4.2 Безпека при експлуатації систем під тиском
4.2.1 Посудини, що працюють під тиском
На насосних і компресорних станціях магістральних трубопроводів, нафтобазах, газосховищах і газонаповнювальних станціях застосовуються різноманітні апарати, що працюють під тиском. Посудиною, що працює під тиском, називається герметично закрита ємність, яка призначена для проведення технологічних процесів, а також для перевезення і зберігання стиснутих, зріджених і розчинених газів і рідин під тиском. До таких посудин відносяться повітрозбірники, пилевловлювачі, сепаратори, резервуари, газгольдери, цистерни, бочки, балони, контактори, абсорбери, десорбери та деякі інші ємності. Якщо вони працюють під тиском понад 0,07 МПа, то на них розповсюджуються “Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением” ДНАОП 0.00-1.07-94, затверджені Держтехнаглядом України.
Посудини під тиском газу потенційно небезпечні з точки зору фізичного вибуху, при якому адіабатично розширений газ володіє великою потужністю, яка розраховується за формулою (в кВт):
(4.1)
де Р, РА – відповідно абсолютний тиск в посудині і абсолютний атмосферний тиск, Па;
V – внутрішній об’єм посудини;
k – показник адіабати газу (відношення теплоємностей газу при постійних тиску і об’єму, k=1,3...1,5)
– час розширення стиснутого газу при розрушенні оболонки посудини.
Якщо об’єм посудини великий (десятки кубометрів) і тиск газу в ньому високий (сотні тисяч паскалей), то потужність вибуху складе сотні тисяч кіловат, виникнуть великі руйнування, серйозні пошкодження з нещасними випадками і значними матеріальними збитками.
До посудин, що працюють під тиском, належать:
герметично закриті ємності, які призначені для здійснення хімічних і теплових процесів, а також для зберігання і перевезення стиснених, зріджених і розчинених газів і рідин;
посудини, які працюють під тиском води з температурою вище 115 °С або іншої рідини з температурою, що перевищує температуру кипіння при тиску 0,07 МПа (0,7 кгс/см2), без врахування гідростатичного тиску;
посудини, що працюють під тиском пари або газу, вищим 0,07 МПа (0,7 кгс/см2);
балони, призначені для транспортування і зберігання зріджених, стиснених і розчинених газів під тиском, вищим 0,07 МПа (0,7 кгс/см2);
цистерни та бочки для транспортування іі зберігання зріджених газів, тиск пари котрих при температурі до 50 °С перевищує тиск понад 0,07 МПа (0,7 кгс/см2);
цистерни і посудини для транспортування і збереження зріджених, стиснутих газів, рідин і сипких тіл, в яких тиск вище 0,07 МПа (0,7 кгс/см2) утворюється періодично для їх випорожнення; барокамери.
4.2.2 Причини аварій і нещасних випадків при експлуатації систем, що працюють під тиском
Причинами вибухів котельних установок є перегрівання стінок котла (внаслідок упускання води), або недостатнє охолодження внутрішніх стінок внаслідок накопичення накипу, а також раптове руйнування стінок котла внаслідок появи в них тріщин або втомних утворень, зумовлених перевищенням тиску порівняно з розрахунковим у випадку несправності запобіжних пристроїв. Компресорні установки можуть вибухати внаслідок недотримання вимог експлуатації двигунів установки та умов наповнення повітрозбирача. Основними причинами вибухів є:
перегрівання поршневої групи, що викликає активне розкладання вуглеводнів, суміш котрих з повітрям призводить до утворення вибухонебезпечного середовища;
застосування легкоплавких масел, здатних розкладатись при невисоких температурах;
накопичення статичної електрики на корпусі компресора або повітрозбирача, що призводить до іскріння від пилинок в повітрі, котре всмоктується;
перевищення тиску в повітрозбирачі внаслідок несправності запобіжника.
Стосовно систем трубопроводів причиною розгерметизації може бути замерзання конденсату, деформації внаслідок теплових розширень. Балони можуть вибухати від ударів, падіння, взаємних ударів, перегрівання, внутрішнього тиску, що підвищується, порушення роботи вентилів, наповнення іншим газом. У випадку сумісного зберігання балонів, наповнених різними газами, в приміщенні може утворюватися вибухонебезпечне середовище від суміші газів, котрі незначно просочуються через вентилі.
Вибух ацетиленових балонів може бути викликаний старінням пористої маси (активоване вугілля) в ацетоні, в котрій розчиняється ацетилен. Внаслідок цього газ переходить з розчиненого у вільний стан, а оскільки балон знаходиться під тиском, то він полімеризується з вибухом.
Утворення вибухонебезпечної суміші в кисневих балонах пов'язується з проникненням в його вентиль масла, а у водневих – викликається проникненням кисню, появою в них окалини.