Сосуды и аппараты, работающие под давлением.

Сосуды, работающие под давлением, — это, как правило, герметически закрытые емкости, предназначенные для ведения химических и тепловых процессов, хранения и перевозки сжатых, сжиженных и растворенных газов, а также жидкостей под давлением. Основная опасность при работе таких сосудов — возможность их разрушения при физическом взрыве среды.

Под физическим взрывом понимают мгновенное действие силы внезапного адиабатического (т. е. происходящего без под­вода или отвода тепла) расширения газов или паров, сопро­вождающееся выделением механической энергии и образова­нием взрывной и ударной волн.

Работа, производимая адиабатическим расширением газа при взрыве сосуда, и мощность взрыва зависят от давления в аппарате, его объема, продолжительности действия взрыва (обычно около 0.1 с), показателя адиабаты (отношения теплоемкостей при постоянном объеме, для воздуха равного 1.41) и могут быть подсчитаны по эмпирическим формулам.

Расчеты показывают, что мощность физических (адиабати­ческих) взрывов весьма велика. Например, мощность взрыва (разрыва) сосуда вместимостью 1 м³, находящегося под давлением воздуха, равным 1 МПа, составляет 13 164 кВт. В случае водяного пара мощность взрыва в тех же условиях составляет ≈ 200 000 кВт.

Наиболее частыми причинами аварий и взрывов сосудов, работающих под давлением, являются несоответствие конструк­ции максимально допустимому давлению и температурному режиму, превышение давления сверх предельного, потеря меха­нической прочности аппарата (коррозия, внутренние дефекты металла, местные перегревы), несоблюдение установленного режима, отсутствие необходимого технического надзора.

Безопасность устройства, изготовления и эксплуатации сосудов, работающих под давлением, определяется Правилами устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением. К сосудам, на которые распространяются эти правила, относятся:

- сосуды, работающие под давлением свыше 0.07 МПа;

- цистерны и бочки для перевозки сжиженных газов, давление паров которых при температуре до 50°С превышает 0.07 МПа;

- сосуды и цистерны для хранения и перевозки сжиженных газов, жидкостей и сыпучих тел без давления, но опорожняемые под давлением газа свыше 0.07 МПа;

- баллоны, предназначенные для перевозки и хранения сжатых, сжиженных и растворенных газов с рабочим давлением свыше 0.07 МПа.

Правила не распространяются на приборы парового и водя­ного отопления; сосуды вместимостью не свыше 25 л, для которых произведение емкости в литрах на рабочее давление в МПа не превышает 20; части машин, не представляющие собой самостоятельных сосудов (цилиндры двигателей паровых и воздушных машин и компрессоров, неотключаемые промежу­точные холодильники и масловодоотделители компрессорных установок, воздушные колпаки насосов идр.); трубчатые печи и некоторые другие виды сосудов.

Согласно правилам установлены специальные требования к конструкции и материалам сосудов, к их изготовлению, монта­жу, установке, регистрации, техническому освидетельствованию, содержанию и обслуживанию.

Все сосуды, работающие под давлением, за исключением сосудов, особо оговоренных правилами, регистрируют в орга­нах Госгортехнадзора.

Сосуд, работающий под давлением, до пуска его в работу, а также периодически во время эксплуатации и после каждого ремонта или реконструкции технически освидетельствуют (внутренний осмотр и гидравлическое испытание) для установ­ления его исправности и правильности включения в схему.

Сосуды, находящиеся в эксплуатации и зарегистрированные в органах Госгортехнадзора, технически освидетельствуют в следующие сроки:

внутренний осмотр (для выявления состояния внутренних и наружных поверхностей и влияния среды на стенки сосу­дов) — не реже одного раза в четыре года. При осмотре уста­навливают наличие трещин, отдулин, выпучин, раковин, коррозии стенок, особенно в местах отбортовок и соединений деталей, дефектов в сварных и заклепочных швах, разрушений и повреждений футеровки и других дефектов;

гидравлическое испытание (с предварительным внутренним осмотром) — не реже одного раза в восемь лет.

Перед внутренним осмотром и гидравлическим испытанием сосуд должен быть остановлен, охлажден, освобожден от за­полняющей его рабочей среды и отключен заглушками от трубопроводов, соединяющих его с источником давления или с другими аппаратами. Если имеются признаки разрушения стенок сосуда под слоем футеровки или изоляции, то эти покрытия должны быть удалены.

Перед гидравлическими испытаниями необходимо тщательно очищать всю арматуру, притирать краны и клапаны и проверять плотность закрепления крышек и люков; сосуды, заглубленные в грунт, надо освобождать от земли для осмотра наружной поверхности и замеров в случае необходимости толщины стенок.

Сосуды испытывают водой или другими некоррозионными, неядовитыми, невзрывоопасными и невязкими жидкостями.

Гидравлическое испытание сосудов, предназначенных для работы при температурах стенок до 200^СС, проводят следующим пробным давлением (р):

Для баллонов, заполняемых сжатым газом, пробное давление устанавливают в 1, 5 раза больше рабочего.

Под пробным давлением сосуды (в зависимости от толщины стенок) находятся 10—30 мин, а литые и многослойные не менее 60 мин, после чего давление снижают до рабочего и тщательно осматривают все сварные соединения. Давление повышают до пробного и снижают до рабочего постепенно. Сосуд считается выдержавшим испытание, если не обнаружено признаков разрыва, течи, слезок и потения в сварных соединениях и видимых остаточных деформаций на основном металле.

В тех случаях, когда гидравлическое испытание невозможно (большие напряжения от веса воды в фундаменте, в междуэтажных перекрытиях или самом сосуде; трудность удаления воды; наличие внутри сосуда футеровки, препятствующей заполнению сосуда водой), проводят пневматическое испытание (воздухом или инертным газом) на такое же пробное давление. Этот вид испытания допускается только при условии положительных результатов тщательного внутреннего осмотра и проверки прочности сосуда.