Разрушение и разгерметизации систем повышенного давления

Причинами разрушения или разгерметизации систем повышенного давления могут быть [3]:

· внешние механические воздействия;
· старение систем (снижение механической прочности);
· нарушение технологического режима;
· ошибки обслуживающего персонала;
· конструкторские ошибки;
· изменение состояния герметизируемой среды;
· неисправности в контрольно-измерительных, регулирующих и предохранительных устройствах.

Разрушение или разгерметизация систем повышенного давления в зависимости от физико-химических свойств рабочей среды может привести к появлению одного или комплекса поражающих факторов:

– ударная волна (последствия – травматизм, разрушение оборудования и несущих конструкций и т. д.);
– возгорание зданий, материалов и т. п. (последствия – термические ожоги, потеря прочности конструкций и т. д.);
– химическое загрязнение окружающей среды (последствия – удушье, отравление, химические ожоги и т. д.);
– загрязнение окружающей среды радиоактивными веществами.

Ударная волна – поверхность разрыва, которая движется относительно газа и при пересечении которой давление, плотность, температура и скорость испытывают скачок [2].

При атмосферном взрыве скачок уплотнения — это небольшая зона, в которой происходит почти мгновенное увеличение температуры, давления и плотности воздуха. Непосредственно за фронтом ударной волны происходит снижение давления и плотности воздуха, от небольшого понижения далеко от центра взрыва и почти до вакуума внутри огненной сферы. Следствием этого снижения является обратный ход воздуха и сильный ветер вдоль поверхности со скоростями до 100 км/час и более к эпицентру. Ударная волна разрушает здания, сооружения и поражает незащищенных людей, а близко к эпицентру наземного или очень низкого воздушного взрыва порождает мощные сейсмические колебания, способные разрушить или повредить подземные сооружения и коммуникации, травмировать находящихся в них людей.

Пожар — это неконтролируемое горение вне специального очага. Оно представляет собой сложный физико-химический процесс превращения горючих веществ и материалов в продукты сгорания, сопровождаемый интенсивным выделением тепла и светового излучения [2].

В основе горения лежат быстротекущие химические реакции окисления сгораемых материалов кислородом воздуха, в первую очередь углерода с образованием С02 и водорода с образованием Н20.

Различают два основных вида горения: гомогенное и гетерогенное.

При гомогенном (пламенном) горении окислитель и горючее находятся в газовой фазе. Гомогенное горение имеет место при сгорании горючего газа или газовых сред, образующихся при испарении горючих жидкостей или при плавлении, разложении, испарении или выделении газообразных фракций в результате нагрева твердых веществ. Полученная любым из этих превращений газообразная среда смешивается с воздухом и горит.

При гетерогенном (беспламенном) горении горючее находится в твердом состоянии, а окислитель — в газообразном. Процесс горения происходит в твердой фазе и проявляется в покраснении твердого вещества в результате экзотермических реакций окисления.

На пожарах роль окислителя при горении чаще всего выполняет кислород воздуха, окружающего зону протекания химических реакций, поэтому интенсивность горения определяется не скоростью протекания этих реакций, а скоростью поступления кислорода из окружающей среды в зону горения [2].

В пространстве, в котором развивается пожар, условно рассматривают три зоны: горения, теплового воздействия и задымления.

Зоной горения называется часть пространства, в которой происходит подготовка горючих веществ к горению (подогрев, испарение, разложение) и их горение.

Зоной теплового воздействия называется часть пространства, примыкающая к зоне горения, в которой тепловое воздействие пламени приводит к заметному изменению состояния окружающих материалов и конструкций и делает невозможным пребывание в ней людей без средств специальной защиты.

Зоной задымления называется часть пространства, в которой от дыма создается угроза жизни и здоровью людей.

К основным параметрам пожара относятся пожарная нагрузка, массовая скорость выгорания, скорость распространения пожара, температура пожара, интенсивность выделения теплоты и др.

Химическое загрязнение окружающей среды — увеличение количества химических компонентов определённой среды, а также проникновение (введение) в неё химических веществ в концентрациях, превышающих норму или не свойственных ей. Наиболее опасно для природных экосистем и человека именно химическое загрязнение, поставляющее в окружающую среду различные токсиканты – аэрозоли, химические вещества, тяжелые металлы, пестициды, пластмассы, поверхностно-активные вещества и др [3].

