Безопасность работы оборудования, работающего под давлением выше атмосферного

        В промышленности и строительстве значительное количество оборудования работает, используя энергию сжатого воздуха, газа или пара. Так, большая часть продукции предприятий, изготавливающих бетонные и железобетонные конструкции и изделия, обрабатывается паром в камерах тепловлажностей обработки или в автоклавах. При работах пневматическим ручным инструментом, при разгрузке и складировании цемента используют сжатый воздух, подаваемый от стационарных или передвижных компрессоров. При производстве ремонтных и монтажных работ широко используются баллоны со сжатым газом.
   За безопасностью установок и сосудов, работающих под давлением выше 0,7·105 Па (0,7 кгс/см2), вместимостью более 25 л установлен вневедомственный надзор. Он осуществляется в соответствии с «Правилами котлонадзора». Действие этих правил распространяется: на паровые и водогрейные котлы с топкой, котлы-утилизаторы и котлы-бойлеры, на паровые котлы и воздушные резервуары паровозов широкой и узкой колеи промышленных предприятий (но не МПС Союза ССР), электростанций и строительств; на сосуды, работающие под давлением выше 0,7·105 Па; цистерны и бочки для перевозки сжиженных газов, давление которых при температуре до 50°С - превышает 0,7·105 Па; сосуды, цистерны для хранения, перевозки сжиженных газов, жидкостей и сыпучих тел без давления, но опорожняемых под давлением газа свыше 0,7·105 Па; баллоны, предназначенные для перевозки и хранения сжатых, сжиженных и растворенных газов под давлением свыше 0,7·105 Па. Кроме того, эти правила определяют требования к устройству, изготовлению, монтажу, эксплуатации и освидетельствованию трубопроводов, транспортирующих водяной пар с рабочим давлением больше 0,7·105 Па или горячую воду с температурой свыше 5°С; стационарных поршневых и ротационных компрессоров мощностью 14 кВт и выше; воздухопроводов и газопроводов, работающих на воздухе под давлением 2·105...4·107 Па.
   Несоблюдение правил устройства и безопасной эксплуатации оборудования, работающего под давлением больше атмосферного, приводит к взрыву, а следовательно, и к разрушению оборудования, зданий и случаям травматизма. Мощность, развиваемая при взрыве:

Безопасность работы оборудования, работающего под давлением выше атмосферного

   где W — работа взрыва, Дж; t — длительность взрыва, с.
   С точки зрения физики такой-быстропротекающий процесс, как взрыв, можно рассматривать как адиабатический. При адиабатическом расширении газа падают его давление и температура, а объем, занимаемый газом, увеличивается. Работа, производимая газом, содержащимся в сосуде:

Безопасность работы оборудования, работающего под давлением выше атмосферного

   где р1, р2 — давление газа до и после взрыва, Па; V1 — объем газа, м3; γ — показатель адиабаты (коэффициент Пуассона), значение которого зависит от типа газа.
   Длительность взрыва оборудования обычно порядка десятых долей секунды, поэтому и мощности, развиваемые при взрыве, достигают огромных величин.
   Основные причины аварий оборудования, работающего под давлением выше атмосферного, следующие: неправильное его изготовление; нарушение технологического режима и правил эксплуатации; неисправность приборов и арматуры; коррозия металла.
   Металл сосудов, работающих под давлением выше атмосферного, постоянно находится под действием высоких температур и давлений. Поэтому прочность металла снижается, увеличивается относительное удлинение Δl/l стенок сосудов и уменьшается поперечное сечение стенок. При действии больших напряжений с повышением температуры в металле развивается ползучесть.
   Коррозия наблюдается двух типов: общая, при которой вся поверхность металла разрушается с одинаковой скоростью, и местная, которая активно развивается в местах клепки из-за нарушения структуры металла.
   Для обеспечения нормальных безаварийных условий при эксплуатации оборудования, например котлов, они снабжаются контрольно-измерительными приборами (указатели уровня воды, манометры, приборы для измерения температуры пара, воды и уходящих газов) и устройствами безопасности. При их эксплуатации должны соблюдаться все правила безопасности.
   Указателей уровня воды на паровом котле должно быть не меньше двух — для указания верхнего и нижнего уровня воды.
   Для измерения давления пара в паровом котле устанавливают манометры различного класса точности в зависимости от рабочего давления в котле: чем выше давление, тем выше класс точности манометра. Проверку манометров и их опломбирование производят один раз в 12 мес.
   К приборам безопасности, устанавливаемым на котлоагрегатах, относятся предохранительные клапаны, взрывные клапаны и устройства, автоматически прекращающие подачу топлива к горелкам при падении уровня воды ниже допустимого, при падении давления воздуха ниже допустимого и других отклонениях от нормы. Предохранительные клапаны предохраняют котлоагрегат от разрыва Из-за повышения давления более допустимого. Они автоматически срабатывают при превышении давления над расчетным на 10%. По конструкции предохранительные клапаны различны.
   Принцип действия предохранительного пружинного клапана заключается в следующем: пружина отрегулирована на допустимое давление в сосуде и клапан находится в равновесии при условии

