6.3. Применение взрывозащиты

Для обеспечения надежной и безопасной работы герметичных систем и установок, находящихся под давлением, необходимо выполнять технические мероприятия по предупреждению аварий и взрывов. Конструкция установок должна обеспечивать их надежную и безопасную работу, возможность осмотра и очистки, промывки, продувки и ремонта, а также проведения необходимых испытаний.

Все установки, работающие под давлением, маркируют. На маркировке указывают наименование завода-изготовителя, заводской номер установки, год изготовления и дату технического освидетельствования, общую массу установки, вместимость, рабочее и пробное давление, ставится клеймо завода. Емкости высокого давления подлежат регистрации, регулярным техническим освидетельствованиям и испытаниям.

Трубопроводы, баллоны, цистерны окрашивают в цвета, соответствующие их содержимому, и снабжают надписью с наименованием хранимого или транспортируемого вещества.

Оборудование повышенного давления должно иметь системы взрывозащиты, предполагающие:

• применение оборудования, расчитанного на давление взрыва;

• применение гидрозатворов, огнепреградителей, инертных или паровых завес;

• защиту аппаратов от разрушения при взрыве с помощью устройств аварийного сброса давления (предохранительные мембраны и клапаны, быстродействующие задвижки, обратные клапаны и т.д.);

• контрольные приборы для измерения давления и температуры.

Взрывозащита систем повышенного давления достигается:

• организационно-техническими мероприятиями;

• разработкой инструктивных материалов, регламентов, норм и правил ведения технологических процессов;

• организацией обучения и инструктажа обслуживающего персонала;

• контролем и надзором за соблюдением норм технологического режима, правил и норм техники безопасности, промышленной санитарии и пожарной безопасности и т.п.

Для предотвращения чрезмерного повышения давления в сосуде служат предохранительные устройства, при срабатывании которых избыточное давление сбрасывается из сосуда или установки.

Предохранительные устройства обязательно устанавливают на все установки и сосуды, работающие под давлением, за исключением малых объектов, например газовых баллонов. Поскольку от исправности предохранительного устройства зависит безопасная работа установки, часто предусматривают два устройства – одно рабочее, а другое контрольное.

Предохранительные устройства имеют различное конструктивное исполнение, но наиболее распространены следующие:

• предохранительные устройства с разрушающимися мембранами (предохранительные мембраны);

• взрывные клапаны;

• предохранительные клапаны (пружинные, грузовые и др.).

Рис. 121. Разрывная мембрана: 1 – мембрана; 2 – коническая шайба; 3 – сбросная магистраль; 4 – соединительные фланцы

Предохранительные мембраны просты по конструкции, что характеризует их как самые надежные из всех существующих средств взрывозащиты. Кроме того, мембраны практически не имеют ограничений по пропускной способности. Наиболее характерным признаком, по которому обычно классифицируют предохранительные мембраны, является характер их разрушения. Различают разрывные, ломающиеся, срезные, хлопающие и специальные предохранительные мембраны. Наиболее простым и распространенным типом являются разрывные мембраны, изготавливаемые из тонколистового металлического проката (рис. 121). При нагружении рабочим давлением мембрана испытывает большие пластические деформации и приобретает ярко выраженный купол, по форме очень близкий к сферическому сегменту. Чаще всего куполообразную форму мембране придают заранее при изготовлении, подвергая ее нагружению давлением, составляющим около 90% от разрывного. При этом фактически исчерпывается почти весь запас пластических деформаций материала, поэтому еще больше увеличивается быстродействие мембраны. При превышении допустимого давления мембрана разрывается, и давление из сосуда сбрасывается, предотвращая тем самым его взрывное разрушение.

Весьма существенным недостатком предохранительных мембран является тот факт, что после срабатывания защищаемое оборудование остается открытым, что, как правило, приводит к остановке технологического процесса и к выбросу в атмосферу всего содержимого аппарата. Кроме того, при разгерметизации технологического оборудования нельзя исключить возможность вторичных взрывов, которые бывают обусловлены подсосом атмосферного воздуха внутрь аппарата через открытое отверстие мембраны.

Для защиты аппаратов, подвергающихся периодическому вакуумированию, можно использовать хлопающие мембраны. Хлопающая мембрана своей выпуклой поверхностью обращена в сторону повышенного давления (внутрь защищаемого аппарата). С вогнутой стороны мембраны размещается крестообразный нож. При повышении давления сверх критического сферический купол теряет устойчивость и очень резко, с характерным хлопком выворачивается в обратную сторону наезжая на крестообразный нож и разрезается на четыре части. Давление срабатывания хлопающих мембран определяется не прочностью материала из которого они изготовлены, а устойчивостью ее сферического купола.

