Материал:

В связи с тем, что конструкционный материал сосудов со временем стареет, "устает" и испытывает действия ряда других непредсказуемых влияний, расчеты сосудов, работающих под давлением, имеют приблизительный характер.

Особое значение для паровых и других сосудов, работающих под давлением и действием высокой температуры, имеет ползучесть, то есть свойство металла медленно и непрерывно пластически деформироваться во всех направлениях при постоянном напряжении. Ползучесть металла при высоких температурах оказывается при напряжении ниже предела текучести для этого металла. Деформацию ползучести определяют в процентах, а скорость деформации - в единицах длины в час, например мм / ммтод.

Для элементов конструкции парового котла допускается скорость ползучести Vп = 10 в -50 степени / 0 за 1 час, что соответствует удлинению на 1% за 100 000 ч.

Методика расчета на прочность сосудов сводится к определению толщины стенок цилиндрической части сосуда и днища.

Регламентируются также требования к контрольно-измерительной аппаратуры, предохранительных устройств и арматуры. Для изготовления установок и их элементов применяют только те материалы и заготовки, удовлетворяющие требования, предусмотренные нормами и правилами. В процессе изготовления контролируют качество сварных швов неразрушающими методами (ультразвук, рентгено и гамма-дефектоскопия), а также качество металла, толщину стенок, отсутствие дефектов, для чего проводят механические испытания и металлографические исследования и тому подобное. Изготовленную установку обязательно испытывают и только после этого сдают заказчику.

Помещения, предназначенные для монтажа установок, должны удовлетворять ряд требований по их размеров, конструкции перекрытий, стен, дверей и окон, устройство вентиляции и освещения, размещения оборудования. Смонтированную установку до пуска в работу подвергают техническому осмотру, который проводит представитель органа надзора в присутствии администрации. Пуск установки после технического осмотра осуществляют в присутствии представителя органа надзора. В процессе эксплуатации проводят периодические технические осмотры этих установок.

На эксплуатацию установки, работающей под давлением, должно быть получено разрешение органа Госнадзорохрантруда, а сама эксплуатация должна проводиться строго в соответствии с утвержденной инструкции.

К обслуживанию установок, работающих под давлением, допускается только хорошо подготовленный персонал, прошедший медицинский осмотр.

Естественно, что ужесточение перечисленных требований возрастает с повышением давления и температуры в установке, увеличением агрессивности, пожаро- и взрывоопасности перемещаемой среды, а также размеров установки. Исходя из этого, все установки, работающие под давлением, разделяют на классы. В зависимости от класса паровых котлов с избыточным давлением пара менее 70 кПа (0,7 кгс / см ^{2) или водогрейные котлы с температурой воды ниже 115 ° С не подлежат регистрации в органах Госнадзорохрантруда, и их конструкция должна удовлетворять требования, установленные этими органами.} Баллоны для сжатых и сжиженных газов могут не иметь постоянных контрольно-измерительных приборов.

Анализ аварий сосудов и установок, работающих под давлением. Авария установки, работающей под давлением, обычно является следствием потери им герметичности. Если разгерметизация произошла на значительной площади поверхности и внезапно, то может иметь место взрыв установки. При взрыве за короткое время высвобождается значительное энергия. Как правило, разгерметизация наступает с одной стороны установки, и газовый или жидкостный поток вытекающей может создать такую реактивную тягу, при которой нередко происходит срыв установки с фундамента и ее разрушения.

Источником опасности и травм при авариях является обломки, части, детали разрушенной установки и здания, ударная волна (волна давления). Авария установки, находящейся под давлением, обычно приводит к значительным материальным убыткам. Причины аварий подразделяют на технические и эксплуатационные. Техническими причинами могут быть дефекты проектирования, изготовления или монтажа установки. Эксплуатационные причины есть очень разнообразными и особыми для каждого вида установок.

В процессе эксплуатации паровых котлов аварии чаще всего происходят в результате утечки воды, превышения давления, нарушение водного режима (большие карбонатные осадки на стенках, которые омываются горячими газами). Аварии сосудов, работающих под давлением, нередко является следствием неисправности запорных устройств (например, быстросъемных крышек пропарочных камер), превышения давления, нарушение технологического процесса, вспышки паров масла в воздухозаборниках, износ (коррозии) стенок сосудов.

Аварии баллонов со сжиженными газами имеют место при их заполнении сверх нормы, когда незначительное термическое расширение жидкого газа приводит к разгерметизации баллона. Чтобы избежать разрыва баллона из-за расширения сжиженного газа, при заполнении обязательно оставляют свободный объем (около 10% всего объема баллона). Баллоны со сжиженным ацетиленом, кроме того, заполняют пористой массой, уменьшает взрывоопасность этого газа. Кислородный баллон может взорваться вследствие попадания масла в баллон или запорный орган.

Общими для всех баллонов причинами аварий является нагрев и механические повреждения при ударах, обусловленные нарушениями правил безопасности при транспортировке и хранении.

Главные причины аварий компрессорных установок - применение масла, не предусмотренного правилами эксплуатации (что приводит к воспламенению паров и взрыва), нарушение работы системы охлаждения, а также превышения давления.

В системах газоснабжения существуют две основные причины аварий: первая - нарушение герметичности любых элементов установки; вторая - срыв пламени (прекращение горения газа), что приводит к поступлению горючего газа в помещение и взрыва газовоздушной смеси от случайного источника возгорания.

Обеспечение надежности и безаварийности сосудов и установок, работающих под давлением. Для обеспечения надежной и безопасной работы установок необходимо выполнять технические мероприятия по предупреждению аварий и взрывов.

