Герметичные системы, находящиеся под давлением

Герметизированные системы, в которых под давлением нахо­дятся сжатые газы и жидкости (нередко токсичные, пожаро-взрывоопасные или имеющие высокую температуру), широко применяются в современном производстве. Такие системы явля­ются источником повышенной опасности, и поэтому при их проектировании, изготовлении, эксплуатации и ремонте должны строго соблюдаться установленные правила и нормы. К рассмат­риваемым установкам, сосудам и системам относят паровые и водогрейные котлы, экономайзеры и пароперегреватели; трубо­проводы пара, горячей воды и сжатого воздуха; сосуды, цистер­ны, бочки; баллоны; компрессорные установки; установки газо­снабжения.

Одним из основных требований, предъявляемых к системам, находящимся под давлением, является их герметичность.

Герметичность — это непроницаемость жидкостями и газами стенок и соединений, ограничивающих внутренние объемы уст­ройств и установок.

Принцип герметичности, т. е. непроницаемость, использует­ся во всех устройствах и установках, в которых в качестве рабо­чего тела применяется жидкость или газ. Этот принцип является также обязательным для вакуумных установок.

Любые системы повышенного давления всегда представляют собой потенциальную опасность.

Классификация герметичных систем. Принцип герметичности, используемый при организации рабочего процесса ряда устройств и установок, является важным с точки зрения безопасности их эксплуатации. Из множества герметичных устройств и установок можно выделить те, которые наиболее широко применяются в промышленности. К ним следует отнести:

1. Трубопроводы. Жидкости и газы, транспортируемые по тру­бопроводам, разбиты на следующие десять укрупненных групп, в соответствии с которыми установлена опознавательная окраска трубопроводов (табл. 2.17).

Чтобы выделить вид опасности, на трубопроводы наносят предупреждающие (сигнальные) цветные кольца (табл. 2.18).

При нанесении колец желтого цвета на трубопроводы с опо­знавательной окраской газов и кислот, а также при нанесении колец зеленого цвета на трубопроводы с опознавательной окра­ской воды кольца имеют соответственно черные или белые ка­емки шириной не менее 10 мм. Число предупреждающих колец какого-либо цвета должно соответствовать степени опасности транспортируемого вещества.

Кроме цветных сигнальных колец применяют также преду­преждающие знаки, маркировочные щитки и надписи на трубопроводах (цифровое обозначение вещества, слово «вакуум» для вакуумпроводов, стрелки, указывающие направление движения жидкости, и др.), которые располагаются на наиболее ответст­венных местах коммуникаций.

Таблица 2.17. Окраска трубопроводов

Таблица 2.18. Сигнальные цветные кольца, наносимые на трубопроводы

2. Баллоны для хранения и перевозки сжатых, сжиженных и растворенных газов при температурах 223...333 °К (-50...+60 °С). Баллоны изготовляют малой вместимости 0,4—12 л, средней — 20—50 л и большой вместимости 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 наружную поверхность от кор­розии, на заводах-изготовителях баллоны окрашивают в уста­новленные стандартом цвета, наносят соответствующие надписи и отличительные полосы (табл. 2.19).

Таблица 2.19. Окраска баллонов

Кроме того, на баллоне указывают наименование газа, а у горловины каждого баллона на сферической части отчетливо должны быть выбиты следующие данные: товарный знак пред­приятия-изготовителя, дата (месяц, год) изготовления (испыта­ния) и год следующего испытания в соответствии с правилами Госгортехнадзора (например, при изготовлении баллонов в мар­те 1999 г. и последующем их испытании в марте 2004 г. ставят клеймо 3—99—04); вид термообработки, рабочее и пробное гид­равлическое давление (МПа); емкость баллона (л); массу балло­на (кг); клеймо ОТК; обозначение действующего стандарта.

Баллоны для сжатых газов, принимаемые заводами-наполни­телями от потребителей, должны иметь остаточное давление не менее 0,05 МПа, а баллоны для растворенного ацетилена — не менее 0,05 и не более 0,1 МПа. Остаточное давление позволяет определить, какой газ находится в баллонах, проверить герме­тичность баллона и его арматуры и гарантировать непроникно­вение в баллон другого газа или жидкости. Кроме того, остаточ­ное давление в баллонах для ацетилена препятствует уносу аце­тона-растворителя ацетилена (при меньшем давлении унос ацетона увеличивается, а уменьшение количества ацетона в бал­лоне повышает взрывоопасность ацетилена).

