POSTROJENJA I INSTALACIJE POD PRITISKOM

dr Miomir Raos, red. prof.Milica Nikodijević

Konstrukcija sudova pod pritiskom

Sudovi pod pritiskom mogu biti izvedeni u zavisnosti od načinaspajanja limova u jednoj od sledećih konstrukcija:• Bešavnoj• Zavarenoj• tvrdo lemljenoj• zakovanoj

U bešavnoj konstrukciji se uglavnom izrađuju rezervoari manjihdimenzija i boce, koji su namenjeni za visoke pritiske

Materijali koji se koriste za bešavnu izradu sudova moraju daimaju zateznu čvrstoću 35 do 80 bar (3,5-8N/mm2) i relativnoizduženje 14 do 26 %

Postupci izrade materijala za izradu sudova su sledeći:

• valjanje• kovanje• duboko izvlačenje

U kovanoj konstrukciji se izrađuju sudovi namenjeni za čuvanjevodonika, koji ima svojstva difundovanja

Ovo svojstvo se ogleda u velikoj prodornoj moći atoma vodonikakoji mogu da prodru kroz međumolekularni prostor materijala

Kovanjem se smanjuje međumolekularni prostor materijala

U zavarenoj konstrukciji se izrađuje većina sudova pod pritiskomjer je jednako osnovnsu postupci zavarivanja usavršeni (zavarenomesto po kvalitetu najmanje om materijalu)

Osnovni materijal koga treba zavariti mora da poseduje sledećasvojstva:• lako zavarljiv (što se u oznaci materijala izražava slovom "V " )• zateznu čvrstoću 3,5 - 6 N/mm2 (35-60 bar)• relativno izduženje 16 - 27 %

Pre postupka zavarivanjaivice materijala koji se spajamoraju biti dobro obrađene

U zavisnosti od debljine lima koji se zavaruje i veličine sudapotrebno je izvršiti obradu ivica u obliku "V" , "X" ili "Y"

Svaki zavareni spoj mora biti ispitan (metoda bez razaranja):• prozračivanjem (radio-grafski) ili• ultrazvučnim ispitivanjem

Metoda sa razaranjem (kidalice, tvrdoća, prelom)

Var mora biti izveden:• nepropusno• bez šljake• bez mikrošupljina• sa naponom na kidanje koji je najmanje jednak naponu

na kidanje osnovnog materijala

Da bi se to postiglo neophodno je:• zavarivanje poveriti samo atestiranom zavarivaču koji

ima najmanje ocenu 8• koristiti elektrode odgovarajućeg kvaliteta

Posle završenog zavarivanja sud se mora podvrgnuti termičkojobradi (zbog otklanjanja unutrašnjih napona i ujednačavanjastrukture materijala)

U tvrdo lemljenoj konstrukciji izrađuju se samo sudovi odobojenih metala (bakar, aluminijum).Retko se primenjuju jer je teško postići odgovarajući kvalitet čak iza sudove sa niskim pritiskom

Zakovane konstrukcije danas se, uglavnom, ne koriste jer su ih upotpunosti potisnule zavarene konstrukcije

Spajanje plastičnih materijala vrši se zavarivanjem plastike

Oprema sudova pod pritiskom

Zavisi od vrste i namene suda

Kod boca sva merno-regulaciona i sigurnosna oprema mora senalaziti na vrhu boce

Rezervoari moraju posedovati sledeću merno-regulacionu isigurnosnu opremu:

• ručni zaporni ventil za punjenje i pražnjenje gasne faze• ručni zaporni ventil za punjenje i pražnjenje tečne faze• ručni zaporni ventil za drenažno čišćenje (postavlja se na

najnižem delu)• ventil sigurnosti (može više njih sa istim ili različitim

principima dejstva)

• ventil protiv loma cevi (na svakoj odvodnoj grani)• merač nivoa• merač pritiska sa zapornim ventilom• termometar• reviziono - kontrolni otvor

Termička zaštita sudova

Neophodna je svuda gde:

• agregatno stanje skladištenog fluida zavisi od promenetemperature (vodena para, tečni gasovi) ili

• porast temperature dovodi do velikog povišenja pritiska (tečnigasovi)

Termička zaštita sudova pod pritiskom se izvodi na više načina:

• termičkom izolacijom sudova

• bojenjem svetlim reflektujućim bojama (kao zaštita od dejstvasunčeve svetlosti)

• postavljanjem nadstrešica (štite od direktne sunčeve toplote)

• hlađenjem zagrejanih rezervoara vodom

• grejanje parom, grejanje električno (rezervoari čijatemperatura se održava konstantnom)

Električna zaštita

Veliki rezervoari se moraju uzemljiti kako bi se zaštitili od mogućegudara groma (jer su velike mase metala)

Prilikom pretakanja, transporta rezervoara i uopšte kada dolazi dokretanja fluida i mogućnosti pojave elektrostatičkog elektriciteta,potrebno je rezervoar uzemljiti

Podzemni rezervoari moraju biti zaštićeni od dejstva podzemnihlutajućih struja (Lutajuća struja je struja koja teče kroz elektrolit(tlo, voda) a izvor su joj najčešće oštećeni metalni provodnicielektričnih instalacija koje se nalaze u blizini).

