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

случае нормативных требований, запрещающих применение свар­

ных трубопроводов из нержавеющей стали для паропроводов, экс­

плуатируемых при температурах 700—800°С.

Между тем достаточно было проявить инициативу, и эта проб­

лема решилась положительно.

Госгортехнадзор СССР дополнительно разъяснил, что бесшов­

ные трубы из стали Х18Н10Т диаметром до 300 мм включительно

разрешается применять для пара температурой до 800°С и давле­

нием до 3 кгс/см2. При диаметре трубопровода более 300 мм могут

применяться сварные трубы при условии:

100%-ной проверки качества сварных соединений; изготовления трубопроводов организациями, имеющими опыт

сварки легированной стали;

разработки специализированной организацией и утверждения

в установленном порядке инструкции по эксплуатации трубопро­

вода, предусматривающей организацию систематического контро­ ля за металлом труб.

Применение сварных труб при выполнении требований Госгор­

технадзора, относящимися к качеству их сварки, позволило реали­

зовать рациональные технологические схемы и улучшить условия

эксплуатации пароперегревательных печей в цехе разложения ди­

метилдиоксана.

Как следует из приведенного примера, печные трубы являются

самым уязвимым звеном в конструкциях огневых печей. Важней­

шими дефектами печных труб и причинами их появления, которые

могут привести к разрушению, являются: увеличение внутреннего

диаметра и, как следствие этого, уменьшение толщины стенки (износ трубы) ; увеличение наружного диаметра (отдулины) ; деформация труб из-за обрыва подвесок; наружное обгорание;

прогары.

В отдельных случаях за счет усовершенствования конструкции

крепления змеевиков удается повысить безаварийность эксплуа­

тации технологических печей. Это можно видеть на примере па­ роперегревательных печей в производстве изопрена.

По первоначальному проекту пароперегревательная печь со­

стояла из шести самостоятельных вертикальных змеевиков (сек­ ций). Коллектор каждой секции подвешивался на якоре, подвеска которого крепилась к металлоконструкциям свода печи. Вследст­ вие переменного режима работы печи конструкции крепления

труб пароперегревательных змеевиков деформировались, из-за че­

го трубы приближались к пламени горелок и прогорали. _>

Впоследствии осуществили частичную реконструкцию узла креп­

ления пароперегревательных секций, сущность которой заключает­ ся в том, что под якорями смонтировали опорный коллектор с по­

дачей в него водяного пара. На входе водяного пара в коллектор

установлен регулирующий клапан, который обеспечивает выдер­

живание необходимой постоянной температуры пара в коллекто­

ре.

20

Внедрение указанного мероприятия значительно повысило на­ дежность и безопасность эксплуатации пароперегревательных пе­

чей.

В отечественной и иностранной технической литературе проек­ тирование и эксплуатация огневых технологических печей осве­

щены довольно полно. Остается только пожелать, чтобы положи­

тельные рекомендации, содержащиеся в них, шире внедрялись в

производство.

Условия безопасной эксплуатации насосно-компрессорного оборудования

Насосы и компрессоры в условиях пожаро- и взрывоопасных

производств представляют значительную потенциальную опас­ ность взрывов и пожаров. В особенности эта опасность возникает

при эксплуатации поршневых компрессоров и плунжерных насо­ сов.

Выбор конструкции и определение параметров работы компрес­

соров должны производиться с учетом конкретных условий веде­

ния технологического процесса и свойств продуктов, подлежащих компримированию.

Когда возникает необходимость приспособить компрессор для

работы в новых условиях, необходимо осуществить дополнитель­ ные меры по обеспечению безопасной эксплуатации. В частности, в новых условиях возможны перегрев компримируемых продуктов или повышенная конденсация углеводородов в цилиндрах комп­

рессора и, как следствие этого, гидравлические удары и разру­

шение компрессора. Такие отклонения от проектных параметров особенно опасны в случае отсутствия надежной системы сигна­ лизации и автоматической блокировки. В подтверждение этого

рассмотрим несколько аварий.

Процесс полимеризации изобутилена в производстве бутилка­

учука и полиизобутилена проводится при температуре около

— 100oC. В составе рассматриваемого производства имелось холо­ дильное отделение получения холода и компримирования этилена

двухступенчатыми компрессорами фирмы «Борзиг» и трехступен­

чатыми компрессорами марки 3.45 МА.

Для вымораживания влаги и снижения температуры этиленсырец перед компримированием проходит последовательно через два холодильника, охлаждаемые соответственно этиленом и жид­

сжатия компрессора 3,45 M установлены два холодильника, ох­ лаждаемые водой, и два холодильника, охлаждаемые за счет ис­ парения аммиака. Система охлаждения газа рассчитана на про­ изводительность 2500 м3/ч (по этилену).

