72. Організація безпечної експлуатації посудин під тиском

Посудиною, що працює під тиском, називають герметично закриту єм-

ність, призначену для ведення хімічних і теплових процесів, а також для збере-

ження і перевезення стиснутих зріджених чи розчинених газів і рідин під тис-

ком (парові, водогрійні котли, компресори, газові балони, паро-газопроводи,

автоклави).

Середовище таких посудин може бути високотемпературним, низькотем-

пературним, мати тиск, що вимірюється тисячами атмосфер, або низький, у ме-

жах до 10

-12

Па.

Границею посудини, що працює під тиском, є вхідні й вихідні штуцери.

У ряді випадків розгерметизація посудин не тільки негативна в технічно-

му плані, але й небезпечна для обслуговуючого персоналу, виробництва в ціло-

му та навколишнього середовища, тому що може викликати фізичний або хімі-

чний вибух.

Застосування великого числа посудин з різними технологічними парамет-

рами висуває завдання створення здорових і безпечних умов праці з одночас-

ним вирішенням питань зниження рівня виробничого травматизму.

Котли водяні й парові

При атмосферному тиску вода кипить при t

o

= 100

o

С. У закритому котлі

вода закипає при t

o

= 100

o

С, однак пара, що утворюється при цьому, давить на

поверхню води і кипіння припиняється. Таким чином, щоб вода продовжувала

кипіти в котлі, її необхідно нагрівати до температури, яка відповідає тиску пари

на її поверхню. Так, при тиску пари Р = 6·10

5

Па для кипіння води її потрібно

нагріти до температури t

o

= I69

o

С; при Р = 8· 10

5

Па – до t

o

= 171

o

С і т. д.

Якщо після нагрівання води, наприклад, до t

o

= 189

o

С, припинити подачу

тепла і повільно витрачати пару, то через зниження тиску на поверхню вода бу-156

де кипіти доти, доки її температура не стане нижчою за t

o

= 100 °С. Таким чи-

ном, кипіння в котлі буде відбуватися за рахунок надлишку теплової енергії

води.

У випадку механічного розриву стінок котла, що працює під тиском, в

ньому порушується внутрішня механічна рівновага через раптове падіння внут-

рішнього тиску до атмосферного. Це викликає утворення великої кількості пари

(з 1 м

3

води утворюється 1700 м

3

пари), що призводить до руйнування котла за

рахунок реактивної сили. Унаслідок цього небезпека котлів полягає не в парі, а

у воді, нагрітій до температури t

o

> 100 °С.

З цього випливає, що менш небезпечними за наслідками можливого ви-

буху, є котли з малим об’ємом води, що приходиться на одиницю поверхні та-

кої посудини, працюючої під тиском. До таких котлів відносяться водотрубні й

прямоточні котли.

Енергія, що утримується в 60 кГ перегрітої води в котлі під тиском 5 · 10

5

Па відповідає енергії вибуху 1 кГ пороху.

Фактори, що сприяють вибуху котла, який працює під тиском:

1. Порушення технічних вимог експлуатації. Недотримання розрахунко-

вого тиску, наприклад, при псуванні запобіжних клапанів.

2. Зменшення кількості води в котлі до рівня, при якому стінки, що на-

гріваються полум'ям, перестають охолоджуватися водою і перегріваються. Це

викликає їхню деформацію, зниження межі текучості матеріалу при підвищеній

температурі.

3. Недоліки конструкції і порушення технології при виготовленні котла

(невідповідність матеріалу, дефекти зварювання і т. п.).

4. Старіння матеріалу котла, місцеві ослаблення, корозія через багаторі-

чну експлуатацію.

5. Порушення інструкцій котлонагляду при ремонті:

• заварювання тріщин без видалення дефектного шва;

• заварювання без засвердловки межі тріщин;

• заварювання тріщин і корозійних роз'їдань без врахування глибини і

площі роз'їдань. 157

Ресивери, з'єднані з компресором

Процеси стиску газів підчиняються законові, який виражається рівнянням

політропічного процесу:

P V Const

m

⋅ = .

де V – початковий об'єм газу; Р – ступінь стискання газу;

V

P

C C

C C

m

−

−

= – показ-

ник політропи; СР, СV – теплоємність газу відповідно при деяких постійних

значеннях тиску (Р) і об'єму (V).

Згідно з цим виходить, що зі збільшенням ступеня стискання (Р) початко-

вого об'єму (V) газу його об'єм зменшується, а тиск зростає. При цьому відбува-

ється підвищення температури газу, яке описується такою формулою:

Т Т [Р / Р ] .

m 1/ m

2 1 2 1

−

=

Причини виникнення вибухів у компресорах обумовлюються такими фа-

кторами:

• наявністю горючого пилу, що осаджується у фільтрах;

• утворенням вибухонебезпечних сумішей з кисню повітря і продуктів роз-

кладання мастил під впливом високих температур, що розвиваються в

компресорах.

Фактори, що сприяють виникненню вибуху в компресорах:

До основних факторів, що сприяють виникненню вибуху в компресорах з

ресиверами, відносяться:

1. Перегрів стінок компресора.

2. Загоряння і вибух пари мастил.

3. Засмоктування повітря, забрудненого пилом чи горючими газами.

4. Несправність приладів безпеки та контролю.

5. Порушення технічних правил експлуатації. 158

Автоклави

Автоклави – посудини, що працюють, в основному під тиском пари і при

високій температурі.

Основна небезпека при обслуговуванні автоклавів полягає в маніпуляціях

з кришками, що можуть закріплюватися різними способами: байонетним, напі-

вкілъцевим затвором, клиновим або бугельним захватом. У конструкціях з

швидкознімними кришками, як правило, не передбачені необхідні засоби для

забезпечення безпеки обслуговування. Із-за цього бувають випадки відкривання

кришки при наявності тиску в автоклаві, впуск пари в автоклав при незакритій

або не повністю закритій кришці. Це може призвести до відриву кришки, аварії,

травми обслуговуючого персоналу.

Фактори, що сприяють виникненню аварійних ситуацій при роботі з ав-

токлавами

У більшості випадків причина таких аварійних ситуацій полягає в насту-

пних технологічних і конструктивних похибках:

• впуск пари в автоклав при неповному закладанні зубів кришки у відпові-

дні пази;

• несправність пристроїв блокування початку чи протікання технологічно-

го процесу;

• несправність контрольних приладів.

Балони з киснем, ацетиленом для газового зварювання

Вибухи кисневих балонів можуть відбуватися з таких причин:

• Попадання масла чи інших жирових речовин у внутрішню область венти-

ля або балона, а також при накопиченні в них іржі. Для запобігання таких

ситуацій необхідне промивання балону відповідними розчинниками.

• Удари чи падіння балонів як при підвищеній, так і при зниженій темпера-

турах. Особливо небезпечні удари чи падіння балонів при температурі,

зниженій до t

o

= – (30...40)

о

С, тому що при цьому значно понижується

ударна в'язкість сталі.

• Помилкове заповнення балонів іншим газом. Для виключення цього є чі-159

тке загальноприйняте маркірування, яке полягає у фарбуванні балонів у

різні кольори: балони з киснем – у голубий з чорним надписом; ацетилен

– у білий з червоним надписом і т. д.

• Через неправильну технологію чи використання невідповідних матеріалів

при виготовленні балону.

• Корозійне руйнування матеріалу балону.

• Порушення правил експлуатації балону.