. ТR(Bi) - 61;

- контроль, регистрация и регулирование давления МАФ в пределах (0,3 ? 0,7) МПа по прибору поз.PRC-222.

Давление в системе колонны К-2 поддерживается регулирующим клапаном поз. РRC-222 на сбросе паров МАФ из флегмовой ёмкости Е-6 в топливную сеть - линия ТГ-1.

Для защиты колонны от превышения давления на одном общем коллекторе установлены два идентичных предохранительных клапана, работающих попеременно. Параллельно с ПК на коллекторе установлен пневматический отсекатель ОК-9 поз.HSA-350, который приводится в действие с ЦПУ операторной в случае необходимости освобождения колонны К-2 на факел. На выходе из колонны циркуляционного ацетонитрила установлен пневматический отсекатель ОК-10 поз.HSA-351 на сливе жидкости в дренажную систему.

Куб колонны оборудован следующими приборами КИПиА:

- ТRC - 89 - преобразователь термоэлектрический гр. ХК; преобразователь измерительный, кл.т.1,0; выходной сигнал (420) мА; преобразователь I/P, кл.т.1,0; прибор регистрирующий, регулирующий, кл.т.1,0, шкала (0200) С; регулирующий клапан «НЗ», Ду=50 мм;

- ТSA - 89 - преобразователь термоэлектрический гр. ХК; преобразователь измерительный, кл.т.1,0; выходной сигнал (010) В; реле напряжения;

- ТRA (BiBo) - 92 - преобразователь термоэлектрический гр. ХК; преобразователь измерительный c контактным устройством, кл.т.0,5, предел измерений (0200)°С;

- ТSA - 92 - преобразователь термоэлектрический гр. ХК; преобразователь измерительный, кл.т.1,0; выходной сигнал (010) В; реле напряжения;

- РRSА - 251-1, РRSА - 251-2 - датчик давления, кл.т.1,0, предел измерений (01,6) МПа; прибор регистрирующий, кл.т.1,0, шкала (01,6) МПа; манометр электроконтактный, кл.т. 1,5, погрешность сигнализации ± 2,5 %; датчик-реле давления, погрешность сигнализации и блокировки ± 2,5 %;

- LRСA - 308 - датчик уровня, кл.т.1,5; предел измерений (0,202,05) м; прибор регистрирующий, регулирующий, кл.т.1,0, шкала (0100) %; клапан регулирующий «НО», Ду=15 мм; датчик-реле давления, погрешность сигнализации 2,5 %;

- LIA - 309 - датчик уровня, кл.т.1,5; предел измерений (0,202,05) м; прибор показывающий, кл.т.1,0, шкала (0100) %; датчик-реле давления, погрешность сигнализации 2,5 %;

- ТR (Bi) - 61 - преобразователь термоэлектрический гр. ХК; преобразователь измерительный, кл.т.0,5, предел измерений (0 50)С;

- РRС - 222 - датчик давления, кл.т.1,0, предел измерений (01,0) МПа; прибор регистрирующий, регулирующий, кл.т.1,0, шкала (01,0) МПа; клапан регулирующий «НО», Ду=15 мм.

2. Конструкция кипятильника и ректификационной колонны

2.1 Конструкция кипятильника

Корпус аппарата состоит из обечайки с эллиптическими крышками с внутренним базовым диаметром 600 мм из листового металла вальцовкой с последующей сваркой. Длина обечайки корпуса 4000 мм, по торцам приварены аппаратные фланцы с шейкой встык. Кожух сварен из двух обечаек.

Эллиптические крышки изготовлены штамповкой из цельного листа металла. Для удобства присоединения к обечайке эллиптические крышки изготовлены с цилиндрическим бортом. К торцу крышки приварены встык аппаратные фланцы с шейкой уплотнительной поверхностью «шип - паз». Эллиптические крышки соединены с кожухом 28 шпильками М22.

Штуцера на кожухе и эллиптических крышках врезаны без подрезки патрубка, которые укреплены накладными воротниками.

В верхней эллиптической крышке присутствует воздушник.

В нижней эллиптической крышке присутствует спускная муфта.

Конструктивная особенность заключается в том, что пучок труб, собранный в двух трубных решетках, вместе с ними жестко закреплен в корпусе теплообменника. Каждая трубная решетка имеет круглую форму , толщиной 60 мм. В которых трубки размером 252 мм крепятся с трубной решеткой при помощи обварки с последующей развальцовкой в гладких отверстиях. Пучок собран из 263 трубок длиной 4000 мм, которые расположены по вершинам равносторонних треугольников с шагом 32 мм.

Пучок снабжен поперечными перегородками с сегментным вырезом, которые фиксируются на четырех тягах распорными трубами.

К кожуху аппарата через подкладные листы приварены четыре сварные лапы. Каждая лапа состоит из двух вертикальных косынок и приваренного к ним основания. Подкладные листы прямоугольной формы приваривают сплошным швом с целью увеличения жесткости корпуса теплообменника.

Способ установки кипятильника на межэтажном перекрытии в вертикальном подвешенном состоянии.

