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

Применение для уплотнительных поверхностей пластических масс значительно уменьшает необходимое удельное давление, ко­ торое определяется по формуле

„ 4 + 0,6р ⅞=-vr-

Широкое применение затворов с пластмассовым уплотнением

сдерживается из-за сложности их изготовления. Известные^ спосо­ бы крепления пластмассовых уплотнительных поверхностей с по­

мощью паза типа «ласточкин хвост» и запрессовки не всегда поз­

воляют создать затворы, работоспособные в сложных условиях

эксплуатации. Более надежным следует считать применение пласт­

массовых покрытий, нанесенных на металлические уплотнительные

рантирует требуемое качество.

В. В. Жуков и др. [17] разработали способ покрытия уплотни­

тельных поверхностей затворов, заключающийся в том, что по­

крытую полимером уплотнительную поверхность формуют по от­ ветной уплотнительной поверхности.

По указанному способу было изготовлено защитное покрытие

ность колец, применялся полиакриламид.

Опытные образцы задвижек прошли стендовые и промышлен­

ные испытания на одном из нефтеперерабатывающих заводов на атмосферной установке. Испытания показали положительные ре­

зультаты, межведомственная комиссия признала задвижки с ме­

таллополимерными затворами работоспособными в промышлен­

ных условиях и рекомендовала их к серийному производству.

По сравнению с затворами, у которых уплотнительные поверхно­ сти выполнены «металл по металлу», новые затворы имеют сле­ дующие преимущества: ,∙

без каких-либо конструктивных изменений улучшается герме­ тичность затворов;

значительно уменьшается удельная нагрузка, необходимая для обеспечения герметичности затвора.

Описываемое решение представляет интерес, хотя, конечно, ос­ тается целесообразным поиск и других вариантов. ;

Выбор запорной арматуры с учетом условий эксплуатации

Запорную арматуру следует подбирать с учетом физических

свойств среды. Если рабочая среда содержит твердые включения,

которые могут налипать на уплотнительные поверхности, то при­ менять клиновые задвижки не рекомендуется, так как в этом слу­

70

чае они могут не обеспечить необходимой герметичности вследст­

вие защемления твердых частиц между уплотнительными поверх­

ностями. В таких средах лучше применять параллельные двухдис­

ковые задвижки с принудительным очищением уплотнений при

закрывании.

Если из рабочей среды возможно выпадение осадка или среда может застывать, применение вентилей обычного типа и особенно

задвижек нежелательно, так как эти виды запорной арматуры

обладают застойными зонами в корпусе, а запорный элемент их при срабатывании линейно перемещается. В таких условиях наи­ более подходящим типом арматуры являются краны конические

или шаровые, у которых запорный элемент поворачивается.

В последнее время конструкции шаровых кранов находят все

более широкое распространение в арматуростроении, вытесняя ко­

нусные пробковые краны. Это обусловлено простотой их конструк­

ции, меньшим гидравлическим сопротивлением по сравнению с другими типами промышленной арматуры, легкостью управления,

быстротой срабатывания и обеспечением полнопроходности.

Шаровые краны изготовляют с ручным управлением или с

пневмо-, гидроили электроприводом.

Герметичность крана в закрытом положении обеспечивается за

счет прижатия пробки к седлам клапана, а также напором среды.

Седла шаровых кранов изготовляют из обыкновенного или арми­

рованного терлона, бутадиенакрилонитриловой резины, нейлона,

политетрафторэтилена и других материалов.

Многолетняя практика эксплуатации запорной арматуры пока­

зывает, что на водо-, газо- и паропроводах диаметром 50 мм и бо­

лее, проводящих среду под давлением до 25 кгс/см2, целесообраз­

но устанавливать поворотные дисковые затворы с мягким уплотне­

нием. Особенность их заключается в том, что их запорный

орган— поворотный диск — не изменяет форму потока вследствие

обтекаемой формы. Поворотные дисковые затворы по сравнению

с вентилями и задвижками имеют значительно меньший вес, ком­ пактную и простую конструкцию, не требуют больших усилий и

времени на открытие и закрытие, удобны в эксплуатации, обеспе­ чивают надежную герметичность, более долговечны и ремонтоспо­

собны.

Выпускаемые в настоящее время заводами резинотехнических изделий маслобензостойкие резины позволяют расширить приме­

нение дисковых затворов на трубопроводах, проводящих среду при температуре до 180 °С.

