Апаратурне оформлення небезпечних виробництв. Класифікація апаратів і машин та вимоги до їх надійності. (Лекция 3) презентация

кафедра
пожежної і техногенної безпеки об`єктів та технологій

Змістовний модуль 1
Оцінка небезпеки потенційно небезпечних виробництв
Т.1.1. Теоретичні основи безпечності потенційно небезпечних процесів виробництв
Лекція 3: Апаратурне оформлення небезпечних виробництв. Класифікація апаратів і машин та вимоги до їх надійності.

План лекції
Вступ
Класифікація апаратів і машин.
Пошкодження технологічного обладнання в результаті механічних впливів.
Інженерно-технічні заходи, що виключають пошкодження технологічного обладнання від механічних впливів.
Пошкодження технологічного обладнання в результаті температурних впливів.
Інженерно-технічні заходи, що виключають ушкодження технологічного обладнання від температурних впливів.
Висновки

Класифікація апаратів і машин

За тепловим режимом
Ізотермічні
Адіабатичні
Реактори з програмованим тепловим режимом

Ізотермічні апарати, реактори — у яких процес протікає при постійній температурі у всіх частинах реакційного об’єму. У реальних умовах досягти сталості температури майже неможливо, тому для більшості реакторів найбільш характерним є політропічний режим, тобто частковий відвід тепла за допомогою тепло- і холодоагентів.

Адіабатичні апарати, реактори - працюють без підведення і відводу тепла (усе тепло, що виділяється або поглинається в реакторі, акумулюється реакційною сумішшю). Ці реактори прості по конструкції, у них немає теплообмінних пристроїв, для адіабатичного режиму використовують теплоізоляцію.

У реакторах із програмованим тепловим режимом теплообмін здійснюється відповідно до заданої програми зміни температури по висоті реактора або у визначених частинах реакційного об’єму (у визначені проміжки часу).

Основний апарат для проведення хімічних реакцій — реактор хімічний (колони, автоклави камери і т.д.).
У реакторах крім хімічних йдуть і фізичні процеси, за допомогою яких створюються оптимальні умови здійснення хімічних реакцій (температура, тиск і ін.). Тому хімічні реактори часто мають спеціальні пристрої (мішалки, підігрівники, холодильники) чи з'єднуються з іншими апаратами (компресорами, теплообмінниками, сепараторами, казанами, утилізаторами і т.д.).

За способом організації процесу
Реактори періодичної дії.
Реактори безупинної дії.

У реакторах періодичної дії вихідну сировину завантажують через визначені проміжки часу, після здійснення хімічної реакції продукти реакції вивантажують з реактора. У реакторах періодичної дії всі його стадії (завантаження, реакція, розвантаження) протікають в одному місці (в одному апараті), але в різний час.

Ефективність застосування реакторів періодичної дії характеризується ступенем або коефіцієнтом використання часу його роботи, що дорівнює відношенню тривалості етапу хімічних перетворень до тривалості всього циклу:

Причини пошкодження технологічного обладнання
недоліки конструктивного характеру;
дефекти виготовлення;
порушення прийнятих режимів роботи;
відсутність або несправність засобів захисту від перевантажень, неякісного технічного обслуговування та ремонту

Класифікація причин пошкодження технологічного обладнання
пошкодження в результаті механічних впливів;
пошкодження в результаті температурних впливів;
пошкодження в результаті хімічних впливів

1.Пошкодження технологічного обладнання в результаті механічних впливів. Заходи профілактики
Механічні впливи - впливи, що виникають в результаті перевищення розрахункових навантажень на обладнання при збереженні його розрахункової стійкості.

Види механічних впливів
Підвищення внутрішнього тиску:
Динамічні навантаження (вібрація, гідроудар);
Удари вантажів, необережна робота цехового транспорту;
Ударна дія уламків при аваріях сусідніх апаратів тощо.

Динамічні впливи виникають при різких змінах величини тиску в апаратах, при гідроударах, у результаті вібрацій, від випадкових ударів тощо.
Визначення приросту тиску в трубопроводі при гідроударах
(формула М.Є.Жуковського)

де с - швидкість поширення ударної хвилі, м/с; Δω - зменшення швидкості руху рідини в трубопроводі, м/с; ρt - щільність рідини при робочій температурі, кг/м3.

де Еж , Е - модуль пружності рідини та матеріалу труби, Па; d - внутрішній діаметр труби, м; δ - товщина стінки труби, м [14,15].

