Глава 21. Безпека роботи обладнання під тиском вище атмосферного
При здійсненні різних технологічних процесів, проведення ремонтних робіт, в побуті і т.д. широко поширені різні системи підвищеного тиску, до яких відноситься наступне обладнання: трубопроводи, балони і ємності для зберігання або перевезення стиснених, зріджених і розчинених газів, парові і водяні котли, газгольдери та ін. Основною характеристикою цього обладнання є те, що тиск газу або рідини в ньому перевищує атмосферний. Це обладнання прийнято називати судинами, що працюють під тиском.
Основна вимога до цих судинах - дотримання їх герметичності протягом усього періоду експлуатації. Герметичність - це непроникність рідинами і газами стінок і з'єднань, що обмежують внутрішні обсяги посудин, що працюють під тиском. Крім цих судин вимоги по герметичності обов'язкові і для вакуумних установок і обладнання 1.
1 Вакуумним називають обладнання, в якому різні технологічні процеси протікають в середовищі розріджених газів. З фізичної точки зору до розрідженим відносяться гази, що знаходяться при настільки малих тисках, що середня довжина вільного пробігу їх молекул порівнянна з лінійними розмірами того обладнання, в якому ці гази знаходяться.
Будь-які посудини, що працюють під тиском, завжди є потенційною небезпекою, яка за певних умов може трансформуватися в явну форму і спричинити тяжкі наслідки. Розгерметизація (втрата герметичності) посудин, що працюють під тиском, досить часто супроводжується виникненням двох груп небезпек.
Перша з них пов'язана з вибухом судини або установки, що працює під тиском. Вибухом називають бистропротекающій процес фізичних і хімічних перетворень речовин, що супроводжується звільненням великої кількості енергії в обмеженому обсязі, в результаті якого в навколишньому просторі утворюється і поширюється ударна хвиля 1. здатна створити загрозу життю та здоров'ю людей. Під час вибуху може відбутися руйнування будівлі, в якій розташовані судини, що працюють під тиском, або його частин, а також травмування персоналу розлітаються осколками обладнання.
1 Ударною хвилею називається поширення в газоподібному, рідкому або твердому середовищі поверхні, на якій відбувається стрибкоподібне підвищення тиску, що супроводжується зміною щільності, температури і швидкості руху середовища. Ця поверхня називається поверхнею вибуху або стрибком ущільнення.
Друга група небезпек залежить від властивостей речовин, що знаходяться в обладнанні, що працює під тиском. Так, обслуговуючий персонал може отримати термічні опіки, якщо в розгерметизувався установці перебували речовини з високою або низькою температурою. Якщо в посудині знаходилися агресивні речовини, то працюючі можуть отримати хімічні опіки; крім того, при цьому виникає небезпека отруєння персоналу. Радіаційна небезпека виникає при розгерметизації установок, що містять різні радіоактивні речовини. Таким чином, для забезпечення безпеки персоналу, який обслуговує посудини під тиском, дуже важливо, щоб яке експлуатується обладнання зберігало герметичність.
Розглянемо основні види судин і апаратів, що працюють під тиском.
Трубопроводи - це пристрої для транспортування рідин і газів. За існуючим ГОСТу 14202-69 всі рідини і гази; транспортуються по ним, розбиті на десять груп. Для визначення виду речовини, що транспортується по трубопроводах, їх фарбують у відповідні кольори (розпізнавальна забарвлення):
Гази горючі і негорючі - жовтий
Рідини горючі і негорючі - коричневий
Інші речовини - сірий
Крім розпізнавального кольору на трубопроводи наносять фарбою попереджувальні (сигнальні) кольорові кільця:
Колір наноситься Транспортуються речовини на трубопровід кільця
Червоний - Вибухонебезпечні, вогненебезпечні, легкозаймисті
Зелений - Безпечні або нейтральні
Жовтий - Токсичні чи інший вид небезпеки, наприклад глибокий вакуум, високе
тиск, наявність радіації
Кількість сигнальних кілець визначає ступінь небезпеки. Балони - це судини для транспортування і збереження зріджених і розчинених газів. Розрізняють (відповідно до Держстандарту 949-73) балони малої (0,4-12 л), середньої (20-50 л) і великий (80 500 л) місткості. Залежно від містяться газів балони фарбують у відповідні сигнальні кольори, а також на їх поверхню наносять напис, що вказує вид газу, а в ряді випадків - відмінні смуги (табл. 21.1).
У верхній частині кожного сталевого балона вибиті наступні дані: товарний знак підприємства-виготовлювача; дата (місяць і рік) виготовлення (останнього випробування) і рік наступного випробування; вид термообробки матеріалу балона; робоче і пробний гідравлічний тиск, МПа; ємність балона, л; маса балона, кг; клеймо ВТК; позначення чинного стандарту.
Кріогенні посудини призначені для зберігання і транспортування різних зріджених газів: повітря, кисню, аргону і ін. Відповідно до ГОСТу 16024-79 Е їх випускають шести типорозмірів; 6; 3; 10; 16; 25 і 40 л. Ці судини маркуються таким чином: наприклад СК-40 - посудина криогенний ємністю 40 л. Зовні їх фарбують сріблястою або білою емаллю і посередині наносять відмінну смугу з назвою скрапленого газу, що знаходиться в посудині. Крім розглянутих судин для зберігання великих кількостей зріджених газів використовують стаціонарні резервуари (об'ємом до 500 тис. Л і більше), а для їх перевезення - транспортні судини (цистерни), що мають обсяг до 35 тис. Л.
