книги из ГПНТБ / Брейман, М. И. Инженерные решения по технике безопасности в пожаро- и взрывоопасных производствах

содержимое батареи может стравиться в аварийную емкость, а из нее — в атмосферу. Кроме этого, не исключена возможность на­

рушения разрывной мембраны при давлении более низком, чем то,

на которое она рассчитана. В этом случае полимер, попадая во входной патрубок предохранительного клапана, может его заку­ порить и при опасном повышении давления полимеризатор окажет­

ся без защиты.

Из указанного выше следует, что для безопасной эксплуатации цехов непрерывной полимеризации очень важно своевременно об­

наружить срабатывание предохранительных устройств, в том числе

разрыв предохранительных мембран. Эта задача может быть

успешно решена при наличии надежной схемы сигнализации.

Сущность схемы сигнализации заключается в том, что с каждого

предохранительного устройства снимается импульс давления на электроконтактный манометр, а с него подается сигнал на световое

табло, установленное на щите управления. Когда разрывная мем­ брана находится в исправном состоянии, в пространстве между

мембраной и предохранительным клапаном давление отсутствует,

поэтому электрическая цепь «электроконтактный манометр — све­

товое табло» разомкнута. Как только в указанном пространстве

появляется давление, цепь замыкается и загорается сигнальный светильник. Во избежание забивки полимером импульсной линии отбора давления при разрыве мембраны устанавливается разде­ лительный сосуд.

В целях уменьшения числа электроконтактных манометров и сигнальных светильников на пульте управления, иногда целесооб­

разно объединить импульсные линии отбора давления от несколь­ ких аппаратов в один коллектор с подсоединением его к одному

электроконтактному манометру. Так поступили рационализаторы

на одном производстве. По проекту предполагалось установить

60 электроконтактных манометров и столько же сигнальных све­ тильников (по числу установленных полимеризаторов и других

аппаратов). По предложению рационализаторов число приборов было уменьшено до 8 (по числу установленных батарей полимери­

зации). При зажигании одного светильника, сигнализирующего о

разрыве какой-то предохранительной мембраны, оператор пооче­ редным открытием пробных кранов разделительных сосудов оп­

ределял место сработавшей мембраны. Поскольку батарея состоит из 5—6 полимеризаторов и 2—3 дополнительных аппаратов, рас­

положенных рядом, это можно выполнить за 1—2 мин.

Аварийная емкость для сбора полимеризующихся продуктов и

полимера после предохранительных устройств должна подбирать­

ся с учетом конкретных условий технологического процесса.

В цехе полимеризации дивинила с метилстиролом производства дивинилметилстирольного каучука отвод продуктов от предохрани­

тельных клапанов предусматривался в аварийную емкость, рассчи­

танную на атмосферное давление. Непрерывный процесс полиме­ ризации дивинила с метилстиролом проводился в батареях, состоя-

IlO

щих из 12 полимеризаторов. По мере прохождения мономеров че­

рез полимеризаторы возрастает степень превращения их в поли­

мер. Поскольку полимеризация мономеров протекает в пределах

не более 70%, то во всех полимеризаторах остается в свободном состоянии дивинил, который является сжиженным газом с темпе­ ратурой кипения — 4,5 °С. Режимное давление в полимеризацион-

ной батарее составляет до 6 кгс/см2.

Однажды вследствие завышения давления в головном полиме­

ризаторе разрушилась предохранительная мембрана, сработал

предохранительный клапан и продукт стал стравливаться в ава­

рийную емкость. Содержавшийся в сбросе дивинил бурно вскипел,

что привело к резкому повышению давления в аварийной емко­

сти, и она разорвалась.

Как впоследствии выяснилось, резкому повышению давления

в аварийной емкости способствовала недостаточная проходимость

воздушки вследствие частичной ее забивки полимером. Во избе­

жание повторения подобных аварий взамен емкости, рассчитан­

ной на атмосферное давление, установили аварийную емкость с расчетным давлением 6 кгс/см2, при этом сохранили возможность

свободного стравливания газов из емкости в атмосферу.

Аварийные емкости и сепараторы для приема сбросов с предо­

хранительных устройств нельзя одновременно использовать для

других целей. Они должны быть оборудованы надежными сред­ ствами контроля и сигнализации уровня. Это позволяет своевре­ менно обнаруживать аварийный сброс продуктов с предохрани­

тельных устройств. По приросту уровня жидкости в аварийных емкостях и сепараторах можно судить о характере стравливания

с предохранительных клапанов: если уровень увеличивается по­

степенно и медленно — это, как правило, результат негерметич­

ности клапанов; быстрый рост уровня свидетельствует о срабаты­

вании предохранительных устройств. Аварийные емкости и сепа­

раторы должны быть обеспечены надежной системой освобожде­

ния от продуктов.

