Безопасность при эксплуатации систем, работающих под давлением

36

Безопасность при эксплуатации систем, работающих под давлением

1. Общие требования к сосудам, работающим под давлением

На предприятиях широко используются системы с сосудами, работающими под давлением: газовые и водогрейные котлы, компрессорные установки, автоклавы, паро- и газопроводы, газовые баллоны, цистерны и бочки для транспортировки и хранения.

Сосуды, работающие под давлением, представляют потенциальную опасность т.к. вследствие нарушения режима эксплуатации и дефектов могут происходить взрывы с разрушением зданий, сооружений, оборудования и гибели людей из-за высвобождения при разрушении сосуда огромной энергии.

При взрыве происходит расширение, находящегося в нем сжатого газа (адиабатный процесс), практически без потерь энергии в окружающую среду.

Мощность взрыва определяется по формуле (кВт):

,

где А - работа расширения газа, Дж;

102 - коэффициент перевода размерности кг*м/с в кВт;

t - продолжительность взрыва, с.

К сосудам, работающим под давлением, относятся герметично закрытые емкости, которые предназначены для осуществления химических и тепловых процессов, а также для хранения и перевозки сжатых, сжиженных газов и жидкостей.

Основные требования к устройству, монтажу, ремонту и эксплуатации сосудов, работающих под давлением, изложены в ДНАОП 0.00-1.07-94 "Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением". Эти правила распространяются на:

сосуды, которые работают под давлением воды с температурой выше 115^оС или с другой жидкостью с температурой, которая превышает температуру кипения при давлении 0,07 МПа (0,7 кгс/см²), без учета гидростатического давления;

сосуды, которые работают под давлением пара или газа выше 0,07МПа;

баллоны, предназначенные для транспортировки и хранения сжиженных и сжатых газов под давлением выше 0,07МПа;

цистерны и бочки для транспортировки и хранения сжиженных газов, давление газов в которых, при нагревании до 50 ^оС, превышает давление 0,07МПа;

цистерны и сосуды для транспортировки и хранения сжиженных и сжатых газов, жидкостей и сыпучих тел, в которых давление выше 0,07МПа, открываемых периодически для их опустошения;

барокамеры.

Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением не распространяются на:

приборы парового и водяного отопления;

сосуды и баллоны емкостью не более 25л, у которых произведение емкости в литрах на рабочее давление (МПа) составляет не более 20л МПа;

сосуды из не металлических материалов;

сосуды, работающие под давлением воды при температуре не выше 115 ^оС и сосуды под давлением других жидкостей при температуре не выше точки кипения и давлении 0,07МПа.

В зависимости от температуры и давления эксплуатации сосуды подразделяются на 4 группы (табл.3.3.1).

Сосуды до пуска в эксплуатацию должны быть зарегистрированы в экспертно-технических центрах (ЭТЦ) Госнадзора. Регистрации в ЭТЦ подлежат:

сосуды, работающие под давлением, не едких и не взрывоопасных сред с температурой стенок более 200 ^оС и подчиняющиеся неравенству (2,3 и 4 группы)

где P - рабочее давление, МПа (кгс/см²);

V - объем, м³ (л).

Сосуды с едкими и взрывоопасными средами с температурой более 200 ^оС, подчиняющиеся неравенству (1 группа), баллоны вместимостью более 200л для транспортировки и хранения сжатых, сжиженных и растворенных газов.

Не подлежат регистрации в ЭТЦ:

сосуды 1^й группы, которые работают при температуре не более 200 ^оС, в которых произведение давления в МПа (кгс/см²) на объем в м³ (л) не превышает 0,05 (500);

сосуды 2, 3 и 4 групп, работающие при указанной выше температуре, у которых произведение давления в МПа (кгс/см²) на объем в м³ (л) не превышает 1 (10000);

бочки для транспортировки сжиженных газов, баллоны вместимостью до 100л включительно, которые устанавливаются стационарно, а также предназначенные для транспортировки и хранения сжиженных, сжатых и растворенных газов;

сосуды для сохранения или транспортировки сжиженных газов, жидких и сыпучих тел, которые находятся под давлением периодически при их опорожнении;

сосуды со сжатыми и сжиженными газами, которые предназначены для обеспечения топливом двигателей транспортных средств, на которые они установлены; некоторые другие сосуды.

Таблица 1. Группы сосудов в зависимости от расчетного давления.

Группа сосуда	Расчетное давление, МПа (кгс/см2)	Температура, оС	Характер рабочей среды
1	Более 0,07 (0,7)	Независимо	Взрыво - или пожароопасная, или 1,2-го класса безопасности по ГОСТ12.1 007
2	До 2,5 (25) Более 2,5 (25) до 4 (40) Более 4 (40) до 5 (50) Более 5 (50)	Ниже -70 выше 400 Ниже -70 выше 200 Ниже -70 выше 200 Независимо	Любая, за исключением указанной для первой группы сосудов
3	До 1,6 (16) Более 1,6 (16) до 2,5 (25) Более 2,5 (25) до 4 (40) Более 4 (40) до 5 (50)	От -70 до -20 От 200 до 400 От -70 до 400 От -70 до 200 От -40 до 200	Любая, за исключением указанных для первой и второй групп сосудов
4	До 1,6 (16)	От -20 до 200

Регистрация сосудов производится по письменному заявлению владельца сосуда с предъявлением: паспорта на сосуд, удостоверения о качестве сборки, схемы включения сосуда (с указанием рабочих параметров), паспорта предохранительного клапана с указанием расчетной пропускной способности.

Разрешение на пуск в работу сосудов, подлежащих регистрации, выдается инспектором надзора после их регистрации и технического освидетельствования.

Разрешение же на пуск в работу сосудов, не подлежащих регистрации в органах надзора, выдается лицом, назначенным приказом по предприятию для осуществления надзора за ними, на основании результатов технического освидетельствования. Эти разрешения (с указанием срока следующего технического освидетельствования) записываются в паспорт и "Книгу учета и освидетельствования сосуда".