2.2 Конструкция ректификационной колонны

Колонна позиции К-2 - это вертикальный цилиндрический аппарат высотой 25265 мм с эллиптическими днищами и смонтированными внутри колпачковыми тарелками.

Корпус аппарата состоит из 6 обечаек каждая из которой длинной по 3 метра и 2 обечаек по 2 метра с внутренним базовым диаметром 1000 мм из листового металла вальцовкой с последующей сваркой. Длина обечайки корпуса 22250 мм.

Эллиптические днища изготовлены штамповкой из цельного листа металла. Эллиптические днища соединены с кожухом сваркой.

В нижней части колонного аппарата расположено 2 маточника, один для ввода питания, а второй для ввода ацетонитрила из сепаратор - отбойника. Маточник состоит из трубы диаметром 100 мм с двух сторон заглушены, по центру вварена труба к которой крепится фланец. В трубе сделаны прямоугольные прорези для равномерного распределения питания. В верхней части колонного аппарата установлено отбойное устройство в виде многослойной металлической сетки для отделения ацетонитрила который может быть захвачен восходящем газом в случае повышения температуры куба.

Штуцера на кожухе и эллиптических днищах врезаны без подрезки патрубка, которые укреплены за счет утолщения стенки штуцера.

Внутри колонны для создания развитой поверхности контакта фаз расположено 30 колпачковых тарелок. Расстояние между тарелками с 1 по 10 равно 500 мм, с 11 по 30 расстояние равно 400 мм, а в районе люков - лазов расстояние 1000 мм. Уровень жидкости на тарелке поддерживается верхней кромкой сливной перегородки, чтобы пары не проходили через сварные карманы нижний конец сливной перегородки опущен под уровень жидкости на тарелке.

Тарелка состоит из 2-х полотен выполненных из листового металла, в шахматном порядке в полотне при помощи развальцовки крепятся патрубки для прохода паров. Полотна размещают на опорных балках, которые приварены по периметру колонны. Крепление полотна тарелки к корпусу осуществляется с помощью прижимной планки сверху (рисунок 3).

Рисунок 3. Крепление полотна тарелки к корпусу

Для соединения полотен используют прижимные планки. Вертикальная полка уголка и ребро, полученное отгибом одной из кромок полотна, увеличивают жесткость полотна тарелок. Герметичность соединений обеспечивают установкой прокладок (рисунок 4).

Рисунок 4. Крепление секции полотна тарелки

Сверху патрубки закрываются колпачками, которые изготовлены штамповкой и в нижней части по окружности имеют прорези треугольной формы для равномерного выхода паров в слой жидкости. Колпачки на тарелках располагаются по вершинам равносторонних треугольников. Крепление колпачков на тарелке выполнено индивидуально. При индивидуальном способе крепления колпачок закреплен гайкой на шпильке, приваренной к патрубку, колпачок упирается нижними кромками прорезей в полотно тарелки. По окружности колпачка в нижней части для прохода паров имеются прорези треугольной формы.

Количество колпачков диаметром 80 мм с 1 по 10 тарелку расположено 43 колпачка, а с 11 по 30 тарелку 22 колпачка.

Для осмотра и проведения ремонтных работ внутри колонны снабжена 5 люками диаметром 500 мм с плоскими фланцевыми крышками. С целью облегчения снятия и последующей установки тяжелой крышки люка она снабжена поворотным кронштейном.

Колонна установлена в вертикальном положении на типовой опоре. Опора представляет собой конусную обечайку с кольцевым опорным поясом, она придает большую устойчивость и снижает удельное давление на опорную поверхность.

Для монтажа колонны в вертикальное положение к корпусу аппарата приварены 2 монтажных штуцера.

3. Обоснование выбора конструкционных материалов

В проектируемом кипятильнике из условий его работы:

- рабочая температура в трубном пространстве до 140 и в межтрубном до 185;

- давление до 1,0 МПа применяются металлы и сплавы с высокой прочностью, твердостью, тепловым расширением, теплопроводностью, коррозионной стойкостью.

Корпус кипятильника, штуцера, арматурные и аппаратные фланцы изготовлены из стали общего назначения обыкновенного качества Ст3сп. Трубный пучок, трубная решетка и поперечные перегородки изготовлены из качественной углеродистой стали общего назначения Сталь 20. Лапы и подкладные листы из Сталь3.

Механические свойства Ст3сп: предел прочности ; предел текучести ; НВ = 131 МПа; относительное удлинение

Механические свойства Сталь20: предел прочности ; предел текучести ; НВ = 163 МПа; относительное удлинение Применение: трубы перегревателей, коллекторов и трубопроводов котлов высокого давления, листы для штампованных деталей, цементуемые детали для длительной и весьма длительной службы при температурах до 350^?С

Механические свойства Сталь3: предел прочности ; предел текучести ; относительное удлинение Применение: несущие и ненесущие элементы сварных и несварных конструкций и деталей, работающих при положительных температурах. Фасонный и листовой прокат толщиной до 10 мм для несущих элементов сварных конструкций, работающих при переменных нагрузках в интервале от --40 до +425 °С. Прокат от 10 до 25 мм -- для несущих элементов сварных конструкций, работающих при температуре от --40 до +425°С при условии поставки с гарантируемой свариваемостью. Химический состав указан в таблице 1.

