6.4. Безопасная эксплуатация сосудов, работающих под давлением

254. Требования к сосудам, работающим под давлением

[6, с.233, 238; 7, c.314,334; 18; 26, с.226,232 ]

Энергия сжатого воздуха и газов используется во многих отраслях народного хозяйства для механизации трудоемких процессов. Сжатый воздух применяется для работы молотов, прессов, термических печей, пневмоинструментов. Работа сосудов и установок, находящихся под давлением, в результате нарушения режима эксплуатации или их прочности может сопровождаться взрывами.

Широкое использование различных сосудов, ком­прессоров, установок, работающих под высоким дав­лением, требует от инженерно-технического персона­ла и рабочих обширных знаний техники безопасности при обращении с ними. В случае нарушения техники безопасности, недостаточного знания рабочими правил технической эксплуатации, нарушения эксплуатационно­го режима, низкого качества материала и неисправности контрольно-измерительных приборов сосуды под дав­лением могут взорваться и причинить тяжелые травмы окружающим.

При образовании коррозии с последующей потерей механической прочности, при нарушении эксплуатаци­онного режима, неисправности контрольно-измеритель­ных приборов также может произойти взрыв. Главными мерами предупреждения взрывов являются правильное проектирование, изготовление, монтаж, ремонт, эксплу­атация сосудов согласно Правилам устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением, утвержденным Госгортехнадзором СССР. Эти Правила распространяют свое действие 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 0,04 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.

Сосуды, регистрируемые в органах Госгортехнадзора, должны устанавливаться в помещениях, примыкающих к производственным зданиям. Отделяющая стена должна быть капитальной и монтироваться так, чтобы была возможность проведения осмотра, ремонта и очистки.

Для получения сжатого воздуха используются компрессорные установки, которые представляют собой агрегат, состоящий из насоса, охладителей, маслоотделителей, ресивера, фильтров, трубопроводов, системы управления, регулирования и привода. По видам насосов компрессоры делятся на центробежные, осевые, поршневые и ротационные.

Обычно сжатые газы (воздух) хранятся и перевозятся в емкостях - сосудах (баллонах), которые изготовляются малой 0,4-12 л, средней 20-50 л и большой 80-500 л емкости. Баллоны малой и средней емкостей изготовляются на рабочие давления 100, 150 и 200 кГ/см² (10, 15 и 20 мегаПаскалей; 0,1 мПа = 1 кг/ см² = 1 ат).

Эксплуатация этих сосудов регламентируется Правилами устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением [17]. Эти правила распространяются на следующие аппараты, сосуды и емкости, наиболее опасные по возможным последствиям взрыва:

а) аппараты и сосуды, работающие под избыточным давлением более 70 кПа (0,7 атм);

б) цистерны и бачки для сжиженных газов, избыточное давление паров которых при температуре 50 °С превышает 70 кПа, или цистерны и бочки, опорожняемые под избыточным давлением более 70 кПА;

в) баллоны для сжатых сжиженных и растворенных газов с рабочим давлением более 70 кПа.

Сосуды, работающие под давлением неедких, неядовитых и невзрывоопасных средств при температуре стенки не выше 200 °С, произведение емкости которых на давление превышает 1000 л·мПа, а также сосуды, работающие под давлением едких, ядовитых и взрывоопасных сред при температуре стенки не выше 200 °С, вышеуказанное произведение которых превышает 50 л·мПа, подлежат регистрации в органах Госгортехнадзора.

Сосуды, на которые распространяются правила Госгортехнадзора, до начала эксплуатации должны быть зарегистрированы в его органах, в которые администрация предприятия предъявляет письменное заявление, паспорт сосуда, акт о монтаже и установке сосуда (в соответствии с правилами) в исправном его состоянии, схемы включения сосуда с указанием источника давления, параметров его рабочей среды, арматуры.

Материалы, предназначенные для изготовления или ремонта сосудов, должны иметь сертификаты, подтверждающие, что качество материала соответствует требованиям Госгортехнадзора, а также специальным техническим условиям.

Сварные швы должны быть выполнены только стыковыми и быть доступными для контроля при изготовлении, монтаже и эксплуатации сосудов.

Сосуды, работающие под давлением, должны подвергаться техническому освидетельствованию (внутреннему осмотру и гидравлическому испытанию) до пуска в работу и периодически в процессе эксплуатации. Инспекторы госнадзора подвергают сосуды внутреннему осмотру не реже одного раза в четыре года и гидравлическому испытанию не реже одного раза в восемь лет.

