Безопасность эксплуатации сосудов, работающих под давлением, и компрессорных установок

Сосуд, работающий под давлением, представляет собой герме­тически закрытую емкость, предназначенную для ведения хими­ческих или тепловых процессов, а также для хранения и перевозки сжатых, сжиженных и растворенных газов и жидкостей под давле­нием. Границей сосуда являются входные и выходные штуцера.

Герметичность — это непроницаемость жидкостями и газами стенок и соединений, ограничивающих внутренние объемы устройств и установок.

В ряде случаев нарушение герметичности не только нежела­тельно с технической точки зрения, но и опасно для обслуживаю­щего персонала и производства в целом. Анализ показывает, что нарушение герметизации происходит в результате действия ряда факторов, которые можно условно разделить на две группы — экс­плуатационные и технологические.

Эксплуатационные факторы обусловлены физико-химическими свойствами рабочего тела, параметрами его состояния, условиями эксплуатации и т. д. К ним, например, относят: протекание побоч­ных процессов в устройствах и установках, приводящих к ослабле­нию прочности конструкции; образование взрывчатых смесей; неправильную эксплуатацию и др.

Технологические факторы связаны с дефектами при изготовле­нии, монтаже, транспортировании и хранении устройств.

Во-первых, нарушение герметичности может быть связано с взры­вом. Здесь следует различать две причины. С одной стороны, взрыв может привести к нарушению герметичности, например, воспламе­нение взрывчатой смеси внутри установки. С другой, нарушение гер­метичности может стать причиной взрыва, например: при разгерме­тизации ацетиленового трубопровода (вблизи участков нарушения герметичности) образуется ацетиленовоздушная смесь, которая мо­жет воспламениться от самого слабого источника возгорания. Незамеченное длительное горение приводит к такому сильному разогре­ву трубопровода, что ацетилен в нем самовоспламеняется.

Во-вторых, при разгерметизации создаются опасные и вредные производственные факторы, зависяии1с от физико-химических свойств рабочей среды, то есть возникает опасность:

— получения ожогов под воздействием высоких или, наоборот, низких температур (термические ожоги), из-за агрессивности сре­ды (химические ожоги);

— травматизма, связанного с высоким давлением газа в сис­теме, например, нарушение герметичности баллона с газом при дав­лении 20 МПа (200 кгс/см²) с образованием отверстия диаметром 15 мм приведет к появлению начальной реактивной тяги около 3,5 кН; при массе бaллонa 70 кг он может приобрести ускорение 5g и переместиться на некоторое расстояние;

— радиационная, например, при использовании в установках в качестве теплоносителя жидких радиоактивных металлов, облада­ющих высоким уровнем ионизирующего излучения;

— отравления инертными и токсичными газами, и др.

Госгоргехнадзором России утверждены Правила устройства и бе­зопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением (от 18.04.95, № 20; Изменения и дополнения в Правила устройства ут­верждены Госгортехнадзором 02.09.97, № 25). В Правилах определе­ны требования к устройству, изготовлению, монтажу, ремонту и эксп­луатации указанных устройств. Эти требования распространяются:

— на сосуды, работающие под давлением свыше 0,07 МПа (без учета гидростатического давления);

— цистерны и бочки для перевозки сжиженных газов, давление Паров которых при температуре до +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.

Сосуды, входящие в указанный перечень, подлежат регистра­ции и контролю Госгортехнадзора России.

Правилами установлены специальные требования к конструкции и материалам сосудов, к их изготовлению, монтажу, установке, реги­страции, техническому освидетельствованию, содержанию и обслу­живанию. Они должны быть надежны, безопасны при эксплуатации, а также удобны для осмотра, очистки, промывки и ремонта.

При нарушении требований к конструкции, монтажу и установке сосудов, работающих под давлением, или действующих правил эксп­луатации, возможен взрыв. Мощность при разрыве сосуда вмести­мостью 1 м³, находящегося под давлением 1 МПа, составляет 10 МВт. Поэтому проектирование, изготовление и эксплуатация сосудов, ра­ботающих под давлением, и котельных установок регламентируется Правилами устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работа­ющих под давлением. Правилами устройства и безопасной эксплуа­тации паровых и водогрейных котлов, утвержденными 28.05.93.

Из множества герметичных устройств и установок можно вы­делить наиболее широко применяемые в промышленности.

Трубопроводы. Жидкости и газы, транспортируемые по тру­бопроводам, разбиты на следующие десять укрупненных групп (ГОСТ 14202—69), в соответствии с которыми установлена опоз­навательная окраска трубопроводов:

1. Вода ............................................................................. Зеленый

2. Пар................................................................................. Красный

3. Воздух .......................................................................... Синий

4. 5. Газы горючие и негорючие......................................Желтый

6. Кислоты ........................................................................Оранжевый

7. Щелочи ........................................................................ Фиолетовый

8. 9. Жидкости горючие и негорючие.............................Коричневый

10. 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 и 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 при нанесении 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 жидкости, и др.), которые располагаются на наиболее ответственных местах ком­муникаций.

Баллоны для хранения и перевозки сжатых, сжиженных и растворенных газов при температуре 223—333 К. Баллоны (ГОСТ 949—73 *) изготавливают малой вместимости 0,4— 12 л, сред­ней — 20—50 л и большой — 80—500 л. Баллоны малой и средней вместимости изготавливают на рабочее давление 10, 15 и 20 МПа из углеродистой стали и на рабочее давление 15 и 20 МПа из легиро­ванной стали.

Для того, чтобы легко и быстро распознавать баллоны, пред­назначенные для определенных газов, предупреждать их ошибоч­ное наполнение и предохранять наружную поверхность от коррозии, на заводах-изготовителях баллоны окрашивают в установленный стандартом цвет, наносят соответствующие надписи и отличитель­ные полосы (табл.12). Кроме того, у горловины каждого баллона на сферической части должны быть отчетливо выбиты следующие данные: товарный знак предприятия-изготовителя, дата (месяц, год) изготовления (испытания) и год следующего испытания в соответ­ствии с правилами Госгортехнадзора России (например, при изго­товлении баллонов в марте 1990 г. и последующем их испытании в марте 1995 г. ставят клеймо 3—90—95); вид термообработки (N — нормализация, V — закалка с отпуском); рабочее и пробное гидравлическое давление (МПа); вместимость баллона (л); массу баллона (кг); клеймо ОТК; обозначение действующего стандарта.

Баллоны для сжатых газов, принимаемые заводами-наполните­лями от потребителей, должны иметь остаточное давление не ме­нее 0,05 МПа, а баллоны для растворенного ацетилена — не менее 0,05 и не более 0,1 МПа. Остаточное давление позволяет опреде­лить, какой газ находится в баллонах, проверить герметичность баллона и его арматуры и исключить возможность наполнения бал­лона другим газом иди жидкостью. Кроме того, остаточное давле­ние в баллонах для ацетилена препятствует уносу ацетона-раство­рителя ацетилена (при меньшем давлении унос ацетона увеличива­ется, а уменьшенное количества ацетона в баллоне повышает взрывоопасность ацетилена).

Таблица 12