21

Накануне аварии производство полиизобутилена остановили

на ремонт, при этом необходимо было испытать этиленовую систе­

му на рабочее давление. По регламенту испытание проводится азо­

том. В связи с недостатком азота требуемого давления было при­

нято решение компримировать азот двухступенчатым компрессо­

ром фирмы «Борзиг», предназначенным для предварительного

компримирования этилена.

Азот из газгольдера под давлением 200 мм вод. ст. и из обще­

заводской сети под давлением около 3 кгс/см2 поступал на прием

I ступени компрессора. После I и II ступеней компрессора азот

проходил через межступенчатые маслоотделители и холодильники,

охлаждаемые водой.

холодильники не подавался.

Температуру и давление азота по ступеням замеряли соответст­

венно ртутными термометрами и манометрами.

После исчерпания запаса азота в газгольдере его отключили, и

подача азота на компрессор производилась от заводской сети по

шлангу диаметром 20 мм. Спустя примерно 20 мин после этого

переключения в нагнетательном трубопроводе компрессоров про­

изошел взрыв, вызвавший разрушение двух компрессоров и груп­

повой несчастный случай.

Непосредственной причиной взрыва газомасляной среды в наг­

нетательном трубопроводе и компрессорах явилось нарушение дей­

ствия системы охлаждения, в связи с чем температура в системе возросла выше допустимых пределов. Взорвавшейся средой яви­ лась газовоздушная масляная смесь, в которой содержание кисло­

рода достигло, по данным анализа, 16—20 объемн.%. Весьма воз­

можно, что при питании компрессора азотом по шлангу диаметром

20 мм (после отключения газгольдера) происходил подсос возду­ ха, так как пропускная способность шланга несоразмерно мала по

сравнению с производительностью компрессора. Однако первопри­

чина аварии заключается в том, что этиленовый компрессор «Бор­

зиг» и связанные с ним аппараты и коммуникации были переведе­ ны для эксплуатации на азоте без выполнения необходимых до­

полнительных мероприятий, гарантирующих безопасность работы системы в новом режиме. В частности, не было компенсировано

выключение из системы межступенчатых холодильников, охлажда­

емых аммиаком. Кроме того, этиленовые компрессоры «Борзиг»

не имели систем аварийной сигнализации и автоматической бло­

кировки, обеспечивающих автоматическое отключение компрессо­

ра при завышении температуры в нагнетательном трубопроводе.

Примерно таковы же причины аварии, происшедшей в ком­

прессорной станции на одном газобензиновом заводе.

Компрессорная станция факельного хозяйства (рис. 1.6) была

предназначена для сбора, компримирования и подачи на перера­ ботку сбросных углеводородных газов, поступающих в факельные

22

трубопроводы. Для этой цели были установлены два газомотор­

ных компрессора 10 ГК.Н 4/1-55, укомплектованные пятью ком­

прессорными цилиндрами: два цилиндра I ступени, один цилиндр II ступени, один цилиндр III ступени и один цилиндр IV ступени сжатия. Компрессорная станция факельного хозяйства представ­

ляет собой пристройку к существующей дожимной компрессорной станции. В связи с тем, что строительство объектов факельного

хозяйства не было закончено, компрессорную станцию факельного-

хозяйства временно использовали для компримирования попутно-

го газа с последующей подачей его на переработку. Компрессорная станция работала по следующей схеме. Попут­

ный газ после блока сероочистки через регулирующие заслонки

с давлением до 1 кгс/см2 поступал на сепараторы, где происходило

23

10 ГКН 4/1-55 природным газом осуществлялось из общей сети.

После III ступени сжатия был подсоединен трубопровод для про­ дувки компрессора с выбросом газов на свечу. На трубопроводе

после IV ступени сжатия установлен обратный клапан 3 для пре­ дотвращения попадания газа с основной компрессорной станции.

Один компрессор факельного хозяйства был остановлен вслед­ ствие появления стука во втором цилиндре I ступени сжатия. Пос­ ле кратковременного ремонта компрессор включили на холостой ход, при этом через 2—3 мин работы вновь обнаружили стук в

этом же цилиндре. Компрессор аварийно остановили.

Механик установки при пуске компрессора на холостом ходу

стука в цилиндре не обнаружил, поэтому он распорядился подать сырье на компрессор. Однако уже при частичном открытии за­

движки на приеме сырья по истечении 1—2 мин вновь появился стук в цилиндре.