Безопасность работы оборудования, работающего под давлением выше атмосферного

   где S — продольное усилие сжатия пружины, Н; р — допустимое давление в сосуде, Па; d — диаметр перепускного отверстия, см.

Безопасность работы оборудования, работающего под давлением выше атмосферного
Рис. 1. Принцип действия пружинного предохранительного клапана

Безопасность работы оборудования, работающего под давлением выше атмосферного
Рис. 2. Схема системы автоматического регулирования заданного уровня воды в котле

   При давлении пара выше допустимого пружина сжимается, открывается перепускное отверстие и излишек давления сбрасывается до тех пор, ndua давление в сосуде и усилие пружины не сравняются. Предохранительный клапан при полном открытии имеет пропускную способность, которая зависит от площади свободного сечения клапана и максимального давления в сосуде, вида газа и его температуры. Пропускная способность клапана зависит от площади проходного сечения клапана и его типа, давления газа или пара и их плотности. Количество устанавливаемых предохранительных клапанов должно быть таково, чтобы их суммарная пропускная способность была не меньше производительности агрегата.
   Кроме того, агрегат снабжают еще и предохранительными клапанами, которые представляют собой мембраны из пластических или хрупких материалов (алюминий, стекло, асбестовый лист). Клапаны срабатывают при превышении рабочего давления на 25%. В случае разрыва мембран для избежания искрообразования и травмирования обслуживающего персонала осколками и ожогов сбрасываемый пар или газ отводится в отводные трубы. Каждая мембрана имеет знак с указанием разрывного давления.
   Питание котлоагрегатов водой осуществляется с помощью системы автоматического регулирования, поддерживающей постоянным заданный уровень воды.
   Прибор снабжен двумя емкостными датчиками 2. Если уровень воды подойдет к короткому датчику, то прибор через магнитный пускатель 5 отключит электродвигатель насоса 4 и поступление воды в котел прекратится. При падении уровня воды в барабане до нижней поверхности длинного датчика регулятор уровня прибор ЭСУ-2М 3 дает команду на включение насоса.
   Все котлы, зарегистрированные в органах Госгортехнадзора, периодически подвергают техническому освидетельствованию: внутренний осмотр проводят один раз в 4 года; гидравлические испытания проводят один раз в 8 лет.
   Гидравлические испытания проводят с целью проверки плотности и прочности всех элементов котла. Пробное давление при гидравлическом - испытании следующее: при рабочем давлении котла до 5·105 Па — 1,5р, но не менее 2·105 Па; более 5·105 Па — 1,25р, но не менее (р+3)-105 Па. Время выдержки пробного давления должно быть не менее 5 мин.
   Для получения сжатого воздуха, который является энергетическим, источником для приведения в действие пневматических инструментов и механизмов, служат воздушные поршневые компрессоры.
   Сжатие воздуха в цилиндре компрессора — процесс политропный, при которой все параметры сжимаемого газа могут одновременно изменяться.
   Одной из основных причин взрывов компрессора является повышение давления, которое сопровождается увеличением температуры сжатого воздуха:

