2.2.4.Локализация аварийных ситуаций, связанных с разгерметизацией технологической системы

Решение вопроса локализации аварийных ситуаций сводится к описанию мероприятий и технических решений, направленных на устранение возможности аварийной разгерметизации технологической системы и ограничение распространения токсичных и взрывоопасных веществ на конкретном участке производства.

При этом, в первую очередь, необходимо показать, как, какими средствами осуществляется изоляция источника выброса опасных веществ (отключение, блокировки, отсечение и т.д.). Далее следует описать методы обезвреживания (нейтрализации, сбора и т.д.) токсичных или пожаровзрывоопасных веществ, которые могут выделиться в окружающее пространство при аварийной разгерметизации системы.

Для этого могут использоваться: водяные завесы; тепловые завесы; укрытие зеркала разлива слоем пены; обвалование мест разлива, а также использование поддонов; охлаждение поверхности разлива; разбавление горючих веществ инертными и другими составами; химическая нейтрализация и т.д.

Для исключения (ограничения) распространения пожара (взрыва) и уменьшения масштабов поражений от опасных факторов пожаров (взрывов) в случае их возникновения могут быть использованы: огнепреградители; обратные клапаны; отсечные клапаны; взрывные клапаны; легкосбрасываемые конструкции; автоматические системы пожаротушения и подавления взрыва и т.п.

Полностью или часть материала данного подраздела допускается изложить в других подразделах дипломного проекта, например, в подразделе "Пожарная профилактика ...".

2.3.Безопасность производственного оборудования

Безопасность производственного оборудования, использованного при реализации технологического процесса, должна обеспечиваться следующими основными мерами: правильным выбором принципов действия, конструктивных схем, безопасных элементов конструкции, конструктивных материалов и т.п.; применением средств автоматизации и дистанционного управления; применением в конструкции специальных мер и средств защиты; выполнением эргономических требований и других.

В тексте дипломной записки должны быть представлены принятые для каждого вида основного технологического оборудования меры, обеспечивающие безопасность и безаварийность работы.

При выборе конструкционных материалов для изготовления оборудования и их элементов следует учитывать эксплуатационное давление и температуру, коррозионные свойства и состав среды, обращающейся в ней, технологические свойства материалов, стоимость и другие факторы. Для обеспечения коррозионной стойкости подбираются соответствующие конструкционные материалы: чугун и сталь различной степени легирования, двухслойные стали, цветные металлы и их сплавы, используются неметаллические защитные покрытия. В записке приводятся марки использованных материалов и коэффициенты запаса прочности по пределам текучести, прочности (временному сопротивлению), длительной прочности, ползучести, принятые при выполнении конструктивных или проверочных расчетов оборудования в целом или отдельных его элементов.

Герметичность - одно из основных требований к технологическому оборудованию. Следует охарактеризовать использованные в проекте устройства, обеспечивающие герметичность неподвижных и движущихся, вращающихся элементов оборудования.

Герметичность неразъемных соединений обеспечивается сваркой, пайкой, развальцовкой, применением герметиков. Для герметизации неподвижных разъемных соединений применяются беспрокладочные уплотнения или уплотнения с прокладками. В зависимости от условий эксплуатации рекомендуется применение различных прокладочных материалов (табл.6).

Таблица 6

Материал	Рабочая среда	Давление,МПа	Температура,С
Сталь нержавеющая	Пищевые жидкости	20,0	200
Медь	Нефтепродукты, газы неагрессивные, выхлопные газы, вода, пар	40,0	300
Алюминий	То же	6,0	300
Свинец	Агрессивные среды	Без ограничений	200
Паронит	Вода, пар, нефтепродукты, масло, щелочи, газы	7,0	450
Фибра	Нефтепродукты, масло, щелочи, газы, вода	66,0	100
Кожа	Вода, масло, другие жидкости.	16,0	30
	Инертные газы	4,0	30
Резина	Вода, пищевые жидкости, неагрессивные масла, жидкости и газы	25,0	-30  +90
Фторопласт-4	Вода, воздух, масла, щелочи, кислоты	10,0	-195 +260
Асбест	Растворители, нефтепродукты, кислоты, щелочи, агрессивные, газы	3,0	500

Для герметизации подвижных соединений (возвратно-поступательные и вращающиеся движения) используют: сальниковые устройства с уплотнительной набивкой, манжетные, торцовые, лабиринтные, щелевые и гидростатические уплотнения [5,6].