Техническое освидетельствование сосудов, подлежащих регистрации в ЭТЦ, проводят представители Госнадзора охраны труда в присутствии представителей технической службы предприятия. Сосуды, которые не подлежат регистрации в органах Госнадзора охраны труда лицом, отвечающим за их техническое и безопасное состояние на предприятии. Техническое освидетельствование включает внешний и внутренний осмотр и испытание давлением, согласно паспорту на сосуд.

При перестановке сосуда на новое место или передаче другому владельцу, а также изменении схемы его работы сосуд подлежит обязательной перерегистрации.

Для обслуживания сосудов, работающих под давлением, могут быть допущены лица не моложе 18 лет, прошедшие медицинское освидетельствование, обученные по утвержденной программе, аттестованные с выдачей удостоверения на право выполнения работ.

Аттестация персонала, который работает с сосудами под давлением вредных веществ 1, 2, 3 и 4^го классов опасности по ГОСТ 12.1 007 производится комиссией с обязательным участием представителя Госнадзора охраны труда (в остальных случаях участие представителя Госнадзора охраны труда в комиссии не обязательно). Проверка знаний персонала, обслуживающего сосуды, работающие под давлением, проводится не реже 1 раза в год.

Внеочередная проверка знаний персонала проводится в следующих случаях:

при перерыве в работе более 12 месяцев;

по требованию представителя Госнадзора охраны труда при обнаружении нарушений в работе персонала или технического состояния сосуда;

при смене места работы;

при смене типа или группы сосудов, работающих под давлением;

при изменении схемы и режима работы сосуда под давлением.

Учитывая высокую потенциальную опасность сосудов, работающих под давлением, на рабочем месте должна быть вывешена инструкция безопасной работы, порядок допуска и включения. Запрещено находиться на рабочем месте с сосудами под давлением посторонним лицам.

2. Безопасность при работе паровых и водонагревательных котлов

"Правила устройства и безопасной эксплуатации паровых и водонагревательных котлов" устанавливают требования к устройству, приспособлению, монтажу, ремонту и эксплуатации паровых котлов, автономных пароперегревателей и экономайзеров с рабочим давлением более 0,07МПа (0,7кгс/см²), водонагревательных котлов и автономных экономайзеров с температурой воды выше 115^оС.

Взрывы паровых котлов представляют собой мгновенное высвобождение энергии перегретой воды и снижение давления до атмосферного. Это адиабатический взрыв. При атмосферном давлении вода кипит при 100C в открытом сосуде. В закрытом - кипение начинается при 100C, пар давит на поверхность воды - и кипение прекращается. Чтобы кипение продолжалось необходимо воду нагреть до температуры, соответствующей давлению пара. Например, при Р=0,6 МПа (6 ктс/см²) - Т=169С, при Р = 0,8Мпа - 171C, при Р = 1,2Мпа - 189C, при Р = 1,96Мпа - 211C. Если прекратить нагрев воды при 190С и нормально расходовать пар, то вода будет кипеть до тех пор, пока ее температура не станет ниже 100С, при этом, чем скорее забирать пар, тем интенсивнее будет кипение и парообразование за счет избытка энергии содержащейся в воде. Этот избыток тепловой энергии (от Рмах до Ратм) полностью расходуется на парообразование. Перегретая вода до 190С целиком превращается в пар: из 1 м³ воды образуется 1700 м³ пара. Следовательно, опасность таится не в паре, который находится в котле, а в нагретой выше 100С воде обладающей огромным запасом энергии и готовой испариться в любой момент при резком падении энергии. Поэтому, чем больше воды в котле на единицу поверхности нагрева, тем больше аккумулированной в ней теплоты и тем более взрывоопасен котел. Надежно спроектированный и изготовленный согласно техническим условиям при правильном обслуживании и контроле сосуд под давлением никогда не взорвется. Разрушающая энергия перегретой воды сравнима с порохом - 60кг перегретой воды до 160С, Р = 0,5Мпа, по энергии взрыва = 1кг пороха.

Причинами взрыва могут быть: превышение расчетного давления из-за неисправных предохранительных клапанов; понижение уровня воды, когда нагреваемые стенки перестают охлаждаться водой; изношенность установки от длительной эксплуатации; нарушение технических требований эксплуатации; недостатки конструкции и несоответствие материала расчетным параметрам.

Паровые котлы с топкой, котлы-утилизаторы, котлы-бойлеры подлежат контролю и регистрации Госнадзора, если рабочее давление в них превышает 0,07 МПа, водонагревательные котлы с топкой также подлежат контролю, если температура в них более 115° С. Установки с давлением менее 0,7 МПа (0,7 кгс/см²) подведомственны технической администрации строительных управлений и предприятий.

По правилам Госнадзора, каждый паровой котел оборудуется: предохранительными клапанами манометрами (рабочий и контрольный); водоуказательными приборами, термометрами; запорным вентилем и обратным клапаном на нагревательной линии питания котла водой; спускным вентилем с задвижкой (средства защиты).

Количество предохранительных клапанов, их размеры и пропускная способность должны быть выбраны по следующему расчету: котел паропроизводительностью более 100 кг/ч должен быть снабжен не менее, чем двумя предохранительными клапанами, на котлах производительностью менее 100 кг/ч - устанавливается один предохранительный клапан.

Рис. 1. Контрольно-измерительные и предохранительные устройства

Суммарная пропускная способность предохранительных клапанов, устанавливаемых на котле, должна быть не менее часовой производительности котла.

Предохранительные клапаны должны быть размещены в местах, доступных для осмотра. Рабочая среда, выходящая из предохранительного клапана, должна отводиться в безопасное место.

Установка на отводящих и дренажных трубах запорных органов не допускается.

Количество пара, которое может пропустить предохранительный клапан при давлении в котлах от 0,07 МПа до 2 МПа, следующее:

для насыщенного пара:

для перегретого:

Если в котлах давление пара свыше 12 МПа, то количество пара

где Dн. п., Dп. п., D - пропускная способность клапана, кг/ч: б - коэффициент расхода пара (жидкости) клапаном, определяется проектной организацией (заводом-изготовителем) экспериментально для каждой конструкции клапана и записывается в паспорт; P₁ - максимальное избыточное давление перед предохранительным клапаном, МПа Vн. п., Vп. п. V - удельный объем пара перед предохранительным клапаном, м³/кг; F - площадь сечения клапана, равная наименьшей площади сечения в проточной части, мм. Различают пружинные и рычажные предохранительные клапаны (рис. 1-2).