Предприятия - владельцы сосудов производят внутренний осмотр всех сосудов не реже, чем через каждые два года, за исключением сосудов, работающих со средой, вызывающей коррозию металла, которые осматриваются каждые 12 месяцев.

Гидравлические испытания сосудов, работающих при температуре от 200 до 400 °С, производятся давлением, превышающим рабочее не менее чем в 1,5 раза, а при температуре свыше 400 °С давлением, превышающим рабочее не менее чем в два раза. Под пробным давлением сосуд выдерживают не менее 5 мин. Сосуд признается выдержавшим испытание, если в нем не окажется признаков разрыва, не будут замечены течки и "потения" в сварных швах, остаточные деформации.

Сосуды, находящиеся в эксплуатации и зарегистри­рованные в органах Госгортехнадзора, как правило, подвергаются техническому освидетельствованию ин­спектором в присутствии лица, ответственного за ис­правное состояние и безопасное действие сосудов предприятия. Инспектор Госгортехнадзора прово­дит внутренний осмотр с целью выявления состояния, внутренних и наружных поверхностей и влияния среды на стенки сосудов не реже 1 раза в 4 года, гидравли­ческое же испытание с предварительным внутренним осмотром проводится не реже 1 раза в 8 лет.

Сосуды для транспортирования и хранения сжи­женных кислорода, азота и других некоррозионных криогенных жидкостей, защищенные поверхностной изоляцией или изоляцией на основе вакуума, должны подвергаться периодическому техническому освидетель­ствованию не реже 1 раза в 10 лет.

Досрочному техническому освидетельствованию должны подвергаться сосуды:

после реконструкции и ремонта с применением сварки или пайки отдельных частей сосуда, работаю­щих под давлением;

находящиеся перед пуском в работу в бездействии более 1 года, за исключением случаев складской кон­сервации, при которой освидетельствование сосудов обязательно перед пуском в эксплуатацию при хране­нии свыше 3 лет;

после демонтажа и установки на новом месте;

перед наложением на стенки защитного покрытия, если таковое производится предприятием.

Досрочному техническому освидетельствованию со­суды могут подвергаться по усмотрению инспектора, лица, осуществляющего надзор, или лица, ответствен­ного за исправное и безопасное действие сосуда.

Сосуд признается выдержавшим испытание, если в нем не окажется признаков разрыва, не будут заме­чены течи и потения в сварных швах, пропуск газа при пневматическом испытании (выход воды через за­клепочные швы в виде пыли или капель течью не счи­тается), видимые остаточные деформации после испы­таний.

Техническое освидетельствование (внутренний осмотр и гидравлическое испытание) проводится в следующие сроки:

цистерн и бочек для сжиженных газов, вызывающих коррозию металла (хлор, сероводород) не ре 1 раза в 2 года;

железнодорожных пропан-бутановых цистерн — реже 1 раза в 6 лет;

цистерн, изолированных на основе вакуума (для криогенных жидкостей), не реже 1 раза в 10 лет;

всех остальных цистерн и бочек — не реже 1 раз в 4 года.

Досрочное техническое освидетельствование цистерн проводится после ремонта корпуса, связанней со сваркой, пайкой или заменой элементов, работающих под давлением.

Баллоны, находящиеся в эксплуатации, должны подвергаться периодическому освидетельствованию и реже чем через 5 лет. Баллоны, которые предназначены для наполнения газами, вызывающими коррозию, а также баллоны для сжатых и сжиженных газов применяемых в качестве топлива для автомобилей подлежат освидетельствованию не реже чем через 2 года.

255. Особенности использования и хранения ацетилена

Ацетилен С₂Н₂ - бесцветный газ со слабым эфирным запахом (технический - резкий запах). Взрывоопасен в смеси с воздухом от 28 до 80 %. Хорошо растворяется в крови и воздействует на центральную нервную систему. Длительное вдыхание ацетилена при недостатке воздуха может привести к смерти.

Технический ацетилен получается в ацетиленовых генераторах из карбида кальция СаС₂ и воды. Карбид кальция хранится и транспортируется в металлических барабанах, которые должны быть всегда герметичны; в противном случае влага воздуха приведет к реакции выделения ацетилена. Ацетилен в обычных баллонах взрывается при сжатии в 1 атм. Для хранения и его перевозки применяют стальные баллоны, заполненные пористой массой (активированный уголь), пропитанной ацетоном, который растворяет ацетилен. Основной опасностью взрыва баллонов с ацетиленом является удар, при котором пористая масса уплотняется. В результате в баллоне образуется свободное пространство, заполненное газообразным ацетиленом, который легко взрывается.