3. Сосуды для сжиженных газов. Сжиженные газы хранят и перевозят в стационарных и транспортных сосудах (цистернах), снабженных высокоэффективной тепловой изоляцией.

Для хранения и транспортирования криогенных продуктов (азота, аргона, кислорода и воздуха) изготовляют специальные криогенные сосуды.

Транспортные сосуды (цистерны) обычно имеют объем до 35 тыс. л. Наружную поверхность резервуаров окрашивают эма­лью, масляной или алюминиевой красками в светло-серый цвет. На транспортных сосудах наносят надписи и отличительные по­лосы (табл. 2.20).

Таблица 2.20. Маркировка транспортных сосудов (резервуаров)

4. Газгольдеры. Они могут быть низкого (постоянного) и вы­сокого (переменного) давления. Газгольдеры высокого давления служат для создания запаса газа высокого давления. Расходуе­мый из него газ проходит через редуктор, который понижает давление и поддерживает его постоянным в течение всего про­цесса подачи газа потребителю. Обычно такие газгольдеры соби­рают из баллонов большого объема, изготовляемых на рабочее давление меньше 25, 32 и 40 МПа.

Газгольдеры низкого давления имеют большой объем 10^э—3 и применяются для хранения запаса газа, сглажива­ния пульсаций, выдачи газов, отделения механических примесей и других целей.

Кроме герметичных устройств и установок, рассмотренных выше, в промышленности широко применяют сосуды, предназначенные для ведения химических и тепловых процессов, ком­прессоры, котлы.

Причины возникновения опасности герметичных систем. Ана­лиз показывает, что разгерметизация устройств и установок про­исходит в результате действия целого ряда факторов, которые можно условно разделить на две группы — эксплуатационные и технологические.

Первые обусловлены физико-химическими свойствами рабо­чего тела, параметрами его состояния, условиями эксплуатации и т. д. К ним, например, относят: протекание побочных процес­сов в устройствах и установках, приводящих к ослаблению проч­ности конструкции; образование взрывчатых смесей; неправиль­ную эксплуатацию и др.

Вторые связаны с дефектами при изготовлении, монтаже, транспортировании и хранении устройств.

Основными причинами разрушения или разгерметизации систем повышенного давления являются:

• внешние механические воздействия;

• снижение механической прочности;

• нарушения технологического режима;

• конструкторские ошибки;

• изменение состояния герметизируемой среды;

• неисправности в контрольно-измерительных и предохра­нительных устройствах;

• ошибки обслуживающего персонала.

Опасности, возникающие при нарушении герметичности. В ряде случаев нарушение герметичности, т. е. разгерметизация уст­ройств иустановок, не только нежелательна с технической точки зрения, но иопасна для обслуживающего персонала и производ­ства в целом.

Во-первых, нарушение герметичности может быть связано с взрывом. Здесь следует различать две причины. С одной сторо­ны, взрыв может являться следствием нарушения герметичности, например, воспламенение взрывчатой смеси внутри установки. С другой, нарушение герметичности может стать причиной взры­ва, например, при нарушении герметичности ацетиленового тру­бопровода вблизи участков нарушения образуется ацетиленовоз-душная смесь, которая может воспламениться самыми слабыми тепловыми импульсами. Незамеченное длительное горение при­водит к такому сильному разогреву трубопровода, что ацетилен внем самовоспламеняется.

Во-вторых, 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, например, нарушение герметичности баллона с га­зом при давлении 20 МПа с образованием отверстия диа­метром 15 мм приведет к появлению начальной реактив­ной тяги около 3,5 кН; при массе баллона 70 кг он может приобрести ускорение и переместиться на некоторое рас­стояние;

• радиационная, возникающая, например, при использова­нии в установках в качестве теплоносителя жидких радио­активных металлов, обладающих высоким уровнем иони­зирующего излучения;

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