В исключительных случаях, когда пропуск среды через саль­

ник недопустим, следует применять бессальниковую арматуру. Из

различных типов такой арматуры наиболее надежными являются

сильфонные запорные вентили (рис. 1.19). Вентиль состоит из кор­ пуса 2, на котором закреплена крышка 7. Уплотнение и центри­

рование между крышкой и корпусом осуществляется с помощью

фланца промежуточного корпуса 4, внутри которого смонтирован

71

с другой —приварен к верхней части промежуточного корпуса

В нижней части корпуса сильфона предусмотрена направляющая дл™жения шпинделя со шпонкой 3, препятствующей вращению,

шпинделя вокруг оси, которое привело бы к разрушению силь­

фона.

Существенным недостатком сильфонных вентилей является не­

большое допускаемое сжатие сильфонов. Для увеличения хода шпинделя приходится соединять не­

ется надежная герметичность их при эксплуатации. Она обеспечивается тем, что в моменты откры­ тия и закрытия уплотнительная поверхность запорного органа поч­ ти не перемещается по уплотнительной поверхности корпуса.

Задвижки характеризуются тем, что при открытии их запор­ ный орган — клин — полностью выводится из потока проводимой

среды. Такая конструкция позволяет уменьшить гидравлическое

сопротивление потоку, однако увеличивает габаритные размеры, которые у задвижек больше, чем у вентилей при одинаковых при­ соединительных размерах и параметрах. Перемещение запорного органа на большое расстояние значительно сокращает срок служ­ бы, увеличивает время полного открытия и закрытия задвижек, что ухудшает эксплуатационные качества задвижек.

72

Основным эксплуатационным недостатком задвижек является

их малая надежность в обеспечении герметичности. В задвижках

все давление среды воспринимается всей поверхностью запорного органа. Под действием усилий, вызываемых давлением в моменты окончания закрытия и начала открытия, происходит нарушение герметичности в затворе. Однако при перемещении запорного ме­ ханизма действующие на него усилия передаются на шпиндель только частично, поэтому усилие, необходимое для перемещения запорного механизма, и потребная мощность приводного механиз­ ма в задвижках значительно меньше, чем в вентилях.

При выборе типа запорной арматуры имеют значение все ее

параметры, на первый взгляд как будто не особенно существен­

ные. Ниже приводится пример, показывающий как скорость за­ крытия запорной арматуры влияет на газовыделения в атмос­

феру.

В нефтехимической промышленности широкое распространение получили технологические процессы циклического характера: по­ сле непродолжительного цикла контактирования система переклю­ чается на регенерацию катализатора. Получающиеся при регене­

рации катализатора газы сбрасываются в атмосферу. При хорошо

продуманной технологической схеме и удачном выборе переклю­ чающей арматуры возможно практически полностью предотвра­ тить попадание продуктов производства в газы регенерации.

Однако нередки случаи, когда допускаются просчеты, вследст­

вие чего циклические технологические процессы приводят к зна­

чительному загрязнению воздушного бассейна и потере ценных продуктов. Например, технологический процесс каталитического

расщепления диметилдиоксана до изопрена осуществляется в ре­

акторе по циклическому режиму: за трехчасовым циклом контак­

тирования следует тоже трехчасовой цикл регенерации катализа­ тора. Контактный газ, состоящий из изопрена, изобутилена, фор­ мальдегида и других продуктов, из реакторов поступает в общий коллектор, по которому направляется на конденсацию в следую­

щий цех. Давление в коллекторе контактного газа колеблется в пределах 1 —1,5 кгс/см2. Газы регенерации катализатора, состоя­

щие из паровоздушной смеси, двуокиси углерода и примесей про­

дуктов реакции, собираются в другом коллекторе, откуда выбра­

приводимыми в действие со щита управления.

На технологической установке были смонтированы электроза­

движки с разной скоростью открытия (закрытия). При переклю­

чении системы с цикла регенерации на цикл контактирования од­

новременно происходят открытие электрозадвижки на трубопро­

воде контактного газа и закрытие электрозадвижки на газах

регенерации. Если электрозадвижка на газах регенерации закры­

вается дольше, чем открывается электрозадвижка на контактном

73

газе, то некоторое время контактный газ попадает в газы регене­

рации и, следовательно, в атмосферу (как указывалось выше, дав­

ление в коллекторе контактного газа больше, чем в коллекторе

газов регенерации). На практике эта разность времени в открытии задвижек на разных системах составляла 30—50 с. Такая несогла­

сованность в ритме работы обеих электрозадвижек обнаружилась при обследовании причин загазованности атмосферы продуктами

производства. Вероятно, при комплектации установки арматурой

принимали во внимание только соответствие задвижек по услов­ ному проходу, без учета скорости их открытия. Однако в дальней­ шем подобрать арматуру в полном соответствии с требованиями технологического процесса не представилось возможным из-за ог­

раниченного ассортимента арматуры, выпускаемой промышленно­

стью арматуростроения.