По указанию механика машинист начал медленно закрывать кран на подаче природного газа на двигатель компрессора и в это мгновение за стеной компрессорной, на площадке коллекторов,

произошел взрыв с последующим выбросом пламени в сторону компрессорной. Находившиеся там механик и машинист получили

ожоги.

При осмотре места аварии обнаружено:

нагнетательный трубопровод IV ступени сжатия на участке от

обратного клапана до задвижки длиной 2,5 м, диаметром 89×4 мм оказался разорванным полностью и отдельные его куски были об­

наружены на расстоянии до 250 м от места аварии;

задвижка нагнетательного трубопровода Ду-80 мм под давле­ нием py=64 кгс/см2 была разорвана на две части. Одна часть за­ движки находилась в 10 м, а отдельные части штурвала найдены

на расстоянии 40 м от места аварии; верхняя крышка обратного клапана 3 отброшена на 35—400 м.

Поворотного «языка» обратного клапана не обнаружено; задвижка 2 на трубопроводе, ведущем к свече сброса газа с

приема IV ступени сжатия, находилась в исправном состоянии и

была закрыта не полностью.

Основной причиной аварии является несовершенная схема об­ вязки приемных и выкидных трубопроводов компрессора, не ис­

ключающая возможность засасывания воздуха в IV ступень сжа­

тия через продувочную свечу при пуске компрессора.

При пуске компрессора машинист не полностью закрыл за­

движку на продувочной свече, вследствие чего воздух попал в вы­

кидной трубопровод компрессора и смешался с компримирован­

ным газом системы. Работа IV ступени компрессора при степени сжатия 40 при пуске вызывает значительное повышение темпера­

туры компримированного воздуха в выкидном трубопроводе

(300°С и выше). Такая температура воздуха в трубопроводе со­

храняется в течение 1—3 мин до момента поступления комприми­

рованного газа из I—III ступеней компрессора. При работе ком-

24

прессора в нагнетательных линиях неизбежно наличие паров сма­ зочного масла, температура вспышки которых колеблется в пре­

делах 250—260 °С. t

Аварийное положение усугубилось тем, что накануне аварии был демонтирован поворотный «язык» обратного клапана. По­

этому газ из основной компрессорной станции обратным потоком попал в нагнетательный трубопровод компрессора 10 ГКН 4/1-55 и поддерживал длительное горение.

Анализ причин взрывов в картерах газомоторных компрессо­

ров 8ГК и 10ГК показал, что заполнение картера газами, образу­

ющими с воздухом взрывоопасную смесь, происходит как из-за неплотностей и зазоров в поршневой группе силовых цилиндров и

сальников компрессорных цилиндров при их неисправном состоя­ нии, так и вследствие недостаточной вентиляции сальниковых ко­ робок. Концентрация взрывоопасных газов в картерах колеблется от нуля во время остановки до 25—35% в рабочем состоянии. Ча­

ще всего взрыв в картерах газомоторных компрессоров происхо­

зомоторных компрессоров 8ГКВыведена зависимость изменения

концентрации взрывоопасных газов в картере от времени с мо­

мента пуска машины. Отмечается, что наиболее вероятным источ­

ником воспламенения газовой смеси в картерах является нагрев деталей и узлов ходовой части.

Разрушение воздушных компрессоров часто происходит от вос­

пламенения хорошо перемешанной смеси масляных паров и мас­

ляного тумана с воздухом. На основании анализа аналогичных

аварий построена графическая зависимость нижнего предела вос­

пламенения масловоздушнои смеси от диаметра капель и концен­

трации масла в воздухе, а также зависимость температуры начала

самовозгорания и начала самовоспламенения отложений от дав­

ления. Эти и другие материалы послужили основанием для опре­

деления предельно допустимой концентрации масла в воздухе. По­

становлением Госгортехнадзора СССР в зависимости от условий

эксплуатации принята допустимая концентрация масла от 60 до 140 г/кг воздуха.

На одном нефтеперерабатывающем заводе произошло разру­ шение промежуточного холодильника компрессора 5Г 300-15/30

установки каталитического риформинга. Взрыв в системе произо­ шел во время обкатки компрессора на воздухе. Оторвавшаяся сфе­

рическая часть днища колпака промежуточного холодильника про­ била стену компрессорной и отлетела на расстояние 28 м.

