3.2.6. Безпека при експлуатації кріогенної техніки

Технічне використання низьких температур тривалий час обме­жувалося незначною кількістю технологічних процесів. їх викорис­товували переважно для виробництва кисню, азоту, гелію, вилучен­ня водню і вуглецю з промислових газів та ін. Наприкінці XX ст. ви­користання низьких температур значно розширилось — виробницт­во холоду необхідне для створення сильних магнітних полів, для охолодження електронних і радіотехнічних пристроїв, космічних польотів та ін. У зв'язку з цим область кріогенної техніки, яка вико­ристовує температури нижче 80 °К, значно розширилась.

При використанні кріогенних систем виникає небезпека спалаху­вання кріогенних речовин і вибуху кріогенного обладнання внаслідок спалахування або через використання газів при високому тиску.

При дуже низьких температурах кріогенних систем речовини можуть знаходитися не тільки в газоподібному але і в рідкому (і в твердому) стані. Характер небезпеки в різних частинах цих систем може бути різним і змінюватися в часі залежно від складу суміші пальне — окислювач — розбавлювач. Причина такого явища поля­гає в тому, що суспензії рідин і твердих частин в рідинах або газах можуть бути цілком однорідними за складом в різних його частинах. Таким чином, вибухонебезпека систем пальне — окислювач зале­жить від фазової рівноваги, відносної щільності і відносної летючос­ті компонентів різних фаз.

Існує деяка критична концентрація горючого в рідкому кисні, аналогічна нижній концентраційній межі спалахування. Для добре розчинних речовин ця концентрація є межею спалахування в рідкій фазі, а для мало розчинних речовин небезпечною буде концентрація насиченого розчину.

Отже розчинність має важливе значення. Низька розчинність характеризує більшу небезпечність. Так, ацетилен в рідкому кисні розчиняється в мізерній кількості, і тому при випаровуванні рід­кого кисню легко випадає з розчину і спричиняє вибух кріогенної системи.

Отже, перевищення ступеню розчинності або нижньої межі спалахування горючого в рідкому кисні створює вибухонебезпечну ситуацію.

Крім розчинності має значення летючість забруднень в рідкому кисні, від яких залежить зміна концентрацій хімічних домішок в ньому при роботі та зберіганні. Слаболетючі речовини повністю за­лишатимуться в рідкій фазі, а концентрація сильно летючих речовин може зменшуватись.

Речовини, які легші за кисень, переважно спливають і накопи­чуються на поверхні рідини. Особливо небезпечні горючі забруд­нення, наприклад мастило.

Розчинність кисню в рідкому водні надзвичайно мала. Небезпе­ку чинять тверді частки, які можуть виноситись потоком водню і осідати на холодних ділянках кріогенної техніки.

Небезпеку чинить забруднення газів, що може призвести до го­ріння. Ініціювати горіння можуть непередбачені хімічні реакції з утворенням чутливих хімічних сумішей, робота клапанів та інших технічних пристроїв, що створюють теплоту тертя або енергію уда­ру, ерозія поверхонь обладнання та ін.

Бульбашки газу, що знаходяться в рідині, при адіабатичному стисненні призводять до дуже високих локальних температур. Гід­равлічні ударні хвилі можуть викликати миттєве стиснення бульба­шок до надзвичайно високих тисків і нагрівання газу до високих аді­абатичних температур стиснення. Бульбашки і горюча система, яка з ними стикається, можуть виявитися нагрітими до температури вище точки спалахування цієї суміші.

Стиснений газ під високим тиском рухається трубопроводами з великою швидкістю і може виносити з собою іржу, пісок та інші тверді частки. Кінетична енергія цих часток може перейти в теплоту тертя, викликати утворення зарядів статичного струму, ініціювати хімічні реакції, викликати ерозію металу трубопроводів.

Потенційно небезпечними є стиснені до високого тиску гази внаслідок накопиченого в них великого запасу енергії стиснення. При високому ступеню стиснення гази нагріваються до високих температур.

Специфічною особливістю кріогенних процесів є те, що багато кріогенних речовин не може існувати в рідкому стані при кімнатній температурі у відкритій апаратурі. При нагріванні закритих посудин з кріогенними рідинами до температури навколишнього середови­ща, в них виникає дуже високий тиск пари.

Швидкий відбір стисненого газу створює значну реактивну тя­гу, під дією якої трубопровід може прийти в рух і зруйнуватися.

Для безпечного протікання кріогенних процесів велике значен­ня мають конструкційні матеріали, що працюють в умовах низьких температур і високих тисків. Особливо недопустиме використання крихких матеріалів. Крихкий злам виникає при наявності одночасно трьох умов: високого напруження, місцевої текучості матеріалу і ро­бочої температури переходу до «нульової» в'язкості.

При виборі конструкційних матеріалів враховують допустиме робоче напруження, межу міцності, межу текучості, ударну в'яз­кість, втомлювану міцність та ін.

Важливим чинником при виборі конструкційних матеріалів має їх хімічна стійкість, або інертність. Просочений рідким киснем ас­фальт вибухає при ударі. Так само поводить себе просочена рідким киснем деревина.

Дія кріогенних продуктів на організм

Кріогенні рідини і гази чинять шкідливу дію на організм люди­ни, особливо на очі.

