UNIVERSITATEA PETROL-GAZE DIN PLOIETI

Conf. dr. ing. VIOREL NICOLAE

UTILAJ PETROLIER I PETROCHIMIC II

ndrumar de laborator

Ploieti 2006

2

INTRODUCERE

ndrumtorul de laborator la Utilaj petrolier i petrochimic cuprinde un numr de 18 lucrri, care trateaz problemele practice ale construciei de utilaj petrochimic i de rafinrii, completnd astfel cursurile la disciplinele: C.C.U.T.D., Utilaj de rafinrie i petrochimie, cu latura sa practic, aplicativ. n condiiile adncirii procesului de integrare a nvmntului cu cercetarea i producia, la elaborarea ndrumtorului s-a avut n vedere ca tematica lucrrilor s cuprind att lucrri ce reprezint o aplicare direct a problemelor predate la curs, ct i lucrri cu caracter de cercetare, verificri i ncercri specifice activitii de construcie i exploatare a utilajului petrochimic. n acest sens, lucrrile au fost ntocmite pe baza celor mai recente cunotine i standarde, crend astfel o baz pentru pregtirea i desfurarea lucrrilor practice independent de ctre fiecare student, ct i pentru participarea competent a studenilor la activitatea de cercetare i proiectare. Toate lucrrile au o structur unitar, prezentarea aspectelor teoretice fiind succint, limitat numai la fixarea corect a problematicii abordate n lucrare prin prezentarea numai a aspectelor eseniale. Lucrarea se adreseaz studenilor din ultimii ani ai Facultii de Inginerie Mecanic i Electric, ai seciei de ingineri pentru pregtirea i desfurarea unui numr mare de lucrri practice.

AUTORUL

3

1. SIMBOLIZAREA STANDARDIZAT A OELURILOR

1.1 Clasificarea oelurilor

Definirea i clasificarea mrcilor de oel este fcut conform SR EN 10020, n funcie de compoziia chimic, considernd mprirea oelurilor n: oeluri nealiate i oeluri aliate.

Conform standardului SR EN 10020, oelurile nealiate sunt cele la care concentraiile masice ale elementelor nu depesc valorile limit prezentate n tabelul 1.1, iar oelurile aliate sunt cele la care concentraia masic a cel puin unui element atinge sau depete valoarea limit precizat n tabelul 8.1 [1]

Tabelul 1.1

Valorile limit (maxime) ale concentraiilor componentelor oelurilor nealiate

Elementul Valoarea limit % EAm lim, %

Elementul Valoarea limit

% EAm lim, % Aluminiu 0,10 (0,030**) Plumb 0,40 Bor 0,0008 Seleniu 0,10 Bismut 0,10 Siliciu 0,50 (0,60)** Cobalt 0,10 (0,30**) Telur 0,10 Crom* 0,30 Titan* 0,05 Cupru* 0,40 Vanadiu 0,10 Mangan 1,65 Wolfram 0,10 (0,30**) Molibden* 0,08 Zirconiu 0,05 Niobiu* 0,06 Altele 0,05 (0,10**) Nichel* 0,30 *n cazul n care aceste elemente sunt prescrise combinat, valoarea limit a sumei concentraiilor lor se consider 0,7 EAm, lim. **Valorile admise pentru analiza efectuat pe produse. Att oelurile nealiate ct i oelurile aliate se mpart n clase principale de calitate, n funcie de gradul de puritate, de tehnologia de elaborare i de nivelul prescripiilor pentru anumite caracteristici, aa cum se arat [1] n schema din figura 1.1.

Fig. 1.1 Schema de clasificare a oelurilor

Oeluri

Oeluri nealiate Oeluri aliate

de uz general de calitate speciale de calitate speciale

4

A. Oelurile nealiate de uz general sunt oeluri ale cror caracteristici corespund prescripiilor prezentate n [1], nu necesit aplicarea de tratamente termice, i sunt obinute prin procedee tehnologice de elaborare obinuite. B. Oelurile nealiate speciale sunt oeluri cu caracteristici superioare celor corespunztoare oelurilor de uz general, asigurate n special prin controlul riguros al compoziiei chimice, puritii, proceselor tehnologice de elaborare i prin aplicarea tratamentelor termice de clire i revenire sau de durificare superficial. O marc de oel este inclus n categoria oelurilor nealiate speciale dac ndeplinete una sau mai multe dintre urmtoarele condiii:

are prescris energia de rupere KV n stare c + r (obinut prin clire martensitic i revenire);

are prescris adncimea de clire sau durificare superficial n una din strile clire, clire + revenire sau clire superficial;

are coninut sczurt de incluziuni nemetalice; are coninuturile de impuriti %Pm, %Sm 0,025%; are prescris o energie de rupere KV > 27j la 500C; este destinat durificrii prin precipitare, conine unul sau mai multe elemente

de microaliere (Nb, V etc) n concentraii care menin oelul n categoria oelurilor nealiate, are structura frito-perlitic;

are rezistivitatea electric < 0,11m. C. Oelurile nealiate de calitate sunt oeluri la care prescripiile privind calitatea

sunt mai severe dect la oelurile nealiate de uz general, fr s li se impun condiii privind comportarea la TT sau gradul de puritate.

D. Oeluri aliate de calitate sunt oeluri care necesit adaosuri de elemente de aliere pentru a realiza caracteristicile prescrise n concentraii ce depesc nivelurile limit date n tabelul 1.

n categoria oelurilor aliate de calitate se ncadreaz: a) oelurile de construcie cu granulaie fin sudabile, oelurile pentru recipiente

sub presiune i oelurile pentru evi; b) oelurile pentru electrotehnic, care conin ca elemente de aliere numai siliciul

sau siliciul i aluminiul, introduse n scopul satisfacerii unor prescripii referitoare la caracteristicile magnetice;

c) oeluri pentru produse la care se fac prelucrri severe cu grad mare de deformare;

d) oelurile la care singurul element de aliere prescris este cuprul. E. Oeluri aliate speciale cuprind oelurile speciale de construcie, oelurile

pentru piesele destinate construciei de maini, oelurile pentru rulmeni, oelurile inoxidabile, oelurile refractare, oelurile pentru scule i oelurile cu proprieti fizice speciale.

1.2 Simbolizarea oelurilor

Simbolizarea alfanumeric a oelurilor este reglementat de standardul SR EN 10027-1, completat cu SR 10260, iar prescripiile privind simbolizarea numeric sunt cuprinse n standardul SR EN 10027-2. Conform SR EN 10027-1 simbolizarea alfanumeric cuprinde trei grupe de simboluri (care se scriu fr spaii ntre ele): simboluri principale, care constau din

5

grupe de litere i cifre, simboluri suplimentare pentru oel, formate din caractere alfanumerice scrise dup simbolurile principale i simboluri suplimentare pentru produse, formate din caractere alfanumerice, separate de simbolurile oelului prin semnul + i care codific condiiile speciale impuse produselor, tipul de acoperire a produselor sau o anumit stare de tratament a acestora. n funcie de semnificaiile simbolurilor principale, oelurile se mpart n dou categorii: oeluri simbolizate n funcie de utilizare i caracteristici mecanice sau fizice i oeluri simbolizate dup compoziia chimic. Structura i coninutul simbolurilor n funcie de utilizare i caracteristici pentru cele mai folosite categorii de oeluri va fi:

A. Oeluri simbolizate n funcie de caracteristici: Elementele simbolizrii: simboluri principale simboluri suplimentare pentru oel pentru produs

a n n n an . + an + an

simbolul caracteristica clasa alte conf. SR CR 10260 categoriei de de caracteristici oelului rezisten calitate

a - litere n cifre an litere i cifre a) Oeluri pentru construcii

a S; nnn Rc sau Rp0,2 min., n N/mm2, pentru cele mai mici grosimi; an clasa de calitate la care se garanteaz energia de rupere KV indicat n tabelul 1.2

Tabelul 1.2 Clasa de calitate

KV, j 27 40 60

Simbolizare

T 0C

jR KR LR 20 jO KO LO 0 j2 K2 L2 -20 j3 K3 L3 -30 j4 K4 L4 -40 j5 K5 L5 -50 j6 K6 L6 -60

Simboluri pentru alte caracteristici: C formare la rece; E emailare;

6

F forjare; L temperatur sczut; N normalizat; O platforme marine; Q clit i revenit; S construcii navale; T evi; W rezistent la coroziune atmosferic; G grad de dezoxidare. Exemplu: S235J2G3

- oel cu Rc = 235 N/mm2 la care se garanteaz KV = 27 j la 200C, calmat

complet (G3) - simbolizare veche OL3704k b) Oeluri pentru recipiente sub presiune. a P; nnn Rc sau Rp0,2 min, n N/mm2 pentru cele mai mici grosimi. B recipiente de gaz M laminat termomecanic N normalizat Q clit i revenit S pentru recipiente simple an T pentru evi G alte caracteristici H temperatur ridicat L temperatur sczut R temperatur ambiant X temperatur ridicat i temperatur sczut Exemplu: P265GH - oel pentru recipiente sub presiune cu Rc = 265 N/mm

2 i caracteristici specifice la temperaturi ridicate;

- simbolizare veche K410 c) Oeluri pentru evi destinate conductelor. a L; nnn = Rp0,2 min, n N/mm2, pentru cele mai mici grosimi. M laminat termomecanic an N normalizat Q clit i revenit G alte caracteristici Exemplu: L360Q - oel pentru evi cu Rp0,2 360 N/mm

2 n stare clit i revenit. d) Oeluri pentru piese destinate construciei de maini. a E; nnn Rc sau Rp0,2 min, n N/mm2, pentru cele mai mici grosimi. an G alte caracteristici (grad de dezoxidare etc.) C destinat tragerii la rece

7

Exemplu: E335 - oel cu Rc 335 N/mm

2 - simbolizare veche OL60 B. Oeluri simbolizate n funcie de compoziia chimic

B.1. Oeluri nealiate cu %Mnm < 1% Elementele simbolizrii: simboluri principale simboluri suplimentare pentru oel pentru produs

a n n n an . + an + an

simbolul 100% Cm alte caract. EA[10%EAM] conf. SR CR 10260 categoriei sau oelului destinaii

a litere n cifre an litere i cifre a) Oeluri nealiate cu %Mnm < 1% (cu excepia celor pentru automate)

a c; nnn 100%Cm; an EA[10%EAm] Simboluri pentru alte caracteristici sau destinaii: E cu un coninut maxim de sulf precizat; D pentru trefilarea srmei; C pentru formarea la rece; S pentru arcuri; U pentru scule; W pentru srme electrozi; G alte caracteristici.

Exemplu: C35E4 - oel carbon cu %Cm = 0,35% i coninut precizat de sulf; - simbolizare veche: OLC35X

B.2. Oeluri nealiate cu %Mn 1% i oeluri aliate Elementele simbolizrii: simboluri principale simboluri suplimentare pentru oel pentru produs

a n n n a n-n an . + an + an

100% Cm EA1EAj k%Em1-kjEmj conf. SR CR 10260

8

a) Oeluri nealiate cu %Mnm 1% i oeluri aliate cu %EAmj < 5%, j= 1n nnn 100%Cm; a EA1EAj EAn;

concentraia

Element Factorul kj Cr, Co, Mn, Ni, Si, W 4 Al, Be, Cu, Mo, Nb, Pb, Ta, Ti, V, Zr

10

Ce, N, P, S 100 B 1000 Exemplu: 13CrMo4-5

- oel cu %Cm 0,13%; %Crm 1,0%; %Mo 0,5% - simbolizare veche: 14MoCr10

b) Oeluri aliate cu %Emj 5%, j = 1n (cu excepia oelurilor rapide) a x; nnn 100%Cm; a EA1EAj EAn;

concentraia

n-n k1%Em1-kj%Emj-kn%Emn Exemplu: X6CrNiTi18-10

- oel cu %Cm = 0,06%; %Crm = 18%; Nim = 10%; stabilizat cu Ti - simbolizare veche: 10TiNiCr180

c) Oeluri rapide: A HS; n-n-n %Wm - %Mo - %Vm - %Com Exemplu: HS2-9-1-8 - oel rapid cu: %W = 2%; %Mo = 9%; %Vm =1%; Com = 8%.

