Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Анализ пожарной опасности и защиты технологического оборудования. Учебное пособие
.pdf
гидравлического удара;
знакопеременных нагрузок;
чрезмерной вибрации;
механического удара.
3.1.1. Нарушения материального баланса
Несоблюдение режима подвода веществ и их отвода приводит к чрезмерному росту давления или образованию вакуума, что может привести к разрушению оборудования.
Если материальный баланс имеет вид
то происходит
чрезмерный рост давления или переполнение оборудования; если материальный баланс имеет вид
оборудовании (здесь
то происходит образование вакуума в
– соответственно, количество поступающих
в аппарат и уходящих из аппарата веществ).
Для предотвращения этой опасности и защиты оборудования от разру-
шения или переполнения предусматривается:
устройство предохранительных клапанов (ПК);
контроль и регулирование расхода и давления веществ;
замена насосов (компрессоров) объемного действия центробежными
или вихревыми;
устройство циркуляционной линии с перепускным (обратным) кла-
паном у насоса (компрессора) объемного действия (рис. 3.1);
контроль уровня жидкости в аппарате;
устройство сигнализатора предельного верхнего уровня жидкости в
аппарате с автоматическим отключением ее подачи;
устройство в аппаратах переливных труб, на которых запрещается
установка запорной арматуры (рис. 3.2).
41
Рис. 3.1. Схемы обвязки насоса (компрессора):
а – без обратного клапана; б – с обратным клапаном; 1 – насос (компрессор);
2, 4 – всасывающая и напорная линии; 3 – задвижки; 5 – обратный клапан
Рис. 3.2. Схемы обвязки мерника:
а – без переливной трубы; б – с переливной трубой; 1 – мерник; 2 – задвижка;
3, 6 – напорная и расходная линии; 4 – дыхательная линия; 5 – уровнемер;
7 – переливная труба
Увеличение гидравлического сопротивления трубопроводов приводит к
чрезмерному росту давления в оборудовании, расположенного по ходу движения продуктов до мест повышенного сопротивления. Гидравлическое сопротивление трубопроводов растет вследствие образования отложений грязи, солей, кокса, полимеров, продуктов коррозии, льда и кристаллогидратов на стенках трубопроводов.
Потери давления при равномерном образовании отложений по длине
трубопровода определяют по формуле Дарси–Вейсбаха:
(3.2)
где – коэффициент сопротивления трения, зависящий от режима движения
продукта; – длина трубопровода; – скорость движения продукта по тру-
42
бопроводу; – плотность продукта при рабочей температуре; внутрен-
ний диаметр трубопровода.
Подсчеты показывают, что при уменьшении проходного сечения трубо-
провода по всей его длине в два раза, потери напора могут вырасти в 2
3
раз
(в 32 раза). При этом для обеспечения первоначального расхода давление про-
дукта на входе в трубопровод
необходимо увеличить на величину не мень-
шую, чем. Тогда
, (3.3)
где
– начальное давление в системе.
Такое повышение давления может привести к повреждению или разрушению трубопровода.
Для предотвращения образования отложений грязи, солей, кокса, поли-
меров, продуктов коррозии на стенках трубопроводов необходимо:
очищать продукты от взвешенных твердых частиц;
осушать газообразное или обезвоживать жидкое сырье;
предотвращать коррозию материала оборудования;
ограничивать температуру нагрева веществ во избежание их де-
структивного разложения с образованием твердых продуктов;
добавлять в продукты ингибиторы, тормозящие процессы полиме-
ризации, коррозии и др.
Для предотвращения образования отложений льда и кристаллогидратов
на стенках трубопроводов необходимо:
теплоизолировать аппараты или трубопроводы;
устраивать паровые спутники;
вводить в газы вещества, растворяющие кристаллогидраты;
повышать температуру в местах образования льда и кристаллогидратов;
устанавливать сборники конденсата в наиболее низких участках га-
зопровода.
43
Помимо перечисленных мероприятий оборудование необходимо пе-
риодически очищать от отложений, а при возможности опасного повышения
давления – защищать ПК.
Герметичное отключение оборудования, сверхмеры заполненного жидко-
стью, может привести к разрушению аппарата или трубопровода при повышении температуры окружающей среды. Повышение температуры жидкости вызывает ее объемное расширение, что приводит к росту давления в замкнутой
системе. Конечное давление рк в герметичном оборудовании, полностью запол-
ненном жидкостью, определяют по формуле (3.3), а приращение давления в
системе находят из выражения:
(3.4)
где – коэффициент объемного расширения жидкости; – коэффициент ли-
нейного расширения материала стенок аппарата или трубопровода;
– коэффициент объемного сжатия жидкости; = /
температуры в системе (здесь t
– максимальная температура и t
max
mах
–
/ – изменение
min
– ми-
min
нимальная температура среды в оборудовании).
Для предотвращения разрушения оборудования с жидкостью преду-
сматривается:
– контроль степени заполнения (степень заполнения герметичных емко-
стей со сжиженным углеводородным газом (СУГ), например, баллонов, должна
быть не более 0,85; ЛВЖ – не более 0,9; ГЖ – не более 0,95);
– устройство теплоизоляции;
– окрашивание оборудования светоотражающей краской;
– устройство защитного (тепло- и светоотражающего) экрана;
– обеспечение негерметичного отключения обогреваемого оборудования,
полностью заполненного жидкостью;
– защита оборудования ПК.
44
Для предотвращения этой опасности и защиты оборудования, рассчитанного на менее высокое давление, необходимо одновременное выполнение
следующих мероприятий (рис. 3.3):
– устройство задвижек на соединительной линии у каждого аппарата;
– установка автоматического редуцирующего устройства с манометрами
на сторонах высокого и низкого давления;
– контроль давления среды в каждом аппарате;
– устройство ПК на аппаратах с менее высоким давлением.
Рис. 3.3. Схема соединения аппаратов (р1 > р2):
М – манометры; ПК – предохранительный клапан; 1 – аппараты; 2 – редуктор; 3 – задвижки
Подключение аппаратов с разным рабочим давлением друг к другу создает опасность разрушения тех аппаратов, которые рассчитаны на менее высокое
рабочее давление.
Снижение пропускной способности дыхательных систем приводит к
нарушению материального баланса и, следовательно, к чрезмерному росту давления или образованию вакуума в емкостных аппаратах с жидкостями, что может вызвать их разрушение.
Для предотвращения повреждения и защиты аппаратов от разрушения
на производствах предусматривается:
устройство на аппаратах ПК;
проверка пропускной способности дыхательной системы;
контроль и регулирование расхода жидкости;
автоматическое отключение насоса при переполнении аппарата.
45
3.1.2. Нарушения теплового баланса
Нарушения теплового баланса вызывают изменение температуры в системе, увеличение или уменьшение объема веществ, их вскипание или конденсацию, что, в свою очередь, приводит к чрезмерному росту давления в оборудовании, образованию вакуума и в конечном счете может привести к разрушению оборудования.
Если тепловой баланс имеет вид
, то происходит чрезмер-
ный рост давления в оборудовании; если тепловой баланс имеет вид
то происходит образование вакуума в оборудовании (здесь
– соответственно, количество подводимого в аппарат тепла и от-
водимого из аппарата тепла).
Для предотвращения этой опасности и защиты оборудования от разру-
шения на производствах предусматривается:
контроль и регулирование температуры и расхода сырья;
контроль и регулирование расхода катализаторов и инициаторов;
контроль и регулирование температуры и расхода теп-
ло(хладо)носителя;
очистка теплообменной поверхности от отложений;
устройство теплоизоляции;
окрашивание оборудования светоотражающей краской;
устройство защитного экрана;
устройство на аппаратах ПК.
3.1.3. Воздействие нагрузок динамического характера
Динамические нагрузки вызывают образование повышенных внутренних напряжений в аппаратах и трубопроводах, которые от 1,5 до 15 раз
нише напряжений от аналогичных статических нагрузок. Динамические
нагрузки возникают при быстром повышении давления из-за попадания низ-
46
кокипящей жидкости в высоконагретый аппарат, при гидроударе, чрезмерной
вибрации оборудования и ряда других причин.
Попадание низкокипящей жидкости в высоконагретый аппарат (то есть
в аппарат, рабочая температура в котором значительно превышает температуру
кипения жидкости) приводит к резкому вскипанию жидкости, быстрому росту
давления в системе и разрушению оборудования. Оценить приращение давления в системе можно по формуле:
(3.5)
где – барометрическое давление; – масса жидкости, вскипевшей в ап-
парате;
жидкости;
– рабочая температура среды в аппарате; М – молекулярная масса
– свободный объем аппарата.
Основные способы предотвращения попадания жидкостей в высоко-
нагретые аппараты и защиты аппаратов от разрушения:
устройство ПК;
очистка сырья, поступающего в высоконагретые аппараты, от воды;
обеспечение полного слива воды после проведения гидравлического
испытания аппарата;
медленный прогрев пускаемого в работу аппарата для испарения остат-
ков воды;
нагрев аппарата с одновременной циркуляцией сырья;
дренирование конденсата на линии подачи острого водяного пара;
подача острого водяного пара только в предварительно прогретый
(выше 100 °С) аппарат.
Гидравлический удар в трубопроводах происходит при резком изменении
скорости движения жидкости в трубопроводе. Величину приращения давления
при быстром полном перекрытии трубопровода запорным устройством
определяют по формуле Н.Е. Жуковского:
, (3.6)
где плотность жидкости при рабочей температуре; с – скорость распро-
странения ударной волны, м/с,
47
, (3.7)
где – модуль упругости материала трубопровода;– толщина стенки трубопровода; – коэффициент объемного сжатия жидкости;
– внутренний
диаметр трубопровода.
Уменьшение скорости движения жидкости w находим по формуле:
(3.8)
где – начальная скорость движения жидкости в трубопроводе;
нечная скорость движения жидкости (обычно принимают
= 0).
Для предотвращения возникновения гидроудара и для защиты обо-
рудования от разрушения:
ограничивают скорость перекрытия трубопроводов запорной арма-
турой, обратными или скоростными клапанами;
устраивают воздушные колпаки за поршневыми насосами;
защищают оборудование ПК.
– ко-
Предотвращение чрезмерной вибрации оборудования и защиту его от
разрушения обеспечивают:
снижением пульсации перекачиваемых продуктов;
устройством самостоятельного массивного фундамента под обору-
дование;
установкой оборудования на эластичных прокладках или пружинах;
надежным креплением оборудования к фундаменту.
Для предотвращения взрыва технологической среды и для защиты обо-
рудования от разрушения на производствах предусматривают:
автоматический контроль и регулирование расхода и давления ком-
понентов;
флегматизацию среды;
устройство системы взрывоподавления;
защиту аппаратов взрывными мембранными устройствами.
48
Для предотвращения разрушения оборудования от механического удара
на производствах предусматривается:
устройство защитного ограждения;
ограничение скорости движения транспорта, конвейеров, кранов и
других механизмов;
прокладка трубопроводов под землей или на эстакадах;
ограничение зон проезда (или запрещение проезда) транспорта.
Предотвращение разрушения оборудования при пуске в работу или его
остановке достигается следующими способами:
испытанием оборудования на прочность перед пуском в работу;
плавным подъемом (снижением) давления с выдержкой в течение
определенного периода времени на установленных значениях давления в строгом соответствии с производственной документацией.
3.2. Повреждение оборудования в результате температурных воздействий
Температурные воздействия на материал оборудования приводят к следующему:
1) появлению температурных напряжений вследствие:
неравномерности нагрева элементов и узлов оборудования;
несоблюдения температурного режима при эксплуатации;
несоблюдения скорости нарастания температуры при пуске в работу;
теплового удара;
2) ухудшению механических свойств материала вследствие:
чрезмерно низкой температуры;
чрезмерно высокой температуры.
Предотвращение разрушения оборудования от температурных воздей-
ствий достигается следующими способами или их комбинацией:
устройством температурных компенсаторов;
применением оборудования специальной конструкции, в котором не
возникают температурные напряжения;
49
контролем температуры стенок оборудования и поддержанием за-
данного температурного режима работы;
плавным подъемом (снижением) температуры среды в аппаратах и
выдержкой ее значений в течение определенных периодов времени в строгом
соответствии с производственной документацией;
защитой оборудования теплоизоляцией;
использованием для изготовления оборудования, работающего при
высоких температурах, жаропрочных сталей;
использованием для изготовления оборудования, работающего при
низких температурах, сталей с повышенной ударной вязкостью или цветных
металлов;
предотвращением попадания компактных струй воды на высоконагре-
тые толстостенные аппараты;
устройством стационарных систем охлаждения толстостенных ап-
паратов распыленной водой или пеной;
подогревом продуктов в аппаратах в зимнее время;
меньшей степенью заполнения аппаратов в зимнее время;
утеплением наиболее нагруженных элементов аппаратов в зимнее
время [11–18].
3.3. Повреждение оборудования от химических воздействий
Наиболее полно вопросы конструкционных материалов в агрессивных
пожаровзрывоопасных средах рассмотрены ранее (см. п. 1.2).
Основные способы предотвращения коррозии и защиты оборудования
от разрушения следующие.
1. Применение коррозионно-стойких конструкционных материалов:
металлов и их сплавов;
неметаллических органических и неорганических материалов.
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]