книги / Основы техники безопасности на нефтеперерабатывающих заводах

ний на циферблатах, либо посредством записи на кар­ тограммах (бумажных дисках или лентах), иногда од­ новременно подается звуковой или световой сигнал.

Контрольная сигнализация широко применяется во всех отраслях нефтеперерабатывающей промышлен­ ности. При ее посредстве оператор, глядя на пульт управления, куда вынесены показывающие элементы приборов, может следить за температурой, давле­ нием, уровнем продукта в аппаратах и емкостях, за скоростью процессов, судить о работе или остановке отдельных машин, о положении запорных органов на коммуникациях, а также за другими параметрами. Это позволяет оператору своевременно устранять отклоне­ ния от нормального режима, предотвращать аварий­

ные ситуации.

Автоматическая защита является более высокой ступенью автоматизации технологического процесса. Ее приборы при достижении предельно допустимых значений параметров частично или полностью оста­ навливают технологический процесс, прекращают по­ дачу сырья, переводят аппараты, насосы и компрес­ соры на холостой ход, на циркуляцию, сбрасывают из­ быток паров или газов в атмосферу или факельную линию, переключают оборудование на резервное, при­ меняют другие меры защиты. Автоматическая защита используется для предупреждения самых различных опасных ситуаций.

На компрессорах устанавливаются автоматические регуляторы давления: при повышении давления сверх допустимого они переводят компрессор на холостой ход; применяются автоматические устройства, выклю­ чающие компрессор при снижении давления охлаж­ дающей воды, при повышении ее температуры. Авто­ матическая защита применяется для предупреждения переливов во время наполнения емкостей продуктами, для предупреждения распространения огня по техно­ логическим и вентиляционным коммуникациям, для автоматического тушения пожаров и во многих дру­ гих случаях отклонения режима от нормального.

Как правило, автоматическая защита приводит в действие аварийную сигнализацию, чтобы предупре­ дить обслуживающий персонал о возникшей опасной обстановке.

151

Очень большое значение для предотвращения не­ счастных случаев и аварий имеет блокировка. Это спе­ циальный вид автоматической защиты, цель кото­ рой— исключать одновременно недопустимые, непо­ следовательные и другие неправильные операции. В ряде технологических процессов нельзя начинать сле­ дующую операцию до тех пор, пока не будет полно­ стью завершена предыдущая операция. Если опера­ тор по ошибке попытается начать последующую опера­ цию в то время, пока не закончилась предшествующая, блокировка не допустит этого.

В центрифугах применяют блокировку, устроенную так, что при открытой крышке центрифугу нельзя включить в действие, а также невозможно открыть крышку до полного прекращения вращения центрифуги. Блокировочные устройства применяют так­ же в аппаратах, работающих под давлением, и тогда люки и крышки нельзя открыть до тех пор, пока давление не будет полностью снято.

Блокировка используется не только в технологиче­ ских установках. Дверь кабины лифта сблокирована так, что ее нельзя открыть во время движения или если кабина не встала против выходной двери из шах­ ты лифта. В помещениях ряда электроустройств двери сблокированы так, что их нельзя открыть без предва­ рительного снятия напряжения с электроустановки.

Дальнейшими ступенями автоматизации являются автоматическое управление и автоматическое регули­ рование технологических процессов.

При автоматическом управлении при помощи при­ боров обеспечивается заранее заданное последова­ тельнее включение и прекращение действия отдель­ ных аппаратов и оборудования, предотвращается не­ согласованность их действия.

Автоматическое регулирование посредством прибо­ ров поддерживает или изменяет по заранее заданным условиям параметры технологического процесса без участия оператора.

Автоматическое управление и автоматическое регу­ лирование являются основой для перехода к комплекс­ ной, автоматизации и в дальнейшем к применению электронно-вычислительных машин (ЭВМ), позволяю­ щих полностью без участия оператора поддерживать

15?

наиболее оптимальные и безопасные условия ведения технологического процесса.

Технические средства автоматизации состоят из большого числа различных видов приборов и уст­ ройств, соединенных в определенную систему.