BIBLIOGRAFIE: 1. Zecheru, Gh.; Drghici, Gh., Elemente de tiina i ingineria materialelor, vol. 2, Ed.

ILEX i Ed. Univ. din Ploieti, 2002. 2. *** SR EN 10020:1993, Definirea i clasificarea mrcilor de oel. 3. *** SR EN 10025:1994, Produse laminate la cald din oeluri de construcie nealiate. 4. *** SR EN 10028:1996, Produse plate de oeluri pentru recipiente sub presiune.

Condiii generale. 5. *** SR EN 10028-2:1996, Produse plate de oeluri pentru recipiente sub presiune.

Partea 2: Oeluri nealiate i aliate cu caracteristici specificate la temperaturi ridicate.

6. *** SR EN 10028-3:1996, Produse plate de oeluri pentru recipiente sub presiune. Partea 3: Oeluri sudabile cu granulaie fin, normalizate.

9

2. CRITERIILE ALEGERII MATERIALELOR METALICE. COEFICIENII DE SIGURAN I REZISTENELE ADMISIBILE

2.1 Unele indicaii privind alegerea materialelor

Pentru alegerea oelurilor, criteriile standardizate se refer, deocamdata, numai la precizarea clasei de calitate corespunztoare oelurilor de uz general folosite n structurile metalice, n scopul principal al evitrii ruperilor fragile. De la caz la caz, alegerea unor anumite mrci de astfel de oeluri se va face de ctre proiectant, pe baza criteriilor tehnico-economice i de dimensionare, bine fundamentat. Cazul structurilor metalice sudate. Alegerea clasei de calitate a oelurilor (de tip S), care urmeaz a fi utilizate la o structur sudat sau la un element de structur sudat se face pe baza metodei coeficientului de periculozitate G, care se calculeaz numai n cazul solicitrilor la ntindere monoaxial (traciune) i compresiune, cu formula:

G = K S B, (2.1) n care: K este factorul constructiv; S factorul de importan a construciei sau a elementului de construcie; B factorul de solicitare; rezultatele numerice obinute rotunjindu-se n plus la una din urmtoarele valori: 2,8; 2,0; 1,4; 1,0; 0,7; sau 0,5 (fig. 2.1 i tab. 2.1).

Coeficientul de periculozitate G = KSB Temperatura de exploatare Peste 288 K (150C)

Sub 288K (150C) pn la 263K (-100C)

Sub 263K (-100C) pn la 248K (-250C)

Sub 248K (-250C)

Grosimea produsului s, n mm 5 10 15 20 25 30 35 40 45

- - - 2,8

- - 2,8 2,0

- 2,8 2,0 1,4

Clasa de calitate 4

2,8 2,0 1,4 1,0

Clasa de

calitate 3

2,0 1,4 1,0 0,7 Clasa de calitate 2

1,4 1,0 0,7 0,5

Solicitare la ntindere (traciune)

1,0 0,7 0,5 - Clasa de calitate 1 sau 2

Elemente, piese, structuri etc sudate

Solicitare la compresiune

Peste 248K (-250C) Clasa de

Deformare moderat

Sub 248K (-250C) calitate 2

Clasa de calitate 3

Peste 248K (-250C)

Clasa de calitate 4

Elemente

piese,

etc

deform

ate plastic la rece,

Deformare puternic

Sub 248K (-250C)

Fig. 2.1 Diagrama alegerii clasei de calitate a oelurilor de uz general.

10

Tabelul 2.1 Valorile recomandate pentru factorii K, S, B

Factorul Valoarea factorului

Precizri

1,0

Construcii sudate simple, fr custuri cap la cap longitudinale continue. Elemente cu seciuni casetate avnd custuri de col fr rigidizri longitudinale i fr custuri cap la cap longitudinale sau transversale. mbinri cap la cap la profiluri laminate. Elemente de construcii supuse la detensionare prealabil.

1,4

Construcii sudate avnd custuri cap la cap continue pe ntreaga lungime a elementului i custuri n K. Elemente avnd seciunea n forma de I sudat. Bare avnd rigidizri longitudinale i custuri cap la cap longitudinale i transversale. Sistemele cu custuri transversale i longitudinale la toate celelalte elemente n zonele unde apar variaii mari de seciune.

Constructiv K

2,0

Construcii sudate supuse la solicitri importante biaxiale, sub influena sarcinilor exterioare. Elemente de construcii avnd custuri ncruciate, n cazul cnd ambele custuri produc importante solicitri reziduale longitudinale i transversale. Elemente de construcie complicate avnd un mare numr de custuri sudate la distane mici unele de altele.

0,5 Elemente de construcie secundare (de exemplu, inimi de grinzi auxiliare, table de protecie acionnd ca rigidizri orizontale etc.)

0,7 Elemente de construcii importante n alctuirea asamblurilor de construcii (de exemplu, tlpi ntinse la grinzi secundare, inimi de grinzi principale etc.)

De importan S

1,0 Elemente de construcie de importan deosebit care sunt necesare pentru alctuirea i funcionarea ntregii construcii (de exemplu, tlpi ntinse de grinzi principale etc.)

1,0 Elemente de construcie supuse la solicitri statice [viteze de solicitare sub 50 kN (cm2s)]

De solicitare B 1,4

Elemente de construcie supuse la solicitri dinamice sau la solicitri prin oc [viteze de solicitare peste 50 kN (cm2s)]

Cazul structurilor metalice mbinate cu uruburi sau cu nituri De regul, pentru construciile metalice de acest tip se folosesc produse executate din oeluri de uz general avnd clasele de calitate 1 sau 2. Se va prefera clasa de calitate 2, n primul rnd, pentru construciile importante, cu elemente puternic solicitate, i care, sub sarcin, lucreaz la temperaturi coborte pn la 248K(-250C). Oelurile din clasa de calitate 3 se vor folosi n mod excepional numai pentru unele elemente foarte puternic solicitate sau care, sub sarcin, lucreaz la temperaturi mai joase dect 248K(-250C). Criteriile organismelor oficiale de supraveghere tehnic Criteriile organismelor oficiale de supraveghere tehnic de tip ISCIR pentru alegerea materialelor metalice tehnice se refer la precizarea corect a tipurilor de materiale (n special oeluri) i a mrcilor de oeluri standardizate folosite n construcia de recipiente sub presiune stabile calde i reci, rezervoare i alte mijloace de depozitare industrial a produselor lichide sau lichefiate, conductelor tehnologice, evilor i altor elemente tubulare etc. Pentru anumite cazuri specifice sau particulare, alegerea i nominalizarea altor anumite tipuri de materiale sau mrci de oeluri se va face cu avizul

11

ISCIR de ctre proiectant, pe baza unor criterii tehnico-economice i de dimensionare corespunztor fundamentate. Se precizeaz c utilizarea n construcia de recipiente a oelurilor necalmate i semicalmate nu este permis dect numai n condiii limitate [1] i numai pentru unele table i evi laminate/trase sau sudate. Cazul recipientelor calde:

Alegerea tipurilor i a mrcilor standardizate de oeluri ce urmeaz a fi utilizate n construcia de recipiente sub presiune stabile calde se face n funcie de categoria de importan i periculozitate a recipientelor respective, lundu-se n consideraie recomandrile centralizate din [1]. Cazul recipientelor reci, al rezervoarelor i al altor mijloace de depozitare industrial

a produselor lichide sau lichefiate: Alegerea tipurilor de materiale i a mrcilor standardizate de oeluri ce urmeaz a

fi utilizate n construcia de recipiente sub presiune stabile reci, rezervoare i alte mijloace de depozitare industrial a produselor lichide sau lichefiate se va face, de asemenea, in funcie de categoria lor de importan i periculozitate, lundu-se n consideraie recomandrile centralizate n [1]. Cazul conductelor tehnologice, al evilor i altor elemente tubulare:

n funcie de parametrii de lucru (temperatur i presiune), elementele tubulare i n special evile se execut n trei clase (I, II i III [1]).

Alegerea tipurilor i mrcilor standardizate de oeluri se va face n funcie de clasa elementelor respective, lundu-se n considerare recomandrile centralizate din [1]. 2.2 Coeficienii de siguran i rezistenele admisibile 2.2.1 Definirea coeficienilor de siguran n forma sa general cea mai simpl, condiia de rezisten pentru o anumit stare de solicitare se poate exprima astfel:

( ) ( ) ( )tTrefEUEU max (2.1) n care: (EU)max reprezint efortul unitar (tensiunea) sau maxim de calcul, n N/mm2, evaluat conform principiilor fundamentale ale Rezistenei materialelor; (EU)T(t) mrimea de referin, n N/mm2, care reprezint ntotdeauna o anumit caracteristic mecanic de tip sau de tip - a materialului la temperatura respectiv T(t) de calcul i care caracterizeaz capacitatea portant minim probabil a materialului dat. Raportul:

( ) ( )

( )1

max

= cEU

EU tTref (2.2)

determin rezerva de capacitate portant minim probabil i se numete coeficient global de siguran. n tabelul 2.2 sunt indicate, centralizat, caracteristicile mecanice cunoscute ale materialelor tehnice, folosite de la caz la caz aa cum se va vedea n cele ce urmeaz -, drept mrimi de referin i simbolurile convenionale generale ale coeficineilor globali de siguran corespunztori.

12

Tabelul 2.2 Simbolurile mrimilor de referin i ale coeficienilor globali de siguran

Stadiul Curgere Rupere Fluaj Oboseal Simbolul general ref

ntc

tc n

tr

tr

tf

td n

tR

tR

nt2.0

t2.0 n

tr

tr

t

s 1

tr

s nt

R tR Simbolul

standardizat ref n

tpR 2.0

t

pR 2.0 ( ) ntmRR,

( )tmRR,

t

s

R1

tr

s

R ( ) ntRR ( )tRR

Simbolul general

c cc cr cp cd cR

Lundu-se n consideraie precizrile din [1], rezult, n general:

rc max , respectiv df max , adic:

r max , respectiv d max , deci:

;0,1;0,1;0,1;0,1;0,1maxmaxmaxmaxmax

=====

d

df

fr

rR

Rc

c ccccc

respectiv cr > cc i cd > cf. Conform prescripiilor oficiale ale organismelor de supraveghere tehnic I.S.C.I.R., se recomand indiferent de valoarea temperaturii t urmtoarele valori pentru coeficienii globali de siguran: cr = 2,4 coeficientul global de siguran fa de rezistena la rupere; cc = 1,5 - coeficientul global de siguran fa de limita tehnic (convenional) de

curgere; cf = 1,0 coeficientul de siguran fa de limita tehnic de fluaj; cd = 1,5 coeficientul de siguran fa de rezistena tehnic de durat.

n cazul n care utilajul se proiecteaz pentru produse letale sau care provoac coroziunea fisurat sub tensiune, coeficienii globali de siguran se vor majora cu 20%, devenind: cr = 3,0; cc = 1,8; cf = 1,2; cd = 1,8.

ntr-o nou form general simpl, condiia de rezisten (2.1) poate fi exprimat, acum, n felul urmtor:

( ) ( )( )

c

EUEUEU

tref

a =max (2.3)

Formula general pentru calculul rezistenei admisibile (n N/mm2) va fi:

cref

a

= (2.4)

2.2.2 Rezistena admisibil a materialului de baz pentru solicitrile statice Rezistena admisibil pentru solicitarea static de ntindere (traciune) a

materialului de baz se noteaz cu simbolul general a(fa), aceasta considerndu-se, n

13

cele ce urmeaz, ca o mrime de baz pentru calculele de rezisten privind elementele, sistemele i structurile solicitate static n moduri diferite.