Определение оптимального числа клапанов и их рациональное размещение

Впроцессе эксплуатации нередко нарушается герметичность

предохранительных клапанов, а также происходит открытие их

при давлении ниже установочного. В результате этого воздушный бассейн загрязняется продуктами производства. В связи с этим

представляется целесообразным искать пути уменьшения числа

предохранительных клапанов без ущерба для надежности экс­

плуатации оборудования, работающего под давлением.

Вслучае, если аппараты, входящие в состав технологического узла или агрегата, отключаются друг от друга запорной армату­

рой, то на каждом аппарате полагается установить предохрани­

тельные клапаны.

IIl

Между тем часто представляется возможным сократить или полностью исключить запорную арматуру между отдельными ап­ паратами технологического узла и соответственно сократить число

предохранительных клапанов. В таких случаях достаточно иметь

один предохранительный клапан на группу аппаратов. Предохра­

нительный клапан в этом случае следует устанавливать на том

аппарате, в котором повышение давления, с учетом гидравлическо­

го сопротивления системы, может достигнуть наибольшей вели­ чины.

В ректификационных агрегатах с выносными кипятильниками предохранительные клапаны должны устанавливаться на колон­ нах. В агрегатах с отключаемыми от колонны рабочими и резерв­ ными кипятильниками предохранительные клапаны следует уста­

навливать на кипятильниках, при этом отпадает необходимость

вустановке предохранительных клапанов на колонне.

Вряде случаев в зависимости от условий технологии на аппа­

ратах ставятся резервные предохранительные клапаны.

Решение вопроса о необходимости их установки в значительной степени зависит от срока пробега клапанов между ревизиями и, конечно, от условий эксплуатации оборудования.

Для предохранительных клапанов системы Гипронефтемаша

технические условия ТУ ПК—71 рекомендуют следующие сроки пробегов:

на аппаратах с сжатым воздухом, инертным газом и аналогич­ ными средами при температуре до 250 0C—12 мес.;

на аппаратах с неагрессивными, незагрязненными и неполи-

Установку двух предохранительных клапанов с переключаю­

щим устройством рекомендуется предусматривать в тех случаях, когда выход из строя предохранительного клапана может приве­

сти к остановке всего цеха. При этом каждый из клапанов должен обеспечивать расчетную пропускную способность, а переключаю­

щее устройство — соединять аппарат (в рабочих условиях) только

с одним из клапанов. Второй клапан должен быть в исправном

состоянии, допускающем его немедленное включение.

Складские емкости, предназначенные для хранения сжиженных газов и ЛВЖ с температурой кипения ниже 45 °С, оборудуются не менее чем двумя рабочими предохранительными клапанами,

соединенными с емкостью через переключающий кран типа KTC

112

или КТРП. При нормальном положении оба клапана должны быть соединены с емкостью, и только на время замены неисправного

клапана он отключается от нее переключающимся краном. Снятый неисправный клапан тут же заменяется заранее подготовленным исправным клапаном.

В производственной практике известны примеры, когда аппа­

раты, подключенные к одному источнику питания, имеют разное

тельного устройства, располо­ женного на стороне низкого дав­

опасного повышения давления со­

стоит также в том, что представ­

ляется возможным в некоторых случаях избежать стравливания в атмосферу пожаро- и взрывоопасных веществ. Это можно нагляд­

но показать на примере технологической схемы каталитического

расщепления диметилдиоксана в производстве изопрена.

На рис. II.3 приведена принципиальная технологическая схема

одной установки разложения диметилдиоксана в производстве

изопрена. В испаритель 1 подается диметилдиоксан, который испа­

ряется за счет водяного пара, подаваемого в трубное и межтруб­ ное пространство аппарата. Парогазовая смесь после испарителя поступает в реактор 3, заполненный катализатором. В реакторы 3, 3' и 3" также подается водяной пар, перегретый в огневой печи 4.

До поступления в печь водяной пар предварительно подогревается отходящими газами регенерации катализатора в теплообменнике 2.

На рис. II.З,а показана первоначальная расстановка предохра­ нительных клапанов на системе. При повышении давления в систе­

ме происходил выброс парогазовой смеси в атмосферу. Вследствие

пожаро- и взрывоопасных свойств диметилдиоксана и продуктов его разложения, при срабатывании предохранительных клапанов на территории цеха создавалась аварийная ситуация. Это ослож­

нялось наличием на установке печей с огневым нагревом.

Процесс разложения диметилдиоксана протекает с поглоще­

нием тепла, поэтому повышение давления в реакторах за счет

химической реакции в данном случае было исключено. Следова­

тельно, давление в системе создавалось водяным паром и диметил­

диоксаном. Из этого следует, что если на трубопроводах подачи водяного пара и диметилдиоксана установить редуцирующие

устройства и предохранительные клапаны на стороне низкого дав­ ления, то технологические аппараты будут защищены от опасного повышения давления.

