Классы опасности при эксплуатации сосудов

Сосуды, работающие под давлением, паровые и водогрейные котлы, трубопроводы пара горячей воды относятся в соответствии с Федеральным законом « О промышленной безопасности опасных производственных объектов» к опасным производственным объектам. Изготовление сосудов и эксплуатации регламентируется: «правилами устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением» Эксплуатация – повышенная опасность, (особенно опасны взрывы: котлов, сосудов, трубопроводов пара и горячей воды – большие разрушения, травмы, несчастные случаи, материальный ущерб).

Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением, котлов, трубопроводов пара и горячей воды принято называть Правилами котлонадзора, а объекты, на которые они распространяются, – объектами котлонадзора.(контроль – Ростехнадзор РФ; на предприятии и в организациях контроль за соблюдением Правил котлонадзора осуществляется инспекторами котлонадзора, которые проводят технические освидетельствование и обследование объектов котлонадз.- не соблюдение правил карается наложением штрафов .(ответственность за соблюдение правил , состоянием и эксплуатации сосудов отвечают руководители и специалистов, осуществляющих надзор за техническим сос-ем и эксплуатации сосудов. ))

Сосуд – герметически закрытая емкость, предназначена для ведения химических, тепловых и других технологических процессов, а так же хранения , транспортировку газообразных, жидких и других веществ. Границей сосуда являются входные и выходные штуцера.

Пробное давление – давление, при котором проводится испытание сосудов.

Давление рабочее – максимальное внутреннее избыточное или наружное давление, возникающее при нормальном протекании рабочего процесса.

Давление расчетное – давление, используемое при расчете на прочность.

Давление условное – расчетное давление при температуре 20 С, используемое при расчете на прочность стандартных сосудов.

Основные причины аварий сосудов, работ под давлением.

Основные причины аварий:

• а) значительное превышение давления из-за неисправности предохранительных клапанов, нарушение технологического процесса или воспламенение паров масла в воздухосборниках, отсутствие(неисправность) редуцирующих устройств;
• б) неисправность или отсутствие предохранительных устройств сосудов с быстросъемными крышками;
• в) дефекты при изготовлении, монтаже и ремонте сосудов;
• г) переполнение сосудов сжиженными газами;
• д) износ стенок сосудов;
• е) обслуживание сосудов необученным персоналом, нарушение технологической и трудовой дисциплины;
• ж) нарушение требований Правил из-за их незнания;
• з) выдача должностными лицами указаний или распоряжений, принуждающих подчиненных им лиц нарушать Правила.

Опасность: – возможность их разрушения при внезапном адиабатическом расширении газов и паров. т.е потеря механической прочности стенок обечайки(коррозия, локальный перегрев, трещины. (взрывы при потере механической прочности сосудов, местный перегрев, удары, превышение рабочего давления(потенциальная энергия – в кинетическую энергию осколков, разрушенного оборудования и ударную волну (травмы людей.))) (k-1)/k

Потенциальная энергия сжатой среды: W= [p1V1/(K-1)]*(1-(p1/p2) ) К – показатель адиабаты. P1 и P2- начальное и конечное давление соответственно.V-начальный объем газа.

Потенциальная энергия сжатой среды пропорциональна произведению начального давления на объем сосуда: W~PV

• – взрывная волна(поражение оборудования и гибель людей.)
• – опасны сосуды, содержащие токсическую среду(опасность отравления) и горючую среду (опасность пожара и взрыва)

Область применения «правил устройства и безопасной эксплуатации»:

Правила, распространяются на :

• – сосуды, работающие под давлением воды с температурой выше 115 С или другой жидкости с температурой, превышающей темпер кипения при давлении 0.07 МПа бег учета гидравлического давления;
• -сосуды, работающие под давлением пара или газа свыше 0.07 МПа
• – баллоны, предназначенные для транспортирования и хранения сжатых, сжиженных и растворенных газов под давлением свыше 0.07МПа
• – цистерны и бочки для транспортирования и хранения сжиженных газов, давление паров которых при температуре до 50С превышает 0.07МПа.
• – цистерны и сосуды для транспортирования , хранения сжиженных газов, жидкостей и сыпучих тел, в которых давление свыше 0.07МПа создается периодически для опорожнения;

