Pregled osnova pod tlačnim posudama: struktura, princip i funkcija

1. Definicija posude za pritisak
A plovilo za pritisak je zapečaćeni spremnik koji može podnijeti unutarnje ili vanjske razlike tlaka. Široko se koriste za pohranjivanje različitih medija, poput tekućina, plinova i pare, posebno u industrijskim procesima koji zahtijevaju rad pod visokim ili niskim tlakom. Platne posude su neophodna oprema u kemijskoj, naftnoj, prirodnom plinu, struji i farmaceutskoj industriji.
U mnogim industrijskim primjenama, tlačne posude ne samo da pohranjuju tvari, već također provode složene procesne operacije poput reakcija, isparavanja i razdvajanja. Budući da je tlak unutar tlačnih žila često značajno veći od atmosferskog tlaka, njihov dizajn, proizvodnja i održavanje moraju se strogo pridržavati odgovarajućih nacionalnih standarda i industrijskih specifikacija.

2. Osnovna struktura tlačnih posuda
Strukturni dizajn tlačne posude mora uzeti u obzir više čimbenika, uključujući njegov kapacitet tlaka, karakteristike korištenih medija i temperaturne uvjete. Njegova osnovna struktura prvenstveno se sastoji od školjke, krajnjih kapica, potpornih struktura, spojeva i sigurnosnih uređaja. Slijedi detaljno objašnjenje svake komponente:
a) školjka
Školjka je glavno tijelo tlačne posude, prvenstveno odgovorna za nošenje unutarnjeg tlaka. Dizajn ljuske varira ovisno o obliku plovila.
Cilindrična školjka: Ovo je najčešći oblik posude za tlake. Prikladan je za većinu aplikacija, poput spremnika i reaktora. Cilindrične žile relativno su lako izraditi, imaju stabilnu strukturu i učinkovito raspodjeljuju tlak.
Sferna školjka: sferne školjke nude ujednačenu raspodjelu tlaka i mogu izdržati veće unutarnje i vanjske pritiske. Stoga se često koriste u posudama koje moraju izdržati izuzetno visoke pritiske, poput spremnika za ukapljeni plin. Međutim, sferni spremnici su skuplji za proizvodnju i manje su uobičajeni od cilindričnih kontejnera.
Elipsoidna ili hemisferna ljuska: Ovaj dizajn kombinira prednosti cilindričnih i sfernih spremnika, što ga čini prikladnim za izuzetno visokotlačne primjene i nudeći veću otpornost na pritisak. Obično se koriste u parnim kotlovima visokog tlaka ili određenim specijaliziranim kemijskim reaktorima.
b) glave
Glave su krajevi tlačne posude, brtvljenje i djelomično apsorbiranje tlaka. Dizajn i oblik glave uglavnom odgovaraju obliku samog posude. Debljina i oblik glave variraju ovisno o tlaku koji se nosi.
Hemisferna glava: Ovaj oblik glave ravnomjerno distribuira unutarnji tlak i obično se koristi na krajevima sfernih ili cilindričnih žila kako bi se smanjila koncentracija napona. Ovalne glave: pogodne za posude s malim i srednjim tlakom. Njihov oblik pomaže ravnomjerno rasporediti stres preko plovila, a obično se nalaze u spremnicima u kemijskoj i naftnoj industriji.
Konusne glave: Konusne glave često se koriste na dnu posuda, posebno za posude s niskim tlakom ili tamo gdje je potrebna drenaža tekućine.
c) strukture potpore
Podržavajuće strukture podržavaju težinu cijelog tlačnog posude i obično se instaliraju na dnu ili bočnoj strani posude. Oni osiguravaju stabilnost i sprječavaju nagib ili pomak zbog gravitacije ili vibracije.
Strukture za podršku uključuju noge, okvire za podizanje i baze. Strukture potpore moraju biti dizajnirane na temelju veličine plovila i radnog okruženja kako bi se osigurala sigurnost i stabilnost.
d) mlaznice
Mlaznice su dijelovi tlačne posude koje povezuju cijevi, ventile, instrumente i drugu opremu. Uobičajeni tipovi uključuju dovodne priključke, izlazne luke, otvore za odvod i plinske utičnice.
Mreže moraju biti dizajnirane kako bi se osiguralo povezivanje nepropusnih i sprječavanja istjecanja kada je plovilo pod pritiskom. Obično su povezani s kućištem posude zavarivanjem ili navojem. e) sigurnosni ventil za pomoć
Da bi se spriječila eksplozija ili ruptura zbog pretjeranog unutarnjeg tlaka, tlačne posude moraju biti opremljene sigurnosnim uređajem, od kojih je najčešći sigurnosni ventil. Sigurnosni ventil automatski otkriva unutarnji tlak i, kada tlak premaši zadanu vrijednost, otvara se za oslobađanje viška tlaka, štiteći na taj način plovilo od oštećenja.

Osim sigurnosnih ventila, drugi uređaji za smanjenje tlaka uključuju puhanje diskova i ventile za ispuštanje u nuždi.

