Котли водяні й парові

Контрольні запитання і завдання

Глава 3.2. Забезпечення безпеки праці при експлуатації посудин і апаратів, що працюють під тиском

3.2.1. Аварії, вибухи посудин і апаратів, що працюють під тиском. Причини виникнення вибухів

Посудиною, що працює під тиском, називають герметично закриту ємність, призначену для ведення хімічних і теплових процесів, а також для збереження і перевезення стиснутих зріджених чи розчинених газів і рідин під тиском (парові, водогрійні котли, компресори, газові балони, паро-газопроводи, автоклави).

Середовище таких посудин може бути високотемпературним, низькотемпературним, мати тиск, що вимірюється тисячами атмосфер, або низький, у межах до 10^-12 Па.

Границею посудини, що працює під тиском, є вхідні й вихідні штуцери.

У ряді випадків розгерметизація посудин не тільки негативна в технічному плані, але й небезпечна для обслуговуючого персоналу, виробництва в цілому та навколишнього середовища, тому що може викликати фізичний або хімічний вибух.

Застосування великого числа посудин з різними технологічними параметрами висуває завдання створення здорових і безпечних умов праці з одночасним вирішенням питань зниження рівня виробничого травматизму.

При атмосферному тиску вода кипить при t^o = 100 ^oС. У закритому котлі вода закипає при t^o = 100 ^oС, однак пара, що утворюється при цьому, давить на поверхню води і кипіння припиняється. Таким чином, щоб вода продовжувала кипіти в котлі, її необхідно нагрівати до температури, яка відповідає тиску пари на її поверхню. Так, при тиску пари Р = 6·10⁵ Па для кипіння води її потрібно нагріти до температури t^o = I69 ^oС; при Р = 8· 10⁵ Па – до t^o = 171 ^oС і т. д.

Якщо після нагрівання води, наприклад, до t^o = 189 ^oС, припинити подачу тепла і повільно витрачати пару, то через зниження тиску на поверхню вода буде кипіти доти, доки її температура не стане нижчою за t^o = 100 °С. Таким чином, кипіння в котлі буде відбуватися за рахунок надлишку теплової енергії води.

У випадку механічного розриву стінок котла, що працює під тиском, в ньому порушується внутрішня механічна рівновага через раптове падіння внутрішнього тиску до атмосферного. Це викликає утворення великої кількості пари (з 1 м³ води утворюється 1700 м³ пари), що призводить до руйнування котла за рахунок реактивної сили. Унаслідок цього небезпека котлів полягає не в парі, а у воді, нагрітій до температури t^o > 100 °С.

З цього випливає, що менш небезпечними за наслідками можливого вибуху, є котли з малим об’ємом води, що приходиться на одиницю поверхні такої посудини, працюючої під тиском. До таких котлів відносяться водотрубні й прямоточні котли.

Енергія, що утримується в 60 кГ перегрітої води в котлі під тиском 5 · 10⁵ Па відповідає енергії вибуху 1 кГ пороху.

Фактори, що сприяють вибуху котла, який працює під тиском:

1. Порушення технічних вимог експлуатації. Недотримання розрахункового тиску, наприклад, при псуванні запобіжних клапанів.

2. Зменшення кількості води в котлі до рівня, при якому стінки, що нагріваються полум'ям, перестають охолоджуватися водою і перегріваються. Це викликає їхню деформацію, зниження межі текучості матеріалу при підвищеній температурі.

3. Недоліки конструкції і порушення технології при виготовленні котла (невідповідність матеріалу, дефекти зварювання і т. п.).

4. Старіння матеріалу котла, місцеві ослаблення, корозія через багаторічну експлуатацію.

5. Порушення інструкцій котлонагляду при ремонті:

· заварювання тріщин без видалення дефектного шва;

· заварювання без засвердловки межі тріщин;

· заварювання тріщин і корозійних роз'їдань без врахування глибини і площі роз'їдань.