5.Анализ причин повреждения аппаратов и трубопроводов, разработка необходимых средств защиты

Самую большую опасность для производства представляют повреждения и аварии технологического оборудования и трубопроводов, в результате которых значительное количество горючих веществ выходит наружу, вызывая опасное скопление паров ЛВЖ, ГГ, загазованность открытых территорий, разлив жидкости на большие площади.

Аварии при эксплуатации технологического оборудования возникают в результате воздействий:

• Механических:

• сверхрасчетные давления, возникающие при нарушении материального баланса и режима работы насоса;

• повышение сверхрасчетной температуры;

• накипи на отводящих трубопроводах;

• уменьшающих их сечение;

• гидравлические удары;

• вибрации:

• температурные перенапряжения.

• Химических:

• коррозия, происходит за счет воздействия кислорода воздуха и сероводорода

От кислородной коррозии происходит образование ржавчины

4Fe + 3O₂2Fe₂O₃

Окисел Fe₂O₃ не обладает механической прочностью и легко отслаивается от металла. Сероводород при температуре 310^оС и выше разлагается, в результате чего происходит процесс диссоциации сероводорода с образованием элементарной серы и взаимодействия ее с металлом, например:

H₂SH₂+S (термическая диссоциация)

2H₂S+O22H₂O+₂S (окисление)

Fe+SFeS (коррозия)

Сернистые соединения представляют собой пористые вещества, не обладающие большой механической прочностью, и легко отслаиваются от железа. Разрушение материала стенок трубопроводов и аппаратов образуется и за счет электрохимической коррозии, наиболее часто встречающийся. Одной из разновидности, которой является атмосферная коррозия. В присутствии влаги на поверхностях трубопроводов и аппаратов образуется тонкая пленка с растворенными в ней воздухом и примесями, присутствующими в атмосфере. Эта пленка влаги и является электролитом. В результате электрохимического воздействия электролита на металл происходит растворение последнего, что приводит к утоньшению металла и снижению его механической прочности. Проведем несколько проверочных расчетов на возможность разрушения аппаратов или трубопроводов.

Все вышеперечисленные причины рассматриваем для каждого аппарата своего варианта задания.

Образование повышенного давления в аппаратах

Повышение давления в адсорбере с паровоздушной смесью может быть в результате нарушения температурного режима, подачи растворителя под большим давлением, переполнения аппарата паровоздушной смесью, неисправности защитных и контрольно-измерительных приборов. Предохранительный клапан установлен в верхний части адсорбера. Размеры и количество предохранительных клапанов выбирают с таким расчетом, чтобы в аппарате не могло образоваться давление на 0,5 атмосферы больше, чем рабочее давление для адсорбера с давлением рабочим 1,1 атмосферы. Предохранительные клапаны регулируют на давление ,на которое они должны сработать. Определяем параметры предохранительного клапана:

Р_р.и.=Р_р-0.1=0,11-0,1=0,01 МПа- рабочее избыточное давление

Р_р-рабочее(абсолютное)давление в аппарате

Р_ср.и.=Р_р.и.+0,05=0,01+0,05=0,06 МПа- давление срабатывания (избыточное)

Р_ср=0,1+ Р_ср.и.=0,1+0,06=0,16 МПа- абсолютное давление срабатывания клапана

Определяем молекулярную массу продукта находящегося в аппаре:

М=∑φ_i*М_i=78*0,95+29*0,05=75,5кг\кмоль

Определяем плотность среды в аппарате при давлении срабатывания предохранительного клапана и рабочей температуры:

ρ_t=120,27*{M*P_CP}\t_p+273=120,27*{75.11*0.16}\32+273=4,73 кг\м³

Р_вх=0,1 МПа- давление среды, в которую происходит стравливание избыточного давления, в нашем случаи в атмосферу.

Определяем отношение: Р_вх.и\ Р_ср.и

Р_вх.и= Р_вх-0,1=0,1-0,1=0 МПа

Значит и отношение будет равно нулю.

Определяем пропускную способность предохранительного клапана:

К-показатель адиабаты среды, нашей паровоздушной смеси 1,1(справочное данное)

По таблице XIX (9): 0,448 кг\ч

Определяем необходимую площадь сечения предохранительного клапана: F={7.142*10^-4*G_max}\α*B*√( Р_cp -Р_bx)* ρ_t

F={7.142*10^-4*3,65}\0.16*0,448*√ ( 0,16 -0,1)* 4,73=0,0649 м².

В нашем случае на адсорберах установлены предохранительные клапаны, полностью соответствующие по расчетным параметрам к данным адсорберам.

Образование динамических воздействий в аппаратах

Воздействию гидравлических ударов чаще всего подвержены трубопроводы и насосы. Гидравлические удары могут возникнуть в результате быстрого закрывания или открывания вентилей на трубопроводах, при больших пульсациях подаваемой насосами жидкости, при резком изменении давлении на каком-либо из участков трубопровода.

Определим силу гидроудара при закрытии задвижки в стальном трубопроводе d= 50 мм и толщиной стенки 3,5 мм.

По трубопроводу протекает бензол со скоростью 1,2 м/с и объемным весом 873,6 кг/м³

Приращение давления в трубопроводе при гидравлическом ударе определяют по формуле Н.Е. Жуковского:

,

где: – плотность жидкости, кг/м³;

– уменьшение скорости движения при торможении струи, м/с;

v – скорость распространения ударной волны, м/с

,

где: Е_ж – модуль упругости жидкости 1340 * 10⁶, Па;

Е_s – модуль упругости материала трубопровода 2* 10¹¹, Па;

d – внутренний диаметр трубопровода, м;

– толщина стенки трубы, м.

.

.

Приращение давления на 0,396 МПа сверх нормы может привести к повреждению трубопровода и к истечению бензола.