Расчет предохранительных мембран

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 2 ПО ТЕМЕ

«ОСНОВЫБЕЗОПАСНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ОБОРУДОВАНИЯ, РАБОТАЮЩЕГО ПОД ДАВЛЕНИЕМ»

I. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1. Освоить методику расчета предохранительных устройств для обеспечения безопасной эксплуатации оборудования, работающего под давлением и снижения вероятности происшествия аварии и несчастного случая.

2. Изучить теоретические основы безопасной организации и эксплуатации оборудования, работающего под давлением.

II. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Познакомиться с основными понятиями и выполнить анализ опасностей, связанных с эксплуатацией оборудования, работающего под давлением.

2. Согласно указанного преподавателем варианта задания выполнить расчет предохранительной мембраны для защиты аппаратов с рабочим давлением.

3. Оформить отчет и ответить на контрольные вопросы и тест преподавателя.

III. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Основные понятия и определения. Под сосудом понимается геометрически замкнутая ёмкость, предназначенная для ведения химических, тепловых и других технологических процессов, а также для хранения и транспортировки газообразных, жидких и других веществ. Границей сосуда являются входные и выходные штуцера для подключения различных коммуникаций и устройств. В зависимости от условий эксплуатации сосуды могут быть передвижными (для временного использования в различных местах или во время их перемещения) и стационарными (постоянно установленные в одном определённом месте). Рабочее давление в сосуде может быть как избыточное (по отношению к атмосферному) внутреннее, так и избыточное наружное, возникающее при нормальном протекании рабочего процесса. Чаще всего используются сосуды следующих видов:

1) баллон – сосуд, имеющий одну или две горловины для установки вентилей, фланцев или штуцеров, предназначенный для транспортировки, хранения и использования сжатых, сжиженных или растворённых под давлением газов;

2) бочка – сосуд цилиндрической или другой формы, который можно перекатывать с одного места на другое и ставить на торцы без дополнительных опор, предназначенный для транспортировки и хранения веществ, указанных выше;

3) цистерна – передвижной сосуд, постоянно установленный на раме ж/д вагона, на шасси автомобиля (прицепа) или других средствах передвижения, предназначенный для транспортировки и хранения веществ, указанных выше;

4) резервуар – стационарный сосуд, предназначенный для хранения веществ, указанных выше.

На предприятиях широко применяются стационарные и транспортируемые сосуды (цистерны, баки, баллоны), трубопроводы, компрессорные установки, насосы, газгольдеры и ресиверы. Перечисленные системы могут храниться, транспортироваться и эксплуатироваться вместе со сжиженными, сжатыми и растворенными ядовитыми и взрывоопасными газами. Одним из важных условий предупреждения аварий, взрывов, отравлений и несчастных случаев - герметичность аппаратуры. Причинами взрывов аппаратов могут быть: потеря прочности вследствие перегревов, коррозии, срыва болтов и крышек люков, разрывов или вспучивания стенок и днищ, резкое изменение давления и температуры в сосудах, неправильное изготовление и эксплуатация сосудов, нарушение технологического режима, неисправность арматуры и приборов.

Для безопасной эксплуатации систем, работающих под давлением, существует комплекс профилактических мер в виде требований Ростехнадзора к материалам, конструкциям сосудов, расчетам, техническим освидетельствованиям сосудов (внутренний ремонт и гидравлические испытания). В России действуют «Правила промышленной безопасности опасных производственных объектов, на которых используется оборудование, работающее под избыточным давлением», утвержденные приказом Ростехнадзора № 116 от 25.03.2014, а также ряд других отраслевых документов, действие которых ограничено своей специфической областью. Эти и другие государственные документы устанавливают требования норм для предупреждения аварий, инцидентов, производственного травматизма на объектах при использовании оборудования, работающего под избыточным давлением более 0,07 мегапаскаля (МПа): пара, газа (в газообразном, сжиженном состоянии), воды при температуре более 115°С и иных жидкостей при температуре, превышающей температуру их кипения при избыточном давлении 0,07 МПа. Правила предназначены для применения при разработке технологических процессов, техническом перевооружении опасного производственного объекта (далее - ОПО), а также при размещении, монтаже, ремонте, реконструкции (модернизации), наладке и эксплуатации, техническом освидетельствовании, техническом диагностировании и экспертизе промышленной безопасности оборудования, работающего под избыточным давлением.

