Yleiskatsaus paineastian perusteet: rakenne, periaate ja funktio

1. Paineastian määritelmä
Eräs paineastia Onko sinetöity astia, joka pystyy kestämään sisäiset tai ulkoiset paine -erot. Niitä käytetään laajasti erilaisten väliaineiden, kuten nesteiden, kaasujen ja höyryjen, varastointiin, etenkin teollisuusprosesseissa, jotka vaativat toimintaa korkean tai matalan paineen alla. Paineastiat ovat välttämättömiä laitteita kemikaalissa, öljy-, maakaasu-, voima- ja lääketeollisuudessa.
Monissa teollisuussovelluksissa paineastiat eivät vain säilytä aineita, vaan suorittavat myös monimutkaisia prosessitoimintoja, kuten reaktioita, haihtumista ja erottelua. Koska paineastian paine on usein huomattavasti korkeampi kuin ilmakehän paine, niiden suunnittelun, valmistuksen ja ylläpidon on ehdottomasti noudatettava asiaankuuluvia kansallisia standardeja ja teollisuuden eritelmiä.

2. paineastian perusrakenne
Paine -astian rakennesuunnittelussa on otettava huomioon useita tekijöitä, mukaan lukien sen painekapasiteetti, käytetyn väliaineen ominaisuudet ja lämpötilaolosuhteet. Sen perusrakenne koostuu ensisijaisesti kuoresta, päätykorkista, tukirakenteista, liitoksista ja turvalaitteista. Seuraava on yksityiskohtainen selitys jokaisesta komponentista:
a) kuori
Kuori on paineastian päärunko, joka on pääasiassa vastuussa sisäisen paineen kuljettamisesta. Kuoren suunnittelu vaihtelee aluksen muodon mukaan.
Sylinterimäinen kuori: Tämä on yleisin paineastian muoto. Se sopii useimpiin sovelluksiin, kuten varastosäiliöihin ja reaktoreihin. Sylinterimäiset astiat ovat suhteellisen helppo valmistaa, niillä on stabiili rakenne ja jaetaan tehokkaasti paine.
Pallomainen kuori: Pallomaiset kuoret tarjoavat tasaisimman paineen jakautumisen ja kestävät korkeampia sisäisiä ja ulkoisia paineita. Siksi niitä käytetään usein astioissa, joiden on kestävä erittäin korkeita paineita, kuten nesteytetyt kaasuvarastointiat. Pallomaiset astiat ovat kuitenkin kalliimpia valmistamisen ja ne ovat vähemmän yleisiä kuin lieriömäiset astiat.
Ellipsoidinen tai puolipallon kuori: Tämä muotoilu yhdistää lieriömäisten ja pallomaisten astioiden edut, mikä tekee siitä sopivan erittäin korkeapaineisiin sovelluksiin ja tarjoaa suuremman paineenkestävyyden. Niitä käytetään yleisesti korkeapaineisissa höyrykattiloissa tai tietyissä erikoistuneissa kemiallisissa reaktoreissa.
b) päät
Päät ovat paineastian päät, tiivistäminen ja paine osittain absorboivat. Pään suunnittelu ja muoto vastaavat yleensä itse aluksen muotoa. Pään paksuus ja muoto vaihtelevat paineesta riippuen.
Puolipallonpää: Tämä pään muoto jakautuu tasaisesti sisäiseen paineeseen ja sitä käytetään yleisesti pallomaisten tai lieriömäisten suonien päissä stressipitoisuuksien minimoimiseksi. Soikeat päät: Soveltuu matala- ja keskipaineisiin. Niiden muoto auttaa tasaisesti jakamaan stressiä aluksen yli, ja niitä esiintyy yleisesti kemikaalien ja öljyteollisuuden varastosäiliöissä.
Kartionaaliset päät: Kartionaalisia päätä käytetään usein astioiden alaosassa, etenkin matalapaineisiin aluksiin tai joissa vaaditaan nestemäistä tyhjennystä.
c) Tukirakenteet
Tukirakenteet tukevat koko paineastian painoa ja asennetaan tyypillisesti aluksen ala- tai puolelle. Ne takaavat vakauden ja estävät kallistuksen tai siirtymisen painovoimasta tai värähtelystä.
Tukirakenteet sisältävät jalat, nostokehykset ja emäkset. Tukirakenteet on suunniteltava aluksen koon ja toimintaympäristön perusteella turvallisuuden ja vakauden varmistamiseksi.
d) suuttimet
Suuttimet ovat paine -astian osat, jotka yhdistävät putket, venttiilit, instrumentit ja muut laitteet. Yleisiä tyyppejä ovat syöttöportit, pakoportit, tyhjennysportit ja kaasupistorit.
Suuttimet on suunniteltava varmistamaan vuodonkestävä liitäntä ja estämään vuoto, kun alus on paineen alla. Ne on tyypillisesti kytketty astian runkoon hitsaamalla tai kierteellä. e) Turvallisuusventtiili
Räjähdyksen tai rikkoutumisen estämiseksi liiallisesta sisäisestä paineesta johtuen paineastiat on varustettava turvalaitteella, joista yleisin on turvaventtiili. Turvaventtiili havaitsee sisäisen paineen automaattisesti ja kun paine ylittää asetetun arvon, aukeaa vapauttamaan ylimääräistä painetta, suojaamalla siten alusta vaurioilta.

Turvaventtiilien lisäksi muihin paineenalennuslaitteisiin kuuluvat puhkeamislevyt ja hätäpoistoventtiilit.

3. Paine -alusten toimintaperiaate
Paine -astian toimintaperiaate pyörii pääasiassa paineen ja lämpötilan vaihtelun ympärillä sisäisen väliaineen sisällä, samoin kuin itse aluksen materiaalin voimakkuus. Seuraavat ovat useita keskeisiä työperiaatteita:
a) Sisäiset painevaikutukset
Paine -astian ensisijainen toiminta on kestämään sisäiset tai ulkoiset paine -erot. Käynnistyksen aikana aluksen kaasu- tai nestemäinen väliaine kokee tietyn paineen. Mitä suurempi paine, sitä suurempi aluksen jännitys. Aluksen turvallisuuden varmistamiseksi, että alusseinämän paksuus, materiaali ja muut avainkomponentit on suunniteltava suurimman paineen perusteella, jota se kestää.
b) paineesitys
Paineastiassa paine siirretään koko rakenteen läpi astian seinämän läpi. Vaikka sisäinen paine jakautuu tasaisesti koko astian seinämään, merkittäviä stressipitoisuuksia voi esiintyä sellaisilla alueilla, kuten päätykannalla ja nivelillä. Siksi nämä alueet vaativat tyypillisesti ylimääräistä vahvistusta.
c) Lämpötilan vaikutus paineastiaan
Aluksen sisällä oleva lämpötila vaikuttaa väliaineen tiheyteen ja viskositeettiin, mikä vaikuttaa siten aluksen paineeseen. Lisääntyneet lämpötilat voivat aiheuttaa astian seinämateriaalin laajenemisen tai pehmenemisen, joten lämpötilan vaikutukset astiamateriaalin lujuuteen on otettava huomioon suunnittelun aikana. Korkeissa lämpötiloissa käytetyt paineastiat käyttävät usein korkean lämpötilan kestäviä materiaaleja.
d) Stressin jakautuminen astioissa
Stressin jakautuminen paineastioissa on epätasaista. Tyypillisesti aluksen päät (päät) kokevat suuremman stressin. Halkeamisen tai muodonmuutoksen estämiseksi näillä alueilla, suunnittelu vaatii seinämän paksuutta tai erikoistuneita rakenteellisia piirteitä.