Таблица 1. Химический состав

Марка стали	Содержание элементов, %
	C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	Cu
Ст3сп	0.14-0.22	0.15-0.3	0.4-0.65	<0.3	<0.05	<0.04	<0.3	<0.3
Сталь20	0.17-0.24	0.17-0.37	0.35-0.65	<0.25	<0.04	<0.04	<0.25	<0.25
Сталь3	0.14-0.22	0.05-0.17	0.4-0.65	<0.3	<0.05	<0.04	<0.3	<0.3

В проектируемой колонне из условий её работы:

- рабочая температура куба до 140 и верха до 16;

- давление до 0,7 МПа применяются металлы и сплавы с высокой прочностью, твердостью, тепловым расширением, теплопроводностью, коррозионной стойкостью.

При конструировании химической аппаратуры следует применять стойкие металлические и неметаллические конструкционные материалы в заданных агрессивных средах. Важно учитывать все виды возможного коррозийного разрушения материалов в агрессивной среде при ее заданных рабочих параметрах. При выполнении прочностных расчетов в первую очередь сталкиваются с необходимостью оценки общей поверхностной коррозии выбираемого конструкционного материала.

Корпус колонны, днища, арматурные фланцы и люки - лазы изготовлены из конструкционной низколегированной стали сварных металлоконструкций 09Г2С. Переливные устройства, тарелки, колпачки и маточники выполнены из коррозионно - стойкой жаропрочной

Механические свойства стали 09Г2С: предел прочности ; предел текучести ; НВ = 127 МПа; относительное удлинение Применение: для изготовления различных деталей и элементов сварных металлоконструкций, работающих при температуре от -70 до +425^?С под давлением. Свариваемость без ограничений, не склонна к отпускной хрупкости.

Механические свойства стали 08Х13: предел прочности ; предел текучести ; НВ = 270 МПа; относительное удлинение Применение: детали с повышенной пластичностью, подвергающиеся ударным нагрузкам, действию слабоагрессивных сред, обрабатываемость (хорошая пластическая деформируемость; применимость к процессам вытяжки, штамповки, перфорации в ней отверстий и т.п.). Химический состав указан в таблице 2.

Таблица 2. Химический состав

Марка стали	Содержание элементов, %
	C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	Cu
09Г2С	<0.12	0.5-0.8	1.3-1.7	<0.3	<0.04	<0.035	<0.3	<0.3
08Х13	<0.08	<0.8	<0.8	<0.6	<0.025	<0.03	12-14	<0.3

4. Расчет конструктивных элементов кипятильника и колонны

4.1 Расчет толщины обечайки корпуса кипятильника

теплообмен энергия кипятильник технологический

Расчетная и исполнительная толщина стенки обечайки, работающей под внутренним избыточным давлением.

где Р - расчетное давление, МПа;

Д - внутренний диаметр кипятильника, м;

ц - коэффициент прочности сварного шва;

для автоматической стыковой двухсторонней сварки принимаем ц = 1

[у] - допускаемое напряжение, МПа;

для стали марки Ст3сп при расчетной температуре t = 185

применяем [у] = 142 МПа [ ]

c - дополнительная прибавка, м

Подставляем в формулы (1) и (2) расчетные величины и определяем толщину стенки кипятильника.

где = 2 мм, прибавка для компенсации на коррозию;

- прибавка для компенсации (-) допуска;

- технологическая прибавка (в расчетах не учитывается).



С учетом (-) допуска для сталей принимаем:

S = 6мм.

Допускаемое внутреннее избыточное давление.

Условие удовлетворяется.

4.2 Расчет толщины эллиптической крышки кипятильника

Рисунок 5. К расчету толщины эллиптической крышки

Расчетная и исполнительная толщина стенки эллиптической крышки.

,

где, - для эллиптических крышек с Н = 0,25Д [ ].

Подставляем в формулы ( ) и ( ) расчетные величины и определяем толщину эллиптической крышки кипятильника.



С учетом (-) допуска для сталей принимаем:

S₁ = 6мм.

Допускаемое внутреннее избыточное давление.

Условие удовлетворяется.

4.3 Расчет аппаратного фланца Д_у 600 кипятильника

Рисунок 6. К расчету аппаратного фланца

Выбираем расчетное давление: т.к. расчетная температура равна 185С⁰, то, Р_р = Р_у = 1 МПа

Равнодействующая сил внутреннего давления:

Q_Д = D²_c.пР_р/4,

где D_c.п - средний диаметр прокладки, мм:

D_с.п = D_б - е - b

Материал прокладки - паронит, Д_б = 700мм, n = 28, d = 23 мм, e = 32 мм,

b = 12-15 мм, где

n - число отверстий,

b -ширина прокладки,

D_с.п. = 0,7 - 0,032 - 0,013 = 0,655 м

Q_Д = 0,655·1·3.14/4 = 0,5 Н

В рабочих условиях реакция прокладки:

R_п = 2 D_с.п b_omp, где

b_o - расчетная ширина прокладки, b_o= 0,5b = 0,5·0,013 = 0,0065 м

m = 2,5 - прокладочный коэффициент.

