Сосудов, баллонов и трубопроводов

Ни одно производство не обходится без использования систем повышенного давления (трубопроводов, баллонов и емкостей для хранения или перевозки сжатых, сжиженных и растворенных газов, газгольдеров и т. д.). Любые системы повышенного давления всегда представляют потенциальную опасность. Сосуды, работающие под давлением, паровые и водогрейные котлы, трубопроводы пара и горячей воды, технологические трубопроводы эксплуатируются многими организациями и индивидуальными предпринимателями и являются объектами повышенной опасности, разрушение которых в процессе эксплуатации может привести к большим материальным потерям и другим тяжелым последствиям. Герметизированные системы, в которых под давлением находятся сжатые газы и жидкости (нередко токсичные, пожаровзрывоопасные или имеющие высокую температуру), широко применяются в современном производстве.

К таким системам, например, относятся:

1) трубопроводы (жидкости и газы, транспортируемые по трубопроводам, разбиты на десять укрупненных групп, в соответствии с которыми установлена опознавательная окраска трубопроводов);

2) баллоны для хранения и перевозки сжатых, сжиженных и растворенных газов (баллоны изготовляют малой вместимости 0,4–12 л, средней — 20–50 л и большой — 80–500 л).

Баллоны малой и средней вместимости изготовляют на рабочие давления 30, 15 и 20 МПа из углеродистой стали и на рабочие давления 15 и 20 МПа из легированной стали. Для того чтобы легко и быстро распознать баллоны, предназначенные для определенных газов, предупреждать их ошибочное наполнение и предохранять наруж-ную поверхность от коррозии, на заводах-изготовителях баллоны окрашивают в установленные стандартом цвета, наносят соответствующие надписи и отличительные полосы. На баллоне указывают наименование газа. У каждого баллона на сферической части отчетливо должны быть выбиты следующие данные:

• товарный знак предприятия-изготовителя;

• дата (месяц, год) изготовления (испытания);

• год следующего испытания в соответствии с правилами Госгортехнадзора;

• рабочее и пробное гидравлическое давление (МПа);

• емкость баллона (л);

• масса баллона (кг);

• клеймо ОТК.

Опасности, возникающие при нарушении герметичности, имеют комплексный характер. Нарушение герметичности может быть связано с взрывом. При разгерметизации создаются опасные и вредные производственные факторы, зависящие от физико-химических свойств рабочей среды, т. е. возникает опасность:

— получения ожогов под воздействием высоких или, наоборот, низких температур (термические ожоги) и из-за агрессивности среды (химические ожоги);

— травматизма, связанного с высоким давлением газа в системе (поражение человека осколками и обломками разлетающихся конструкций, ударной волной);

— радиационная, возникающая, например, при использовании в установках в качестве теплоносителя жидких радиоактивных металлов (цезия, франция), обладающих высоким уровнем ионизирующего излучения;

— отравления, связанные с применением инертных и токсичных газов и др.

Такие системы являются источником повышенной опасности, и поэтому при их проектировании, изготовлении, эксплуатации и ремонте должны строго соблюдаться установленные правила и нормы. Аварии на этих объектах вызывают, как правило, большие разрушения, приводят к несчастным случаям, в том числе с тяжелыми последствиями, причиняют большой материальный и моральный ущерб.

Причинами разрушения или разгерметизации систем повышенного давления могут быть:

— внешние механические воздействия, старение систем (снижение механической прочности), износ (коррозия стенок сосудов);

— конструкторские ошибки;

— изменение состояния герметизируемой среды;

— неисправности в контрольно-измерительных, регулирующих и предохранительных устройствах или отсутствие данных устройств;

— значительное превышение давления из-за неисправности пре-дохранительных клапанов, нарушение технологического процесса или воспламенение паров масла в воздухосборниках, отсутствие (неисправность) редуцирующих устройств;

— дефекты при изготовлении, монтаже и ремонте сосудов;

— переполнение сосудов сжиженными газами;

— обслуживание сосудов необученным персоналом, нарушения технологической и трудовой дисциплины, нарушения правил и др.

Взрывозащита систем повышенного давления достигается:

— организационно-техническими мероприятиями (применением гидрозатворов, огнепреградителей, инертных газов или паровых завес, защитой аппаратов от разрушения при взрыве с помощью устройств аварийного сброса давления);

— разработкой инструктивных материалов, регламентов, норм и правил ведения технологических процессов;

— организацией обучения и инструктажа обслуживающего персонала;

— осуществлением контроля и надзора за соблюдением норм технологического режима, правил и норм техники безопасности, пожарной безопасности и т. п.

Для обеспечения надежной и безопасной работы герметичных систем и установок, находящихся под давлением, большое внимание необходимо уделять выполнению технических мероприятий по предупреждению аварий и взрывов. Конструкция установок должна обеспечивать их надежную и безопасную работу, возможность осмотра и очистки, промывки, продувки и ремонта, а также проведения необходимых испытаний.

