Системы, работающие под высоким давлением

Сосудами, работающими под давлением, называются герметически закрытые емкости, предназначенные для ведения химических и тепловых процессов, а также хранения и перевозки сжатых, сжиженных и растворенных газов и жидкостей под давлением.

Эти сосуды относятся к объектам повышенной опасности, поскольку нарушение их герметичности может привести к взрыву, а, следовательно, и к разрушению оборудования, зданий и тяжелым травмам.

Наиболее частые причины аварий и взрывов сосудов, работающих под давлением: несоответствие конструкции максимально допустимым значениям давления и температуры; превышение давления сверх предельного значения; потеря механической прочности аппарата вследствие коррозии, внутренних дефектов металла, местных перегревов и др.; неисправность контрольно-измерительных приборов и защитных устройств; несоблюдение установленного режима работы; недостаточная квалификация обслуживающего персонала; отсутствие технического осмотра.

К оборудованию, работающему под давлением, относятся: баллоны, предназначенные для хранения и транспортирования газов в различных агрегатных состояниях – в сжатом (кислород, водород, азот, воздух и др.), в сжиженном (хлор, аммиак, пропан, бутан, сероводород, диоксид углерода и др.), в растворенном (ацетилен); цистерны и бочки для перевозки сжиженных газов; компрессорные установки; паровые и водогрейные котлы; барокамеры.

Для предотвращения разрушения сосудов, цистерн, бочек и баллонов, работающих под давлением больше атмосферного, они должны изготовляться и эксплуатироваться в соответствии с действующими Правилами устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением. Правилами предусматриваются требования к проектированию, устройству, изготовлению, монтажу, ремонту и эксплуатации таких сосудов.

Конструкция сосудов должна быть надежной, обеспечивать безопасность при эксплуатации и возможность полного опорожнения, очистки, промывки, продувки, осмотра и ремонта сосудов. Нормируются вес конструктивные элементы устройства сосудов. Материалы, применяемые для изготовления сосудов, должны обеспечивать их надежную работу в течение расчетного срока службы с учетом заданных условий эксплуатации (в частности давления, температуры, агрессивности среды). Изготовление таких сосудов разрешается на предприятиях, располагающих техническими средствами, обеспечивающими их качественное изготовление. Правилами предъявляются специальные требования к методам механической и термической обработки металлов и сварки швов, контролю сварных соединений (дефектоскопия, радиационный анализ, металлографические исследования, механические испытания и др.), нормам оценки качества изготовления и способам устранения дефектов, выявленных при испытаниях. Па каждый сосуд составляется и передается заказчику технический паспорт с чертежами и расчетами. На корпусе сосуда прикрепляется табличка с данными о нем. Для управления работой и обеспечения безопасных условий эксплуатации сосуды оснащаются: запорной или запорно-регулирующей арматурой; обратными клапанами, автоматически закрывающимися давлением из сосуда в случае вредных веществ или взрывоопасных сред; приборами для измерения давления (манометры) и температуры (термометры), указателями уровня жидкости, предохранительными устройствами (пружинные и рычажно-грузовые предохранительные клапаны, разрывные пластины или мембраны и др.). Сосуды должны устанавливаться на открытых площадках в местах, исключающих скопление людей, или в отдельно стоящих зданиях. До пуска в работу сосуды регистрируются в органах Ростехнадзора РФ. После монтажа до пуска в работу, а также периодически в процессе эксплуатации сосуды подвергаются техническому освидетельствованию: наружному и внутреннему осмотру и гидравлическому испытанию. Гидравлическое испытание проводится пробным давлением, превышающим рабочее в 1,25-2 раза, и зависит от рабочего давления и температуры, а также способа изготовления сосуда. При невозможности выполнять гидравлические испытания Правила допускают замену его пневматическим испытанием, но при условии соблюдения предохранительных мер. Разрешение на ввод сосуда в эксплуатацию выдается инспектором Ростехнадзора России после его регистрации, технического освидетельствования, проверки организации обслуживания и надзора, о чем делается отметка в паспорте сосуда. Руководство предприятия обязано обеспечивать содержание сосудов в исправном состоянии и безопасные условия их работы. В этих случаях из числа ИТР назначается ответственный за исправное состояние и безопасные действия сосудов, а также ответственный по надзору за техническим состоянием и эксплуатацией сосуда. К обслуживанию сосудов допускаются здоровые лица не моложе 18 лет, имеющие удостоверение на право обслуживания сосудов. Правила регламентируют порядок аварийной остановки сосуда и последующего ввода его в работу. Для поддержания сосуда в исправном состоянии администрация обязана своевременно проводить его ремонт. Правила содержат дополнительные требования к цистернам, бочкам и баллонам.