Rezistena admisibil a(fa) se calculeaz cu urmtoarele formule generale: la temperatura standard normal de 200C:

( ) ( ) ( )

=

c

pc

r

mraa c

R

c

Rf

202020202020 2,0;min

(2.5)

pentru temperaturi ale metalului t > 200C: ( ) ( ) ( )[ ]tatatatatata fff 2211 ;min = (2.6)

unde: ( )tata f 11 - este rezistena admisibil determinat pe baza ncercrilor de scurt durat:

( ) ( ) ( )

=

c

tp

tc

r

mrta

ta c

R

c

Rf 2,0

11;min

2020 (2.7)

( )tata f 22 - rezistena admisibil determinat pe baza ncercrilor de lung durat (ine seama de apariia fenomenului de fluaj), avnd sens fizic de la temperaturi 3800C.

( )

=d

tr

td

f

ttf

ta

ta c

R

c

Rf ss

;min1

22 (2.8)

Solicitrile diferite de ntindere. Pentru solicitarea static (de ncovoiere, de rsucire, de forfecare etc.) diferit de cea de ntindere, rezistena admisibil corespunztoare se evalueaz n funcie de rezistena admisibil ta cu una din urmtoarele formule:

pentru solicitarea de compresiune (indice c): ( ) tatac 50,1....30,1= (2.9)

pentru solicitarea de ncovoiere (indice i): ( ) tatai 25,1....05,1= (2.10)

pentru solicitarea de rsucire (torsiune): ( ) tata 70,0....60,0= (2.11)

pentru solicitarea de forfecare (indice f): ( ) tataf 70,0....65,0= (2.12)

rezultnd urmtoarea corelaie: acaita

taf

ta , care evideniaz, inechivoc,

comportarea foarte favorabil, n cazul compresiunii i foarte defavorabil, n cazul rsucirii, a materialelor tehnice aflate sub sarcin.

2.2.3 Rezistena admisibil a mbinrilor sudate pentru solicitrile statice Coeficientul de rezisten al sudurii: Raportul dintre rezistena admisibil tas a materialului (de adaos) al custurii

sudate i rezistena admisibil ta a materialului de baz se numete coeficient de

14

rezisten al sudurii, se noteaz cu simbolul general i, evident, are urmtoarea expresie de calcul:

0,1=ta

tas

(2.13)

rezultnd urmtoarea formul general pentru calculul rezistenei admisibile as: ta

ta

tas = (2.14)

Formula general pentru calculul coeficientului de rezisten al sudurii este urmtoarea:

= k1 k2 k3 k4 0 (2.15) n care:

k1 - coeficientul de corecie depinznd de sudabilitatea materialelor de baz; k2 coeficientul de corecie depinznd de detensionarea prin tratament termic a

sudurilor; k3 coeficientul de corecie depinznd de controlul defectoscopic nedistructiv

(prin radiografiere sau gammagrafiere) al custurilor sudate; k4 coeficientul de corecie depinznd de examinarea aspectului i de ncercrile

mecanice specifice mbinrilor prin sudare; 0 coeficientul de rezisten teoretic (maxim) al custurii, ale crui valori

indicate n tabelul 2.3. Sudabilitatea materialului de baz este indicat n tabelul 2.4, iar valorile coeficienilor de corecie k1,2,3,4 n tabelul 2.5.

Tabelul 2.3 Valorile coeficientului de rezisten 0 al sudurii pentru aparatele tehnologice de tip

recipient

Tipul sudurii (sudare cu arc electric) Coeficientul de rezisten 0

n X (sudare pe ambele pri), execuie automat sub flux 1,00 n X, execuie maual, de bun calitate 0,95 n X, execuie manual, cu sudur incomplet 0,80 n V, cu sudur de completare la rdcin, respectiv sudur n V pe suport (plac de ados, eclis, inel)

0,850,90

Suduri longitudinale (meridiane)

0,650,70

Suduri cap la cap

n V, fr sudur de completare la rdcin, respectiv sudur n V fr suport (plac de adaos, eclis, inel)

Suduri transversale (inelare, circumfereniale)

0,80

Pe o parte (unilateral) 0,70 Suduri n col (prin

suprapunere) Bilateral (pe ambele pri) 0,80

15

Tabelul 2.4 Sudabilitatea oelurilor, precizat n funcie de coninutul total n anumite elemente de

aliere (Mn, Si, Cr, Ni) i de coninutul de carbon. Grupa de oeluri din punctul de vedere al sudabilitii

Ia (simbol B) Ib (simbol L) II (simbol S) III (simbol R) Mn+Cr+Ni+Si (coninutul total), n% Coninutul de carbon, n % Sub 1,00 Sub 0,25 0,250,35 0,350,45 Peste 0,45 1,003,00 Sub 0,20 0,200,30 0,300,40 Peste 0,40 Peste 3,00 Sub 0,18 0,180,28 0,280,38 Peste 0,38

Tabelul 2.5

Valorile coeficienilor de corecie k1,2,3,4 Factorul (k) Valorile coeficienilor de corecie

Sudabilitatea (k1) Oeluri grupa Ia: k1 = 1,00

Oeluri grupa Ib: k1 = 0,900,95

Oeluri grupa II: k1 = 0,750,90

Detensionarea prin tratament termic (k2)

Este complet: k2 = 1,00

Nu se face: k2 = 0,940,98

-

Examinarea defectoscopic nedistructiv prin radiografiere sau gammagrafiere (k3)

Este total (100%): k3 = 1,00

Este parial: k3 = 0,95

Nu se face: k3 = 0,90

ncercrile mecanice i examinarea aspectului (k4)

Sunt complete i se execut n totalitate: k4 = 1,00

ncercrile mecanice sunt reduse (incomplete), dar se face examinarea aspectului: k4 = 0,900,95

Nu se fac: k4 = 0,80

BIBLIOGRAFIE: 1. A. Pavel Elemente de inginerie mecanic, Ed. Didactic i Pedagogic, Bucureti,

1981; 2. A. Pavel, Gh. Dumitru, I. Voicu, V. Nicolae Inginerie mecanic n petrochimie, vol.

I, Ed. Universitii din Ploieti; 3. *** Prescripii tehnice pentru proiectarea, execuia, instalarea, exploatarea,

repararea i verificarea recipientelor metalice stabile sub presiune PT-C4/2-2003, Ediie oficial ISCIR.

16

3. STUDIUL PRACTIC AL ELEMENTELOR DE CONEXIUNE I DE LEGTUR ALE CONDUCTELOR

3.1 Generaliti

Denumirea de fitinguri corespunde att limbii germane ct i limbii engleze cu nelesul general de piese de legtur. Denumirea unor astfel de piese n limba francez (raccords) preluat, de asemenea, n limba romn a cptat un neles diferit (vezi racordurile utilajelor); o excepie totui exist n cazul racordurilor olandeze care, dei, intr n categoria fitingurilor au fost denumite racorduri. Denumirea de fitinguri este i n limba rus (fitinghi) n locul denumirii mai vechi de piese fasonate (fasonne detali). Fitingurile sunt elemente ale conductelor care servesc fie la legarea a dou evi cu acelai diametru sau cu diametre diferite ntre ele, fie la schimbarea direciei traseului conductei, fie la ramificarea unei conducte principale, fie la nchiderea unui capt sau al unui orificiu al acesteia. Forma constructiv a fitingurilor depinde de funcia tehnologic pe care o ndeplinete, astfel: fitingurile utilizate la montarea n aliniament a evilor (mufele, niplurile, reduciile,

racordurile olandeze); fitingurile utilizate la schimbarea traseului conductei (coturi, curbe); fitingurile utilizate la ramificarea simpl sau multipl a unei conducte principale

(teurile, crucile, racordurile forjate de tip OLET); fitingurile utilizate la obturarea (nchiderea) unui capt de conduct sau al unui

orificiu al acesteia (blind ochelar, capac, dop filetat). n funcie de modul de mbinare cu elementele de conduct, pot fi:

fitinguri pentru sudare cap la cap; fitinguri cu soclu pentru sudare; fitinguri lipite; fitinguri filetate (care la rndul lor difer n funcie de tipul filetului); fitinguri pentru tipuri speciale de mbinare.

n funcie de clasa materialului din care sunt fabricate fitingurile pot fi: din oeluri carbon; din oeluri aliate; din oeluri inoxidabile; din font maleabil; din aliaje speciale; din materiale plastice.

n funcie de modul de execuie, fitingurile pot fi: n execuie fr sudur (fitinguri forjate); n execuie sudat; executate prin tragere; n execuie turnat.

La conductele din instalaiile industriale, n special n cazul conductelor cu diametre nominale mai mari de 50 mm, ponderea cea mai mare o au fitingurile pentru sudare cap la cap. Fitingurile din aceast categorie sunt definite prin diametrul exterior,

17

grosimea peretelui i calitatea materialului; de regul toate acestea trebuie s corespund evilor i celorlalte elemente cu care urmeaz s se mbine fitingurile respective. Fitingurile din aceast categorie sunt de regul n execuie fr sudur, dar n unele situaii se admit utilizarea unor fitinguri similare n execuie sudat.

Pentru diametrele nominale pn la 50 mm (uzual pn la 40 mm), n foarte multe instalaii industriale, pe baza standardului ASME B16.11, s-a adoptat ca soluie practic utilizarea fitingurilor cu soclu pentru sudare (denumite uneori fitinguri cu muf pentru sudare sau fitinguri cu muf soclu). Fitingurile din aceast categorie sunt definite prin diametrul nominal, presiunea nominal i calitatea materialului. n locul diametrului nominal, n unele documente, fitingurile de acest fel sunt definite n oli (1/2 n loc de DN15, n loc de DN20, 1 n locde DN25 etc).

La instalaiile de ap, gaze i nclzire din cldiri, ponderea cea mai mare o are, de regul, fitingurile filetate. Aceste fitinguri sunt definite, de regul, prin diametrul filetului (n oli), presiunea nominal i calitatea materialului.

3.2 Coninutul i scopul lucrrii n cadrul acestei lucrri se vor analiza practic tipurile constructive de fitinguri

(piese fasonate) identificndu-se fiecare tip. Scopul lucrrii este de a ajuta pe studeni s aprofundeze cunotinele teoretice

predate la curs, modul de legtur cu elementele de conduct i funcia ce o ndeplinete n cadrul traseului de conduct.

3.3 Coninutul referatului

Referatul lucrrii se va prezenta sub forma tabelului 3.1 ce va avea urmtoarea componen:

Tabelul 3.1 Nr. Crt.

Schia fitingului Denumirea Criteriul de clasificare

Tipul

dup modul de prindere

filetat

dup material i fabricaie

din oel

1.

racord olandez dup funcia ce o ndeplinete n cadrul traseului conductelor

legarea n aliniament demontabil a conductelor de acelai diametru

BIBLIOGRAFIE:

1. I. Voicu, V. Nicolae, Calculul i construcia utilajului chimic, petrochimic i de rafinrii, ndrumar de laborator, I.P.G. Ploieti, 1984.

2. A. Pavel, Gh. Dumitru, I. Voicu, V. Nicolae, Inginerie mecanic n petrochimie, vol. I, Ed. Universitii din Ploieti, 2001.

