LINEBURG


страница 1
(всего 10)

ОГЛАВЛЕНИЕ

След. стр. >>

Министерство образования Российской Федерации
Казанский государственный технологический университет




Ф. М. Гимранов, Е. Б. Гаврилов




БЕЗОПАСНОСТЬ
ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Часть 2
Безопасность технологического оборудования




Учебное пособие




2002
УДК 614.8.084

Безопасность жизнедеятельности. Ч. 2. Безопасность технологического
оборудования: Учебное пособие / Гимранов Ф. М., Гаврилов Е.Б.
Казан.гос.технол.ун-т. Казань, 2002. 84 с. ISBN 5-7882-0211-6


Подготовлено в соответствии с программой дисциплины «Безопасность
жизнедеятельности» (БЖД) для технических вузов. Издается в четырех частях,
включающих все разделы учебной программы.
Во второй части рассмотрены инженерные аспекты создания безопасного
технологического оборудования. Приведены современные методы и способы
обеспечения герметичности оборудования, требования к устройству и
безопасной эксплуатации сосудов и аппаратов, работающих под давлением,
технологических трубопроводов, даны рекомендации по выбору арматуры
аппаратов и трубопроводов, изложена методика расчета и рекомендации по
выбору предохранительных и защитных устройств. Рассмотрены вопросы
обеспечения защиты от производственных вибраций и вопросы по
электробезопасности.
Предназначено для студентов КГТУ специальностей технологического и
механического профиля всех форм обучения.

Подготовлено на кафедре промышленной безопасности КГТУ.

Печатается по решению редакционно-издательского совета Казанского
государственного технологического университета.


Под редакцией д-ра техн. наук, проф. Ф.М. Гимранова


Рецензенты: проф. Л. Н. Швалев (КГАСА)
проф. Э. Ш. Теляков (КГТУ)




1SBN 5-7882-0211-6 © Казанский государственный
технологический университет, 2002 г.



-2-
Предисловие

Основным источником опасности для человека становится техносфера.
Усложнение технологии, несовершенные системы управления, расположение
опасных производственных объектов в местах проживания людей, широкое
применение взрывопожароопасных и/или токсичных веществ способствуют
тому, что возникающие аварии могут иметь катастрофический характер,
приводя к серьезным отрицательным воздействиям на природную среду, к
нарушению условий жизнедеятельности и гибели людей. Ежегодный
экономический ущерб от техногенных аварий в Российской Федерации
составляет в среднем 2 млрд. долл. США (без учета экологического ущерба).
Характерной особенностью современного производства является
применение на одном предприятии, в цехе самых разнообразных
технологических процессов, сложных по своей физико-химической основе. Для
реализации технологических процессов используются разнообразные виды
машин, аппаратов, вспомогательного и другого оборудования. В
технологических системах могут обращаться значительные количества
высокотоксичных, легковоспламеняющихся, коррозионно-активных и других
потенциально опасных веществ, находящихся при повышенном давлении и
высокой температуре. Ведение технологических процессов зачастую
сопровождается значительными уровнями излучаемого шума, вибрации,
ультра- и инфразвука, жесткими параметрами микроклимата, большинство
производственных операций производится в условиях высокого зрительного и
интеллектуального напряжения, запыленности и загазованности. Все это в
конечном итоге приводит к изменению состояния работающих и к возможности
совершения ими ошибочных действий при выполнении производственных
обязанностей. Одновременно не всегда применяемое оборудование
гарантировано от внезапных поломок, механических повреждений, а также
отказов в системе управления технологическим процессом. В связи с этим,
наряду с общими требованиями по соблюдению функционирования
технологического процесса в пределах установленных параметров с целью



-3-
получения продукции заданного качества и количества, возникает проблема
надежности работы всей технологической системы. Требуемая надежность тех-
нологической системы в первую очередь предопределяется надежностью и
эффективностью оборудования и инженерных коммуникаций. Применяемое в
промышленности, особенно в химической и смежных отраслях производства,
оборудование весьма разнообразно как по назначению, так и по принципу
действия. Для каждого вида оборудования характерны свои особенности
эксплуатации и способы предотвращения аварийных ситуаций. Однако
имеются некоторые общие для всех типов оборудования направления по
уменьшению уровня риска и созданию безопасных и безвредных условий труда
для работающих. Это прежде всего обеспечение герметичности
производственного оборудования, оснащение технологического оборудования
системами противоаварийной защиты, рациональный выбор средств защиты от
производственных вибраций, от опасности поражения человека электрическим
током и другое.
В предлагаемом учебном пособии изложены перечисленные выше и
некоторые другие методы и способы обеспечения безопасности, применяемые
при конструировании и эксплуатации технологического оборудования.