Правила не распространяются на :

• – сосуды , изготовляемые в соответствии с «правилами устройства и безопасной эксплуатации оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок», (Ростехнадзор), а так же сосуды , работающие с радиоактивной средой ;
• – сосуды, вместимостью не более 25 литров не зависимо от давления, используемые для научно-экспериментальных целей.
• – сосуды и баллоны вместимостью не более 25 литров, у которых произведение давления МПа на вместимость в литрах не превышает 200.
• – сосуды, работающие под давлением, создающие при взрыве внутри них в соответствии с технологическим процессом;
• – сосуды, работающие под вакуумом;
• – сосуды, устанавливаемые на морских, речных судах и других плавучих средствах;
• – сосуды, устанавливаемые на самолетах и других летательных аппаратах;
• – воздушные резервуары тормозного оборудования подвижного состава железнодорожного транспорта, автомобилей и других средств передвижения;
• – сосуды специального назначения военного ведомства;
• -приборы парового и водяного отопления;
• – трубчатые печи;

ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА ОТ ПОВЫШЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ:

• 1)предохр устр-ва (исключающие возможность включение сосуда под давлением при неполном закрытии крышки, и открытии при наличие давления – замок с ключом -маркой):
  • – редуцирующие устройства,
  • – обратные клапаны,
  • -вентили,
  • – предохранительные клапаны,
  • – мембранные предохранители,

При работе на нагнетательной линии между компрессором и аппаратом ставиться автоматические редуцирующие устройства, которое позволяет поддер-ть постоянное давление в аппарате, не зависимо от скачков давления перед аппаратом.

Сосуды для вредных и взрывоопасных веществ обор-ся обратным клапаном, который пропускает среду только в одном направлении. Он устанавливается на подводящей линии между компрессором и аппаратом. При падении давления на со стороны нагнетателя (остановка или неисправность компрессора) клапан автоматически закр-ся со стороны сосуда, и давление из сосуда «обратный удар». Предохранительный клапан – (если медленно поднимается давление) устр-во автоматического действия, предназначенного для предупре. в аппарате и трубопровод давление превышающее допустимое, при повышении Р открывается в клапане сбросное отверстие через которое уходят излишки Р (газа, жид-ти). Но после сброса излишки Р раб восстанавливаются клапан закрывается(рабочий процесс не прерывается.)

Пружины – малые габариты, рассчитаны на различное давление, с помощью сменной пружины, грузовой клапан – за счет груза, рычажно-грузовые – склонны к вибрации(либо пониж Р , либо повыш Р, т е устраняют этот дифект). Все они работают в больших диапазонах Р , но их нельзя применять в вибрационных и движущихся аппаратах. Некоторые клапаны сбрас среду в атмосферу , клапаны закрытого типа – выводятся на сбромную трубу).

Р срабатывания клапана:

Рраб до 3 атм Роткр равно Рраб+0.5 атм4

От 3 до 60 атм Р отк= 1.5 Рраб

^60 атм Роткр=1.1Рраб

Пропускная способность клапана рассчит: G = 1.59бFвv(p1-p2)с

p1,р2 – макс значение давления перед предохранительным клапаном и после него

с – плотность среды для Р1 клапанов, то поперечное сечение не меньше 1.25 суммарного проходного сечения всех клапанов .

б- коэф-т расхода среды;

F – площадь сечения клапанов равное наименьш площади проточной части;

в- коэф-т учитывающий состояние газа(расширение ) при истечении.

Недостатки клапанов:

• – механическая инерционность;
• -нарушение герметичности и и утечка среды через затвор в рез-те загрязнения и повреждений
• – деформация пружины,

Предохранительные клапаны не являются надежн ср-ом защиты(не возможна кристаллизация, затвердевание. сгущение – технолог процессы). Клапан не спасет при быстром росте давления, хлопок =>взрыв. Различают следующие виды: разрывные, ломающиеся, хлопающие, выщелкивающие, отрывные и специальные.