256. Особенности использования и хранения сжиженных газов

Для газовой резки применяются сжиженные газы ПРОПАН и БУТАН, не имеющие запаха. Они вызывают головокружение. Содержание в воздухе пропана 2,3-9,5 %, а бутана - 1,8-8,5 % взрывоопасно. Сжиженные газы обладают высоким коэффициентом расширения (в 20 раз больше воды). Емкости, наполненные сверх норм, при повышении окружающей температуры, взрываются. Поэтому часть баллона не должна заполняться, и она равна:

V_св = V_б (t_к -t_н ), м³

где  - коэффициент объемного расширения сжиженного газа;

t_н , t_к - начальная и конечная температуры, °С.

Основные опасности, которые могут возникнуть при использовании газов и баллонов с газами:

- взрывы смесей горючих газов с кислородом и воздухом, воспламенения и взрывы, вызванные соприкосновением сжатого кислорода с маслами и жировыми веществами;

- взрывы горючих газов при высокой температуре, при нарушении режимов эксплуатации;

- удары баллонов, особенно в условиях высоких и низких температур;

- переполнение баллонов газом, ошибочное их использование (наполнение кислородного баллона метанам);

- наличие ржавчины или окалины в кислородном баллоне;

- быстрое наполнение баллона, результат - резкий нагрев газа;

- быстрый отбор газа из баллона (возможна искра в струе газа).

257. Меры безопасности при заполнении и хранении баллонов со сжатым газом

Для исключения ошибок в применении баллонов устанавливают цвета окраски и надписей на них:

____________________________________________________________________

Газ, заполняемый Цвет окраски Цвет надписи на Цвет полосы

баллон баллона баллоне на баллоне

__________________________________________________________________

Азот черный желтый коричневый

Ацетилен белый красный

Воздух черный белый

Кислород голубой черный

Углекислота черный желтый

Сероводород белый красный

_____________________________________________________________________

Баллоны остальных негорючих газов окрашиваются в черный цвет, а для горючих - в красный.

Кроме того, баллоны отличаются резьбой на боковом патрубке вентиля баллонов. Для горючих газов и кислорода - левая резьба, для инертных газов - правая. На верхней сферической части каждого баллона должны быть нанесены клеймением данные: товарный знак завода-изготовителя; номер баллона; фактический вес порожнего баллона (кг); дата изготовления и год следующего освидетельствования, рабочее давление, емкость баллона, клеймо ОТК завода-изготовителя.

Баллоны после их использования должны иметь остаточное давление не менее 0,5 кг/см², а баллоны для растворенного ацетилена не менее 7,5 и не более 1 кг/см². Наполненные баллоны должны храниться в вертикальном положении, баллоны без башмаков - в горизонтальном. Баллоны устанавливаются на площадках, в местах, исключающих скопления людей или в отдельных зданиях или помещениях, отделенных капитальной стеной от других помещений. Баллоны устанавливают на расстоянии не менее 1 м от радиаторов отопления и др. отопительных приборов и не менее 5 м от источников открытого огня.

Баллоны с ядовитыми газами могут храниться как в специальных помещениях, так и на открытом воздухе при условии защиты от атмосферных осадков и солнечных лучей. Складское хранение в одном помещении баллонов с кислородом и горючими газами запрещается. При укладке баллонов в штабеля высота штабеля на должна превышать 1,5 м, вентили должны быть обращены в одну сторону.

Склады для хранения баллонов следует строить одноэтажными с покрытиями легкого типа, без чердачных помещений. Стены, перегородки, покрытия складов должны быть из несгораемых материалов не ниже II степени огнестойкости; окна и двери открываются наружу; оконные и дверные стекла должны быть матовыми или закрашены белой краской. Склады должны иметь искусственную или естественную вентиляцию. Полы ровные и нескользкие.

Транспортирование и хранение стандартных баллонов вместимостью более 12 л производится с навернутыми колпачками. Перевозить наполненные баллоны можно только на рессорных транспортных средствах. В качестве прокладок применяют деревянные бруски с вырезанными для баллонов гнездами, а также надеваемые на баллон веревочные или резиновые кольца толщиной не менее 26 мм (по два на каждый баллон) или другие прокладки, предохраняющие от ударов.