3. *** Memorator tehnic pentru montaj, vol. I, T.M.U.C.B. Bucureti, 1978.

18

4. ANALIZA EXPERIMENTAL COMPARATIV A TENSIUNILOR MECANICE DIN COTURI, CURBE TRASE I COTURI REALIZATE DIN SEGMENTE DE EAV SUDATE

4.1 Generaliti Curbele i coturile sunt elemente componente ale conductelor tehnologice, ce servesc la realizarea schimbrilor de direcie n scopul obinerii unei flexibiliti dorite a traseului de conduct. Curbele realizate din eav sunt caracterizate prin raze mari de curbur, ele putnd fi obinute prin ndoire la rece, pentru eav cu diametrul nominal de maxim DN100 sau prin ndoirea la cald, pentru diametre mai mari. Utilizarea curbelor n realizarea traseelor de conduct este preferat de obicei, deoarece, conduce la economii din punct de vedere material, al manoperei de execuie i de montaj al conductei. Coturile realizate n execuie neted pot fi cu raz de curbur scurt, raza fiind egal cu un diametru de eav, sau cu raz de curbur lung, raza de curbur a cotului fiind n acest caz egal cu 1,5DN, ele putnd fi obinute din eav cu diametrul nominal de maxim DN600. Coturile din segmeni sudai sunt de obicei utilizate n locul coturilor netede deorece, dei prezint caracteristici mecanice i hidraulice inferioare coturilor n execuie neted, prezint avantajul important c pot fi executate cu mijloace tehnice obinuite chiar n antierele de montaj. 4.2 Scopul lucrrii Dat fiind utilizarea curbelor i coturilor netede sau din segmeni sudai, att n realizarea schimbrilor de direcie a traseelor de conducte, ct i n realizarea compensatoarelor de dilataie termic, incluse n traseele de conducte tehnologice, lucrarea de fa are ca scop realizarea unei analize experimentale comparativ a strilor de tensiuni n curbele netede, coturile netede i coturile din segmeni sudai, supuse la presiune interioar. 4.3 Descrierea standului n vederea atingerii scopurilor propuse a fost realizat standul cu trei modele experimentale, a crui form i componen este prezentat n figura 4.1. Caracteristicile curbelor i coturilor ce se vor experimenta sunt prezentate n tabelul 4.1. Pentru determinarea tensiunilor s-au amplasat traductoare tensiometrice rezistive, pe direcia axial i inelar la intradosul i extradosul curbelor i coturilor. Standul este prezentat i cu posibilitatea studiului tensiunilor, dezvoltate n curbele i coturile experimentate, din solicitarea la ncovoiere plan, cu sau fr presiune. Se precizeaz c n prezenta lucrare vor fi determinate experimental doar tensiunile obinute din solicitarea din presiune interioar. Treptele de presiune la care se vor efectua msurtorile vor fi: 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4; 1,6 i 1,8Mpa.

19

Tabelul 4.1 Caracteristicile curbelor i coturilor ce se vor experimenta

Elementul DN De,

n mm S,

n mm R,

n mm Obs.

Curb neted 100 108 6 540 grosimea pe extrados 5,0mm

Cot neted 100 108 6 100 grosimea pe extrados 5,5mm

Curb din segmeni

100 108 6 540 -

Presiunea de experimentare n fiecare curb sau cot se va realiza cu o pomp de presiune manual, fiecare element fiind prevzut att cu manometru ct i cu dinamometru pentru msurarea forei de ncovoiere plan.

Fig. 4.1 Schema standului de ncercare

A curb din segmeni sudai; B cot neted; C curb neted; 1,2.12 traductoare tensiometrice rezistive (TTR); M manometru; D dinamometru; P pomp de presiune; I.D.S. nchiztor dreapta-stnga; R1.R6 robinete de nchidere; CC cutie de comutare; I.M. instrument de msur (punte tensiometric); IIV punte de msurare.

4.4 Modul de lucru n scopul efecturii lucrrii de laborator, studenii sunt mprii n 3 echipe, fiecare echip avnd de determinat strile de tensiuni n toate punctele de msurare pentru elementul supus experimentrii (curb, cot, cot din segmeni) pentru nou valori ale presiunii interioare procednd astfel: a) pentru elementul A (curb neted) supus experimentrii se conecteaz de la cutia de

comutare fiecare marc tensiometric de la puntea de msur, echilibrndu-se puntea i se citete indicaia iniial I0 (citirea iniial se face fr a introduce presiune n sistem). Aceast citire se face pentru fiecare element (echip);

b) se deschide robinetul de izolare R6 al manometrului i robinetul R3 de pe conducta de refulare a pompei;

c) se pornete pompa pn n momentul n care la manometru este indicat presiunea de 0,2Mpa (2 bar);

20

d) se oprete pompa i se nchide robinetul R3; e) se conecteaz pe rnd, cu ajutorul cutiei de comutare, fiecare marc tensiometric la

puntea de msur citindu-se indicaia curent Ix dac marca tensiometric este lipit pe direcia axial (meridional) sau I dac marca tensiometric este lipit pe direcia inelar (tangenial);

f) se deschide robinetul R3 i se pornete din nou pompa pn cnd la manometru este indicat presiunea de 04Mpa (0,4 bar);

g) se execut iar operaiile de la punctele d, e, f pn cnd n sistem se atinge presiunea de 1,8 Mpa (18 bar);

h) datele nregistrate la punctele a.e sunt trecute n tabelul 4.2 Operaiile menionate la punctele a.h vor fi efectuate i pentru elementele B

(cot neted) i C (curb din segmeni sudai), manevrnd robinetele de izolare corespunztoare fiecrui element.

4.5 Prelucrarea rezultatelor Deoarece starea de tensiuni este plan i mrcile tensiometrice sunt montate pe

direciile principale se vor determina , deci, experimental expx i exp .

Valorile deformaiilor specifice x i din coloana 7, respectiv 8, a tabelului, vor fi: x = (Ix I0)10-6 (4.1)

= (I - I0)10-6 (4.2)

Tensiunile determinate experimental vor fi:

( ) +

= xx

E2

exp

1 (4.3)

( )xE

+=

2exp

1 (4.4)

Dup completarea tabelului model (4.2), fiecare echip de studeni va reprezenta ntr-un sistem de axe de coordonate ( ) ( )pfpfx == expexp , , pentru elementul cercetat experimental.

Tabelul 4.2 Rezultatele experimentale nregistrate

Elementul Punct de

msur

Presiunea interioar

Marca tensiometric

I0 Ix I x expx

exp

- - MPa - - - - m/m m/m MN/m2 MN/m2

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

21

4.6 Coninutul referatului Referatul lucrrii va conine:

tabelul cu datele pentru punctele de msurare indicate la ntreaga gam de presiuni experimentat;

graficul cu curbele ( ) ( )pfpfx == expexp , pentru punctele de msurare indicate la fiecare element;

analiza comparativ a tensiunilor determinate experimental pentru cele trei elemente studiate.

BIBLIOGRAFIE: 1. I. Voicu, M. Mihilescu, V. Nicolae, Cercetri experimentale privind tensiunile n

curbele i coturile din eav, Simpozionul Naional de Mecanica Ruperii, Ploieti, 1995, pag. 245 250.

2. I. Voicu, V. Nicolae, Calculul i construcia utilajului chimic, petrochimic i de rafinrii, ndrumar de laborator, I.P.G. Ploieti, 1984

3. Theocaris, P.S., Analiza experimental a tensiunilor, vol. I, Ed. Tehnic, Bucureti, 1977.

22

5. STUDIUL PRACTIC AL ELEMENTELOR COMPONENTE ALE MBINRILOR PRIN FLANE

5.1 Generaliti Extinderea mare a construciilor de utilaj petrochimic care folosesc mbinrile prin flane se explic att prin considerentele constructive impuse, ct i prin avantajele pe care aceste mbinri le reprezint. Dintre considerentele de ordin constructiv impuse realizrii utilajelor petrochimice, care reclam folosirea mbinrilor demontabile prin flane, se pot enumera: necesitatea montrii i demontrii repetate a utilajelor; amplasarea utilajelor n locuri greu accesibile i care nu permit lucrul cu focul; asigurarea posibilitilor de transport etc.

Larga utilizare pe care o au mbinrile se explic prin cteva avantaje pe care le confer, cum ar fi: siguran mare n exploatare; elementele componente ale mbinrii se preteaz unor tehnologii de execuie adecvate

fabricaiei de serie mare, n uzine specializate; utilizarea de elemente tipizate sau standardizate.

Trebuie menionat c, pe lng aceste importante avantaje ale mbinrii prin flane, acestea prezint i unele dezavantaje dintre care se menioneaz: consum relativ mare de metal; necesit un volum mare de manoper necesar confecionrii lor i, deci, un pre de

cost ridicat. Avnd n vedere aspectele menionate, mbinrile prin flane sunt utilizate att n

construcia traseelor de conducte, ct i n cazul aparaturii de uz general sau de presiune, ponderea lor fiind destul de nsemnat (cca 5% din greutatea tuturor utilajelor) n cadrul utilajelor de pe platformele petrochimice, motiv pentru care este necesar cunoaterea lor sub toate aspectele.

n lucrarea de fa se urmrete, ca prin efectuarea unei analize sistematizate i cu referire la standardizare tipizare proiectare aplicat, direct pe piese demonstrative s familiarizeze pe viitorul specialist n construcia utilajului tehnologic, cu alegerea i utilizarea corect a unuia sau a altuia din tipuri.

5.2 Elementele componente ale unei mbinri prin flane

Principalele elemente componente ale unei mbinri prin flane sunt urmtoarele (fig. 5.1): dou flane (1), conjugate, prin intermediul crora se transmit ctre garnitura de etanare (3) forele de strngere, dezvoltate prin strngerea piulielor (5), pe prezoanele (4). ntre piulie i flane se intercaleaz aibele (6), care pot fi plate sau elastice (de tip grower, bombat, profilat, cu dini exteriori).

23

Fig. 5.1 Elementele componente ale mbinrii prin flane:

1 flan cu gt; 2 tubulaturi; 3 garnitur de etanare; 4 prezon; 5 piuli; 6 aib.

Flanele sunt piese de legtur de forme geometrice diferite, prin intermediul crora se transmite fora de strngere a uruburilor ctre suprafeele ntre care se amplaseaz garnitura, numite suprafee de etanare. Se execut din acelai material sau din materiale cu proprieti apropiate de elementele de conduct de care se prind. Forma constructiv i materialul de execuie depinde de presiunea, temperatura i caracteristicile fizico-chimice i de coroziune ale fluidului care vine n contact cu flana. Tipurile constructive de flane sunt reprezentate n figura 5.2.

a b c d e f g

Fig. 5.2 Tipuri constructive de flane

a turnate cu corpul; b cu gt pentru sudare n capul evii; c plate pentru sudare; d plate filetate; e cu guler, filetate; f i g libere pe eav

Forma suprafeelor de etanare se stabilete n funcie de condiiile concrete de lucru ale mbinrii. Tipurile de suprafee de etanare, standardizate n ara noastr, conform SR ISO 7005-1-1999, sunt prezentate n figura 5.3.

24

Fig. 5.3 Suprafee de etanare, tipurile A pn la J.

5.3 Coninutul i scopul lucrrii n cadrul acestei lucrri se urmrete familiarizarea studentului cu principalele tipuri de mbinri prin flane de tip normal utilizate n construcia conductelor i aparaturii, n scopul aprofundrii cunotinelor teoretice i de cunoatere practic privind aspectele legate de: reprezentare, montare, construcia flanelor i a suprafeelor de etanare. De asemenea, lucrarea are ca scop crearea condiiilor de formare a deprinderilor practice de ntocmire de schie cu cotri i simbolizri conform SR, inclusiv identificarea de repere fizice a mbinrilor prin flane.

