Безопасность эксплуатации установок, работающих под давлением

Ни одно производство не обходится без использования систем повышенного давления (трубопроводов, баллонов и емкостей для хранения или перевозки сжатых, сжиженных и растворенных газов, газгольдеров). Любые системы повышенного давления представляют потенциальную опасность. Основной характеристикой этого оборудования является превышение давления газа или жидкости в нем атмосферного давления. Это оборудование называют сосудами, работающими под давлением.

Основное требование к таким сосудам — обеспечение их герметичности на протяжении всего периода эксплуатации. Герметичность — это непроницаемость жидкостями и газами стенок и соединений, ограничивающих внутренние объемы сосудов, работающих под давлением. Кроме этих сосудов требования по герметичности обязательны и для вакуумных установок и оборудования.

Любые сосуды, работающие под давлением, представляют потенциальную опасность, которая при определенных условиях может повлечь тяжелые последствия. Разгерметизация (потеря герметичности) сосудов, работающих под давлением, довольно часто сопровождается возникновением двух групп опасностей.

Первая группа связана со взрывом сосуда или установки, работающей под давлением. Взрывом называют быстро протекающий процесс физических и химических превращений веществ, сопровождающийся освобождением большого количества энергии в ограниченном объеме, в результате которого в окружающем пространстве образуется и распространяется ударная волна, способная создать угрозу жизни и здоровью людей. При взрыве может произойти разрушение здания, в котором расположены сосуды, работающие под давлением, или частей этого и соседних зданий, а также травмирование персонала разлетающимися осколками оборудования.

Вторая группа опасностей зависит от свойств веществ, находящихся в оборудовании, работающем под давлением. Так, обслуживающий персонал может получить термические ожоги, если в разгерметизировавшейся установке находились вещества с высокой или низкой температурой. Если в сосуде находились агрессивные вещества, то работающие могут получить химические ожоги; кроме того, при этом возникает опасность отравления персонала. Радиационная опасность возникает при разгерметизации установок, содержащих различные радиоизотопы. Таким образом, необходимо обеспечить сохранение герметичности эксплуатируемого оборудования.

Диапазон применяемых в практике видов сосудов и аппаратов, работающих под давлением, весьма широк.

Трубопроводы — это устройства для транспортирования жидкостей и газов. Все жидкости и газы, транспортируемые по ним, разбиты на десять групп (ГОСТ 14202—69). Для определения вида вещества, транспортируемого по трубопроводу, его окрашивают в соответствующие цвета (опознавательная окраска):

вода...................................................................................... зеленый

пар........................................................................................ красный

воздух.................................................................................. синий

газы (горючие и негорючие)............................................. желтый

кислоты............................................................................... оранжевый

щелочи................................................................................. фиолетовый

жидкости (горючие и негорючие).................................... коричневый

прочие вещества................................................................. серый

Кроме опознавательной окраски на трубопроводы с транспортируемым веществом наносят краской предупредительные (сигнальные) цветные кольца:

♦ красные — взрывоопасные, огнеопасные, легковоспламеняющиеся вещества;

♦ зеленые — безопасные или нейтральные вещества;

♦ желтые — токсичные или иного вида опасности, например глубокий вакуум, высокое давление, наличие радиации.

Количество сигнальных колец определяет степень опасности.

Баллоны — это сосуды для транспортирования и хранения сжатых и растворенных газов. Различают (ГОСТ 949~73) баллоны малой (0,4... 12 л), средней (20...50 л) и большой (80...500 л) емкости. В зависимости от содержащихся газов баллоны окрашивают в соответствующий сигнальный цвет, на их поверхность наносят надпись, указывающую вид газа, а иногда и отличительные полосы (табл. 4.1) с учетом требований «Правил устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением» (ПБ 10-115-96).