Безопасность эксплуатации поршневых компрессоров в зна­

чительной степени определяется предотвращением попадания

жидкости в цилиндры. ■

На установке сернокислотного алкилирования вследствие по­

падания жидкого аммиака из отделителя жидкости на прием ком­

прессора 4АГ были разрушены цилиндр, его крышка, погнут шток,

25

поломаны клапаны и поршневые кольца. Компрессор эксплуатиро­

вался при давлении на приеме 2,5 кгс/см2, давлении на нагнетании

В холодильном цехе одного нефтехимического завода были ус­

тановлены поршневые компрессоры. По проекту горизонтальный участок приемного трубопровода был проложен в конструкции по­ ла, вследствие чего образовался «мешок», в котором накапливал­

ся жидкий аммиак, когда компрессор находился в резерве. При пуске резервного компрессора жидкий аммиак из «мешка» попа­

дал в цилиндр компрессора, в результате чего ломались пласти­

ны клапанов и были случаи разрыва цилиндров. Эти разрушения

прекратились после ликвидации «мешков» на трубопроводах.

На некоторых нефтехимических заводах для компримирования

пирогаза в производстве этилена или контактного газа в производ­

стве дивинила применяют многоступенчатые поршневые компрес­

соры. Пирогаз и контактный газ всегда содержат влагу и тяже­ лые углеводороды, которые, конденсируясь в межступенчатых хо­

лодильниках, собираются в межступенчатых сепараторах и

выводятся из системы. Если конденсат своевременно не отводится

из сепараторов, возникает опасность попадания его в цилиндры

компрессора при завышении уровня конденсата в сепараторах.

К сожалению, до настоящего времени отсутствует надежная авто­ матическая система отвода конденсата из межступенчатых сепара­

торов, поэтому дренирование конденсата проводится периодиче­

ским открытием запорной арматуры. Конец дренирования опреде­

компрессорами из-за несвоевременного или неполного отвода уг­

леводородного конденсата.

При анализе аварии практически не представлялось возмож­ ным однозначно определить ее причины, так как обслуживающий

персонал обычно утверждал, что дренирование производилось в

полном соответствии с «инструкцией». Разрушения компрессоров по указанной причине практически прекратились после установле­ ния объективного контроля за дренированием конденсата. Перед дренажной арматурой установили регистрирующие манометры.

При закрытой арматуре манометр регистрирует давление соот­ ветствующей ступени компрессора, при открытии арматуры (при

дренировании) давление в дренажном трубопроводе падает, что соответственно отражается на записях регистрирующего маномет­ ра. По пикам на картограммах можно судить о частоте и полноте

дренирования конденсата.

Одной из причин разрушения компрессоров является низкое

качество изготовления отдельных его узлов и деталей. Наличие ли-

:26

тейных пор, спаев в деталях из чугуна способствует концентрации

напряжений и создает опасность внезапного разрушения. Полом­

ка коленчатого вала компрессора — явление редкое, но связанные

с этим разрушения всегда приводят к тяжелым последствиям. Ос­

ренных подшипников), неравномерное оседание рамы при плохой

заливке фундамента, значительные перенапряжения, возникающие

в случаях поломки одной из деталей шатунно-кривошипной груп­

пы. Низкое качество металла, дефекты изготовления и внутренние пороки проката (раковины, закаты, трещины) создают концентра­

цию напряжений и через некоторое время приводят к разрушению

коленчатого вала.

Плунжерные насосы и поршневые компрессоры обладают ря­ дом недостатков. Прежде всего у них опасно резкое повышение

давления в системе при нарушении некоторых правил их экс­

плуатации или в случае неисправности предохранительных уст­

ройств. Применение плунжерных и поршневых машин неизбежно приводит к вибрации трубопроводов и строительных конструкций,

которая зачастую является причиной аварии, а вызываемые ими

пульсирующие потоки затрудняют внедрение автоматического ре­ гулирования технологических процессов.

Следовательно, при проектировании сложных и ответственных

технологических процессов на основных потоках целесообразно

применять только центробежные машины.

О последствиях пренебрежения этими требованиями можно су­

дить по следующим примерам.

При синтезе демитилдиоксана в производстве изопрена шихта

(кислый водный раствор формальдегида) подается в реактор. Для

осуществления этого процесса потребовался насос с производи­ тельностью до 50 м3/ч и напором 250 м вод. ст.