Функции автоматической системы прежде всего за­ ключаются в выдаче информации о состоянии и изме­ нениях параметров технологического процесса. Это вы­ полняют датчики, установленные непосредственно в тех точках, в которых надо замерять величины пара­ метров. Для каждого параметра применяются соот­ ветствующие датчики, например

для измерения температуры — биметаллические термопары, термометры сопротивления и другие уст­

электрические и радиоактивные датчики. Определенные виды датчиков применяются для из­

мерения расхода жидкостей или газов в единицу вре­ мени, плотности и влажности веществ, химического со­ става среды и других параметров.

Полученная датчиками информация о состоянии и изменении параметров технологического процесса пе­ редается по линиям связи в приборы, где она исполь­ зуется. Передача осуществляется гидравлическими, пневматическими или электрическими источниками энергии, иногда способы передачи комбинируются. Бо­ лее безопасны гидравлические и пневматические си­ стемы передачи, потому что они, как правило, не мо­ гут создавать импульса воспламенения. Но вслед­ ствие их относительно медленного действия чаще при­ ходится применять электрические связи. Конечно, их делают с учетом требований взрывобезопасности.

Полученная информация перерабатывается в зави­ симости от степени автоматизации либо в показания приборов на пульте управления, либо в импульсы ис­ полнительных устройств, воздействующих на техноло­ гический процесс. В последнем случае исполнительные устройства через другую систему связи вызывают дей­ ствие приборов регулирования или управления, та­ ких, как выключатели, включатели, клапаны, вентиля,

153

Г Л А В А

V

УСЛОВИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ КОНСТРУИРОВАНИИ

И ЭКСПЛУАТАЦИИ ОБОРУДОВАНИЯ

Технологические процессы нефтеперерабатываю­ щей промышленности отличаются большим разнооб­ разием, поэтому оборудование, предназначенное для их осуществления, также весьма различно. Если обо­ рудование неудачно сконструировано или неправиль­ но обслуживается, то при его эксплуатации могут возникнуть опасности и вредности, причем они специ­ фичны для каждого вида оборудования. Приведем не­ сколько примеров.

Большая группа оборудования применяется для осуществления реакционных процессов, нередко про­ водимых под большим давлением, при высоких темпе­ ратурах, с веществами взрывоопасными и токсичны­ ми, например в колоннах, реакторах и других аппара­ тах. Здесь особенно опасны нарушения прочности и герметичности оборудования, которые могут вызвать аварии, взрывы, разрушения строительных конструк­ ций, отравления обслуживающего персонала.

В ряде технологических процессов основными ап­ паратами являются различного вида печи, например трубчатые, применяемые при перегонке нефти и ма­ зута, термическом и каталитическом крекинге, очи­ стке масел; сушильные печи в производстве шарико­ вого катализатора; печи генераторов установок для получения инертного газа и др. Здесь помимо воз­ можных взрывов и пожаров характерными опасно­ стями являются термические ожоги, особенно при хлопках и взрывах в топках, и отравления продукта­ ми сгорания.

Эксплуатация различных фильтров, коксовых ку­ бов и некоторого другого оборудования связана с

155

затратами тяжелого физического труда и непосред­ ственным контактом работающих с химическими ве­ ществами, могущими загрязнить тело рабочего.

При эксплуатации дробильно-размольных устано­ вок, применяемых в производстве катализаторов, от­ беливающих земель, в процессе непрерывного коксо­ вания основную опасность представляют возможные механические травмы от движущихся частей обору­ дования и выбросов размалываемого вещества, а так­ же от пыления, так как при измельчении некоторых веществ может произойти взрыв пыли.

Таким образом, для каждого вида оборудования и аппаратуры характерны свои специфические опасно­ сти. Меры их предотвращения подробно изложены в технологических картах и инструкциях по технике безопасности для каждого вида производства. Все же имеются некоторые общие для всех видов оборудова­ ния направления по созданию безопасных и здоровых условий труда. О них и будет идти речь в этой главе.

1. Прочность оборудования

Безопасные и здоровые условия труда предусма­ триваются в процессе конструирования и изготовления машин и аппаратов. В первую очередь расчетом обес­ печиваются необходимая надежная их прочность, по­ тому что несоблюдение этого важнейшего требования безопасности может вызвать при эксплуатации обо­ рудования разрушения, поломки, привести к авариям и несчастным случаям.