На рис. II.3,6 показана расстановка предохранительных кла­ панов после реконструкции установки. При повышении давления

в системе выше допустимого срабатывают предохранительные

клапаны, при этом в одном случае в атмосферу стравится водя­

ной пар, а в другом случае в аварийную емкость (на рисунке не

показана)—жидкий диметилдиоксан.

Аналогичные технические решения могут быть реализованы

и на многих других технологических установках, что будет способ­

ствовать повышению безопасности производства.

Предохранительный клапан надежно защищает аппарат от

опасного завышения давления, если он правильно установлен.

Предохранительные клапаны всех типов должны быть уста­

новлены только в вертикальном положении. Входной патрубок

клапана должен располагаться снизу. На вертикальных аппара­

тах клапаны следует, как правило, устанавливать на верхнем дни­ ще, а на горизонтальных аппаратах — на верхней образующей

цилиндра. Диаметр штуцера на аппарате или трубопроводе дол­

жен быть не менее диаметра входного патрубка предохранитель­ ного клапана. При установке нескольких параллельно работающих

клапанов возможно применение коллектора, непосредственно при­ соединенного к аппарату через патрубок, сечение которого должно

быть не менее 1,25 суммарной площади сечения клапанов, уста­

навливаемых на нем.

При определении сечения присоединительных трубопроводов

длиною более 1000 мм необходимо также учитывать их сопротив­ ление.

Отбор рабочей среды из патрубков (и на участках присоедини­

тельных трубопроводов от сосуда до клапанов), на которых уста­ новлены предохранительные клапаны, не допускается, так как при дренировании сжиженных газов из присоединительных тру­

бопроводов они замерзают и перекрывается сечение трубопро­

вода.

114

Контрольные предохранительные клапаны

Количество и фазовый состав продуктов аварийного стравли­

вания, а также частота открытия предохранительных клапанов трудно поддаются учету и расчету, в связи с чем весьма затрудни­ тельно проектировать систему для сбора этих продуктов, в осо-

Вкипятильник 2 поступает пе­

щена предохранительными клапанами. Отвод паров при открытии

клапанов выполнен в атмосферу.

Однажды при аварийном выходе из строя питающего электро­

кабеля рабочий насос 5, а также резервный (на рисунке не пока­

зан), отключились, вследствие чего прекратилась подача флегмы

на верх колонны и откачка дистиллята из флегмовой емкости 4.

Дефлегматор и емкость заполнились конденсатом. Давление в ко­

лонне стало быстро расти, открылись предохранительные клапаны,

и парожидкостная смесь растворителя стала стравливаться в ат­

мосферу. Несмотря на то, что своевременно прекратили подачу

пара в кипятильник, стравливание паров через предохранительные

клапаны вследствие тепловой инерции системы продолжалось еще

около часа. На значительной территории предприятия создалась аварийная загазованность атмосферы углеводородами.

Определим количество изопентана, которое стравливалось при открытии предохранительных клапанов, установленных на колонне.

Известно, что пропускная способность предохранительных кла­

панов, устанавливаемых на ректификационных агрегатах, как пра­

вило, определяется по производительности кипятильников. Количе­

где F — поверхность кипятильника, м2;

⅛ — расчетный коэффициент теплопередачи в кипятильнике, ккал/(м2-ч-°С); tπ — расчетная температура «греющего» агента (для водяного пара tn при­ нимается равной температуре насыщения при расчетном давлении пара; при этом разность температур tπ — t,κ не должна приниматься

более 40 9C), °С;

⅛ — температура кипения кубовой жидкости при абсолютном давлении,

0C;

q — теплота испарения кубовой жидкости при температуре /ж, ккал/кг.

Пользуясь формулой, находим для случая, описанного выше,

что через предохранительные клапаны могло стравиться свыше

7000 м3/ч паров изопентана.

Для сбора указанного количества паров изопентана потребова­ лось бы соорудить емкость (газгольдер) объемом около 10 000 м3.

При этом для безопасности производства следовало бы газгольдер

установить на значительном удалении от технологической установ­

ки и предусмотреть способ возврата изопентана в производство

(компримирование, конденсация, перекачка и т. д.).

Следовательно, сбор продуктов сброса от предохранительных

клапанов, установленных на аппаратах большой производительно­ сти, в «закрытую» систему нерационален как экономически, так и

по соображениям безопасности. Однако следует учитывать, что при

сбросе газов в атмосферу создается большая опасность для всего предприятия.

Инженерный поиск оптимального решения данной проблемы привел к варианту установки контрольных предохранительных

клапанов.