Радиоактивное заражение — результат выпадения из поднятого в воздух облака значительного количества радиоактивных веществ. Три основных источника радиоактивных веществ в зоне взрыва — продукты деления ядерного горючего, не вступившая в реакцию часть ядерного заряда и радиоактивные изотопы, образовавшиеся в грунте и других материалах под воздействием нейтронов (наведенная радиоактивность).

Оседая на поверхность земли по направлению движения облака, продукты взрыва создают радиоактивный участок, называемый радиоактивным следом. Плотность заражения в районе взрыва и по следу движения радиоактивного облака убывает по мере удаления от центра взрыва. Форма следа может быть самой разнообразной, в зависимости от окружающих условий [1].

Радиоактивные продукты взрыва испускают три вида излучения: альфа, бета и гамма. Время их воздействия на окружающую среду весьма продолжительно.

В связи с естественным процессом распада радиоактивность уменьшается, особенно резко это происходит в первые часы после взрыва [3].

Поражение людей и животных воздействием радиационного заражения может вызываться внешним и внутренним облучением. Тяжелые случаи могут сопровождаться лучевой болезнью и летальным исходом.

Источник

Опасными факторами являются уменьшение давления в сети, а также уменьшение надежности из-за опасности разгерметизации. Герметичность – это непроницаемость жидкостями и газами стенок и соединений, ограничивающих внутренние объемы устройств и установок.

Сосуды (системы) под давлением: емкости, заполненные сжатыми, сжиженными и растворенными газами и жидкостями, компрессоры, баллоны, паровые котлы, а также трубопроводы, предназначенные для транспортировки газов, паров и жидкостей.

Причины разрушения или разгерметизации систем повышенного: внешние механические воздействия, старение систем (снижение механической прочности); нарушение технологического режима; конструкторские ошибки; изменение состояния герметизируемой среды; неисправности в контрольно-измерительных, регулирующих и предохранительных устройствах; ошибки обслуживающего персонала и т. д. коррозия, механические удары, превышение давления, воздействие высоких температур и открытого пламени,

В компрессорах взрыв может произойти из-за: перегрева стенок; загорания и взрыва паров смазочного масла; разрядов статического электричества; засасывания грязного воздуха и т.д.

Причины взрывов трубопроводов: внутренняя коррозия, гидроудары, некачественная сварка, изготовление труб, фланцевых соединений.

Взрывы паровых котлов возникают при снижении уровня воды ниже допустимого; превышения давления; дефектов изготовления.

Причинами взрывов баллонов, кроме перечисленных, может быть случайное попадание внутрь баллона газов, образующих с содержимым баллона взрывоопасную смесь.

Устройство и эксплуатация систем, находящихся под давлением, должны отвечать требованиям “правил устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением”; “правил устройства и безопасной эксплуатации компрессорных устройств, воздуховодов и газопроводов”; “правил устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов для горючих, взрывоопасных газов” и т.д. Для каждой системы существуют свои правила.

Взрывозащита систем повышенного давления достигается: организационно-техническими мероприятиями; разработкой инструктивных материалов, регламентов, норм и правил ведения технологических процессов; организацией обучения и инструктажа обслуживающего персонала; осуществлением контроля и надзора за соблюдением норм технологического режима, правил и норм техники безопасности, пожарной безопасности и т. п.

Кроме того, оборудование повышенного давления должно быть оснащено системами взрывозащиты, которые предполагают: – применение гидрозатворов, огнепреградителей, инертных газов 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.).

Рассмотрим средства обеспечения безопасности основных элементов систем повышенного давления.

Чтобы внешний вид трубопровода указывал на свойства транспортируемого вещества, введена их опознавательная окраска: Вода- зеленый , Кислоты- оранжевый , Пар -красный , Щелочи -фиолетовый, Воздух- синий, Горючие и негорючие жидкости- коричневый, Горючие и негорючие газы желтый Прочие вещества – серый.

Для выделения вида опасностей на трубопроводы наносят предупреждающие (сигнальные) цветные кольца, количество которых определяет степень опасности. Так, на трубопроводы взрывоопасных, огнеопасные, легковоспламеняющихся веществ наносят красные кольца, безопасных или нейтральных веществ – зеленые, токсичных веществ – желтые. Для обозначения глубокого вакуума, высокого давления, наличия радиации используют также желтый цвет.