Аппаратура и машины в процессе работы подвер­ гаются воздействиям различных внешних сил: меха-

нических, тепловых и химических.

Важнейшими механическими воздействиями яв­ ляются:

давление, которое испытывают изнутри или сна­ ружи стенки аппаратов, например реакторов, вакуум­ ных колонн;

удары, испытываемые рабочими частями дроби­ лок, мельниц, гидравлические удары;

истирание, которому подвергаются поверхности внутренних стенок аппаратов и лопастей мешалок при размешивании разных веществ, особенно содержащих твердые взвешенные частицы, и в других случаях.

156

Тепловые 'воздействия имеют место в аппаратах с высокотемпературными процессами, в печах, при суш­ ке продуктов, в теплообменниках, в трубопроводах, по которым передаются горячие продукты, и во мно­ гих аппаратах.

Очень разнообразны химические, воздействия на аппаратуру и трубопроводы. Они вызываются дей­ ствием кислот, щелочей, кислых газов и паров и дру­ гими агрессивными веществами.

Для безопасной эксплуатации оборудования на предприятиях нефтеперерабатывающей промышлен­ ности важное значение имеют механическая прочность применяемых материалов, их (жаропрочность и хими­ ческая стойкость.

Под механической прочностью понимается способ­ ность твердых тел, подвергаясь в определенных пре­ делах действию внешних сил, не разрушаться и не получать остаточных деформаций.

Деформацией называется изменение формы тела под влиянием внешних сил. Деформация может быть упругой, если тело после снятия нагрузки полностью восстанавливает первоначальные форму и размеры. Если тело не восстанавливает первичной формы и размеров, деформация называется остаточной. Нали­ чие остаточных деформаций в частях оборудования в подавляющем большинстве случаев недопустимо, по­ этому детали машин и аппаратов можно подвергать только таким воздействиям внешних сил, которые не дают остаточных деформаций. Например, если пло­ ское донышко цилиндрического аппарата в процессе эксплуатации становится выпуклым, более опреде­ ленного предела, то это значит, что имеет место недо­ пустимая деформация и аппарат должен быть оста­ новлен и подвергнут проверке.

При любой деформации в материале возникают препятствующие ей внутренние силы, уравновешива­ ющие действие внешних сил. Внутренние силы могут увеличиваться только до определенного предела, за­ висящего от механической прочности материала. Если внутренние силы не могут уравновесить внешние нагрузки, то происходит разрушение материала.

Меру интенсивности внутренней силы называют напряжением. Напряжение определяется силой.

157

приходящейся на площадь сечения детали, и практиче­ ски выражается в кГ/мм2 или в кГ/см2.

Исходным показателем, характеризующим меха­ ническую прочность материала, является предел проч­ ности, при котором нагрузка и вызываемые ею на­ пряжения разрушают материал или дают недопусти­ мые остаточные деформации. Предел прочности не­ одинаков для различных видов материалов.

Предел прочности определяется опытным путем на специальных испытательных машинах; полученные результаты систематизируются, излагаются в спра­ вочниках и используются конструкторами при проек­ тировании машин и аппаратов.

Нельзя допускать, чтобы детали машин и аппара­ тов работали при нагрузках, близких к пределу проч­ ности, потому что тогда небольшое случайное увели­ чение нагрузки может вызвать разрушение детали. Допустимая нагрузка рассчитываемся так, чтобы она была меньше предела прочности. Число, показываю­ щее, во сколько раз расчетная нагрузка меньше пре­ дельно допустимой, называется запасом прочности, он обычно колеблется от 5 до 10.

Рассчитывая детали машин и аппаратов, как пра­ вило, применяют принцип равнопрочности. Это зна­ чит, что все детали рассчитываются с одинаковым за­ пасом прочности. Если не соблюдать этого требова­ ния, то одни детали выйдут из строя раньше других и повышенная прочность остальных не будет иметь смысла. Однако в ряде случаев принцип равнопроч­ ности умышленно не применяют, делая одну деталь заведомо менее прочной с тем, чтобы в случае пере­ грузки. сломалась именно она и предотвратила раз­ рушение всего аппарата или машины. Например, в дробилках при попадании особо твердого или очень большого куска материала такая дешевая и легко за­ меняемая деталь предотвратит порчу других более ценных и ответственных деталей. На этом же прин­ ципе основано применение легко разрушаемых пане­ лей и крыш, а также разрывных мембран (см. стр. 50 и 183).

