При выборе конструкционных материалов для изготовления оборудования и их элементов следует учитывать эксплуатационное давление и температуру, коррозионные свойства и состав среды, обращающейся в ней, технологические свойства материалов, стоимость и другие факторы. Для обеспечения коррозионной стойкости подбираются соответствующие конструкционные материалы: чугун и сталь различной степени легирования, двухслойные стали, цветные металлы и их сплавы, используются неметаллические защитные покрытия. В записке приводятся марки использованных материалов и коэффициенты запаса прочности по пределам текучести, прочности (временному сопротивлению), длительной прочности, ползучести, принятые при выполнении конструктивных или проверочных расчетов оборудования в целом или отдельных его элементов.
Герметичность - одно из основных требований к технологическому оборудованию. Следует охарактеризовать использованные в проекте устройства, обеспечивающие герметичность неподвижных и движущихся, вращающихся элементов оборудования.
Герметичность неразъемных соединений обеспечивается сваркой, пайкой, развальцовкой, применением герметиков. Для герметизации неподвижных разъемных соединений применяются беспрокладочные уплотнения или уплотнения с прокладками. В зависимости от условий эксплуатации рекомендуется применение различных прокладочных материалов (табл.6).
Таблица 6
| Материал | Рабочая среда | Давление,МПа | Температура,°С |
| Сталь нержавеющая | Пищевые жидкости | 20,0 | |
| Медь | Нефтепродукты, газы неагрессивные, выхлопные газы, вода, пар | 40,0 | |
| Алюминий | То же | 6,0 | |
| Свинец | Агрессивные среды | Без ограничений | |
| Паронит | Вода, пар, нефтепродукты, масло, щелочи, газы | 7,0 | |
| Фибра | Нефтепродукты, масло, щелочи, газы, вода | 66,0 | |
| Кожа | Вода, масло, другие жидкости. | 16,0 | |
| Инертные газы | 4,0 | ||
| Резина | Вода, пищевые жидкости, неагрессивные масла, жидкости и газы | 25,0 | -30 ¸ +90 |
| Фторопласт-4 | Вода, воздух, масла, щелочи, кислоты | 10,0 | -195 ¸+260 |
| Асбест | Растворители, нефтепродукты, кислоты, щелочи, агрессивные, газы | 3,0 |
Для герметизации подвижных соединений (возвратно-поступательные и вращающиеся движения) используют: сальниковые устройства с уплотнительной набивкой, манжетные, торцовые, лабиринтные, щелевые и гидростатические уплотнения [5,6].
Сальниковые являются наиболее распространенным видом уплотнения подвижных соединений (при вращательных и возвратно-поступательных движениях), Манжетные уплотнения используются для уплотнения вращающихся валов, рекомендуется использовать при незначительных избыточных давлениях, неагрессивной среде, невысоких скоростях вращения (до 10 м/с), небольшой температуре (до 100 °С). Торцовые уплотнения обладают: высокой степенью герметизации (утечка практически отсутствует); большой износоустойчивостью и долговечностью; небольшими потерями мощности на трение; способностью работать при сравнительно высоких давлениях (до 8 МПа).
Неконтактные уплотнения (лабиринтные, щелевые и гидростатические) часто используются в качестве первой ступени, предназначенной для понижения давления перед второй ступенью (сальниковыми, манжетными и торцовыми уплотнениями). Для герметизации компрессоров, предназначенных для сжатия нейтральных газов, применяют лабиринтные уплотнения. Щелевые уплотнения рекомендуются в основном при работе с вязкими жидкостями. Гидростатические уплотнения используются при наиболее тяжелых условиях эксплуатации: для герметизации оборудования с агрессивными средами, горючими жидкостями, в питающих паровых насосах и гидротурбинах.
Поскольку абсолютная герметичность уплотнения трудно достижима, введены классы их негерметичности [7]. В связи с этим следует указать классы негерметичности использованных в технологической системе всех типов уплотнений. Для оценки герметичности аппаратов (сосудов), работающих под давлением вредных веществ (жидкости и газов) 1-го, 2-го классов опасности по ГОСТ 12.1.007-76 "Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности", а также технологических трубопроводов группы А и групп Б(а), Б(б) проводятся испытания на герметичность. В проекте указывается давление испытания на герметичность и допустимая скорость падения давления.
В случае, если избыточное эксплуатационное давление в аппаратах (сосудах) превышает 0,07 МПа, то их конструкция, устройство, оснащенность арматурой, контрольно-измерительными приборами, предохранительными устройствами, монтаж и эксплуатация должны вестись в соответствии с требованиями "Правил устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением" (ПБ 10-115-96) [8].
В проекте приводятся сведения о соответствии конструкции аппарата (сосуда) требованиям ПБ 10-115-96, о наличии люков, лючков, крышек, форме днища и т.д., об оснащенности запорной или запорно-регулирующей арматурой, приборами для измерения давления, температуры, указателями уровня жидкости, предохранительными устройствами.