R_п = 2·3,14·0,655·0,0065·2.5·1 = 0,06 МН.

Суммарная болтовая нагрузка фланцевых соединений для рабочих условий

Р₂ = Q_Д + R_П

Р₂ = 0,5 + 0,06 =0,56 МПа

в условиях монтажа (при затяжке соединения):

Р₁ = (Q_Д + R_П)

Р₁ = max Р ₁ = b_о D_С.Пq

где, = 1,1 - коэффициент, определяемый по таблице 8 [ ].

= 1 [ ]

q - удельное давление, q = 20 + Р = 21.

Р₁ = 1(1,2·0,5 + 0,06)

Р₁ = max Р₁ = 3,14·0,065·0,655·21

0,66

Р₁ = max 0,28

Принимаем Р₁ = 0,66 МПа.

Проверяем болты из условия прочности на растяжение:

в рабочих условиях:

Р_д2/(nд) ? уt;

где n = 28 - количество болтов;

д = d² / 4 = 3,14·0,023² / 4 = 0,0004 м².

Подставляем в формулы ( ) расчетные величины

0,56 / (28·0,0004) ? 126

50 ? 126 МПа

условие удовлетворяется.

в условиях монтажа:

Р_д2/(nд) ? уt20^оС

где уt20^оС = 140 МПа - предел текучести при 20^оС.

Подставляем в формулы ( ) расчетные величины

0,66 / (28·0,0004) ? 140

58 ? 140 МПа

условие удовлетворяется.

Оба условия выполняются.

Прочность неметаллической прокладки:

q = ? ,

где - допустимое удельное давление прокладки, = 130 МПа.

Q = ? 130

условие удовлетворяется.

Приведенный изгибающий момент М₀ принимают для фланцев как большее из двух значений, вычисленных по формулам:



где - эквивалентная толщина втулки ( - коэффициент в зависимости от и отношения .

Принимаем тогда

Подставляем в формулы ( ) и ( ) расчетные величины и определяем изгибающий момент.

Принимаем М₀ = 0.023 МН·м.

Надежность работы фланца проверяют из условия прочности:

- для сечения, ограниченного размером S₁:

,

где МПа - допустимое напряжение.

- предел текучести.

Максимальное напряжение в сечении, ограниченного размером S_1.

где ,

 [ ]

- коэффициент, принимаем по графику в зависимости от отношения [ ]

Принимаем .

Подставляем в формулы ( ) и ( ) расчетные величины и определяем максимальное напряжение в сечении, ограниченного размером S₁.

Окружное напряжение в кольце фланца.

где - коэффициент определяем по графику в зависимости от

- высота шейки фланца.

Принимаем

Подставляем в формулу ( ) расчетные величины и определяем окружное напряжение в кольце фланца.

Подставляем в формулу ( ) расчетные величины и определяем надежность работы фланцы проверяют из условия прочности:

- для сечения, ограниченного размером S₁

МПа

Условие удовлетворяется.

Надежность работы фланцы проверяют из условия прочности:

- для сечения, ограниченного размером S₀:

где МПа - допустимое напряжение,

для Сталь3 при 20 [ ].

Максимальное напряжение в сечении, ограниченного размером S₀.

где - принимают по графику в зависимости от и отношения ( - длинна шейки фланца равная 30 мм ).

Принимаем .

Тангенциальное напряжение во втулке, возникающее от внутреннего давления.

Меридиональное напряжение от внутреннего давления.

Подставляем в формулу ( ) расчетные величины и определяем надежность работы фланцы проверяют из условия прочности:

- для сечения, ограниченного размером S₀

Условие удовлетворяется.

Проверяем фланцевое соединение на герметичность.

где при .

Подставляем в формулу ( ) расчетные величины и определяем фланцевое соединение на герметичность.

Условие удовлетворяется.

4.4 Расчет укрепления отверстия

Наибольший допустимый диаметр выреза не требующий дополнительного укрепления:

D₀=;

где - для отверстия на цилиндрической обечайке.

Условие укрепления штуцера:

где - расчетная длина внешней части штуцера; принимается меньшей из 2-х величин.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 7. К расчету укрепление отверстия



1.25

= 1.25 = 0,0055 м.

Принимаем м.

;

- расчетная длина внутренней части штуцера принимаем нулю, т.к. он выступает заподлицо.

Для накладного листа:

S_2R = S₂, так как выполняется условие ;

S₂ = 0.006 м.

Отношение допускаемых напряжений:

где, , - допускаемые напряжения для материала соответственно обечайки, штуцера, накладного кольца; т.к. материал обечайки корпуса, патрубка и накладного листа в нашем случае одинаков, то

Условие укрепления:

т.е. условие укрепления выдержано.