В верхней части каждого стального баллона выбиты данные: товарный знак предприятия-изготовителя; дата (месяц и год) изготовления (последнего испытания) и год следующего испытания; вид термообработки материала баллона; рабочее и пробное гидравлическое давление, МПа; вместимость баллона, л; масса баллона, кг; клеймо ОТК; обозначение действующего стандарта (таблица 7).

Цвета окраски баллонов

Газ	Цвет окраски баллона	Текст надписи	Цвет надписи	Цвет полосы
Азот	Черный	Азот	Желтый	Коричневый
Аммиак	Желтый	Аммиак	Черный	—
Аргон технический	Черный	Аргон технический	Синий	Синий
Ацетилен	Белый	Ацетилен	Красный	—
Бутан	Красный	Бутан	Белый	—
Водород	Темно-зеленый	Водород	Красный	—
Воздух	Черный	Сжатый воздух	Белый	—
Кислород	Голубой	Кислород	Черный	—
Углекислота	Черный	Углекислота	Желтый	—
Хлор	Защитный	—	—	Зеленый
Другие горючие газы	Красный	Наименование газа	Белый	—
Другие негорючие газы	Черный	Наименование газа	Желтый	—

Криогенные сосуды предназначены для хранения и транспортировки различных сжиженных газов: воздуха, кислорода, аргона. В соответствии с ГОСТ 16024—79 Е их выпускают шести типоразмеров: 6; 3; 10; 16; 25 и 40 л. Эти сосуды маркируются (например, СК-40 — сосуд криогенный вместимостью 40 л). Снаружи их окрашивают серебристой или белой эмалью и посередине наносят отличительную полосу с названием сжиженного газа, находящегося в сосуде. Кроме рассмотренных сосудов для хранения больших количеств сжиженных газов используют стационарные резервуары (объемом до 500 тыс. л), а для их перевозки — транспортные сосуды (цистерны), имеющие объем до 35 тыс. л.

Газгольдеры предназначены для хранения и выдачи больших количеств сжатых газов, Отделения от них механических примесей разного рода. Различают газгольдеры высокого и низкого давления. В первых из них сжатый газ находится под одним из следующих давлений: менее 25; 32 и 40 МПа. Газгольдеры низкого давления рассчитаны на большой объем хранимых газов (10\..3-10⁷ л).

Кроме рассмотренных герметичных устройств и установок применяют также автоклавы, компрессоры и котлы. Безопасность работы герметичных устройств регламентируется «Правилами устройства и безопасной эксплуатации стационарных компрессорных установок, воздухопроводов и газопроводов».

Основные причины разгерметизации сосудов, работающих под давлением, делят на эксплуатационные и технологические.

Первой эксплуатационной причиной разгерметизации является образование взрывоопасных смесей, состоящих из горючих газов, паров или жидкостей и окислителя. Примером таких смесей могут служить ацетилен и кислород, водород и кислород, пары этилового спирта и кислород.

Взрывоопасные смеси «горючее—окислитель» могут возгораться и взрываться, если имеется инициатор (источник) зажигания, в качестве которого может оказаться электрическая искра, возникающая из-за накопления статического электричества, от газо- или электросварки, от удара стальных предметов, нагретых тел. Существует ряд самовоспламеняющихся систем, для которых не требуется инициатор зажигания. Примером таких систем могут служить натрий или калий, которые при нормальной температуре взрываются при соприкосновении с хлороформом.

Для предотвращения взрывов необходимо исключать возможность образования систем «горючее—окислитель», предотвращать инициирование горения, а также обеспечивать локализацию очага горения.

Исключить образование взрывоопасных смесей в системе «горючее—окислитель» можно:

во-первых, максимально ограничив концентрацию горючего вещества в смеси с окислителем, чтобы не допустить образования взрывоопасной смеси;

во-вторых, рекомендуется добавлять к взрывоопасным смесям «горючее—окислитель» инертные компоненты, называемые флегматизаторами (например, азот и углекислый газ), которые не участвуют в реакции горения и способны ее тормозить.