Газгольдери призначені для зберігання і видачі великих кількостей стислих газів, відділення від них механічних домішок та інших цілей. Розрізняють газгольдери високого і низького тиску. У перших з них стиснений газ знаходиться по одним з наступних тисків: менше 25; 32 і 40 МПа. Газгольдери низького тиску розраховані на великий обсяг збережених газів: 10 5 -3 # 903, 10 7 л.
Крім розглянутих герметичних пристроїв і установок застосовують також автоклави 1. компресори 2. котли.
1 Автоклави - герметичні установки, призначені для проведення різних теплових і хімічних процесів під підвищеним тиском.
2 Компресори - пристрої для одержання стисненого повітря тиском понад 3 # 903, 10 5 Па.
У нашій країні забезпечення безпеки роботи герметичних пристроїв регламентується нормативним документом:
«Правила будови і безпечної експлуатації стаціонарних компресорних установок, повітропроводів і газопроводів» та ін.
Розглянемо тепер основні причини, що призводять до розгерметизації посудин, що працюють під тиском. Їх прийнято ділити на експлуатаційні та технологічні.
Першою експлуатаційної причиною розгерметизації є утворення вибухонебезпечних сумішей, що складаються з горючих газів, парів або рідин і окислювача. Прикладом таких сумішей можуть служити ацетилен і кисень, водень і кисень, пари етилового спирту і кисень і ін.
Вибухонебезпечні суміші «пальне-окислювач» можуть загорятися і вибухати, якщо є ініціатор (джерело) запалювання, в якості якого може виступити електрична іскра (наприклад, виникає в результаті накопичення статичної електрики), іскри від газо- і електрозварювання, іскри, що виникають від удару сталевих предметів, нагріті тіла і ін. Існує також ряд самозаймистих систем, для яких не потрібно ініціатор запалювання. Прикладом таких систем можуть служити натрій або калій, які при нормальній температурі вибухають при сопрікоановеніі з хлороформом.
Для запобігання вибухів слід виключати можливість утворення систем «пальне-окислювач», запобігати ініціювання горіння, а також забезпечувати локалізацію вогнища горіння.
Виключити утворення вибухонебезпечних сумішей в системі «пальне-окислювач» можна наступними шляхами. По-перше, максимально обмежувати концентрацію горючої речовини в суміші з окислювачем, щоб в цій системі не утворювалася вибухонебезпечна суміш. По-друге, рекомендується додавати до вибухонебезпечних сумішей «пальне-окислювач» інертні компоненти, звані флегматизаторами. Прикладом таких речовин можуть служити азот і вуглекислий газ. Ці речовини не беруть участь в реакції горіння і здатні її гальмувати.
Для того щоб запобігти ініціювання процесу горіння. необхідно нейтралізувати джерела запалювання. Це досягається заземленням устаткування для виключення можливості накопичення статичної електрики, застосуванням безіскровою (що не дає іскор в процесі експлуатації) інструменту та іншими заходами.
Локалізацію вогнища горіння застосовують, якщо існує ймовірність утворення вибухонебезпечної суміші і є ініціатор запалювання. У цьому випадку використовують огневзривопреградітелі, які обмежують вогнище горіння в межах певного апарату або газопроводу, здатного витримати наслідки горіння. Передача палаючої суміші в інші апарати, таким чином, виключається.
Друга експлуатаційна причина розгерметизації установок і апаратів, що працюють під тиском, - це так звані побічні процеси, що протікають в них і призводять до поступової зміни і руйнування конструкційних матеріалів, з яких ці установки виготовлені. Прикладами таких процесів можуть служити корозія стінок апаратів, утворення накипу на стінках котлів, зменшення міцності властивостей матеріалів установок і ін. Для того щоб виключити вплив побічних процесів, необхідно своєчасно і якісно проводити профілактичні і ремонтні роботи посудин, що працюють по тиском, а також правильно їх експлуатувати.
Технологічні причини розгерметизації - це різні дефекти (тріщини, вм'ятини, дефекти зварювання та ін.), Що виникли при виготовленні, зберіганні і транспортуванні посудин, що працюють під тиском.
Для своєчасного виявлення цих дефектів застосовують різні методи контролю: зовнішній огляд судин і апаратів, що працюють під тиском, руйнівні методи контролю (люмінесцентні, ультразвукові та рентгенівські методи), гідравлічні випробування посудин, механічні випробування матеріалів, з яких виготовлені посудини, і ін.
Заходи безпеки при експлуатації газових балонів:
§ газові балони необхідно зберігати у вертикальному положенні в провітрюваному приміщенні або під навісами. Їх слід захищати від дії прямих сонячних променів і опадів. Балони не повинні зберігатися на відстані менше 1 м від радіаторів опалення та ближче 5 м від відкритого вогню;
§ не можна переносити балони на плечах або руками в обхват;
§ експлуатувати можна тільки справні балони. Їх треба встановлювати вертикально на місці проведення робіт і надійно закріплювати для запобігання падінню. Встановлений балон повинен бути надійно захищений від впливу відкритого вогню, теплового випромінювання та прямих сонячних променів.