4.5 Расчет лапы кипятильника

Сила тяжести аппарата при гидроиспытании:

Gmax = G + Gв;

где G = 0.0213 - сила тяжести аппарата, МН;

Gв = 0.01 - сила тяжести воды при гидроиспытании, МН;

Gmax = 0.0213+0.01 = 0.0313 МН.

Выбор опоры.

Нагрузка на одну опору (лапу):

Q = ;

где n - количество лап.

По ОСТ 26-655-79 выбираем опору типа 2 (для аппарата с изоляцией) с максимально допустимой нагрузкой Q = 10кН с размерами (мм):

a = 90 h = 235 d = 24

a₁ = 115 h₁ = 14 d_Б = М16

a₂ = 80 b₁ = 85 b₂ = 80

b = 195 S₁ = 6 _max = 105

c = 20 K = 20

c₁ = 85 K₁ = 50

Допускаемое напряжение для материала опоры Сталь 3 при t = 20^оС = 140 МПа, но учитывая, что ребра работают дополнительно на продольный изгиб принимаем = 100МПа.

Площадь подошвы лапы, исходя из максимально допустимого удельного давления на опорную конструкцию из бетона: q = 2 ? 4 МПа;

F = ;

Действительная площадь выбранной опоры:

F_q = a(b - max);

что больше потребной площади подошвы.

Напряжение в ребре из условия прочности на сжатие и устойчивость

= ,

где к - коэффициент которого принимают по графику или

ориентировочно к = 0,55 ? 0,6. Принимаем к = 0,6.

S₁ = 8 мм - толщина ребра;

Z = 2 - число ребер в опоре;

L₀ - вылет ребра, L₀= 0,5(b + max + So + S_n);

S_H = 0 - толщина подкладного листа (лист не устанавливаем);

L₀ = 0,5(0,195 + 0,105 + 0,004) = 0,304 м

= 2,7 МПа

т.е. условие прочности соблюдается.

Прочность сварных швов проверяем по условию:

_ср = ср,

где h_ш = 0.85 S₁ катет шва, принимаем h_ш = 6 мм

L_ш - общая длина швов,

L_ш = 4(h + S₁) = 4(0,235 + 0,006) = 0,964 м

h = 0,23 м - высота опоры,

= 1,9 МПа 80 МПа

ср = 80 МПа для сварных швов.

Проверка прочности стенки вертикального аппарата под опорой лапой (без накладного листа).

Осевое напряжение от внутреннего давления в аппарате:

m_ox =

М = 0 - внешний изгибающий момент.

m_ox = = 37.5 МПа

Окружное напряжение от внутреннего давления:

 m_oy = = 87 МПа.

Максимальное мембранное напряжение от основных нагрузок определяется из соотношения:

m_o = mаx { m_ox; m_oy } = max { 43.6; 87 }

Принимаем m_o = 87 МПа.

Максимальное мембранное напряжение от основных нагрузок и реакции опоры:

где К₁ = 0,25,

при = = 145; = 0,07

Максимальное напряжение изгиба от реакции опоры:

где К₂ = 0,6

Условие прочности:

где А = 1,2 для гидроиспытаний.

т.е. условие прочности не выполняется и следует приварить накладной лист к корпусу, затем опору приварить к накладному листу. Размеры накладного листа стандартизированы.

4.6 Расчет температурного расширения

Температурные напряжения в теплообменниках жесткой конструкции возникают при различной температуре труб и кожуха, а также когда температура их одинакова, но трубы и кожух изготовлены из разных материалов, коэффициенты удлинения которых сильно отличаются.

Температурные напряжения определяем по формуле:

где - модули упругости материалов трубы и кожужа;

- коэффициенты линейного расширения, .

, [ ]

В трубках и в кожухе температурные напряжения по формулам:

Действующее на одну трубу усилие:

где - число труб.

В зависимости от распределения температур это усилие может быть сжимающим или растягивающим.

Площадь сечения труб:

где - внутренний и наружный диаметры труб, м.

Площадь сечения корпуса:



где - средний диаметр кожуха, м; - толщина стенки кожуха, м.

Подставляем полученные значения в формулу ( ).

В жестком кожухотрубчатом теплообменнике за счет давления как в трубках, так и в кожухе всегда возникают напряжения растяжения. Усилие, растягивающее корпус и трубы определяем по формуле:

где - давления в межтрубном и трубном пространствах, МПа;

- внутренний диаметр кожуха, м.

Рассчитываем толщину трубной решетки, толщину стенки принимаем по наибольшему значению.



где - коэффициент ослабления решетки отверстиями [ ];

t - шаг трубок;

- коэффициент [ ].

где - отношение жесткости труб к жесткости кожуха [ ].

Подставляем значение в формулы ( ) и ( ).

Подставляем значения в формулы ( ) и ( ).

Принимаем .

Сварное соединение рассчитываем на срез:

где для сварных швов,

- катет сварного шва [ ],

- коэффициент сварного шва [ ], тогда

4.7 Расчет толщины обечайки корпуса колонны

Расчетная и исполнительная толщина стенки обечайки, работающей под внутренним избыточным давлением определяем по формуле ( ).