Все баллоны во время перевозки укладывают поперек кузовов автомашин вентилями в одну сторону. Баллоны можно перевозить и в вертикальном положении. При разгрузке баллоны следует снимать башмаками вниз.

262. Меры безопасности при эксплуатации компрессорных установок [6, с.232; 19]

К установкам, работающим под давлением, относятся компрессоры - это агрегат, состоящий из насоса, охладителя, маслоотделителей, ресивера, фильтров, трубопроводов, систем управления, регулирования, привода.

По видам насосов компрессоры делятся на центробежные, осевые, поршневые и ротационные (ГОСТ 12.2.016-81*).

При неправильном обращении, устройстве устано­вок или нарушении правил обслуживания компрессор­ные установки могут взорваться. Воздушные компрессоры опасны вследствие возмож­ности образования взрывоопасных смесей из продук­тов разложения смазочных масел и кислорода воздуха.

При работе компрессорного оборудования возможно чрезмерное повышение давления и температуры сжимаемого газа. При повышении давления, если не отводить тепло, температура сжимаемого воздуха (газа) резко повышается:

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Давление, 1 мПа

(1 атм.,1 кг/см2) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

температура воздуха 15 70 123 158 180 212 234 254 277 288

Смазочное масло при высокой температуре испаряется, попадает в цилиндры и в системы трубопроводов. При концентрации паров масла в воздухе 6-10 % смесь может взорваться при температуре около 200 °С. Эта опасность устраняется охлаждением компрессора.

Во избежание нагревания воздуха, сжимаемого в компрессорной установке, применяют воздушное или водяное охлаждение. Воздушное охлажденние обычно применяют для компрессоров низкого давления до 0,7 МПа, водяное — для компрессоров высокого дав­ления.

Охлаждающая вода должна на выходе из охладителей (последняя ступень) иметь температуру не более 40 °С. Температура воздуха после сжатия не должна быть более 150 - 180 °С для различных компрессоров.

Максимальная температура сжимаемого воздуха должна быть не выше 160 °С для одноцилиндровых комп­рессоров и 140°С на каждой ступени для многоступен­чатых компрессоров. Водяное охлаждение может быть эффективным, если поступающая вода в компрессоре нагревается не выше 30 °С и ее поступление непрерывно.

Водяное охлаждение стенок и крышек цилиндра компрессора при непрерывной циркуляции воды поз­воляет сжать воздух до 0,7 МПа при его конечной тем­пературе 160 °С. Если необходимо более высокое сжа­тие воздуха, применяют компрессорные установки с двумя и более ступенями сжатия. В многоступенчатых компрессорах предусматривают охлаждение в каждой ступени сжатия при помоищ холодильников в виде трубчатых цилиндрических сосудов, в которых непре­рывно циркулирует вода.

Для охлаждения компрессорной установки большое значение имеет качество воды Для нормальной рабо­ты установки должна применяться «мягкая» вода. За­грязненная и жесткая вода образует на стенках водо­проводных труб и цилиндров осадки и не обеспечива­ет нормального охлаждения. Независимо от качества воды не реже 1 раза в 2 мес требуется очистка охла­дительных устройств и воздухопроводных труб от осад­ков и грязи.

Безопасность компрессоров обеспечивается с учетом требований ГОСТ 12.2.003-91 и Правил [19]. Компрессоры должны иметь предохранительные, сигнализирующие и блокировочные устройства.

Компрессорные установки должны иметь следующие арматуру и контрольно-измерительные приборы:

манометры и предохранительные клапаны. При давлении 30 МПа на последней ступени сжатия тре­буется устанавливать два манометра;

термометры или термопары для указания темпера­туры сжатого воздуха на каждой ступени компрессора после промежуточного и концевого холодильника;

контактные приборы, тепловые реле для сигнализа­ции и автоматического отключения компрессора при повышении давления и температуры сжатого воздуха

сверх допустимых норм, а также при прекращения поступления охлаждающей воды;

манометры, термометры для измерения давления и температуры масла.

Все открытые и движущиеся (вращающиеся) части на высоте до 2 метров от пола или от площадки обслуживания должны быть закрыты сплошными или сетчатыми кожухами (ограждениями). Компрессоры и трубопроводы должны заземляться (отвод статического электричества).

Воздух, поступающий в компрессор, должен быть чистым. Заборные устройства располагаются на достаточной высоте (для стационарных - более 3 м), чтобы не захватывать пыль.

Для нормальной и безопасной работы компрессор­ных установок требуется умеренная смазка цилиндров компрессора.

