Герметичные устройства и установки

Герметичность — это непроницаемость жидкостями и газами стенок и соединений, ограничивающих внутренние объемы устройств и установок.

Принцип герметичности, т. е. непроницаемости, в той или иной мере используется практически во всех устройствах и установках, в которых в качестве рабочего тела применяется жидкость или газ. Этот принцип является также обязательным для вакуумных устано­вок. Устройства и установки, использующие в процессе работы принцип герметичности, можно сокращенно называть герметичными.

Внутренние объемы герметичных устройств и установок ограничивают среду, которая может выполнять существенно различные функции: она может быть либо рабочим телом, либо исполнять роль той среды, в которой протекают основные рабочие процессы. Поэтому параметры ее состояния (как и сама среда) весьма различны. Например, среда может быть сильно нагретой — иметь температуру несколько тысяч градусов — или быть сильно охлажденной — иметь температуру, близкую к абсолютному нулю; давление внутри уст­ройства может измеряться тысячами атмосфер или иметь значения порядка 10~¹³ мм. рт. ст.

В ряде случаев нарушение герметичности, т. е. разгерметизация устройств и установок не только нежелательна с чисто технической точки зрения, но и опасна для обслуживающего персонала и произ­водства в целом.

Во-первых, нарушение герметичности может быть связано со взрывом. Здесь также следует различать два момента. С одной сто­роны, взрыв может являться причиной нарушения герметичности, например, воспламенение взрывчатой смеси внутри установки. С другой стороны, нарушение герметичности может стать причиной взрыва, например, при нарушении герметичности ацетиленового трубопровода, вблизи участков нарушения образуется ацетилено-воздушная смесь, которая может быть подожжена самыми слабыми импульсами. Незамеченное длительное горение приводит к та­кому сильному разогреву газохода, что ацетилен в нем самовоспла­меняется.

Во-вторых, при разгерметизации появляются опасности, зави­сящие от физико-химических свойств изолированной рабочей среды. Ими могут быть:

1. радиационная опасность, возникающая, например, при использовании в установках в качестве теплоносителя жидких радиоак­тивных металлов, обладающих высоким уровнем ионизирующего излучения;

2. опасность получения ожогов под воздействием высоких или, наоборот, низких температур (термические ожоги) и из-за агрессивности среды (химические ожоги);

3. опасность травматизма, связанная с высоким давлением газа в системе, например, нарушение герметичности баллона с газом при давлении 200 атм отверстием диаметром 15 мм приведет к появлению начальной реактивной тяги около 350 кгс; при массе баллона 70 кг он может приобрести ускорение, равное 5g и переместиться на некоторое расстояние;

4. опасность отравления, связанная с применением инертных и токсичных газов и др.

Таким образом, принцип герметичности, используемый при организации рабочего процесса ряда устройств и установок, является одновременно важным с точки зрения безопасности их эксплуатации и, следовательно, инженерный комплекс охраны труда должен быть направлен на его поддержание.

Из множества герметичных устройств и установок можно выде­лить те, которые имеют наиболее широкое применение в промышлен­ности. К ним следует отнести:

Трубопроводы. Трубопроводы — устройства для транспортировки жидкостей и газов.

Жидкости и газы разбиты на следующие десять укрупненных групп в соответствии с которыми установлена опознавательная окраска трубопроводов:

Номер группы и вещество Цвет опознавательной окраски

1. Вода Зеленый

2. Пар Красный

3. Воздух Синий

4. Газы горючие Желтый

5. Газы негорючие Желтый

6. Кислоты ...... ^f. Оранжевый

7. Щелочи Фиолетовый

8. Жидкости горючие Коричневый

9. Жидкости негорючие Коричневый

10. Прочие вещества Серый

Чтобы оттенить вид опасности, на трубопроводы наносят предупреждающие (сигнальные) цветные кольца. Кольца красного цвета обозначают, что транспортируются взрывоопасные, огнеопасные, легковоспламеняющиеся вещества, зеленого цвета — безопасные или нейтральные вещества, желтого — вещества ядовитые, токсичные, радиоактивные, а также способные вызывать удушье, термические или химические ожоги. Кроме того, кольца желтого цвета указывают на другие виды опасностей: например, глубокий вакуум, высокое давление и т. д.

Количество предупреждающих колец какого-либо цвета должно соответствовать степени опасности транспортируемого вещества для людей или предприятия.

Кроме цветных сигнальных колец применяют также предупреждающие знаки, маркировочные щитки и надписи на трубопроводах (цифровое обозначение вещества, слово «Вакуум» для вакуум-прово­дов, стрелки, указывающие направление движения жидкости и др.).

Баллоны для хранения и перевозки сжатых, сжиженных и рас­творенных газов при температурах от —50 до +60° С. Баллоны изготовляют малой емкости от 0,4 до 12 л, средней — от 20 до 50 л и большой емкости от 80 до 500 л. Наибольшее распространение имеют баллоны емкостью 40 и 50 л.

Баллоны малой и средней емкости изготовляют на рабочие дав­ления 100, 150 и 200 кгс/см² из углеродистой стали и на рабочие давления 150 и 200 кгс/см² из легированной стали.

Для того чтобы легко и быстро распознавать баллоны, предна­значенные для определенных газов, предупреждать их ошибочное наполнение и предохранять наружную поверхность от коррозии, на заводах-изготовителях баллоны окрашивают в установленные стандартом цвета, наносят соответствующие надписи и отличитель­ные полосы. Кроме того, у горловины каждого баллона на сфери­ческой части должны быть отчетливо выбиты следующие данные: товарный знак предприятия-изготовителя; номер баллона по Системе нумерации предприятия-изготовителя; дата (месяц, год) изготовле­ния (испытания) и год следующего испытания в соответствии с пра­вилами Госгортехнадзора (например, при изготовлении баллонов в марте 1975 г. и последующем их испытании в марте 1980 г. ставят клеймо 3-75-80); вид термообработки (N — нормализация, V — за­калка с отпуском); рабочее и пробное гидравлическое дав­ления в кгс/см²; емкость баллона в л; масса баллона в кг; клеймо ОТК; обозначение действующего стандарта.

Баллоны для сжатых газов, принимаемые заводами-наполни­телями от потребителей, должны иметь остаточное давление не менее 0,5 кгс/см², а баллоны для растворенного ацетилена — не менее 0,5 и не более 1 кгс/см². Остаточное давление позволяет определить, какой газ находится в баллонах, проверить герметичность баллона и его арматуры и гарантировать непроникновение в баллон другого газа или жидкости. Кроме того, остаточное давление в баллонах для ацетилена препятствует уносу ацетона — растворителя ацетилена (при меньшем давлении унос ацетона увеличивается, а уменьшение количества ацетона в баллоне повышает взрывоопасность ацетилена).

Сосуды для сжиженных газов. Сжиженные газы хранят и пере­возят в стационарных и транспортных сосудах (цистернах) снаб­женных высокоэффективной тепловой изоляцией.

Для хранения и транспортирования небольших количеств сжиженных газов (кислорода, аргона, азота и воздуха) по ГОСТ 16024—70 изготовляют сосуды Дьюара из алюминиевого сплава типа АСД шаровой и цилиндрической форм емкостью 5, 16, 25 и 100 л.

Для охлаждения и хранения различных предметов в среде сжиженных газов изготовляют сосуды Дьюара типа ЦСД цилиндричес­кой формы емкостью 5, 10, 16 и 50 л.

После засыпки межстенного пространства сосуда порошковой экранированной изоляцией (аэрогель с бронзовой пудрой) воздух из него откачивается до остаточного давления 1 • 10-¹ — 2 • 10-¹ мм рт. ст. Внутри вакуумного пространства помещена камера с адсорбентом (силикагелем, цеолитом) для поглощения остаточных газов и понижения остаточного давления в межстенном пространстве до (1 — 5) • 10~³ мм рт. ст.

Рис. 78. Схема стационарной цистерны жидкого кислорода емкостью 6000 дм³:

1 — кожух; 2 — изоляция; з — сосуд для жидкого кислорода; 4 — предохранительная мембрана кожуха; 5 — змеевик; б — труба для отвода паров кислорода; 7 — предохранительный клапан; « — пер­форированное кольцо; 9 — вентиль для наполнения цистерны кисло­родом; 10 — манометр; 11 — указатель уровня; 12 — вентиль для слива жидкости; 13 — испаритель; 14 — пробка для продувки от­стойника

Стационарный резервуар (рис. 78) представляет собой тонкостенный сосуд 3, подвешенный на цепях в кожухе 1.

В верхней части сосуда имеется люк для осмотра. Кожух снабжен съемной крышкой. Снизу с наружной стороны сосуд имеет отстой­ник для грязи и масла. От отстойника наружу выведена трубка с пробкой 14 для продувки и удаления грязи. Между стенками кожуха и сосуда находится слой насыпной вакуумно-порошковой изоля­ции 2. Сосуд наполняется сжиженным газом через вентиль 9. Слив жидкости производят через вентиль 12, установленный на трубе, доходящей до дна сосуда 3. К вентилю присоединен гибкий метал­лический рукав, другой конец которого соединен с транспортным танком. Сжиженный газ вытесняется через сливную трубу и вентиль 12 давлением паров в сосуде.

Давление паров на время слива жидкости можно повысить. Для этого часть жидкости необходимо испарить в испарителе 13. Жид­кость поступает в испаритель через вентиль, а образующийся газ по трубке 6 направляется в верхнюю часть сосуда. Для отвода газа в газгольдер служит змеевик 5, проложенный в изоляции для ее охлаждения. Цистерна снабжена манометром 10, указателем уровня жидкости 11, предохранительной мембраной 4 и предохранитель­ным клапаном 7.

Стационарные резервуары изготовляют емкостью до 500 000 л, а в отдельных случаях и более. В зависимости от конструкции они строятся цилиндрической (горизонтальные и вертикальные) и шаро­образной формы. Основные параметры и размеры внутренних резервуаров для сжиженных газов регламентированы ГОСТ 16023—70.

Транспортные сосуды (цистерны) обычно имеют емкость до 35 000 л. Наружная поверхность резервуаров окрашивается эмалью, масляной или алюминиевой красками в светло-серый цвет. На транспортных сосудах наносятся также надписи и отличительные полосы в соответствии с табл. 18.

Таблица 18