Побочные процессы в устройствах и установках

Коррозия. Коррозией называют разрушение металла, начинаю­щееся на поверхности под действием среды, омывающей металл. Коррозионные процессы отличаются большой сложностью и зависят от активности среды и корродирующего материала, температур­ного режима и давления, наличия в среде ингибиторов и стимуля­торов.

Наиболее агрессивной средой являются кислоты. Азотная кислота вызывает коррозию черных металлов. Серная кислота при концент­рациях меньше 55% вызывает сильную коррозию стали и чугуна; при концентрациях больше 80% эти металлы становятся устойчи­выми, так как при больших концентрациях H₂SO₄ обладает способ­ностью поглощать влагу. Очень сильным коррозийным воздействием обладают щелочные металлы (литий, натрий, калий).

По виду разрушения материалов различают следующие основные виды коррозии:

1. сплошную (общую);

2. местную (локальную); примером местной коррозии может служить язвенная коррозия, которая приводит к образованию сквозного отверстия — свища;

3. межкристаллитную коррозию, при которой разрушение про­ исходит по границам зерен (кристаллов) металла;

4. избирательную коррозию, при которой разъеданию подвергаются только отдельные составляющие или компоненты сплава.

Язвенная коррозия ведет непосредственно к нарушению герметичности. Однако наиболее опасна сплошная коррозия, особенно в тех случаях, когда она протекает равномерно, т. е. происходит равномерное утонение стенки, которое нелегко обнаружить. Утоне­ние стенки может привести к внезапному взрыву.

Методы борьбы с коррозией следующие:

1. изменение коррозионной среды в сторону уменьшения ее агрессивности; например, если в качестве рабочей среды используется вода, то ее обескислороживают;

2. увеличение коррозионной стойкости конструктивного металла, что достигается изоляцией металлических поверхностей от среды пу­тем нанесения соответствующих покрытий или применением коррозионно-стойкого конструктивного материала.

Образование накипи. Во многих установках в качестве теплоносителя используется вода. При нагревании воды может образовываться накипь. Это приводит к ухудшению теплообмена и в конеч­ном счете может привести к аварии.

К наиболее распространенным накипеобразующим соединениям относятся: двууглеродистые кальций (Са (НСО₃)₂) и магний (Mg (HCO₃) ₂), сернокислый кальций-гипс (CaSO₄) и хлористый маг­ний (MgCl₂).

Двууглеродистые кальций и магний имеют положительный термический коэффициент растворимости и поэтому отлагаются в виде шлама на менее нагретых поверхностях.

В противоположность им растворимость гипса уменьшается с увеличением температуры и поэтому CaSO₄ откладывается на самых горячих поверхностях установки.

С целью уменьшения образования накипи в установках жест­кость применяемой воды обычно ограничивают. Так, например, вода системы охлаждения компрессорных установок не должна иметь общую жесткость более 7 мг-экв/л ¹. Если отсутствует вода необходимого качества, то система охлаждения компрессорных установок должная быть оборудована водоочистителями, в которыхх в частности, происходит ее умягчение.

Образование систем горючее-окислитель

В процессе эксплуатации ряда устройств и установок (например, баллонов или резервуаров для хранения горючих, жидкостей и газов, трубопроводов для их транспортировки, установок для раз­деления газовых смесей методом охлаждения, компрессоров и т. д.) образование систем горючее — окислитель может привести к взрыву.

Различают самовоспламеняющиеся системы и несамовоспламеняющиеся. Так, например, натрий и калий при соприкосновении с хло­роформом при нормальной температуре образуют взрыв.

Для несамовоспламеняющихся систем необходимо, кроме горю­чего и окислителя, наличие источника зажигания—инициатора. В число инициаторов зажигания включается все то, что может при­вести к выделению энергии, достаточной для появления в горючей смеси очага пламени, способного в дальнейшем самопроизвольно распространяться. К ним, например, помимо открытого пламени, можно отнести нагретые твердые тела, электрические разряды, ударные волны в газообразной, жидкой или твердой средах, адиа­батическое сжатие газовых пузырьков в жидкости, ничтожные количества (следы) нестабильных веществ, которые способны раз­лагаться с выделением тепла, различные самовоспламеняющиеся пирофорные материалы и т. д.

Современная техника безопасности основывается на трех прин­ципах предотвращения взрывов. К ним относятся: исключение обра­зования горючих систем, предотвращение инициирования горения, локализация очага горения в пределах определенного устройства, способного выдержать последствия горения.

Исключение образования горючих систем. Негорючие (взрывобезопасные) смеси, содержащие горючее и окислитель, можно разде­лить на три категории: бедные смеси, у которых π < π_min (π — концентрация горючего в окислителе); богатые смеси, у которых π > π_min, и смеси, флегматизированные инертным компонентом. В соответствии с этими категориями можно различать и методы исклю­чения образования горючих смесей.

Метод поддержания концентрации горючего меньше нижнего концентрационного предела широко используется на практике, осо­бенно при работе с гомогенными газообразными смесями горючих с окислителями. Точность, с которой можно предсказывать и контролировать опасный предел π_min,определяет и степень безопасности. Однако у большинства горючих газов величина π_min слишком мала, что создает трудности для поддержания π <; π_min. Поэтому этим методом удобно пользоваться в тех случаях, когда значение π_min достаточно велико (9—15% и выше).

Метод флегматизации взрывчатых смесей заключается в следую­щем. Если при фиксированном соотношении содержания горючего и окислителя к их смеси добавлять инертные компоненты, то тем­пература горения будет понижаться (энергия химического превращения затрачивается на нагревание дополнительных компонентов смеси продуктов сгорания). Вместе с температурой горения уменьшается и скорость распространения пламени. Соответствующим количеством флегматизатора можно флегматизировать скорость горе­ния и превратить смесь в негорючую.

В качестве флегматизаторов применяют тепловые флегматизаторы (СО₂, N₂, H₂O), не принимающие участие во взаимодействии горю­чего с окислителем, и ингибиторы (химически активные), способные тормозить реакцию горения. Избыточный компонент смеси (на­пример, горючее) можно также рассматривать как тепловой флегматизатор.

Изложенные принципы широко используют для обеспечения взрывобезопасности при освобождении (продувке) газопроводов и установок от заполняющих их горючих газов (например, при ремонте, смене режима и т. д.), при хранении горючих жидкостей в больших емкостях, при их разливе методом передавливания и в других случаях.

Большую опасность может представлять также система масло — кислород (воздух). Смазочные масла при перегреве подвергаются термическому разложению. Продукты крекинга масла представляют собой легкокипящие углеводородные фракции с температурой кипения 60—150° С и температурой застывания около 120° С. Такие фракции образуются, например, в последних ступенях компрессора, где давление сжатия превышает 70 кгс/см². Наиболее благоприятные условия для их образования возникают при повышении температуры сжатия до 145° С и более.

Исследования показали, что при смешении указанных фракций с жидким кислородом они взрываются под влиянием различных им­пульсов (искры, ударной волны и др.).

С целью удаления масла и продуктов его разложения производят обезжиривание устройств и установок жидкого кислорода. Обез­жиривание сосудов для жидкого и газообразного кислорода произ­водят при их изготовлении, после ремонта (сосуды после ремонта обезжиривают, если они использовались при С > 0,01 мг/дм³, где С — содержание масла в жидком кислороде) и в процессе эксплуа­тации. Трубопроводы и шланги в процессе эксплуатации обезжири­вают не реже одного раза в год и только в том случае, если С > 0,01 мг/дм³. Сосуды в процессе эксплуатации обезжиривают, когда

nVC/F= 500,

где п — число заполнений емкости; V и F — соответственно объем жидкого кислорода (дм³), заливаемого в емкость, и внутренняя поверхность сосуда (м²); С > 0,01 мг/дм³.

Схема обезжиривания кислородопровода показана на рис. 79; Ограничительные пробки 1 вставляют в зарядный патрубок 2, кото­рый подсоединяют к трубопроводу 4 и заполняют растворителем 3 через вентили 6, после чего растворитель вытесняется, например, сжатым азотом в трубопровод 4 и собирается в емкости 5. Масло растворяется проходящим в трубопроводе растворителем, а стенки трубопровода протираются ограничительными пробками 1 проталкиваемыми инертным газом. Ограничительные пробки изготовляют из пенополиуретана, стойкого к воздействию нефтепродуктов, раст­ворителей и кислорода, обладающего необходимой пористостью и пластичностью. В качестве растворителей для обезжиривания трубо­проводов обычно служат четыреххлористый углерод, трихлорэтилен и тетрахлорэтилен.

Рис. 79. Схема обезжиривания трубопроводов комбинирован­ным способом:

1 — ограничительные пробки; 2 — зарядный патрубок; 8 — раствори­тель; 4 — обезжириваемый трубо­провод; S — сборник растворите­ля; в — вентили

В компрессорных установках для предотвращения образования взрывчатой системы масло — кислород производят:

1. смазку цилиндров наиболее термически стойкими маслами (П-28, К-28, масло брайтсток); для смазки цилиндров кислород­ных компрессоров применяют, например, дистиллированную воду, мыльные эмульсии; .

2. тщательное регулирование расхода масла и снижение его подачи до минимальных норм;

3. улучшение работы холодильников и масловлагоотделителей; температура воздуха после каждой ступени сжатия в нагнетательных патрубках компрессора не должна превышать максимальных значений, указанных в инструкции завода-изготовителя, и быть не выше 170° С для общепромышленных (в том числе используемых в угольной промышленности) компрессоров, а для компрессоров технологического назначения должна соответствовать температуре, предусмотренной в технологических регламентах, но не выше 180° С. Температура охлаждающей воды, выходящей из компрессора и холо­дильников, не должна превышать 40° С.