Онлайн учебник по охране труда
Глава 11. Безопасность эксплуатации сосудов и аппаратов, работающих под давлением > 11.1. Общие положения

Общие положения

Сосуд — это герметически закрытая емкость, предназначенная для проведения химических, тепловых и других технологических процессов, а также хранения и транспортировки газообразных и жидких веществ. Сосуд ограничен входными и выходными штуцерами.

Основная опасность сосудов работающих под давлением заключается в возможном внезапном разрушении, что сопровождается взрывом, при котором потенциальная энергия сжатой среды в короткий промежуток времени за счет ее адиабатического расширения переходит в кинетическую энергию разлетающихся осколков разрушенного оборудования. Производимая при адиабатическом расширении сжатой среды работа (в Дж) может быть определена по формуле


где p1p2 - абсолютное давление соответственно в сосуде и в окружающей среде, МПа; 

      V - начальный объем газа, м3

      k=cp/cv - показатель адиабаты, для воздуха k=1.41 (здесь сp - удельная теплоемкость газа при постоянном давлении, Дж/(кг×К); сv - то же, при постоянном объеме, Дж/(кг×К)).

Мощность взрыва в МВт



где t - время действия взрыва, с.

Например, при вместимости сосуда 1 м3, находящегося под давлением газа 1 МПа, мощность взрыва составляет более 13 МВт, а водяного пара - около 200 МВт. Взрыв такой мощности сопровождается не только разрушением зданий, но и травматизмом с тяжелым и смертельным исходом.

Основными причинами возникновения аварий и взрывов сосудов, работающих под давлением являются:

  • несоответствие конструкции сосуда максимально допустимому давлению и температуре;
  • превышение давления сверх предельного;
  • потеря механической прочности (при наличии внутренних дефектов металла, коррозии);
  • несоблюдение установленного режима работы, недостаточная квалификация обслуживающего персонала и отсутствие технического надзора.

Требования для безопасной эксплуатации таких аппаратов и сосудов изложены в Правилах устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением, утвержденных постановлением МЧС Республики Беларусь 27.12.2005 № 56 (далее - Правила по сосудам).В Правилах по сосудам установлены требования к их проектированию, устройству, изготовлению, реконструкции, наладке, монтажу, ремонту, техническому диагностированию и эксплуатации, которые распространяются:

  • на  сосуды, работающие под давлением  воды  с  температурой выше 1150С 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 транспортировки и хранения сжатых, сжиженных и растворенных газов под давлением свыше 0,07 МПа;
  • сосуды для транспортировки и хранения сжатых и сжиженных газов, давление паров которых при температуре до 500С превышает 0,07 МПа;
  • цистерны и сосуды для транспортировки или хранения сжатых и сжиженных  газов,  жидкостей  и  сыпучих  тел,  в которых давление свыше 0,07 МПа создается для их опорожнения;
  • барокамеры.

В соответствии с требованиями Правил по сосудам владелец обязан обеспечить содержание сосудов в исправном состоянии и безопасные условия их работы.

В этих целях необходимо:

  • назначить приказом из числа специалистов, имеющих высшее или среднее техническое образование, прошедших проверку знаний Правил по сосудам, ответственных по надзору за техническим состоянием и эксплуатацией сосудов и ответственных за исправное состояние и безопасную эксплуатацию сосудов. Повторную проверку знаний указанные специалисты должны проходить один раз в 3 года и не реже одного раза в 5 лет —  повышать свою квалификацию;
  • назначить необходимое количество лиц обслуживающего персонала, обученного и имеющего удостоверения на право обслуживания сосудов, а также установить такой порядок, чтобы персонал, на который возложены обязанности по обслуживанию сосудов, вел тщательное наблюдение за порученным ему оборудованием путем его осмотра, проверки действия арматуры, контрольно-измерительных приборов, предохранительных и блокировочных устройств и поддержания сосудов в исправном состоянии. Результаты осмотра и проверки должны записываться в сменный журнал;
  • обеспечить проведение технических освидетельствований и диагностирования сосудов в установленные сроки;
  • обеспечить порядок и периодичность проверки знаний руководителями и специалистами Правил по сосудам;
  • организовать периодическую проверку знаний персоналом инструкций по режиму работы, безопасному обслуживанию сосудов, а также вопросам охраны труда;
  • обеспечить специалистов Правилами по сосудам и руководящими указаниями по безопасной эксплуатации сосудов, а персонал — инструкциями.