Цистерны и бочки для перевозки сжиженных газов представляют большую опасность при взрыве, чем другие сосуды, вследствие больших размеров и значительного количества хранящихся и перевозимых в них газов, Цистерны и бочки для сжиженных газов (за исключением криогенных жидкостей) рассчитывают на давление, которое может возникнуть в них при температуре +50 °С (максимальная летняя температура). Цистерны для сжиженного кислорода и других криогенных жидкостей рассчитывают на давление, при котором должно производиться их опорожнение. Цистерны оборудуют лазами или люками, а при необходимости – лестницами с помостами. На цистернах устанавливаются: вентили с сифонной трубкой для слива и налива среды; вентиль для выпуска паров из верхней части цистерн; пружинный предохранительный клапан; манометр, указатель уровня жидкости. Цистерны и бочки можно заполнять только, тем газом, для перевозки и хранения которого они предназначены. В цистернах и бочках при наполнении их сжиженным газом над жидкостью должно оставаться Достаточное свободное пространство (газовая, или паровая, подушка), иначе при повышении температуры окружающей среды может произойти разрушение сосуда. Поэтому величина наполнений цистерн и бочек сжиженными газами должна определяться взвешиванием или другим надежным способом контроля.

Баллоны могут взрываться по разным причинам. Основными среди них являются:

1) повреждение корпуса баллона в случае его падения, соударения баллонов между собой или удара по стенкам;

2) повышение температуры (перегрев) газа в баллоне, что приводит к резкому повышению давления и разрыву сосуда;

3) попадание масел и других жировых веществ во внутреннюю полость баллона или применение необезжиренных прокладок, которые способны самовоспламеняться к струе выходящего из баллона кислорода и сгорать при высокой температуре;

4) нарушение работы вентилей;

5) совместное хранение баллонов, наполненных разными газами (в частности баллонов с кислородом и горючими газами), что может привести к образованию в помещении взрывоопасной среды;

6) переполнение баллонов сжатыми и особенно сжиженными газами, что приводит к повышению давления выше допустимого;

7) отсутствие четкой окраски и маркировки баллонов.