Особенности эксплуатации баллонов и трубопроводов, работающих под давлением. Баллоны для хранения и перевозки сжатых, сжиженных и растворенных газов при температурах 223 – 333°К относятся к сосудам, работающим под давлением. Баллоны согласно ГОСТ 949-73 изготовляют малой вместимости 0,4 – 12 л с рабочим давлением 10,15 и 20 МПа, средней вместимости 20 – 50 л с рабочим давлением 10,15 и 20 МПа и большой вместимости 80 – 500 л. Все стандартные баллоны вместимостью более 12 л должны быть с навернутыми колпаками. На боковых штуцерах вентилей бал­лонов с горючими и ядовитыми газами должны быть установлены заглушки. Для того чтобы легко и быстро распознать баллоны, предупредить их ошибочное наполнение и предохранить наружную поверхность от коррозии, баллоны (на заводе-изготовителе) окрашивают в установленные стандартом цвета, наносят соответствующие надписи и отличительные полосы. Кроме того, у горловины каждого баллона на сферической части отчетливо должны быть следующие данные: товарный знак предприятия-изготовителя, дата (месяц, год) изготовления (испытания) и год следующего испытания в соответствии с правилами Ростехнадзора, вид термообработки (N – нормализация, V – закалка с отпуском), рабочее и пробное гидравлическое давление (МПа), емкость баллона (л), массу баллона (кг), клеймо ОТК и обозначение действующего стандарта.

Рабочие, которые обслуживают баллоны, должны иметь соответствующую квалификацию, быть обучены и проинструктированы. Эксплуатировать можно только исправные баллоны, запрещается полностью использовать газ, который в них находится. Остаточное давление газа должно быть не менее 0,05 МПа. Газовые баллоны необходимо хранить в вертикальном положении в проветриваемом помещении или под навесами на расстоянии не менее 1 м от радиаторов отопления и не ближе 5 м от открытого огня, защищать от действия прямых солнечных лучей и осадков.

Баллоны, наполненные газом, перевозятся на автомоби­лях, автокарах и других рессорных транспортных средствах. При перевозке баллонов в горизонтальном положении между баллонами должны быть установлены прокладки. В качестве прокладок можно применять резиновые или веревочные кольца толщиной не менее 25 мм (по два кольца на каждый баллон) или деревянные бруски с вырезанными для баллонов гнездами, обитыми войлоком. Баллоны укладываются вентилями в одну сторону поперек оси перемещения. Чтобы исключить перемещение баллонов во время перевозки, их следует закрепить. В вертикальном положении баллоны следует располагать в станки или клетки. Между баллонами должны быть установлены прокладки.

Баллоны с кислородом должны храниться, перевозиться и переноситься отдельно от баллонов с горючими газами, горючими и легковоспла­меняющимися жидкостями, маслами и жирами, барабанов с карбидом кальция. При перевозке баллонов с газами их следует предохранять от действия солнечных лучей, накрыв брезентом, не имеющим жировых пятен. Во время перевозки баллонов недопустимо нахождение людей в кузове автомобиля. Автомобили должны быть снабжены огнетушителями. Погрузочно-разгрузочные операции с баллонами должны произ­водиться только механизированным способом при помощи кранов, погрузчиков и средств малой механизации. Во время погрузки недопустимо использовать вентили баллонов с ненавернутыми предо­хранительными колпаками для захвата. Транспортировать баллоны к рабочему месту допускается на специальных тележках или носилках. На высоту баллоны должны подниматься в специальных контейнерах.

