Посудини, що працюють під тиском
Під посудиною розуміється геометрично замкнута ємність, призначена для ведення хімічних, теплових та інших технологічних процесів, а також для зберігання і транспортування газоподібних, рідких та інших речовин. Кордоном посудини є вхідні та вихідні штуцери для підключення різних комунікацій і пристроїв.
Залежно від умов експлуатації посудини можуть бути пересувними (для тимчасового використання в різних місцях або під час їх переміщення) і стаціонарними (постійно встановлені в одному певному місці).
Робочий тиск в посудині може бути як надмірне (по відношенню до атмосферного) внутрішнє, так і надмірне зовнішнє, що виникає при нормальному перебігу робочого процесу.
Найчастіше використовуються судини наступних видів:
балон - посудина, яка має одну або дві горловини для установки вентилів, фланців або штуцерів, призначений для транспортування, зберігання і використання стиснених, зріджених або розчинених під тиском газів;
бочка - посудина циліндричної або іншої форми, яку можна перекочувати з одного місця на інше і ставити на торці без додаткових опор, призначений для транспортування і зберігання речовин, зазначених вище;
цистерна - пересувна посудина, постійно встановлена на рамі ж / д вагона, на шасі автомобіля (причепа) або інших засобах пересування, призначена для транспортування і зберігання речовин, зазначених вище;
резервуар - стаціонарна посудина, призначена для зберігання речовин, зазначених вище;
Конструкція посудини повинна забезпечити надійність і безпеку експлуатації протягом розрахункового терміну служби і передбачати можливість проведення технічного опосвідчення, очистки, промивки, повного спорожнення, продування газом або парою, ремонту, експлуатаційного контролю стану металу і з'єднань. Посудина повинен мати необхідну кількість люків та оглядових люків для огляду, очищення, ремонту, монтажу та демонтажу розбірних внутрішніх пристроїв.
Посудина має бути виготовлений цельнокованную або звареним способом. Отвори в стінках судини повинно бути поза зварних з'єднань.
Матеріали, що застосовуються для виготовлення посудин повинні забезпечувати їх надійну роботу протягом розрахункового терміну служби з урахуванням заданих умов експлуатації (за величиною тиску, температури, складу та ін.).
Як матеріал для посудин, що працюють під тиском, використовується сталь (вуглецева і легована), кольорові метали і їх сплави. Неметалеві матеріали можуть застосовуватися тільки з дозволу органів «Федеральної служби з технологічного, екологічного і атомного нагляду РФ» (Ростехнагляд, РТН) на підставі висновку спеціалізованої організації.
Всі зварні з'єднання посудин, що працюють під тиском, повинні бути піддані неруйнівного контролю на наявність в них дефектів.
Небезпеки, що виникають при експлуатації посудин, що працюють під тиском
Основна небезпека при експлуатації посудин полягає в можливості їх руйнування при раптовому адіабатичному розширенні газів і парів (фізичний вибух). При фізичному вибуху потенційна енергія стислій середовища протягом малого проміжку часу реалізується в кінетичну енергію уламків зруйнованого судини і ударну хвилю.
Особливо небезпечні вибухи судин, що містять горючі речовини, так як при цьому виникає хімічний вибух, є причиною пожежі.
При вибухах судин розвиваються великі потужності, що і є причиною сильних руйнувань. Так, наприклад, при розриві судини V = 1 зі стисненим до Р = 1,2 МПа повітрям з тривалістю фізичного вибуху 0,1 с розвивається потужність, рівна 28 МВт.
Найбільш частими причинами аварій посудин, що працюють під тиском, є:
- невідповідність конструкції максимально допустимим тиском і температурою;
- перевищення тиску понад граничного для даної судини;
- втрата механічної міцності в результаті внутрішніх дефектів, корозії, місцевих перегрівів і ін .;
- недотримання встановленого режиму роботи;
- низька кваліфікація обслуговуючого персоналу;
- відсутність технічного нагляду.
Вибухи балонів можливі при пошкодженні корпусу в разі падіння або удару по балону, особливо при температурі <–30 оС, т. к. при этом повышается хрупкость стали. Взрыв может произойти и при повышении температуры из-за роста давления среды в баллоне.
Причиною вибуху може бути також переповнення балона зрідженими газами через різке підвищення тиску при зростанні температури, що пояснюється наступним чином. При підвищенні температури балона, повністю заповненого зрідженим газом, величина зрослого при цьому тиску розраховується за формулою
р = # 8710; t · # 945; / # 946; (15)
де: # 8710; t - діапазон підвищення температури вмісту балона, град .;
# 945; - коефіцієнт об'ємного теплового розширення газу, що міститься в балоні;
# 946; - коефіцієнт об'ємного теплового стиску скрапленого газу, що міститься в балоні;
Для більшості газів, що використовуються в промисловості, величина # 945; більше # 946; на порядок, що при підвищенні # 8710; t на 10 градусів дає приріст тиску на 100 атм.
Вибухи балонів, що містять стиснений кисень можливі при попаданні масел та інших жирових речовин у внутрішню порожнину вентиля або балона за рахунок застосування, наприклад, незнежирених ущільнюючих прокладок. У кисневому середовищі масла і жири окислюються до пероксидів, які розкладаються вибуховим способом, окрім того масла і жири в струмені кисню здатні самозайматися, що також призводить до вибуху балонів.
Балони з воднем становлять небезпеку при забрудненні водню, що міститься в них, киснем в кількості> 1% об. т. к. при цьому утворюється вибухонебезпечна суміш, займиста в вибуховий формі за наявності відповідного імпульсу.
Балони з ацетиленом становлять небезпеку через можливість цієї речовини розкладатися з вибухом у відсутності кисню при тиску> 0,2 МПа. Через це обставини балони з ацетиленом заповнені активованим вугіллям, який просочений ацетоном, що дозволяє підвищити тиск газу в балоні до 1,6 МПа.
Аварії балонів відбуваються також через відсутність відомостей про речовину, що містився в них при повному витрачанні його, а також відсутності розпізнавального кольору поверхні балона і відповідних написів, в результаті чого всередину балона може бути закачаний або повітря або горюча речовина, що призведе до утворення вибухонебезпечної суміші і вибуху при наявності відповідного імпульсу займання.
Оскільки в балонах можуть міститися і токсичні речовини, при їх розгерметизації існує також небезпека отруєння персоналу токсичними речовинами.