Лекція 11 Безпека при експлуатації систем під тиском і кріогенної техніки

 

Запобігання вибуху апаратів та посудин, які працюють під тиском. Основні принципи безпеки закладені в ГОСТ 12.1.010-76 "Взрывобезопасность. Общие требования".

У виробництві знаходять широке застосування стиснені та зріджені гази, їх одержують в компресорах, зберігають в балонах, ресиверах, газгольдерах і транспортують трубопроводами.

Вибухи компресорів відбуваються внаслідок:

- Неякісного виготовлення частин компресорів. Особливу увагу звертають на клапанну кришку, трубопровід, ресивер, блок циліндрів. Деякі деталі компресорів підлягають просвічуванню рентгенівськими променями. Метал для компресорів повинен бути чистим і якісним, деталі - витримувати високий тиск (25 МПа), температуру (близько 600 °С).

- Перенагрівання деталей компресора внаслідок подачі до камери стиску неочищеного повітря чи газів. Частки пилу накопичуються в циліндрі і на поршні, локально перегрівають ці частини.

- Появи статичної електрики, яка з'являється на пасах, тому компресорне устаткування заземлюють.

- Вібрації компресорів, тому з метою зменшення їх вібрації, компресори встановлюють на фундаменти, проводять балансування, віброізоляцію. Зберігають гази в балонах, ресиверах, газгольдерах.

Правила безпеки при експлуатації компресорних та холодильних установок. Вибухи при роботі компресорів можуть відбуватися внаслідок перевищення тиску стисненого повітря, підвищення його температури при стисненні та утворення вибухонебезпечних сумішей Кисню з продуктами розкладу мастил, а також при порушенні вимог безпеки в процесі обслуговування, експлуатації та догляду за технічним станом компресорів. Вони призводять до руйнування обладнання, будівлі, а також можуть призвести до травмування обслуговуючого персоналу.

Холодильні установки небезпечні, тому що холодоагенти, які використовуються в них, можуть спричинити отруєння, а суміш холодоагента із повітрям може бути вибухонебезпечною.

Для безаварійної експлуатації компресорних і холодильних установок необхідно суворо дотримуватися правил безпеки.

Компресорні установки є небезпечними, тому що при стисненні повітря від атмосферного тиску до 1 МПа його температура може підвищитись з 20°С до 300°С, мастила при цьому частково випаровуються, а при надмірному змащуванні розпилюються у вигляді туману, що може утворювати вибухонебезпечну суміш з повітрям. Дотримання вимог до мастил та режимів змащування у поєднанні з надійним охолодженням є основним заходом попередження вибухів парів мастила при його розкладі. У компресорах низького тиску і малої продуктивності достатньо повітряного охолодження, а в інших необхідно застосовувати водяне охолодження.

Кожна компресорна установка повинна бути оснащена системою автоматики та контролю, арматурою, манометрами, запобіжними клапанами, термометрами і термопарами, контактними пристроями та іншими приладами контролю, що забезпечують її надійну і безаварійну роботу. Компресори продуктивністю біля 50 м³/хв мають бути обладнані пристроями для автоматичного регулювання тиску нагнітання.

Компресорні станції з трьома і більше компресорами обладнуються системою дистанційного контролю, сигналізацією роботи установок і блокувальними пристроями, які автоматично вимикають привод компресора при перевищенні температури і тиску стисненого повітря та температури води, що надходить з компресора після охолодження.

Вибухи та аварії холодильних установок інколи трапляються внаслідок гідравлічного удару, відмови запобіжних пристроїв і розриву нагнітального трубопроводу чи балонів з холодильним агентом та витоку холодоагента (аміаку або фреону) крізь нещільні з'єднання. Аміак утворює з повітрям вибухонебезпечну суміш, що особливо небезпечно при ремонтних роботах з відкритим полум'ям. Газоподібний аміак токсичний, його граничнодопустима концентрація у повітрі робочої зони дорівнює 20 мг/м³. Рідкий аміак викликає тяжкі опіки шкіри та опіки очей, що може призвести до сліпоти. Компресори, як правило, слід розміщувати в окремих одноповерхових будівлях. Допускається розміщення компресорів продуктивністю до 20 м³/хв у прилягаючих приміщеннях за умови відокремлення від суміжних приміщень перегородкою, висотою не менше як 3 м і товщиною не менше ніж 12,5 см. Окремі компресори продуктивністю до 10 м³/хв можуть встановлюватися на нижніх поверхах багатоповерхових виробничих будівель за умови їх відокремлення глухими вогнестійкими стінами.