Таблица 1 - Окраска и нанесение надписей на баллоны

Трубопроводы – это устройства для транспортировки жидкостей и газов. По существующему ГОСТу 14202-69 все жидкости и газы; транспортируемые по ним, разбиты на десять групп. Для определения вида вещества, транспортируемого по трубопроводам, их окрашивают в соответствующие цвета (опознавательная окраска):

Таблица 2 – Стандартизация трубопроводов по цвету

Кроме опознавательной окраски на трубопроводы наносят краской предупредительные (сигнальные) цветные кольца (количество сигнальных колец определяет степень опасности):

Таблица 3 – Стандартизация трубопроводов по цвету колец

Как дополнительная мера на опасных участках могут быть установлены с учетом опасности веществ предупредительные щиты, знаки, выполнено защитное ограждение. Безопасность эксплуатации трубопроводов достигается их качественной прокладкой и монтажом, системой контроля их состояния, установкой специальных компенсационных устройств, предохранительных устройств и запорной арматуры. Периодически трубопроводы подлежат внешнему осмотру, особое внимание обращается на все соединения, в том числе сварные, и выявление дефектов. Осмотр и оценка сварных швов должны производиться при приемке трубопроводов в эксплуатацию в соответствии с требованиями на изготовление трубопроводов и инструкцией по сварке. При этом в сварочном соединении выявляются возможные внутренние дефекты: трещины, непровар, поры, шлаковые включения и т.д. Трубопроводы 1-й категории с условным проходом более 70 мм, а также трубопроводы 1-й и 2-й категории с условным проходом более 100мм должны быть до пуска зарегистрированы в органах Ростехнадзора. Другие трубопроводы подлежат регистрации на предприятии. Трубопроводы, составляющие разветвленную часть аппаратов, принимаются в эксплуатацию в соответствии с правилами. Техническое освидетельствование трубопроводов должно проводиться в следующие сроки:

- наружный осмотр открытых трубопроводов, находящихся под рабочим давлением - не реже одного раза в год;

- гидравлические испытания трубопроводов на прочность и плотность производятся одновременно давлением 1,25 рабочего, но не менее 0,2МПа перед пуском в эксплуатацию, после ремонта, а также после нахождения в консервации более 1 года (выдержка давления в течение 5 мин). После этого обнаруживается потеря давления, разрывы, течь, запотевания, микротрещины и т.д.

Особенности эксплуатации компрессорных установок, криогенной техники и автоклавов. Компрессор (от лат. compressio — сжатие) — энергетическая машина или устройство для повышения давления (сжатия) и перемещения газообразных веществ. Безопасность эксплуатации компрессорных установок достигается тщательной регламентацией применяемых смазочных материалов, применением систем охлаждения и очистки. Системы охлаждения компрессоров разделяются на водяные и воздушные. Воздушное охлаждение используется в компрессорах низкого давления, а также в компрессорах холодильных установок. Водяное охлаждение используется в компрессорах высокого давления. Системы водяного охлаждения включаются до пуска компрессора. При повышении температуры воды выше допустимой срабатывает сигнализация, а блокировка отключает компрессор. Во избежание искрообразования вследствие возникновения разрядов статического электричества компрессоры заземляют. Предупреждение перегревов достигается очисткой от нагара внутри частей компрессора. Все подвижные части компрессора должны быть ограждены. В компрессорных установках для сжатия ацетилена безопасность достигается медленным ходом поршня (не более 0,7 – 0,9 м/с) и надежным охлаждением. Для смазки цилиндров хлорных компрессоров используется серная кислота (моногидрат). Перед пуском компрессоров проверяют наличие смазки. При высоких давлениях используют термически стойкие, хорошо очищенные смазки, способные противостоять окислительному воздействию горячего воздуха.