25

5.4 Modul de lucru Studenii vor fi mprii n grupe de cte patru, fiecare grup trecnd succesiv pe la cte o mas de lucru pe care sunt expuse tipuri de mbinri n flane. Fiecare student va examina exponatele de pe masa de lucru, schindu-le n caietul de lucrri n cadrul unui tabel de forma tabelului model 5.1, specificnd caracterizarea fiecrei flane.

Tabelul 5.1 Specificarea caracteristicilor fiecrei flane

Nr. Crt.

Schia mbinrii Caracterizare fiecare

flan Tipul flanei

F1 rotund Forma geometric

F2 - rotund F1 plat

Forma n seciune F2 cu gt F1 sudat pe eav

Modul de mbinare cu conducta F2 sudat n capul

evii F1 tip F

1.

Forma suprafeei de etanare

F2 tip E

2.

BIBLIOGRAFIE: 1. I. Voicu, V. Nicolae, Calculul i construcia utilajului chimic, petrochimic i de

rafinrii, ndrumar de laborator, I.P.G. Ploieti, 1984 2. A. Pavel, Gh. Dumitru, I. Voicu, V. Nicolae, Inginerie mecanic n petrochimie, vol.

I, Ed. Universitii din Ploieti, 2001 3. *** SR ISO 7005-1-1999 Flane metalice

26

6. GARNITURILE DE ETANARE

6.1 Generaliti Garniturile sunt piese destinate etanrii mbinrilor prin flane, mai moi dect suprafeele de etanare ale flanelor. Ele au rolul de a umple interstiiile de pe suprafeele de etanare ale flanelor, n scopul asigurrii etaneitii mbinrii. Garniturile trebuie s aib proprieti elastice i plastice superioare materialului cu care vin n contact n mbinare i s menin aceste proprieti un timp ct mai ndelungat.

Fig. 6.1 Forma seciunii transversale a garniturilor a plane; b rotunde; c azbometalice; d metalice zimate; e metalice profilate

n seciune transversal (fig. 6.1) garniturile de etanare au urmtoarele forme: plane compacte (fig. 6.1, a), executate din mucava, clingherit, cauciuc, azbest,

polietilen, teflon sau metale moi (aluminiu, cupru, plumb, alam sau oel cu procent mic de carbon);

rotunde compacte (fig. 6.1, b), executate din metale sau materiale moi; azbometalice compacte cu umpluturi de azbest ntr-o carcas metalic (fig. 6.1, c); metalice zimate (fig. 6.1, d), executate din materiale metalice cu modul de elasticitate

ridicat i cu duritatea pe ct posibil mai mic dect cea a materialelor flanelor; metalice profilate (fig. 6.1, e) - ovale, octogonale, lenticulare, utilizate pentru presiuni

nalte. Cele cu profil oval sunt folosite pe scar larg n sistemele de etanare din

industria petrolier ca urmare a siguranei n exploatare pe care o prezint. Sunt caracterizate prin contactul liniar ntre suprafaa de aezare a garniturii i suprafaa de etanare a flanei.

Garniturile cu profil octogonal sunt executate din oeluri carbon cu duritate maxim, n stare finit, de 110HB, protejate prin cadmiere pe o grosime de 0,0050,003mm.

Garniturile lenticulare cu suprafee de contact sferice sunt executate din oel carbon sau din oeluri anticorozive cu o duritate mai mic dect a materialului flanelor.

n general, materialul garniturilor se alege n funcie de presiunea, temperatura i proprietile fluidului transportat.

27

6.2 Coninutul i scopul lucrrii n cadrul acestei lucrri se urmrete studierea de ctre student a principalelor

tipuri de garnituri de etanare ale mbinrilor prin flane utilizate n construcia conductelor i aparaturii petrochimice, n scopul aprofundrii cunotinelor teoretice i de cunoatere practic privind aspecte legate de: reprezenatre, montare i construcia garniturilor. De asemenea, lucrarea are ca scop crearea condiiilor de formare a deprinderilor practice de ntocmire de schie cu cotri i simbolizri conform SR ISO 7483 inclusiv identificarea pe repere fizice de garnituri de etanare.

6.3 Modul de lucru Studenii vor fi mprii n grupe de cte 4, fiecare grup trecnd succesiv pe la

cte o mas de lucru pe care sunt expuse tipuri reprezentative de garnituri. Fiecare student va examina exponatele de pe masa de lucru, schindu-le n caietul de lucrri n cadrul unui tabel de forma tabelului model 6.1, specificnd caracterizarea fiecrei garnituri de etanare dup cele specificate.

Tabelul 6.1

Caracteristicile fiecrei garnituri Nr. Crt.

Schia garniturii Caracterizare Tipul

Forma suprafeei de aezare

Garnitur profilat

Materialul din care este confecionat

Garnitur din material dur 1.

Forma n seciune Garnitur zimat

BIBLIOGRAFIE: 4. I. Voicu, V. Nicolae, Calculul i construcia utilajului chimic, petrochimic i de

rafinrii, ndrumar de laborator, I.P.G. Ploieti, 1984 5. V. Cristea, a Etanri, Ed. Tehnic, Bucureti, 1973 6. *** SR ISO 7483, Garnituri de etanare.

28

7. STUDIU EXPERIMENTAL AL ETANRILOR STATICE ALE MBINRILOR PRIN FLANE

7.1 Generaliti Etanarea reprezint realizarea practic prin care se mpiedic trecerea diferitelor

medii de lucru sau particule dintre dou spaii vecine separate prin sistemul de etanare sau prin interstiiile dintre piesele ce separ cele dou spaii vecine.

Funcionarea n bune condiiuni a etanrilor constituie un factor important n exploatarea utilajelor, fapt ce impune ca la proiectarea sau construcia unui aparat sau utilaj, problema etaneitii s fie abordat cu mult atenie, analizat i rezolvat pn la cele mai mici detalii.

Orice etanare conceput i executat trebuie s asigure: etaneitate - este proprietatea etanrii de a obtura toate spaiile dintre dou suprafee

aflate n contact permanent, trebuind astfel realizat nct s exclud posibilitatea trecerii unui fluid printre cele dou suprafee;

fiabilitate - este proprietatea prin care se asigur funcionarea corect a etanrii ntr-un interval de timp dat i n condiii de utilizare precise;

siguran maxim n funcionare; durabilitatea etanrii caracteristic care se apreciaz att n raport cu solicitrile

sau condiiile impuse de mediul etanat (rezisten chimic, rezisten la uzur, rezisten mecanic la starea de solicitare provenit de la elementele mbinrii, stabilitate termic etc.) ct i n raport cu capacitatea etanrii de a suporta montri i demontri repetate reclamate de interveniile la utilaje.

n prezenta lucrare, se vor studia numai categoria etanrilor fixe cu contact plan pe garnitur i, drept urmare, nu se va insista asupra particularitilor specifice etanrilor mobile.

7.2 Procesul de etanare Alegerea unei etanri corespunztoare trebuie s se bazeze pe o cunoatere

amnunit a tuturor factorilor care intervin n timpul exploatrii, cum ar fi: mediul etanat influeneaz comportarea etanrii prin proprietile ei de a nchide

unele interstiii de mrimea moleculelor cu particule antrenate, produse de coroziune sau precipitarea substanelor dizolvate. n acelai timp, umflarea materialului garniturii n prezena mediului de lucru are un efect favorabil asupra etaneitii;

calitatea suprafeelor s-a constatat c asupra comportrii favorabile a sistemelor de etanare statice o influen foarte mare o are macro i microgeometria suprafeelor de contact. Astfel, n cadrul etanrilor fixe, abaterea de la planeitate, ondulaiile i rugozitile mari ale suprafeelor influeneaz n mod direct etaneitatea.

Rugozitatea suprafeelor are un caracter determinant att n ceea ce privete forele de frecare (deci, rezistena la expulzare a garniturii) ct i n ceea ce privete uzura garniturii i durabilitatea etanrii. De obicei, rugozitatea suprafeelor de lucru ale etanrilor trebuie s satisfac condiia Ra 0,5 mm, dar se precizeaz c cu ct garnitura este mai dur cu att suprafaa de etanare trebuie s fie mai neted. La alegerea rugozitii suprafeelor de etanare este necesar a se ine seama i de valoarea presiunii de

29

lucru. n cazul etanrilor fixe prin flane trebuie ca eventualele urme ale prelucrrii s nu fie orientate n direcia radial.

7.3 Coninutul i scopul lucrrii n cadrul acestei lucrri se va studia experimental modul de comportare n

condiiile strngerii iniiale a garniturilor executate din materiale cu diferite proprieti plastice i se vor trage concluzii privind influena materialului garniturii asupra gradului de comprimare.

Scopul lucrrii este cunoaterea teoretic i reliefarea pe cale experimental a legilor de dependen dintre condiiile de etanare tasare comprimare revenire i diversele calitii de materiale pentru garnituri.

7.4 Aparatura i materialele necesare Lucrarea de laborator se va efectua pe standul prezentat n figura 7.1.

Fig. 7.1 Standul de ncercare 1 plac de baz; 2 coloane; 3 plac superioar de presare, fix; 4 plac inferioar de presare, mobil; 5 cilindrul hidraulic; 6 presa de presiune; 7 bil pentru centrarea efortului; 8 buc calibrat de msur (doz de for) pe care sunt lipite 16 traductoare tensiometrice electrorezistive montate n punte; 9 -dispozitiv de presare a flanelor; 10 camer de presiune; 11 sistemul de susinere a dozei de for; 12 crlige pentru susinerea semicamerei superioare de presiune; 13 rezervor de ulei; 14 pomp de nalt presiune; 15 rezervor tampon; 16 grup de presiune i debit mare; 17 butelie de aer (azot) comprimat; 18 reductor de presiune; 19 nchidere hidraulic; 20 punte tensiometric; 21 tij reglabil; 22 comparatoare; 23 robinet; 24 robinet de descrcare.

30

7.5 Modul de lucru Studenii vor fi mprii n 4 grupe, fiecare grup avnd de determinat curba

caracteristic q = f() i curba de pierdere a etaneitii pe = f(q), pentru o garnitur realizat dintr-un anumit material. Pentru aceasta se procedeaz astfel: a) se echilibreaz puntea tensiometric i se citete indicaia iniial I0; b) se citete indicaia iniial a comparatorului i0; c) se pornete pompa pn la atingerea presiunii de 5,0 Mpa n cilindrul de presiune; d) se echilibreaz din nou puntea tensiometric i se citete indicaia Ix; e) se citete indicaia curent a comparatorului ix; f) se deschide foarte puin robinetul reductorului de presiune (poz. 18) pn cnd gazul

barboteaz prin nchiderea hidraulic citindu-se presiunea indicat de manometru (pe);

g) se pornete din nou pompa pn cnd presiunea crete cu 5 MPa; h) se repet operaiile de la punctele d, e i f; i) se continu experimentarea majornd presiunea din 5 n 5 MPa pn la presiunea de

40 MPa pentru fiecare treapt de presiune. Valorile nregistrate pentru parametrii experimentrii i determinate prin calcul, fiind trecute n tabelul 7.1.