1. Эксплуатационные параметры оборудования и
трубопроводов

Эксплуатационные параметры оборудования, определяющие безопасность
производства в целом, зависят от особенностей технологического процесса,
типа оборудования, его назначения, рабочей среды. Для аппаратов и
трубопроводов такими параметрами являются также рабочее давление и
температура. Для машин, кроме того, необходимо соблюдать установленные
паспортом мощность и частоту вращения. В некоторых производствах,
связанных с агрессивными средами, скорость коррозии металла приобретает
важное значение.
Температура среды в оборудовании задается в соответствии с тепловым
режимом процесса. Допустимые отклонения от номинальной температуры
устанавливаются технологическим регламентом. Регулирование температуры
процесса возможно изменением скорости и температуры тепло- или
хладоагента, количества и температуры компонентов исходного сырья и т.д.
Если в результате принятых мер не удается восстановить нормальную
температуру процесса, то должны быть приняты меры к экстренной
(аварийной) остановке оборудования или производства в целом. При этом
вступают в работу системы автоматической аварийной остановки, срабатывают
отсекающие клапаны, прекращающие подачу в аппарат компонента,
стимулирующего нарушение температурного режима, и одновременно

-4-
подключаются коммуникации для эвакуации содержимого аппарата в
аварийные емкости.
Весьма важным условием является компенсация температурных
деформаций (особенно для аппаратов большой длины и трубопроводов
большой протяженности). Конструкционные меры для обеспечения
компенсаций устанавливаются применительно к конкретному оборудованию.
Многие технологические процессы проводятся под избыточным
давлением. Различают избыточное давление условное, пробное и рабочее.
Под условным давлением понимается наибольшее давление при
температуре среды 20°С, при котором допустима длительная работа
оборудования и деталей трубопровода. Под пробным давлением понимается
давление, при котором должно проводиться гидравлическое испытание на
прочность. Рабочее же давление - наибольшее значение давления,
обеспечивающего заданный режим эксплуатации. ГОСТ и другие нормативные
документы устанавливают соотношения между этими давлениями в
зависимости от конкретных условий.
Причинами непредусмотренного процессом повышения давления в
аппаратах могут быть: повышение температуры среды, нарушение
стабильности качественного и количественного состава сырья, закупорка
отходящих от аппарата коммуникаций, неисправность регуляторов давления на
стороне нагнетания насосов или компрессоров, нарушение правильной
порционной дозировки (при периодических процессах) компонентов сырья и
интенсивности перемешивания среды и др.
Повышение давления приводит либо к разгерметизации оборудования,
либо к его взрыву. Степень опасности аварии оборудования из-за повышения
давления зависит от давления взрыва, рабочего объема среды и его токсичных и
пожароопасных свойств.
Поскольку в производственных условиях возможны отклонения от
заданного режима, необходимо непрерывно контролировать и поддерживать
установленные параметры процесса. Этой цели служат автоматические
дозаторы, регуляторы температуры среды и уровня жидкости в аппарате,
регуляторы давления и т.д. На случай отказа приборов управления и
регулирования технологические аппараты снабжаются системами
противоаварийной защиты, в том числе предохранительными устройствами.

2. Оценка эксплуатационной надежности оборудования и
методы повышения надежности объектов

Даже самые совершенные начальные характеристики оборудования –
необходимые, но еще недостаточные условия его высокого качества. Они


-5-
показывают, по существу, лишь его технические возможности. Любое
оборудование должно быть надежным и безопасным в процессе эксплуатации.
Под надежностью оборудования понимается его комплексное свойство
выполнять заданные функции, сохраняя свои основные эксплуатационные
характеристики в установленных пределах. В это понятие входят
безотказность, долговечность и ремонтопригодность. Показателями
надежности являются вероятность безотказной работы оборудования, срок
службы, наработка на отказ и т.д.
Снижение надежности оборудования может привести к постепенному
нарушению технологического процесса – постепенному отказу – ухудшению
качественных и количественных показателей системы. Безотказность, или
свойство оборудования непрерывно сохранять работоспособность, оценивается
по результатам анализа фактических параметров работы оборудования
(производительности, температуры, давления, потребляемой мощности,
расхода сырья и выхода целевого продукта с учетом его качественных
показателей) между двумя последовательными ремонтами.
Нарушение технологического процесса или параметров работы
оборудования как случайное событие в теории надежности рассматривается как
отказ, т.е. потеря работоспособности соответственно процесса или
оборудования. По причине нарушения параметров работы возможны два типа
отказов оборудования: постепенные (износовые) и внезапные
(катастрофические). Аварии (взрывы, пожары и т.п.) – результат внезапных
отказов. Основная задача, связанная с повышением безопасности
оборудования, заключается в регулировании, вплоть до полной ликвидации
износовых отказов, и создании условий для проявления минимального числа
внезапных отказов, их легкого и быстрого устранения.
Важным элементом, характеризующим надежность оборудования,
является его ремонтопригодность – вероятность того, что работоспособность
может быть восстановлена ремонтом. Показателями ремонтопригодности
служат средняя продолжительность восстановления, система технического
обслуживания, периодичность ремонтов, их трудоемкость. Своевременное и
правильное установление степени износа и усталости металла оборудования и
его элементов является важным условием предотвращения аварий и
обеспечения безопасности.
Надежность оборудования рассчитывают и закладывают при
проектировании, обеспечивают при изготовлении и поддерживают в условиях
эксплуатации.
При проектировании оборудования необходимо применительно к
условиям эксплуатации выбирать конструкцию оптимальных форм и размеров,
требуемой механической прочности и герметичности, выполненную по
возможности из стандартизованных и унифицированных узлов и деталей.