Безопасность работы оборудования, работающего под давлением выше атмосферного

   где Т1 — температура воздуха до сжатия, К; p1, p2 — давление воздуха до и после сжатия, Па; m — показатель политропы.
   Большое повышение температуры сжатого воздуха может привести к воспламенению остатков масла в цилиндрах компрессора. Резкое повышение давления в цилиндрах может происходить из-за технических неисправностей в работе компрессора. Причиной взрыва и разрушения компрессорной установки может стать неисправность фильтра на всасывающем патрубке и попадание в связи с этим в цилиндр пыли и образование взрывоопасных пылевоздушных смесей. Недостатки смазки компрессора также приводят к взрывам и пожарам. Вследствие движения воздуха по трубопроводам компрессорной установки на элементах его конструкции накапливаются заряды статического электричества, что также может привести к взрыву паров масла и газовоздушных смесей.

Безопасность работы оборудования, работающего под давлением выше атмосферного
Рис. 3. Схема установки приборов контроля и безопасности на компрессоре:
1 — предохранительный клапан воздухосборника; 2 — манометр; 3 — предохранительный клапан; 4 — термометр; 5 — холодильник; 6 — фильтр; 7 — двигатель; 8 — заземлитель

   Наиболее опасным фактором при работе компрессоров является повышенная температура. Для получения больших давлений компрессоры делают многоступенчатыми. Температура воздуха, выходящего из последней ступени, не должна превышать 140°С, а для одноступенчатых компрессоров 160°С.
   Для уменьшения температуры сжатого воздуха применяют жидкостное или воздушное охлаждение.
   Для контроля за температурой сжатого воздуха на каждой ступени имеются термометры 4 или термопары. Кроме того, компрессорные установки должны быть снабжены тепловыми реле для автоматического отключения компрессора при повышении температуры сжатого воздуха сверх допустимых норм или при прекращении охлаждения.
   Для предотвращения аварий, связанных с повышением давления, все компрессоры снабжаются манометрами 2, устанавливаемыми на каждой ступени сжатия и предохранительными клапанами 1 и 3. Предохранительные клапаны устанавливают на каждой ступени сжатия компрессора на линии нагнетания в месте наименьшей пульсации давления. Для возможности проверки исправности пружинного предохранительного клапана его конструкция должна иметь устройство для принудительного открывания.
   Для предотвращения образования взрывоопасных смесей в результате запыленности воздуха на воздухо-приемной трубе ставят фильтры 6. Чтобы избежать взрыва от образовавшегося нагара, трубопроводы компрессора ежегодно промывают содовым раствором. Смазку компрессора производят специальными маслами, важной характеристикой которых является величина температуры вспышки.
   Основными причинами аварий сосудов, содержащих сжатые, сжиженные и растворенные газы, являются: недостаточная прочность сосудов — микротрещины, коррозия и др.; превышение расчетного давления в сосудах; заполнение сосудов сжиженным газом сверх нормы; удары сосудов; нагревание сосудов; неисправность предохранительных устройств на сосудах; нерегулярное освидетельствование и браковка сосудов; наполнение баллонов газами, для которых они не предназначены.
   Баллоны для сжатых, сжиженных и растворенных газов изготовляют сварными или бесшовными. Сварные баллоны применяют для газов, находящихся под давлением до 4·103 Па, а при рабочих давлениях сосудов выше указанного применяют только бесшовные (цельнотянутые баллоны). В процессе эксплуатации баллоны подвергают периодическому освидетельствованию, которое заключается в осмотре наружной и (если возможно) внутренней поверхности, Проверке массы, вместимости и гидравлических испытаниях.
   Гидравлические испытания производят пробным давлением р, значение которого зависит от рабочего давления сосуда. Под пробным давлением сосуд находится 5 мин.
   Исключение из общих правил освидетельствования составляют баллоны с ацетиленом. Вследствие особой взрывоопасное ацетилена его хранят в растворенном виде в баллонах, заполненных пористой массой, пропитанной ацетоном. При периодических испытаниях пористая масса не удаляется. Вместо гидравлических испытаний проводят испытания сжатым азотом под давлением 35·105 Па. Сосуд при этом погружают в воду на глубину не менее 1 м. Производят такое освидетельствование ацетиленовых баллонов на заводе-наполнителе один раз в 5 лет.
   Баллоны, предназначенные для наполнения газами, вызывающими коррозию, такими, как хлор, сероводород, зернистый ангидрид, хлористый водород, освидетельствуют один раз в 2 года. Баллоны с некоррозийной среде й, постоянно находящиеся под давлением свыше 0,7·105 Па, освидетельствуют один раз в 10 лет.