Рис. 122. Взрывной клапан:1 – защищаемый сосуд; 2 – запорный диск;3 – пружина; 4 – кольцо; 5 – штанга

Рис. 123. Пружинный клапан: 1 – регулировочный винт; 2 – пружина; 3 – клапан

Использование на технологическом оборудовании взрывных клапанов (рис. 122) дает возможность устранить негативные последствия, которые существуют при использовании разрывных мембран. После срабатывания и сброса необходимого количества газа через взрывной клапан его сбросное отверстие вновь закрывается и не вызывает необходимости немедленной остановки оборудования и проведения восстановительных работ. К недостаткам взрывных клапанов следует отнести большую инерционность по сравнению с мембранами, значительную сложность конструкции, а также недостаточную герметичность, ограничивающую область их применения (они могут использоваться для взрывозащиты оборудования, работающего при нормальном давлении).

Пружинные клапаны (рис. 123) обладают высокой герметичностью и могут применяться при высоких давлениях. Однако они менее надежны, подвержены воздействию агрессивных сред, могут забиваться отложениями рабочих сред, обладают большой инерционностью. Поэтому за ними требуется постоянный уход и контроль. Надзор за безопасностью установок высокого давления осуществляют органы Ростехнадзора.

Самым распространенным в настоящее время средством защиты технологического оборудования от взрыва являются предохранительные клапаны. Однако и они имеют ряд существенных недостатков, определяющихся большой инерционностью грузовых и пружинных конструкций клапанов. Инерционность предохранительных клапанов обусловлена значительной приведенной массой подвижных деталей, приходящейся на единицу полезной площади золотника.

Контрольно-измерительные приборы. Каждый сосуд и самостоятельные полости с разными давлениями должны быть снабжены манометрами (приборами для измерения давления). Манометры должны иметь класс точности не ниже 2,5 – при рабочем давлении до 2,5 МПа и 1,5 – при рабочем давлении свыше 2,5 МПа.

Регистрация, техническое освидетельствование и испытания сосудов и емкостей, работающих под давлением. Регистрации в органах Ростехнадзора не подлежат сосуды, работающие при температуре стенки не выше 200°С, у которых произведение PV (Р – давление в МПа, V – объем сосуда в м³) не превышает 0,15, а также сосуды с температурой стенки свыше 200 °С, но с PF<0,1. Остальные сосуды (за исключением ряда сосудов специального назначения, например сосуды холодильных установок; резервуары воздушных электрических выключателей; баллоны для сжатых, сжиженных и растворенных газов емкостью до 100 л; бочки для перевозки сжиженных газов и некоторые другие) регистрируются органами Ростехнадзора.

Техническое освидетельствование установок, работающих под давлением, осуществляется после монтажа и пуска в эксплуатацию, а также периодически. В необходимых случаях они подвергаются внеочередному освидетельствованию.

Объем, методы и периодичность освидетельствования определяются изготовителем сосудов и емкостей и указываются в инструкциях по монтажу и эксплуатации. В случае отсутствия таких указаний техническое освидетельствование проводится по правилам, определенным Ростехнадзором. Освидетельствование установок, зарегистрированных в органах Ростехнадзора, проводит их представитель (технический инспектор), а незарегистрированных – лицо, на которое приказом по предприятию возложен надзор за эксплуатацией установок, работающих под давлением. Техническое освидетельствование заключается во внутреннем осмотре и гидравлическом или пневматическом испытании установки. Внутренний осмотр осуществляется не реже одного раза в четыре года, гидравлическое испытание с предварительным внутренним осмотром – не реже одного раза в восемь лет.

Испытание установок и емкостей проводится по определенным правилам и состоит в закачке воды или воздуха под определенным давлением, превышающим рабочее, выдержке определенное время под давлением и внешним осмотром наружной поверхности сосуда, разъемных и сварных соединений на предмет обнаружения течи. Если нет течи, трещин, потения в сварных соединениях, падения давления по контрольному манометру, сосуд считается выдержавшим испытания. Величина давления и время выдержки определяются конструкцией сосуда (сварной или литой, металлический или неметаллический, толщина стенки и др.) и установлено в специальных правилах.

Обслуживание установок может быть поручено лицам не моложе 18 лет, прошедшим производственное обучение и аттестацию в квалификационной комиссии и имеющим удостоверение на право обслуживания.