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1. Definição de vaso de pressão
UM vaso de pressão é um recipiente selado capaz de suportar diferenciais de pressão interna ou externa. Eles são amplamente utilizados para armazenar vários meios, como líquidos, gases e vapor, particularmente em processos industriais que exigem operação sob pressão alta ou baixa. Os vasos de pressão são equipamentos indispensáveis nas indústrias químicas, petrolíferas, de gás natural, energia e farmacêuticas.
Em muitas aplicações industriais, os vasos de pressão não apenas armazenam substâncias, mas também realizam operações complexas de processo, como reações, evaporação e separações. Como a pressão interna dos vasos de pressão geralmente é significativamente maior que a pressão atmosférica, seu projeto, fabricação e manutenção devem aderir estritamente às padrões nacionais e especificações da indústria relevantes.
2. Estrutura básica dos vasos de pressão
O projeto estrutural de um vaso de pressão deve considerar vários fatores, incluindo sua capacidade de pressão, as características do meio utilizado e as condições de temperatura. Sua estrutura básica consiste principalmente no shell, limites finais, estruturas de suporte, articulações e dispositivos de segurança. A seguir, é apresentada uma explicação detalhada de cada componente:
a) shell
A concha é o corpo principal do vaso de pressão, principalmente responsável por carregar a pressão interna. O design da concha varia dependendo da forma da embarcação.
Casca cilíndrica: essa é a forma mais comum do vaso de pressão. É adequado para a maioria dos aplicativos, como tanques de armazenamento e reatores. Os vasos cilíndricos são relativamente fáceis de fabricar, ter uma estrutura estável e distribuir efetivamente a pressão.
Casca esférica: as conchas esféricas oferecem a distribuição de pressão mais uniforme e podem suportar pressões internas e externas mais altas. Portanto, eles são frequentemente usados em vasos que devem suportar pressões extremamente altas, como recipientes de armazenamento de gás liquefeito. No entanto, os recipientes esféricos são mais caros de fabricar e são menos comuns que os recipientes cilíndricos.
Casca elipsoidal ou hemisférica: esse design combina as vantagens dos recipientes cilíndricos e esféricos, tornando-o adequado para aplicações extremamente de alta pressão e oferecendo maior resistência à pressão. Eles são comumente usados em caldeiras a vapor de alta pressão ou certos reatores químicos especializados.
b) Cabeças
As cabeças são as extremidades de um vaso de pressão, selando e absorvendo parcialmente a pressão. O design e a forma de uma cabeça geralmente correspondem à forma do próprio vaso. A espessura e a forma da cabeça variam dependendo da pressão que está sendo suportada.
Cabeça hemisférica: Essa forma da cabeça distribui uniformemente a pressão interna e é comumente usada nas extremidades dos vasos esféricos ou cilíndricos para minimizar as concentrações de estresse. Cabeças ovais: Adequado para vasos de baixa e média pressão. Sua forma ajuda a distribuir uniformemente o estresse em toda a embarcação e é comumente encontrada em tanques de armazenamento nas indústrias químicas e petrolíferas.
Cabeças cônicas: as cabeças cônicas são frequentemente usadas na parte inferior dos vasos, principalmente para vasos de baixa pressão ou onde é necessária a drenagem líquida.
c) Estruturas de suporte
As estruturas de suporte suportam o peso de todo o vaso de pressão e geralmente são instaladas na parte inferior ou no lado da embarcação. Eles garantem estabilidade e evitam a inclinação ou o deslocamento devido à gravidade ou vibração.
As estruturas de suporte incluem pernas, molduras de elevação e bases. As estruturas de suporte devem ser projetadas com base no tamanho da embarcação e no ambiente operacional para garantir a segurança e a estabilidade.
d) bicos
Os bocais são as partes de um vaso de pressão que conecta tubos, válvulas, instrumentos e outros equipamentos. Os tipos comuns incluem portas de alimentação, portas de escape, portas de drenagem e tomadas de gás.
Os bicos devem ser projetados para garantir uma conexão à prova de vazamentos e evitar vazamentos quando a embarcação estiver sob pressão. Eles geralmente são conectados ao corpo da embarcação soldagem ou rosqueamento. e) válvula de alívio de segurança
Para evitar explosão ou ruptura devido à pressão interna excessiva, os vasos de pressão devem estar equipados com um dispositivo de segurança, o mais comum da qual é uma válvula de segurança. Uma válvula de segurança detecta automaticamente a pressão interna e, quando a pressão excede um valor definido, abre para liberar excesso de pressão, protegendo assim o vaso contra danos.
Além das válvulas de segurança, outros dispositivos de alívio de pressão incluem discos de transmissão e válvulas de descarga de emergência.