Koroziona zaštita sudova

Koroziona zaštita izvodi se na različite načine u zavisnosti:

• da li se radi o unutrašnjoj ili spoljašnjoj zaštiti• od vrste korozivne sredine• od cene koštanja

Unutrašnja korozivna zaštita se najbolje rešava samim izborommaterijalaUkoliko je prethosno ekonomski neopravdano, vrši se korozionazaštita bojenjem, premazivanjem smolama,...

Proračun debljine cilindričnih sudova pod pritiskom

Ako je odnos spoljašnjeg i unutrašnjeg prečnika veći od 1,15analiziraju se kao sudovi debelih zidova.

Za cilindre od krtih materijala (liveno gvožđe) primenjuje se teorijanajvećih jednoosnih deformacija po kojoj je debljina zida:

gde su:r – poluprečnik unutrašnjeg cilindraσd – dozvoljeni napon na zatezanje (Normalni napon je jednak

sili koja deluje u pravcu normale na poprečni presek jedinične površine: σ = F/S Jedinica je [N/m² ])

p – maksimalni natpritisak u sudua = 0,3 do 1 cm dodatna veličina (faktor sigurnosti)

0,4 11,3

d

d

pr ap

σδσ

+= − + +

Za cilindre od plastičnih materijala (čelik, bronza) primenjujese teorija najvećih tangencijalnih napona ili energetska teorija.

Prema teoriji najvećih tangencijalnih napona je:

Prema energetskoj teoriji je:

13

d

d

r ap

σδσ

= − + −

12

d

d

r ap

σδσ

= − + −

Proračun debljine zida cilindra može se izvršiti i korišćenjemizraza iz otpornosti materijala:

gde su:du – prečnik cilindrapmax – najveća vrednost natpritiskaS – faktor sigurnostiσdoz – dozvoljeno naprezanje u zidovima košuljice; najčešćese usvaja 30 – 35 % od čvrstoće na kidanje [Pa].

max

200u

doz

d p Sδσ

=

Ako je odnos spoljašnjeg i unutrašnjeg prečnika ≤ 1,15 a tosu inače cilindri debljine zida košuljice do 8 mm.

Za cilindre od gvožđa koristi se formula:

gde su:r – poluprečnik unutrašnjeg cilindraσd – dozvoljeni naponp – najveći natpritisak u cilindruδ – debljina zida cilindra

1d

d

prp

σδσ

+= − −

Za cilindre od čelika koristi se formula:

𝛿𝛿 = 𝑟𝑟𝜎𝜎𝑑𝑑 + 𝑝𝑝 1 − 2𝜈𝜈𝜎𝜎𝑑𝑑 − 𝑝𝑝 1 − 2𝜈𝜈

− 1

gde je:ν – Poasonov faktor (za čelik je ν = 0,3)

Debljina poklopca (dna) cilindričnog suda sračunava se korišćenjemformule:

ako je dno oblika polusfere koristi se izraz:

d – prečnik unutrašnjeg cilindra

1 0, 405d

pdδσ

=

1 4 d

pdδσ

=

POASONOV KOEFICIJENTPri dilatacijama u jednom pravcu javljaju se dilatacije suprotnog znaka u pravcima upravnim na taj pravac.Za izotropne materijale (fizičko-mehanička svojstva jednaka u svimpravcima i u svakoj tački), veza između podužne i poprečne dilatacije:je Poasonov koeficijent (ν)To je fizička bezdimenzionalna karakteristika materijala čija veličina zavisi od vrste materijala.vrednosti Poasonovog koeficijenta se kreću u granicama 0 < ν < 0,50

Metali 0,25 < ν < 0,35 Čelik ν ≈ 0,3Guma ν ≈ 0,5 Staklo ν ≈ 0

Granica proporcionalnosti (tačka P): do ove tačke veza između napona i deformacije je linearna, a po prestanku dejstva opterećenja, element se vraća u prvobitno stanje

Granica elastičnosti (tačka E): veza između napona i deformacije nije više linearna, a deformacije su i dalje elastične

Granica tečenja (tačke T): prelaskom gornje granice tečenja element prestaje da daje otpor razvlačenju, dilatacija i dalje raste uz pad napona do donje granice tečenja

Zatezna čvrstoća (tačka M): dolazi do očvršćavanja materijala (veličina najvećeg normalnog napona koji materijal može da podnese)

KOEFICIJENT SIGURNOSTI „S“granično opterećenje ili granični-kritični napon je ono opterećenje (napon) koje dovodi do neupotrebljivosti konstrukcije ili nekog njenog radnog dela

Plastičnost - osobina materijala da se trajno deformišeDozvoljeni napon - granična vrednost napona koja garantuje sigurnu nosivost konstrukcije ili rad neke mašine.