4. Paine -astioiden toiminnot
Paine -astioiden toiminnot eivät rajoitu aineiden varastointiin tai kuljettamiseen; Ne kattavat myös erilaisia monimutkaisia teollisuusprosesseja. Erityiset toiminnot ovat seuraavat:
A) Varastointi
Yksi yleisimmistä toiminnoista on kaasujen, nesteiden tai höyryjen varastointi. Esimerkiksi petrokemian teollisuudessa paineastiaa käytetään usein nesteytetyn maakaasun (LNG) tai muiden kemiallisten nesteiden varastointiin. Paineilmajärjestelmissä paineastiat varastoivat korkeapaineisia kaasuja valmiiksi käyttöön.
b) reaktio
Paineastiaa käytetään reaktoreina monilla toimialoilla, kuten kemikaali-, öljy-, kaasu- ja lääketeollisuus. Kemialliset tai fysikaaliset reaktiot suoritetaan korkealla paineella haluttujen kemikaalien tai välituotteiden tuottamiseksi. Korkea paine reaktion aikana auttaa nopeuttamaan reaktionopeutta tai lisäämään satoa.
c) Lämmitys- ja jäähdytystoiminnot
Joissakin paineastioissa on myös lämmitys- tai jäähdytystoiminnot. Esimerkiksi lämmönvaihtojärjestelmässä paine -astiaa voidaan käyttää osana lämmönvaihdin lämmön siirtämiseksi väliaineesta toiseen. Kattilat ja vedenlämmittimet kuuluvat myös tähän luokkaan, ja niitä käytetään yleisesti höyryn tai kuuman veden tuottamiseen.
d) Pakkaus- ja laajennustoiminnot
Paineastiaa käytetään myös yleisesti kaasujen puristamiseen tai laajentamiseen. Esimerkiksi maakaasu puristetaan usein korkeapaineisiin astioihin varastointia ja kuljetusta varten. Paineilmajärjestelmät ovat myös merkittävä sovellus paineastialle.

5. paineastian turvallisuus
Koska paineastiat altistuvat usein korkealle paineelle ja korkealle lämpötilaan, sen turvallisuuden varmistaminen on ensiarvoisen tärkeää. Paine -alusten turvallisuussuunnitelmassa ovat:
Materiaalin valinta: Materiaalit, joilla on suuri lujuus, korroosionkestävyys ja väsymiskestävyys, on valittava. Yleisesti käytettyjä materiaaleja ovat hiiliteräs, ruostumaton teräs ja seosteräs, joka kestää korkeita lämpötiloja ja paineita.
Suunnittelumääritykset: Suunnittelun on ehdottomasti noudatettava asiaankuuluvia suunnittelumäärityksiä ja standardeja. Yleisiä kansainvälisiä standardeja ovat ASME -kattila- ja paineastiakoodi (BPVC), joka määrittelee paineastioiden suunnittelun, valmistuksen ja tarkistamisen vaatimukset.
Tarkastus ja testaus: Paine-astian säännöllinen tarkastus on ratkaisevan tärkeää, mukaan lukien ulkoinen tarkastus, endoskooppinen tarkastus ja tuhoamaton testaus (kuten ultraäänitestaus ja röntgentestaus). Nämä testit voivat nopeasti havaita piilotetut vaarat, kuten halkeamat ja korroosion, estäen onnettomuudet.
Turvalaitteet: Paine -astiat on varustettava turvaventtiileillä tai paineenalennuslaitteilla. Kun aluksen paine ylittää turvakynnyksen, nämä laitteet avautuvat automaattisesti ylimääräisen paineen vapauttamiseksi ja aluksen estämiseksi räjähtämästä tai murtumasta.

6. Paine -alusten sovellukset
Paine -aluksia käytetään laajasti, pääasiassa toimialoilla, jotka vaativat toimintaa korkeissa tai matalissa paine -olosuhteissa:

Petrokemian teollisuus: Käytetään nesteytetyn öljykaasun, maakaasun, kemikaalien ja öljytuotteiden varastointiin.

Energiateollisuus: Kattilat, höyrygeneraattorit ja lämmönvaihtimet vaativat paineastiat lämmön säilyttämiseksi ja siirtämiseksi.

Farmaseuttinen teollisuus: PAINEVILLIVILLÄ käytetään lääkeaineaktioihin, sterilointiin ja kaasun varastointiin.

Ruoka- ja juomateollisuus: Paineastiat käytetään nestemäisten ruuan lämmitykseen, jäähdytykseen ja käsittelyyn.