Ответственный по надзору за техническим состоянием и безопасной эксплуатацией сосудов должен осуществлять свою работу по плану, утвержденному руководителем организации. При выявлении неисправностей, а также нарушений Правил по сосудам и инструкций в процессе эксплуатации сосудов, ответственный по надзору за техническим состоянием и эксплуатацией сосудов должен принять меры по устранению этих неисправностей или нарушений, а в случае необходимости принять меры по выводу сосуда из работы. Ответственность за исправное состояние и безопасную эксплуатацию сосудов в организации (цеха, участка) возлагается приказом на работника, которому подчинен персонал, обслуживающий сосуды. Номер и дата приказа о назначении ответственного лица должны быть записаны в паспорте сосуда.

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.

Арматура должна иметь следующую маркировку:

  • наименование или товарный знак изготовителя;
  • условный проход;
  • условное давление, МПа (допускается указывать рабочее давление и допустимую температуру);
  • направление потока среды;
  • марку материала корпуса.

На маховике запорной арматуры должно быть указано направление его вращения при открывании или закрывании арматуры. Арматура с условным проходом более 20 мм, изготовленная из легированной стали или цветных металлов, должна иметь паспорт установленной формы, в котором должны быть указаны данные по химсоставу, механическим свойствам, режимам термообработки и результатам контроля качества изготовления неразрушающими методами.

Каждый сосуд и самостоятельные полости с разными давлениями должны быть снабжены манометрами прямого действия. Манометр устанавливается на штуцере сосуда или трубопроводе между сосудом и запорной арматурой. Манометры должны иметь класс точности не ниже 2,5— при рабочем давлении сосуда до 2,5 МПа, 1,5— при рабочем давлении сосуда свыше 2,5 МПа. Манометр должен выбираться с такой шкалой, чтобы предел измерения рабочего давления находился во второй трети шкалы. На шкале манометра владельцем сосуда должна быть нанесена красная черта, указывающая рабочее давление в сосуде. Манометр должен быть установлен так, чтобы его показания были отчетливо видны обслуживающему персоналу. Номинальный диаметр корпуса манометров, устанавливаемых на высоте до 2 м от уровня площадки наблюдения за ним, должен быть не менее 100 мм, на высоте от 2 до 3 — не менее 160 мм. Установка  манометров  на  высоте  более 3 м от уровня площадки не разрешается.

Между манометром и сосудом должен быть установлен трехходовый кран или заменяющее устройство, позволяющее проводить периодическую проверку манометра с помощью контрольного.

Проверка манометров с их опломбированием и клеймением должна производиться не реже одного раза в 12 месяцев. Кроме того, не реже одного раза в 6 месяцев владельцем сосуда должна производиться дополнительная проверка рабочих манометров контрольными.

Каждый сосуд должен быть снабжен предохранительными устройствами от повышения давления выше допустимого значения.

В качестве предохранительных устройств применяются:

  • пружинные предохранительные клапаны;
  • рычажно-грузовые предохранительные клапаны;
  • импульсные предохранительные устройства, состоящие из главного предохранительного клапана и управляющего импульсного клапана прямого действия;
  • предохранительные устройства с разрушающимися мембранами (предохранительные мембраны);
  • другие устройства, применение которых согласовано с Госпромнадзором РБ.

Основной характеристикой предохранительных клапанов является их пропускная способность – количество рабочей среды в массовых G, кг/ч, или объемных Q, м3/ч, единицах, сбрасываемое через клапан при установленных значениях давления на входе и выходе (противодавление), конкретных значениях температуры рабочей среды на входе в клапан и определенном ходе золотника.

