14.2. Взрывозащита
Взрыв – процесс быстрого неуправляемого физического или химического превращения системы, сопровождающийся переходом ее потенциальной энергии в механическую работу. При взрыве происходит резкий скачок давления и образование ударной волны. Параметрами взрыва являются: энергия взрыва и скорость ее выделения.
Взрывы систем повышенного давления сопровождаются разлетом осколков. До 60% энергии расширения газов тратится на сообщение осколкам кинетической энергии, 40% - на формирование ударной волны. 80% осколков разлетается на расстояние 200 м, 20% - на расстояния до 1000 м, отдельные осколки могут разлетаться на расстояния до 3 км.
Любое оборудование повышенного давления должно:
рассчитываться на давление взрыва;
иметь гидрозатворы, огнепреградители, инертные или паровые завесы;
иметь устройства аварийного сброса давления.
Трубопроводы. ГОСТ 14202-69 регламентирует опознавательную окраску трубопроводов.
Вещество Окраска
Вода Зеленый
Пар Красный
Воздух Синий
Горючие и негорючие газы Желтый
Кислоты Оранжевый
Щелочи Фиолетовый
Число сигнальных колец на трубопроводе определяет степень опасности. Красные кольца маркируют взрывоопасные вещества, зеленые – безопасные, желтые – токсичные и наличие радиации.
Все трубопроводы периодически в процессе эксплуатации подвергаются гидравлическим испытаниям на прочность при пробном давлении на 25% превышающем рабочее, но не менее 0.2 МПа. На герметичность трубопроводы для токсичных газов испытывают воздухом. Отсутствие утечки воздуха проверяют мыльным раствором.
Для исключения возникновения тепловых деформаций, особенно в наземных газопроводах, устраивают компенсаторы в виде П-образных участков трубопроводов.
Сосуды и емкости, эксплуатируемые в промышленности, должны отвечать требованиям «Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением» (ПБ 10-115-96). Эти правила распространяются на:
сосуды, работающие под давлением воды с t 115оС;
сосуды, работающие под давлением пара или газа 0.07 МПа;
баллоны, предназначенные для транспортирования и хранения сжатых, сжиженных и растворенных газов под давлением 0.07 МПа;
барокамеры и т.д.
Сосуды, на которые распространяются настоящие правила:
должны быть зарегистрированы в органах Ростехнадзора России. Техническое освидетельствование этих установок проводит их представитель – технический инспектор, незарегистрированные – лицо, на которое приказом по предприятию возложен надзор.
должны подвергаться техническому освидетельствованию периодически в процессе эксплуатации. Методы и периодичность технического освидетельствования оговариваются изготовителем и указываются в инструкциях по монтажу и эксплуатации.
Баллоны и емкости окрашивают в различные цвета, чтобы исключить возможность образования смеси «горючее – окислитель», вследствие заполнения емкостей веществом, для которого они не предназначены. Например, кислород – голубой, азот – черный.
Каждый сосуд должен быть снабжен манометром с красной чертой, указывающей рабочее давление. Для защиты аппаратов от разрушения при аварийном росте давления (взрыве) применяются:
предохранительные мембраны;
взрывные клапаны;
предохранительные клапаны;
импульсные предохранительные устройства. Состоят из главного предохранительного клапана и управляющего импульсного клапана прямого действия.
Предохранительные мембраны. Мембраны классифицируют по характеру разрушения: разрывные, ломающиеся, срезные, хлопающие и специальные. Их изготавливают из металла (аллюмий, сталь и др).
Наиболее простым и распространенным типом являются разрывные мембраны. Изготавливаются из тонколистового металлического проката. При нагружении рабочим давлением мембрана испытывает большие пластические деформации и приобретает форму купола. Куполообразную форму мембране придают заранее при изготовлении. Ее нагружают давлением, составляющим около 90% от разрывного. При этом исчерпывается почти весь запас пластических деформаций материала и увеличивается быстродействие мембраны.
Р2
2
1
– фланцы;
2
– резиновая прокладка;
3
– мембрана;
3
1
Р1
Схема разрывной предохранительной мембраны
Для защиты вакуумных аппаратов используют хлопающие мембраны. Хлопающая мембрана своей выпуклой поверхностью обращена в сторону повышенного давления (внутрь защищаемого аппарата). С вогнутой стороны мембраны размещается крестообразный нож. При повышении давления сверх критического, мембрана выгибается в обратную сторону с хлопком и разрезается на 4 части крестообразным ножом.
Проходное сечение F мембраны определяется с учетом объема газов Vr, подлежащих сбросу за время τ. F= Vг/w, где ω – скорость истечения продукта, τ – время достижения максимального давления.
Достоинства: простота конструкции, надежность, не имеют ограничений по пропускной способности.
Недостатки:
после срабатывания защищаемое оборудование остается открытым. Это приводит к остановке технологического процесса и к выбросу в атмосферу содержимого аппарата;
возможны вторичные взрывы из-за подсоса атмосферного воздуха внутрь аппарата через открытое отверстие мембраны.
Предохранительные клапаны являются наиболее распространенным средством защиты технологического оборудования от взрыва. Бывают прямого действия пружинные, рычажно-грузовые, взрывные.
1. Предохранительный пружинный 2. Обратный клапан
клапан прямого действия
2 1
пружина
3
4
P2
P1
Р1
Р2
1 – пружина; 2 – крышка; 3 – корпус; 4 – золотник
Обратные клапаны пропускают газ или жидкость в одном направлении и предохраняют движение газа или жидкости в обратном.
Взрывные клапаны. После сброса необходимого количества газа через взрывной клапан его отверстие вновь закрывается, т.о. оборудование не останавливается. Недостатки: инерционность, сложность конструкции, недостаточная герметичность. Эти недостатки ограничивают область их применения. Они могут использоваться для взрывозащиты оборудования, работающего при нормальном давлении.
Основной характеристикой предохранительного клапана служит расход газа (жидкости) через клапан G(кг/с).
,
где: α – коэффициент расхода;
F - площадь сечения клапана, м2;
ρ – плотность среды перед клапаном, кг/м3;
В – табличный коэффициент;
р1 и p2 – абсолютное давление перед и за клапаном (Па).