Безопасность сосудов, работающих под давлением

На стройках и предприятиях по производству строительных ма­териалов и конструкций находят широкое применение различные сосуды и аппараты, содержащие сжатый воздух, пар и различные газы под давлением, превышающим атмосферное.

Сжатый воздух используют чаще всего в качестве энергоносителя в приводах различных машин и механизмов (отбойные, рубильные, клепальные молотки и др.), для распыления красок при окрасочных работах, пескоструйной очистки фасадов зданий, в системах пневма­тического транспорта сыпучих материалов и т. п.

Пар применяется для тепловлажностной обработки строительных материалов и конструкций, в системах парового отопления, в калори­ферах для подогрева приточного вентиляционного воздуха и др.

Горючие газы используются при производстве газосварочных работ, в качестве топлива в теплонагревающих агрегатах (сушилки, печи).

Эти среды, находящиеся под высоким давлением в сосудах и ап­паратах, представляют серьезную опасность для окружающих, так как в случае аварии могут причинить ущерб механическим, тепловым и химическим воздействием.

Сосуды, работающие под давлением, - это закрытые емкости, в которых производятся тепловые или химические процессы, а также хранятся или транспортируются сжатые, сжиженные и растворенные газы и жидкости под давлением выше атмосферного. К этим сосудам относятся: паровые и водогрейные котлы, газовые баллонны, ком­прессорные установки, автоклавы, паро- и газопроводы и др.

При нарушении нормального технологического режима эксплуа­тации сосудов под давлением или вследствие дефектов их изготов­ления может произойти взрыв. Оценить величину работы взрыва, совершаемую адиабатическим расширением газа, находящегося в со­суде, можно по формуле:

А= , (41.1)

где V- объем газа, м³;

Р_1, Р₂ - начальное и конечное (атмосферное) давление газа в сосуде, Па;

n= - показатель адиабаты, представляющий собой отношение теплоемкостей газа, соответственно, при постоянном давлении (С_р) и постоянном объеме (C_v), Дж/(кг град).

Зная величину работы-А, можно подсчитать и мощность взрыва, кВт:

N =A/t,(41.2)

где t- продолжительность действия взрыва, с.

Проектирование, изготовление и эксплуатация сосудов, аппаратов и систем, работающих под давлением, должны осуществляться в обя­зательном соответствии с правилами устройства и безопасной экс­плуатации сосудов, работающих под давлением, утв. постановлением Росгортехнадзора от 11.06.2003 № 91.

Эти правила не распространяются на сосуды малой емкости, для которых справедливо условие PV≤ 20 (где Р - рабочее давление в со­суде, МПа, V - объем сосуда, л); на приборы водяного и парового отопления; на малоемкие сосуды вместимостью до 25 л; сосуды из неметаллических материалов и другие сосуды, имеющие специальное назначение.

Все сосуды после изготовления подвергаются гидравлическим испытаниям на прочность путем выдержки их под пробным давле­нием, величина которого приведена в табл. 41.1.

Продолжительность выдержки сосудов зависит от толщины их стенок и должна быть не менее величин, приведенных в табл. 41.2.

Для литых и многослойных сосудов, независимо от толщины стенки, время выдержки под пробным давлением должно составлять не менее 60 мин.

Таблица 41.1- Пробное давление для проведения гидравлических испытаний

Наименование сосудов	Рабочее давление Р, МПа	Пробное давление на заводе-изготовителе
Все сосуды, кроме литых	Ниже 5	1,5 20 / t, но не менее 0,2 МПа
Тоже	5 и выше	1,25 20 / t но не менее Р + 0,3 МПа
Литые	Независимо от дав­ления	1,5 20 / t, но не менее 0,3 МПа

Примечание.Обозначения ₂₀ и _t - допускаемое напряжение для материала сосуда или его элементов соответственно при температуре стенки 20°С и расчетной, Па.

Таблица 41.2- Толщина стенки сосуда и время выдержки под давлением

Толщина стенки сосуда, мм	Время выдержки, мин
До 50
50-100
Свыше 100

Сосуд считается выдержавшим испытание, если после испыта­ния у него не обнаруживается признаков разрыва, течи или видимых остаточных деформаций.