С учетом (-) допуска для сталей принимаем:

S = 10мм.

Допускаемое внутреннее избыточное давление определяем по формуле

Условие удовлетворяется.

4.8 Расчет толщины эллиптического днища колонны

Расчетная и исполнительная толщина стенки эллиптического днища определяем по формуле ( ).

,

где, - для эллиптических крышек с Н = 0,25Д [ ].

Подставляем в формулы ( ) и ( ) расчетные величины и определяем толщину эллиптической крышки кипятильника.

С учетом (-) допуска для сталей принимаем:

S₁ = 10мм.

Допускаемое внутреннее избыточное давление.

Условие удовлетворяется.

4.9 Расчет фланца люка

Выбираем расчетное давление: т.к. расчетная температура равна 140С⁰, то,

Р_р = Р_у = 0,7 МПа

Равнодействующая сил внутреннего давления:

Q_Д = D²_c.пР_р/4,

где D_c.п - средний диаметр прокладки, мм:

D_с.п = D_б - е - b

Материал прокладки - паронит.

Д_б = 600мм, n = 16, d = 23 мм, e = 30 мм, b = 15-25 мм.

n - число отверстий,

b -ширина прокладки,

D_с.п. = 0,6 - 0,03 - 0,02 = 0,55 м

В рабочих условиях реакция прокладки:

R_п = 2 ·D_с.п ·b_om·p,

где b_o - расчетная ширина прокладки, b_o= 0,5·b = 0,5·0,02 = 0,01 м

m = 2,5 - прокладочный коэффициент, тогда

R_п = 2·3,14·0,55·0,01·2.5·0,7 = 0,06 МН.

Суммарная болтовая нагрузка фланцевых соединений для рабочих условий:

Р₂ = Q_Д + R_П

Р₂ = 0,17 + 0,06 = 0,23 МПа

в условиях монтажа (при затяжке соединения):

Р₁ = (Q_Д + R_П)

Р₁ = max Р ₁ = b_о D_С.Пq

где, = 1,2 - коэффициент, определяемый по таблице 8 [ ].

= 1 [ ]

q - удельное давление, q = 20 + Р = 20,7 МПа.

Р₁ = 1(1,2·0,17 + 0,06)

Р₁ = max Р₁ = 3,14·0,01·0,55·20,7

0,264

Р₁ = max 0,357

Принимаем Р₁ = 0,357 МПа.

Проверяем болты из условия прочности на растяжение:

в рабочих условиях:

Р_д2/(nд) ? уt;

где д = d² / 4 = 3,14·0,023² / 4 = 0,0004 м².

Подставляем в формулу ( ) расчетные величины

0,23 / (16·0,0004) ? 126

35,9 ? 126 МПа

условие удовлетворяется.

в условиях монтажа:

Р_д1/(nд) ? уt20^оС

где уt20^оС = 140 МПа - предел текучести при 20^оС.

Подставляем в формулу ( ) расчетные величины

0,357 / (16·0,0004) ? 140

55,8 ? 140 МПа

условие удовлетворяется.

Оба условия выполняются.

Прочность неметаллической прокладки:

q = ? ,

где - допустимое удельное давление прокладки, = 130 МПа.

Q = ? 130

условие удовлетворяется.

4.10 Расчет укрепления отверстия

Наибольший допустимый диаметр выреза не требующий дополнительного укрепления:

D₀=;

где - для отверстия на цилиндрической обечайке.

Условие укрепления штуцера:

где - расчетная длина внешней части штуцера; принимается меньшей из 2-х величин.

1.25

= 1.25 = 0,005 м.

Принимаем м.

;

- расчетная длина внутренней части штуцера принимаем нулю, т.к. он выступает заподлицо.

Для нашего случая (без накладного листа):

S_2R = 0;

S₂ = 0.

Отношение допускаемых напряжений:



где, , - допускаемые напряжения для материала соответственно обечайки, штуцера, накладного кольца; т.к. материал обечайки корпуса, патрубка и накладного листа в нашем случае одинаков, то

Условие укрепления:

т.е. условие укрепления выдержано.

4.11 Расчет на ветровую устойчивость

При расчете периода собственных колебаний аппарат рассматривают как упруго защемленный стержень. Период собственных колебаний колонны с постоянным сечением рассчитываем по формуле:

где 25,265- высота колонны, м;

- вес колонны, МН;

- модуль продольной упругости корпуса колонны, МПа;

- ускорение свободного падения;

- экваториальный момент инерции площади поперечного сечения стенки корпуса колонны, м⁴;

- угол поворота опорного сечения фундамента под действием единичного момента (МН·м)^-1.

Для цилиндрических аппаратов экваториальный момент инерции площади поперечного сечения стенки корпуса рассчитываем по формуле:

где - наружный диаметр колонны, м;

- внутренний диаметр колонны, м.