Сальниковые являются наиболее распространенным видом уплотнения подвижных соединений (при вращательных и возвратно-поступательных движениях), Манжетные уплотнения используются для уплотнения вращающихся валов, рекомендуется использовать при незначительных избыточных давлениях, неагрессивной среде, невысоких скоростях вращения (до 10 м/с), небольшой температуре (до 100 С). Торцовые уплотнения обладают: высокой степенью герметизации (утечка практически отсутствует); большой износоустойчивостью и долговечностью; небольшими потерями мощности на трение; способностью работать при сравнительно высоких давлениях (до 8 МПа).

Неконтактные уплотнения (лабиринтные, щелевые и гидростатические) часто используются в качестве первой ступени, предназначенной для понижения давления перед второй ступенью (сальниковыми, манжетными и торцовыми уплотнениями). Для герметизации компрессоров, предназначенных для сжатия нейтральных газов, применяют лабиринтные уплотнения. Щелевые уплотнения рекомендуются в основном при работе с вязкими жидкостями. Гидростатические уплотнения используются при наиболее тяжелых условиях эксплуатации: для герметизации оборудования с агрессивными средами, горючими жидкостями, в питающих паровых насосах и гидротурбинах.

Поскольку абсолютная герметичность уплотнения трудно достижима, введены классы их негерметичности [7]. В связи с этим следует указать классы негерметичности использованных в технологической системе всех типов уплотнений. Для оценки герметичности аппаратов (сосудов), работающих под давлением вредных веществ (жидкости и газов) 1-го, 2-го классов опасности по ГОСТ 12.1.007-76 "Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности", а также технологических трубопроводов группы А и групп Б(а), Б(б) проводятся испытания на герметичность. В проекте указывается давление испытания на герметичность и допустимая скорость падения давления.

В случае, если избыточное эксплуатационное давление в аппаратах (сосудах) превышает 0,07 МПа, то их конструкция, устройство, оснащенность арматурой, контрольно-измерительными приборами, предохранительными устройствами, монтаж и эксплуатация должны вестись в соответствии с требованиями "Правил устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением" (ПБ 10-115-96) [8].

В проекте приводятся сведения о соответствии конструкции аппарата (сосуда) требованиям ПБ 10-115-96, о наличии люков, лючков, крышек, форме днища и т.д., об оснащенности запорной или запорно-регулирующей арматурой, приборами для измерения давления, температуры, указателями уровня жидкости, предохранительными устройствами.

В проекте производится подбор и расчет предохранительных устройств (предохранительных клапанов и мембран). Пропускная способность предохранительных клапанов и их число следует выбирать так, чтобы в аппарате не создавалось давление, превышающее избыточное рабочее давление более чем на 0,05 МПа при рабочем давлении в аппарате до 0,3 МПа включительно, на 15% - при давлении в аппарате до 6 МПа и на 10% - при давлении свыше 6 МПа. Пропускная способность (G_п) предохранительного клапана рассчитывается по формулам [7]:

для газов G_п = 3,16₁FB[(P₁ + 0,1)  ₁] , кг/ч, (10)

для жидкостей G_п = 5,03₂F[(P₁ - P₂) ₂] , кг/ч, (11)

где₁, ₂ - коэффициенты расхода принимаются по паспортным данным выбранных марок клапанов. Допускается принимать ₁ = 0,4 - 0,7, ₂ = 0,03 - 0,07; F - площадь сечения клапана, мм²; P₁ - максимальное избыточное давление перед клапаном, МПа; P₂ - избыточное давление за клапаном, МПа; ₁, ₂ - соответственно плотность газа (пара) и жидкости при параметрах P₁ и T₁ 0(температура среды перед клапаном), кг/м³; B - коэффициент, учитывающий физико-химические свойства газов при рабочих параметрах, выбирают по справочным данным, приведенным в ГОСТ 12.2.085-82 "Сосуды, работающие под давлением. Клапаны предохранительные", или подсчитывают по формуле:

B = 1,59{[ K/(K + 1)][2/(K + 1)]^{[1/(K + 1)]}} (12)

где K - показатель адиабаты.

