Тарельчатые днища Сталь 20 в Минске

Тарельчатые днища из стали 20: расчет, производство и применение

Тарельчатые днища из стали 20 — это штампованные элементы торцевых перекрытий цилиндрических корпусов, работающие под внутренним или наружным давлением. Конфигурация тарельчатого днища представляет собой сочетание тороидального переходного участка и сферического центрального сегмента, что обеспечивает более высокую несущую способность по сравнению с плоскими крышками при сопоставимой металлоемкости. Сталь 20 — конструкционная углеродистая качественная сталь, которая после нормализации демонстрирует стабильный комплекс механических свойств в интервале рабочих температур от –40 до +425 C, что регламентировано требованиями ГОСТ 33259 и отраслевых норм для сосудов, работающих под давлением.

Конструктивные особенности и геометрические параметры

Геометрия тарельчатых днищ из стали 20 характеризуется отношением высоты выпуклой части к внутреннему диаметру (обычно 0,2–0,25), радиусом кривизны центральной сферической зоны и внутренним радиусом отбортовки цилиндрической кромки. Толщина стенки рассчитывается по формулам ГОСТ Р 52857.2 с учетом коэффициента ослабления сварных швов и прибавки на коррозию. Для стали 20 при расчетной температуре до 350 C допускаемое напряжение принимается по ГОСТ 14249, что позволяет применять днища в аппаратах с давлением до 6,3 МПа в зависимости от диаметра и толщины.

Технология изготовления включает холодную или горячую штамповку на гидравлических прессах усилием до 8000 тс с последующей термической обработкой — нормализацией или высоким отпуском — для снятия наклепа и восстановления пластических свойств металла в зонах максимальной деформации. Контроль качества проводится методами ультразвуковой дефектоскопии основного металла и радиографического контроля сварных соединений при наличии продольных швов на обечайках большого диаметра.

Сортамент и типоразмеры

Промышленностью выпускаются тарельчатые днища из стали 20 с внутренним диаметром от 159 до 3000 мм и толщиной стенки от 4 до 60 мм. Для крупногабаритных аппаратов диаметром свыше 2000 мм допускается изготовление сварных днищ из лепестковых заготовок с последующей штамповкой и контролем всех сварных соединений в объеме 100%.

Механические свойства и химический состав

Сталь 20 относится к группе низкоуглеродистых сталей с содержанием углерода 0,17–0,24%. После нормализации материал характеризуется пределом текучести не менее 245 МПа и временным сопротивлением разрыву 410–530 МПа при относительном удлинении свыше 23%. Ударная вязкость KCU при температуре –20 C составляет не менее 39 Дж/см, что обеспечивает сопротивление хрупкому разрушению при эксплуатации в условиях умеренного климата.

Свариваемость стали 20 оценивается как хорошая без ограничений. Сварка выполняется электродами типа Э42А или Э50А с предварительным подогревом при толщине свыше 30 мм. Для ответственных сосудов, работающих в средах, вызывающих коррозионное растрескивание, рекомендуется проведение отпуска после сварки при температуре 600–650 C.

Области применения

Тарельчатые днища из стали 20 применяются в конструкциях технологического оборудования, эксплуатируемого при температурах до 425 C и давлениях до 6,3 МПа:

• корпуса теплообменных аппаратов кожухотрубчатого типа в системах нефтепереработки и нефтехимии;
• емкостное оборудование для хранения и транспортировки жидких углеводородов и сжиженных газов;
• реакторы и колонные аппараты химических производств с агрессивными некоррозионными средами;
• сепараторы и отстойники в системах подготовки нефтяного газа;
• ресиверы и воздухосборники компрессорных станций;
• корпуса фильтров и гидроциклонов в водоподготовительных установках.

Преимущества выбора стали 20 для тарельчатых днищ

Применение стали 20 для изготовления тарельчатых днищ обосновано сочетанием прочностных характеристик и технологичности. Материал допускает штамповку без образования трещин при степенях деформации до 15%, хорошо обрабатывается резанием при механической обработке кромок под сварку и сохраняет стабильность свойств после многократных циклов нагрева. По сравнению с низколегированными сталями типа 09Г2С сталь 20 обеспечивает более высокую стойкость к водородному охрупчиванию в средах, содержащих сероводород, при парциальном давлении до 0,01 МПа.

Для условий эксплуатации при температурах ниже –40 C применение стали 20 не рекомендуется — в этом случае следует использовать хладостойкие стали с гарантированной ударной вязкостью при отрицательных температурах. При выборе днища необходимо учитывать требования ГОСТ 34233.2 к минимальной толщине стенки с учетом прибавки на коррозию и минусового допуска на прокат.

Вопросы и ответы