Тема 1.4

Вопрос 1:
Причины повреждения производств оборудования.
Причины повреждения технологического оборудования делят на три группы:
1.
повреждения, вызванные механическими воздействиями;
2.
повреждения, вызванные температурными воздействиями;
3.
повреждения, вызванные химическими воздействиями.
Повреждения, вызванные механическими воздействиями.
В результате механических воздействий материал аппарата или трубопровода может
испытывать чрезмерно высокие внутренние напряжения, способные вызвать не только
образование неплотностей в швах и соединениях, но и полное разрушение аппарата или
трубопровода.
Высокие внутренние напряжения обычно возникают при повышенных давлениях в
аппаратах и в результате нагрузок динамического характера.
Повышение давления, приводящее к повреждению аппаратов, могут возникать по
следующим причинам:
1.
Нарушение материального баланса работы аппаратов
Нарушение материального баланса происходит при несоответствии производительности
насосов и компрессоров принятой интенсивности заполнения аппарата, в случае неправильного
соединения аппаратов работающими с различными давлениями, при увеличения сопротивления
в расходных и дыхательных линиях, отсутствия или неисправности автоматики регулирования,
подачи и отвода веществ.
2.
Нарушение температурного режима работы аппаратов.
Нарушение температурного режима происходит при отсутствии или неисправности
контрольно-измерительных приборов, недосмотре обслуживающего персонала, а в некоторых
случаях от действия лучистой энергии соседних аппаратов и даже от повышения температуры
окружающей среды.
Особенно опасно нарушение температурного режима в переполненных аппаратах, так
как жидкости практически несжимаемы и даже невысокие превышения заданной температуры
приводят к повышенным давлениям и разрушению аппаратов.
Нарушение температурного режима в большинстве случаев заканчивается взрывом или
пожаром.
3.
Нарушение процесса конденсации паров также приводит к увеличению давления.
Это явление чаще встречается в процессах ректификации, сорбции и т.п.
Нарушение процесса конденсации паров происходит:
•
в результате уменьшения или полного прекращения подачи хладагента в рубашку
охлаждения конденсаторов, дефлегматоров и других аппаратов;
•
в результате поступления хладагентов с более высокой начальной температурой;
•
при загрязнении теплообменной поверхности аппаратов.
4.
Попадание в высоко нагретые аппараты жидкостей с низкой температурой
кипения. Это приводит к интенсивному испарению жидкости и резкому повышению давления.
Низкокипящая жидкость (вода и др.) может попасть в аппарат:
•
с поступающим продуктом;
•
через неплотности теплообменной поверхности;
•
при неправильном переключении линий;
•
в виде конденсата из паровых и продувочных линий.
Последнее имеет место, если острый пар подается в недостаточно прогретые аппараты,
если пар обводнен или паровая линия не освобождалась от конденсата перед пуском.
5.
Нарушение режима работы аппаратов с экзотермическими процессами также
приводит к повышению давления в аппаратах и к возможным повреждениям.
Это происходит:
•
при несвоевременном отводе избыточного тепла реакции;
•
при нарушении соотношения реагируемых веществ;
•
при увеличении количества подаваемого катализатора или инициатора;
•
реакции;
•
при несвоевременном отводе из реактора избыточных газообразных продуктов
при образовании пробок в стравливающих и отводящих линиях.
Уменьшение количества отводимого из аппарата избыточного тепла происходит в
результате:
•
прекращения подачи хладагента ,
•
загрязнения теплообменной поверхности;
•
снижения интенсивности перемешивания.
Нагрузки динамического характера также могут привести к разрушению аппаратов.
Динамические нагрузки вызывают значительно большие напряжения в конструкциях аппаратов,
чем статические такой же величины.
Динамические нагрузки проявляются по следующим причинам:
1.
Резкие изменения давления в аппаратах и трубопроводах:
•
при пуске аппаратов в эксплуатацию;
•
в момент остановки аппаратов;
•
при грубых нарушениях установленного режима температуры и давления.
2.
Гидравлические удары, возникающие:
•
при быстром закрывании и открывании вентилей на трубопроводах;
•
при больших пульсациях подаваемой насосами жидкости;
•
при резвом изменении давления на каком-либо из участков трубопровода.
Повреждения от гидравлических ударов в газовых компрессорах могут происходить при
попадании в их цилиндры какой-либо жидкости.
Жидкость может попасть в цилиндры:
•
вместе с подаваемым на сжатие газом (конденсат);
•
попадание смазочного масла;
•
попадание воды из межступенчатых холодильников.
3.
Вибрация аппаратов и трубопроводов.
Вибрация аппаратов и трубопроводов возникает:
•
при систематическом изменении внутреннего давления;
•
при воздействии внешних возмущающих сил.
Следствием воздействия вибрации является образование неплотностей во фланцевых
соединениях, нарушение швов и даже разрушение аппаратов.
Вибрации наблюдаются:
•
у недостаточно укрепленных трубопроводов, работающих под давлением;
•
у аппаратов, соединенных с поршневыми насосами и компрессорами;
•
у аппаратов, расположенных вблизи работающих агрегатов;
•
у недостаточно закрепленных аппаратов.
4.
Эрозионный износ материала стенок аппаратов и трубопроводов.
Эрозия - механический износ материала движущейся средой. В результате эрозии
уменьшается толщина стенок аппаратов (трубопроводов) и возникают опасные напряжения в
них даже при нормальном технологическом процессе.
Различают
эрозию
ультразвуковую и т.д.
газовую,
абразивную,
кавитационную,
электрическую,
Вредное действие эрозии наблюдается в ректификационных колоннах, в аппаратах и
установках каталитического крекинга нефтепродуктов, в аппаратах и системах
пневмотранспорта мукомольного производства и т.д.
Повреждения, вызванные температурными воздействиями.
Повреждения аппаратов и трубопроводов, а как следствие, образование горючей среды
вне аппаратов, могут произойти в результате возникновения в материале станок аппаратов
высоких температурных напряжений, а также в результате изменения механических свойств
металла под воздействием температуры.
1.
Температурные напряжения возникают:
•
при жестком креплении трубопроводов;
•
неодинаковой температуре отдельных элементов аппаратов сложной конструкции;
•
в толстостенных аппаратах;
•
в аппаратах, изготовленных из разнородных металлов;
•
при резком изменении температуры.
Общее внутреннее напряжение, появляющееся в материале от действия полезной
нагрузки и от температурных воздействий, может превысить пределы текучести, прочности и
вызвать разрыв стенок аппаратов, трубопроводов.
2.
Изменение механических свойств металла.
Воздействие высоких температур на материал аппарата (металл) может привести к
появлению медленных пластических деформаций, даже в том случае, если напряжение от
рабочих нагрузок не будет превышать предела текучести при данной температуре.
При низких температурах резко снижается ударная вязкость обычных сталей, что может
привести к образованию трещин, а иногда и к разрушению аппаратов.
Повреждения, вызванные химическими воздействиями.
Химический износ - это уменьшение толщины стенок аппаратов в результате
химического взаимодействия материала аппаратов обрабатываемыми веществами или с
внешней средой.
Разрушение металла от воздействия на него соприкасающейся с ним среды называется
коррозией.
Действию коррозии наиболее подвержены швы, разъемные соединения, прокладки, места
изгибов труб и т.п.
Различают три вида коррозии:
•
химическая коррозия;
•
электрохимическая коррозия;
•
биохимическая коррозия.
Химическая коррозия протекает в среде жидких диэлектриков (неэлектролитов) или
газов (газовая коррозия), нагретых до высоких температур, при отсутствии влаги на
поверхности металла. Чаще этот процесс идет в виде окислительно-восстановительных
химических реакций.
К жидким не электролитам можно отнести многие органические (бензол, толуол, бензин,
керосин, мазут и т. п.) и неорганические (жидкий бром, расплавленная сера, жидкий фтористый
водород и т. п.) жидкости, которые не обладают электропроводимостью и, следовательно,
исключают условия для протекания электрохимических реакций.
Химическая коррозия в зависимости от ведущего фактора процесса подразделяется на
кислородную, сероводородную, серную и водородную.
Электрохимическая коррозия проявляется всегда, когда поверхность металла вступает в
контакт с электролитом, в котором происходит растворение металла. Это наиболее часто
встречающийся вид коррозии в условиях производства.
К электрохимической коррозии относятся:
•
атмосферная коррозия, протекающая во влажном воздухе при температуре
окружающей среды;
•
морская коррозия;
•
подземная (грунтовая) коррозия;
•
электрокоррозия или коррозия блуждающими токами (токами утечки).
Биохимическая коррозия - воздействие на металл микроорганизмов (в чистом виде она
встречается редко).
Мероприятия, исключающие образование горючей среды вне технологических аппаратов
при повреждениях и авариях технологического оборудования.
Вывод: При анализе агрегатных состояний веществ и материалов необходимо помнить,
что их свойства могут изменяться в зависимости от температуры и давления, поэтому для
определения точных свойств веществ необходимо выяснить параметры ведения
технологического процесса.
Вопрос 2: Мероприятия, предупреждающие повреждение производственного оборудования.
1.
Предупреждение образования повышенных давлений:
1.1. Соблюдение материального баланса работы аппаратов, что предупреждает
переполнение аппаратов и в конечном итоге повышение давления.
Это достигается:
•
оборудованием аппаратов соответствующими
контроля, защиты, регулирования и блокировки;
•
приборами
автоматического
устройством переливных труб;
•
установкой редуцирующих устройств на линиях, соединяющих аппараты с
различными давлениями;
•
недопущение образования пробок в линиях.
Для предотвращения образования пробок в линиях, необходимо:
•
очищать вещества от твёрдых частиц и солей,
•
производить регулярную очистку трубопроводов и аппаратов,
•
защищать газовые линии теплоизоляцией от возможной конденсации паров,
•
устанавливать буферные ёмкости перед компрессорами для
конденсата из газа и т.д.
улавливания
1.2. Соблюдение определенного температурного режима работы аппаратов, для чего
аппараты оборудуют приборами автоматического контроля, защиты, регулирования,
блокировки: защищают емкости теплоизоляцией, экранами, окраской, размещают на
определенном расстоянии от приборов отопления и источников тепла.
1.3. Соблюдение нормального процесса конденсации паровой фазы.
Это достигается:
•
оборудованием аппаратов приборами автоматического регулирования, подачей
хладагента в конденсаторы в зависимости от давления и температуры паров;
•
контролем температуры хладагента перед поступлением в конденсаторы и на
выходе из них;
•
соблюдением установленных сроков очистка теплообменной поверхности от
отложений;
•
контролем за режимом конденсации паровой фазы.
1.4.
Исключение попадания низкокипящих жидкостей в высоко нагретые аппараты.
Для этого необходимо:
•
на линиях подачи водяного пара в аппараты устраивать приспособления для
продувки линий от конденсата;
•
осушивать и обезвоживать вещества, подаваемые в аппарат;
•
следить, за правильностью присоединения линий к аппарату;
•
подавать пар в достаточно прогретые аппараты.
1.5.
Соблюдение режима работы аппаратов
достигается:
•
веществ;
•
с экзотермическими
процессами
устройством автоматических дозаторов соотношения подаваемых в аппарат
применением автоматических регуляторов подачи хладагента;
•
обеспечением своевременного отвода
автоматическое стравливание избыточного давления.
газообразных
продуктов
реакции,
1.6.
Все аппараты, при работе которых могут образоваться повышенные давления,
защищают предохранительными клапанами.
2.
Предупреждение динамических воздействий на аппараты.
2.1. обеспечение плавности изменения давления при пуске, остановке и в периоды
перехода с одного режима работа аппарата на другой;
2.2. не допущение гидравлических ударов, для чего на питающих линиях с жидкостями
устанавливают обратные клапаны, газовые колпаки на газовых линиях от компрессоров,
применяют различные устройства против попадания жидкостей в газовые линии компрессоров;
2.3. защита аппаратов от вибрации, это достигается:
•
заменой поршневых насосов и компрессоров центробежными,
•
заменой двигателей внутреннего сгорания, используемых в качестве привода
машин и агрегатов, на электродвигатели;
•
устройством массивных фундаментов под вибрирующими аппаратами,
•
надежным креплением трубопроводов и аппаратов,
•
изоляцией вибрирующих аппаратов эластичными прокладками, пружинами.
3.
Защита от эрозии:
3.1. выбор материала для аппаратов и трубопроводов, устойчивый к данному виду
эрозии;
3.2. увеличение поверхностной износоустойчивости стенки путем снижения
шероховатости ее поверхности, повышения поверхностной твердости материала, созданием
прочного защитного слоя футеровки и т. п.;
3.3. уменьшение турбулентности потока и механического воздействия струи путем
выполнения плавных поворотов и переходов трубопроводов и снижения их количества,
применения успокоителей, отражателей и рассекателей потоков и струй;
3.4. обеспечение очистки газов и жидкостей от твердых примесей (частиц);
3.5. осуществление систематического контроля толщины стенки.
4.
Предупреждение разрушения аппаратов от температурных воздействий.
4.1. Устройство теплоизоляции аппаратов.
4.2. Устройство температурных компенсаторов.
4.3.
Медленный прогрев и охлаждение толстостенных аппаратов.
4.4.
Медленный прогрев и охлаждение аппаратов в период пуска и остановки;
4.5. Устройство подвижных опор
трубопроводов большой протяженности.
при
закреплении
прямолинейных
4.6.
Контроль температурного режима.
4.7.
Применение жаростойких и морозостойких материалов.
4.8.
Снижение рабочих нагрузок на стенки аппаратов.
5.
Предупреждение разрушения аппаратов от химических воздействий.
участков
5.1. Применение жаростойких сталей с легирующими добавками.
5.2. Применение специальных антикоррозийных защитных покрытий.
5.3. Снижение активности коррозионной среды (обезвоживание, удаление кислорода,
введение ингибиторов, присадок и т.п.).
5.4.
Применение установок катодной защиты
5.5.
Применение установок протекторной защиты.
5.6.
Замена металлов на неметаллы.
Кроме рассмотренных мер, обеспечивающих уменьшение количества горючих веществ,
выделяющиеся из аппаратов, эффективным средством борьбы против образования
взрывоопасных концентраций, является устройство систем вентиляции производственных
помещений. Помимо этого во взрывопожароопасных помещениях и установках необходимо
осуществлять постоянный контроль состояния воздушной среды газоанализаторами.
Вывод по вопросу:
Для предупреждения образования горючей концентрации смеси в аппаратах необходимо
учитывать ее агрегатное состояние, а так же температуру и давление внутри аппарата.
Вывод по занятию:
Поддержание технологического оборудования в исправном состоянии – основа безопасной
работы производства. Повреждение работающих агрегатов может привести к образованию
горючей среды в аппарате, выбросу горючих веществ из аппарата, инициировать горение и
взрыв.