При конструировании оборудования учитывают не только предел прочности, но и ряд других условий, определяющих надежность его работы. Эти условия

158

изложены в курсах сопротивления материалов. Здесь мы остановимся лишь на явлениях усталости мате­ риалов.

Исследованиями и практикой установлено, что при длительном действии знакопеременных нагрузок * ма­ териал разрушается при напряжениях, меньших, чем предел прочности. Это явление называется усталостью материала. Основной причиной усталости материала является возникновение небольших постепенно рас­ ширяющихся трещин в теле детали, отчего умень­ шается поперечное ее сечение и, следовательно, уве­ личиваются напряжения; когда они превысят предел прочности, деталь разрушится. Появлению усталости способствуют острые выточки на поверхностях дета­ лей, шпоночные канавки, резкие переходы от тонкой части к утолщениям и другие конструктивные недо­ статки. Поэтому конструкторы стараются придавать деталям по возможности плавные очертания, не до­ пускать резких переходов поперечных сечений. Гру­ бая обработка поверхностей деталей также может вызвать появление трещин, поэтому ответственные части оборудования после обработки шлифуют или даже полируют; установлено, что в отдельных слу­ чаях полированные детали могут выдержать знако­ переменные нагрузки, в полтора-два раза большие, чем грубо обточенные. При эксплуатации машин по­ явление ржавчины, царапин, рванин на деталях, нарушая гладкую поверхнссть, создает очаги, «а кото­ рых может появляться и возрастать трещина устало­ сти. Поэтому за деталями, испытывающими знакопе­ ременные нагрузки, необходимо постоянно следить, чистить их и смазывать, не допускать их ржавления.

При конструировании оборудования и аппаратуры учитывается, чго движущиеся с большей скоростью порошкообразные твердые тела и жидкости могут оказывать значительное разрушающее действие. Раз­ рушение поверхности аппаратуры от механического действия движущейся среды называется эрозией.

Проявление эрозии можно видеть, например, при движении пылевидного или шарикового катализатора

* Знакопеременными называются такие нагрузки, когда внешняя сила действует попеременно в разных направлениях, например в штоке парового насоса.

159

по аппаратуре и продуктопроводам. Если вертикаль­ ный ствол, по которому движется катализатор, имеет выпуклые швы или собран из отдельных обечаек, вы­ ступающие их элементы будут стираться. Когда на пути потока катализатора встречается препятствие, например в виде кармана для термопары, то он бы­ стро протрется и последняя, конечно, выйдет из строя. Даже удар струи жидкого продукта под прямым уг­ лом к стенке аппарата вызовет ее ускоренный износ в месте удара. Поэтому потоку при входе в аппарат стараются либо придать скользящее направление вдоль стенки, либо направить его на отбойный, легко заменяемый козырек

Нужно знать все места, где возможно проявление эрозии, и при проведении осмотров и ремонтов осо­ бенно тщательно их проверять.

При тепловых воздействиях способность конструк­ ционных материалов противостоять внешним нагруз­ кам значительно изменяется. При повышении темпе­ ратуры предел прочности металлов понижается.

Прочность металлов понижается также при глубо­ ком охлаждении: они становятся хрупкими и слабее сопротивляются ударным нагрузкам. Способность ма­ териалов противостоять разрушению от механических нагрузок при высоких температурах называется жа­ ростойкостью. Жаростойкость различных конструк­ ционных материалов неодинакова. Для металлов она повышается легированием, т. е. включением в их со­ став тугоплавких металлов (таких, как хром, воль­ фрам и др.); иногда жаростойкость металлов повы­ шается соответствующей термической обработкой — закалкой с отпуском, ковкой и другими способами. Устойчивость металлов против глубокого охлаждения также повышается легированием.

Учитывая возможные нагрузки, условия внешней среды, механические свойства, жаропрочность и хи­ мическую стойкость материалов *, а также многие другие требования надежности и безопасности, кон­ структоры рассчитывают проектируемые аппараты и оборудование на прочность. Может быть два направ­ ления таких расчетов.

* О химической стойкости материалов, см. стр. 163 и далее.

160