Таблица 1. Цвета окраски баллонов
Наименова-
ние
Цвет окраски Надпись Цвет надписи Цвет полосы
Азот
Аммиак
Аргон технический
Ацетилен Путан Водород Ноздух
Кислород
Углекислота
Хлор
Другие горючие газы
Другие негорючие газы
Черный
Желтый
Черный

Белый Красный Темно-зеленый Черный
Голубой Черный Защитный Красный

Черный

Азот
Аммиак
Аргон технический
Ацетилен Бутан
Водород Сжатый воздух
Кислород Углекислота
Наименование газа
То же

Желтый
Черный Синий

Красный Белый Красный Белый

Черный
Желтый
Белый

Желтый

Коричневый
-
Синий
-
-
-
-
-
-
-
-
Зеленый
-
-


   Кроме гидравлических испытаний при освидетельствовании проверяют массу баллона и его вместимость. При потере в массе баллона до 10% или увеличении его вместимости до 2% баллон переводят на давление ниже первоначального на 15%. При потере в массе до 15% или увеличении вместимости до 2,5% баллон переводят на давление ниже на 50%. При потере в массе до 20% и увеличении вместимости до 3% баллоны допускают к работе при давлении не больше 6·105 Па. При потере в массе больше 20% и увеличении вместимости больше чем на 3% баллоны бракуют и к дальнейшей работе не допускают. На корпусе забракованного баллона просверливают отверстия или на резьбе в горловине наносят насечки.
   Во избежание использования газов не по назначению предусмотрены различные цвета окраски баллонов, надписи на них и полосы. В таблице указаны цвета окраски наиболее часто применяемых баллонов.
   Баллоны с газами хранят в вертикальном положении, в проветриваемом помещении или под навесами, защищающими их от действия прямых солнечных лучей и осадков. Запрещается хранить баллоны ближе 1 м от радиаторов отопления и ближе 5 м от открытого огня. Транспортировать баллоны следует на специальных носилках или тележках. При необходимости ручной переноски ее должны осуществлять два человека. Кислородные баллоны необходимо предохранять от загрязнения каким-либо маслом или жиром, так как смесь Масла с чистым кислородом огнеопасна. В связи с этим вся арматура кислородных баллонов монтируется без применения смазки. Боковые штуцера баллонов с кислородом и другими негорючими газами имеют правую резьбу, а боковые штуцера баллонов с водородом и другими горючими газами — левую.
   Особенно тщательный уход необходим за содержанием ацетиленовых баллонов. Их следует предохранять от ударов. При сотрясении ацетиленового баллона пористая масса, которой наполнен баллон, оседает, и в нем образуются полости, где давление ацетилена может достигать 6·105 Па (при нормальном давлении ацетилен растворяется в ацетоне в соотношении 23:1).
   Основным устройством, обеспечивающим безопасность пользования баллонами со сжатыми газами, являются редукторы. Редуктор понижает давление сжатого газа до рабочего. По принципу действия их делят на редукторы прямого действия, когда газ, действуя на клапан редуктора, стремится открыть его, и обратного действия, когда газ, действуя на клапан, стремится закрыть его. По числу камер редукторы бывают одно- и двухкамерные. Двухкамерные редукторы обеспечивают большее постоянство рабочего давления, чем однокамерные. Их применяют при больших расходах газа.
   Подсоединение баллонов с газом к потребителям этого газа осуществляется посредством шланга. Шланги изготовляют из вулканизированной резины с льняной прокладкой и применяют их для ацетилена при давлении до 3·106 Па, а для кислорода при давлении до 106 Па. При более высоких давлениях следует применять шланги с сетчатой оплеткой.
Предыдущая





Полезная информация: