книги / Основы техники безопасности на нефтеперерабатывающих заводах

1. По заданным нагрузкам и допускаемым напря­ жениям определяют размеры конструкций, обеспечи­ вающие их прочность, или по заданным нагрузкам и желаемым размерам деталей определяют напряжения в конструкции, по величине которых подбирается нуж­ ный материал. Такие расчеты характерны для кон­ струирования новой аппаратуры и машин и назы­ ваются проектировочными.

2. По известным нагрузкам и размерам имеющихся деталей рассчитывают напряжения в конструкции и сравнивают их с допустимыми. Или же по известным размерам имеющихся деталей и допускаемым напря­ жения определяют максимально допустимую нагрузку на конструкцию. Такие расчеты применяют главным образом к эксплуатируемым аппаратам и оборудова­ нию и называют проверочными. Они нужны, когда не­ обходимо проверить, как будет вести себя оборудова­ ние при изменении условий его эксплуатации или в случае, когда окажется, что прочность материала по­ чему-либо снизилась.

Из сказанного очевидно, что прочность и надеж­ ность работы оборудования строго рассчитаны и рег­ ламентированы при конструировании и все внешние на него нагрузки не могут произвольно меняться кем бы то ни было без нового проверочного расчета. Об­ служивающий персонал не должен по своему усмотрению превышать установленные технологической картой давления, температуры и другие внешние воз­ действия на аппаратуру и механизмы.

Иногда думают, что поскольку при расчете зало­ жен некоторый запас прочности, то можно и увеличи­ вать нагрузку. Это неверно. Напряжения в деталях могут возрастать не пропорционально повышению давления или температуры, а нарастать прогрессивно и достичь опасных для прочности пределов. В аппара­ турном процессе отдельные аппараты часто бывают связаны с другими аппаратами и превышение давле­ ния в одном из них может вызвать недопустимые на­ пряжения в других. Не всегда есть уверенность, что материал в результате усталости или эрозии может выдержать повышенные нагрузки. Поэтому строгое со­ блюдение параметров технологического режима, кото­ рые могут вызвать увеличение нагрузки, — обязательно.

В теле деталей технологического оборудования могут быть дефекты, возникшие в процессе его изго­ товления и незаметные снаружи: трещины, раковины, включения и другие нарушения структуры материала. Они представляют определенную опасность, так как

тоды. Новым достижением советской техники является разработка метода интроскопии (внутривидения) для непосредственного, видения внутри непрозрачных тел

и сред.

На практике применяют упрощенные способы опре­ деления дефектов. При акустическом способе деталь простукивают ручником: если в ней нет трещин, то звук получается чистый и ровный, в противном слу­ чае— дребезжащий. Для определения величины из­ носа стенок аппаратуры иногда пользуются способом

контрольной засверловки; если окажется, что толщина стенок уменьшилась в недопустимых пределах, то аппарат заменяют или переводят на более мягкий режим.

Порядок проведения испытаний определяется ин­ струкциями и должен строго соблюдаться.

162

2. К оррозионная стойкость оборудования

Коррозией называется разрушение металла вслед­ ствие химического или электрохимического взаимодей­ ствия его с окружающей средой. Окружающая среда, в которой происходит коррозия, называется корро­ зионной или агрессивной.

Коррозия начинается с поверхности металла, по­ степенно распространяется на более глубокие его слои и может вызвать полное разрушение тела.

Различают химическую и электрохимическую кор-,

розии.

Химическая коррозия вызывается непосредствен­ ным действием на металл агрессивной среды.

Например, в сырой нефти содержатся соли, состоящие в ос­ новном из хлоридов натрия, кальция и магния. В процессах пер­ вичной перегонки, гидролизируясь, они выделяют свободную со­ ляную кислоту, вызывающую сильную хлористоводородную кор­ розию. При температуре выше 350° С сероводород, содержащийся в нефтях и дистиллятах, непосредственно химически реагирует с железом, образуя сернистое железо. Оно смывается потоком жидкости или газа, а свежая поверхность металла вновь подвер­ гается действию сероводорода, поэтому процесс разрушения идет все дальше и дальше. К числу веществ, вызывающих химическую коррозию, относятся: серная кислота, применяемая во многих процессах нефтеперерабатывающей промышленности, фосфорная кислота, используемая в производстве этилового спирта методом прямой гидратации, кислород, хлор, окись углерода, водород и другие газы.

Следует отметить, что некоторые агрессивные ве­ щества создают на поверхности металла окисные пленки, предохраняющие металл от дальнейшего разъ­ едания. Такие пленки называются защитными, или пассивирующими. Если они не будут механически раз­ рушены, то коррозия прекратится. Например, серная кислота вызывает наиболее сильную коррозию при концентрациях 10—20%, с повышением концентрации коррозия замедляется, а при концентрациях 95—98% кислота полностью теряет свою коррозионную актив­ ность вследствие образования пассивирующей пленки и ее можно хранить и перевозить в металлических со­ судах без применения специальных мер защиты.