Рис. 2. Рычажной предохранительный клапан

1 - противовес; 2 - рычаг; 3 - корпус клапана

Количество и диаметр прохода предохранительных клапанов, устанавливаемых на водонагревательных котлах, определяются по формуле

где n - число предохранительных клапанов;

d - диаметр седла клапана в свету, см.;

h - высота подъема клапана, см;

Q - максимальная теплопроизводительность котла, Дж;

k - эмпирический коэффициент: для низкоподъемных клапанов k = 135 (h/d?1/20), полноподъемных клапанов - k=70 (h/d?1/4);

Р - абсолютно максимально допустимое давление в котле при полном открытии клапана, МПа;

i - энтальпия насыщенного пара при максимально допустимом давлении в котле, Дж; t _В.Х. - температура воды, входящей в котел, °С.

На предохранительный клапан поставщик должен выслать заказчику паспорт и инструкцию по эксплуатации.

Если по роду производства или вследствие вредности среды в сосуде предохранительный клапан не может надежно работать, то сосуд должен быть снабжен предохранительной пластиной, разрывающейся при превышении давления в сосуде не более, чем на 25% рабочего давления.

Предохранительная пластина (мембрана) может быть установлена перед предохранительным клапаном при условии, что между ними будет устройство, позволяющее контролировать исправность пластины.

В стенке котла со стороны топки устанавливают предохранительные вставки (пробки) из легкоплавкого (свинцово-оловянного) сплава.

При недостатке воды нагрев пробки ведет к ее расплаву.

Все предохранительные пластины и плавкие вставки должны иметь заводское клеймо с указанием давления, разрывающего пластину, или температура оплавления.

Рис. 3. Схема предохранительного клапана

Каждый сосуд должен быть снабжен манометром, который устанавливается на штуцере корпуса сосуда, на трубопроводе до запорной арматуры или на пульте управления. Показания манометра должны быть отчетливо видны обслуживающему персоналу. При этом шкала его должна находиться либо в вертикальной плоскости, либо под наклоном вперед до 30° (рис. 4). Установка манометров на высоте более 5 м от уровня площадки обслуживания запрещается. Номинальный диаметр манометров, устанавливаемых на высоте от 2 до 5 м от площадки наблюдения, должен быть не менее 160 мм. Между манометром и сосудом должен быть установлен трехходовой кран.

На сосудах устанавливаются манометры с классом точности не ниже 2,5 и с такой шкалой, чтобы предел измерения рабочего давления находился во второй трети шкалы. На делении, соответствующем рабочему давлению в сосуде, проводится красная черта либо крепится металлическая пластина, окрашенная в красный цвет.

Манометр запрещается применять, если отсутствует пломба или клеймо, либо стрелка манометра не возвращается на нулевую отметку при его выключении, либо разбито стекло. Проверка манометров и их опломбирование должны проводиться не реже одного раза в год. Кроме того, не реже одного раза в полгода предприятием проводится дополнительная проверка манометров контрольным манометром или проверенным рабочим с записью результатов в журнал контрольных проверок.

У котлов с паропроизводительностью менее 0,7 т/ч разрешается замена одного из водоуказательных приборов двумя пробковыми кранами или вентилями. Нижний кран, или вентиль, устанавливается на уровне минимального, а верхний - на уровне максимального допустимого уровня воды в котле.

На каждом вновь изготовленном паровом котле для постоянного наблюдения за положением уровня воды должно быть установлено не менее двух водоуказательных приборов прямого действия (рис. 5).

Рис. 4. Манометры:

а, б - манометры рабочий; и контрольный; 1,2 - пружины;

3 - стрелка; 4 - зубчатый привод; 5 - шарнир; 6 - плечо;

7 - ниппель; 8 - стойка;

9 - шкала; 10 - корпус;

11 - зубчатое колесо;

12 - манометры; 13 - кран;

14-фланель;

16 - трубка сифона.



Рис. 5. Указатель уровня воды в котле: водомерное стекло

Рис. 6. Схема установки контрольно-измерительных приборов на паровом котле: ВУВ - высший уровень воды; НУВ - низший уровень воды.

Внутренний диаметр пробного крана, или вентиля, должен быть не менее 8 мм. Водоуказательный прибор конструируется так, чтобы можно было заменить стекло или корпус при эксплуатации котла. На водоуказательных приборах против допускаемого минимального уровня воды в котле должен быть установлен неподвижный металлический указатель с надписью "Минимальный уровень". Этот уровень должен быть не менее, чем на 25 мм, выше нижней видимой кромки стекла. Если расстояние от площадки, с которой ведется наблюдение, до водоуказательных приборов прямого действия более 6 м, то устанавливаются два надежно действующих сниженных дистанционных указателя уровня воды.

Запорная арматура должна устанавливаться на трубопроводах, подводящих и отводящих из сосуда пар, газ или жидкость. При последовательном соединении нескольких сосудов установка запорной арматуры между ними не обязательна. Запрещается устанавливать запорную арматуру между сосудом и предохранительным клапаном. Установка переключающего крана или трехходового переключающего вентиля между клапаном и стационарными сосудами допускается, если при любом положении пробки, или шпинделя вентиля, будут соединены оба предохранительных клапана. На маховиках запорной арматуры должно быть указано направление при их открывании и закрывании. При наличии взрывоопасной среды или сильнодействующих ядов на подводящей линии от насоса или компрессора устанавливается обратный клапан, автоматически закрывающийся давлением сосуда. Обратный клапан должен устанавливаться между насосом (компрессором) и запорной арматурой. Запорная арматура должна иметь четкую маркировку (завод-изготовитель, условный проход, условное давление, направление потока среды).

Котельные помещения не должны примыкать к жилым и общественным зданиям, а также расползаться внутри этих зданий (встроенные помещения). Примыкание котельных к производственным помещениям допускается при условии отделения их противопожарной стеной с пределом огнестойкости не менее 4 ч. Двери должны открываться в сторону котельных. Устройство каких-либо помещений непосредственно над котлами не допускается.

