Кольцевые напряжения

Шихту коксового материала готовили по принятой на ТадАЗе технологии с соблюдением следующего состава сортовых фракций (%) крупностью, мм:

В качестве исходных материалов был взят нефтяной кокс установок замедленного коксования Новобакинского НПЗ и каменноугольный пек с ^разм = 67,7° С. При изготовлении ряда углеродистых изделий в шихте наполнителя используют добавки непрокаленного коксового материала [2], поэтому в настоящей работе кокс-наполнитель брали как прокаленный при температуре 1250° С. так и непрокаленный («сырой»). После смешения в обогреваемом смесителе композиции обжигали при температуре от 500 до 1250°С.

Удельная поверхность раскрывает глубину качественной характеристики пылевых фракций коксового материала, особенно она чувствительна к наличию тонких фракций — 0,05 мм. Качественный состав фильтровой пыли, состоящей в основном из фракции меньше 0,05 мм, определяют только по УП. На основе анализа определений УП пылевых фракций со всех технологических переделов ПАМ, включая и сортовую фракцию — 0,16 мм, можно изучить количественный состав пылевой фракции шихты коксового материала.

В настоящей работе показан опыт внедрения метода УП в ПАМ на НкАЗе и КрАЗе, использующих соответственно пековые и нефтяные коксы. Прежде чем приступить к анализу УП пылевых фракций, исследовали качество прокаленного коксового материала, поступающего в производство анодной массы. В основном коксовый материал соответствует значениям (табл. 1 ) параметров ТУ 48-5-80-76 на анодную массу для самообжигающихся анодов. Несколько завышенные значения действительной плотно-

Таблица 1 Качественная характеристика прокаленного коксового материала

Из анализа гранулометрического состава шихты коксового материала прежде всего необходимо знать количественный состав сортовой фракции —0,16 мм. Технологическая инструкция ПАМ регламентирует содержание фракции —0,16 мм в пределах 37— 43% для пекового кокса, включая фракцию —0,08 мм — 27—33%. При этом «чистоту» последней фракции регламентируют в пределах 62—70%, поэтому получается довольно тонкая пылевая фракция для пекового коксового материала. При использовании нефтяного кокса регламентирование проводят по фракции —0,08 мм в пределах 27—33% с «чистотой» 54—65%.

Анализируя качество коксовых пылей по способу приготовления анодной массы и поступлению коксового материала на НкАЗ, отметим, что среднее значение для тонкой фракции —0,05 мм при периодическом смешении ближе к минимальному — 37,6% и УП 4509 см2/г, а при непрерывном — к максимальному — 65,7% и УП 5139 см2/г. Это подтверждает предположение о переизмельчении коксового материала (пековый), а также неравномерности поступления возвратов аспирационных и фильтровых коксовых пылей из ПОС в линию приготовления тонкого помола. Содержание фракции —0,08 мм колебалось в пределах 60—80%, в то время как УП фракции —0,16 мм 3000—7500 см2/г. Таким образом, метод определения УП имеет явное преимущество перед методом ситового анализа.

переизмельчения коксового материала в процессе приготовления шарового помола или является составляющей возврата фильтровой пыли (недопрокаленная или прокаленная). Кроме того, она значительно влияет на пластические свойства анодной массы.

На рис. 1 показаны зависимости УП фракции —0,16 мм от содержания в этой фракции зерен класса —0,05 мм для двух видов перерабатываемых коксов в ПАМ. Для каждого коксового материала выделены зависимости, отражающие влияние различного сырья, присутствие аспирационной и фильтровой пылей в пылевой сортовой фракции (—0,16 мм) шихты. Руководствуясь результатами анализа фильтровых пылей, к первой группе отнесем влияние большего количества фильтровой пыли, ко второй — меньшего, а к третьей и четвертой — ее полное отсутствие. В шаровой мельнице происходит сильное переизмельчение из-за поступления коксов с различной механической прочностью. Параметр УП дополняет качественную характеристику фракции —0,16 мм и позволяет варьировать различные виды возвратов при подаче их в общую систему пылеприготовления. Равномерная (дозированная) подача

вой шихты, учитывая специфику технологического оборудования приготовления тонкой фракции и характеристику поступающего коксового материала, т. е. содержание фракции —0,08 мм во фракции —0,16 мм уменьшить до 54—62% взамен регламентированных в настоящее время 62—70%. Результаты исследований (табл. 3) показали влияние переменных показателей коксовых пылей на стабильность качества анодной массы. Присутствие фильтровой пыли во фракции —0,16 мм заметно на пробах 1 и 4, где по данным анализа гранулометрического состава содержание фракции —0,08 мм ограничено 59 и 58%, а УП соответственно 4051 и 3753 см2/Г- При исключении погрешности определения этих двух параметров полученные значения не соответствуют принятым представлениям [4], что указывает на изменение качества коксов. Влияние тонины помола заметно и при сравнении содержания пека и /Ст анодной массы, где влияние пека малозначительно.

Одновременно с совершенствованием процесса обессеривания кокса в Башниинп исследовали качество ОК и возможность замены им дефицитного малосернистого кокса в анодных материалах. Установлено, что ОК обладает повышенной пористостью (в 1,5— 1,7 раза), пониженной механической прочностью (в 1,5 раза) и высокой упругостью (в 6—7 раз) по сравнению с малосернистыми нефтяными коксами с установок замедленного коксования (УЗК), прокаленными при температуре 1250±20°С. Шихта коксового материала на основе ОК для анодной массы требует на 10% больше пека-связующего, чем на основе пекового кокса, и на 7% по сравнению с нефтяным коксом УЗК. Это заметно ухудшает качество ОК и эксплуатационную характеристику анодной массы для самообжигающихся анодов, что повышает пористость и усадку и снижает механическую прочность анодов. При опытно-промышленных испытаниях ОК в анодной массе на электролизерах с боковым

При поверочном расчете на малоцикловую прочность, принятом в нефтяной промышленности [65] учитываются только кольцевые напряжения от внутреннего давления и соответствующие им деформации в стенке трубы, равные ер = акц / Е = 0,00145.