Аміачні холодильні установки розміщують з дотриманням протипожежних норм. Машинне й апаратне відділення холодильних.установок не слід з'єднувати проходом з виробничими приміщеннями. Вони обладнуються проточною вентиляцією з підігрівом повітря у холодний період року, яка забезпечує двократний повітрообмін, аварійною вентиляцію, аварійним освітленням та двома евакуаційними виходами.

Балони - пустотілі посудини з товстими стінками. Більшість з них спроможна витримувати тиск понад 25 МПа. Кожен балон, незалежно від газу, що в ньому зберігають, однаково небезпечний (подібно бомбі).

Ресивери - стаціонарні (відповідно до даного устаткування) пустотілі посудини для зберігання газів та підтримування стійкого тиску в магістралі трубопроводу.

Газгольдери - великі стаціонарні ємності, основне призначення яких у підтриманні надмірного тиску в магістралі трубопроводу (що використовують в разі непередбаченого відключення компресора). Обов'язкова їх наявність в системах, що працюють на стисненні газів, які, сполучаючись із повітрям, створюють вибухові суміші (водень, ацетилен).

Причини вибухів балонів:

- Удари при підвищених і понижених температурах. Високі температури викликають підвищення тиску газу в балоні, а удар може спричинити його вибух. При зниженні температури (-40 – -80°С) метал також значно втрачає міцність.

- Осідання пористої маси в ацетиленовому балоні. Це призводить до збільшення вільного об'єму в балоні, а також труднощів при заповненні його газом внаслідок ущільнення маси.

- Помилкове заповнення балона іншим газом. Тому балон фарбують у відповідний колір, а також наносять надписи, смуги.

- Порушення правил зберігання балонів. При зберіганні під навісом чи в приміщенні балони з різними газами утримують окремо. При складуванні балонів висота їх упаковки повинна бути не вищою 1,5 метра. Від опалювальних засобів їх розмішують не ближче 1 м, від відкритого вогню – на відстані понад • 5м.

- Неправильне транспортування балонів. Перевозять балони автомобілями типу "клітка", автомобілями з відкритими бортами за умови надійного закріплення їх ланцюгом і наявності на балонах гумових кілець, електрокарами, оснащеними ложементами для балонів.

Транспортують гази трубопроводами. Їх поділяють на трубопроводи:

- низького тиску - до 0,003 МПа;

- середнього тиску – від 0,003 – 0,3 МПа;

- високого тиску – від 0,3 – 0,5 і від 0,5 – 1,2 МПа.

На підприємстві для улаштування трубопроводів від 0,5 до 1,2 МПа необхідний спеціальний дозвіл Держнаглядохоронпраці.

Трубопроводи випробують на міцність і щільність за допомогою води або повітря. Трубопроводи, прокладені в траншеях, випробують за допомогою стисненого повітря, а розташовані над землею – водою під тиском.

Безпека при одержанні і використанні ацетилену. Ацетилен (С₂Н₂) одержують із карбіду кальцію (СаС₂) шляхом сполучення його з водою. Карбід кальцію одержують шляхом обпалення вапняку з коксом в спеціальних обертових трубчатих печах з добавкою каталізатора.

Щоб пройшло розкладання 1 кг карбіду кальцію, необхідно 25 л води. Але при цьому одержують перегрітий газ (що занадто небезпечно). В практиці об'єм води збільшують вдвічі.

Ацетилен одержують в пересувних та стаціонарних генераторах. Пересувні генератори забезпечують одержання газу до 300 м на годину, а стаціонарні – до 300000 м³/годину.

Ацетилен – це єдиний газ, який в атмосфері кисню дає температуру полум'я 3500 – 3600 °С. Ця температура здатна розплавити навіть такі метали, як молібден і вольфрам.

Ацетилен зберігають в балонах білого кольору з написом червоними літерами "Ацетилен". Ацетиленові балони внутрішньою будовою відрізняються від усіх інших, оскільки заповнені всередині пемзою (чи деревинним вугіллям). Внутрішній вміст промочують ацетоном і заповнюють потім балон ацетиленом. Тиск у балоні – 1,6 – 1,8 МПа (відповідно 40 м³ газу).

Відбір газу з балона треба вести до залишкового тиску не менше 0,005 МПа. Цей тиск запобігає потраплянню повітря в балон у разі відкриття крана балона (а значить і вибуху його) навіть при знижених температурах.

Запобігання вибуху газо-, паро- і пилоповітряних сумішей. Можливі три принципи запобігання вибухам:

1. Унеможливлення створення горючих систем. Цього, в свою чергу, можна домогтися:

а) підтримуванням кількості речовини, меншої від нижньої граничної концентрації (НГК).