Криогенные сосуды предназначены для хранения и транспортировки различных сжиженных газов: воздуха, кислорода, аргона и др. В соответствии с ГОСТ 16024-79 их выпускают шести типоразмеров: 6, 3, 10, 16, 25 и 40 л. Эти сосуды маркируются следующим образом: например, СК-40 – сосуд криогенный емкостью 40 л. Снаружи их окрашивают серебристой или белой эмалью и посередине наносят отличительную полосу с названием сжиженного газа, находящегося в сосуде. Кроме рассмотренных сосудов для хранения больших количеств сжиженных газов используют стационарные резервуары (объемом до 500 тыс. л и более), а для их перевозки – транспортные сосуды (цистерны), имеющие объем до 35 тыс. л. Особую опасность при эксплуатации криогенной техники составляют утечки фреона. Утечка фреона проявляют галоидной лампой, если утечка незначительная, пламя окрашивается в зеленый цвет, а при значительной - в синий или голубой. При обнаружении утечки фреона следует немедленно открыть окна и двери и включить вентиляционную систему. Персонал, обслуживающий криогенные системы, должен работать в соответствующей спецодежде, перчатках и противогазах. В загрязненной кислородом атмосфере, одежда насыщается кислородом и легко загорается. Особенно опасно воспламенения одежды в кислородной атмосфере: в кислородной атмосфере фронт пламени движется по одежде очень быстро. Открывать фреоновые аппараты разрешается только в защитных очках, а аммиачные - в противогазах и резиновых перчатках, после того как давление в системе сравняется с атмосферным. Опасность для персонала возникает из-за использования механического оборудования, токсичных газов и жидкостей, уменьшение количества кислорода, инертной атмосферы и т др. В помещении, где установлена криогенная техника, запрещается пользоваться открытым огнем или курить. Персонал должен быть ознакомлен с правилами пожарной безопасности, охватывающими как нормальный ход эксплуатации, так и возможные аварийные ситуации.

Криогенные системы допускаются к эксплуатации только в том случае, если на них установлены исправные и опломбированые манометры и мановакуумметры. Эти приборы проверяются не реже одного раза в год, а также после каждого ремонта. Два раза в год проверяют исправность предохранительных клапанов. Все запорные вентили на нагнетающих магистралях пломбируются в открытом положении. Снимать пломбы имеет право только ответственное лицо, за исключением аварийных случаев, когда обслуживающий персонал должен сорвать пломбу и закрыть вентиль. Запрещается открывать аппараты, если температура их стенок ниже минус 30˚С. Баллоны с хладагентами хранят в специально отведенном помещении, в котором нет источника тепла. В связи с имевшими место авариями при эксплуатации автоклавов на основании анализа их причин и с учетом

рекомендаций научно-исследовательских институтов находящиеся в эксплуатации автоклавы оснащают следующими приборами и устройствами:

- замками с ключом-маркой;

- приборами для контроля температурного режима, в том числе приборами для контроля перепада температур между верхней и нижней образующими корпуса;

- реперами для контроля за тепловыми перемещениями и противоугонными устройствами роликов подвижных опор;

- устройствами непрерывного отвода конденсата;

- катодной защитой (только для автоклавов, применяемых в производстве строительных материалов).

Перечисленные устройства должны быть выполнены в соответствии с техническими решениями завода-изготовителя или по согласованным с ним проектным решениям. Оснащению катодной защитой подлежат не все автоклавы. Критерием применения катодной защиты является коррозионность конденсата, обуславливаемая наличием в нем растворенных веществ, вымываемых из обрабатываемых материалов. Если удельное сопротивление автоклавного конденсата менее 100 Ом·м, автоклав подлежит оснащению катодной защитой. Результаты замеров удельного сопротивления конденсата в виде актов должны храниться вместе с паспортами автоклавов. В тех случаях, когда катодная защита не устанавливается, периодически должны производиться замеры удельного сопротивления конденсата. Периодичность замеров устанавливается техническим руководителем предприятия в зависимости от стабильности состава и качества обрабатываемых материалов, а также стабильности технологического процесса. В процессе эксплуатации автоклавы должны подвергаться техническому диагностированию для определения возможности их дальнейшей эксплуатации. При эксплуатации автоклавов предприятиям необходимо соблюдать следующие требования:

- ответственность за соблюдение системы ключ-марка в сменах возложить на инженерно-технических работников (начальника смены, мастера);

- проверки исправности блокировочных устройств, дистанционного управления, сигнализации, устройств непрерывного отвода конденсата, соблюдения обслуживающим персоналом положений системы ключ-марка, состояния подвижных опор, соблюдения рекомендаций завода-изготовителя по температурному режиму работы автоклавов, исправности катодной защиты проводить по специальным графикам инженерно-техническим работникам, ответственным за безопасную эксплуатацию автоклавов;

- в технологическом процессе обработки материалов в автоклавах предусматривать время, необходимое для своевременной очистки внутренних поверхностей от загрязнений;

- инструкцию по режиму работы и безопасному обслуживанию автоклавов разрабатывать с учетом специфики местных условий их работы на основе типовой конструкции;

- аттестацию персонала, обслуживающего автоклавы, производить только в комиссиях при учебных организациях и пунктах предприятий. В работе комиссии обязательно участие инспектора Ростехнадзора;

- ежеквартально проводить детальное обследование условий безопасной эксплуатации автоклавов комиссиями предприятий с составлением соответствующего акта, утверждаемого руководством предприятия.

Особенности эксплуатации паровых и водонагревательных котлов. Котёл отопительный — это устройство на основе закрытого сосуда, в котором теплоноситель (чаще всего вода или пар (паровой котёл)) нагревается до заданной температуры и служит для обеспечения потребителей теплом и (или) горячей водой. Взрывы паровых котлов представляют собой мгновенное высвобождение энергии перегретой воды и снижение давления до атмосферного. Это адиабатический взрыв. При атмосферном давлении вода кипит при 100°С в открытом сосуде. В закрытом - кипение начинается при 100°С, пар давит на поверхность воды - и кипение прекращается. Чтобы кипение продолжалось необходимо воду нагреть до температуры, соответствующей давлению пара. Суммарная пропускная способность предохранительных клапанов, устанавливаемых на котле, должна быть не менее часовой производительности котла. Предохранительные клапаны должны быть размещены в местах, доступных для осмотра. Рабочая среда, выходящая из предохранительного клапана, должна отводиться в безопасное место. Установка на отводящих и дренажных трубах запорных органов не допускается. На предохранительный клапан поставщик должен выслать заказчику паспорт и инструкцию по эксплуатации.

Если по роду производства или вследствие вредности среды в сосуде предохранительный клапан не может надежно работать, то сосуд должен быть снабжен предохранительной пластиной, разрывающейся при превышении давления в сосуде не более, чем на 25% рабочего давления. Предохранительная пластина (мембрана) может быть установлена перед предохранительным клапаном при условии, что между ними будет устройство, позволяющее контролировать исправность пластины. В стенке котла со стороны топки устанавливают предохранительные вставки (пробки) из легкоплавкого (свинцово-оловянного) сплава. При недостатке воды нагрев пробки ведет к ее расплаву. Все предохранительные пластины и плавкие вставки должны иметь заводское клеймо с указанием давления, разрывающего пластину, или температура оплавления.

Каждый сосуд должен быть снабжен манометром, который устанавливается на штуцере корпуса сосуда, на трубопроводе до запорной арматуры или на пульте управления. На каждом вновь изготовленном паровом котле для постоянного наблюдения за положением уровня воды должно быть установлено не менее двух водоуказательных приборов прямого действия. У котлов с паропроизводительностью менее 0,7 т/ч разрешается замена одного из водоуказательных приборов двумя пробковыми кранами или вентилями. Нижний кран устанавливается на уровне минимального, а верхний - на уровне максимального допустимого уровня воды в котле. В качестве меры предосторожности при работе котлов с камерным сжиганием всех видов топлива и с механическими топками твердого топлива должна быть установлена автоматика безопасности. Автоматика должна прерывать подачу топлива при прекращении или снижении ниже предельного рабочего давления газа, при прекращении подачи электроэнергии и отключении дутьевых вентиляторов, при отключении дымососов или прекращении тяги, неисправности автоматики. Автоматика должна срабатывать при достижении предельных значений параметров: уровень воды в паровом котле; давление пара в паровом котле; температура воды на выходе из водонагревательного котла; давление воды на выходе из водонагревательного котла; разряжение в топке для котлов с уравновешенной тягой. Одной из мер безопасности для работающего персонала является устройство ленточного остекления по всему фронту котельных.