Tabelul 7.1

Rezultatele experimentale nregistrate Tipul i materialul garniturii

P MPa

I0 *10-6

Ix *10-6

=Ix-I0 [m/m]

ixi [mm]

ii=ix-1-ixi [mm]

*sF

[MN]

q**

[MPa]

***i

[%]

pe [MPa]

5 10 15 20 25 30

35

Observaie: semnificaiile, relaiile de calcul i unitile de msur ale parametrilor din tabel sunt urmtoarele: - *Fs este fora cu care este strns garnitura ntre suprafeele de etanare. Se calculeaz cu relaia:

Fs = AE, n MN (7.1) unde: A este aria seciunii transversale a dozei de for folosit n experimentare i are valoarea:

( )22785.0 ie DDA = (7.2) E modulul de elasticitate longitudinal al materialului dozei de for, avnd valoarea E = 2,1105 MN/m2; - **q reprezint presiunea specific pe garnitur i se calculeaz cu relaia:

q = Fs/Ag, n MN/m2 (7.3)

n care: Ag este aria suprafeei de contact dintre garnitur i suprafeele de etanare ale flanelor, determinat cu relaia:

31

( ),4

22igeg DDAg

= m2 (7.4)

n care: Deg diametrul exterior al garniturii, n m; Dig diamterul interior al garniturii, n m. - ***i - reprezint comprimarea relativ a garniturii, care se calculeaz cu relaia:

100=g

ii s

i , n % (7.5)

unde: sg este grosimea garniturii experimentate, n mm.

7.6 Coninutul referatului n urma executrii lucrrii de laborator i a prelucrrii rezultatelor se va ntocmi un referat ce va cuprinde datele de lucru i rezultatele obinute n urma determinrilor experimentale. Acestea vor fi trecute n tabelul 7.1 i se va trasa curbele caracteristice q = f() i pe = f(q). Fiecare student va trasa curbele i pentru garniturile experimentate de colegii din grupele din care el nu a facut parte. BIBLIOGRAFIE: 7. I. Voicu, V. Nicolae, Calculul i construcia utilajului chimic, petrochimic i de

rafinrii, ndrumar de laborator, I.P.G. Ploieti, 1984 8. V. Cristea, a Etanri, Ed. Tehnic, Bucureti, 1973 9. t. Teodorescu, A. Floreniu, Contribuii la calculul sistemelor de etanare cu inele

din materiale moi, Revista de chimie, nr. 2, 1967.

32

8. DETERMINAREA DEBITELOR DE SCPRI N CAZUL ASAMBLRILOR DEMONTABILE N FLANE

8.1 Generaliti Lucrarea prezint o metodologie teoretico-experimental ce permite determinarea att a presiunii specifice de strngere a garniturii, q, n N/mm2 i a coeficientului specific al garniturii, m, ca variabile, i nu ca valori constante sau unice, ct i stabilirea relaiei dintre debitul de scpri i aceste mrimi. Metoda poate fi aplicat (cu unele modificri la stand) la toate tipo-dimensiunile de garnituri de etanare. 8.2 Aparatura i materialele necesare Pentru determinarea experimental a presiunii specifice de strngere a garniturii, coeficientului specific i a debitelor de scpri se folosete standul din figura 8.1

Fig. 8.1 Stand pentru determinarea debitului de scpri

1 vas sub presiune; 2 plac metalic de etanare; 3 regulator de presiune; 4 robinet de evacuare; 5 manometru; 6 tub pentru colectarea scprilor; 7 biuret de 50ml cu suport; 8 recipient exterior; 9 recipient interior din sticl

n componena prezentat n figura 7.1, standul permite cercetarea garniturilor cu DN100 i PN16 cu diferite grosimi. Vasul sub presiune este realizat din elementele prezentate n figura 8.2.

33

Fig. 8.2 Vas sub presiune 1 flan corp DN100, PN16; 2 flan capac DN100, PN16; 3 plac; 4 inel 0-ring; 5 piuli; 6 prezon M33; 7,8 garnitur

8.3 Modul de lucru pe stand i prelucrarea rezultatelor

n scopul efecturii lucrrii de laborator, studenii sunt mprii n 4 echipe, fiecare echip cercetnd cte o garnitur nfurat spiral din band metalic din oel inoxidabil, pentru determinarea experimental a presiunii specifice de strngere, a coeficientului specific i a debitelor de scpri, efectund urmtoarele etape succesive. Pregtirea aparaturii se msoar lungimea scalei biuretei n mm i se face un calcul de conversie pentru

corectarea nlimii efective a coloanei de ap la nlimea standard pentru fiecare cm3 (dac este necesar);

se aspir n biuret o coloan de ap, pn la nivelul de sub 50 ml i se nchide robinetul biuretei;

se umple recipientul interior (9) pn la limita de revrsare; se fixeaz nivelul zero pe biuret la nivelul apei din recipientul interior; se msoar nlimea coloanei de ap n biuret, h1; se conecteaz biureta la placa de etanare prin intermediul furtunului (16); se calibraz 0 ringurile (4) care etaneaz placa metalic (3), (fig. 8.2), naintea

fiecrei serii de ncercri.

34

Modul de lucru pentru determinarea presiunii specifice de strngere a garniturii (q) se msoar i se noteaz grosimea iniial a garniturii; se centreaz garnitura pe suprafaa de etanare; se strng prezoanele din mbinare ncepnd cu o for de strngere corespunztoare

unei presiuni de strngere q1 de 90% din q pentru materialul garniturii; se deschide robinetul biuretei i se msoar noua nlime a coloanei de ap h2; se realizeaz n vas presiunea P cu ajutorul azotului; se msoar i se noteaz nlimea coloanei de ap h3 n mm i volumul n cm

3. Se msoar temperatura. Aceste msurtori se fac din momentul nceperii experienei i pn la sfritul ei, la intervale de cte 5 minute;

ncercarea se consider ncheiat dup 30 minute sau dac ntre timp coloana de ap din biuret atinge nivelul de 10 cm3;

se reumple biureta i se racordeaz la placa de etanare; se repet procedura de la ultimile 6 operaii, crescnd fora de strngere pe fiecare

prezon, pn la fora maxim total; se calculeaz volumul scprilor pentru fora iniial de strngere i pentru fiecare

cretere a sa cu relaia [1]:

( )( ) ( )As

sa

ass

TP

TPcc

PPP

kh

cckhPV 332

322

212 11

+

= (8.1)

unde: Pa presiunea atmosferic, kPa; k = 0,004142 psi/mmH2O; h2 nlimea coloanei de ap n biuret dup deschiderea robinetului, mmH2O; c1 volumul coloanei de ap din biuret la nceputul ncercrii, cm

3; c2 volumul coloanei de ap din biuret dup deschiderea robinetului, cm

3; P2 presiunea n biuret la nlimea h2, kPa; P3 presiunea n biuret la nlimea h3, kPa; c3 volumul coloanei de ap n biuret la sfritul ncercrii, cm

3; Ps presiunea standard, 101kPa; TA temperatura ambiant,

0K; TS 273 K se calculeaz presiunea de strngere specific (q) cu relaia [1] pentru fiecare valoare

a forei totale de strngere:

1A

Fq q= (8.2)

unde: Fq = D3bq1 n cm (8.3)

D3 diametrul cercului pe care este repartizat reaciunea garniturii, mm2;

b limea eficace de calcul a garniturii, mm; b0 limea de referin a garniturii, mm;

- n cazul b0>0,63cm

079,0 bb = (8.4)

D3 = Deg 2b (8.5)

35

- n cazul b0

36

8.4 Coninutul referatului Referatul lucrrii va conine:

rezumatul lucrrii; tabelul cu datele obinute pentru debitul scprilor Qs i presiunile de strngere pentru

fiecare grup; tabelul cu datele obinute pentru debitul scprilor Qs i coeficientul specific m pentru

fiecare grup; graficul cu curbele Qs = f(q) i Qs = f(m) pentru garniturile studiate.

BIBLIOGRAFIE:

1. I. Voicu, V. Nicolae, Cercetri teoretico-experimentale privind determinarea

debitelor de scpri n cazul asamblrilor demontabile n flane, Sesiunea de Comunicri tiinifice, I.P.G. Ploieti, 1992.

2. V. Dumitru, Proiect de diplom, I.P.G. Ploieti, 1988. 3. ***Prescripii tehnice pentru proiectarea, execuia, instalarea, exploatarea,

repararea i verificarea recipientelor metalice stabile sub presiune, PT-C4/2-2003, ISCIR Bucureti.

37

9. ARMTURILE CONDUCTELOR

9.1 Generaliti i clasificare

Armturile sunt elemente de conducte care servesc la obturarea sau variaia seciunii de trecere a mediilor vehiculate. Prin modificarea seciunii de trecere a conductelor, efectele principale obinute prin intermediul armturilor pot fi de: nchidere total sau parial, distribuie, reglare, siguran, reinere.

Condiiile funcionale caracteristice fiecrui efect urmrit au determinat forme i tipuri specifice pentru organele principale ale armturilor, precum i forme foarte variate pentru corpul armturii.

Importana pe care o au unele organe ale armturii la folosirea n instalaii sau importana pe care o are materialul de execuie sau fluidul de lucru, au condus la stabilirea mai multor criterii de clasificare a armturilor, respectiv: dup materialul de construcie armturi din oel, fonte, bronzuri, plumb, materiale

plastice etc.; dup forma i poziia elementului de nchidere, fa de orificiul de trecere robinete

cu ventil, robinete cu sertar, robinete cu cep; dup procesul tehnologic de fabricaie armturi forjate, turnate, matriate, sudate; dup modul de racordare la eav armturi sudate, flanate, filetate, mixte; dup tipul mecanismului de acionare robinete cu acionare manual sau cu

acionare mecanic,electric, hidraulic sau pneumatic; dup destinaia lor armturi de nchidere i reglare, de reinere, de siguran, de

dezaerare, de golire accidental, de drenare, de eliminare a condensului etc. La comandarea unei armturi trebuie s se precizeze urmtoarele date tehnice:

denumirea, tipul i, de la caz la caz, destinaia; elementele definitorii, date de diametrul nominal (DN) i presiunea nominal (sau

seria) (PN); presiunea de lucru, temperatura de lucru, mediul tehnologic vehiculat; soluia tehnic de racordare la eav (prin sudare, flane sau filet).

Armturile de nchidere i distribuie sunt montate pe conduct cu rolul de a asigura ntreruperea curgerii fluidului pe poriunile de conduct opuse intrrii i ieirii fluidului din armtur. ntreruperea curgerii continue prin conduct trebuie s se realizeze complet n poziia nchis a organului de nchidere. n poziia deschis a organului de nchidere, armtura n ansamblul ei trebuie s asigure rezistene hidraulice de curgere ct mai mici pentru fluidul respectiv.

Armturile de reglare sunt montate n instalaii complexe, n care fluidele reprezint mediul de lucru supus tehnologic la diferite condiii de debit, presiune, temperatur, nivel etc. Acest tip de armturi trebuie s asigur o anumit concordan ntre parametrii respectivi sau cel puin o anumit valoare pentru unul dintre acetia. n unele cazuri, datorit reglrii unor parametrii, armtura de reglare nu poate sau nici nu este indicat s asigure o nchidere complet, aa cum se impune la armtura de nchidere.

Armturile de siguran i reinere au rolul de a limita creterea periculoas a unuia dintre parametrii (de obicei presiunea), de a preveni circulaia invers a fluidului fa de cea stabilit prin procesul tehnologic. Dac se folosesc armturi de siguran speciale, atunci ele au rolul s previn avariile sau, dac este cazul, s localizeze avariile

38

aprute pe conducte etc., sau s blocheze ntr-un timp foarte scurt trecerea fluidului dintr-o parte n alta.

Din punct de vedere al construciei, armturile prezint unele elemente principale comune. Astfel, indiferent de tipul lor, la toate armturile industriale se vor ntlni: elementul sau organul de acionare; elementul de execuie a comenzii primite.

Elementul de acionare asigur schimbarea poziiei elementului de execuie n interiorul corpului armturii. Elementul de execuie este constituit, n general, din corpul armturii i elementul de nchidere.

n continuare, se vor prezenta particularitile constructive ale elementului de nchidere i tipurile constructive cele mia ntlnite.