Избыточная смазка ведет к отложению остатков масла на стенках цилиндров, трубопроводов и резервуаара и может привести к взрыву. Осевшее масло окисляется, загрязняется пылью и постепенно превра­щается в нагар и легковоспламеняющиеся соединения

Очистка масляных насосов должна проводиться не реже 1 раза в 1,5 мес, а очистка масляных фильтров и системе принудительной смазки и приемной сетки масляного насоса — не реже 1 раза в 2 мес

Обслуживание воздушных компрессорных установок разрешается лицам не. моложе 18 лет при наличии удостоверения на право эксплуатации воздушного ком­прессора и получившим инструктаж по технике безо­пасности.

В обязательном порядке должно быть назначено лицо, ответственное за правильную и безопасную эксплуатацию компрессорной установки. На видном месте в помещении компрессорной должна быть вывешена инструкция по безопасному обслужи­ванию компрессорной установки, разработанная на предприятии.

До пуска компрессорной установки ее следует ос­мотреть, проверить системы смазки и охлаждения. Предохранительные клапаны работающего компрессо­ра, холодильников и воздухозаборника ежесменно проверяют путем их открывания под давлением.

263. Приборы безопасности сосудов, работающих под давлением

[6, с.240; 26, с.237]

Для предотвращения повышения давления выше допустимой величины применяется защитная арматура: запорно-защитные (самозапирающиеся) клапаны, устанавливаемые на газопроводах, предохранительные, редукционные и обратные клапаны. К специальным предохранительным устройствам относятся разрывные мембраны, отрывные клапаны, предохранительные и блокировочные устройства.

Предохранительные клапаны устанавливаются на паровых котлах и воздухосборниках (ресиверах), они при повышении давления сверх предельного автоматически открываются и выпускают избыток пара или воздуха в атмосферу. Предохранительные клапаны подразделяются:

1) по виду - на рычажно-грузовые и пружинные;

2) по конструкции корпуса - на открытые и закрытые;

3) по способу размещения - на одинарные и сдвоенные;

4) по подъему - на низкоподъемные и полно- подъемные.

Недостатком предохранительных клапанов является их инерционность.

Предохранительные (разрывные) мембраны применяются при опасности быстрого (мгновенного) повышения давления; они разрушаются при превышении давления на 0,25 рабочего.

Для безопасности работ имеет большое значение правильный расчет на прочность сосудов и расчет предохранительных устройств. Стенки цилиндрической части сосудов рассчитываются по формуле:

PD_в

S = -----------  + C

2 - P

где: S - толщина стенки, мм;

Р - расчетное давление, Н/м;

D_в - внутренний диаметр сосудов, мм;

- допустимое напряжение при растяжении, Н/м²;

 - коэффициент прочности сварного шва ( 0,8 - 0,95);

С -поправка на коррозию (для коррозионной среды 2-6 мм, не коррозирующей -0,5-1 мм).

Днища, крышки и заглушки сосудов рассчитываются по формуле:



/ Р

S  = 0,1d / --------- + C мм,

 _и

где: d - внутренний диаметр плоской части, мм,

   - коэффициент, зависящий от способа соединения днища (для болтового - 0,18, для сварки - 0,25);

  _и- допустимое напряжение на изгиб, Н/м².

Расчет предохранительных клапанов (мембран) производится по формуле:

______

/ М

G =  220 PF / ------ ,

 Т

где: G - пропускная способность мембраны (клапанов), кг/ч;

P - абсолютное давление, кг/см²;

F - площадь сечения мембраны (клапана),см²;

M - молекулярный вес пара или газа, кГ/моль;

Т - абсолютная температура пара или газа, ^оК;

Площадь сечения клапанов тарельчатого типа определяется по формуле: F= 2.22 dh см²

где: d - внутренний диаметр седла, см;

h - высота подъема клапана, см.

Предохранительные мембраны рассчитываются по формулам:

• мембраны из хрупкого материала (чугуна)

___

/ Р

 = 0,11 r / -----

 _из

где:  - толщина мембраны, мм;

r - радиус мембраны, мм;

Р - давление разрыва пластины, кГ/см²;

_из - предел прочности на изгиб, кГ/см².

• мембраны из меди, алюминия:

Р_с d

 = ------ , мм

4_ср1

где Р_с - давление среза пластины, кГ/ см²;

d - диаметр пластины, cм;

_ср - временное сопротивление срезу, кГ/см².