Угол поворота опорного сечения фундамента:

где - коэффициент упругого неравномерного сжатия грунта, определяемый по данным инженерной геологии или при отсутствии таких данных в зависимости от нормативного давления на подовшу фундамента (для грунтов средней плотности при коэффициент );

- экваториальный момент инерции площади подошвы фундамента.

,

где - наружный диаметр фундаментного кольца (м⁴), тогда

Подставляем значения в формулу ( ).

Подставляем полученные значения в формулу ( ).

Колонну по высоте условно разбиваем на n = 3 участков высотой по и .

Сосредоточенные горизонтальные силы от распределенной ветровой нагрузки на участках 1, 2 и 3 определяем по формуле:

где - коэффициент увеличения скоростного напора;

- нормативный скоростной напор ветра на i-м участке, МПа.

где - коэффициент динамичности, определяемый по графику в зависимости от периода собственных колебаний Т [ ];

, - коэффициент пульсаций скоростного напора, определяемый по графику в зависимости от расстояния до уровня земли [ ].

Подставляем значения в формулу ( ).

где - нормативный скоростной напор ветра на высоте над поверхностью земли до 10 м;

- поправочный коэффициент на возрастание скоростных напоров для высоты более 10 м.

Подставляем значения в формулу ( ).

Ветровой момент определяют как сумму моментов от ветровых нагрузок на каждый участок:



где - высота до приложенных сосредоточенных горизонтальных сил.

Подставляем значения в формулу ( ).

Проверку на устойчивость корпуса колонны выполняем по формуле:

где

,

где

Подставляем значения в формулу ( ).

Допускаемый изгибающий момент определяем по формуле:

Где

Подставляем значения в формулу ( ).

Значения и , так как наружное давление на колонну отсутствует.

Подставляем значения в формулу ( ).

Условие устойчивости соблюдается.

5. Ремонт и монтаж кипятильника и колонны

5.1 Ремонт кипятильника

В теплообменниках жесткой конструкции неподвижные трубные решетки жестко соединены с корпусом. Основные их недостатки - невосприимчивость к температурным напряжениям и невозможность механической очистки внутренних поверхностей корпусов и наружных поверхностей теплообменных труб от грязи и отложений. Возможности восстановления таких теплообменников путем ремонта несколько ограниченны. Именно поэтому их долговечность может быть обеспечена только при соблюдении соответствующего режима эксплуатации. Например, нельзя превышать указанную в паспорте аппарата разность температур между теплообменивающимися средами, так как это может привести к нарушению соединений труб с трубными решетками или к разрыву труб.

Из двух теплообменивающихся потоков между трубами пускают тот, который не содержит грязи, коррозионно-активных веществ и взвешенных частиц, ухудшающих теплообмен и повышающих гидравлическое сопротивление аппарата. Следует учитывать, что осмотр наружных поверхностей труб и внутренних стенок корпуса аппарата не представляется возможным и, следовательно, состояние аппарата при эксплуатации может оказаться бесконтрольным. Необходимость в ремонте устанавливают при обследовании внутренних поверхностей труб, доступных для ремонта и механической чистки.

Коррозионный износ труб и корпуса можно предотвратить или значительно уменьшить, подбирая металл для их изготовления в зависимости от свойств сред, в которых они работают. Имеется опыт катодной защиты корпуса, труб и крышек теплообменников от коррозии морской водой. Такая защита замедляет скорость коррозии в 5--6 раз. В зависимости от размеров защищаемых поверхностей определенное количество элементов, подлежащих катодной защите, подвешивают внутри крышек аппарата; по мере износа элементы при ремонтах периодически заменяют новыми.

Один из недостатков теплообменников жесткой конструкции-- невозможность механической чистки и визуального осмотра внутренних поверхностей корпусов и наружных поверхностей теплообменных труб. Это ограничивает возможности контроля, своевременного обнаружения дефектов и прогнозирования аварий, а также ремонта теплообменников. Выход из такого положения заключается в правильном распределении теплообменивающихся сред: между трубами пускают ту среду, которая не содержит грязи, взвешенных частиц и не коррозионна. Внутренние же поверхности труб доступны для контроля и механической чистки от отложений, ухудшающих теплообмен.

Визуальному осмотру подлежат только крышки, концы и внутренние каналы труб, штуцера на корпусе и крышках. Дефекты остальных частей аппарата могут быть обнаружены только при опрессовке.

Сроки и содержание ревизий и ремонтов определяют исходя из конкретных эксплуатационных условий. Необходимость в досрочном ремонте может быть обусловлена резким ухудшением теплообмена (в соответствии с технологической картой), а также смешением обменивающихся теплом сред.

В первом случае возможно загрязнение внутренних или внешних поверхностей (или и тех, и других) труб, во втором -- разрыв одной или нескольких труб или же нарушение плотности в местах соединения труб с трубными решетками. Сквозной износ самих трубных решеток практически исключается из-за их большой толщины.

Нарушение плотности корпуса аппарата и его соединений легко обнаружить визуально по появлению течи. В этих случаях следует немедленно отключить аппарат от действующей системы, закрыв задвижки и вентили.

