Повреждение материалов в конструкциях. Колонные аппараты

Повреждение конструкций — событие, заключающееся в нарушении исправности конструкции или ее части, вследствие влияния внешних воздействий, превышающих уровни, установленных в нормативно - технической документации на конструкцию.

Повреждение конструкций проявляется в виде деформаций — различных изменений формы и размеров конструкции, изменении устойчивости (осадка, сдвиг, крен и др.); трещин; деструкции материала конструкции (гниль, коррозии); повышенной проницаемости среды (жидкостей и газов).

Коррозия— это самопроизвольное разрушениеметалловв результате химического или физико - химического взаимодействия с окружающей средой. В общем случае это разрушение любого материала, будь тометаллиликерамика,деревоилиполимер.

Повреждение конструкций возникает на стадии изготовления, хранения, транспортирования, монтажа и эксплуатации. Все нагрузки и воздействия на конструкции являются развертывающимися во времени случайными процессами, исходя из этого и появление повреждение конструкций также является случайным процессом.

Устанавливаются предельные значения определенных параметров конструкций, выход за которые классифицируется как повреждение. Увеличение размера повреждения изменяет состояние, конструкции и может привести кпотери конструкцией работоспособности. Установление границ влияния размера повреждение конструкции на неисправное и неработоспособное состояние возможно выполнить либо расчетным путем, либо экспериментально — в процессе технического обследования.

Под разрушением понимают процесс зарождения и развития в металле трещин, приводящих к разделению его на части. Разрушение может быть хрупким и вязким.

Динамическоенагружение возникает при приложении быстро возрастающих усилий или в случае ускоренного движения исследуемого тела.

Разрушение может быть частичным или полным. При частичном разрушении в теле возникают повреждения материала в виде отдельных трещин или в виде распределенной по объему дефектности материала, выражающейся в изменении (в неблагоприятную для прочности сторону) его механических свойств. При полном разрушении происходит разделение тела на части.

Законы старения, оценивающие степень повреждения материала в функции времени, являются основой для решения задач надежности. Они позволяют прогнозировать ход процесса старения, оценивать возможные его реализации и выявлять наиболее существенные факторы, влияющие на интенсивность процесса. Типичным примером таких зависимостей являются законы износа материалов, которые на основе раскрытия физической картины взаимодействия поверхностей дают методы для расчета интенсивности процесса изнашивания или величины износа в функции времени и оценивают параметры, влияющие на ход процесса.

Колонные аппараты

Для обеспечения контактирования потоков пара (газа) и жидкости в процессах ректификации и абсорбции применяются аппараты различных конструкций, среди которых наибольшее распространение получили вертикальные аппараты колонного типа. Аппараты этого типа могут быть классифицированы в зависимости от рабочего давления, технологического назначения и типа контактных устройств. В зависимости от применяемого давления колонные аппараты подразделяются на атмосферные, вакуумные и колонны, работающие под давлением.

Одним из наиболее опасных видов отказов колонных аппаратов является хрупкое разрушение, протекающее без заметных пласти­ческих деформаций и при относительно небольших затратах энергии на развитие трещины.

По современным представлениям переход металла в хрупкое состояние наблюдается, когда разрушающее напряжение (сопротивление отрыву) становится рав­ным пределу текучести. На микроскопическом уровне хрупкое раз­рушение происходит путем скола по плоскостям преимущественной ориентации кристаллической решетки металла.

При превышении температурой порогового значения (первой критической температуры) металл переходит в вязкое со­стояние. Существует две стадии повреждаемости. На первой стадии при незначительной степени деформации образуются субмикроскопические кристаллографические трещины, обусловлен­ные эволюцией дислокационной структуры. Затем эти зародышевые трещины спиваются в макротрещину, что означает переход от дис­локационного механизма повреждаемости к вакансионному, т. е. об­разованию пор около групп вакансий, а при высоком уровне напря­жений- около частиц второй фазы.

Для многих колонных аппаратов характерен периодический режим нагружения. В этом случае одной из основных причин неис­правностей и отказов колонны является усталостное разрушение.

Макроскопически термическое повреждение проявляется в из­менении механических свойств материала - временного сопротивле­ния, предела текучести, характеристик пластичности и разрушения. На микроскопическом уровне этим изменениям могут соответство­вать различные механизмы протекания деградационных процессов.