Для защиты аппаратов от разрушения необходимо, чтобы расчетная пропускная способность предохранительного клапана G_п была не менее максимально возможного аварийного притока среды в защищаемый аппарат и не превышала его более чем на 30%.

Предохранительные мембраны защищают оборудование от разрушения при динамическом (взрывном) росте давления. Они обеспечивают полную герметичность, не инерционны и устанавливаются в аппаратах, содержащих среды, склонные к осаждению, полимеризации, кристаллизации. Расчет предохранительных мембран сводится к определению проходного сечения сбросных отверстий и толщины мембранного элемента из условия его разрушения при заданном давлении [9]. Например, толщина срезных мембран () рассчитывается по формуле:

 = D4_ср , мм (13)

где D - диаметр мембраны, мм; P - давление срабатывания мембраны, кгс/см², принимаемое на 25% выше максимального рабочего давления; _ср - предел прочности материала мембраны на срез, кгс/см².

Рабочая среда, выходящая из предохранительных устройств, должна отводиться в безопасное место. При этом сбрасываемые токсичные, взрыво- и пожароопасные технологические среды должны направляться в закрытые системы для дальнейшей утилизации или в системы организованного сжигания.

Все сосуды (аппараты), на которые распространяются Правила Госгортехнадзора (ПБ 10-115-96), подвергаются техническому освидетельствованию до пуска в работу, а также периодически при эксплуатации. Например, сосуды, работающие со средой, вызывающей коррозию со скоростью не более 0,1 мм/год, подлежат внутреннему и наружному осмотру через каждые 2 года, а также гидравлическому испытанию на прочность пробным давлением через 8 лет. В проекте следует указать периодичность технического освидетельствования, значения давлений испытания на прочность и плотность и методы испытаний [8].

Технологические трубопроводы являются источником повышенной опасности, так как в процессе эксплуатации может произойти разрушение труб и разгерметизация соединительных фланцев. Требования к устройству, изготовлению, монтажу и эксплуатации технологических трубопроводов регламентированы "Правилами устройства и безопасной эксплуатации технологических трубопроводов" (ПБ 03-108-96)[10]. В соответствии с ПБ 03-108-96 трубопроводы с давлением до 10 МПа в зависимости от класса опасности транспортируемого вещества (взрыво-, пожароопасность и токсичность) подразделяются на группы (А,Б,В) и в зависимости от рабочих параметров среды ( давления и температуры) - на пять категорий (I-V) (табл.7). В проекте определяется группа и категория трубопроводов, с учетом которых, а также коррозионной активности транспортируемой среды, выбираются материалы труб, фланцев, крепежных изделий и т.д. Указываются типы уплотнительных поверхностей фланцев, выбранные в соответствии с рекомендациями ПБ 03-108-96, использованная арматура и материал арматуры. При этом следует иметь в виду, что применять арматуру из серого чугуна на трубопроводах, транспортирующих вещества группы А и Б не разрешается. В проекте указываются способы прокладки трубопроводов, наличие и типы рекомендованных компенсаторов температурных деформаций, необходимость теплоизоляции или обогрева, рекомендуемые теплоизоляционные материалы и способы обогрева трубопроводов. Для каждого технологического трубопровода указываются вид испытания (на прочность и плотность, дополнительное испытание на герметичность), способ испытания (гидравлический, пневматический) и величина испытательного давления.

Источниками травм на предприятиях могут быть: движущиеся машины и механизмы, незащищенные подвижные элементы оборудования, передвигающиеся изделия, падение предметов с высоты и т.д. В случае, если разгрузочно-погрузочные и транспортные операции являются неотъемлемой частью проектируемого технологического процесса, то в проекте должны быть разработаны (рекомендованы) средства защиты работающих при эксплуатации грузоподъемных машин и механизмов, конвейеров и роботокомплексов. При этом должны быть представлены сведения о наличии предохранительных устройств: ограничителей высоты подъема, ограничителей грузоподъемности, концевых выключателей механизмов передвижения, ловителей, тормозов, ограждений, защитных сеток и т.п.

Для безопасного обслуживания крупногабаритные аппараты (ректификационные колонны, газгольдеры и др.) оборудуются стационарными площадками и лестницами, имеющими геометрические размеры, отвечающие требованиям безопасности: ширина площадок 1,5-4,0 м, высота перил 1 м, ширина лестницы - не менее 1 м, шаг ступеней 0,25 м.