Наиболее простые разрывные мембр – изготавливаются из тонкого листа(Ме: медь, латунь, стекло. нерж сталь, эбанит)

Мембр бывают плоскими или выгнутыми(во внутрь аппарата)

При срабатывании выпуклой мембр с треском выворачивается и отрывается и уноситься потоком

Ломающиеся – из хрупких мат-ов, но при некоторой затяжке ее можно сломать.

Нед-ок: давление падает до атмосферного.

Треб-ия:

Мембр разрушение ток при заданном давлении

• -констр и эксплуат удобная и простая,
• – легкая замена,
• -корозионно стойкая,
• – достаточное проходное сечение для того чтобы давление не повышалось;

РАСЧЕТ МЕМБРАНЫ:

ОБЩАЯ ПЛОЩАДЬ,КОЛИЧЕСТВО, ДИАМЕТР И ТОЛЩИНА.

ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЕ МЕМБРАНЫ:

– при быстром росте давления(взрывном) аппарат могут спасти только заранее слабые элементы конструкции – мембраны , которые при резком увеличении давления быстро разрушаются и открывают отверстие для сброса образ-ся газов(снижают давление.)

Давление при взрыве газа-паровоздушной смеси/

Давление при взрыве газа-паровоздушной смеси: Рразр=р0(Твзр*m/T0*n)

Р0 – начальное давление смеси;

Твзр T0 – начальная тем-ра горючей смеси и тем-ра взрыва

m – число молей в смаси после взрыва;

n – число молей до взрыва.

Теоритическая температура взрыва:

Твзр=Q/(Сi* mi) Сi; mi теплоемкость продуктов горения и число молей соответственно

Объем газообразных продуктов: Vt= Vo(Pраб*Tвзр*m/Po *To*n)- при взрыве горючей смеси. ДVt=Vt-Vo(Pраб/Po)

Площадь мембраны:

f= ДVt/ фW f – уд-ая площадь мембр.V-объем газов, отвод из аппар. через мембр. ф – время развития взрыва. W- скорость истечения газов через мембр.

Расчет толщины мембр: S= (P*r/2ф ) (разрывная мембр) S- площадь мембр; Р- давление разрушения; r-радиус кривизны мембр. на растяжения материала. F=f*Vап;

d= v4F/пn толщина мембр: д= Рразd/4у в.ср; у в.ср – временное сопр-ие материала мембр., с учетом тем-го режима.

нед-ки мембр:

• – после срабатывании давление сниж-ся до атмосф-го
• – выброс в астмосф вредных вещ-в
• – иногда происходит выброс языков пламени, что приводит к воспламенению среды.

Сосудами, работающими под давлением, называются герметически закрытые емкости, предназначенные для ведения в них химических и тепловых процессов, а также для хранения и перевозки сжатых, сжиженных и растворенных газов и жидкостей под давлением. К ним относят баллоны, цистерны, бочки, барокамеры, работающие под избыточным давлением, и т.д.

Основная опасность при эксплуатации сосудов, работающих под давлением, заключается в возможном их разрушении и проявлении действия силы внезапного адиабатического расширения газов и паров, так называемого физического взрыва. При взрыве возможны поражения работников в виде тепловых и химических ожогов, механических травм, отравлений в случае применения токсических веществ, а также разрушения оборудования и помещений.

Наиболее распространенными причинами разрушения сосудов являются:

– превышение допустимого давления;

– потеря механической прочности материала сосуда вследствие коррозии, внутренних дефектов, местных перегревов и др.;

– неисправность защитных устройств;

– неправильная эксплуатация.

Вследствие высокой опасности герметичных систем, работающих под избыточным внутренним давлением, их проектирование, устройство, изготовление, монтаж, испытания, ремонт и эксплуатация регламентируются Правилами устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением ПБ 03-576-03.

