11.2 Безопасность эксплуатации сосудов, работающих под давлением

Требования правил Гостехнадзора к устройству и эксплуатации сосудов, работающих под давлением. Сосуд, работающий под давлением – это герметически закрытая емкость, предназначенная для ведения химических и тепловых процессов, а также для хранения и перевозки сжатых, сжиженных и растворенных газов и жидкостей под давлением. Границей сосуда являются входные и выходные штуцера.

В связи со значительной опасностью сосудов, работающих под давлением, создана и действует определенная система изготовления, эксплуатации, обслуживания и контроля этих устройств. Она определена «Правилами устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением». Эти правила распространяются на сосуды, работающие под избыточным давлением более 70 кПа (0,7 кгс/см²), цистерны, бочки и баллоны для перевозки сжиженных газов под давлением более 70 кПа (0,7 кгс/см²), а также сосуды, цистерны для хранения и перевозки сжиженных газов, жидкостей и сыпучих тел без давления, но опорожняемых под давлением газа более 70 кПа (0,7 кгс/см²).

Правила не распространяются на сосуды вместимостью не более 25 л, для которых произведение вместимости V в литрах на рабочее давление р в атмосферах не более 200; на сосуды из неметаллических материалов; на трубчатые печи; приборы парового и водяного отопления; на сосуды специального назначения и др.

Сосуды, работающие под давлением, изготавливают специальные предприятия, которые имеют на это разрешение органов Госгортехнадзора. Конструкция сосудов должна быть надежной, обеспечивать безопасность при эксплуатации и предусматривать возможность осмотра, очистки, промывки, продувки и ремонта. Материалы для изготовления сосудов должны обладать хорошей свариваемостью, иметь прочностные и пластические характеристики, обеспечивающие надежность и долговечность сосудов для требуемых давлений, температур и сред. Особое внимание уделяется сварке, к производству сварочных работ допускаются сварщики, прошедшие специальное обучение и имеющие удостоверение на производство таких работ. Некоторые сварные соединения сосудов подлежат обязательному клеймению, позволяющему установить фамилию сварщик, выполнившего данную работу.

Контроль качества сварных соединений сосудов и их элементов включает: внешний осмотр и измерения, ультразвуковую дефектоскопию, просвечивание рентгеновскими или гамма-лучами; механические испытания к металлографические исследования, гидравлические испытания. Гидравлические испытания сосудов проводят после их изготовления пробным давлением, которое зависит от способа изготовления сосуда, рабочего давления и температуры его стенки (табл. 11.1)

Таблица 11.1 Пробное давление в зависимости от рабочего

Сосуды	Рабочее давление, р, Мпа (2 кгс/см2)	Пробное давление
Все, кроме литых	Ниже 0,5 (5)	1,5р σ20 / σt, но не менее 0,2 Мпа (2 кгс/см2)
То же	0,5 (5) и более	1,25р σ20 / σt, но не менее р + 0,3 Мпа (3 кгс/см2)
Литые	Независимо от давления	1,5р σ20 / σt

Примечание: σ₂₀ — допустимое напряжение для материала сосуда при 20°С; σ_t — допустимое напряжение для материала сосуда при рабочей температуре.

Под пробным давлением сосуды находятся в зависимости от толщины стенок и способа изготовления от 10 до 60 мин, после чего давление снижают до рабочего и осматривают сосуд и все сварные соединения. Сосуд считается выдержавшим испытание, если не обнаружено признаков разрыва, течи, «потения» в сварных швах и видимых остаточных деформаций в теле аппарата.

При обнаружении дефектов пуск сосуда не разрешается до их устранения. Результаты контроля сварных соединений фиксируют в специальных журналах (формулярах, паспортах) на сосуд.

Контрольные приборы и предохранительные приспособления. Для каждого сосуда, работающего, под давлением, расчетом на прочность определяется рабочее давление, т.е, максимальное избыточное давление, возникающее при нормальном протекании рабочего процесса. Рабочее давление не должно быть превышено. Это достигается соблюдением технологического режима, наблюдением за давлением в аппарате с помощью специальных приборов и устройств, снижающих давление, если оно превысило допустимое. Для наблюдения за давлением используют пру­жинные манометры. Манометр проверяет не реже одного раза в, год специализированная организация, которая после проверки его пломбирует.

Предохранительные устройства выполняют в виде предохранительных клапанов или разрывных элементов — мембран. Первые защищают оборудование при относительно медленном (статическом) повышении давления, вторые — в случае быстрого (динамического) роста давления, когда необходим быстрый сброс большого количества среды. Число предохранительных клапанов, их размеры и пропускную способность рассчитывают из условия, что давление в сосуде не должно превышать рабочее белее чем на 50 кПа, если он рассчитан на давление до 300 кПа; на 15°С для сосудов с давлением от 300 до 6000 кПа; на 10 % — с давлением более 6000 кПа. Предохранительные клапаны устанавливают на патрубках или трубопроводах, присоединенных к сосуду. Между сосудом и предохранительным клапаном не должно быть запорного органа (вентиля, задвижки и т.п.) Применяют различные конструкции предохранительных клапанов (рис. 11.1).

Рис. 11.1. Предохранительные клапаны:

а – грузовой; б – рычажный; в – пружинный;

1 – корпус; 2 – клапан; 3 – винт регулировки клапана; 4 – предохранительный колпак; 5 – штуцер

Более эффективное средство защиты аппаратов от разрушения при взрывах и авариях — применение предохранительных мембран, которые надежно срабатывают как при сравнительно медленном, так и при резком повышении давления. Они могут работать в сочетании с предохранительным клапаном, их легко защитить от коррозионного воздействия технологической среды (рис. 11.2).

Рис. 11.2. Схема установки предохранительных клапанов и мембраны:

1 – аппарат;

2 - присоединительный штуцер;

3 — предохранительный клапан;

4 - мембрана

Освидетельствование сосудов, работающих под давлением. Все стационарные сосуды, работающие под давлением, подвергают обязательному техническому освидетельствованию (внутреннему осмотру и гидравлическому испытанию) до пуска в работу, периодически и досрочно, (например, после реконструкции, при бездействии более одного года, при установке на новом месте и т.п.). Техническим освидетельствованием предусматривается: внутренний осмотр для выявления состояния внутренних и наружных поверхностей и влияния среды на стенки сосуда — не реже одною раза в 4 года; гидравлическое испытание с предварительным внутренним осмотром — не реже одного раза в 8 лет. Для гидравлического испытания допускается применять воду или другие некоррозионные, неядовитые далее с невзрывоопасные жидкости.

Гидравлическое испытание сосудов при периодическом техническом освидетельствовании должно производиться пробным давлением в соответствии с табл. 11.1, причем при температуре стенки от 200 до 400°С пробное давление не должно превышать рабочее более чем в 1,5 раза, а при температуре стенки выше 400°С — более чем в 2 раза. Под пробным давлением сосуд должен находиться 5 мин.

Техническое освидетельствование сосудов производит инспектор Госгортехнадзора в присутствии представителя администрации, ответственного за исправную работу сосудов.