3. Princípio de trabalho de vasos de pressão
O princípio de trabalho dos vasos de pressão gira principalmente em torno de flutuações de pressão e temperatura dentro do meio interno, bem como a força do material do próprio vaso. A seguir, são apresentados vários princípios de trabalho importantes:
a) Efeitos de pressão interna
A função primária de um vaso de pressão é suportar diferenciais de pressão interna ou externa. Durante a operação, o meio de gás ou líquido dentro da embarcação experimenta uma certa pressão. Quanto maior a pressão, maior o estresse no vaso. Para garantir a segurança da embarcação, a espessura, o material e outros componentes -chave da parede do vaso devem ser projetados com base na pressão máxima que ele pode suportar.
b) transmissão de pressão
Em um vaso de pressão, a pressão é transmitida por toda a estrutura através da parede do vaso. Embora a pressão interna seja distribuída uniformemente por toda a parede do vaso, concentrações significativas de tensão podem ocorrer em áreas como a tampa final e as articulações. Portanto, essas áreas geralmente requerem reforço adicional.
c) Efeito da temperatura nos vasos de pressão
A temperatura dentro de um vaso afeta a densidade e a viscosidade do meio, afetando assim a pressão dentro do vaso. As temperaturas aumentadas podem fazer com que o material da parede do vaso se expanda ou suavize, de modo que os efeitos da temperatura na força do material do vaso devem ser considerados durante o projeto. Os vasos de pressão usados em altas temperaturas geralmente usam materiais resistentes à alta temperatura.
d) Distribuição de estresse em vasos
A distribuição de estresse dentro dos vasos de pressão é desigual. Normalmente, as extremidades (extremidades) do vaso experimentam maior estresse. Para evitar rachaduras ou deformação nessas áreas, o projeto requer aumento da espessura da parede ou características estruturais especializadas.
4. Funções de vasos de pressão
As funções dos vasos de pressão não se limitam ao armazenamento ou transporte de substâncias; Eles também abrangem uma variedade de processos industriais complexos. Funções específicas são as seguintes:
a) armazenamento
Uma das funções mais comuns é o armazenamento de gases, líquidos ou vapores. Por exemplo, na indústria petroquímica, os vasos de pressão são frequentemente usados para armazenar gás natural liquefeito (GNL) ou outros líquidos químicos. Nos sistemas de ar comprimidos, os vasos de pressão armazenam gases de alta pressão para uso pronto.
b) reação
Os vasos de pressão são usados como reatores em muitas indústrias, como indústrias químicas, petróleo, gás e farmacêuticas. As reações químicas ou físicas são realizadas sob alta pressão para produzir produtos químicos ou intermediários desejados. Alta pressão durante a reação ajuda a acelerar a taxa de reação ou aumentar o rendimento.
c) Funções de aquecimento e resfriamento
Alguns vasos de pressão também têm funções de aquecimento ou resfriamento. Por exemplo, em um sistema de troca de calor, um vaso de pressão pode ser usado como parte de um trocador de calor para transferir calor de um meio para outro. As caldeiras e os aquecedores de água também se enquadram nessa categoria e são comumente usados para gerar vapor ou água quente.
d) Funções de compressão e expansão
Os vasos de pressão também são comumente usados para comprimir ou expandir gases. Por exemplo, o gás natural é frequentemente comprimido em vasos de alta pressão para armazenamento e transporte. Os sistemas de ar comprimidos também são uma aplicação importante para vasos de pressão.
5. Segurança dos vasos de pressão
Como os vasos de pressão são frequentemente expostos a alta pressão e alta temperatura, garantir que sua segurança seja fundamental. Os principais pontos no projeto de segurança dos vasos de pressão incluem:
Seleção de material: materiais com alta resistência, resistência à corrosão e resistência à fadiga devem ser selecionados. Os materiais comumente usados incluem aço carbono, aço inoxidável e aço de liga, que podem suportar altas temperaturas e pressões.
Especificações do projeto: o design deve aderir estritamente às especificações e padrões de design relevantes. Os padrões internacionais comuns incluem a caldeira ASME e o código do vaso de pressão (BPVC), que especifica requisitos para o projeto, fabricação e inspeção de vasos de pressão.
Inspeção e teste: a inspeção regular dos vasos de pressão é crucial, incluindo inspeção externa, inspeção endoscópica e testes não destrutivos (como teste ultrassônico e teste de raios-X). Esses testes podem detectar prontamente perigos ocultos, como rachaduras e corrosão, impedindo acidentes.
Dispositivos de segurança: os vasos de pressão devem estar equipados com válvulas de segurança ou dispositivos de alívio de pressão. Quando a pressão dentro da embarcação excede um limite de segurança, esses dispositivos se abrem automaticamente para liberar excesso de pressão e impedir que a embarcação exploda ou se rompe.
6. Aplicações de vasos de pressão
Os vasos de pressão são amplamente utilizados, principalmente em indústrias que exigem operação sob condições de alta ou baixa pressão:
Indústria petroquímica: usado para o armazenamento de gás de petróleo liquefeito, gás natural, produtos químicos e produtos petrolíferos.
Indústria de energia: caldeiras, geradores de vapor e trocadores de calor exigem que os vasos de pressão armazenem e transfira calor.
Indústria farmacêutica: os vasos de pressão são usados para reações de medicamentos, esterilização e armazenamento de gás.
Indústria de alimentos e bebidas: os vasos de pressão são usados para aquecimento, resfriamento e processamento de alimentos líquidos.
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