Для того чтобы предотвратить инициирование процесса горения, необходимо нейтрализовать источники зажигания. Это достигается заземлением оборудования для исключения возможности накапливания статического электричества, применением инструмента, не образующего искру (или покрытием его густым слоем смазки).

Если существует вероятность образования взрывоопасной смеси и имеется инициатор зажигания, то целесообразно использовать огневзрывопреградители, которые ограничивают очаг горения в пределах определенного агрегата или газопровода, способного выдержать последствия горения. Передача горящей смеси в другие аппараты, таким образом, исключается.

Вторая эксплуатационная причина разгерметизации установок и агрегатов, работающих под давлением, — это так называемые побочные процессы, протекающие в них и приводящие к постепенному изменению и разрушению конструкционных материалов, из которых эти установки изготовлены. Примерами таких процессов могут служить коррозия стенок аппаратов, образование накипи на стенках котлов, уменьшение прочностных свойств материалов установок. Для исключения опасности аварии необходимо своевременно и качественно проводить профилактические и ремонтные работы сосудов, работающих под давлением, а также эксплуатировать их в строгом соответствии с нормативными документами. Технологические причины разгерметизации — это различные дефекты (трещины, вмятины, дефекты сварки), возникшие при изготовлении, хранении и транспортировке сосудов, работающих под давлением.

Для своевременного обнаружения этих дефектов применяют различные методы контроля: внешний осмотр сосудов и аппаратов, работающих под давлением, неразрушающие методы контроля (люминесцентные, ультразвуковые и рентгеновские методы), гидравлические испытания сосудов, механические испытания материалов, из которых изготовлены сосуды.

Третьей эксплуатационной причиной разгерметизации установок и агрегатов, работающих под давлением, может стать внешнее механическое воздействие (падение объекта на агрегат, диверсия, результат аварии, катастрофы или стихийного бедствия), старение систем (снижение механической прочности), конструкторские ошибки; изменение состояния герметизируемой среды; неисправности в контрольно-измерительных, регулирующих и предохранительных устройствах; ошибки обслуживающего персонала.

Взрывозащита систем повышенного давления достигается организационно-техническими мероприятиями; разработкой инструктивных материалов, регламентов, норм и правил ведения технологических процессов; организацией обучения и инструктажа обслуживающего персонала; осуществлением контроля и надзора за соблюдением норм технологического режима, мер безопасности, в том числе пожарной. Кроме того, оборудование повышенного давления должно быть оснащено системами взрывозащиты, которые предполагают:

♦ применение гидрозатворов, огнепреградителей, инертных газов или паровых завес;

♦ защиту аппаратов от разрушения при взрыве с помощью устройств аварийного сброса давления (предохранительные мембраны и клапаны, быстродействующие задвижки, обратные клапаны).

Для обеспечения безопасности основных элементов систем повышенного давления все трубопроводы подвергаются гидравлическим испытаниям при пробном давлении на 25% выше рабочего, но не менее 0,2 МПа.

Кроме испытаний на прочность водой газопроводы, а также трубопроводы для токсичных газов испытывают на герметичность воздухом при пробном давлении, равном рабочему. Отсутствие утечки воздуха из испытуемого трубопровода проверяют нанесением на него мыльного раствора или погружением его под воду.

Газопроводы прокладывают с небольшим уклоном в сторону движения газа, а буферную емкость снабжают в нижней части спуск-

ной трубой с краном для систематического удаления водяного конденсата и масла. Паропроводы снабжают конденсатоотводчиками, которые позволяют предотвратить возникновение гидравлических ударов и пробок. Во избежание возникновения напряжений от тепловых деформаций, особенно в наземных газопроводах, устраивают специальные компенсаторы в виде П-образного участка.