Все трубопроводы подвергают гидравлическим испытаниям при пробном давлении на 25% выше рабочего, но не менее 0,2 МПа.

Кроме испытаний водой на прочность газопроводы, а также трубопроводы для токсичных газов испытывают на герметичность воздухом при пробном давлении, равном рабочему. Отсутствие утечки воздуха из соединений проверяют мыльным раствором или погружением узлов в ванну с водой.

Безопасность эксплуатации

Системы, работающие под давлением обеспечиваются предохранительными устройствами: клапанами (рычажными и пружинными) и мембранами (разрывными). Клапаны используются для автоматического выпуска избытка газа, пара и жидкости из системы при аварийном росте давления. Разрывные мембраны применяются для защиты при аварийном быстром росте давления. В сосудах под давлением используются контрольно-измерительные приборы и автоматика: манометры и термометры. Контрольно-измерительная аппаратура проверяется не реже 2х раз в год специальными организациями.

Компрессоры

Давление сжатого воздуха в компрессорах контролируется и регулируется автоматически, регулятор давления при его повышении переводит компрессор на холостой ход, а предохранительный клапан снижает давление до нормального, выпуская воздух в атмосферу. Во избежание взрыва, сжатый воздух охлаждается водой и воздухом. На случай прекращения подачи воды предусматривается автоматическая сигнализация и блокировка для остановки компрессора. Смазка цилиндров осуществляется компрессорным маслом с температурой вспышки не менее 216-240 °С и температурой самовоспламенения более 400 °С.

Баллоны

Их безопасность обеспечивается механической прочностью и контролем состояния с соблюдением правил наполнения и транспортировки. Баллоны окрашиваются в разные цвета с указанием газа (горючие газы – красный; кислород – голубой; инертные газы – черный). В баллонах со сжиженными газами после их использования должно быть избыточное давление не менее 49 кПа для предотвращения подсоса воздуха внутрь баллона и исключения образования в нем конденсата.

Газопроводы

Постоянное давление в них поддерживается специальными регуляторами давления, перед которыми устанавливаются автоматические запорные клапаны. Обнаружение утечек природного газа затруднительно из-за отсутствия запаха, поэтому в газ добавляют одорант, в частности этилмермеркаптан. Трубопроводы для газопроводов оборудуют водяными затворами или пламяпреградительными для защиты от попадания взрывной волны или пламени со стороны сети потребления, а также от проникновения кислорода.

Билет 8

Источник

Герметизированные системы, в которых под давлениемнаходятся сжатые газы и жидкости (нередко токсичные, пожаровзрывоопасные или имеющие высокую температуру), широко применяются в современном производстве. Такие системы – источники повышенной опасности, и поэтому при их проектировании, изготовлении, эксплуатации и ремонте должны строго соблюдаться установленные правила и нормы: паровые и водогрейные котлы, экономайзеры и пароперегреватели; трубопроводы пара, горячей воды и сжатого воздуха; сосуды, цистерны, бочки; баллоны; компрессорные установки; установки газоснабжения.

Основное требование, предъявляемое к системам под давлением – их герметичность.

Герметичность — это непроницаемость жидкостями и газами стенок и соединений, ограничивающих внутренние объемы устройств и установок, в которых в качестве рабочего тела применяется жидкость или газ. Этот принцип является обязательным для вакуумных установок.

Любые системы повышенного давления всегда представляют собой потенциальную опасность.

Классификация герметичных систем.

Принцип герметичности, используемый при организации рабочего процесса ряда устройств и установок, является важным с точки зрения безопасности их эксплуатации. К ним следует отнести:

– Трубопроводы. Жидкости и газы, транспортируемые по трубопроводам, разбиты на следующие десять укрупненных групп, в соответствии с которыми установлена опознавательная окраска трубопроводов (табл. 2.18).

Таблица 7 – Окраска трубопроводов

Транспортируемая по трубопроводу среда	Цвет окраски трубопровода
Вода	Зеленый
Пар	Красный
Воздух	Синий
Газы горючие и негорючие	Желтый
Кислоты	Оранжевый
Щелочи	Фиолетовый
Жидкости горючие и негорючие	Коричневый
Прочие вещества	Серый

Чтобы выделить вид опасности, на трубопроводы наносят предупреждающие (сигнальные) цветные кольца

Таблица 8 – Сигнальные цветные кольца, наносимые на трубопроводы

Характеристика опасности транспортируемой среды	Цвет колец
Взрывоопасные, огнеопасные, легковоспламеняющиеся вещества	Красный
Безопасные и нейтральные вещества	Зеленый
Вещества токсичные	Желтый
Глубокий вакуум, высокое давление, радиация и т.д.	Желтый

При нанесении колец желтого цвета на трубопроводы с опознавательной окраской газов и кислот, а также при нанесении колец зеленого цвета на трубопроводы с опознавательной окраской воды кольца имеют соответственно черные или белые каемки шириной не менее 10 мм. Число предупреждающих колец какого-либо цвета должно соответствовать степени опасности транспортируемого вещества.