Электрохимическая коррозия возникает при нали­ чии в непосредственной близости двух различных ме­

таллов, окруженных раствором, проводящим электри­ ческий ток, —электролитом. Получается своего рода гальванический элемент; между обоими металлами возникает электрический ток, и металл, играющий роль анода, станет постепенно разрушаться. Этот про­ цесс будет происходить и при наличии металла одного вида, если он содержит различные посторонние при­ меси и загрязнения, имеет шероховатую неровную по­ верхность. Хотя возникающие при электрохимической коррозии электрические токи сами по себе весьма сла­ бы и создающие их гальванические микроэлементы ничтожны по своим размерам, их суммарное действие и его большая продолжительность могут весьма силь­ но разрушать металл и ослаблять его прочность.

Проявления электрохимической коррозии увеличи­ ваются в местах соприкосновения разнородных метал­ лов, а также там, где нарушена однородность мате­ риала: в заклепках, сварных швах, в местах, где имеются трещины, рванины, царапины. Особенно силь­ ной электрохимической коррозии подвергаются те уча­ стки аппаратуры, в которых конденсируется жидкость: днища резервуаров, погружные теплообменники, водо­ отделители и др. Вёсьма благоприятны условия для коррозии в почве: почвенная вода содержит рас­ творы кислот и солей и является хорошим электро­ литом.

Степень опасности коррозии определяется ее ско­ ростью. Основным показателем скорости , коррозии яв­ ляется так называемая коррозионная проницаемость, т. е. глубина разрушения металла, выражаемая в мил­ лиметрах в течение года (мм/год). Понятно, что для различных материалов, видов оборудования, условий их работы, свойств агрессивных сред коррозионная стойкость будет неодинакова. Она определяется на основании большого опыта эксплуатации оборудова­ ния. Например, определено, что на установках ката­ литического риформинга, несмотря на очистку цирку­ лирующего газа, сероводородная коррозия тепло­ обменников достигает 1мм/год. Зная величины корро­ зионной проницаемости, можно своевременно принять соответствующие меры защиты оборудования и опре­ делить сроки замены отдельных деталей при плановопредупредительном ремонте (см. стр. 222 и далее).

164

Проявления коррозии, если их своевременно не предупредить, могут вызвать недопустимое ослабление прочности аппаратов, емкостей и трубопроводов и привести к авариям,-взрывам и пожарам.

На одном из заводов синтеза спирта вследствие нарушения технологического режима узла нейтрализации фосфорной кис* лоты часть ее не успевала нейтрализоваться щелочью и уноси­ лась с продуктами реакции в теплообменник-рекуператор и разъ­ едала его стенку. В результате коррозии стенка теплообменника разорвалась, горячие продукты реакции стали выходить наружу, образовывалась взрывоопасная газо-воздушная смесь и произо­ шел взрыв, от которого пострадали аппаратчики.

Повреждения днищ резервуаров от коррозии, пока они не замечены, могут достичь больших размеров, а вытекающие нефтепродукты сильно пропитать почву и создать пожарную опасность. То же относится и к продуктопроводам. Подсчитано, что при утечке свет­ лых нефтепродуктов со скоростью всего две капли в 1 сек потеря в месяц составляет 130 л. Отсюда по­ нятно, насколько увеличивается пожароопасность даже при относительно небольших повреждениях от коррозии.

Все опасные по коррозии участки аппаратуры дол­ жны находиться под постоянным надзором и подвер­ гаться проверкам, установленным для каждого вида оборудования.

Меры противокоррозионной защиты различны и зависят от условий производственного процесса и при­ меняемого оборудования.

Еще в процессе конструирования оборудования стремятся обеспечить отсутствие в аппаратуре местных перегревов, сосредоточенного действия жидкостей и паров, застоя жидкостей и их накопления в пазах и углублениях, стекания агрессивных сред по стенкам аппаратов и других конструкционных недостатков, ко­ торые могут усилить коррозию.

Очень важное значение имеет правильный подбор конструкционных материалов. Для предотвращения коррозии, вызываемой сероводородом и хлористым во­ дородом, применяется аппаратура из высоколегирован­ ных сталей, содержащих хром, марганец, никель, ти­ тан. Ввиду того, что высоколегированная сталь дорога, аппаратуру изготовляют двухслойную; внутренний

165

слой делают из высоколегированной стали, а наруж­ ный—из углеродистой или низколегированной. При­ меняют также неметаллические покрытия: диабазовые плитки, диабазоцемент, асбоцемент, битумы, эмали, лаки, составы на основе эпоксидных смол и др.

