Промышленная безопасность

6.12. ТРУБОПРОВОДЫ, НАСОСЫ И ПРОЧЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Цель данного раздела - обсуждение установок, в составе которых имеются одна или более емкостей под давлением, но с особым упором на трубопроводы, вентили и оборудование для перекачки, которое также входит в состав этих установок.

Как показано ниже, система более склонна к неполадкам, чем емкость под давлением, хотя размер течи из аварийной системы может быть много меньше, чем из аварийной емкости. Однако отказ трубопровода может обусловить эскалацию аварии.^**

В аварии 4 декабря 1966 г. в Фейзене (Франция) простая точечная течь привела к пожару, который в свою очередь вызвал разрыв большого числа емкостей и хранилищ под давлением (см. гл. 9).

В аварии 1 июня 1974 г. в Фликсборо (Великобритания) (см. гл. 9 и 13) сначала обрушился байпас.

В аварии 18 апреля 1982 г. в Эдмонтоне (Канада) из-за небольшого отверстия в трубопроводе на этиленовом заводе произошли серьезные разрушения на основном предприятии [High, 1982].

Интенсивность отказа элементов оборудования приводится в табл. 6.6. Данные взяты из книги [Green,1981]. Преобразование к частоте на 10~3 лет было выполнено автором.

Вообще говоря, емкости под давлением - это крупные сооружения, изготовляемые на заказ; в них повреждения, требующие замены, должны возникать редко. С другой стороны, отдельные компоненты систем под давлением могут изготавливаться для эксплуатации в менее жестких условиях.^*** Например, материал уплотнительных прокладок не обладает требуемой стойкостью.

Насосы и компрессоры, видимо, наиболее уязвимые части систем под давлением, поскольку в них есть движущиеся части, которые могут вращаться с частотой до 3000 об/мин., в среднем - 1450 об/мин. Насосы подвержены эрозии и кавитации, а вибрация, возникающая в них, как и в компрессорах, может при вращении приводить к усталостным разрушениям. Большинство насосов и компрессоров имеют внешние моторы и вращающиеся детали, которые должны присоединяться к оборудованию через герметичные вводы и поддерживаться подшипниками. Как герметичные вводы, так и подшипники склонны к отказам.

Системы смешения также создают ряд проблем. Хотя они работают с много меньшими скоростями, чем насосы, для них выше механические нагрузки. Стенки и соединительные детали уязвимы не меньше хотя бы потому, что в некоторых случаях их намеренно разрушают для доступа к какому-либо узлу и замены других узлов. Случались отказы прокладок из-за использования плохих материалов, а в некоторых случаях их вообще забывали ставить.

Неправильное использование расширительных камер послужило непосредственной причиной катастрофы в Фликсборо, которая обсуждается в гл. 9 и 13. Эти камеры при правильной эксплуатации повышают безопасность, забирая избыточный объем за счет термического расширения. Однако у них более тонкие стенки, чем у трубопроводов, подключенных к ним. Поэтому они легче повреждаются при механическом воздействии. Когда нагрузка распределяется "не по оси", то камера начинает вибрировать, как было на одиннадцатой тарелке в Фликсборо [Flixborough,1975; Teddington,1974].

Вентили, поскольку они имеют движущиеся части, более уязвимы, чем трубопроводы и фиттинги. За исключением мембранных клапанов, все они имеют ось, которая должна быть герметизирована. Мембранные клапаны в свою очередь подвержены специфическим отказам.

Места изменения геометрии трубопровода, такие, как изгибы, ответвления, сужения, значительно менее надежны, чем собственно трубопровод, поскольку они обычно изменяют направление потока или имеют сужения, которые могут приводить к эрозии. Хотя трубки малого диаметра работают, например, в манометрах, они частично подвергаются механическим повреждениям. В работе [High,1982] сообщалось об аварии 18 апреля 1982 г. в Эдмонтоне (Канада), в которой компрессорная, а так же здание операторной и ряд других объектов на территории предприятия были разрушены в результате разрыва соединения манометра с такой трубкой. Прямая трубка тоже уязвима. Она может лопнуть из-за гидравлического разрыва, механического повреждения (в движущихся частях) или от термического расширения или сжатия.

Следует помнить, что в системах под давлением число таких узлов, как насосы, вентили, длинные трубы и т. д., гораздо больше, чем в емкостях под давлением. Вероятность отказа где-либо в системе поэтому существенно выше, чем для емкости под давлением.

ПОД ДАВЛЕНИЕМ

Системы под давлением требуют не меньшего внимания в спецификациях, выборе материала, проектировании, изготовлении, проверке и испытаниях, чем емкости под давлением, входящие в состав таких систем. Особенно они нуждаются в надежном креплении и защите от внешних повреждений, тепловых нагрузок и ударов. Как сообщалось выше, катастрофа в Фликсборо произошла вследствие изменений (модификаций) в системе расширительных камер (сильфонов), состоящей из двух сильфонов, один из которых был модифицирован бай-пасом. Это было отмечено в отчете [Flixborough,1975], где сказано: "Катастрофа была вызвана введением в правильно спроектированную и сконструированную технологию изменений, которые нарушили целостность установки".

Нужно отметить, что были допущены следующие ошибки: а) не было сделанных по форме спецификаций: схемы изменений были нарисованы мелом прямо в цехе; б) не был проведен расчет нагрузок; в) система испытывалась при проектном давлении, а не при более высоком, как того требует действующий стандарт; г) пневматический тест проведен в нарушение требований действующего стандарта; д) не была обеспечена должная поддержка (опора) лесами и другим крепежом; е) в ходе сборки байпаса не выполнялись инструкции производителя по обеспечению безопасности при использовании расширительных камер. Правда, выбор материала был проведен корректно, и при изготовлении байпаса также не было обнаружено ошибок.

Выше указывалось на возможность путаницы при замене деталей. Автору известен инцидент на хлорном заводе, который произошел вследствие ошибки при установке титанового фланца. Фланец загорелся. Данный случай обращает внимание на необходимость более надежной системы обеспечения запчастями для эксплуатации систем под давлением. Эта задача может быть облегчена использованием компьютерной системы.

Серьезные аварии, иногда со смертельным исходом, бывают вызваны ошибками в ходе эксплуатации. Например, система была открыта без сброса давления, или был разрушен плохой фланец, или произошло небрежное открытие вентиля. Клец [Kletz,1985] привлекает внимание к опасности, связанной с нелогичной нумерацией систем, например когда линии нагнетания метятся 1, 2, 5, 3, 4, т. е. не имеют сквозной нумерации. Общее обсуждение опасностей, связанных с ремонтом и сопровождением, приведено в документе [H&SE.1985]. Этот документ утверждает, что четвертая часть всех серьезных неполадок, упомянутых в нем, возникает при ремонте. Действия по ремонту систем под давлением должны регламентироваться системой "разрешений на работу". Такая система сильно формализована. В ней ремонт находится в ведении административного органа, регламентирующего все процедуры, выполняющиеся до начала и в ходе работ по ремонту.

Ключ к успеху эксплуатации систем под давлением, таким образом, лежит в ряде мероприятий. На первом месте должно быть использование таких мероприятий, которые обеспечивают высокий уровень инженерного искусства. Эти действия должны быть существенно формализованы и управляться нормативно, через механизм письменных разрешений. Кроме того, мерой, повышающей надежность эксплуатации систем, может быть, например, тщательно спланированная система управления хранением запасных частей.