Пропускную способность  предохранительных клапанов и их количество следует выбирать так, чтобы в защищаемой системе не создавалось давление, превышающее избыточное рабочее давление более чем на 0,05 МПа при избыточном рабочем давлении в системе до 0,3 МПа включительно; на 15% - при избыточном рабочем давлении до 6МПа включительно и на 10% - при избыточном рабочем давлении свыше 10 МПа. Для газов и паров она рассчитывается по формуле

G = 216 Ра Ö М/Т,

где Р – давление под клапаном, Па (максимальное давление под клапаном должно быть не более 1,1 расчетного);

      а – площадь сечения клапана, см2;

      М – молекулярная масса газов или паров (для воздуха М = 29 кг/кмоль, для водяного пара – 18 кг/кмоль);

      Т – абсолютное значение температуры пара или воды в котле, К.

Количество предохранительных клапанов рассчитывают по формуле

n = kGk / pdh,

где к – коэффициент, для малоподъмных клапанов равный 0,0075, для полноподъемных – 0,015; 

      Gk- производительность котла по пару при максимальной нагрузке, кг/ч;

      p – абсолютное давление пара в котле, Па; 

      d – внутренний диаметр тарелки клапана, см; 

      h – высота подъема клапана, см.

Значение отношения высоты подъема клапана к внутреннему диаметру тарелки определяет его тип:

Н = h/d

При Н £ 0,05 клапан считают малоподъемным, при  0,05 £ Н £ 0,25 - полноподъемным.                           

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

Достоинством предохранительных мембран является предельная простота их конструкции, что характеризует их как самые надежные из всех существующих средств взрывозащиты. Кроме того, мембраны практически не имеют ограничений по пропускной способности. Существенным недостатком предохранительных мембран является то, что после срабатывания защищаемое оборудование остается открытым, это, как правило, приводит к остановке технологического процесса и к выбросу в атмосферу всего содержимого аппарата. При разгерметизации технологического оборудования нельзя исключить возможность вторичных взрывов, которые обусловлены подсосом атмосферного воздуха внутрь аппарата через открытое отверстие мембраны.

Разрывные мембраны изготавливают из тонколистовых материалов с учетом свойств и температуры рабочих сред (алюминий, медь, никель, титан и его сплавы, свинец, различная сталь).

Толщину мембраны S ориентировочно можно определить по формуле

S = Рразр х Dу/(Кр х sпч),

где Рразр  - разрушающее давление, Па;  

      Dу – условный проход мембраны, мм;

      Кр – коэффициент, принимаемый в пределах от 3,3 до 4,2;  

      sпч – предел прочности тонколистового материала МПа.

      Рразр можно определить из выражения

К = Рразр / Рраб,

где К принимается в пределах от 1,2 до 1,3;

      Рраб – рабочее давление  в аппарате.

Предохранительные мембраны должны быть маркированы, где указывается наименование или товарный знак изготовителя, номер партии мембран, тип, условный и рабочий диаметры, материал, минимальное и максимальное давление срабатывания при заданной температуре и при 200С.

Использование на технологическом оборудовании взрывных клапанов дает возможность устранить эти негативные последствия, так как после срабатывания и сброса отверстие вновь закрывается и таким образом не вызывает необходимости немедленной остановки оборудования и проведения восстановительных работ. К недостаткам взрывных клапанов следует отнести их большую инерционность по сравнению с мембранами, сложность конструкции, а также недостаточную герметичность, ограничивающую область их применения (они могут использоваться для взрывозащиты оборудования, работающего при нормальном давлении).

Наиболее распространенным средством защиты технологического оборудования от взрыва являются предохранительные клапаны. Однако и они имеют ряд существенных недостатков, в основном определяющихся большой инерционностью подвижных деталей клапанов.

Порядок и сроки проверки исправности действия предохранительных устройств в зависимости от условий технологического процесса должны быть указаны в инструкции по эксплуатации предохранительных устройств.

 

Добавить комментарий