В проекте производится подбор и расчет предохранительных устройств (предохранительных клапанов и мембран). Пропускная способность предохранительных клапанов и их число следует выбирать так, чтобы в аппарате не создавалось давление, превышающее избыточное рабочее давление более чем на 0,05 МПа при рабочем давлении в аппарате до 0,3 МПа включительно, на 15% - при давлении в аппарате до 6 МПа и на 10% - при давлении свыше 6 МПа. Пропускная способность (Gп) предохранительного клапана рассчитывается по формулам [7]:
для газов Gп = 3,16×a1×F×B×Ö[(P1 + 0,1) ×r 1], кг/ч, (10)
для жидкостей Gп = 5,03×a2×FÖ[(P1 - P2) ×r2], кг/ч, (11)
гдеa1, a2 - коэффициенты расхода принимаются по паспортным данным выбранных марок клапанов. Допускается принимать a1 = 0,4 - 0,7, a2 = 0,03 - 0,07; F - площадь сечения клапана, мм2; P1 - максимальное избыточное давление перед клапаном, МПа; P2 - избыточное давление за клапаном, МПа; r1, r2 - соответственно плотность газа (пара) и жидкости при параметрах P1 и T1 0(температура среды перед клапаном), кг/м3; B - коэффициент, учитывающий физико-химические свойства газов при рабочих параметрах, выбирают по справочным данным, приведенным в ГОСТ 12.2.085-82 "Сосуды, работающие под давлением. Клапаны предохранительные", или подсчитывают по формуле:
B = 1,59×Ö{[ K/(K + 1)]×[2/(K + 1)][1/(K + 1)]} (12)
где K - показатель адиабаты.
Для защиты аппаратов от разрушения необходимо, чтобы расчетная пропускная способность предохранительного клапана Gп была не менее максимально возможного аварийного притока среды в защищаемый аппарат и не превышала его более чем на 30%.
Предохранительные мембраны защищают оборудование от разрушения при динамическом (взрывном) росте давления. Они обеспечивают полную герметичность, не инерционны и устанавливаются в аппаратах, содержащих среды, склонные к осаждению, полимеризации, кристаллизации. Расчет предохранительных мембран сводится к определению проходного сечения сбросных отверстий и толщины мембранного элемента из условия его разрушения при заданном давлении [9]. Например, толщина срезных мембран (D) рассчитывается по формуле:
D = D×R/(4×tср), мм (13)
где D - диаметр мембраны, мм; P - давление срабатывания мембраны, кгс/см2, принимаемое на 25% выше максимального рабочего давления; tср - предел прочности материала мембраны на срез, кгс/см2.
Рабочая среда, выходящая из предохранительных устройств, должна отводиться в безопасное место. При этом сбрасываемые токсичные, взрыво- и пожароопасные технологические среды должны направляться в закрытые системы для дальнейшей утилизации или в системы организованного сжигания.
Все сосуды (аппараты), на которые распространяются Правила Госгортехнадзора (ПБ 10-115-96), подвергаются техническому освидетельствованию до пуска в работу, а также периодически при эксплуатации. Например, сосуды, работающие со средой, вызывающей коррозию со скоростью не более 0,1 мм/год, подлежат внутреннему и наружному осмотру через каждые 2 года, а также гидравлическому испытанию на прочность пробным давлением через 8 лет. В проекте следует указать периодичность технического освидетельствования, значения давлений испытания на прочность и плотность и методы испытаний [8].
Технологические трубопроводы являются источником повышенной опасности, так как в процессе эксплуатации может произойти разрушение труб и разгерметизация соединительных фланцев. Требования к устройству, изготовлению, монтажу и эксплуатации технологических трубопроводов регламентированы "Правилами устройства и безопасной эксплуатации технологических трубопроводов" (ПБ 03-108-96)[10]. В соответствии с ПБ 03-108-96 трубопроводы с давлением до 10 МПа в зависимости от класса опасности транспортируемого вещества (взрыво-, пожароопасность и токсичность) подразделяются на группы (А,Б,В) и в зависимости от рабочих параметров среды (давления и температуры) - на пять категорий (I-V) (табл.7). В проекте определяется группа и категория трубопроводов, с учетом которых, а также коррозионной активности транспортируемой среды, выбираются материалы труб, фланцев, крепежных изделий и т.д. Указываются типы уплотнительных поверхностей фланцев, выбранные в соответствии с рекомендациями ПБ 03-108-96, использованная арматура и материал арматуры. При этом следует иметь в виду, что применять арматуру из серого чугуна на трубопроводах, транспортирующих вещества группы А и Б не разрешается. В проекте указываются способы прокладки трубопроводов, наличие и типы рекомендованных компенсаторов температурных деформаций, необходимость теплоизоляции или обогрева, рекомендуемые теплоизоляционные материалы и способы обогрева трубопроводов. Для каждого технологического трубопровода указываются вид испытания (на прочность и плотность, дополнительное испытание на герметичность), способ испытания (гидравлический, пневматический) и величина испытательного давления.
Источниками травм на предприятиях могут быть: движущиеся машины и механизмы, незащищенные подвижные элементы оборудования, передвигающиеся изделия, падение предметов с высоты и т.д. В случае, если разгрузочно-погрузочные и транспортные операции являются неотъемлемой частью проектируемого технологического процесса, то в проекте должны быть разработаны (рекомендованы) средства защиты работающих при эксплуатации грузоподъемных машин и механизмов, конвейеров и роботокомплексов. При этом должны быть представлены сведения о наличии предохранительных устройств: ограничителей высоты подъема, ограничителей грузоподъемности, концевых выключателей механизмов передвижения, ловителей, тормозов, ограждений, защитных сеток и т.п.
Для безопасного обслуживания крупногабаритные аппараты (ректификационные колонны, газгольдеры и др.) оборудуются стационарными площадками и лестницами, имеющими геометрические размеры, отвечающие требованиям безопасности: ширина площадок 1,5-4,0 м, высота перил 1 м, ширина лестницы - не менее 1 м, шаг ступеней 0,25 м.