Выбор противокоррозионного материала или по­ крытия— ответственное дело, потому что меры за­ щиты, целесообразные в условиях работы с одними химическими веществами, могут оказаться непригод­ ными при работе с другими. Именно поэтому нельзя произвольно заменять противокоррозионные материа­ лы. Были случаи, когда в процессе эксплуатации не­ оправданно производилась такая замена и это вызы­ вало ускоренную коррозию и аварию.

Предупредительной мерой для защиты от хлори­ стоводородной коррозии является обессоливание сы­ рой нефти, осуществляемое на электрообессоливающей установке (ЭЛОУ).

Для защиты верха атмосферных колони, шлемовых линий и конденсаторов от хлористоводородной коррозии применяется га­ зообразный аммиак, который вводится либо в пары, выходящие из колонны до поступления их в конденсатор, либо непосред­ ственно в колонну. Применяется также защелачивание нефти каустической содой или смесью ее с кальцинированной содой. Аммиак нейтрализует соляную кислоту, а щелочи переводят хло­ риды в менее агрессивные агенты.

Известно, что в гальванической паре разрушению от электрохимической коррозии подвергается анод. Этим обстоятельством иногда пользуются для защиты аппаратуры от коррозии. Если, например, в сделанный из стали аппарат, где есть электролит, поместить цин­ ковую пластинку, то именно она, а не железная стенка аппарата, станет анодом и будет разрушаться, а сталь аппарата будет сохраняться. Если же взамен цинко­ вой поместить никелевую, свинцовую или медную пла­ стинку, то анодом окажется уже железо аппарата и его коррозия значительно усилится. Следовательно, подбирая гальваническую пару так, чтобы стенка ап­ парата была катодом, а не анодом, можно уменьшить ее электрохимическую коррозию. Такой способ защиты от коррозии называется катодной защитой.

На электрифицированных железных дорогах часть тяговых электротоков стекает с рельсов в землю, а из земли проникает

166

в подземные устройства, в том числе в резервуары и трубопро­ воды, усиливая здесь электрохимическую коррозию. Средством защиты от таких блуждающих токов также может служить ка­ тодная защита.

Для замедления коррозии иногда применяют неко­ торые неорганические и органические вещества, назы­ ваемые ингибиторами. Добавка этих веществ в неболь­ ших количествах (десятые и сотые доли процента) значительно снижает скорость коррозионного про­ цесса. Например, скорость растворения стали в соля­ ной кислоте снижается от применения органического ингибитора ПБ4 в зависимости от концентрации кис­ лоты в 20—300 раз. Такой ингибитор применяется при хранении и перевозке соляной кислоты и при очистке соляной кислотой паровых котлов от накипи; при этом накипь растворяется, а стенки котла не подвергаются коррозии.

Предохранение от коррозии аппаратуры, оборудо­ вания, коммуникаций имеет большое значение для создания здоровых и безопасных условий труда. В ряде производств имеются специальные инструкции по за­ щите от коррозии. Понятно, что их выполнение строго обязательно. Но и там, где таких инструкций нет, ра­ бочие должны понимать сущность проявлений корро­ зии на своем участке производства, знать особо опас­ ные в отношении коррозии места, следить за ними, доступными способами предупреждать воздействие корродирующей среды.

Известно, что с повышением температуры и давле­ ния скорость коррозии, как правило, возрастает, уве­ личение скорости движения жидкостей и газов в аппа­ ратах и трубопроводах также влечет за собой усиление коррозии. Поскольку в технологических регламентах эти параметры определены с учетом коррозионного действия, очевидно, что их нарушение будет увеличи­ вать степень коррозии, поэтому такие нарушения недо­ пустимы. Даже при правильном выборе конструкцион­ ного материала причиной коррозии может служить небрежный уход за оборудованием. Малозаметные трещины в кислотоупорной футеровке могут привести впоследствии к серьезным авариям. Установлено, что трещины, рванины, царапины являются участками, где обычно начинается коррозия, поэтому нельзя

167

допускать их возникновения. Нельзя допускать подте­ ков, капели, скопления жидкости в углублениях, где ее не должно быть, необходимо обязательно поддер­ живать чистоту аппаратуры.

Успех борьбы с коррозией во многом зависит от рабочего. Его прямая обязанность повседневно вести эту борьбу.

3. Герметизация оборудования

Герметизацией называется обеспечение непрони­ цаемости стенок и соединений аппаратов и трубопро­ водов, в которых содержатся жидкости и газы. Если степень герметизации недостаточна, могут происходить утечки из аппаратов и коммуникаций в окружающую атмосферу, особенно опасные, когда оборудование или трубопроводы находятся под большим давлением и содержат горючие, взрывоопасные или токсичные газы. В таких устройствах даже небольшие утечки мо­ гут привести к выбросам в атмосферу за короткий промежуток времени больших количеств опасных га­ зов, паров или жидкостей и вызвать взрывы, пожары и отравления.