-6-
Большое значение имеет выбор конструкционных материалов с учетом
условий эксплуатации оборудования: давления, температуры, агрессивного
воздействия среды и др. При проектировании оборудования стремятся к
упрощению кинематических схем, уменьшению действующих в машинах
динамических нагрузок, применению средств защиты от перегрузок и т.д.
В процессе изготовления оборудования реализуются все основные пути
создания этого оборудования надежным в определенных условиях
эксплуатации. К ним относятся: получение заготовок высокого качества;
качественное изготовление и сборка оборудования; повышение точности
изготовления деталей, упрочняющая обработка материалов для обеспечения
высокого сопротивления износу деталей в условиях эксплуатации и т.д.
В процессе эксплуатации надежность оборудования поддерживается
строгим соблюдением заданных параметров рабочего режима, качественным
обслуживанием и своевременным проведением профилактических работ по
поддержанию работоспособности оборудования.
Одним из методов повышения надежности является резервирование, т.е.
введение в систему добавочных (дублирующих) элементов, включаемых
параллельно основным, что способствует созданию систем, надежность
которых выше надежности любых входящих в них элементов. При выходе из
строя одного из элементов дублер выполняет его функции и узел не прекращает
своей работы. Наряду с достоинствами резервирование имеет и недостатки: оно
усложняет оборудование, удорожает его обслуживание и поэтому не всегда
экономически выгодно. Использовать резервирование целесообразно лишь в
том случае, когда отсутствуют более простые способы повышения надежности
технологического оборудования.
Для повышения надежности отдельных единиц оборудования и
технологических систем в целом используются также техническая диагностика
и техническое обслуживание.
Техническая диагностика объектов представляет собой техническую
операцию получения и обработки информации о состоянии объектов во
времени с целью обнаружения фактов существования отказов и установления
причин возникновения или мест появления отказов. Для технического
диагностирования объектов используются различные методы неразрушающего
контроля: ультразвуковой, радиоскопический, магнитный, рентгеновский,
позволяющие определить толщину стенок аппаратов и трубопроводов, выявить
наличие межкристаллитной и другой коррозии в материале, контролировать
толщину защитных покрытий. Измерением акустического шума и вибрации
машин (вибродиагностика) можно установить величину износа деталей,
ослабление болтов и других крепящих деталей, наличие локальных
кавитационных эффектов при перемещении жидкостей и т.д.



-7-
Техническое обслуживание – это совокупность организационных и
технических мероприятий, направленных на предупреждение отказов,
обеспечение исправного состояния в процессе эксплуатации и готовности
объектов к использованию. К основным задачам технического обслуживания
относятся: предупреждение ускоренного износа и старения; поддержание
основных технических характеристик элементов на заданном уровне;
продление межремонтных сроков эксплуатации.
Техническое обслуживание позволяет поддерживать и восстанавливать
требуемый уровень надежности объектов за счет организации периодических
проверок состояния объектов, замены и ремонта некоторых элементов,
регулировки параметров и устранения выявленных неисправностей. В объем
технического обслуживания входят эксплуатационный уход и мелкий ремонт
оборудования. Эксплуатационный уход – это чистка, регулярный наружный
осмотр, смазка, проверка состояния масляных и охлаждающих систем,
подшипников, наблюдение за состоянием крепежных деталей и соединений,
проверка состояния заземления и др. Мелкий ремонт оборудования –
устранение мелких дефектов, подтяжка крепежных деталей, частичная
регулировка, замена предохранителей, прокладок, проверка общего состояния
изоляции и др.
В соответствии с особенностями повреждений, выявленных в процессе
технического обслуживания и износа составных частей оборудования с целью
восстановления неисправностей и работоспособности объекта,
осуществляются ремонтные работы. Ремонт, состоящий в замене и
восстановлении отдельных частей оборудования и их регулировке, считается
текущим. Ремонт, осуществляемый для восстановления исправности и ресурса
работы объекта с заменой или восстановлением любых его частей, включая
основные, и их регулировкой, называется капитальным.