Баллоны должны изготавливаться по государственным стандартам или нормативно-технической документации, согласованной с Ростехнадзором России. Баллоны для сжатых, сжиженных и растворенных газов емкостью более 100 л снабжаются паспортом по форме, установленной для сосудов, работающих под давлением. Боковые штуцера вентилей для баллонов, наполняемых водородом и другими горючими газами, должны иметь левую резьбу, а для баллонов, наполняемых кислородом и другими негорючими газами, – правую. На верхней сферической точке каждого баллона выбиваются технические данные о нем. Каждый баллон предназначен только для определенного газа. Чтобы легко и быстро распознать баллоны и предупредить ошибочное наполнение, их наружная поверхность окрашивается в установленные стандартом цвета с соответствующими надписями. В связи с большой взрывоопасностью ацетилен содержится в баллонах в растворенном состоянии; при этом баллоны заполняют соответствующим количеством специальной пористой массы и растворителя. Баллоны, находящиеся в эксплуатации, подвергаются периодическому освидетельствованию (осмотр внутренней и наружной поверхности баллонов, проверка массы и вместимости, гидравлическое испытание). Результаты освидетельствования баллонов записывают в специальный журнал испытаний. Эксплуатация, хранение и транспортировка баллонов на предприятии производятся по инструкциям, утвержденным главным инженером предприятия. Баллоны с газом должны храниться в специально спроектированных для этого открытых и закрытых складах. Хранение в одном. помещении баллонов с кислородом и горючими газами запрещается. Баллоны с газом, устанавливаемые в помещениях, должны находиться от радиаторов отопления и других отопительных приборов и печей на расстоянии не менее 1 м, а от источников теплоты с открытым огнем – не менее 5 м. При эксплуатации баллонов находящийся в них газ запрещается использовать полностью. Остаточное давление газа в баллоне должно быть не менее 0,05 МПа (0,5 кгс/см²) для обеспечения возможности взятия пробы газа и проведения контрольных анализов перед наполнением баллонов, а также исключения подсоса воздуха из атмосферы. Выпуск Газов из баллонов в емкости с меньшим давлением должен производиться через редуктор. Наполнение баллонов сжиженными газами производят на заводах-изготовителях. Перемещение баллонов в пунктах наполнения и потребления газов должно производиться на предназначенных для этого тележках или при помощи других специальных средств.

Компрессорные установки проектируют, изготовляют и эксплуатируют в соответствии с действующими Правилами устройства и безопасной эксплуатации стационарных компрессорных установок, воздухопроводов и газопроводов, а также ГОСТ 12.2.016-76, в которых изложены общие требования безопасности, требования к элементам конструкций и систем управления, к средствам защиты и сигнализации, к выполнению монтажных, наладочных работ, транспортированию и хранению. При неправильной эксплуатации компрессорных станций могут взрываться не только, компрессоры, но и воздухосборники-ресиверы, служащие для выравнивания давления воздуха, его охлаждения, и также отделения капель влаги и масла. Взрыв компрессора или ресивера возможен в результате перегрева стенок компрессора, загорания паров масла, превышения допускаемого давления в воздухосборнике, накопления статического электричества на корпусе компрессора или воздухосборника и других факторов, проявляющихся чаще всего из-за неисправности приборов и устройств безопасности: манометров, термометров, предохранительных клапанов. Для предупреждения взрыва компрессора предусматривается воздушное или водяное охлаждение сжатого воздуха, применение специального тугоплавкого компрессорного масла, обеспечение герметичности сосудов, очистка забираемого из атмосферы воздуха от пыли и обязательное заземление агрегата.

Паровые и водогрейные котлы также относятся к аппаратам, работающим при высокой температуре и большом избыточном давлении. Причинами взрыва этих котлов являются либо перегрев стенок котла (вследствие пуска воды), либо недостаточное охлаждение внутренних стенок из-за накопления накипи, а также внезапное разрушение стенок котла от появившихся на них трещин или усталостных образований при превышении давления против расчетного в случае неисправности предохранительных устройств. Правилами устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов определяются требования к устройству, изготовлению и эксплуатации котлов, а также к оборудованию их необходимыми контрольно-измерительными приборами и предохранительными устройствами. Здания котельных должны строиться из несгораемых материалов, а двери открываться наружу. Расстояние от рабочего места до выхода составляет не более 50 м. Котлы устанавливаются на прочные фундаменты.

Трубопроводы являются источником повышенной опасности из-за разрушения материала труб и разгерметизации фланцевых соединений вследствие тяжелых условий эксплуатации, а также из-за большой протяженности и разветвленности сети, затрудняющих контроль за ее состоянием. Чтобы отличить один трубопровод от другого, их окрашивают в специальные опознавательные цвета (по ГОСТ 14202-69): например, трубопровод для воды красят в зеленый цвет, пара – в красный, воздуха – в синий, горючих и негорючих газов – в желтый. Противопожарные трубопроводы, независимо от их содержания (вода, пена, пар для тушения пожара, инертный газ и др.), окрашиваются в красный цвет (сигнальный).