Вопрос 2. Повреждения, вызванные механическими воздействиями на материал стенок технологического оборудования. Образование повышенного или пониженного давления в результате нарушений:

• материального баланса;

• теплового баланса;

• процесса конденсации паров;

• экзотермических химических процессов;

• образование повышенного или пониженного давления в результате попадания в объем аппарата легкокипящих жидкостей.

Эффективным средством защиты от выхода горючих веществ наружу при повреждениях и авариях является выявление и предупреждение возможных причин повреждений аппаратов и трубопроводов. Поэтому рассмотрим возможные причины повреждений аппаратов и трубопроводов более подробно.

Одна из причин повреждения аппаратов и трубопроводов является результатом механического воздействия.

Под механическими воздействиями обычно понимают такие воздействия, которые возникают в результате превышения расчетных нагрузок на оборудование при сохранении его расчетной прочности.

Различают три вида механических воздействий на материал стенок аппаратов и трубопроводов: образование повышенного или пониженного давления, воздействие динамических нагрузок и эрозийный износ.

Образование повышенного или пониженного давления.

Изменение давления может быть вызвано нарушением материального и теплового балансов, процессов конденсации, попаданием легкокипящих жидкостей в объем высоконагретых аппаратов, а также нарушением протекания экзотермических химических процессов.

1. Образование повышенного или пониженного давления в результате нарушения материального баланса.

Чрезмерное внутреннее давление в аппарате может возникнуть в результате нарушения материального баланса в оборудовании.

В установившемся процессе вводимые в систему потоки веществ, составляющие приходные статьи баланса, должны равняться потокам веществ, выводимым из системы, которые составляют расходные статьи баланса. Другими словами, сумма всех количеств поступающих веществ должна быть равна сумме всех количеств выходящих веществ: ∑G_i^пр =∑ G_i^ух, где

G_i^пр- количество поступающих (приходящих) веществ;

G_i^ух- количество выходящих (уходящих) веществ.

В этом случае в аппарате сохраняется нормальное (рабочее) давление, установленное для данного аппарата.

Нарушение же материального баланса в общем случае может привести к образованию опасного перепада между внутренним и наружным (атмосферным) давлением, т.е. к повышению или понижению давления, когда по каким либо причинам перестает соблюдаться равенство между суммой приходящих в аппарат веществ ∑G_i^пр и суммой уходящих из аппарата веществ ∑ G_i^ух.

В каких случаях это может произойти?

Это может произойти в результате:

• несоответствия между подачей веществ в аппарат и их расходом.

Несоответствие между подачей веществ в аппарат и их расходом является наиболее характерным механическим воздействием, что приводит к чрезмерному внутреннему давлению.

Чаще всего это происходит в результате изменения расхода веществ при завышенной или заниженной подаче насосов и компрессоров.

Частный случай – переполнение емкостных аппаратов периодического действия (резервуаров, смесителей, газгольдеров и т.п.). Если в этих аппаратах ∑G_i^пр ≠ 0, а ∑ G_i^ух = 0, (что означает проведение операции наполнения без отвода веществ), то при достижении предельного уровня и несвоевременного отключения насосов или компрессоров возникает опасность переполнения и повреждения этих аппаратов.

Переполнение технологического оборудования жидкостями или газами чаще всего наблюдается при нарушении технологического режима, при недостаточном контролировании технологического процесса, при неисправности защитной автоматики.

• соединения аппаратов с разным рабочим давлением. Соединение аппаратов с разным рабочим давлением является распространенным решением, применяемым в технологических процессах производств; например при производстве полиэтилена реакторы-полимеризаторы, работающие при давлении 250 МПа (2500 ат) и более, соединяются с сепараторами, рабочее давление которых составляет около 30 МПа (300 ат). При соединении таких аппаратов напрямую сепаратор не выдержит такого высокого давления и произойдет его разрушение.

Нормальное функционирование аппаратов с разным рабочим давлением обеспечивается путем их соединения между собой через специальные устройства автоматического регулирования давления.

• увеличения сопротивления в трубопроводных линиях. Это может быть вызвано уменьшением проходного сечения при образовании в трубопроводах полимерных отложений или неполном открывании задвижек, причем, если уменьшение проходного сечения происходит в линии за насосом или компрессором, то участок этой линии между насосом и местом сужения окажется под избыточным давлением.

Если же пробка отложений образовалась в линии перед насосом, то участок этой линии между насосом и пробкой окажется под пониженным давлением.

И тот и другой вариант может привести к аварийной ситуации.