Прочность и герметичность систем, содержащих газы и жидкости под давлением. Принципы предотвращения взрывов. Контроль эксплуатационных параметров.

Сосуды, работающие под давлением – это герметически закрытые емкости, предназначенные для ведения химических и тепловых процессов, а также для хранения и перевозки сжатых, сжиженных и растворенных газов и жидкостей под давлением.

Основная опасность при работе таких сосудов заключается в возможности их разрушения при физическом взрыве среды. Наиболее частыми причинами аварий и взрывов сосудов, работающих под давлением, являются: несоответствие конструкции максимально допустимому давлению и температурному режиму, повышение давления сверх предельного, потеря механической прочности аппарата (коррозия,

внутренние дефекты металла, местные перегревы), несоблюдение установленного режима, отсутствие необходимого технического надзора.

Нормативным документом, регламентирующим нормальные условия работы таких аппаратов, являются «Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением». Данные правила распространяются на:

• сосуды, работающие под давлением свыше 0,7 ати;

• цистерны и бочки для перевозки сжиженных газов, давление паров которых при температуре до 50 °С превышает 0,7 ат;

• сосуды и цистерны для хранения и перевозки сжиженных газов, жидкостей и сыпучих тел без давления, но опорожняемые под давлением газа свыше 0,7 ат;

• баллоны, предназначенные для перевозки и хранения сжатых, сжиженных и растворенных газов с рабочим давлением свыше 0,7 ат.

Правила не распространяются на приборы парового и водяного отопления; сосуды емкостью не свыше 25 л, для которых произведение емкости в литрах на рабочее давление в ат не превышает 200;

части машин, не представляющие собой самостоятельных сосудов (цилиндры двигателей компрессоров и т.д.). Правила устанавливают специальные требования к конструкции и материалам сосудов, к их изготовлению, монтажу, установке, регистрации, техническому освидетельствованию, содержанию и обслуживанию.

4.1 Требования к конструкции, изготовлению

и эксплуатации сосудов

Конструкция должна быть надежной, обеспечивать безопасность при эксплуатации и предусматривать возможность осмотра, очистки, промывки и ремонта. Для этого сосуды снабжают лазами (D ≥ 800 мм) или люками (D ≤ 800 мм). Внутренние устройства в сосудах (мешалки, змеевики, тарелки) выполняют, как правило, съемными. Изготавливаются такие сосуды только на специализированных предприятиях. На каждый сосуд составляется паспорт и инструкция, которые передаются заказчику. На сосуд

крепится металлическая пластинка с указанием наименования завода-изготовителя, заводской номер сосуда, год изготовления, рабочее давление, пробное давление, допустимая температура стенок сосуда.

Установка сосудов и аппаратов должна обеспечивать их устойчивость, доступ ко всем частям и

элементам, а также возможность их осмотра, ремонта и очистки как с внутренней, так и с наружной

стороны. Для удобства обслуживания сосуды оборудуют площадками и лестницами, причем эти устройства не должны нарушать прочность и устойчивость сосудов.

Сосуды снабжаются: приборами для измерения давления и температуры среды (манометры, термометры и пирометры); предохранительными устройствами (клапаны и мембраны); запорной арматурой,

устанавливаемой на трубопроводах; обратными клапанами, автоматически закрывающимися под давлением из сосуда, указателями уровня жидкости и др. Основное условие безопасности – точное соблюдение установленных норм технологического режима, особенно давления и температуры. При эксплуатации сосудов необходимо следить за исправностью предохранительных клапанов, манометров и крепежных деталей крышек и люков; за состоянием сварных швов, болтовых и заклепочных соединений; уровнем жидкости и т.д.

4.2 Регистрация и техническое освидетельствование сосудов

Все сосуды, работающие под давлением, регистрируются в органах Госгортехнадзора и периодически подвергаются техническому освидетельствованию (внутреннему осмотру и гидравлическому испытанию) – до пуска, во время работы, после каждого ремонта. Внутренний осмотр проводится не реже одного раза в четыре года; гидравлическое испытание с предварительным внутренним осмотром – не реже одного раза в восемь лет. Гидравлическое испытание проводится пробным давлением, превышающим рабочее в 1,5…2 раза, в течение 10…60 мин. Давление повышают до пробного и снижают до

рабочего постепенно. Сосуд считается выдержавшим испытание, если не обнаружено признаков разрыва, течи, остаточных деформаций и др. При невозможности проведения гидравлического испытания проводится пневматическое испытание после тщательного внутреннего осмотра и проверки прочности сосуда расчетом. Сосуды, работающие под давлением горючих, взрывоопасных и токсичных газов или жидкостей, должны подвергаться пневматическому испытанию на герметичность.

4.3 Баллоны для сжатых, сжиженных и растворенных газов

Баллоны – закрытые металлические сосуды небольшой емкости, предназначенные для транспортировки и хранения сжатых (кислорода, водорода, азота, воздуха), сжиженных (хлора, аммиака, сероводорода, двуокиси углерода) и растворенных (ацетилена) газов. Стандартные баллоны, изготовляемые из стальных бесшовных труб, состоят из цилиндрического корпуса с выпуклым сферическим днищем и

горловины с нарезкой, в которую ввинчивается запорный вентиль с боковым штуцером для отбора газа. На сферической части баллона около горловины выбиваются паспортные данные. При эксплуатации баллонов основное внимание уделяется исключению причин, приводящих к физическому или химическому взрыву газов, находящихся в баллоне. Физический взрыв газов возможен при повреждении корпуса баллона в случае его падения или удара, особенно при минусовых температурах, когда ударная

вязкость стали понижается, и она становится хрупкой; при переполнении сжатыми и особенно сжиженными газами, что приводит к повышению давления выше допустимого значения. Поэтому количество заполняющих баллоны газов строго регламентируется по массе и давлению. Повышение температуры газа в баллоне приводит к резкому повышению давления и разрыву сосуда, поэтому устанавливают

баллоны не ближе 1 м от отопительных приборов, и не ближе 5 м от открытого огня. Чтобы избежать попадания в баллоны из-под кислорода горючих газов, все баллоны маркируют соответствующей окраской и надписями. Боковые штуцеры вентилей для баллонов, заполняемых горючими газами, изготовляют с левой резьбой, а для баллонов, заполняемых кислородом и негорючими газами, – с правой резьбой. Баллоны, содержащие кислород, необходимо предохранять от контакта с маслами, способными быстро загораться от соприкосновения с кислородом. Специальные требования предъявляют к ацетиленовым баллонам, так как ацетилен может разлагаться со взрывом, особенно при повышенных давлениях и температурах и в присутствии инициаторов разложения (влага, механические примеси). Поэтому ацетиленовые баллоны заполняют специальной пористой массой и ацетоном, в котором ацетилен растворяется.

Хранят баллоны в специальных помещениях или на открытом воздухе с защитой от воздействия осадков и солнечных лучей. Кислородные баллоны и баллоны с горючими газами размещают в разных отсеках, разделенных глухими стенами. Склады должны быть одноэтажными, без чердачных помещений и иметь покрытия легкого типа. Транспортирование осуществляется с соблюдением специальных

правил.