Apakah Tekanan Luaran Maksimum Yang Dibenarkan (Kadaran Runtuh) Untuk Tiub Pemanas Titanium Berdinding{0} Nipis yang Terendam Separa Dalam Kapal Tindak Balas Dalam?
Tinggalkan pesanan
Dalam bekas tindak balas dalam, seperti yang digunakan dalam hidrometalurgi, sintesis kimia, atau pemprosesan hidroterma, tiub pemanasan titanium mungkin sebahagiannya terendam dalam cecair manakala bahagian atas terdedah kepada gas bertekanan. Tekanan luaran yang bertindak pada tiub datang daripada kepala hidrostatik cecair (di bawah paras cecair) ditambah sebarang tekanan gas di atas permukaan cecair. Tiub titanium-berdinding nipis terdedah untuk runtuh di bawah tekanan luaran-kegagalan yang mendadak dan bencana apabila keratan rentas tiub-berubah bentuk daripada bulat kepada bujur atau diratakan. Tekanan luaran maksimum yang dibenarkan (kadaran runtuh) bergantung pada diameter tiub, ketebalan dinding, sifat bahan dan panjang antara sokongan. Untuk tiub separa terendam, keadaan kes-terburuk biasanya berlaku pada paras cecair di mana kecerunan tekanan paling tinggi.
Mekanisme Keruntuhan Di Bawah Tekanan Luaran
Apabila tekanan luaran melebihi tekanan dalaman, dinding tiub mengalami tekanan gelung mampatan. Untuk tiub bulat sempurna, keruntuhan elastik berlaku apabila tekanan luaran mencapai nilai kritikal (P_c) yang diterangkan oleh formula klasik untuk tiub berdinding-nipis: P_c=(2E / (1-ν²)) × (t/D)³, dengan E ialah modulus ν's Young (102ν's Podium) untuk Gred ν's Podium. (0.34), t ialah ketebalan dinding, dan D ialah diameter luar tiub. Keruntuhan anjal ini boleh diterbalikkan-pengurangan tekanan memulihkan bentuk bulat-sehingga kekuatan hasil melebihi. Keruntuhan plastik berlaku apabila tegasan mampatan melebihi kekuatan hasil bahan (240–340 MPa untuk Gred 2). Dalam amalan, tiub titanium runtuh dengan gabungan anjal-plastik lekuk. Ketidaksempurnaan (ovality, variasi ketebalan dinding) mengurangkan tekanan keruntuhan sebenar kepada 50–70% daripada nilai teori.
Tekanan Runtuh Kuantitatif untuk Saiz Tiub Biasa
Tekanan runtuh berikut (dengan mengandaikan 60% daripada teori untuk menjelaskan ketidaksempurnaan) ditetapkan untuk tiub titanium Gred 2 dengan kedua-dua hujungnya dihadkan (tekanan dalaman pada 1 atm):
| Tiub OD × Dinding (mm) | Nisbah D/t | Tekanan Runtuh Teori (bar) | Tekanan Runtuh yang Dibenarkan (bar, faktor 60%) | Kedalaman Rendam Maksimum (meter air) |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
Pertimbangan Tiub Terendam Separa
Untuk tiub yang sebahagiannya terendam dalam cecair dengan tekanan gas di atas cecair, tekanan luaran berbeza-beza mengikut panjang tiub. Di bahagian atas (ruang gas), tekanan sama dengan P_gas. Pada paras cecair, tekanan sama dengan P_gas. Pada kedalaman h di bawah permukaan cecair, tekanan sama dengan P_gas + (ρ × g × h). Keadaan kes-terburuk biasanya bukan pada kedalaman maksimum tetapi pada titik di mana kecerunan tekanan berinteraksi dengan ketidaksempurnaan tiub. Untuk salur dalam, bahagian bawah mungkin runtuh dahulu disebabkan tekanan yang lebih tinggi, tetapi zon peralihan berhampiran paras cecair mengalami tekanan yang berbeza-beza yang boleh mendorong tegasan lentur. Jadual berikut menyediakan had reka bentuk untuk tiub separa terendam:
| Keadaan Kapal | Tekanan Gas (bar) | Kedalaman Cecair (m) | Disyorkan Tiub OD × Dinding (mm) | Margin Keselamatan |
|---|---|---|---|---|
| Kapal atmosfera, kedalaman cecair 5 m | 1.0 | 5 | 20 × 1.0 atau 25 × 1.2 | 3.0x (19 bar > 1.5 bar) |
| Kapal bertekanan, gas 5 bar, kedalaman cecair 10 m | 5.0 | 10 | 20 × 1.5 | 2.8x (57 bar > 6 bar) |
| Kapal bertekanan, gas 10 bar, kedalaman cecair 20 m | 10.0 | 20 | 25 × 1.5 | 1.9x (21 bar > 12 bar) |
| Autoklaf-tekanan tinggi, gas 20 bar, kedalaman cecair 5 m | 20.0 | 5 | 20 × 1.5 atau 25 × 2.0 | 2.0x (21 bar > 20.5 bar) |
| Kapal dalam, kedalaman cecair 50 m, gas atmosfera | 1.0 | 50 | Tidak praktikal dengan-titanium dinding nipis; gunakan 32 × 2.0 | 5 bar maks |
Kejuruteraan Melepasi Tekanan Runtuh
Tekanan dalaman (daripada gas yang terperangkap di dalam pemanas atau daripada pengembangan elemen pemanas) meningkatkan rintangan keruntuhan. Tekanan dalaman kecil 0.5–1.0 bar meningkatkan dengan ketara penarafan keruntuhan dengan mengimbangi tekanan luaran. Sokongan tiub mengurangkan panjang yang tidak disokong, yang menjejaskan mod lengkok. Untuk tiub panjang (panjang > 2 meter), perantaraan menyokong setiap 500 mm meningkatkan tekanan runtuh sebanyak 50–100% dengan menghalang mod lengkok panjang gelombang-panjang. Gred titanium menjejaskan tekanan runtuh hanya melalui kekuatan hasil; Gred 7 (kekuatan hasil 270–350 MPa) menawarkan rintangan keruntuhan plastik 10–15% lebih tinggi daripada Gred 2 (240–310 MPa). Suhu mengurangkan tekanan runtuh: pada 150 darjah , E berkurangan sebanyak 15%, mengurangkan tekanan runtuh lebih kurang 15% daripada nilai suhu bilik-.
Membuat Spesifikasi Termaklum
Apabila menentukan tiub pemanasan titanium untuk bekas tindak balas dalam, kira tekanan luaran maksimum pada titik terendam terendah, termasuk tekanan gas dan kepala hidrostatik. Gunakan faktor keselamatan 3 terhadap tekanan runtuh teori (atau 2 terhadap tekanan runtuh yang dibenarkan daripada jadual di atas). Untuk kedalaman melebihi 30 meter setara air, pertimbangkan untuk menggunakan dinding yang lebih tebal (D/t < 15) atau diameter yang lebih kecil. Tentukan bahawa tiub memenuhi had bujur ASTM E273 (bujur maksimum 1% untuk tiub lancar) kerana bujur awal mengurangkan tekanan keruntuhan. Semasa pemasangan, pastikan tiub lurus dan disokong sama rata; tiub yang kemek atau bengkok kehilangan 50–80% rintangan keruntuhan. Jika rendaman separa mencipta kecerunan tekanan sepanjang tiub, pasangkan pengatur tekanan dalaman yang kecil (0.5 bar) untuk mengekalkan perbezaan tekanan dalaman yang positif. Dengan mengira penarafan keruntuhan dengan betul dan menggunakan margin keselamatan yang sesuai, jurutera menghalang keruntuhan tiub bencana secara tiba-tiba dalam kapal bertekanan dalam.