На основании полученного давления проводим поверочный расчет на прочность в условиях коррозионно-усталостного воздействия. Кольцевые напряжения от внутреннего давления уменьшаются по сравнению с предыдущими и составляют схс = 252,4 МПа. Деформация в стенке трубы составляет sp = 0.00126. Коэффициент концентрации напряжений от формы сварного шва равен оСф = = 1,525, а коэффициент концентрации напряжений от геометрических отклонений сварного соединения для скорректированного давления составил о^, = 1,429. Коэффициент концентрации напряжений сварного соединения при этом оказался равным сс(а) = 2,179. Тогда для полученного значения а(ст) эффективный коэффициент концентрации деформации в упругопластической области уменьшается до величины Кс= 2,98. Амплитуда упругопластической деформации в концентраторе напряжений составила е.. = 0,00375. Для данного значения ga коррозионно-усталостная долговечность трубопровода увеличивается до величины N = 12 234 цикла, которая удовлетворяет установленному для нефтепровода ресурсу.

(мембранные) напряжения G™ =PR/2S; OQ =2az, где р - внутреннее давление, а R и S радиус и толщина обечайки); az и ае - меридианальные и кольцевые напряжения непосредственно в стыке; aaz и асте - соответственно упругие коэффициенты концентрации напряжений по напряжениям CTZ и ае.

rue az и a* - меридианальные и кольцевые номинальные (мембранные) напряжения (о7= PR /2S; а™ = 2-az, где Р - внутреннее давление, а R и S -радиус и толщина обечайки); 0Z и <Г8 - меридианальные и кольцевые напряжения непосредственно в стыке; aaZ и сс„0 - соответственно упругие коэффициенты концентрации напряжений по напряжениям стг и сге. Для кольцевых стыков:

Два элемента i и j имеют одинаковые кольцевые напряжения, ваш разница между их действительными напряжениями не превышает некоторого заданного значения.__________

На рис. 1.15 и 1.16 приведены эпюры меридианальных и кольцевых напряжений, возникающих в стыке «цилиндр-сферический сегмент» при следующих параметрах: Р= 2 МПа, Ф0 = 43°; B! = В2 = 0,001 м, R=0,5 м. Наружные волокна в сферическом днище в случае, показанном на рис. 1.15, о, напряжены больше по сравнению со схемой на рис. 1.16, а. Уровень эквивалентных напряжений на наружных волокнах превышает уровень мембранных примерно в 7 раз. По мере удаления от стыка концентрация напряжений быстро затухает. В случае, когда радиус днища больше радиуса обечайки (см. рис. 1.16, а), больше напряжены наружные волокна цилиндра. При этом коэффициент концентрации меридианальных напряжений достигает 9. Эквивалентные напряжения на наружных волокнах превышают мембранные в 4,3 раза. Кольцевые напряжения на внутренних волокнах в обоих случаях сжимающие.

где р — внутреннее давление; t,R — толщина стенки и внутренний радиус оболочки. Ад — приведенная толщина обмотки (бандажа); а0] — предварительные кольцевые напряжения в оболочке; EQ. Е — соответственно модули упругости материалов обмотки и оболочки

руется упругими свойствами набойки. Расчетные кольцевые напряжения в металле кожуха верхней, более нагретой зоны лещади, Значительно превосходят напряжение, возникающее в его нижних частях. Однако по мере разрушения верхних слоев лещади температурный распор в этой зоне уменьшается, а, в связи с постепенным нагревом еще сохранившегося сплошного массива кладки, величина напряжений в нижних участках кожуха увеличивается. По этой причине толщина кожуха на всей высоте принимается одинаковой. Требования к обеспечению необходимой прочности и герметичности кожуха лещади должны соблюдаться особенно тщательно, так как любая трещина в нем будет являться источником просачивания газа и в дальнейшем может послужить путем для прорыва чугуна. Такой прорыв является одной из наиболее опасных аварий производства, надолго выводящих доменную печь из строя. В кожухе лещади предусматриваются специальные «козловые» летки для выпуска (при капитальных ремонтах) чугуна, накапливающегося в яме лещади, что позволяет сократить сроки простоя печи путем выпуска «козла» в жидком виде. Продолжение кожуха в фундаменте ниже охлаждения дна лещади играет роль анкера, удерживающего кожух от подъема силами внутреннего давления. Для сцепления оболочки с бетоном фундамента, выполняющего роль жесткого днища, к ней привариваются специальные кольцевые ребра. Такой анкер непосредственно не воспринимает кольцевых усилий от внутреннего давления и распора футеровки, вследствие чего он может быть выполнен из металла с пониженными характеристиками.

Дополнительные растягивающие кольцевые напряжения в примыкающей к днищу части компенсатора приближенно определяются из соотношения

5) Кольцевые напряжения в несущих огнеупорных слоях футеровки определяют по формулам (13.48), (13.87), (13.88); полученные сжимающие напряжения сравниваются с расчетными сопротивлениями для огнеупорных материалов. Вычисление радиальных перемещений выполняется по формуле (13.122).

Соответствующие меридиональные и кольцевые напряжения определяются по формулам: