книги из ГПНТБ / Брейман, М. И. Инженерные решения по технике безопасности в пожаро- и взрывоопасных производствах

√ - *4 C L. IH •

УДК (614.838.+614.841.34):66

Б 87

Μ.И. Брейман

Б87 Инженерные решения по технике безопасности в пожаро­ ві взрывоопасных производствах. Μ., «Химия», 1973.

344 с., 102 рис., список литературы 62 ссылки.

На основе большого фактического материала, собранного автором в процессе освоения и эксплуатации нефтехимических предприятий, в книге приводится анализ основных направле­ ний работы по предотвращению опасностей, могущих возник­ нуть в пожаро- и взрывоопасных производствах. Исходя из этого анализа даются рекомендации и направления для выбо­ ра оптимальных инженерных решений, обеспечивающих умень­ шение газовыделений, защиту аппаратуры от опасного повы­ шения давления, увеличение степени безопасности при хране­ нии, транспортировании и применении сжиженных углеводород­ ных газов и легковоспламеняющихся жидкостей. Рассматри­ ваются мероприятия по эксплуатации факельных систем и без­ опасности работы с алюминийалкилами.

Помимо материалов, взятых из практики отечественной промышленности, автор использует также зарубежные мате­ риалы.

В книге приводятся справочные данные, редко встречаю­ щиеся в литературе и полезные для развития положений, вы­ двигаемых автором.

© Издательство «Химия», 1974

РАЗДЕЛ ɪ

ИСТОЧНИКИ ЗАГАЗОВАННОСТИ И ИХ УСТРАНЕНИЕ

Безопасность эксплуатации современных химических, нефтехи­ мических и нефтеперерабатывающих предприятий, а также обес­

печение нормальных условий труда в значительной степени зависят

от того, как предотвращаются выделения пожаро- и взрывоопас­ ных, а также токсичных продуктов производства в атмос­ феру и производственные помещения. На этих предприятиях по­

лучаются и применяются в больших количествах легковоспламе­

няющиеся жидкости с низкой температурой вспышки и взрыво­ опасные газы в сжиженном и газообразном состоянии. В паро- и газообразном состоянии такие вещества образуют взрывоопасные

смеси с воздухом при низких концентрациях. Эти смеси взрыва­

ются при импульсах небольшой интенсивности, создавая при этом большое давление на стенки аппаратов/ емкостей и на строитель­ ные конструкции зданий. Например, применяющиеся в промыш­

ленности синтетического этилового спирта и синтетического каучу­

ка сжиженные газы (бутан, бутилен, пропан, пропилен, дивинил,

хлористый метил, этилен) ацетилен, метан водород и др. образу­ ют взрывоопасные смеси с воздухом уже при содержании их в ко­

личестве 0,75—5,0 объемн.%'. Минимальная энергия (в мДж), не­

обходимая для воспламенения паро- и газовоздушных смесей, со­

ставляет для бутана, пропана, бутилена 0,24, метана 0,28, ацетиле­

на и водорода 0,011. Давление взрыва этилена, ацетилена и во­

дорода при нормальных исходных давлениях этих веществ состав­

ляет соответственно 8,86; 10,3 и 7,39 кгс/см2; бутана и пентана со­

ответственно 8,6 и 8,65 кгс/см2; метана — 7,2 кгс/см2.

При производстве некоторых продуктов на этих предприятиях применяются вещества с пирофорными свойствами (алюминийал-

килы, металлический натрий, калий, литий и др.), перекисные со­ единения.

Санитарно-гигиеническая характеристика указанных промыш­

ленных предприятий в числе других факторов определяется при­

менением ,или получением в них токсичных веществ преимущест­

венно наркотического действия иногда с более или менее выра­

женным раздражающим действием. В некоторых производствах в больших количествах применяются сильнодействующие ядовитые

вещества (нитрил акриловой кислоты, сероводород, хлористый ме­

тил и др.) и вещества резкораздражающего и кожного действия

(диметилдихлорсилан, алкилхлорсиланы и др.). При нарушениях

3

технологического режима и при авариях возникает опасность газо-

выделений, вызывающих отравления, химические ожоги и обмора­ живания. і

Высокие параметры ведения технологических процессов (дав­ ление, вакуум, температура), огромные единичные мощности аг­

регатов, большое многообразие технологического и насосно-ком­

прессорного оборудования в значительной мере осложняют зада­ чу исключения утечек продуктов производства в атмосферу и

производственные помещения.

Инженерный анализ причин загазованности должен способ­

ствовать их устранению или уменьшению и созданию безопасных и здоровых условий труда на производстве.

ГЛАВА 1

НАДЕЖНОСТЬ ОБОРУДОВАНИЯ

Аппараты и коммуникации в химической, нефтехимической и

нефтеперерабатывающей промышленности эксплуатируются под воздействием активных сред в широком диапазоне температур и

давлений. Безопасность эксплуатации такого оборудования опре­ деляется главным образом его способностью противостоять этим

жестким условиям.

В последние годы уделяется большое внимание вопросам тео­ рии и практики повышения надежности оборудования и коммуни­ каций.

Требования достижения высокой надежности нередко вступа­ ют в противоречие с другими существенными характеристиками оборудования, такими, например, как технологичность изготов­

ления, транспортабельность, сокращение металлоемкости, умень­

шение стоимости и т. п. В этих условиях наиболее важным явля­ ется:

дальнейшее повышение качества металла, применяемого для изготовления оборудования;

определение объективных характеристик работоспособности ме­ талла аппаратов в эксплуатационных условиях;

разработка технологии изготовления аппаратов с повышенны­ ми показателями качества;

уменьшение последствий аварийных разрушений оборудования

за счет совершенствования методов организации и оснащения ре­

монтно-восстановительной службы действующих предприятий.

Повышение надежности оборудования и коммуникаций воз­

можно также за счет более полного выявления потенциальных

очагов аварий на стадии конструирования и испытания.

В этой главе приведены некоторые сведения, имеющие своим назначением систематизировать и обобщить накопившийся опыт

4

по повышению надежности оборудования и коммуникаций в хими­ ческой, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышлен­

ности. <

Температурные напряжения и надежность аппаратов

В производственной практике известны случаи разрушения ап-

паратов вследствие усталости металла от повторно-периодической нагрузки, усугубленной дополнительными напряжениями от зна-

чительной разницы между температура­ ми стенки и штуцера аппарата.

Исследования, проведенные Всесоюз­

ным научно-исследовательским институ­

близкого расположения штуцеров), циклические знакопеременные нагрузки (режим работы «реакция—регенерация») и остаточные

напряжения, возникающие при сварке вновь устанавливаемых

штуцеров взамен отбракованных, приводят к местным разрушени­

ям реакторов и снижению их длительной эксплуатационной на­

дежности.

На одной из установок гидроформинга произошло разрушение

реактора, изготовленного из стали 20К с толщиной стенок 46 мм,

при гидравлическом испытании зимой при температуре окружаю­

щего воздуха —20 0C. Реактор до разрушения работал 53 940 ч при давлении углеводородной смеси и газов 23 кгс/см2 и темпера­ туре стенок 90—120oC.

Разрушение (рис. 1.1) имеет вид трещины, проходящей через

верхнюю сферическую часть и сварочные швы штуцеров. Излом

ния нагрузок в течение длительной службы, нарушившие микро­

сплошность металла корпуса. При гидравлическом испытании на

холоде произошел разрыв металла. Для начала его катастрофиче­

ского разрушения потребовалось наличие трех условий: определен­

ного напряжения, дефектов (несплошностей) в металле и воздей­

ствие низкой температуры, имевшей место в процессе испытания.

Чтобы устранить воздействие низкой температуры, необходимо

строго выполнять требования «Регламента проведения в зимнее

5

время пуска, остановки и испытаний на плотность аппаратуры хи­

мических, нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов, а

также газовых промыслов и газобензиновых заводов». Этот нор­

мативный документ согласован с Госгортехнадзором СССР и ут­

вержден Министерством химического и нефтяного машинострое­

ния и распространяется на аппаратуру, изготовленную в соответ­

ствии с OCT 26-291—71 «Сосуды и аппараты сварные стальные.

зимнее время таких аппаратов, работающих под давлением, дол­

жен осуществляться с соблюдением требований, вытекающих из

при понижении температуры стенки должно соответствовать тре­ бованиям схемы. Скорость подъема или снижения температуры

рекомендуется не более 30 °С/ч, если нет других указаний в техни­

ческой документации.

Достижение давления pɪ и р2 рекомендуется осуществлять по­

степенно, прибавляя по 0,25 pɪ (или р2) в течение 1 ч с 15-минут­ ными выдержками давлений на ступенях 0,25 p↑ (р2), 0,5 p (ρ2) и

0,75 pi (p2)∙

При необходимости испытания аппаратов на плотность под ра­

бочим давлением в зимнее время необходимо выполнять все тре­

бования, предъявляемые к пуску. Рекомендуется по возможности пуск, остановку и испытания проводить при температурах окружа­

ющего воздуха выше O0C, а при температурах воздуха ниже OvC

следует прогревать аппарат.

6

учетом данных ведения технологических процессов. Если эти дан­

ные недостоверны и не учитывают возможные отклонения парамет­ ров от заданного технологического режима, возможны разрушения

и аварии аппаратов.

На одной из установок каталитического риформинга произошло

разрушение аккумуляторов инертного газа. При расследовании

причин аварии выяснилось, что заказчик оборудования указал в

качестве минимально возможной рабочей температуры, при кото­

рой аппараты могут находиться под давлением, температуру

—30 °С. ЛІашиностроительный завод изготовил аппараты в соот­

ветствии с этим указанием. Однако в момент аварии аппараты находились под давлением при температуре среды ниже —40 °С.

Это обстоятельство, не предусмотренное при изготовлении аппара­

тов, явилось основной причиной их разрушения. í

Оптимальные конструкции и число фланцевых соединений

Фланцевые соединения на трубопроводах и аппаратах являют­

ся потенциальными источниками загазовывания воздуха производ­

ственных помещений и территории предприятия. Из этого следует,

7

что при монтаже трубопроводов и конструирования аппаратов на­

до стремиться максимально снижать число фланцевых соединений. Монтаж трубопроводов на фланцевых соединениях оправдан толь­

ко тогда, когда по трубопроводам транспортируются агрессивные продукты и возможна коррозия металла. В таких случаях флан­

цевые соединения позволяют заменять прокорродированные участ­

ки трубопроводов без применения сварочных работ. Если имеются опасения забивки трубопроводов смолами или другими включени­

ями, иногда целесообразнее предусматривать схемы продувки или

промывки их, нежели монтировать фланцевые соединения для раз­

борки трубопроводов.

Согласно «Правилам устройства и безопасной эксплуатации

трубопроводов для горючих, токсичных и сжиженных газов» ПУГ—69 [1], газопроводы, в том числе для сжиженных газов

и вакуумные, как правило, должны собираться на сварке. Фланце­ вые соединения на газопроводах допускаются для присоединения к

фланцевой арматуре, к штуцерам оборудования и для сборки га­

зопроводов высокого давления. Применение резьбовых соединений на газопроводах разрешается лишь для присоединения резьбовой

стальной газопроводной арматуры и контрольно-измерительных приборов.

Для повышения надежности фланцевых соединений необходи­ мо выбирать конструкции и материалы с учетом эксплуатации

трубопроводов.

Плоские приварные фланцы разрешается применять для всех

Для газопроводов, работающих при условном давлении (ру) свыше 25 кгс/см2 независимо от температуры среды или работаю­

щих при температуре среды выше 300 oC независимо от условного

давления, необходимо применять только фланцы приварные встык.

На газопроводах из легированной стали, работающих при тем­

пературе среды ниже —40 oC и условных давлениях до 25 кгс/см2 включительно, допускается применение плоских приварных флан­

цев, изготовленных также из легированной стали.

C целью обеспечения надежной и безопасной работы газопро­

водов при применении плоских приварных фланцев следует выпол­

нять следующие условия:

при /?у< 10 кгс/см2 применять фланцы, рассчитанные на услов­ ное давление не ниже 10 кгс/см2;

при pγ> 10 кгс/см2 применять фланцы, рассчитанные на услов­

ное давление, соответствующее рабочим параметрам трубопрово­

да;

фланцы с плоской привалочной поверхностью при применении

мягких прокладок должны иметь уплотнительные канавки. «Правилами и нормами техники безопасности и промышленной

санитарии для проектирования, строительства и эксплуатации про­

изводств этилена, синтетического этилового спирта и синтетиче­

8

ского каучука» [2] для агрессивных жидких и газообразных про­ дуктов, транспортируемых по трубопроводам из нержавеющей

стали, при условных давлениях py≤16 кгс/см2 разрешается приме­

нять плоские приварные фланцы из углеродистой стали на отбор­

тованной трубе или свободные плоские фланцы на приварном кольце из нержавеющей стали. Уплотнительная поверхность

фланцев для соединения трубопроводов должна приниматься, как

Фланцевые соединения часто необоснованно применяют при

конструировании технологических аппаратов. Вот несколько при­ меров.

Реактор синтеза демитилдиоксана (рис. I. 3) состоит из трех

узлов: кубовой части 1, трубчатки 2 и отбойника 3. Кубовая часть

посредством «юбки» крепится к фундаменту; на кубовой части ус­

танавливается трубчатка, а на ней монтируется отбойник. Труб­

чатка соединяется с кубовой частью и отбойником соответствую­ щими фланцевыми соединениями. Расчетное давление реактора—' 25 кгс/см2. Общий вес реактора 58 тс, в том числе вес трубчатки с отбойником 40 тс. В процессе пуска и освоения производства

имели место нарушения герметичности фланцевых соединений. Для замены прокладки во фланцевом соединении 4 (см. рис. I. 3)

необходимо демонтировать трубчатку с отбойником (вес 40 тс).

Проектом реакторного отделения стационарные подъемные

9