В данном случае было найдено паллиативное решение, сущ­

ность которого заключается в том, что в пускатели электродвига­ телей с замедленным открыванием задвижек вмонтировали реле времени, чтобы пусковая электрическая схема позволяла при включении командно-электрического прибора (КЭП) несколько задержать начало открытия (закрытия) электрозадвижки с за­

медленным ходом. Отметим, что при этом полностью не исключа­ ется попадание контактного газа в газы регенерации при переклю­

чениях, поскольку из-за разности давления в коллекторах контакт­

ного газа и газов регенерации при продолжительности переключения около 50 с некоторое смещение потоков неизбежно.

Радикальное решение этого вопроса заключается в замене установленной запорной арматуры быстродействующими электроза­

движками или задвижками с гидроприводами с одинаковой скоро­

стью закрытия (открытия). Это ясно было еще на стадии проекти­

рования производства. В связи с тем, что в ведомственных ката­

логах запорная арматура требуемых параметров не числилась,

проектировщики удовлетворились выбором ее из наличного ассор­ тимента в ущерб нормальному ведению производства и условиям

безопасности.

Внедрение новых интенсивных технологических процессов поч­

ти всегда связано с применением новых конструкционных материа­ лов и оборудования. Поэтому важной задачей проектировщиков и

эксплуатационников является технически обосновать и поста­

вить перед предприятиями нефтехимического машиностроения и

комплектующими организациями требования, вытекающие из не­ обходимости решения новых задач. Примитивные упрощенные ре­

шения чреваты неприятными последствиями, зачастую более опас­

ными, нежели в приведенном примере.

Запорно-регулирующая арматура

При возникновении аварийной ситуации на технологической ус­

тановке необходимо прежде всего быстро прекратить подачу про­

дуктов в аппараты. Когда в технологической схеме отсутствуют

74

быстродействующие запорные устройства, промедление в отключе­

нии потоков может часто привести к авариям. Подтверждением

сказанного выше может служить авария, происшедшая на одном из нефтехимических предприятий.

В производстве хлорвинила, осуществляемого взаимодействи­ ем хлористого водорода с ацетиленом, произошла авария. Неза­ долго до аварии из-за падения напряжения на подстанции отклю­

чился компрессор, подающий ацетилен на осушку в щелочные

осушители. Для такого случая в технологической схеме установки

предусматривалось автоматическое перекрытие ацетиленопровода

пневматическим регулирующим клапаном, установленным на тру­ бопроводе после осушителей.

При обходе объекта обслуживания аппаратчик обнаружил, что один осушитель заметно разогрелся, о чем он доложил начальни­ ку смены. Не придав должного значения сообщению аппаратчика,

начальник смены распорядился включить компрессор. Сразу по­ сле включения компрессора произошел взрыв в осушителе.

При разборе аварии выяснилось, что при аварийном отклю­ чении компрессора вследствие негерметичного перекрытия пнев­

матического клапана и отсутствия обратного клапана на трубо­

проводе хлористого водорода (последний накануне аварии был де­ монтирован для ремонта) хлористый водород попал в осушитель. При взаимодействии хлористого водорода со щелочью, за счет

выделившейся теплоты, осушитель разогрелся. При включении компрессора ацетилен самовоспламенился и произошла авария.

Обслуживающий персонал своевременно не принял меры к

предотвращению проникновения хлористого водорода в осушите­

ли путем быстрого перекрытия запорной арматуры, предполагая,

что пневматический регулирующий клапан надежно отключит по­ ток хлористого водорода в обратном направлении. Конечно, такое предположение было ошибочным: регулирующий пневматический

клапан не может служить запорным органом. Для этой цели сле­ довало бы в дополнение к регулирующему клапану иметь отсе­

кающий пневматический клапан.