При контакті з кріогенними речовинами (киплячим метаном, азотом, киснем та ін.) шкіра людини стає крихкою (ламкою), відбу-

ваеться руйнування шкіряного покрову, яке подібне до опіків під ді­єю високої температури. Холодні гази можуть і не пошкодити тка­нини тіла, якщо їх турбулентність невелика, але сильно турбулент­ний холодний газ, що омиває тіло, відбирає тепло у більшій кількос­ті, ніж організм може забезпечити охолоджену ділянку (приблизно 2,26 • 1(Г³кал/см² ■ с).

Кожен, хто працює з кріогенною технікою, повинен мати відпо­відний костюм, рукавиці і протигаз.

У збагаченій киснем атмосфері одяг просочується киснем і лег­ко спалахує. Особливо небезпечне спалахування одягу в кисневій атмосфері, тому що повітряний прошарок між тілом і одягом здат­ний сильно збагачуватися киснем, а жирові виділення людського ор­ганізму збагачують одяг горючим матеріалом. Люди з рясним воло­сяним покровом обгоряють сильніше. У кисневій атмосфері порів­няно з повітряною фронт полум'я рухається по одежі значно швид­ше, а кількість тепла, що утворюється при цьому, приблизно у 5 ра­зів більша і температура горіння внаслідок відсутності розбавлення азотом значно вища.

При проведенні кріогенних процесів і роботі з кріогенним облад­нанням виникають також інші небезпеки і шкідливості, пов'язані з використанням механічного обладнання, токсичних газів і рідин, інерт­ної атмосфери, зменшенням кисню в оточуючому середовищі та ін.

Усі ці чинники мають враховуватися при розробці способів захисту.

Заходи безпеки

До обслуговування кріогенної техніки допускають осіб, які пройшли спеціальне навчання, інструктаж з техніки безпеки, склали іспит і мають посвідчення на право обслуговування цих систем.

Кріогенна техніка допускається до експлуатації тільки в тому випадку, якщо на ній встановлені справні і запломбовані манометри і мановакуумметри.

Ці прилади перевіряються не рідше одного разу на рік, а також після кожного ремонту. Не рідше двох разів на рік перевіряють справність і регулювання запобіжних клапанів. Вони повинні бути відрегульовані на початок відкривання з нагнітального боку при тиску 1,8 МПа, а з всмоктувального — 1,25 МПа.

Усі запірні вентилі на нагнітальних магістралях пломбуються у відкритому положенні. Знімати пломби має право тільки відпові­дальна особа, за винятком аварійних випадків, коли обслуговуючий персонал має право зірвати пломбу і закрити вентиль.

Проходи біля машин і апаратів мають бути завжди вільними, а підлога — справною.

Особливо небезпечним при експлуатації холодильних устано­вок є витікання фреону.

Витікання фреону виявляють галоїдною лампою. Якщо витікан­ня фреону незначне, полум'я забарвлюється в зелений колір, а при значному — в синій чи блакитний.

При виявленні витікання фреону слід негайно відчинити вікна і двері та включити вентилятор. Витікання аміаку визначають спеці­альними паровими індикаторами.

Відкривати фреонові апарати дозволяється тільки в захисних окулярах, а аміачні — в протигазах і гумових рукавицях, після того як тиск в системі знижено до атмосферного і залишається постійним не менше як ЗО хв.

Забороняється відкривати апарати, якщо температура стінок нижче — ЗО °С.

У приміщенні, де встановлена кріогенна техніка, забороняється користуватися відкритим вогнем і курити.

Персонал має бути ознайомлений з правилами пожежної безпе­ки в повному обсязі, що охоплює як нормальний хід експлуатації, так і можливі аварійні ситуації.

У процесі експлуатації потрібно постійно контролювати чисто­ту кріогенних речовин обладнання та якість горючого.

В. М. Москальова ОСНОВИ ОХОРОНИ ПРАЦІ

і'

І

Розділ З

ОСНОВИ ТЕХНІКИ БЕЗПЕКИ

У приміщеннях розраховують вентиляцію на аварійне забруд­нення повітря. Електричне обладнання має бути у вибухопожежоза-хищеному виконанні.

Під час заповнення кріогенної системи стежать, щоб тиск з на­гнітального боку не перевищував 0,9 МПа для фреону і 1,2 МПа для аміаку, а з всмоктувального — не більше як 0,4 і 0,6 МПа.

Балони з холодоагентом зберігають у спеціально відведеному приміщенні, в якому не повинно бути джерел тепла.

Трубопроводи холодильних установок фарбують у різні кольо­ри (табл. 3.7).

Потенційна небезпека при використанні кріогенного обладнан­ня пов'язана з конструкційними матеріалами. Трубопроводи пови­нні мати ділянки з нержавіючої сталі або кольорових металів, міні­мальну кількість фланців, надійне кріплення, яке виконується шля­хом паяння або зварювання.

Н еобхідно уникати швидкої зміни тиску в апаратурі, щоб тертя при відкриванні і закриванні вентилів було мінімальним. Щоб при відкриванні вентилів перепад тиску в системі був мінімальним і не виникала ударна хвиля, великі вентилі на трубопроводах з високим тиском кисню спарюють паралельно з вентилями малого прохідного перерізу, які відкриваються раніше великих вентилів. Транспорту­вання кріогенних речовин вимагає дотримання заходів безпеки.