книги из ГПНТБ / Охрана труда на нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводах учебник

го оборудования имеет опасные движущиеся части, которые должны быть надежно ограждены и оборудованы аварийной бло­ кировкой.

ПРОЧНОСТЬ И КОРРОЗИОННАЯ СТОЙКОСТЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

$ 1. ЗНАЧЕНИЕ ПРОЧНОСТИ ОБОРУДОВАНИЯ В ПРЕДУПРЕЖДЕНИИ АВАРИЙ И ТРАВМАТИЗМА

В нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленно­ сти в связи с применением процессов, осуществляемых при высо­ ких давлениях и температурах с использованием опасных веществ, для предупреждения аварий при эксплуатации "оборудования осо­ бое внимание при конструировании должно уделяться его механи­ ческой прочности, жаропрочности и коррозионной стойкости.

Механическая прочность обуславливает способность материала деталей и конструкций сопротивляться разрушению под действием внешней нагрузки. Из числа основных показателей, определяющих механическую прочность материала, важнейшими являются пре­ дел текучести и ударная вязкость, которые изменяются при коле­ баниях температуры. В определенных условиях проявляется хруп­ кость материалов.

Способность материала противостоять разрушению от механи­ ческих нагрузок при высоких температурах называется жаропроч­ ностью. Жаропрочность различных конструкционных материалов колеблется в значительных пределах. Для металлов она повышает­ ся легированием, т. е. включением в их состав тугоплавких мате­ риалов (хром, вольфрам и др.); иногда жаростойкость несколько повышается термической обработкой. Устойчивость металлов про­ тив глубокого охлаждения также повышается легированием.

Главной задачей обеспечения прочности при конструировании технологического оборудования и аппаратов является правильный выбор материалов, формы, допусков и качества обработки поверх­ ностей деталей. При эксплуатации оборудования имеют место сложные явления, происходящие при взаимодействии отдельных элементов конструкции. При расчетах прибегают к упрощению условий работы элемента, условно принимая силы, действующие на него, сосредоточенными или распределенными по определенному упрощенному закону.

Все эти факторы в целях обеспечения необходимой механиче­ ской прочности оборудования и безопасной его эксплуатации учи­ тываются введением в расчеты коэффициентов запаса.

При проведении расчетов на прочность могут быть два направ­ ления расчета:

1. По заданным нагрузкам и допускаемым напряжениям опре­ деляют размеры конструкций, обеспечивающие их прочность, или по заданным нагрузкам и желаемым размерам деталей опреде­ ляют напряжения в конструкциях, по значению которых подби­ рается нужный материал. Такие расчеты характерны для конструи­ рования новой аппаратуры и машин и называются проектировоч­ ными.

2. По известным нагрузкам и размерам имеющихся деталей рассчитывают напряжения в конструкции и сравнивают их с до­ пустимыми. Или же по известным размерам и допускаемым на­ пряжениям определяют максимально допустимую нагрузку на кон­ струкцию. Такие расчеты применяются главным образом к эксплуа­

оборудование при изменении условий его эксплуатации или в слу­ чае, когда окажется, что прочность материала почему-либо сни­ зилась.

Опыт конструирования и эксплуатации нефтезаводской и неф­ техимической аппаратуры систематически обобщается, и на основе обобщения разрабатываются нормали расчета аппаратов и их элементов на прочность*.

§ 2. ЗАЩИТА ОБОРУДОВАНИЯ ОТ КОРРОЗИИ

•

Коррозией называется разрушение металла вследствие химиче­ ского или электрохимического взаимодействия его с окружающей средой. Окружающая среда, в которой происходит коррозия, назы­ вается коррозионной или агрессивной.

Различают химическую и электрохимическую коррозии.

прочность, утвержденная Министерством химического и нефтяного машинострое­ ния СССР 27 декабря 1965 г. и согласованная с Госгортехнадзором РСФСР и УССР.

дования от коррозии. Правила производства и приемки работ». Стремятся к выбору конструкционных материалов с минималь­ ной коррозионной проницаемостью, не превышающей 0,1 мм/год. В особо ответственных случаях, когда по условиям технологиче­ ского процесса требуется материал наивысшей коррозионной стой­ кости, аппаратуру изготовляют из металлических или неметалли­ ческих конструкционных материалов, коррозионная проницаемость

которых не превышает 0,01—0,001 мм/год.

В расчетах аппаратуры на прочность потеря материала на кор­ розию учитывается соответствующей прибавкой по толщине.

При эксплуатации заводского оборудования отмечены случаи

вать обратно из металла. В таких местах могут возникнуть опас­ ные напряжения, приводящие к разрушению или расслоению ме­ талла.

В связи с применением в современных процессах переработки; нефти высоких температур и давлений, а также зачастую агрес­ сивных сред, для изготовления нефтезаводского оборудования и аппаратов применяются высоколегированные (жаропрочные, ж а ­ ростойкие, нержавеющие и кислотостойкие) стали.

Для изготовления сосудов, работающих при температурах стенок 450—

до 540° С применяют сталь марки ЭИ496 и другие стали.

Если применение легированных сталей оказывается недоста­ точным или имеются условия наводораживания, то используют другие коррозионностойкие материалы, а также применяют анти­ коррозионную защиту металлических поверхностей покрытиями, пленками, футеровкой.

Стойки к коррозии эмалированные сталиные и чугунные, фарфоровые и- стеклянные, керамические, графитовые и другие изделия. Для защиты от кор­ розии в качестве футеровки применяют диабазовую плитку, кислотоупорную ке­ рамику, кислотоупорные и металлические плитки. Кислотохранилища, ре­ зервуары, башни, газоходы изготовляют из кислотоупорного бетона.

Стойкими против коррозии являются также фаолит, текстолит, полиизобутилен, винипласт. Из винипласта изготовляют трубы, арматуру, аппараты, ко­ лонны, скрубберы, вентиляторы и другие конструкции. Для предохранения от коррозии контрольно-измерительных приборов и предохранительных устройств металлические поверхности из стали покрывают оловом (лужение), цинком, кадмием.

Наиболее распространенными неметаллическими защитными пленками, являются окисные и фосфатные. Образование окисных пленок (оксидирование) достигается путем химической или электрохимической обработки поверхности, главным образом, черных металлов. Фосфатные пленки получают на поверх­ ности черных металлов путем химической обработки (фосфатирования) смесями фосфорнокислых соединений.

Специ альные виды неметаллических покрытий (феноло-альдегидные композиции, виниловые смолы и др.) применяются в виде паст, обмазок или листов и плит. Надежным способом защиты оборудования и трубопроводов от поч­ венной коррозии является использование битумных изоляционных покрытий.

Для предотвращения коррозии применяются меры технологиче­ ского порядка. Защитой от хлористоводородной коррозии является обессоливание сырой нефти, осуществляемое на электрообессоливающих установках (ЭЛОУ). Для защиты верха атмосферных ко­ лонн АВТ, шлемовых линий и конденсаторов от этого вида кор­ розии применяется газообразный аммиак, который нейтрализует соляную кислоту.

Широкое применение для борьбы с коррозией нашли ингибито­ ры. В результате химического воздействия ингибиторы связывают 'агрессивные в коррозионном отношении элементы, делая их пас­ сивными и тормозя их воздействие на металл.

Ингибиторы коррозии применяются в различных средах (кис­ лых, нейтральных и т. д.).

В качестве ингибиторов коррозии известно и изучено несколько тысяч индивидуальных химических соединений и их смесей. На­ пример, скорость растворения сталей в соляной кислоте в зависи­ мости от ее концентрации снижается при применении органическо­ го ингибитора ПБ4 в 20—300 раз. Калий сернокислый K2SO3 яв­ ляется ингибитором коррозии стали в растворах NaOH и КОН,

Одним из эффективных противокоррозионных мероприятий яв­ ляется применение протекторной и катодной защиты. Поскольку в гальванической паре разрушению от электрохимической корро­ зии подвергается анод, при проектировании оборудования пред­ усматриваются детали, которые заранее приносятся в жертву коррозии, в то время как срок службы основного сооружения по­ вышается. Таклми легко сменяемыми деталями являются протек­ торы, изготавливаемые из сплавов (цинка, алюминия, магния), анодных по отношению к стали. Протекторная защита проста в эксплуатации и не требует постоянного обслуживания.

Метод катодной защиты внешним током предопределяет проек­ тирование специальных установок, позволяющих осуществлять катодную поляризацию частей сооружения. Это мероприятие по­ зволяет снизить скорость коррозии путем затруднения анодного процесса за счет смещения потенциала в сторону более электро­ отрицательных значений.

За состоянием аппаратуры, подверженной действию агрессив­ ной среды, должен быть установлен специальный надзор путем периодического осмотра и определения при ремонтах толщины сте­ нок аппаратов и величины износа. Результаты проверки состояния аппаратов записываются в специальный журнал или в ремонтную документацию.

§ 3. КОНТРОЛЬ ПРОЧНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Аварии механизмов, аппаратов и коммуникаций могут явиться следствием пороков или дефектов материала, из которого изготов­ лено технологическое оборудование. Различают механические, фи ­ зические, химические (коррозионные) и термические пороки, про­ являющиеся в виде трещин, раковин, инородных включений, де ­ фектов в структуре металла и т. д. Дефекты подразделяются на. заводские, возникшие при изготовлении детали, и эксплуатацион­ ные, появившиеся в процессе эксплуатации детали. Дефекты за­ водского происхождения должны выявляться при приемке обору­ дования на заводах-изготовителях.

Для обнаружения пороков, внутренних и поверхностных дефек­ тов в металлических изделиях без их разрушения применяют ме­

подвергаемой просвечиванию, могут применяться различные аппа­ раты рентгеновского типа. Рентгеновские дефектоскопы, исполь­

у-излучения можно просвечивать изделия толщиной до 300 мм.

Ультразвуковой метод является основным для выявления внут­ ренних пороков крупногабаритных изделий, отливок и дефектов в. прокате большого сечения. Широкое применение он находит при контроле сварных швов и в первую очередь швов больших толщин. Принцип действия этого метода основан на свойстве ультразвуко­ вых волн малой длины распространяться в виде направленного лу­ ча, отражаться и преломляться на границе раздела двух сред. Уль­ тразвуковые дефектоскопы подразделяются на импульсные с при­ емом отраженного сигнала и теневые с непрерывным излучением..

При осуществлении контроля прочности технологических аппа­ ратов и трубопроводов особое внимание должно уделяться дефек­ тоскопии сварных швов. Требуется просвечивание всех сварных швов в аппаратах, предназначенных для взрывоопасных или ток­ сичных веществ независимо от их рабочих параметров, а также в- сосудах, работающих под давлением выше 5 МН/м2 (50 кгс/см2 ) и температурах выше +200 °С и ниже —70 °С.

Места сопряжения (пересечения) сварных соединений подлежат обязательному просвечиванию.

Люминесцентный метод дает возможность выявить поверхност­ ные дефекты. Трансформаторное или машинное масло, нанесенное на поверхность изделия, способно флуоресцировать под влиянием ультрафиолетовых лучей, и контрастность флуоресценции от на­ копившихся в трещинах масла дает возможность определить гра-

ницы дефекта. Этим методом можно выявить поверхностные тре­ щины размерами до 0,01 мм и глубиной до 0,002 мм.

Прочность и герметичность аппаратов после изготовления и в процессе эксплуатации дополнительно проверяется испытаниями под давлением. Сосуды и аппараты емкостью не свыше 25 л, у ко­

ллотности подвергаются гидравлическим испытаниям согласно тре­ бованиям Госгортехнадзора СССР.

На заводе-изготовителе гидравлические испытания сварных и кованых сосудов производятся пробным давлением, в 1,25 раза вы­

ные для работы с температурой стенки свыше 400 °С, подвергаются

(0,7 кгс/см2 ), но содержащие летучие и легковоспламеняющиеся продукты в чистом виде или в смеси с водой, необходимо рассчи­ тывать с учетом испытания их на герметичность под давлением,

Аппараты, работающие без избыточного давления, но содержа­ щие пожаро- и взрывоопасные продукты, необходимо рассчитывать с учетом пневматического испытания их на герметичность давле­

Испытание технологических трубопроводов может производить­ ся гидравлическим и пневматическим способами в соответствии с требованиями СНиП ІІ-Г.14—62 «Технологические стальные трубо­ проводы с условным давлением до 100 кгс/см2 включительно. Нор­ мы проектирования» и СНиП ІІІ-Г.9—62 «Технологические трубо­ проводы. Правила производства и приемки работ».

В процессе эксплуатации и при проведении планово-предупре­ дительных и капитальных ремонтов часть дефектов может быть обнаружена внешним осмотром, а также контролем за пропусками паров или газов из аппаратов. Своевременное обнаружение дефек­ тов и их устранение приводит к снижению вероятности выхода из строя технологического оборудования, что существенно повышает общую безопасность производственного цикла.

Литература к главе XIII

СНиП III-B.6.2—62. Защита технологического оборудования от коррозииПравила производства и приемки работ. М., Издательство литературы по строи, тельству. 1964. 24 с.

Г л а в а X I V

ГЕРМЕТИЗАЦИЯ КАК УСЛОВИЕ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ОТРАВЛЕНИЙ, ВЗРЫВОВ И НЕСЧАСТНЫХ СЛУЧАЕВ

§ 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ, ОТНОСЯЩИЕСЯ К ГЕРМЕТИЧНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Под герметичностью понимают непроницаемость стенок и разъ­ емных соединений аппаратов, машин и трубопроводов для газооб­ разных, парообразных, жидких продуктов и пыли.

На практике герметичность оборудования чаще всего харак­ теризуется количеством выходящих из аппарата или засасываемых в него (при вакууме) паров и газов в единицу времени.

Степенью герметичности называется отношение конечного дав­

Утечки зависят от характера и размеров неплотностей в обору­ довании, пористости материала, в том числе от характера и распо­ ложения пор, разности давлений снаружи и внутри аппарата, а также от физических свойств рабочей среды. Проникновение газов и жидкостей из аппарата в окружающую среду может происхо­ дить вследствие диффузии через стенки и уплотняющие материалы.

Соединения между отдельными частями оборудования бывают неразъемными и разъемными. В правильно выполненных неразъ­ емных соединениях утечки практически отсутствуют, наоборот, в разъемных при неправильном монтаже и плохом обслуживании утечки могут быть значительными. Неразъемные соединения по­ средством сварки достаточно герметичны, но не могут применять-

ся, когда по условиям технологии требуется частая разборка аппа­ ратуры и трубопроводов для промывки, чистки или по другим причинам. В таких случаях применяют разъемные соединения — на фланцах или резьбе. Более сложным является обеспечение герме­ тичности в местах ввода в аппаратуру или машины движущихся деталей: вращающихся валов и совершающих возвратно-поступа­ тельное движение штоков. Трудность здесь заключается в том, что уплотнения должны давать небольшие трения, чтобы не было не­ производительного расходования энергии на его преодоление; иметь малый износ, иначе герметичность будет быстро падать; кроме того, они должны легко и быстро заменяться для сокраще­ ния времени простоя во время замены. И в настоящее время кон­ структоры продолжают работать над устранением этих трудностей.

§ 2. ГЕРМЕТИЧНОСТЬ НЕПОДВИЖНЫХ ЧАСТЕЙ АППАРАТОВ И ТРУБОПРОВОДОВ

Герметичность неподвижных разъемных соединений достигает­ ся за счет использования сил упругой и пластической деформации. В первом случае применяются беспрокладочные соединения с тща­ тельно пришлифованными поверхностями. Сюда относятся, напри­ мер, линзовые уплотнения, используемые в аппаратах высокого давления, прилегающие своей сферической поверхностью к плоской или конической уплотняемой поверхности, а также плоские, кони­ ческие и сферические уплотнения седел и клапанов в запорной и регулировочной арматуре, работающей под давлением.

Наибольшее распространение в промышленности получили фланцевые соединения, в которых необходимая степень герметич­ ности достигается за счет пластической деформации прокладок. Н а практике, в зависимости от условий эксплуатации, в качестве про­ кладочного материала применяют резину, фибру, паронит, асбест, поливинилхлорид, фторопласт, различные металлы (свинец, медь, алюминий).

Основные требования к прокладкам заключаются в следующем: они должны обладать хорошей деформируемостью, достаточной упругостью, противостоять действию рабочей температуры, давле­ нию, коррозионной среде. Для усиления механической прочности мягкие прокладки (резину, асбест, паронит) в ряде случаев армируют медной, стальной, алюминиевой обкладкой.

Соединительные фланцы бывают двух видов — плоские и с вы­ точками. Плоские фланцы могут быть гладкими или с рисками, канавками для увеличения соприкосновения прокладки с поверх­ ностью металла и предотвращения выдавливания прокладки (рис. 21). Плоские фланцы используются в основном для соеди­