Причины аварий. Любые системы повышенного давления всегда представляют потенциальную опасность. Причинами аварий (взрывов) баллонов со сжиженными, сжатыми и растворенными газами являются: дефекты и неточности, допущенные при их изготовлении (дефекты сварных швов, резьбы вентиля, горловины баллона); превышения давления газа в баллоне, вследствие его заполнения сверх нормы; нагрева баллона под действием солнечных лучей, нагревательных приборов, открытого огня, чрезвычайно быстрого наполнения газом; в результате падения и удара баллонов и др. Несчастные случаи (травмы) чаще происходят при транспортировке, загрузке и при падении баллонов. Основными причинами аварий при эксплуатации паровых и водогрейных котлов могут быть: перегревание стенок котла (вследствие накопления накипи), а также внезапное разрушение стенок котла (вследствие появлений в них трещин или усталостных образований); снижение механической прочности котла в процессе эксплуатации (коррозия металла); нарушение правил эксплуатации и режимов работы котлов. Несчастные случаи, в основном, связаны с прикосновением нагретых поверхностей котлов и других частей системы теплоснабжения.

К основным причинам аварий и взрывов компрессорных установок относятся: дефекты, допущенные при их изготовлении или ремонте (трещины, пропуски в сварных швах, разрывы прокладок и т др.), повышение температуры сжатого воздуха или нагревание частей компрессорной установки выше допустимого вследствие неудовлетворительного охлаждения, повышение давления выше допустимого вследствие неисправности средств защиты; от попадания пыли, влаги, паров смазочных веществ, керосина, бензина и т.п. в камеру сжатия; накопления зарядов статического электричества (ременные передачи, трения струи сжатого воздуха о стенки компрессор ной установки); неудовлетворительные эксплуатация и надзор за установками. Причинами разгерметизации в системах трубопроводов для сжатого воздуха, газа или пара могут быть: дефекты при сварке труб коррозия металла и, как следствие, уменьшение толщины стенок труб, повышение давления выше допустимого; замерзание конденсата деформации, вследствие теплового расширения; механические повреждения трубопроводе. [1]

Таким образом, основными причинами аварий при эксплуатации систем, работающих под давлением, можно считать: некачественное изготовление, монтаж или ремонт сосудов, аппаратов, трубопроводов, нарушение определенного режима и правил эксплуатации; неисправность предохранительных устройств, контрольно-измерительных приборов и коррозию металлов. В связи с тем, что сосуды и аппараты, работающие под давлением, относятся к оборудованию повышенной опасности, предъявляются специальные требования к обслуживающему персоналу и правилам их эксплуатации. К тому же, на каждый сосуд или аппарат, работающий под давлением, должен быть технический паспорт (сертификат) завода-изготовителя.