Для обеспечения безопасности эксплуатации сосудов, работающих под давлением организации должны зарегистрировать их в органах Ростехнадзора и получить разрешение на ввод в эксплуатацию. Разрешение на ввод в эксплуатацию сосудов, подлежащих регистрации в Ростехнадзоре, выдается соответствующими территориальными органами Ростехнадзора после удовлетворительных результатов технического освидетельствования.

Техническое освидетельствование проводят:

– после монтажа до пуска в работу;

– периодически в процессе эксплуатации;

– в необходимых случаях проводят внеочередное (досрочное) освидетельствование.

Для обеспечения безопасного содержания и обслуживания сосудов под давлением применяют следующие организационные мероприятия.

Руководитель предприятия (организации-владельца сосуда) приказом из числа наиболее опытных инженерно – технических работников назначает:

– ответственных за исправное содержание и безопасную эксплуатацию сосудов, работающих под давлением;

– ответственных, осуществляющих надзор за технически исправным состоянием и безопасной эксплуатацией сосудов.

К обслуживанию этого оборудования допускаются лица (в обязательном порядке):

– достигшие 18-летнего возраста;

– прошедшие по специальной программе теоретическое и практическое обучение;

– аттестованные комиссией и имеющие соответствующее удостоверение на право работы;

– прошедшие инструктаж на рабочем месте в установленном порядке и получившие инструкцию по режиму работы и безопасному обслуживанию сосудов

Во всех отраслях промышленности, в том числе в гражданской авиации широко используются баллоны со сжатыми, сжиженными и растворенными газами, которые относятся к сосудам, работающим под давлением.

Баллоны – это закрытые металлические сосуды (стандартные и нестандартные) для хранения, транспортировки сжатых, сжиженных или растворенных газов, которые изготовляются из бесшовных труб.

Непосредственно причинами взрывов баллонов, предназначенных для хранения, транспортировки и использования сжатых, сжиженных и растворенных газов, являются:

– нагрев баллонов солнцем, открытым огнем;

– быстрое наполнение баллонов при зарядке;

– падение баллонов и удары о твердые предметы (поверхности);

– попадание масел на арматуру или горловину кислородных баллонов;

– низкое качество или осадка пористой массы в ацетиленовых баллонах;

– быстрый выпуск газа из баллонов, который может вызвать искры в струе газа;

– ошибочное заполнение баллонов газами или жидкостями, для которых они не предназначены;

– появление дефектов (например, литейных раковин, газовых пор, трещин, прожогов и др.), снижающих прочностные характеристики баллонов и сосудов;

– нарушение режимов эксплуатации и др.

На верхней сферической части каждого баллона должны быть отчетливо путем клеймения нанесены паспортные данные:

– товарный знак завода-изготовителя;

– номер баллона;

– фактический вес порожнего баллона;

– дата (месяц и год) изготовления и год следующего освидетельствования; рабочее давление Р, МПа;

– пробное гидравлическое давление, МПа;

– емкость баллона, л;

– клеймо ОТК завода-изготовителя;

– номер стандартов для баллонов емкостью свыше 55 л.

Наружная поверхность баллонов должна быть окрашена в условный отличительный цвет. Например, баллоны с кислород должны быть окрашены в голубой цвет; баллоны с сжатым воздухом – в черный и т.д.

Техническое освидетельствование баллонов проводят отделы технического контроля заводов-изготовителей в соответствии с требованиями Правил устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением, государственных стандартов на баллоны и технических условий.

Администрация должна обеспечивать безопасное хранение газов в баллонах. При небольшом количестве баллонов особое внимание уделяется их закреплению (при вертикальном хранении) и защите от осадков и солнечных лучей. Запрещается эксплуатировать баллоны, у которых:

– истек срок назначенного освидетельствования;

– поврежден корпус;

– неисправны вентили;

– отсутствует надлежащая окраска или надпись;

– имеется избыточное давление газа;

– отсутствуют установленные клейма.