Конструкция установок должно 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, то есть в определенных местах отмечают наименование завода-изготовителя, заводской номер установки, год изготовления и дату технического осмотра, общую массу установки, емкость, рабочий пробное давление, отметку ОТК завода. Трубопроводы, баллоны, цистерны окрашивают в цвета, соответствующие их содержания и обеспечивают надписью с наименованием вещества, хранящегося или груза. Типичную схему установки, работающей под давлением, представлены на рис. 4.7.

Эта схема может видоизменяться для установок того или иного назначения. В сосуд 1 рабочий содержание поступает по трубопроводу 17 оборудованным задвижкой 18 и обратным клапаном 19. Температура той среды, поступающей измеряется термометром 20, а давление - манометром 21, который присоединяется к трубопроводу через сифонную трубку 2 и трехходовой кран 3. Рабочий содержание к потребителя попадает через трубопровод 5 с задвижкой 6 и обратным клапаном 7. Температуру содержания в сосуде определяют термометром 8, а давление - манометром 4. Уровень жидкости в сосуде контролируют с помощью указателя уровня 28 присоединенного к сосуду через трехходовые краны 3.

Для предотвращения чрезмерного повышения давления в сосуде предусмотрены предохранительные клапаны 9 и 10. При их срабатывании рабочую среду удаляется через трубу 11.

Спуск рабочей среды из сосуда или воды после гидравлического испытания, а также удаления осадка осуществляют в трубопровод 25 через спускную продувочную трубу 24 оборудованную запорным устройством 23 и обратным клапаном 22.

Если в сосуде или установки, работающей под давлением, подводится энергия, условно показана на схеме в виде горелки 14 регулируемого устройства 15 и подводной линии 16 (для парового котла это может быть газовый или горелка-форсунка жидкого топлива, а для компрессора - электродвигатель ), то предусматривают автоматику безопасности, которая отключает или уменьшает подачу энергии по каким-либо критическим параметром, например, давлением (датчик 12 импульсная линия 13) или по уровню воды в паровом котле (датчик 27 импульсная линия 26). Контрольный кран А служит для проверки отсутствия давления в сосуде при ее открывании, а в некоторых случаях - для выпуска воздуха.

Нельзя устанавливать задвижку между сосудом 1 и предохранительными клапанами 9 и 10, поскольку при закрытой задвижке произойдет авария.

В случаях, когда несколько установок объединены в одну линию и возможное попадание среды с высоким давлением в неработающую установку (например, в котел, остановлен на ремонт), применяют обратный клапан 22. Другие обратные клапаны, показанные на рис. 4.7, служат той же цели - предотвратить "опрокидывание" утечки содержимого этим трубопроводом. Если такой опасности нет, то обратный клапан 22 не нужен.

Класс точности манометров 4 и 21 должен быть не ниже 2,5. На шкалу манометра наносят красную черту, соответствует высшему предельном рабочем давлении. Чтобы показания были хорошо заметны, манометры устанавливают на высоте не более 5 м от уровня наблюдательной площадки.

Трехходовые краны 3 служат для продувки соединительных трубок. Кроме того, они дают возможность отключить манометр или указатель уровня для замены или ремонта и присоединить параллельно ему контрольный манометр. Сифонные трубки 2 защищают манометр от непосредственного воздействия содержимого сосуда. Если такое действие безвредна для манометра, сифонную трубку можно не ставить. Манометры периодически проверяют в органах Госстандарта (не реже одного раза в год), в противном случае они к эксплуатации не допускаются. Для повышения надежности работы ответственных установок (большие котлы, установки высокого давления) на них монтируют два манометры, один из которых является регистрирующим.

Наличие предохранительных клапанов обязательна для всех установок и сосудов, работающих под давлением, за исключением малых объектов (типа газовых баллонов). Поскольку от исправности предохранительного клапана зависит безопасная работа установки, обычно предусматривают два клапана: один - рабочий, а второй - контрольный.

По конструкции клапаны бывают прямого и непрямого действия. В клапанах прямого действия - пружинных и рычажно-грузовых - замыкающий золотник поднимается давлением содержания, а непрямого действия - импульсных - запорный орган открывается с помощью сервопривода, команда на который подается от датчика (в основном небольшого клапана прямого действия). Отводные трубы от клапанов не имеют запорных устройств, и рабочий содержимое, выходит из клапана, свободно отводится в безопасное место.

Указатели уровня воды применяют в тех случаях, когда в установках есть поверхность раздела между жидкой и газовой фазами. Поскольку надежность этих указателей исключительно важна для безопасной эксплуатации установки, они должны быть только прямого действия (работать на принципе сообщающихся сосудов). На каждой установке монтируют не менее двух таких указателей. На небольших котлах, а также на котлах паровозного и локомобильных типов разрешается заменять один из указателей двумя пробными кранами или вентилями, оборудуются напротив высшего и низшего допустимого уровня воды. В водогрейных котлах в верхней их части устанавливают пробный кран.

Арматура (вентили, задвижки, обратные клапаны, фланцы и т.д.) подлежит маркировке. При этом указывают наименование завода-изготовителя, условный проход, рабочее давление и температуру рабочей среды, направление потока. На маховиках арматуры показывают направление вращения при открывании или закрывании. Материал арматуры должна соответствовать условиям ее работы, характеризующихся температурой, давлением, химическим составом рабочей среды.

При обслуживании и ремонте конкретных видов установок и сосудов, работающих под давлением, необходимо руководствоваться рассмотренными выше общим правилам, а также правилам устройства и безопасной эксплуатации этого вида установок.

Государственный надзор за устройством и эксплуатацией котельных установок и сосудов, работающих под давлением, а также трубопроводов пара горячей воды по добыче, транспортировкой и хранением газа; за установкой и эксплуатацией грузоподъемных машин и механизмов осуществляет Госнадзорохрантруда.