Сосуды, работающие под давлением, должны быть оснащены:

• запорной и запорно-регулирующей арматурой;

• предохранительными устройствами;

• контрольными приборами для измерения давления и температуры.

Для предотвращения чрезмерного повышения давления в сосуде служат предохранительные устройства, при срабатывании которых избыточное давление сбрасывается из сосуда или установки. Предохранительные устройства имеют различное конструктивное исполнение, но наиболее распространены следующие:

• предохранительные устройства с разрушающимися мембранами (предохранительные мембраны);

• взрывные клапаны;

• предохранительные клапаны (пружинные, грузовые и др.).

Предохранительные мембраны просты по конструкции и поэтому считаются самыми надежными из предохранительных устройств. Мембраны бывают разрывные, ломающиеся, срезные, хлопающие и др. Наиболее просты разрывные мембраны, изготовленные из тонколистового металлического проката. При нагружении рабочим давлением мембрана пластически деформируется и приобретает форму сферического сегмента. При превышении допустимого давления мембрана разрывается, и давление из сосуда сбрасывается, предотвращая тем самым его взрывное разрушение. Однако недостатком мембраны является то обстоятельство, что после ее разрыва оборудование остается открытым и необходимо останавливать технологический процесс, чтобы заменить мембрану.

Взрывные клапаны лишены этого недостатка, т. к. при сбросе давления запорный диск вновь закрывается под действием пружины. Однако взрывные клапаны обладают невысокой герметичностью и применяются при невысоких рабочих давлениях, как правило, близких к нормальному.

Пружинные клапаны обладают высокой герметичностью и могут применяться при высоких давлениях. Однако они менее надежны, подвержены воздействию агрессивных сред, могут забиваться отложениями рабочих сред, обладают большой инерционностью. Поэтому за ними требуется постоянный уход и контроль. Надзор за безопасностью установок высокого давления осуществляют органы Ростехнадзора.

Каждый сосуд и самостоятельные полости с разными давлениями должны быть снабжены манометрами (приборами для измерения давления). Манометры должны иметь класс точности не ниже 2,5 — при рабочем давлении до 2,5 МПа и 1,5 — при рабочем давлении свыше 2,5 МПа.

Мембранные предохранительные устройства могут устанавливаться:

— вместо рычажно-грузовых и пружинных предохранительных клапанов, когда эти клапаны в рабочих условиях конкретной среды не могут быть применены вследствие их инерционности или других причин;

— перед предохранительными клапанами в случаях, когда пре-дохранительные клапаны не могут надежно работать вследствие вредного воздействия рабочей среды (коррозия, эрозия, полимеризация, кристаллизация, прикипание, примерзание) или возможных утечек через закрытый клапан взрыво- и пожароопасных, токсичных, экологически вредных веществ и т. п.;

— параллельно с предохранительными клапанами для увеличения пропускной способности систем сброса давления;

— на выходной стороне предохранительных клапанов для предотвращения вредного воздействия рабочих сред со стороны сбросной системы и для исключения влияния колебаний противодавления со стороны этой системы на точность срабатывания предохранительных клапанов.

Регистрации в органах Ростехнадзора не подлежат сосуды, работающие при температуре стенки не выше 200°С, у которых произведение PV (Р — давление в МПа, V — объем сосуда в м³) не превышает 0,15, а также сосуды с температурой стенки свыше 200°С, но с PV < 0,1. Остальные сосуды регистрируются органами Ростехнадзора (по правилам — с рабочим давлением в них от 0,7 атмосфер и с рабочей температурой от 115 градусов по Цельсию).

Испытание установок и емкостей, заключающееся в гидравлических или пневматических испытаниях, проводится по определенным правилам и состоит в закачке воды или воздуха под определенным давлением, превышающем рабочее, выдержке определенное время под давлением и внешнем осмотре наружной поверхности сосуда, разъемных и сварных соединений на предмет обнаружения течи. Если нет течи, трещин, потения в сварных соединениях, падения давления по контрольному манометру, сосуд считается выдержавшим испытания. Техническое освидетельствование установок, работающих под давлением, осуществляется после монтажа и пуска в эксплуатацию, а также периодически. В необходимых случаях они подвергаются внеочередному освидетельствованию.

Объем, методы и периодичность освидетельствования определяются изготовителем сосудов и емкостей и указываются в инструкциях по монтажу и эксплуатации.

Величина давления и время выдержки определяются конструкцией сосуда (сварной или литой, металлический или неметаллический, толщина стенки и др.) и установлены в специальных правилах. Обслуживание установок может быть поручено лицам не моложе 18 лет, прошедшим производственное обучение и аттестацию в квалификационной комиссии и имеющим удостоверение на право обслуживания.