Внутри производственных помещений, а также над ними и под ними допускается установка:

прямоточных котлов с паропроизводительностью не более 4 т/ч;

котлов, удовлетворяющих условию:

(для каждого котла),

где t - температура насыщенного пара при рабочем давлении, °С;

V - объем котла, м³;

водогрейных котлов с теплопроизводительностью не более 10460 Дж/ч.

Места установок котлов внутри производственных помещений, над ними или под ними должны быть отделены от остальных частей помещений несгораемыми перегородками по всей высоте котлов, но не менее 2 м с устройством дверей к котлам.

В производственных помещениях, примыкающих к жилым помещениям, отделенным от них котельными стенами, допускается установка паровых котлов, у которых

,

где t - температура жидкости при рабочем давлении, °С;

V - объем котла, м³.

На каждом этаже котельного помещения должно быть не менее двух выходов, расположенных в противоположных сторонах помещения.

В качестве меры предосторожности, при работе котлов с камерным сжиганием всех видов топлива и с механическими топками твердого топлива должна быть установлена автоматика безопасности, которая должна прерывать подачу топлива при прекращении или снижении ниже предельного рабочего давления газа, при прекращении подачи электроэнергии и отключении дутьевых вентиляторов, при отключении дымососов или прекращении тяги, неисправности автоматики.

Автоматика должна срабатывать при достижении предельных значений параметров: уровень воды в паровом котле; давление пара в паровом котле; температура воды на выходе из водонагревательного котла; давление воды на выходе из водонагревательного котла; разряжение в топке для котлов с уравновешенной тягой.

Одной из мер безопасности для работающего персонала является устройство ленточного остекления по всему фронту котельных. При этом толщина остекления должна быть не более 3мм.

3. Безопасность при эксплуатации сосудов, работающих под давлением

Сосуды, работающие под давлением, оборудуются так же, как и котлы, предохранительными клапанами, манометрами, термометрами, вентилями и т.д. Требования, предъявляемые к ним, в основном одинаковы, однако есть и отличия.

Согласно расчетам, количество предохранительных клапанов, их размеры и пропускная способность устанавливаются с учетом того, чтобы в сосуде не могло образовываться давление, превышающее рабочее более, чем на 0,05 МПа для сосудов с давлением до 0,29 МПа включительно; на 15% -для сосудов с давлением от 0,29 МПа до 5,8 Мпа; на 10% - для сосудов с давлением свыше 5,8 МПа.

Пропускная способность, кг/ч, предохранительного клапана определяется по формуле

где Р₁ и Р₂ - избыточное давление соответственно перед и за предохранительным клапаном, Мпа; j - плотность среды для параметра Р₁, Н/м³; В - коэффициент, для жидкостей, равный 1. Коэффициент В для газов - определяется по табл.15 “Правил устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением”.

Обслуживание сосудов должно быть поручено лицам, достигшим 18-летнего возраста и прошедшим производственное обучение, аттестацию в квалификационной комиссии и инструктаж по безопасному обслуживанию сосудов. Лицам, сдавшим испытания, должны быть выданы удостоверения. На предприятии главным инженером разрабатывается и утверждается инструкция по режиму работы и безопасному обслуживанию сосудов. Инструкции выдаются обслуживающему персоналу и вывешиваются на рабочих местах; не реже, чем один раз в год комиссией, назначаемой приказом по предприятию, производится проверка знаний, которая оформляется протоколом.

Ни в коем случае не разрешается ремонт сосудов во время работы. Сосуд должен быть выключен при:

превышении давления в сосуде выше разрешенного;

неисправности предохранительных клапанов, манометра, указателя уровня жидкости, предохранительных блокированных устройств контрольно-измерительных приборов и средств автоматики;

обнаружении трещин, выпуклостей, утончения стенок, запотевания, течи в заклепочных и болтовых соединениях, разрыва прокладок;

возникновении пожара, непосредственно угрожающего сосуду под давлением;

снижении уровня жидкости ниже допустимого в сосудах с огневым обогревом;

неисправности или неполном количестве крепежных деталей крышек и люков.

Осмотр сосудов производится во время их работы не реже одного раза в год. Все элементы котлов, трубопроводов, пароперегревателей и вспомогательного оборудования с температурой стенки наружной поверхности выше 43° С в доступных для обслуживания местах должны быть покрыты тепловой изоляцией.

Гидравлическим испытаниям подлежат все сосуды после их изготовления. При температуре стенок до 200°С все сосуды, кроме литых с рабочим давлением Р₁=0,49 МПа, испытываются заводом-изготовителем на пробное давление l,5P_Н, но не менее 0,2 МПа; с рабочим давлением выше 0,49 МПа испытываются на пробное давление l,25P_Н, но не менее0,29 МПа. Литые сосуды независимо от рабочего давления Р₁ испытываются на давление 1,5Р_Н, но не менее 0,29 МПа. Время выдержки под пробным давлением должно быть для сосудов с толщиной стенки: до 50 мм - 10 мин; 50-100 мм - 20 мин; свыше 100 мм - 30 мин; литые - 60 мин.

При гидравлических испытаниях применяется вода температурой, равной температуре окружающей среды. Сосуд считается выдержавшим гидравлическое испытание, если не обнаружено признаков разрыва, течи и потения в сварных соединениях и на основном металле, видимых остаточных деформаций. Гидравлические испытания проводятся не реже одного раза в 8 лет.

К основным причинам взрывов баллонов относятся:

удары или падения баллонов (особо опасно при нагреве стенок или нахождение при минусовых температурах);

переполнение баллонов газом;

чрезмерное нагревание или охлаждение баллонов;

наполнение баллонов другим газом (использование баллонов не по назначению);

чрезмерно быстрое наполнение баллонов сжиженным газом (ведет к перегреву вентелей баллона до 400^оС);

попадание масел или взрывоопасной пыли;

образование ржавчины, окалины, искрообразование;

Для избежания взрыва при производстве баллонов используют углеродистую или легированную сталь, при давлении до 3МПа допускается применение сварных баллонов, при более высоком - бесшовных.

Для избежания взрыва при неправильном (быстром) наполнении или расходовании газа устанавливаются специальные вентили с редукционными клапанами и манометрами (один рабочий, другой контрольный).