Компрессор представляет собой поршневую машину для сжатия воздуха (газа), которая всасывает воздух из окружающей среды, сжимая его до определенного давления. Компрессорная установка включает в себя компрессорный агрегат с дополнительными системами, обеспечивающими подачу сжатого воздуха (газа) под определенным давлением по системе воздуховодов на рабочие места, а также наполнение сжатым воздухом (газом) баллонов.

Работа компрессорного оборудования связана с возникновением опасных и вредных факторов, обусловленных наличием у компрессоров движущихся частей и высокого давления, а также возможностью образования взрывоопасных смесей. Воздушные компрессоры опасны вследствие возможности образования взрывоопасных смесей из продуктов разложения смазочных масел и кислорода воздуха.

При работе компрессорного оборудования возможно чрезмерное повышение давления. При повышении давления, если не отводить тепло, температура сжимаемого воздуха (газа) резко повышается, что может привести к взрыву.

Основными причинами взрыва при неправильной эксплуатации или устройстве компрессорных установок являются:

– перегрев стенок компрессора из-за высокой температуры сжимаемого воздуха;

– повышение давления в цилиндрах компрессора, воздуховодах или воздушных аккумуляторах выше допустимого;

– низкое качество смазочного масла;

– образование в сжатом воздухе взрывоопасных смесей вследствие попадания масла, топлива или нагара;

– низкое качество материала стенок сосуда, находящегося под давлением;

– забор загрязненного воздуха;

– неправильный монтаж компрессорной установки;

– гидравлические удары.

Таким образом, для безопасной эксплуатации компрессоров необходимо главным образом обеспечить рациональную смазку, достаточное охлаждение, а также фильтрацию воздуха при заборе его из атмосферы.

Стационарные компрессорные установки размещают в специальных помещения (машинных залах). При этом запрещается размещать их в помещениях, рядом с которыми расположены взрывоопасные и химически опасные процессы, вызывающие коррозию оборудования и вредно воздействующие на организм человека.

Руководитель предприятия, эксплуатирующего компрессорную установку, назначает ответственного за правильную и безопасную эксплуатацию установки и воздухогазопроводов. Им может быть лицо, имеющее техническое образование и практический опыт работы по эксплуатации компрессоров.

Администрация предприятия должна разработать инструкцию по безопасному обслуживанию компрессорной установки и вывесить ее на рабочих местах. В инструкции должен быть изложен порядок запуска и остановки, регулирования работы установки и т. д. Инструкцию утверждает главный инженер предприятия, эксплуатирующего компрессорную установку.

К самостоятельной работе по обслуживанию компрессорной установки могут быть допущены лица не моложе 18 лет, признанные годными по состоянию здоровья, обученные по соответствующей программе и имеющие удостоверение квалификационной комиссии на право ее обслуживания.

Знания персонала обслуживающего компрессорные установки по вопросам требований безопасности и пожарной безопасности должны проверяться не реже одного раза в год комиссией, состав которой определяется приказом руководителя предприятия. Лица, не сдавшие проверку, к работе не допускаются.

Паровым (водогрейным) котлом называется устройство, имеющее топку, обогреваемое продуктами сжигаемого в ней топлива и предназначенное для получения пара (для нагревания воды) с давлением выше атмосферного, используемого вне самого устройства.

Основными причинами взрывов паровых и водогрейных котлов являются:

– недостаток воды, ведущий к перегреву стенок котла и возникающий в результате неисправной водоуказательной арматуры насосов, утечки воды, невнимательности обслуживающего персонала;

– превышение допустимого давления в котле из-за неисправности контрольно-измерительной аппаратуры котла;

– отложения накипи и шлама, вызывающие прогар стенок котла;

– коррозия металла стенок и швов ведущая к местному ослаблению стенок котла;

– неисправность устройств, питающих котел водой;

– нарушение технологии изготовления и монтажа котла.

Для предотвращения аварий и ввиду особой важности контроля и наблюдения за безопасностью работы котлов Ростехнадзором разработаны Правила устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов.