Учитывая агрессивность среды, насос должен быть изготовлен из стали марки Х17Н23М2Т. Во время проектирования производ­ ства изопрена центробежные насосы требуемой характеристики не выпускались в нашей стране, поэтому проектировщики приняли к установке трехплунжерные насосы фирмы «Сигма» (ЧССР), из­ готовленные из стали марки Х18Н9Т. При освоении производства

выявилось, что

сальники плунжеров трудно поддавались герметизации, вслед­

ствие чего была постоянная утечка шихты;

цилиндры и плунжеры насосов подвергались сильной коррозии;

всасывающие клапаны насосов забивались продуктами поли­ меризации шихты (пароформом), что приводило к сокращению или даже прекращению подачи шихты в реактор;

при сокращении подачи шихты увеличивалось образование в реакторе побочных высококипящих продуктов и тяжелой смолы

(«кокса»), забивались перетоки и, как следствие этого, завыша­

лось давление в системе;

27

контрольно-измерительные приборы и средства автоматики из-за пульсирующих потоков и вибрации трубопроводов работали неудовлетворительно.

На производстве создались тяжелые и опасные условия труда. Обслуживающий персонал вынужден был работать в противогазах

в течение всей смены.

Для улучшения работы плунжерных насосов привлекались вы­

сококвалифицированные инженеры специализированных организа­ ций насосостроения, но положение оставалось без существенных

изменений. Неудовлетворительное освоение процесса синтеза ди­

метилдиоксана отражалось и на работе других цехов, поскольку

они являлись звеньями единой технологической цепочки. Учиты­

вая большое значение производства изопренового каучука, обес­ печением конструирования и изготовления работоспособных насо­ сов занялись руководители соответствующих министерств.

В течение 6 месяцев были запроектированы, изготовлены и смон­

тированы центробежные насосы требуемой характеристики, стой­

кие против агрессивного действия шихты. Это в значительной мере

■определило дальнейшее успешное освоение синтеза диметилдиок­

сана.

Аналогичная ситуация создалась при освоении процесса поли­ меризации изопрена и дегазации его полимера. Для перекачки полимера были запроектированы роторные насосы, выпускаемые

■одной иностранной фирмой. Известно, что при работе роторных

насосов наблюдается значительная вибрация трубопроводов и

строительных конструкций, поэтому на некоторых заводах они

заменены шестеренчатыми насосами. Однако такие насосы имеют ограниченные технические и эксплуатационные характеристики и относятся к насосам объемного класса, следовательно, не исклю­

чается возможность опасного повышения давления в системе.

В настоящее время роторные и шестеренчатые насосы заменяются

винтовыми насосами. Следует также отметить, что освоение и внедрение в производство отечественных центробежных насосов

.для перекачки вязких растворов явно затянулось.

ГЛАВА 2

КОМПЕНСАЦИЯ ТЕПЛОВЫХ ЛИНЕЙНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ В ТЕПЛООБМЕННИКАХ И ТРУБОПРОВОДАХ

При подборе теплообменных аппаратов, предназначенных для

эксплуатации в условиях разности температуры теплоносителя и

обогреваемой среды не более 350 0C, могут применяться трубчат­

ки жесткой конструкции. Для поглощения тепловых линейных из­ менений элементов теплообменных аппаратов при большой раз­

28

менники с U-образными трубами непригодны для эксплуатации с коксующимися средами из-за невозможности чистки труб.

На рис. 1.7 показана конструкция теплообменника кожухотруб­ ного с плавающей головкой. В соответствии с ГОСТ 14246—69 эти

теплообменники применяют для нагрева и охлаждения жидких и газообразных сред в технологических процессах нефтеперерабаты­

вающей, нефтехимической, химической и смежных отраслей про­

мышленности. Теплообменники изготовляют с диаметром кожуха

Рис. 1.7. Конструкция теплообменника кожухотрубного с плавающей головкой:

1 — крышка распределительной камеры; 2 — камера распределительная; S — кожух; 4 — трубы теплообменные; 5 — крышка кожуха; 6 — крышка плавающей головки; 7 —опора.

от 325 до 1400 мм на условное давление от 16 до 64 кгс/см2 в труб­

ном или межтрубном пространстве в пределах рабочих темпера­ тур от —30 до 450 °С. Использование таких теплообменников обес­ печивает поглощение тепловых линейных изменений и условия

чистки в случае наличия коксующихся сред. Однако этот тип теп­ лообменников имеет существенный конструктивный недостаток,

который ограничивает область их применения. При нарушении

герметичности в крышке плавающей головки 6 происходит смеше­ ние потоков трубного и межтрубного пространства. О последстви­

ях такого нарушения можно судить по следующему примеру. На

одном из нефтехимических предприятий каталитическое разложе­ ние диметилдиоксана до изопрена проводили по технологической

схеме, представленной на рис. 1.8.

В испаритель 1 подается диметилдиоксан, который испаряется за счет подачи водяного пара в межтрубное пространство испа­

29