Контрольные предохранительные клапаны устанавливают па­ раллельно с рабочими. Установочное давление для контрольного предохранительного клапана принимается на 5%, но не менее чем на 1 кгс/см2, ниже установочного давления рабочего клапана. Газы

из контрольных клапанов стравливают главным образом на факел.

Описанный способ стравливания газов при опасном завышении давления в аппаратах довольно давно применяется в нефтеперера­

батывающей промышленности. «Рекомендации по установке предо­

хранительных клапанов РПК-66», обязательные при проектирова­ нии нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов, опреде­

ляющие порядок установки контрольных клапанов, утверждены Министерством нефтеперерабатывающей и нефтехимической про­ мышленности СССР 26 апреля 1967 г. В них внесены некоторые изменения, согласованные с Госгортехнадзором СССР 17 февраля

1970 г. Однако в «Правилах устройства и безопасной эксплуатации

116

сосудов, работающих под давлением», утвержденных Госгортех­

надзором СССР 19 мая 1970 г., применение контрольных клапанов

не предусмотрено.

Сброс от контрольных предохранительных клапанов следует

направлять в факельную систему, кроме агрессивных и полимери­ зующихся сред, которые целесообразно собирать в закрытую си­ стему. При наличии на предприятии большого числа технологиче­ ских установок становится практически неосуществимой организа­

ция сбора продуктов стравливания после контрольных факельных

систем клапанов в факельные системы, так как это потребовало бы сооружения громоздких факельных систем. Для практического

решения этой задачи в ТУ ПК—71 рекомендуется устанавливать контрольные предохранительные клапаны только на аппаратах,

не имеющих приборов автоматического регулирования давления и

температуры или блокировки с источником давления.

Установка контрольного предохранительного клапана также

не требуется для аппаратов и систем с такими средами, как ам­

миак, горючие и легковоспламеняющиеся жидкости с температу­

рой кипения выше 45 °С, негорючие пары и газы. Когда давление

источника ограничено предохранительным устройством и не превы­

шает расчетного давления аппарата, а сам аппарат рассчитан по давлению паров продукта при температуре 50 0C и в нем исключе­

на возможность повышения давления выше расчетного за счет

реакции пли обогрева — контрольные предохранительные клапаны не устанавливаются.

Обратные и скоростные клапаны

Обратные клапаны обеспечивают пропуск жидкости или газа

в одном направлении и, в частности, препятствуют непредусмот­

ренному движению продукта, находящемуся под большим давле­ нием, в сторону более низкого давления.

О последствиях отсутствия или неисправности обратного кла­ пана, установленного на нагнетательном трубопроводе компрес­ сора или насоса, можно судить по многим авариям, имевшим ме­ сто в производственной практике. Описание одной из таких ава­ рий приведено нами на стр. 22.

Обратный поток среды особенно опасен в технологических схе­

мах, где применяются высоконапорные центробежные насосы.

В таких случаях безотказная работа обратных клапанов является

Процесс синтеза диметилдиоксана протекает при температуре 90— əθ 0C и давлении около 20 кгс/см2.

117

На горизонтальном участке нагнетательного трубопровода на­ соса был смонтирован обратный поворотный клапан.

Однажды при аварийном отключении электроэнергии остано­

вился насос 1. Реакционная масса из реактора 3 обратным пото­ ком через центробежный насос поступила в емкость 2, оборудован­ ную воздушной в атмосферу. Углеводороды (изобутан и изобути­ лен), попав в емкость, бурно вскипели, а воздушка не могла обес­

печить быстрого стравливания газов в атмосферу, вследствие чего

емкость сильно деформировалась.

При разборе аварии было установлено нарушение нормального

в то же время они менее надежны в эксплуатации из-за наруше­

ния герметичности при попадании включений на уплотнительные

поверхности или заедании шарнирного устройства.

В последнее время разработаны обратные клапаны нового ти­ па, так называемые клапаны с обтекателем (рис. II.6). Такой клапан состоит из корпуса 2 с обтекателем 3. Между корпусом и

крышкой 1 зажата эластичная резиновая манжета 4.

При нормальном направлении потока среды манжета отходит к стене корпуса (показано на верхней части рисунка), не препят­

ствуя движению потока, а при обратном токе прижимается к обте­

кателю за счет своих упругих свойств (показано на нижней части

рисунка), создавая таким образом препятствие обратному движе­

нию среды. Преимуществами рассмотренной конструкции клапа­ нов является то, что они просты в изготовлении, бесшумно рабо­

тают и монтируются на трубопроводе в любом положении. Однако

в больших масштабах эти клапаны еще не испытаны.

На установках по переработке, транспортированию и хранению

жидких и газообразных нефтепродуктов различной коррозионной

118

типа.

На рис. II.7 показан скоростной клапан пружинного типа. При резком увеличении расхода значительно возрастает скорость дви-

1 19