Создание здоровых и безопасных условий труда в котельных помещениях транспортных предприятий, в том числе авиационных организаций, является важнейшей задачей производственной безопасности. Нарушение правил безопасной эксплуатации котлов может вызвать аварии, которые могут сопровождаться пожаром, а при повышении давления и взрывом. Достаточное внимание должно быть уделено охране обслуживающего персонала от вредных влияний высокой температуры и ядовитых газов. При взрыве парового котла персонал может получить тяжелые травмы и ожоги.

Администрация организации, эксплуатирующей опасный производственный объект, в состав которого входят паровые и водогрейные котлы, обязана:

– обеспечивать соблюдение требований Федерального закона “О промышленной безопасности опасных производственных объектов” и других федеральных законов Российской Федерации, а также нормативных документов в области промышленной безопасности;

– обеспечивать укомплектованность штата работников, связанных с эксплуатацией котлов, в соответствии с установленными требованиями;

– допускать к работе на паровых и водогрейных котлах лиц, удовлетворяющих квалификационным требованиям и не имеющих медицинских противопоказаний к указанной работе, а также аттестованных и имеющие удостоверение на право обслуживания котлов;

– назначать ответственного за исправное состояние и безопасную эксплуатацию котлов из числа специалистов, прошедших проверку знаний в установленном порядке;

– разработать и утвердить производственную инструкцию для персонала, обслуживающего котлы;

– обеспечивать подготовку и аттестацию работников в области промышленной безопасности;

– обеспечивать наличие и функционирование необходимых приборов и систем контроля за эксплуатацией котлов;

– проводить освидетельствование и диагностику котлов в определенные сроки и по предписанию Ростехнадзора и его территориальных органов;

– предотвращать проникновение посторонних лиц в помещения, где размещены котлы;

– заключать договоры страхования риска ответственности за причинение вреда при эксплуатации опасного производственного объекта, на котором используются котлы;

– выполнять распоряжения и предписания Ростехнадзора и его территориальных органов и должностных лиц, отдаваемые ими в соответствии с их полномочиями;

– осуществлять мероприятия по локализации и ликвидации последствий аварий на котлах, оказывать содействие государственным органам в расследовании причин аварий;

– анализировать причины возникновения аварий и инцидентов при эксплуатации котлов, принимать меры по их устранению. Вести учет аварий и инцидентов на котлах.

В соответствии с Федеральным законом “О промышленной безопасности опасных производственных объектов” опасные производственные объекты, на которых используются паровые и водогрейные котлы, должны быть зарегистрированы в Государственном реестре опасных производственных объектов.

Регистрации в органах Ростехнадзора до пуска в работу подлежат котлы всех типов, которые подпадают под действия Правил устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов (паровые котлы с рабочим давлением более 0,07 МПа (0,7 кгс/см2), водогрейные котлы с температурой воды выше 115 0С).

Каждый котел должен подвергаться техническому освидетельствованию до пуска в работу, периодически в процессе эксплуатации и в необходимых случаях – внеочередному освидетельствованию.

Пусконаладочные работы на котельном оборудовании выполняет специализированная организация по наладке технических устройств, применяемых на опасном производственном объекте.

Разрешение на эксплуатацию котлов, зарегистрированных в Ростехнадзоре, выдается после проведения пусконаладочных работ на основании результатов первичного технического освидетельствования.

Вопросы для самоконтроля:

1. Что является сосудами, работающими под давлением?

2. Назовите наиболее распространенные причины разрушения сосудов.

3. Какие мероприятия должна выполнить организация для обеспечения безопасности эксплуатации сосудов, работающих под далением при вводе их в эксплуатацию?

4. Какие баллоны запрещены к эксплуатации?

5. Назовите основные причины взрывов компрессорных установок.

6. Назовите основные причины взрывов паровых и водогрейных котлов.

7. Какие мероприятия должна выполнить организация для обеспечения безопасности эксплуатации компрессорных установок?

8. Какие мероприятия должна выполнить организация для обеспечения безопасности эксплуатации котлов?

Литература: [1, 2, 3, 5, 25, 26, 27, 28].