Пневмоотсекатели или запорно-регулирующие вентили помимо

дросселирования потока могут выполнять функции перекрытия по­ тока. Их конструкция в основном не отличается от обычных конст­

рукций проходных вентилей, однако им присущи следующие осо­ бенности:

золотник имеет профилированную рабочую поверхность;

золотник и седло имеют хорошо обработанные и притертые

уплотняющие кромки;

направляющая движение шпинделя сцентрирована с седлом; золотник и седло в целях повышения надежности изготовляют­

ся из специальных сплавов.

В производственной практике запорно-регулирующие вентили

(пневмоотсекатели) изготовляют из корпуса обычного вентиля и

пневмопривода регулирующей арматуры.

75

При регулировании потока суспензий и сред, содержащих

включения, обычные регулирующие клапаны работают ненадеж­

но, так как они быстро забиваются. Поэтому в последнее время в

таких случаях применяют шланговые регулирующие клапаны.

В этих клапанах регулируемая среда проходит через эластичный

Рис. 1.20. Шланговый регу­ лирующий клапан:

1 — эластичный патрубок; 2 — уплотнительный конус (фланец); 3 — корпус; 4 — крышка; 5 — про­

патрубок (шланг), который, деформируясь под действием испол­ нительного механизма, изменяет площадь проходного сечения, а

следовательно, и расход продукта.

Конструкция шлангового регулирующего клапана показана на

рис. 1.20. Клапан состоит из шлангового пережимного затвора,

мембранно-пружинного исполнительного механизма повышенной

мощности типа МИМП и пневматического позиционера. Необхо­

димость применения в клапане исполнительного механизма вызва­ на тем, что затвор этого клапана не разгружен. Затвор клапана

76

представляет собой эластичный патрубок 1, пережимаемый двумя валиками-траверсами и помещенный в герметичный кожух, кото­

рый образован корпусом 3 и крышкой 4, уплотняемыми с по­

мощью прокладки 5. На случай разрыва патрубка в крышке 4

предусмотрено сальниковое уплотнение штока 6. Эластичный пат­ рубок в корпусе зажимается при помощи уплотнительных конусов (фланцев) 2. Верхняя траверса 7 жестко соединена со штоком б,

нижняя траверса 11 прикреплена к верхней при помощи ролико­

втулочной цепи 8, переброшенной через зубчатое колесо 9, враща­ ющееся на оси 10.

При перемещении вниз штока 6 с прикрепленной к нему тра­ версой 7 нижняя траверса 11 поднимается и таким образом осуще­

ствляется перекрытие (сжатие) патрубка.

Шланговые регулирующие клапаны имеют следующие преиму­ щества: исключают застой продукта вследствие малого гидравли­ ческого сопротивления, позволяют производить быструю и удоб­

ную замену эластичного патрубка в случае выхода его из строя.

Недостатками таких клапанов являются невысокая температура регулируемых сред (до 80 °С) и небольшое рабочее давление (до

10 кгс/см2), а также сравнительно небольшой срок службы эла­

стичного патрубка.

ГЛАВА 6

ОРГАНИЗАЦИЯ РЕМОНТА ОБОРУДОВАНИЯ И КОММУНИКАЦИЙ

Статистика производственных аварий и несчастных случаев по­ казывает, что в нефтеперерабатывающей и нефтехимической про­

мышленности около половины их приходится на ремонтные и очи­

стные работы.

Освобождение оборудования и коммуникаций от продуктов

Перед началом ремонта необходимо освободить оборудование

и коммуникации от продуктов. Порядок проведения этой операции

опасности.

Наглядным примером, подтверждающим это, может служить

авария, происшедшая на одном нефтеперерабатывающем заводе.

Установка деасфальтизации служит для удаления асфальто­

смолистых веществ из гудрона посредством жидкого пропана. По­

бочным продуктом этого процесса является асфальт.

На территории установки расположены: блок колонн; двух­

этажная этажерка, на которой находятся емкости, испарители и,

77

конденсаторы пропана; блок теплообменников; погружной холо­

дильник; трубчатая печь и производственное здание, в котором размещены горячая и холодная пропановые насосные, пропановая

компрессорная, операторная и другие вспомогательные помеще­

ния. Аппаратный двор установки пересечен в различных направ­

лениях технологическими лотками и трубопроводами.

Авария на установке произошла при следующих обстоятельст­

вах.

На основании распоряжения начальника установки старшин

оператор приступил к подготовке конденсатора пропана для ремон­

та. Закончив к исходу смены удаление паров пропана из конден­ сатора, старший оператор доложил об этом начальнику смены, ко­

торый дал указание приступить к пропарке конденсатора. Для пропарки аппарата была собрана временная схема: острый водя­

ной пар подключили к линии перекачек, а сброс парового конден­

сата направили в технологический лоток.

Между тем оказалось, что старший оператор преждевременно

прекратил удаление пропана из конденсатора, и к началу пропар­ ки давление в нем оставалось еще около 3,5 кгс/см2. Поэтому при подаче водяного пара в конденсатор из него вместе с паровым конденсатом в лоток удалялся пропан, и в лотке образовалась

взрывоопасная смесь. Постепенно зона загазованности распростра­ нилась по всей установке и достигла места расположения труб­ чатой печи. В районе расположения печи произошел взрыв и по­

ним возникли очаги загораний на теплообменниках, у блока ко­ лонн и в других местах.

В этой сложной ситуации персоналом установки были допуще­ ны грубые ошибки. Начальник установки распорядился полностью

снять электропитание с установки. Снятие электропитания с насо­

сов, подающих масло на торцовые уплотнения пропановых насо­

сов, привело к выбросу пропана из них и к значительной загазо­ ванности насосной.

После останова пропановых насосов была закрыта запорная арматура на всасывающих и напорных трубопроводах и задвиж­

лотках и возникли отдельные очаги пожаров на пропановых на­ сосах, трубопроводах и в фонаре перекрытия. К этому времени на

установку прибыла пожарная часть и приступила к развертыва­

нию своих технических средств.

Руководитель пожарного подразделения в ходе разведки уточ­

нил обстановку на аппаратном дворе, после чего проник в пропа­

новую насосную, где обнаружил отдельные очаги загораний. Были

78

приведены в действие внутренняя пенная установка и ликвидирова­

ны отдельные очаги загораний в насосной. В насосной возник не­

понятный шум, поэтому пожарники направились к выходу, и в это время последовал сильный взрыв. Примерно через 3—5 мин после

взрыва интенсивность горения в пропановой насосной резко повы­

силась, а затем произошло обрушение перекрытия. Факел пламени достиг высоты 80—100 м. Возникла угроза распространения пожа­ ра на блок колонн и пропановую этажерку, так как под действи­

ем пламени и тепловой радиации появилась реальная опасность

резкого роста давления в аппаратах и трубопроводах и, как след­

ствие этого, возможность новых взрывов и пожаров. Благодаря усилиям пожарников и работников завода удалось предотвратить

распространение пожара на указанные узлы.

Аварийная обстановка в пропановой насосной создалась глав­

ным образом вследствие ошибочных действий руководителей про­

изводства. Взрывная концентрация образовалась из-за отключе­

ния насоса, подающего масло на торцовые уплотнения пропановых

насосов; повышение интенсивности горения в насосной произошло по причине разрыва участка пропанового технологического трубо­

провода диаметром 200 мм, который представлял замкнутую си­

стему и был заполнен жидким пропаном. Под действием факела

горящего пропана, поступавшего из торцового уплотнения насоса, давление в указанном отрезке трубопровода резко повысилось и при достижении критической температуры произошел разрыв тру­

бопровода длиною около 800 мм. В результате нагрева деформи­ ровались металлические переплеты светового фонаря, что приве­ ло к обрушению плит, от динамического удара которых обруши­ лась железобетонная ферма перекрытия, что повлекло за собой

дальнейшее обрушение 75% перекрытия. Пожар длился около 4 ч.

Анализируя причины аварии на установке, следует отметить,

что наряду с грубыми ошибками в действиях обслуживающего персонала налицо имелись также явные упущения в проекте. На

установке отсутствовали безопасные схемы дегазации отдельных

аппаратов в случае останова их на ремонт. Наличие дренажных

трубопроводов от аппаратов в технологические лотки являлось потенциальным источником образования загазованности в лотках.

Положение усугублялось отсутствием противопожарных перего­ родок в технологических лотках, вследствие чего создавались ус­

ловия беспрепятственного распространения огня. Аналогичное по­ ложение создавалось вследствие отсутствия самозакрывающихся

огнестойких дверей в производственных помещениях, выходящих на аппаратный двор. Не было автономной схемы электропитания

насосов, подающих затворную жидкость на торцовые уплотнения

продуктовых насосов, что в аварийных ситуациях приводит к тя­

желым последствиям. Насосные пожаро- и взрывоопасных продук­ тов не были обеспечены средствами автоматического пожаротуше­ ния. Эти недостатки проекта некоторое время не давали себя знать

и выявились только при сложившейся аварийной ситуации.

79