3. Обеспечение герметичности технологического
оборудования

Под герметичностью понимают непроницаемость оболочки (корпуса)
оборудования, отдельных ее элементов, их соединений для газов, паров,
жидкостей и пылей.
Герметичность оборудования характеризуется количеством выходящих из
аппарата (или засасываемых в него при вакууме) жидкости, паров или газов в
единицу времени. Количественно герметичность принято определять степенью
?P , представляющей собой процентное отношение
герметичности
конечного давления в аппарате (трубопроводе) к начальному в нем давлению,
отнесенным к единице времени:


-8-
Pк Tн
? P = 100 (1 ? ), % , (1)
?
Pн Tк
где Pк, Рн - конечное и начальное давление в аппарате; Тн, Тк - температура в
начале и в конце испытания; ? - время испытания, ч.
Утечки зависят от характера и размеров неплотностей в оборудовании,
пористости материала, разности давлений снаружи и внутри аппарата,
величины удельных давлений, создаваемых на соприкасающихся поверхностях,
физических свойств рабочей среды, способов соединения отдельных элементов
оборудования.
Соединения между отдельными частями оборудования могут быть
неподвижными и подвижными. Неподвижные соединения подразделяются на
неразъемные и разъемные.
Неразъемные соединения осуществляются сваркой, реже пайкой,
развальцовкой, чеканкой, применением специальных цементов и герметиков.
Неразъемные соединения, особенно изготовленные сваркой, обладают высокой
герметичностью, но не всегда их можно применить. Когда по условиям
технологии требуется частая разборка аппаратуры и трубопроводов для чистки,
проверки, замены, применяют фланцевые или резьбовые разъемные
соединения.

3.1. Герметизация соединения элементов частей аппаратов и
трубопроводов

Для герметизации разъемных соединений применяют беспрокладочные
уплотнения или уплотнения с прокладками. Силы упругой деформации
используются в беспрокладочных соединениях с тщательно
пришлифованными поверхностями. Сюда относятся линзовые уплотнения,
используемые в аппаратах высокого давления (до 200 МПа), а также плоские,
конические и сферические уплотнения седел и клапанов в запорной и
регулировочной арматуре. Под действием осевых сил в месте касания двух
поверхностей возникает поясок деформации материала, который и создает
необходимое уплотнение.
Принцип действия разъемного соединения, уплотняемого прокладкой,
основан на пластической деформации материала прокладки. Степень
герметизации зависит от степени сжатия прокладки. Прокладки должны
обладать хорошей деформируемостью, достаточной упругостью, быть
устойчивыми при рабочих температуре и давлении, а также в коррозионной
среде. Рекомендации по выбору материала прокладки в зависимости от условий
эксплуатации представлены в табл.1.
Герметичность соединения возрастает с увеличением удельного давления
на прокладку. Этим в значительной мере определяется выбор уплотнительной

-9-
поверхности фланцев. Например, плоские фланцы с уплотнительными
канавками используют в основном для соединения аппаратов и трубопроводов,
работающих с нетоксичными и негорючими средами при давлениях до 2,5
МПа. При более высоких давлениях, а также при работе с ядовитыми и
взрывопожароопасными веществами и вакууме применяют торцевые
поверхности фланцев, по типу "выступ-впадина" или "шип-паз".
Для обеспечения требуемой герметичности аппаратов в местах выхода
валов наиболее широкое применение нашли сальниковые, торцовые и
лабиринтные уплотнения.

Таблица 1
Материалы уплотнительных прокладок
Температура,0С
Материал Рабочая среда Давление, МПа
Сталь Пищевые продукты 20 200
нержавеющая
Медь Нефтепродукты, газы 40 300
неагрессивные, вода, пар
Свинец Агрессивные среды Без ограничения 200
Паронит Вода, пар, нефтепродукты,
5 450
масла, щелочи, газы,
спирт, серная кислота
Резина Вода, пищевые жидкости,
2,5 - 30 - +90
неагрессивные масла
Фторопласт Вода, воздух, щелочи, 1 - 195 - +260
кислоты
Асбест Растворители,
3 450
нефтепродукты, кислоты,
агрессивные газы

страница 1
(всего 10)

ОГЛАВЛЕНИЕ

След. стр. >>

Copyright © Design by: Sunlight webdesign