При опрессовке кипятильника используют азот высокого давления и воду для обнаружения пропусков в местах крепления трубок в трубных решетках и обнаружения дефектных трубок. В случае обнаружения пропуска в местах крепления трубок с трубной решеткой, трубки подваривают и подвальцовывают. Следует избегать чрезмерной подвальцовки: она не только не устранит неплотность, но может привести к потере прочности соединения. Сварка концов одних труб может ослабить развальцовку рядом расположенных труб, поэтому последние профилактически подвальцовывают.

На практике вышедшую из строя трубу заглушают с двух концов металлическими конусными пробками. Число отглушаемых труб не должно превышать 10% от общего числа труб в пучке, приходящихся на один поток, иначе значительно возрастет гидравлическое сопротивление и заметно уменьшится поверхность теплообмена.

В общем случае обнаружение нескольких дефектных труб в пучках давно работающих кипятильников указывает на возможность выхода из строя всех труб, поскольку они работают в одинаковых условиях. Поэтому отглушив изношенные трубы, можно поддержать эксплуатационную пригодность, кипятильника до ближайшего капитального или среднего ремонта, во время которого теплообменник или трубный пучок полностью заменяют новым.

Для очистки трубного пространства используют механический способ очистки трубок от отложений специально изготовленными шомполами.

Очистка межтрубного пространства не требуется так как там используется водяной пар.

4.3 Монтаж кипятильника

Кипятильник состоит из цилиндрического кожуха и помещенного в нем пучка труб, поэтому, несмотря на конструктивное разнообразие, монтаж зависит только от массы, размеров и пространственного расположения.

Масса и размеры кожухотрубчатого кипятильника позволяют транспортировать его к месту монтажа в собранном полностью на заводе-изготовителе виде. Для транспортирования используют железнодорожные платформы, трейлеры, автомашины, сани и др.

Кипятильник устанавливают вертикально на различных отметках в соответствии с проектом. Опорной конструкцией для них могут служить балки высотных металлоконструкций (при вертикальном расположении и горизонтальном расположении на больших высотах).

К корпусу аппарата приваривают две опоры, расстояние между которыми соответствует нормалям. Для установки теплообменника на уже существующий фундамент расстояние между опорами можно изменять в небольших пределах. Между корпусом и опорами аппарата должны помещаться подкладки из листовой стали, предотвращающие вмятины на корпусе. К корпусу вертикально расположенных теплообменников вместо опор приваривают лапы с ребрами жесткости.

В подавляющем большинстве случаев теплообменники устанавливают в проектное положение с помощью самоходных кранов. Если в конкретных условиях подъема грузоподъемность кранов недостаточна, практикуется установка теплообменников с помощью двух кранов, работающих строго согласованно.

К трубопроводной обвязке приступают после окончательной проверки положения корпуса и закрепления болтов, соединяющих его опоры или лапы с постаментом. Положение теплообменника выверяют уровнем или отвесом, подкладывая, если это необходимо, под опорные плоскости стальные планки.

Монтируемые теплообменники должны быть опрессованы на пробное давление на заводе-изготовителе, поэтому на монтажной площадке их раздельно не опрессовывают, ограничиваясь проверкой общей системы теплообмена вместе с трубопроводной обвязкой после завершения монтажных работ.

В тех случаях, когда отсутствует акт заводского испытания или же аппарат продолжительное время находился на складе или монтажной площадке, перед монтажом теплообменник подвергают ревизии и, если в этом есть необходимость, ремонту.

4.4 Ремонт колонны

Характер износа.

Большинство колонных аппаратов работает при высокой температуре под давлением или в вакууме и содержит огне- и взрывоопасные среды. Корпус колонны и её внутренние устройства могут изнашиваться в результате коррозионного, эрозионного и термического воздействия среды. Скорость износа зависит от многих факторов, и в первую очередь от физико-химических свойств среды, условий ведения процесса, конструктивного исполнения и качества металла корпуса, применения соответствующих ингибиторов коррозии.

Стоимость колонн обычно очень высока, демонтаж и монтаж их -- кропотливый, трудоемкий и продолжительный процесс. Смена колонных аппаратов производится в подавляющем большинстве случаев вследствие износа корпусов. Поэтому при эксплуатации необходимо принять надежные меры для предохранения корпусов от преждевременного износа. Коррозионная стойкость корпусов ректификационных колонн должна быть не выше семи баллов при оценке по десятибалльной шкале, а в случае колонн больших диаметра и высоты -- не выше пяти баллов, т. е. скорость коррозии не должна превышать 0,1 мм/год.

Колонные аппараты подвержены коррозии различных видов. Она охватывает всю поверхность корпуса или отдельные ее участки. В ректификационных колоннах химической коррозии подвергаются в основном участки, работающие в условиях повышенных температур. Эрозионный износ корпусов колонн является следствием воздействия сильных струй жидкости и паровых потоков, содержащих абразивные включения. Участки корпусов, подверженные эрозии, защищают протекторами и специальными устройствами, уменьшающими кинетическую энергию струй жидкости и пара (улиты, маточники и т. д.).