Вибір запобіжного клапану :
Повинні спрацьовувати при досягненні тиску:
> 0,5 МПа в апаратах з Рр=0,07-0,3 МПа;
> 15 % робочого тиску в апаратах з Рр< 6 МПа;
> 10 % робочого тиску в апаратах з Рр >6 МПа.

Визначення приросту тиску при попаданні у високотемпературні апарати рідин з низькою температурою кипіння

,

2.Пошкодження технологічного обладнання в результаті температурних впливів. Заходи профілактики.
Температурні перенапруження (ТП) в матеріалі обладнання відбуваються, коли є перешкоди лінійній зміні окремих елементів (вузлів) або конструкції в цілому.
ТП бувають:
при жорсткому кріпленні трубопроводів;
наявності в апаратах біметалевих конструкцій;
в товстостінних конструкціях;
при місцевих змінах температур в матеріалі апарата.

Дія високих температур на матеріал апаратів
Умови для перегріву металу : забруднення теплообмінної поверхні апаратів (прогар стінки);
утворення коксу, термополімерів;
тривала дія високих температур;
зниження рівня рідини в апаратах.

Дія низьких температур на матеріал апаратів
Приводить до падіння ударної в’язкості сталі (холодоламкість);
Втрата ударної в’язкості - до утворення тріщин і до повного руйнування апаратів.
Найбільший вплив на ударну в’язкість має вміст вуглецю (із збільшенням кількості вуглецю та фосфору крихкість сталі збільшується).

КОЖУХОТРУБЧАСТИЙ ТЕПЛООБМІННИК
З ЛІНЗОЮ НА КОРПУСІ
1 – корпус теплообмінника;
5 – лінза.

КОЖУХОТРУБЧАСТИЙ ТЕПЛООБМІННИК
З ПЛАВАЮЧОЮ ГОЛОВКОЮ
1 – корпус теплообмінника;
2 – плаваюча головка.

КОЖУХОТРУБЧАСТИЙ ТЕПЛООБМІННИК
З ВИГНУТИМИ ТРУБАМИ
1 – корпус теплообмінника;
4 – вигнуті трубки.

КОЖУХОТРУБЧАСТИЙ ТЕПЛООБМІННИК
З САЛЬНИКОМ
1 – корпус теплообмінника;
3 – сальник.

ВИНИКНЕННЯ ТЕМПЕРАТУРНИХ НАПРУЖЕНЬ
Забруднення апарата приводять до зниження інтенсивності теплообміну. Встановлено, що накипання товщиною 1 мм знижують коефіцієнт теплопередачі приблизно на 10-16%, а товщиною 5 мм - на 40-50%.

Визначення температурних напружень в теплообмінниках із жорстким з'єднанням корпуса і трубок:

Небезпека руйнування апаратів виникає, якщо не виконується умова міцності

Розрахункові допустимі напруження для апаратів з горючими речовинами визначають за формулою:

,
,

Захист апаратів від температурних перенапружень
застосування температурних компенсаторів;
застосування автоматичних регуляторів температури;
контроль температури стінок апаратів;
охолодження внутрішніх стінок апаратів;
теплоізоляція зовнішньої поверхні апаратів;
плавне нагрівання і охолодження апаратів при їх пуску і зупинці.

Захист апаратів від дії високих температур
- застосування спеціальних сталей;
- очищення внутрішніх поверхонь від коксу й інших відкладень;
- футеровка внутрішньої поверхні апаратів.

Захист апаратів від дії низьких температур
застосування сталі з підвищеною ударною в’язкістю (вуглецеві сталі підвищеної якості, низьколеговані );
захист теплоізоляційним прошарком;
обладнання внутрішніми змійовиками з циркулюючим теплоносієм (резервуари з СВГ)

3.Пошкодження технологічного обладнання в результаті хімічного впливу. Заходи профілактики.
Хімічний знос (корозія) - зменшення товщини або стійкості стінок апаратів у результаті хімічної взаємодії матеріалу з речовинами або із зовнішнім середовищем.

Класифікація корозійних процесів
За механізмом протікання: хімічна, електрохімічна;
За умовами протікання: газова, атмосферна, під дією струмів, підземна, біологічна тощо);
За характером руйнування: суцільна, місцева.

Хімічна корозія - киснева; сірководнева; сірчана; воднева
Утворення нестійких оксидних плівок

Захист від корозії
Застосування корозійностійких металів;
Застосування захисних покриттів;
Зменшення корозійної активності середовища;
Застосування неметалевих хімічно стійких матеріалів;
Установка катодного та протекторного захисту