Трубопроводы со сжиженными газами прокладывают на расстоянии не менее 0,5 м от трубопроводов с горячим рабочим телом, при этом последние изолируют, а трубопроводы с легко замерзающими газами монтируют рядом с паропроводами и трубопроводами горячей воды. Для предотвращения ожогов кислотами и щелочами фланцевые соединения трубопроводов закрывают защитными кожухами. Трубопроводы для транспортирования жидкого и газообразного кислорода периодически, а также после каждого ремонта обезжиривают. Для обезжиривания используют тет-рахлорид углерода, трихлорэтилен или тетрахлорэтилен.

Трубопроводы, по которым в зону реакции к аппарату или устройству подается горючее и окислитель, оборудуют специальными устройствами: автоматическими задвижками, обратными клапанами, гидравлическими затворами, огне- и взрывопрегради-телями. Обратные клапаны препятствуют обратному ходу потока рабочего тела в случае начала процесса горения и появления противодавления.

Предохранительные затворы применяют в генераторах ацетилена, чтобы исключить обратный проскок пламени от газовой горелки сварочного аппарата в генератор.

Взрыв ацетиленовых баллонов может быть вызван старением пористой массы (активированного угля в ацетоне), в которой растворяется ацетилен. Образование смеси «горючее—окислитель» в кислородных баллонах чаще всего связано с попаданием в его вентиль масел; в водородных — с загрязнением их кислородом, а также с появлением в них окалины.

Действующие в настоящее время «Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением» (ПБ-115—96), распространяются на:

♦ сосуды, работающие под давлением воды с температурой выше 115°С или другой жидкости с температурой, превышающей температуру кипения при давлении 0,07 МПа, без учета гидростатического давления;

♦ сосуды, работающие под давлением пара или газа свыше 0,07 МПа;

♦ баллоны, предназначенные для транспортирования и хранения сжатых, сжиженных и растворенных газов под давлением свыше 0,07 МПа;

♦ цистерны и бочки для транспортирования и хранения сжиженных газов, давление паров которых при температуре до 50°С превышает давление 0,07 МПа;

♦ цистерны и сосуды для транспортирования или хранения сжатых, сжиженных газов, жидкостей и сыпучих тел, в которых давление выше 0,07 МПа создается периодически для их опорожнения;

♦ барокамеры.

Для обеспечения безаварийной эксплуатации устройства, работающие под давлением, в соответствии с нормативными документами и эксплуатационной документацией, должны подвергаться техническому освидетельствованию после монтажа, пуска в эксплуатацию, периодически в процессе эксплуатации, а также, в случае необходимости, внеочередным освидетельствованиям.

Сжиженные газы хранят и перевозят в стационарных и транспортных сосудах — цистернах (сосуды для сжиженных газов), которые в случае хранения криогенных жидкостей снабжены высокоэффективной тепловой изоляцией.

Низкие температуры, при которых эксплуатируются внутренние сосуды криогенных резервуаров и цистерн, накладывают ограничения на материалы, используемые при их изготовлении.

Для управления работой и обеспечения безопасных условий эксплуатации сосуды в зависимости от назначения должны быть оснащены:

♦ запорной или запорно-регулирующей арматурой;

♦ приборами для измерения давления;

♦ приборами для измерения температуры;

♦ предохранительными устройствами;

♦ указателями уровня жидкости.

Распространенным средством зашиты технологического оборудования от разрушения при взрывах являются предохранительные мембраны (разрывные, ломающиеся, срезные, хлопающие, специальные) и взрывные клапаны.

 

Меры безопасности при эксплуатации газовых баллонов:

♦ газовые баллоны необходимо хранить в вертикальном положении в проветриваемом помещении или под навесом, защищать от воздействия прямых солнечных лучей и осадков;

♦ баллоны не должны храниться на расстоянии менее 1 м от радиаторов отопления и ближе 5 м от открытого огня;

♦ нельзя переносить баллоны на плечах или руками в обхват;

♦ эксплуатировать можно только исправные баллоны;

♦ баллоны надо устанавливать вертикально на штатном месте проведения работ и надежно закреплять для предохранения от падения.