Величина утечки жидкостей и газов зависит от размера и характера неплотностей в аппаратуре и от разности давлений снаружи и внутри аппарата.

Утечки чаще всего происходят в местах соединений отдельных частей оборудования. Соединения бывают

неразъемными или разъемными. В правильно выпол­ ненных неразъемных соединениях утечек практически не бывает и, наоборот, в разъемных соединениях при неправильном монтаже и плохом обслуживании утечки могут быть значительными. На нефтеперерабатываю­ щих предприятиях большинство неразъемных соеди­ нений делается сваркой, которая обеспечивает необхо­ димую прочность, герметичность и долговечность со­ единений. Сварка не применяется, когда по условиям работы требуется частая разборка аппаратуры и тру­ бопроводов для промывки, чистки или продувки, а также в тех случаях, когда вследствие взрывоопас­ ности огневые работы не допускаются. В таких слу­ чаях применяются разъемные соединения (на фланцах или на резьбе).

168

В зависимости от условий работы соприкасаю­ щиеся поверхности фланцев различны. На рис. 33 по­ казаны некоторые типы фланцев. Фланцы, изображен­ ные на рис. 33, а и б, применяются у менее ответствен­ ных трубопроводов для неагрессивных жидкостей, пе­ рекачиваемых при небольших давлениях. По мере ужесточения условий перекачки применяют фланцы с выступами и впадинами, с гребнем и канавкой, с кольцевым уплотнением, препятствующими выдавли­ ванию прокладок, увеличивающими поверхность со­ прикосновения и тем самым улучшающими герметич­ ность соединения (рис. 33, в, г).

Рис. 33. Виды фланцевых соединений:

а, б —плоские фланцы с канавками; в. г —фланцы с выточками.

Во фланцевых соединениях для создания, герме­ тичности применяют прокладки, зажимаемые между фланцами или другими соединяемыми деталями. В за­ висимости от производственных условий прокладки делаются из технического картона, клингерита, фибры, асбеста и Других материалов; для. соединений, рабо­ тающих при высоких температурах и давлениях, при­ меняют прокладки из алюминия, меди, свинца и дру­ гих металлов.

Прокладки зажимаются между фланцами, которые стягиваются болтами. При правильной затяжке бол­ тов материал прокладок заполняет все неровности на поверхности фланцевого соединения и вследствие упругости обеспечивает непроницаемость для газов и жидкостей.

Для редко разъединяемых деталей применяются резьбовые соединения; чтобы увеличить степень гер­ метичности, их свертывают на пеньковой подмотке с суриком на олифе. Резьбовые соединения применяют

169

на трубопроводах малого давления для пара, воды и

реже газа.

Значительно сложнее обеспечить необходимую .гер­ метизацию в местах ввода в аппаратуру и машины движущихся деталей: вращающихся валов и совер­ шающих поступательно-возвратное движение штоков. Трудность в этих случаях заключается в том, что уплотнения должны создавать небольшое трение, что­ бы не расходовать непроизводительно энергию на его преодоление; иметь малый износ, иначе герметичность будет быстро нарушаться и межремонтный период ра­ боты оборудования станет уменьшаться, легко и удобно заменяться, чтобы сокращать простои оборудо­ вания во время замены. Конструкторы продолжают работать над устранением этих трудностей.

Основными, широко распространенными в нефте­ перерабатывающей промышленности уплотнениями являются сальниковые с применением набивки или манжет. Принцип их действия основан на том, что на­ бивка вследствие упругости самого материала и давления, оказываемого на него нажимными устрой­ ствами, плотно прижимается к поверхности вала или штока и тем обеспечивает герметичность. Набивочные материалы разнообразны и выбираются в зависимости от условий технологического процесса. Например, для воды обычной температуры применяют пеньковую про­ саленную набивку или прорезиненные шнуры, для пе­ регретой воды и пара — асбестовую просаленную или пропитанную графитом набивку, для минеральных кислот — кислотостойкую, стеклянную, парафиниро­ ванную или пропитанную полихлорвинилом, для щело­ чей— прорезиненную, пропитанную хлорвинилом. Ис­ пользуют также металлические или усиленные прово­ локой набивки.

В ряде случаев применяют уплотнения в виде ман­ жет: при больших давлениях среда, поступающая в пространство манжеты, прижимает ее стенки к уплот­ няющей поверхности, создавая хорошую герметич­ ность. Манжеты делаются из кожи, резины, пластмасс.

При перекачке особо агрессивных гзеществ, утечки которых недопустимы, теперь стали пользоваться бес­ сальниковыми, так называемыми сильфонными уплот­ нениями. Сильфон —это гофрированная трубка, сде-

170