В качестве меры предосторожности при заполнении баллонов оставляется не менее 10% не заполненного объема (заполняется 90%), для исключения попадания других газов, пыли или масел в баллон в нем при работе должно сохраняться остаточное давление не менее 0,05МПа (для ацетилена 0,05-0,1МПа). Баллоны подвергают гидравлическим испытаниям на специальных стендах (из партии отбирают определенное количество баллонов) давлением в 1,5 более рабочего.

Гидравлическим испытаниям на заводах подвергаются так же баллоны согласно нормативным документам. После этого все баллоны (кроме баллонов, используемых для ацетилена) погружаются в ванны с водой и подвергаются пневматическому испытанию давлением, равным рабочему.

Баллоны, находящиеся в эксплуатации, должны подвергаться периодическому освидетельствованию не реже, чем через 5 лет. Баллоны для сжижения сжатых газов, применяемых для топлива и вызывающих коррозию металла (хлор, хлористый метил, сероводород, хлористый водород), подлежат испытанию через 2 года.

Рис. 7. Схема стенда для гидравлических испытаний баллонов:

1 - баллон; 2 - передвижная рейка для изменения высоты установки штуцера; 3 - штуцер; 4 - манометр; 5 - стальной защитный шкаф; 6 - рычаг; 7 - гидравлический привод; 8 - бак для воды.

Разрешение на освидетельствование выдаётся предприятиям - наполнителям, станциям наполнителям и пунктам испытаний Госнадзором охраны труда.

Освидетельствование баллонов, за исключением баллонов для ацетилена, включает: осмотр внутренней и наружной поверхностей баллонов; проверку массы и вместимости; гидравлические испытания.

Если при осмотре выявлены трещины, вмятины, раковины и риски глубиной более 10% от нормальной толщины стенок, надрывы, износ резьбы горловины, то баллоны бракуются. Для внутреннего осмотра баллонов применяется напряжение не более 12В во взрывоопасном исполнении. Баллон, у которого обнаружена косая или слабая насадка башмака, к дальнейшему освидетельствованию не допускается.

Во избежание неправильного использования баллонов их окрашивают в соответствующий цвет и наносят надписи (табл.3.3.2), а боковые штуцера вентилей должны иметь разную резьбу (для кислорода и инертных газов - правую, для горючих - левую).

Бесшовные стандартные баллоны вместимостью от 12 до 55 л при потере в массе от 7,5 до 10% или увеличении вместимости на 1,5-2% переводятся на давление ниже установленного на 15%. При потере в массе 10-15% и увеличении вместимости на 2-2,5% баллоны переводятся на давление ниже установленного на 50%. При потере в массе 15-20% и увеличении вместимости в пределах 2,5-3% баллоны допускаются к работе при давлении не более 0,58 МПа. При потере в массе более 20% и увеличении вместимости более 3% баллоны бракуются.

Баллоны для ацетилена, выполненные пористой массой, при освидетельствовании испытывают азотом под давлением 3,4 МПа (чистота азота должна быть не менее 97%).

При этом баллоны должны быть погружены в воду на глубину не менее 1м. При длительном хранении наполненных газом баллонов освидетельствованию выборочно подвергается не менее 5 шт. из партии в 100 баллонов; 10 - из 500; 20 - более 500 баллонов. При удовлетворительных результатах срок хранения устанавливается не более, чем 2 года.

Таблица 2. Маркировка баллонов

Газ	Окраска Баллона	Надпись	Цвет надписи	Цвет полосы
Азот	Черная	Азот	Желтый	Коричневый
Аммиак	Желтая	Аммиак	Черный	-
Аргон чистый	Серая	Аргон чистый	Зеленый	Зеленый
Ацетилен	Белая	Ацетилен	Красный	-
Нефтегаз	Серая	Нефтегаз	Красный	-
Бутан	Красная	Бутан	Белый	-
Сероводород	Белая	Сероводород	Красный	Красный
Водород	Темно-зеленая	Водород	Красный	-
Воздух	Черпая	Сжатый воздух	Белый	-
Гелий	Коричневая	Гелии	Черный	-
Бутилен	Красная	Бутилен	Желтый	Черный
Кислород "медицинский"	Голубая	Кислород "медицинский"	Черный	-
СО2	Черная	СО2	Желтый	-
Сернистый ангидрит	Черная	Сернистый ангидрит	Белый	Желтый

Баллоны с газом, устанавливаемые в помещениях, должны находиться от радиаторов отопления на расстоянии не менее 1 м, а от источников тепла с открытым огнем - не менее 5 м. В сварочной мастерской допускается иметь по одному запасному баллону с кислородом и ацетиленом.

Баллоны со всеми ядовитыми газами могут храниться как в специальных помещениях, так и на открытом воздухе при условии защиты от атмосферных осадков и солнечных лучей.

Склады для хранения баллонов должны быть одноэтажными, с перекрытиями легкого типа, без чердачных помещений. Высота складского помещения для баллонов должна быть не менее 3,25м. Стены, перегородки и перекрытия складов должны быть сделаны из несгораемых материалов не ниже 2 степени огнестойкости; окна и двери - открываться наружу; оконные и дверные стекла должны быть матовыми или закрашенными белой краской; склады - должны иметь искусственную или естественную вентиляцию. Полы складов необходимо делать ровными с нескользкой поверхностью. Склады могут выполняться под навесами с ограждением из сетки. Складское хранение в одном помещении баллонов с кислородом и горючими газами запрещается. Склады делятся на отсеки для хранения не более 500 баллонов (по 40 л) с горючими или ядовитыми газами и не более 1000 баллонов с неядовитыми и негорючими газами.

Баллоны маркируют - выбивают на верхней сферической части металлического корпуса данные: товарный знак, клеймо производителя ОТК, номер баллона, фактическую массу пустого баллона (кг), емкость баллона (л), рабочее и пробное гидравлическое давление (МПа), дата (месяц и год) изготовления и дата очередного освидетельствования.

При укладке баллонов в штабеля высота последних не должна превышать 1,5м, вентили должны быть обращены в одну сторону.

Транспортирование и хранение стандартных баллонов вместимостью более 12л производится с навернутыми колпачками. Перевозить наполненные баллоны можно только на рессорных транспортных средствах.

В качестве прокладок применяют деревянные бруски с вырезанными для баллонов гнездами. Баллоны можно перевозить в вертикальном положении в специальных контейнерах. На баллонах должны быть резиновые кольца толщиной не менее 26мм (по два кольца на каждый баллон) или другие прокладки, предохраняющие от ударов. При разгрузке их следует снимать башмаком вниз.

4. Безопасность при эксплуатации автоклавов

Автоклавы применяют в строительной индустрии для тепловой обработки силикатных изделий, пено- и газобетона, силикатного кирпича, пропитки древесины и т.д.

Аварии с автоклавами могут произойти из-за превышения давления пара сверх допустимого, открытия крышек при наличии давления более 0,01МПа (0,1кгс/см²) в автоклаве, впуска пара при неполном закрытии крышек, нахождении обслуживающего персонала внутри автоклава.

Автоклавы для обеспечения безопасной работы снабжаются, также как и сосуды, работающие под давление, предохранительной и запорной арматурой, контрольно-измерительными приборами.

Безаварийная работа автоклавов достигается качеством изготовления, режимом эксплуатации, своевременным проведением технического освидетельствования и профилактических ремонтов в установленные сроки.

Во избежание аварий, автоклавы оборудуются системой блокировок, исключающей впуск пара в автоклав с не полностью закрытыми крышками, а также открывание крышек при наличии давления в автоклавах.

На рис. 8 приведена схема автоматической блокировки крышки автоклава при наличии в нем давления.

Из автоклав (рис. 8) через конденсационный сосуд 8 пар поступает в реле давления 7 и, прогибая резиновую мембрану 5, приводит в движение шток 6. Последний упирается в выключатель 4 и разрывает электрическую цепь электромагнитного замка 9. В этом случае электромагнитный замок отпускает сердечник 10, который под действием пружины 11 замыкает фиксатор 12. Последний не позволяет вращать ручку 13 червячной лебёдки 14 и тем самым препятствует повороту крышки 15 автоклава в затворе.

Если давление пара в автоклаве снято, то электрическая сеть замка 9 замыкается переключателем 4, сердечник 10 втягивается в электромагнит и размыкает фиксатор 12. Этим обеспечивает возможность вращения ручки 13 для открывания крышки автоклава.



Рис. 8. Автоматическая блокировка крышки автоклава.

Схема автоматической блокировки подачи пара в автоклав (рис. 9) исключает возможность впуска пара в автоклав, если крышки автоклава не закрыты. На автоклаве 1 помещен конечный выключатель 2, который срабатывает в том случае если крышка 3 плотно закрыта и шток 4, преодолев усилие пружины 5, воздействует на этот выключатель. При замыкании цепи электромагнит 6, сжимая пружину 7, поднимает стопор 8 и освободит храповое колесо 9. После этого можно вращать маховик 10, соединенный с храповым колесом, для впуска пара в автоклав через вентиль 11.

При эксплуатации автоклавов применяют систему, при которой рабочий-пропарщик во время пропарки изделий запирает в своём шкафу жетон с номером автоклава и номером его крышки. Окончив пропарку и сняв давление в автоклаве, пропарщик передаёт жетон загрузчику-выгрузчику, который имеет право открывать и закрывать крышку автоклава. Закончив работу, лицо, обсуживающее автоклав, закрывает его крышку, а жетон под расписку возвращает пропарщику. Жетонная система позволяет избежать нарушения правил безопасного обслуживания автоклава и предотвратить несчастные случаи.



Рис. 9. Схема автоматического впуска пара в автоклав

5. Безопасность эксплуатации компрессорных установок

При эксплуатации стационарных, поршневых и разборных компрессоров должны выполняться требования "Правил устройства и безопасной эксплуатации стационарных компрессорных установок, воздухопроводов и газопроводов".

В основу работы компрессорных установок, где рабочим телом является сжатый воздух, положен политропный процесс. При сжатии газов в компрессоре растет температура при сохранении PVm = const.

Температура возрастает согласно выражению:

,

где Т₁ и Т₂ - абсолютная температура газа соответственно до сжатия и после, К;

Р₁ и Р₂ - давление газа соответственно до и после сжатия, Па;

m - показатель политропности.

Из табл3.3.3 видно, что с увеличением давления более 0,5 МПа в компрессорной установке температура повышается до 230?С, что создает пожаро - и взрывоопасность при попадании в компрессор горючей пыли, волокон или смазок.

Таблица 3. Изменения температуры в компрессоре в зависимости от давления.

Давление, МПа	0	0,1	0,2	0,3	0,5	0,6	1,0	2,0	5,0
Температура, ?С	20	88	131	166	221	230	300	418	563

Взрывы при работе компрессоров могут возникать вследствие:

превышения давления сжатия нормативного;

превышения температуры нагревания и образования взрывоопасных смесей продуктов разложения масел смазки с кислородом воздуха;

нарушения требований эксплуатации профилактического ремонта;

нарушения графика очистки от нагара;

засасывания в компрессор взрывоопасных газов, пыли, волокон, масел и т.д.

Так, при попадании в компрессор низкотемпературных масел при концентрации в воздухе 6-11%, взрыв возможен под давлением 0.05 МПа и при температуре 200?С.

Для достижения безопасной эксплуатации компрессорных установок они должны быть оснащены (рис. 10):

манометрами (один рабочий, второй контрольный), термометрами и термопарами на каждой ступени компрессора;

манометрами и термометрами для контроля давления и температуры масел смазки при автоматической смазке;

предохранительными клапанами на каждой ступени компрессора;

аварийной сигнализацией и автоматикой отключения компрессора при превышении температуры и давления выше допустимых значений, запорной арматурой, системой дистанционного управления и контроля за компрессорной установкой.

В качестве профилактических мер необходимо:

своевременное удаление нагара и отложений цилиндров и рабочих камер компрессора (нагар и отложения удаляют каждые 6 месяцев). Нагар и отложения удаляются путем пропарки нанесения 2-3% раствора сульфатного или метилового раствора и затем очисткой;

применение специальных термостойких, очищенных смазочных материалов с температурой воспламенения на 75% выше температуры рабочих газов компрессора (масла должны быть окислительно стойкими);

применение надежной многоступенчатой системы воздушного и водяного охлаждения; Воздушное охлаждение, как правило, используется в компрессорах низкого давления малой производительности, а также в компрессорах холодильных установок. В компрессорах высокого давления используется водяное охлаждение. В установках должны быть установлены системы автоматики, отключающие компрессор при превышении критической температуры охлаждения (температура охлаждающей воды выходящей из компрессора не должна быть более 40?С);

применение многоступенчатой очистки всасывания воздуха (фильтры керамические, фетровые и др.) Забор всасываемого воздуха воздушного компрессора должен производиться снаружи здания компрессорной станции на высоте не менее 3м от уровня земли;

во избежание искрообразования из-за образования разрядов статического электричества, компрессоры заземляют. Фильтры подлежат периодически, в установленные сроки, очистке или замене;

для исключения гидравлических ударов предусмотрено отведение конденсата из холодильника компрессора и контроль влажности поступающего воздуха в компрессор (влажность не более 60%).

в компрессорных установках, снабженных холодильниками, должны быть предусмотрены влагомаслоотделители на трубопроводе между холодильником и воздухосборником. Воздухосборники требуется ежедневно продувать через предохранительный клапан и спускать накопившиеся масло и влагу. Для проведения периодических осмотров и ремонта воздухосборников, необходимо предусматривать возможность их отключение от сети (масло и вода при продувке должны отводиться в специальные приемники). Воздухосборник должен быть установлен на фундамент вне здания компрессорной и должен быть огражден.

для снижения пожарной опасности в кислородных компрессорах для смазки используют дистиллированную воду с добавлением глицерина или применяют самосмазывающиеся втулки и кольца по графиту (смазка маслом запрещается);

защита кислородных компрессоров от попадания масла достигается установлением между ползунком и цилиндрами предсальника с маслосъемными кольцами;

безопасность в работе компрессоров для сжатия ацетилена достигается медленным ходом поршня (не более 0,7 - 0,9 м/с) и системой охлаждения (температура на линии нагнетания не должна быть более 50?С);

Для смазки цилиндров компрессоров для сжатия хлора используется серная кислота (моногидрат);

Компрессорные установки производительностью более 20 м³/мин должны размещаться в отдельных зданиях. В помещениях компрессорных установок не допускается размещение оборудования и аппаратуры не связанной с работой компрессора. Общие размеры помещения должны удовлетворять условиям безопасного обслуживания и ремонта оборудования компрессорной установки. Проходы в машинном зале должны быть не менее 1,5м., а расстояние между оборудованием и стенами здания - не менее 1м. Полы помещения компрессорной должны быть ровными и с нескользящей поверхностью, маслоустойчивы, и выполняться из несгораемого износоустойчивого материала. Двери и окна помещений компрессорной должны открываться наружу.

Помещение компрессорной должно быть оборудовано вытяжной вентиляцией, телефоном. Оборудование в машинном зале должно быть установлено с учетом снижения вибрации на конструктивные элементы, а также компенсирующие устройства. Все движущиеся и вращающиеся части компрессоров, электродвигатели и другие механизмы должны быть ограждены с установкой знаков безопасности.

Аммиачные холодильные установки размещаются в отдельных помещениях с выполнением противопожарных норм. Газоподобный аммиак является весьма токсичным, предельно-допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны равна 20мг/м³.

Рис. 10. Схема передвижной компрессорной установки:

1-рессивер; 2-манометр; 3-предохранительный клапан; 4-термометр; 5-холодильник; 6-фильтр; 7 - двигатель; 8-рабочее заземлене.

Жидкий аммиак вызывает тяжелые ожоги кожи, ожоги глаз, и может вызвать слепоту. Поэтому в помещениях с возможной утечкой аммиака устанавливаются индикаторы, оповещающие персонал о достижении аварийной концентрации аммиака в воздухе, и включении вытяжной вентиляции. Вход в помещение посторонним лицам запрещен, на входе должна быть установлена табличка: "Вход посторонним запрещен". Запрещено хранение в машинном отделении компрессорной бензина, керосина и других легковоспламеняющихся жидкостей.

Важнейшее значение в поддержании безопасной эксплуатации компрессорных установок отводится подготовке персонала и аттестации, которая проводится не реже 1 раз в 12 месяцев, а также проведению технического освидетельствования и эксплуатация компрессорных установок, проведению профилактического ремонта в установленные сроки.

В соответствии с "Правилами…" администрация предприятия обязана назначить ответственное лицо за техническое состояние компрессорных установок и разработать инструкции по безопасному обслуживанию компрессорных установок и вывесить их на рабочем месте.

6. Безопасность при эксплуатации трубопроводов

В значительной степени безопасность жизнедеятельности, как в сфере производства, так и в бытовой сфере, зависит от надежности работы трубопроводов, служащих для транспортировки различных газов и жидкостей, воды, пара, сжатого воздуха. Категория трубопроводов определяется по рабочим параметрам транспортируемых веществ, условиями окружающей среды. Проектирование трубопроводов, прокладка и монтаж должны выполняться в соответствии со строительными правилами, согласованными с Госнадзором и "Правилами устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов", "Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением". В зависимости от транспортировки вида рабочего тела трубопроводы должны иметь определенную предупредительную окраску.

Определено 10 групп веществ и их соответствующая окраска:

Вода (I группа) - зеленый, пар (II группа) - красный, воздух (III группа) - синий, горючие и негорючие газы (IV и V группа) - желтый, кислота (VI группа) - оранжевый, щелочи (VII группа) - фиолетовый, горючие и негорючие жидкости (VIII и IX группы) - коричневый, другие вещества (нулевая группа) - серый.

В производственных условиях для выделения опасности на трубопроводах наносят предупреждающие сигнальные цветные разметки (чаще в виде колец): для легковоспламеняющихся, взрыво - и пожароопасных веществ (токсичных, радиоактивных, отравляющих) - желтые, для относительно безопасных и нейтральных веществ - зеленые. Число предупредительных колец указывает на степень опасности веществ. Как дополнительная мера на опасных участках могут быть установлены с учетом опасности веществ предупредительные щиты, знаки, выполнено защитное ограждение. Безопасность эксплуатации трубопроводов достигается их качественной прокладкой и монтажом, системой контроля их состояния, установкой специальных компенсационных устройств, предохранительных устройств и запорной арматуры.

Периодически трубопроводы подлежат внешнему осмотру, особое внимание обращается на все соединения, в том числе сварные, и выявление дефектов. Осмотр и оценка сварных швов должны производиться при приемке трубопроводов в эксплуатацию в соответствии с требованиями на изготовление трубопроводов и инструкцией по сварке. При этом в сварочном соединении выявляются возможные внутренние дефекты: трещины, непровар, поры, шлаковые включения и т.д.

Трубопроводы 1-й категории с условным проходом более 70 мм, а также трубопроводы 1-й и 2-й категории с условным проходом более 100мм должны быть до пуска зарегистрированы в органах Госнадзора. Другие трубопроводы подлежат регистрации на предприятии. Трубопроводы, составляющие разветвленную часть аппаратов, принимаются в эксплуатацию в соответствии с "Правилами устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением". Техническое освидетельствование трубопроводов должно проводиться в следующие сроки:

наружный осмотр открытых трубопроводов, находящихся под рабочим давлением - не реже одного раза в год;

гидравлические испытания трубопроводов на прочность и плотность производятся одновременно давлением 1,25 рабочего, но не менее 0,2МПа перед пуском в эксплуатацию, после ремонта, а также после нахождения в консервации более 1 года (выдержка давления в течение 5 мин). После этого обнаруживается потеря давления, разрывы, течь, запотевания, микротрещины и т.д.

7. Безопасность при эксплуатации криогенных установок

В промышленности широко применяются установки с криогенными продуктами - веществами или смесями веществ, находящихся при криогенных температурах 0-120?К (-273 - 153?С). Это продукты низкотемпературного разделения: кислород, азот, водород, гелий, аргон, неон, криптон, ксенон, озон, фтор, метан и пр.

Кислород - самый распространенный элемент земной коры, входит в состав атмосферного воздуха, в связанном состоянии входит в состав воды, минералов, горных пород, и всех веществ, из которых построены организмы растений и животных (общее количество кислорода в земной коре около 47%). Кислород - бесцветный газ, не имеющий запаха, он немного тяжелее воздуха j = 1,43 г/см^{3 (}воздуха, 1,293 г/см³), хорошо растворим в воде. Кислород - сильнейший окислитель. Получают чистый кислород разделением (реактификацией) жидкого воздуха, при температуре - 140?С и давлении около 4 МПа, воздух конденсируется в бесцветную прозрачную жидкость. Жидкий воздух используется, главным образом, для получения кислорода, азота и благородных газов. Поскольку температура кипения кислорода ( - 183?С), лежит выше, чем температура кипения азота (-195,8?С), то кислород легче превратить в жидкость, чем азот.

Работа с жидким кислородом и его производными связана с высокой опасностью - взрывопожароопасностью (горение всех веществ при соприкосновении с жидким кислородом происходит более активно при высокой температуре с выделением огромного количества тепла). Вдыхание чистого кислорода при нормальном давлении на протяжении 5 часов ведет к отравлению организма, а при давлении 0,5 МПа отравление наступает в течение нескольких минут. Кислород в чистом виде широко используют в медицине, ракетостроении, металлургии, химической промышленности и т.д. В технике, в основном применяется технический кислород (содержащий незначительное количество азота и других примесей).

Азот является основной составляющей воздуха (78,2%). Так как азот является обязательной составляющей частью белка, то можно сказать, что без азота нет жизни. В земной коре азота содержится всего 0,04%. Азот - бесцветный газ, не имеющий запаха и весьма мало растворимый в воде. Немного легче воздуха, j = 1,25 г/см3. Азот - жидкий газ, поэтому его используют для создания жидкой среды при перекачке горючих жидкостей, при тушении горючих веществ, для заполнения электрических ламп и т.д. Животные, как и человек, помещенные в атмосферу азота, быстро погибают, но не вследствие ядовитости азота, а из-за отсутствия кислорода. В техническом азоте содержится до 4% кислорода.

Вследствие преимущественного испарения из жидкого воздуха азота, жидкий воздух быстро обогащается кислородом и при содержании в нем 60-70% кислорода образует взрыво- и пожароопасные смеси.

При обычных условиях озон - газ. Молекулярная масса озона равна 48 (атомная масса кислорода 16), следовательно, молекула озона состоит из трех атомов кислорода - О₃. Растворимость озона в воде выше, чем кислорода. Озон - один из сильнейших окислителей, он убивает бактерии и поэтому применяется для обеззараживания воды и дезинфекции воздуха. Озон ядовит, предельно-допустимая концентрация озона в воздухе 10^-5%, при этой концентрации хорошо ощущается его запах (в приземном слое атмосферы при грозовых разрядах его содержание колеблется в пределах 10^-7 - 10^-6%), газ не устойчив и легко распадается на атомы кислорода. Его получают в результате сильного охлаждения, он конденсируется в синюю жидкость, кипящую при -111,9^оС. При концентрациях более 0,1мг/м³ озон оказывает вредное влияние на организм. В твердом состоянии озон способен к образованию взрывоопасных смесей с выделением огромного количества тепла.

Водород в свободном состоянии встречается на земле в небольших количествах, он входит в состав растительного и животного мира, углеводородов (нефть, газ и др.). На долю водорода в земной коре, считая воздух и воду, приходится около 1%. Водород самый распространенный элемент космоса. Водород самый легкий из всех газов, j = 0.09г/см³ (в 14,5 раза легче воздуха). Получают промышленный водород из природного газа. При температуре -240^оС (критическая температура водорода) он под давлением сжижается. В смеси с кислородом он образует (соотношение 2 объема водорода и 1 объем кислорода) гремучий газ, взрыв происходит мгновенно. При сгорании водорода температура достигает 2800^оС (несветящееся пламя с образованием воды). Водородно-кислородными смесями пользуются для сварки и резки тугоплавких металлов.

Метан довольно часто встречается в природе - основная часть природного газа (97%), попутный продукт болотного газа, рудничного газа. Это бесцветный, легкий горючий газ, не имеющий запаха и почти не растворим в воде. Температура его кипения -161,5^оС. С кислородом воздуха метан образует пожаро- и взрывоопасные смеси.