9.2. Tipuri de robinete

Armturile care se folosesc la obturarea total sau parial a seciunii de trecere a fluidelor n ambele sensuri de curgere se mai numesc robinete. Constructiv, elementul de nchidere al unui robinet este compus din dou suprafee de etanare. Una n general fix, este dispus n corpul robinetului i este numit scaun. A doua este dispus pe un element mobil, prin deplasarea cruia se asigur funcionarea robinetului. Prin aezarea celor dou suprafee de etanare ale elementului de nchidere una peste alta, cu o strngere comandat, se realizeaz fenomenul de etanare pe care cele mai multe robinete trebuie s-l asigure, afar de cele de reglare, amintite mai nainte.

n funcie de particularitile constructive, cerute de condiiile tehnologice de funcionare n instalaie i caracterizate prin deplasarea relativ a elementului de etanare (mobil fa de scaun), se ntlnesc urmtoarele tipuri de elemente de nchidere corespunztoare robinetelor:

cu ventil (fig. 9.1); cu sertar pan (fig. 9.2); cu clapet valv (fig. 9.3); cu clapet fluture (fig. 9.4); cu cep (fig. 9.5); cu sertar de distribuie (fig. 9.6). n practica industrial se ntlnesc i alte tipuri de armturi, ale cror elemente de

nchidere au construcii speciale, n vederea utilizrii n situaii particulare.

Fig. 9.1 Element de nchidere Fig. 9.2 Element de nchidere Fig.9.3 Element de cu ventil cu sertar pan nchidere cu clapet valva

39

Fig. 9.4 Element de nchidere Fig. 9.5 Element de Fig. 9.6 Element de cu clapet fluture nchidere cu cep nchidere cu sertar de distribuie

Robinetele cu ventil se folosesc att pentru oprirea complet a curgerii fluidelor, ct i pentru reglarea debitelor acestora. n timpul manevrelor tehnologice, elementul de nchidere (numit ventil) execut micri de deplasare (prin rotire, translaie sau rototranslaie) n lungul axei geometrice a orificiului prin care trece fluidul tehnologic (fig. 9.1). Avnd n vedere forma lor constructiv, conceput n funcie de modul cum se realizeaz circulaia fluidelor prin corpul armturii, robinetele cu ventil pot fi:

robinete cu ventil drepte, numite i robinete de curgere liber; n locul n care este amplasat, nu se schimb direcia de curgere a fluidului tehnologic (fig. 9.7);

Fig. 9.7 Robinete cu ventil

a cu mufe filetate; b cu flane; 1 corp; 2 capac;3 ventil; 4 piuli de strngere; 5 tij; 6 buc filetat; 7 buc de presiune;8 flana presgarniturii; 9 inel de fund; 10 inel de etanare al ventilului; 11 inel de etanare al corpului; 12 garnitur; 13 garnitura tijei; 14 roata de manevr;15 buc de ghidare i etanare superioar; 16 arcad; 17 piulia presgarniturii; 18 piulia roii de manevr robinete cu ventil drepte cu tij nclinat, de asemenea, robinete de trecere, ns

tija lor este nclinat fa de direcia de curgere a fluidului tehnologic; robinete cu ventil de col, la care direcia de curgere a fluidului tehnologic este

schimbat cu 90. Robinetele cu sertar sunt acele armturi industriale la care n timpul manevrelor

tehnologice elementul de nchidere execut micri de deplasare, prin translaie,

40

perpendiculare pe axa orificiului prin care circul fluidul tehnologic. Practic, aceste robinete sunt utilizate pentru oricare tip de fluid tehnologic, pentru presiuni nominale de pn la PN 400 i temperaturi pna la 540C. Deplasarea sertarului se face prin intermediul tijei filetate cu ajutorul unei roi de manevr acionat manual sau mecanic.

Dup forma tijei filetate se deosebesc: robinete cu sertar cu tij ascendent (fig. 9.8, a); robinete cu sertar cu tij descendent (fig. 9.8, b). Dup forma constructiv geometric a elementului de nchidere, se deosebesc: element de nchidere cu sertar pan, n limbajul practic denumite vane,

caracterizate prin aceea c suprafeele de etanare sunt dispuse invers nclinate una fa de cealat, realizarea etaneitii sertar corp fiind asigurat de mpnarea sertarului ntre inelele de etanare, dispuse n corp; sertarul poate fi executat dintr-o singur bucat sau din dou semisertare;

element de nchidere cu sertar paralel , n limbajul practic denumite ubre, la care suprafeele de etanare sunt dispuse paralel ntre ele; sertarul poate fi executat dintr-o singur bucat sau din dou semisertare.

a b

Fig. 9.8 Robinet cu sertar i tij

a cu tij ascendent; b cu tij descendent; 1 corp; 2 capac; 3 tij; 4 buc filetat de manevr; 5 buc de presiune; 6 garnitura tijei; 7 inel de etanare din corp; 8 sertar; 9 garnitur; 10 roat de manevr; 11 buc de ghidare i etanare superioar; 12 inel de etanare din sertar; 13 piuli de manevr; 14 cutia presgarniturii Robinetele cu cep sunt armturi de nchidere la care n timpul manevrelor

elementul de nchidere (numit cep) se rotete, fr translaie , n jurul unei axe geometrice perpendiculare pe axa orificiului prin care este vehiculat fluidul. n limbajul practic, aceste robinete se mai numesc CANELE.

n practica industrial, sunt ntlnite, avndu-se n vedere forma geometric a cepului, dou variante constructive de armturi cu cep, i anume:

robinetele cu cep conic, la care orificiul de trecere al fluidului de lucru este n form trapezoidal, cu colurile rotunjite (fig. 9.9), avnd aria de trecere cel puin egal

41

cu aria unei seciuni circulare al crui diametru este egal cu diametrul nominal al armturii;

Fig. 9.9 Robinet cu cep conic 1 corpul robinetului; 2 cepul conic; 3 capul ptrat de antrenare; 4 orificiul de trecere prin cep

robinetele cu cep sferic, al care orificiul de trecere al fluidului de lucru, prin cepul

sferic, este de form circular, avnd, n general, diametrul egal cu diametrul nominal al robinetului (fig. 9.10).

Fig. 9.10 Robinet cu sfer cu trei ci racordat cu flane

Robinetele cu reinere, cunoscute n limbajul practic sub denumirea de rilaguri, permit vehicularea fluidelor de lucru numai ntr-un singur sens, mpeidicnd n mod automat prin autocomand circulaia lor n sens invers. Din punct de vedere constructiv robinetele de reinere pot fi:

robinete de reinere cu ventil, la care, n timpul funcionrii, n mod

autocomandat, elementul de nchidere execut micri de deplasare, de-a lungul axei geometrice a orificiului prin care se vehiculeaz fluidul de lucru, sunt utilizate pentru fluide curate sau murdare, cu PN 400 i t 570C. Avnd n vedere modul de lucru al lor, robinetele de reinere cu ventil pot fi: cu curs fix de execuie liber (fig. 9.11), cu

42

curs reglabil de execuie liber, respectiv cu curs reglabil de execuie cu arc de nchidere (fig. 9.12);

Fig. 9.11 Robinetul de reinere cu ventil cu curs fix de execuie liber

1 corpul robinetului; 2 ventilul; 3 capacul robinetului

Fig. 9.12 Robinet de reinere cu ventil cu curs fix de execuie forat cu arc de

nchidere 1 corpul robinetului; 2 ventilul; 3 arcul de nchidere; 4 capacul robinetului

robinetele de reinere cu clap (fig. 9.13), la care, n timpul funcionrii, n mod automat, elementul de nchidere execut micri de basculare liber, n jurul unei axe geometrice orizontale situat ntr-un plan normal la axa geometric a orificiului de trecere a fluidului de lucru. Sunt utilizate la vehicularea fluidelor murdare sau curate, cu presiuni nominale PN 400 i t 570C.

43

Fig. 9.13 Robinet de reinere cu clap 1 corpul robinetului; 2 axul clapetei i articulaia sa; 3 clapeta; 4 capacul

9.3 Supapele de siguran

Sunt armturi destinate evitrii posibilitilor de cretere periculoas, peste o valoare limit stabilit n prealabil, a presiunii manometrice ntr-un anumit sistem, asigurndu-se, astfel, sistemul respectiv mpotriva apariiei unor eventuale avarii. Necesitatea asigurrii continuitii proceselor tehnologice din sistemele pe care sunt amplasate supapele de siguran, diversitatea constructiv a acestora este foarte mare, ele putndu-se grupa:

dup materialul corpului, n supape de siguran din font i supape de siguran din oel;

dup numrul ventilelor de lucru, n supape de siguran cu un singur ventil (simple) i supape de siguran duble (cu dou ventile);

dup modul de acionare a elementului de nchidere, n supape de siguran cu greutate, la care funcionarea (nchiderea) ventilului se face sub aciunea greutii proprii, supape de siguran cu prghie i contragreutate (fig. 9.14) i supape de siguran cu arc (fig. 9.15).

Fig. 9.14 Supap de siguran cu prghie i contragreutate

1 corpul supapei; 2 ventilul; 3 prghia;4 contragreutatea; 5 articulaia prghiei cu contragreutate; 6 ghidajul contragreutii; 7 capacul supapei; 8 urechea contragreutii

44

Fig. 9.15 Supap de siguran cu arc 1 corpul supapei; 2 ventilul; 3 tija; 4 arcul; 5 talerele arcului; 6 buca de reglare; 7 piulia de blocare; 8 prghie pentru acionare manual (la efectuarea verificrilor periodice a eaprilor de control); 9 capacul

9.4 Armturile pentru separarea i eliminarea condensului

Separatorele sau oalele de condens sunt armturi standardizate care se folosesc la separarea i evacuarea condensului din conductele de abur. Ele funcioneaz ca nite supape automate, la care deschiderea i nchiderea sunt comandate fie de nivelul lichidului (cazul separatoarelor cu plutitor), fie de diferena de temperatur ntre abur i condensat (cazul separatoarelor termostatice).

Eliminarea condensatului, care se realizeaz fr pierdri de abur ntr-un spaiu cu o presiune mai mic dect presiunea de lucru a conductei, se poate face periodic sau continuu, fr un aport energetic din afar.

Parametrii de lucru ai separatoarelor de condensat sunt: diferena de presiune (ntre presiunea aburului i contrapresiunea de evacuare),

0,001p30 N/mm2; temperatura maxim de lucru, 570C. Avnd n vedere particularitile constructiv funcionale, armturile pentru separarea

i eliminarea condensatului se pot grupa n: oal de condens cu plutitor nchis (fig. 9.16); oal de condens cu plutitor i termostat (fig. 9.17); oal de condens termodinamic (fig. 9.18);

45

Fig. 9.16 Oal de condens cu plutitor nchis

1 corpul; 2 capacul; 3 plutitorul; 4 ventil; 5 duza de evacuare; 6 ventil de aerisire; 7 prghia de acionare manual

Fig. 9.17 Oal de condens cu plutitor i termostat

1 corpul; 2 capacul; 3 pluttorul; 4 ventil; 5 duza de evacuare; 6 element termostatic cu burduf

Fig. 9.18 Oal de condens termodinamic

1 corpul; 2 capacul; 3 plac mobil; 4 filtrul 9.5 Scopul lucrrii

46

n cadrul lucrrii se urmrete identificarea i cunoaterea practic a principalelor tipuri de armturi ntlnite n instalaiile petrochimice precum i principiul lor de funcionare. 9.6 Modul de lucru Studenii vor fi mprii n grupe de cte 3-4, fiecare grup lucrnd la cte o mas de lucru. Pe fiecare mas de lucru se va gsi un tip de armtur ce va trebui identificat i analizat individual de fiecare student. n urma analizei efectuate, studenii vor ntocmi schie pentru fiecare armtur studiat. 9.7 Coninutul referatului Referatul va fi ntocmit de ficare student astfel nct s cuprind: rezumatul lucrrii; schia armturilor analizate; concluzii.