3. Princip rada pod pritiskom
Princip rada tlačnih žila prvenstveno se vrti oko fluktuacija tlaka i temperature unutar unutarnjeg medija, kao i jačine materijala samog posude. Slijedi nekoliko ključnih principa rada:
a) Utjecaj unutarnjeg tlaka
Primarna funkcija tlačne posude je izdržati unutarnje ili vanjske razlike tlaka. Tijekom rada, plinski ili tekući medij unutar posude doživljava određeni pritisak. Što je veći pritisak, to je veći stres na posudi. Da bi se osigurala sigurnost plovila, debljina, materijal i druge ključne komponente zida posude moraju biti dizajnirane na temelju maksimalnog tlaka koji može izdržati.
b) Prijenos tlaka
U tlačnoj posudi tlak se prenosi u cijeloj strukturi kroz zid posude. Iako je unutarnji tlak ravnomjerno raspoređen po cijelom stijenci posude, na područjima kao što su krajnji poklopac i zglobovi mogu se pojaviti značajne koncentracije stresa. Stoga, ova područja obično zahtijevaju dodatno pojačanje.
c) Učinak temperature na tlačne posude
Temperatura unutar posude utječe na gustoću i viskoznost medija, što utječe na tlak unutar posude. Povećane temperature mogu uzrokovati proširenje ili omekšavanje zida posude, pa se tijekom dizajna moraju uzeti u obzir učinci temperature na čvrstoću materijala plovila. Tlasne posude koje se koriste na visokim temperaturama često koriste materijale otporne na visoke temperature.
d) Raspodjela stresa u posudama
Raspodjela stresa unutar tlačnih žila je neravna. Obično, krajevi (krajevi) plovila imaju veći stres. Da bi se spriječilo pucanje ili deformacije na tim područjima, dizajn zahtijeva povećanu debljinu stijenke ili specijalizirane strukturne značajke.

4. Funkcije tlačnih posuda
Funkcije tlačnih posuda nisu ograničene na skladištenje ili transport tvari; Oni također obuhvaćaju različite složene industrijske procese. Specifične funkcije su sljedeće:
a) Skladištenje
Jedna od najčešćih funkcija je skladištenje plinova, tekućina ili pare. Na primjer, u petrokemijskoj industriji posude za pritisak često se koriste za pohranjivanje ukapljenog prirodnog plina (LNG) ili drugih kemijskih tekućina. U sustavima komprimiranog zraka tlačne posude spremaju plinove visokog pritiska za spremnu upotrebu.
b) reakcija
Plasne posude koriste se kao reaktori u mnogim industrijama, poput kemijske, naftne, plinske i farmaceutske industrije. Kemijske ili fizičke reakcije provode se pod visokim tlakom kako bi se dobile željene kemikalije ili intermedijari. Visoki tlak tijekom reakcije pomaže ubrzati brzinu reakcije ili povećati prinos.
c) funkcije grijanja i hlađenja
Neke posude za pritisak također imaju funkcije grijanja ili hlađenja. Na primjer, u sustavu izmjene topline može se koristiti tlačna posuda kao dio izmjenjivača topline za prijenos topline s jednog medija na drugi. Kotlovi i grijači vode također spadaju u ovu kategoriju i obično se koriste za stvaranje pare ili tople vode.
d) funkcije kompresije i širenja
Tlasne posude se također obično koriste za komprimiranje ili širenje plinova. Na primjer, prirodni plin se često komprimira u posudama visokog pritiska za skladištenje i transport. Sustavi komprimiranog zraka također su glavna primjena za posude s pritiskom.

5. Sigurnost pod tlačnim posudama
Budući da su posude za tlake često izložene visokom tlaku i visokoj temperaturi, osiguravajući da je njihova sigurnost najvažnija. Ključne točke u sigurnosnom dizajnu plovila pod tlakom uključuju:
Odabir materijala: Moraju se odabrati materijali s visokom čvrstoćom, otpornošću na koroziju i otpornosti umora. Obično korišteni materijali uključuju ugljični čelik, nehrđajući čelik i legura, koji mogu podnijeti visoke temperature i pritiske.
Specifikacije dizajna: Dizajn se mora strogo pridržavati relevantnih dizajnerskih specifikacija i standarda. Uobičajeni međunarodni standardi uključuju ASME kotao i kôd plovila pod tlakom (BPVC), koji određuje zahtjeve za dizajn, proizvodnju i pregled tlačnih plovila.
Inspekcija i ispitivanje: Redovito preispitivanje tlačnih žila je presudna, uključujući vanjsku inspekciju, endoskopsku inspekciju i nestruktivno testiranje (poput ultrazvučnog ispitivanja i ispitivanja rendgenskih zraka). Ovi testovi mogu odmah otkriti skrivene opasnosti poput pukotina i korozije, sprječavajući nesreće.
Sigurnosni uređaji: Pločine posude moraju biti opremljene sigurnosnim ventilima ili uređajima za smanjenje tlaka. Kad tlak unutar posude premaši sigurnosni prag, ovi se uređaji automatski otvaraju kako bi oslobodili višak tlaka i spriječili da posuda eksplodira ili puknuće.

6. Primjena tlačnih posuda
Podtege za pritisak se široko koriste, prvenstveno u industrijama koje zahtijevaju rad u uvjetima visokog ili niskog tlaka:

Petrokemijska industrija: Koristi se za skladištenje ukapljenog naftnog plina, prirodnog plina, kemikalija i naftnih proizvoda.

Energetska industrija: Kotlovi, generatori pare i izmjenjivači topline zahtijevaju pod tlačnim posudama za pohranu i prenošenje topline.

Farmaceutska industrija: Plasne posude koriste se za reakcije lijekova, sterilizaciju i skladištenje plina.

Industrija hrane i pića: Platne posude koriste se za grijanje, hlađenje i preradu tekuće hrane. s