Всі речовини мають нижню і верхню граничну концентрацію (ВГК). Це кількість речовини у відсотках до 100 % повітря, при якій утворюються суміші, здатні до вибуху (а деякі навіть і без стороннього джерела полум'я). Наприклад: аміак має НГК 15 %, ВГК 28 %; Пропан має НГК 2,1 %, ВГК 9,5 %.

Таким чином, якщо кількість аміаку в повітрі до 15 % і понад 28 % – вибух не трапиться (а трапиться в інтервалі 15 – 28 %);

б) флегматизацією вибухових сумішей. Це можливо введенням в речовину компонентів, які мають більш високу температуру спалаху (t_сп).

Температура спалаху – це така температура, при якій речовина виділяє пари, здатні спалахувати від стороннього джерела полум'я. Наприклад, t_сп бензину Б70 – 34 °С, тоді як t_сп уайт-спіриту – 17 °С. Змішуючи ці рідини в певних співвідношеннях, можна збільшити (відносно бензину) або зменшити (відносно уайт-спіриту) температуру спалаху.

2. Запобігання утворенню ініціаторів горіння. До них належать розряди статичної електрики і фрикційні іскри. Розряди статичної електрики виникають на пасах при наявності обертових частин машин, ворси та пилу в приміщенні. З цією метою машини, механізми, трубопроводи заземлюють, застосовують нейтралізатори розрядів статичної електрики, збільшують вологість повітря та вживають інші заходи.

Фрикціони – це накладки на гальмувальних засобах різного устаткування, їх виготовляють шляхом пресування змішаних у відповідних пропорціях азбесту, металевої стружки і зв'язуючого компонента, В процесі гальмування розігріті частки металевої стружки відлітають у вигляді іскор, що може сприяти пожежам і вибухам.

3. Локалізація осередку вибуху. Ці заходи передбачають наявність засобів (зворотні клапани, гідравлічні заставки, автоматичні засувки та ін.), що запобігають подальшому розповсюдженню полум'я. В цьому зв'язку широке застосування знайшли вогневибухоперешкоджувачі (рис. 11.1). Ці пристрої відгороджують осередок горіння від об'єму, заповненого потенційно вибуховим середовищем, їх дог ґрунтується на тому, що струмінь суміші, що горить, розбивається в ньому на велику кількість цівок. Крізь малий діаметр отворів полум'я пройти не може, при цьому у значній мірі гаситься також енергія вибуху.

Полум'ягасячі канали вогневибухоперешкоджувачів виконують з пучків трубок, отворів в діафрагмах, площинних щілин, металевих сіток.

Розміщення електроустаткування виконують на основі класифікації вибухонебезпечних зон і сумішей відповідно до вимог Правил будови електроустановок (ПБЕ).

У залежності від частоти і довготривалості утвореного вибухонебезпечного середовища технологами разом з електриками проектної або експлуатаційної організації визначається клас вибухонебезпечної зони, згідно з яким виконуються вибір і розміщення електроустановок.

Газоповітряні вибухонебезпечні середовища утворюють вибухонебезпечні зони класів 0, 1, 2 а пилоповітряні – вибухонебезпечні зони класів 20, 21, 22.

Вибухонебезпечна зона класу 0 – простір, у якому вибухонебезпечне середовище присутнє постійно або протягом тривалого часу (в межах корпусів технологічного обладнання).

Вибухонебезпечна зона класу 1 – простір, у якому вибухонебезпечне середовище утворюється під час нормальної роботи устаткування.

Вибухонебезпечна зона класу 2 – простір, у якому вибухонебезпечне середовище за нормальних умов експлуатації відсутнє, а якщо воно виникає, то рідко і триває недовго.

Вибухонебезпечна зона класу 20 – простір, у якому під час нормальної експлуатації вибухонебезпечний пил присутній постійно або часто у такій кількості, яка достатня для утворення вибухонебезпечної концентрації (це може бути всередині обладнання).

Вибухонебезпечна зона класу 21 – простір, у якому під час нормальної експлуатації ймовірна поява пилу у вигляді хмари в кількості, достатній для утворення вибухонебезпечної концентрації. Ця зона може виникати поблизу місця порошкового заповнення, а також під час нормальної експлуатації устаткування.

Вибухонебезпечна зона класу 22 – простір, у якому вибухонебезпечний пил може з'являтися у завислому стані і існувати недовго (або у разі аварій) Це може бути зона поблизу обладнання.