BIBLIOGRAFIE 1. Pavel, A., .a., Inginerie mecanic n petrochimie, vol. I, Editura Universitii din

Ploieti, 2001 2. I. Voicu, V. Nicolae, Calculul i construcia utilajului chimic, petrochimic i de

rafinrii. ndrumar de laborator, I.P.G. Ploieti, 1984. 3. *** Memorator tehnic pentru montaj, vol. I, TMUCB, Bucureti, 1978.

47

10. STUDIUL COMPENSATOARELOR LENTICULARE DE DILATAIE

10.1 Generaliti Realizarea traseelor de conducte, autocompensate sau compensate, cu

compensatoare tubulare din eav ndoit impune dezvoltarea sistemului n trei dimensiuni i, deci, utilizarea a multor curbe pentru schimbrile de direcie dorite. Aceasta conduce la ocuparea unui spaiu tehnologic apreciabil, spaiu care de cele mai multe ori nu se afl la dispoziia proiectantului. De asemenea, procedndu-se astfel, se ajunge la creterea lungimii traseului, cu dese schimbri de direcie, ceea ce conduce la cderi mari de presiune, problem care de multe ori deranjeaz procesul tehnologic i, n acelai timp, conduc la cheltuieli suplimentare. De aceea, de multe ori, mai ales n cadrul traseelor de conducte de pe platformele instalaiilor tehnologice, preluarea dilataiilor conductelor se face cu ajutorul compensatoarelor lenticulare.

Compensatoarele lenticulare de dilataie se compun din elemente de legtur i elemente flexibile cu proprieti elastice i de rezisten mecanic, ce permit compensarea dilataiilor termice i amortizarea vibraiilor.

Compensatoarele lenticulare pot prelua deplasri axiale, laterale (perpendiculare pe axul lor) sau unghiulare i aceasta pe baza flexibilitii la ncovoiere a elementului (sau a grupului de elemente) ondulat(e), frecvent numit(e) lentil(e).

n orice domeniu industrial unde se lucreaz cu diferene de temperatur sau cu mase neechilibrate n micare (vibraii) se utilizeaz, din ce n ce mai frecvent, compensatoarele lenticulare de dilataie cu urmtoarele avantaje: compensarea dilataiilor termice; amortizarea vibraiilor; reducerea forelor de reaciune; reducerea cheltuielilor de ntreinere legate de dimensionarea punctelor fixe; creterea fiabilitii i siguranei n exploatare.

Buna funcionare a compensatoarelor lenticulare de dilataie depinde, n mare msur de: procesul tehnologic de execuie; geometria elementului flexibil; numrul de straturi i calitatea materialului utilizate pentru execuia elementului

lenticular. Constructiv, un compensator lenticular este constituit din una sau din mai multe

lentile, racordate la tubulaturile de capt. n funcie de deplasrile ce le pot prelua i de modul lor de funcionare,

compensatoarele lenticulare pot fi: 10.2 Compensatoarele lenticulare axiale Sunt construite pentru a fi montate pe conducte i aparate de schimb de cldur n

vederea prelurii dilataiilor termice dup direcia axial.

48

Fig. 10.1 Compensator lenticular axial

Capacitatea de compensare este dependent de: elasticitatea elementului lenticular; numrul de lentile; pretensionarea la montaj.

Utilizare:

Conducte i aparate de proces

n

PDNAF c

n

PDNAS c prin care circul fluide cu:

temperatura 2000C; presiunea 2 N/mm2; 50 mm.

n

PDNADF c

2

n

PDNADS c

2 Conducte i aparate de proces

prin care circul fluide cu: temperatura 2000C; presiunea 1,6 N/mm2; 120 mm.

n

PDNATF c

3

c

c

Pn

PDNATS

3 Conducte i aparate de proces

prin care circul fluide cu: temperatura 2000C; presiunea 1,6 N/mm2; 120 mm.

Fig. 10.2 Tipodimensiuni i simbolizri pentru compensatori lenticulari axiali unistrat simpli

49

Utilizare:

Conducte i aparate de proces

n

PDNBAS c

n

PDNBAF c prin care circul fluide cu:

temperatura 3500C; presiunea 3,0 N/mm2; regim de curgere laminar

n

PDNBAS c

n

PDNBAF c Conducte i aparate de proces

prin care circul fluide cu: temperatura 3500C; presiunea 5,0 N/mm2; regim de curgere laminar.

n

PDNBAS c

c

c

Pn

PDNBAF

Conducte i aparate de proces

prin care circul fluide cu: temperatura 3500C; presiunea 5,0 N/mm2;

Fig. 10.3 Tipodimensiuni i simbolizri pentru compensatori lenticulari axiali cu inel de blindare

unde: A compensator axial; F cu flan de capt; S cu tu de capt; D cu dou grupe de lentile; T cu trei grupe de lentile; DN diametrul nominal; Pc presiunea de calcul; n numrul de lentile; - capacitatea de compensare axial. Pentru presiuni mari sunt utilizate compensatoarele axiale multistrat, care prezint urmtoarele avantaje: siguran n exploatare; reaciune elastic mic; capacitate de compensare ridicat; rezisten la presiune, temperatur i coroziune; elasticitate la vid; rezisten la oboseal.

Utilizarea tehnologiilor moderne n procesul de fabricaie conduce la realizarea compensatoarelor lenticulare axiale multistrat cu o nalt flexibilitate, fiabilitate i rezisten, cerine impuse de solicitrile aprute n exploatare.

50

10.3 Compensatoarele lenticulare laterale Acestea sunt amplasate n cadrul traseelor de conducte tehnologice n scopul

prelurii dilataiilor propagate pe o anumit direcie perpendicular la axa longitudinal a conductei.

Deoarece compensatorul lateral nu poate prelua deplasri transversale dect pe o singur direcie, ele sunt utilizate numai n cazurile cnd se cunoate direcia deplasrii laterale, alte deplasri laterale fiind excluse. Compensatorul lenticular lateral (fig. 10.4 i 10.5) este alctuit din dou grupuri de lentile legate ntre ele prin tubul central, putnd fi cu cuple sferice (fig. 10.4) sau cu cuple de rotaie, (fig. 10.5).

n

PDNLSF c

2

Fig. 10.4 Compensator lenticular cu cuple sferice

n

PDNLRS c

2

Fig. 10.5 Compensator lenticular cu cuple de rotaie

unde: L compensator lateral; R cu cuple rotative; F cu flan de capt; S cu cuple sferice; S cu tu de capt; DN diametrul nominal; Pc presiunea de calcul; n numrul de lentile; - capacitatea de compensare lateral. Compensatoarele laterale se utilizeaz pe sisteme de conducte curbe n plan sau n spaiu, montndu-se totdeauna pe legtura dintre dou tronsoane paralele i comparabile din punct de vedere al mrimii dilatrilor termice.

51

10.4 Compensatoare lenticulare unghiulare Pentru preluarea dilatrilor termice ale sistemelor de conducte curbe plane se utilizeaz compensatoare lenticulare de dilataie cu articulaie cu cuple de rotaie (fig. 10.6, 10.7 i 10.8)

Fig. 10.6 Compensator lenticular de dilataie unghiular cu articulaie cu cuple

de rotaie n stare de funcionare

Sunt elemente flexibile care permit rotirea axei compensatorului cu unghiul ntr-un singur plan i descarc aciunea forei axiale generat de presiunea interioar a fluidului vehiculat.

Utilizare:

n

PDNURF c

n

PDNURS c Conducte curbe:

temperatura 2500C; presiunea : max 0,5 N/mm2; 150 DN 3000

Fig. 10.7 Compensator lenticular de dilataie cu cuple de rotaie unde: U compensator unghiular; R cu cuple de rotaie; F cu flane de capt; S cu tu de capt; DN diametrul nominal Pc presiunea de calcul; n numrul de lentile; - capacitatea de compensare unghiular.

52

Utilizare:

n

PDNBURF c

n

PDNBURS c Conducte curbe:

temperatura 3500C; presiunea 1,0 N/mm2; 150 DN 2000

Fig. 10.8 Compensator lenticular de dilataie unghiular cu articulaii cu cuple de rotaie cu inele de blindare

n cadrul sistemelor de conducte tehnologice spaiale n care expansiunea termic provoac deplasri pe cele trei direcii se utilizeaz compensatorul lenticular de dilataie unghiular cu cuple cardanice. Acesta are elemente flexibile prevzute cu articulaii cardanice alctuite dintr-un inel de care se leag prin cuple de rotaie, diametral opuse, patru arniere solidarizate cu tuurile compensatorului (fig. 10.9, 10.10)

Fig. 10.9 Compensator lenticular de dilataie unghiular cu articulaii cu cuple

cardanice n stare de funcionare

Elementele componente ale articulaiei cardanice permit: rotirea axei compensatorului cu un unghi n dou plane; descarc aciunea forei axiale generat de presiunea interioar a fluidului vehiculat

Utilizare:

n

PDNUKS c

n

PDNUKF c Conducte curbe:

temperatura 2500C; presiunea 0,5 N/mm2; 150 DN 3000

Fig. 10.10 Compensator lenticular unghiular cu articulaii cu cuple

cardanice unde: U compensator unghiular; K cu cuple cardanice;

53

S cu tu de capt; F cu flan de capt; DN diametrul nominal; Pc presiunea de calcul; n numrul de lentile; - capacitatea de compensare unghiular. 10.5 Coninutul i scopul lucrrii n cadrul acestei lucrri se vor analiza practic tipurile constructive de compensatoare lenticulare, identificndu-se din punct de vedere constructiv, fiecare tip, modul de legare la tubulatur. Scopul lucrrii este de a ajuta pe studeni s aprofundeze cunotinele teoretice predate la curs, precum i obinuirea lor cu modul de simbolizare a acestora, simboluri ce sunt trecute n extrasele de materiale de la proiectele de construcii i montaj. 10.6 Modul de lucru Studenii mprii n grupe de cte 4, vor trece prin rotaie pe la mesele de lucru pe care sunt expuse compensatoare lenticulare de dilataie ce vor fi analizate individual de fiecare student. De asemenea, pe fiecare mas se va gsi cte un catalog cu principalele tipuri de compensatoare lenticulare de dilataie fabricate n ar. n urma analizei efectuate, studenii vor ntocmi schie pentru fiecare compensator studiat. 10.7 Coninutul referatului Referatul va fi ntocmit de fiecare student, astfel nct s cuprind: rezumatul lucrrii; schia tuturor compensatoarelor lenticulare analizate cu menionarea:

tipului constructiv; domeniului de utilizare; simbolizarea.

concluzii.

BIBLIOGRAFIE: 1. ***Catalog de compensatoare lenticulare de dilataie, Echipament tehnologic,

Naional Instal Construct, Buzu, 2000 2. A. Pavel, Gh. Dumitru, I. Voicu, V. Nicolae, Inginerie mecanic n petrochimie, vol.

I, Ed. Universitii din Ploieti, 2001.

54

11. ANALIZA EXPERIMENTAL A TENSIUNILOR MECANICE

DEZVOLATE N STRUCTURILE DE TIP RECIPIENT SUB PRESIUNE

11.1 Generaliti Prin recipient sub presiune se nelege orice nveli metalic care poate conine un fluid la o presiune mai mare, presiunii atmosferice, n condiii sigure de rezisten i etanei