Выбросы от сосудов работающих под давлением

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.

Предприятия, на которых эксплуатируется оборудование, работающее с водой, нагретой свыше 115 С, или находящееся под давлением более 0.07 Мпа, согласно ФЗ от 21.07.97. «О промышленной безопасности опасных производственных объектов», безоговорочно относятся к опасным производственным объектам. Ростехнадзор периодически проводит комплексные проверки подобных структур. Так, например, в 2009 г. надзорный орган осуществлял контроль над 230,0 тыс. емкостями, технологический процесс в которых предусматривал высокое давление. Они представляли собой закрытые герметическим образом сосуды, в которых осуществлялись химические и тепловые процессы в жидких и газообразных средах. Кроме этого подобные технологические емкости используются также, для транспортировки, хранения и использования подобных опасных веществ.

Основной и самой разрушительной причиной аварий и чрезвычайных технических инцидентов на этих опасных производственных объектах является разрушение герметизационного слоя объекта. Этот процесс, как правило, приводит к взрыву, который в свою очередь провоцирует появление большого количества механических осколков и ударные волны. Их разрушительное воздействие может быть крайне значительным и опасным для людей, находящихся рядом во время аварии. Из этого следует, что оборудование, функционирующее в условиях избыточного давления, должно обладать высокой степенью эксплуатационной надежности. Специалисты понимают под термином «надежность оборудование» его безаварийную эксплуатацию в течении эксплуатационного срока, предполагающую абсолютную герметизацию ёмкости. Для того чтобы обеспечить такое состояние опасного производственного объекта необходима его квалифицированная и своевременная техническая оценка, которая осуществляется в соответствии с нормативным регламентом, а именно – ПБ 03-576-03 (Правила устройства безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением).

В мировой практике, например, в таких странах как США, Австралия, Норвегия, Канада и Великобритания, используется несколько иной подход, который базируется на надзоре за подобными объектами, учитывающего конкретные факторы риска. В их понимании риск – это производная гипотетической возможности снижения надежности сосуда и последствий этого нарушения. Данная методология широко используется в этих странах на объектах нефтяной, газовой и химической промышленности и предусматривает следующие основные факторы:

1. Оценка технического устройства с точки зрения его гипотетического ухудшения в процессе эксплуатации. Необходимо реально отслеживать всевозможные последствия неисправности оборудования. Далее осуществляется согласованное сочетание потенциальных нарушений и его последствий.
2. Осуществление инспекционных проверок с применением оценок системного подхода и с использованием риск-ориентированного подхода. В этом случае рассматриваются все гипотетически возможные причины ухудшения технического состояния сосуда, работающего под давлением, к которым могут относиться:
   • Локальные или местные коррозионные процессы, вызывающие уменьшение толщины стенок емкости.
   • Трещины или растрескивание на внутренне или внешней поверхности сосуда.
   • Снижение прочностных характеристик металла.
3. Исследование методов проведения инспекций и оценка эффективности инструментов, используемых в процессе диагностического анализа.
4. Периодическое обследование состояния оборудования на предмет гипотетического выхода из строя в связи с изменением (в сторону ухудшения) его прочностных характеристик.
5. Оценка материалов, используемых в конструкции сосуда, находящегося под давлением, на предмет его соответствия эксплуатационным условиям.
6. Анализ последствий выхода из строя рабочего оборудования, смоделированного на авариях и чрезвычайных происшествиях, случившихся на опасных производственных объектах и повлекших за собой взрывы, пожары, выбросы опасных горючих и токсичных веществ.
7. Описание всех результатов инспектирования сосудов, функционирующих под высоким давлением и отражение их в конкретных документах.
8. Использование всех результатов инспекции для разработки стратегии дальнейшего исследования опасного производственного объекта.

В основе технической оценки емкостей, работающих под высоким давлением, необходимо учитывать, что степень риска на каждом из них, даже если они аналогичной конструкции, могут существенно различаться. Для проведения этой процедуры требуется большее количество специалистов, профессионально разбирающихся в этой методологии. Но, и эффект от нее гораздо более существенен, чем при использовании остальных методик. Конечным результатом при разработке стратегии технического оценки оборудования, работающего под давлением свыше 0,07 Мпа, является перечень необходимых мероприятий для каждого отдельного сосуда. Именно он и должен быть включен в план технического обслуживания опасного производственного объекта.

Чтобы обеспечить стабильный процесс безопасности на опасных производственных объектах необходимо отслеживать риски, которые должны быть прогнозируемыми и гипотетически возможными. Главное – это видеть факторы, приводящие к ним и своевременно на это реагировать. Необходимо понимать, что подобная деятельность должна быть непрерывной. Получая любую, даже незначительную информацию, следует пересматривать стандарты безопасности этих опасных производственных объектов, причем это должно происходить с каждым оборудованием в отдельности. На соответствующую переоценку регламентной эксплуатации оборудования влияют следующие факторы:

• Результаты анализа плановых пятилетних диагностических исследований.
• Новая информация инспекторских проверок.
• Появление отказов оборудования.
• Корректировка проектно-технической документации.

Определение надежности оборудования, которые эксплуатируется под повышенным давлением, на основании риск-ориентированного подхода, имеют очевидные достоинства. Именно поэтому этот метод все чаще используется при техническом освидетельствовании промышленных объектов, которые работают в условиях высокого давления или температуры воды свыше 130 С.