Кроме цветных сигнальных колец применяют также предупреждающие знаки, маркировочные щитки и надписи на трубопроводах (цифровое обозначение вещества, слово «вакуум» для вакуум-проводов, стрелки, указывающие направление движения жидкости, и др.), которые располагаются на наиболее ответственных местах коммуникаций.

– Баллоны для хранения и перевозки сжатых, сжиженных и растворенных газов при температурах 223…333 °К (-50…+60 С). Баллоны изготовляют малой вместимости 0,4—12 л, средней — 20—50 л и большой вместимости 80—500 л. Баллоны малой и средней вместимости изготовляют на рабочие давления 30, 15 и 20 МПа из углеродистой стали и на рабочие давления 15 и 20 МПа из легированной стали.

Для того чтобы легко и быстро распознать баллоны, предназначенные для определенных газов, предупреждать их ошибочное наполнение и предохранять наружную поверхность от коррозии, на заводах-изготовителях баллоныокрашивают в установленные стандартом цвета, наносят соответствующие надписи и отличительные полосы (табл. 2.20).

Таблица 9 – Окраска баллонов

Вещество находящееся в баллоне	Цвет окраски баллона
Азот	Черный
Ацетилен	Белый
Водород	Темно зеленый
Кислород	Голубой
Углекислота	Черный
Этилен	Фиолетовый

Причины возникновения опасности герметичных систем.Разгерметизация устройств и установок происходит в результате действия целого ряда факторов:

– эксплуатационных – обусловлены физико-химическими свойствами рабочего тела, параметрами его состояния, условиями эксплуатации и т. д.: протекание побочных процессов в устройствах и установках, приводящих к ослаблению прочности конструкции; образование взрывчатых смесей; неправильную эксплуатацию и др.

– технологических связаны с дефектами при изготовлении, монтаже, транспортировании и хранении устройств.

Основными причинами разрушения или разгерметизации систем повышенного давления являются:

– внешние механические воздействия;

– снижение механической прочности;

– нарушения технологического режима;

– конструкторские ошибки;

– изменение состояния герметизируемой среды;

– неисправности в контрольно-измерительных и предохранительных устройствах;

– ошибки обслуживающего персонала.

Опасности, возникающие при нарушении герметичности.Разгерметизация устройств и установок, не только нежелательна и опасна для обслуживающего персонала и производства.

– нарушение герметичности может быть связано с взрывом. Здесь две причины:

– взрыв может являться следствием нарушения герметичности, например, воспламенение взрывчатой смеси внутри установки;

– нарушение герметичности может стать причиной взрыва, например, при нарушении герметичности ацетиленового трубопровода вблизи участков нарушения образуется ацетиленовоздушная смесь, которая может воспламениться самыми слабыми тепловыми импульсами. Незамеченное длительное горение приводит к такому сильному разогреву трубопровода, что ацетилен в нем самовоспламеняется.

– при разгерметизации создаются опасные и вредные производственные факторы, зависящие от физико-химических свойств рабочей среды, т. е. возникает опасность:

– получения ожогов под воздействием высоких или, наоборот, низких температур (термические ожоги) и из-за агрессивности среды (химические ожоги);

– травматизма, связанного с высоким давлением газа в системе, например, нарушение герметичности баллона с газом при давлении 20 МПа с образованием отверстия диаметром 15 мм приведет к появлению начальной реактивной тяги около 3,5 кН; при массе баллона 70 кг он может приобрести ускорение и переместиться на некоторое расстояние;

– радиационная, возникающая, например, при использовании в установках в качестве теплоносителя жидких радиоактивных металлов, обладающих высоким уровнем ионизирующего излучения;

– отравления, связанные с применением инертных и токсичных газов и др.

Разрушение и разгерметизации систем повышенного давления

Чем меряете давление?