В соответствии с предъявляемыми требованиями все сосуды, работающие под давлением, должны быть снабжены приборами для измерения давления и температуры среды, предохранитель­ными устройствами, запорной арматурой и указателями уровня жидкости.

Контроль давления в сосуде осуществляется манометрами. В необходимых случаях устанавливают два манометра: рабочий и контрольный.

Температура среды контролируется в тех случаях, когда темпера­тура стенок сосуда при эксплуатации изменяется по величине.

Защита сосудов от взрыва в случае превышения рабочего давления осуществляется с помощью предохранительных клапанов, количе­ство и размеры которых устанавливаются правилами. Пропускная способность клапана определяется по формуле:

G=1,59αFB , (41.3)

где α - коэффициент расхода клапана, принимаемый по паспорту прибора;

F- площадь поперечного сечения клапана, мм²;

В - коэффициент, зависящий от вида среды и определяемый по таблице (для жидкости В=1);

Р₁ Р₂ - избыточное давление, соответственно, перед и за предохранительным клапаном, Па;

ρ— плотность среды, кг/м³.

Предохранительные клапаны должны размещаться в местах, дос­тупных для их осмотра. По конструкции предохранительные клапаны бывают рычажными и пружинными .

В тех случаях, когда имеется опасность мгновенного нарастания давления в сосудах в аварийных условиях, они должны оборудовать­ся разрывными мембранами, которые разрушаются при превышении рабочего давления не более чем на 25%. Мембраны изготовляются из различных материалов (алюминий, бронза, сталь и др.), их подбор для конкретных условий производится путем предварительного расчета.

Запорная арматура устанавливается на трубопроводах на входе и выходе из сосуда.

Сосуды, эксплуатирующиеся с нагревом стенок с возможным понижением жидкости ниже линии огневого нагрева, а также сосуды, наполняемые сжиженными газами, оборудуются указателями уровня жидкости.

Пуск в эксплуатацию сосудов, работающих под давлением, производится только после их регистрации и получения разрешения от органов Ростехнадзора..

Все сосуды должны учитываться в специальной книге учета и освидетельствования сосудов. На каждом сосуде крепится таблица, включающая следующие данные: регистрационный номер, разрешенное давление, дату предстоящего внутреннего осмотра и гидравлического испытания.

Зарегистрированные сосуды подвергаются техническому освидетельствованию, включающему внутренний осмотр и гидравлические испытания. Освидетельствование проводится инспектором Ростехнадзора в следующие сроки: внутренний осмотр - один раз в четыре года, гидравлические испытания - один раз в восемь лет.

Может производиться и досрочное техническое освидетельствование (после реконструкции и ремонта сосуда, после переноса его на новое место, по усмотрению инспектора, и др.).

При внутреннем осмотре устанавливается степень изношенности стенок, наличие дефектов литья, сварки швов, трещин, выпучин и т. п.

При гидравлическом испытании сосудов, работающих при тем­пературе ниже 200°С, их заполняют водой (или другой неядовитой, некоррозионной и невзрывоопасной жидкостью) и выдерживают под давлением, равным 1,5 величины рабочего давления, в течение 5 мин. Если герметичность сосуда при этом не будет нарушена, а так­же не появятся трещины и течи, то сосуд считается выдержавшим гидравлические испытания.

Сосуды, работающие при температуре более 20°С, испытываются под давлением, которое определяется по формуле:

Р=1,25Р_р* _т²⁰/ _т^t (41.4)

где Р_р — рабочее давление, Па;

_т²⁰, _т^t - допустимое напряжение по пределу текучести соответ­ственно при температуре 20°С и рабочей температуре, Па.

При освидетельствовании сосудов проверяют также наличие и исправность арматуры, контрольно-измерительных приборов и предо­хранительных устройств.

На предприятии, где эксплуатируются сосуды под давлением, должны быть разработаны инструкции по режиму работы и безопас­ному обслуживанию установок. Эти инструкции выдаются обслужи­вающему персоналу, а также вывешиваются на рабочих местах [33,67].