3. Причины аварий стационарных сосудов, газовых баллонов, газо- и трубопроводов

Эти причины весьма многообразны и могут быть разделены па конструкторские, технологические и эксплуата­ционные. К конструкторским причинам относятся неправильный выбор конструкции или отдельных ее элементов, отсутствие про­верочного расчета на прочность. К технологическим причинам относятся появление дефектов конструкции, снижающих ее проч­ностные характеристики. Это литейные раковины, непровары, га­зовые поры и шлаковые включения сварных соединений, дефекты заклепок, внутренние и наружные трещины, прожоги. Все они в значительной мере обусловливают вероятность разгерметизации системы работающей под давлением.

К эксплуатационным причинам относятся:

• нарушение режимов эксплуатации (превышение допустимых значений давлений, тем­ператур), в том числе вследствие ошибочных действий персонала или из-за отсутствия контрольных приборов;

• побочные процессы в устройствах и установках (коррозия, образование накипи); рас­ширение жидкостей в замкнутых объемах вследствие нагрева;

• изменение прочностных свойств конструкционных материалов (усталостная и цикличная прочность, условия низких температур и т.д.);

• образование смеси «горючее – окислитель». В стационарных установках и системах газоснабже­ния образование смеси «горючее – окислитель» связано с негерметичностыо фланцевых и других соединений.

Взрыв баллонов сжатых и сжиженных газов может произойти при заполнении их рабочим телом, для которого они не предна­значены (вследствие образования взрывоопасной смеси). Взрыв ацетиленовых баллонов может быть вызван старением пористой массы (активированный уголь в ацетоне), в которой растворяется ацетилен. В результате этот газ переходит из растворенного в сво­бодное состояние, а так как в баллоне имеется давление, он полимеризуется со взрывом. 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.

Применительно к системам трубо- и газопроводов причиной разгерметизации может быть замерзание конденсата, деформа­ции вследствие тепловых расширений. В ацетиленовых генерато­рах сварочных установок возможен проскок пламени от горелки в генератор с последующим взрывом. Взрыв паровых котлов, как правило, связан с их перегревом вследствие выкипания и снижения в них уровня воды.

С учетом названных причин аварий систем, работающих под давлением, правила Госгортехнадзора устанавливают требования к устройству и безопасной их эксплуатации.

Трубопроводы подвергают гидравлическим испытаниям при пробном давлении на 25 % выше рабочего, но не менее 0,2 МПа. Кроме испытаний водой на прочность, газопроводы, а также трубопроводы для токсичных газов испытывают на герметичность воздухом при пробном давлении, равном рабочему. Отсутствие утечки воздуха из соединений проверяют по образцовому манометру, мыльным раствором или погружением узлов в ванну с водой.

Баллоны для некорродирующих газов испытывают 1 раз в 5 лет, а для корродирующих газов – 1 раз в 2 года. Все баллоны подвергают визуальному осмотру и гидравлическому испыта­нию продолжительностью не менее 1 мин.

Ацетиленовые баллоны, заполненные пористой массой, испы­тывают только сжатым азотом.

Техническое освидетельствование установок, работающих под давлением, зарегистрированных в органах Госгортехнадзора, производит их представитель – технический инспектор, а уста­новок, не зарегистрированных в этих органах, – лицо, на кото­рое приказом по предприятию (организации) возложен надзор за безопасностью эксплуатации установок, работающих под давлением. Баллоны освидетельствуют на заводе, где их напол­няют. После освидетельствования и регистрации лицо, их про­водившее, дает разрешение на эксплуатацию системы или уста­новки. В органах Госгортехнадзора регистрируют все установки, на которые распространяются его правила. Это сосуды, работающие под давлением свыше 0,07 МПа; цистерны и бочки для .перевозки сжиженных газов, давление паров которых при температуре 50 °С превышает 0,07 МПа; сосуды, цистерны для хранения, перевозки сжиженных газов, жидкостей и сыпучих тел без давле­ния, но опорожняемые под давлением газа свыше 0,07 МПа; баллоны, предназначенные для перевозки и хранения сжатых, сжиженных и растворенных газов под давлением свыше 0,07 МПа. Регистрации не подлежат приборы парового и водяного отопления; сосуды очень малого объема (например, не регистриру­ются сосуды объемом до 25 л для едких, ядовитых и взрывоопас­ных сред, у которых Р_рV<20), встроенные в установки, баллоны для сжатых, сжиженных и растворимых газов емкостью до 100 л и некоторые другие.Регистрация проводится в установленном порядке по заявлению организации, которой принадлежит установка. Без регистрации и получения паспорта сосуда его эксплуатация запрещена. За нарушение этих требований Госгортехнадзора ответственные за эксплуатацию могут привлекаться как к административной, так и уголовной ответственности.

Для исключения возможности образования смеси «горючее – окислитель» вследствие заполнения емкостей рабочим телом, для которого они не предназначены, широко используют сигнальную окраску баллонов (табл. 4.1) и цистерн.

Таблица 2.1 – Характеристики баллонов для сжатых и сжиженных газов

Газ	Состояние газа в баллоне	Предельное рабочее давление в баллоне, МПа	Температура газа при предельном Рр в баллоне, оС	Цвет окраски баллона
Кислород	Сжатый	15,1	+ 20	Голубой
Сжатый воздух	Сжатый	15,1	+ 20	Черный
Ацетилен	Растворенный	3,1	4-20	Белый

Кроме того, делают предостерегающие надписи и наносят отличительные полосы. Например: «Аммиак – ядовитый сжиженный газ» (цвет надписи – зеленый, полосы – желтые) или (на кисло­родных баллонах) «Опасно» (цвет надписи – черный, полосы – голубые).

Для создания возможности выявления вида рабочего тела при отсутствии сигнальной окраски и проверки герметичности бал­лоны для сжатых газов, принимаемые заводами-наполнителями от потребителей, должны иметь остаточное давление не менее 0,05 и не более 0,1 МПа. Остаточное давление в баллонах для ацетилена препятствует уносу ацетона – растворителя ацетилена (при меньшем давлении унос ацетона увеличивается, а уменьше­ние количества ацетона в баллоне повышает взрывоопасность ацетилена).

Газо - и трубопроводы также должны иметь сигнальную окраску. В соответствии с ГОСТ 14202–89 их окраска производится в зависимости от вида рабочего тела:

Вода ― Зеленый

Пар ― Красный

Воздух ― Синий

Газы горючие и негорючие ― Желтый

Кислоты ― Оранжевый

Щелочи ― Фиолетовый

Жидкости горючие и негорючие ― Коричневый

Прочие вещества ― Серый

Чтобы выделить вид опасности, на трубопроводы наносят предупреждающие (сигнальные) цветные кольца. Кольца красного цвета обозначают, что транспортируются взрывоопасные, огне­опасные, легковоспламеняющиеся вещества; зеленого цвета – безопасные или нейтральные вещества; желтого – вещества ток­сичные. Кроме того, кольца желтого цвета указывают на другие виды опасностей, например глубокий вакуум, высокое давление, наличие радиации и т.д.

При нанесении колец желтого цвета на трубопроводы с опо­знавательной окраской газов и кислот, а также колец зеленого цвета на трубопроводы с опознавательной окраской воды кольца имеют соответственно черные или белые каемки шириной не менее 10 мм. Число предупреждающих колец какого-либо цвета должно соответствовать степени опасности транспортируемого вещества.

Кроме цветных сигнальных колец применяют также преду­преждающие знаки, маркировочные щитки и надписи на трубо­проводах (цифровое обозначение вещества, слово «вакуум» для вакуум-проводов, стрелки, указывающие направление движения рабочей среды, и др.), которые располагают на наиболее ответствен­ных местах коммуникаций.

Важным мероприятием, содействующим выявлению появле­ния газа в воздухе рабочей зоны, является придание ему запаха (одоризация). Для исключения образования взрывоопасных сме­сей вследствие негерметичности фланцевых и других соединений разработаны системы уплотнений, учитывающие специфику как соединений, так и рабочих тел.

Кислородные устройства и системы периодически, а также после каждого ремонта обезжиривают для предотвращения образования смеси «горючее – окислитель». Для обезжиривания ис­пользуют четыреххлористый углерод, трихлорэтилен или тетра-хлорэтилен.

При заполнении баллонов ведется контроль содержания при­месей, образующих с рабочим телом взрывоопасные смеси. В слу­чае, когда образования смеси «горючее – окислитель» избежать нельзя, применяют флегматизацию смеси, что приводит к замед­лению реакции окисления, так как энергия реакции окисления тратится на нагрев дополнительного компонента смеси – флегматизатора. В качестве последнего используют углекислый газ, азот, пары воды. Возможно использование ингибиторов, вступа­ющих в химическую реакцию с компонентами смеси и связыва­ющих их.

а)

б)

Рисунок 2.1 – Обратный клапан:

а – подъемный:1 – корпус; 2 –золотник; 3 – пружина; 4 – крышка; б – поворотный: 1 – корпус; 2 – задвижка; 3 – крышка; 4 – серьга с пружинным механизмом

В некоторых случаях важно не, допустить возникновения реакции в смеси «горючее – окислитель» вследствие иниции­рования горения. Например, оборудование для устранения искрообразования выполняют в искробезопасном исполнении (из материалов типа сплавов алюминия) и принимают меры по защите от статического электричества, особенно при очистке газов и диэлектрических жидкостей от твердых и жидких при­месей.

Для локализации очага горения при возникновении химиче­ской реакции между окислителем и горючим предусматриваются специальные устройства: автоматические задвижки, обратные клапаны, гидравлические затворы, огневзрывопреградители. Об­ратные клапаны емкостей под давлением препятствуют обратному ходу потока рабочего тела в случае начала процесса горения и появления противодавления (рис. 2.1).

а)

б)

Рисунок 2.2 – Схема предохранительного затвора закрытого типа среднего давления:

а – при нормальной работе; б – при обратном ударе:

1 – корпус: 2 – вентиль; 3 – газопроводящая трубка; 4 – контрольный кран; 5 – ниппель; 6 – обратный клапан

Предохранительные затворы применяют в генераторах ацетилена для исключения обратного проскока пламени от газовой горелки сварочного агрегата в генератор (рис. 2.2). При нормальной работе газ поступает в корпус 1 к горелке, проходя через емкость, запол­ненную жидкостью. В аварийном режиме при обратном проскоке пламени через ниппель 6 в предохранительный затвор оно зату­хает, проходя через слой находящейся в емкости жидкости. Огневзрывопреградители отделяют агрегаты, в которых воз­можно возникновение горения, от емкостей и трубопроводов с взрывоопасной средой. Основными элементами огневзрывопреградителей являются пламягасящие каналы, образуемые систе­мой трубок малого диаметра, сетками, отверстиями и щелями, разбивающими струю горящей смеси на отдельные струйки. Тепловые потери при этом в результате теплообмена резко ра­стут, и дальнейшее распространение пламени оказывается практически не­возможным.

Применительно к баллонам, цистернам и бочкам со сжижен­ными и растворенными газами установлены нормы их наполнения по объему, что позволяет избежать резкого роста давления в них при нагреве. Для исключения взрывов ацетиленовых баллонов ведется контроль сроков их эксплуатации.

При эксплуатации емкостей, работающих под давлением в условиях низких температур, которые делают материал емкостей хрупким, должны быть приняты меры по устранению разного рода ударных нагрузок. Особую осто­рожность следует проявлять при их транспортировании.

Л. 17