Материалы, применяемые для изготовления сосудов должны обеспечивать их надёжную работу в течение расчётного срока службы с учётом заданных условий эксплуатации (по величине давления, температуры, составу и др.). В качестве материала для сосудов, работающих под давлением, используется сталь (углеродистая и легированная), цветные металлы и их сплавы. Неметаллические материалы могут применяться только с разрешения Ростехнадзора (РТН) на основании заключения специализированной организации. Все сварные соединения сосудов, работающих под давлением, должны быть подвержены неразрушающему контролю на наличие в них дефектов. Основная опасность при эксплуатации сосудов заключается в возможности их разрушения при внезапном адиабатическом расширении газов и паров (физический взрыв). При физическом взрыве потенциальная энергия сжатой среды в течение малого промежутка времени реализуется в кинетическую энергию осколков разрушенного сосуда и ударную волну. Особенно опасны взрывы сосудов, содержащих горючие вещества, так как при этом возникает химический взрыв, являющийся причиной пожара. При взрывах сосудов развиваются большие мощности, что и является причиной сильных разрушений. Так, например, при разрыве сосуда V = 1м³ со сжатым до Р = 1,2 МПа воздухом с длительностью физического взрыва 0,1 с развивается мощность, равная 28 МВт. Наиболее частыми причинами аварий сосудов, работающих под давлением, являются:

– несоответствие конструкции максимально допустимым давлению и температуре;

– превышение давления сверх предельного для данного сосуда;

– потеря механической прочности в результате внутренних дефектов, коррозии, местных перегревов и др.;

– несоблюдение установленного режима работы;

– низкая квалификация обслуживающего персонала;

– отсутствие технического надзора.

Так как наиболее часто на производствах топливно-энергетического комплекса используются баллоны для транспортирования, хранения и использования сжатых, сжиженных и растворённых газов, рассмотрим подробнее опасности, возникающие при их эксплуатации. Взрывы баллонов возможны при повреждении корпуса в случае падения или удара по баллону, особенно при температуре менее –30°С, т. к. при этом повышается хрупкость стали. Взрыв может произойти и при повышении температуры из-за роста давления среды в баллоне. Причиной взрыва может быть также переполнение баллона сжиженными газами из-за резкого повышения давления при росте температуры, что объясняется следующим образом. При повышении температуры баллона, полностью заполненного сжиженным газом, величина возросшего при этом давления рассчитывается по формуле р = ∆t ·α/β,

где: ∆t – диапазон повышения температуры содержимого баллона, град.; α – коэффициент объёмного теплового расширения газа, содержащегося в баллоне; β – коэффициент объёмного теплового сжатия сжиженного газа, содержащегося в баллоне;

Для большинства газов, использующихся в промышленности, величина α больше β на порядок, что при повышении ∆t на 10 градусов даёт прирост давления на 100 атм. Взрывы баллонов, содержащих сжатый кислород возможны при попадании масел и других жировых веществ во внутреннюю полость вентиля или баллона за счёт применения, например, необезжиренных уплотняющих прокладок. В кислородной среде масла и жиры окисляются до пероксидов, которые разлагаются взрывным способом, кроме того масла и жиры в струе кислорода способны самовоспламеняться, что также приводит к взрыву баллонов. Баллоны с водородом представляют опасность при загрязнении водорода, содержащегося в них, кислородом в количестве > 1 % об., т. к. при этом образуется взрывоопасная смесь, воспламеняющаяся в взрывной форме при наличии соответствующего импульса. Баллоны с ацетиленом представляют опасность из-за возможности этого вещества разлагаться со взрывом в отсутствии кислорода при давлении > 0,2 МПа. Из-за этого обстоятельства баллоны с ацетиленом заполнены активированным углём, который пропитан ацетоном, что позволяет повысить давление газа в баллоне до 1,6 МПа. Аварии баллонов происходят также по причине отсутствия сведений о веществе, содержавшемся в них при полном расходовании его, а также отсутствия опознавательной окраски поверхности баллона и соответствующих надписей, в результате чего внутрь баллона может быть закачан или воздух или горючее вещество, что приведёт к образованию взрывоопасной смеси и взрыву при наличии соответственного импульса воспламенения. Поскольку в баллонах могут содержаться и токсические вещества, при их разгерметизации существует также опасность отравления персонала токсическими веществами.

Мероприятия и технические средства для обеспечения безопасной эксплуатации аппаратов, работающих под давлением. На аппаратчика, обслуживающего сосуды, во время работы могут воздействовать следующие опасные производственные факторы: падающие с высоты предметы, недостаточная освещенность, повышенная влажность, повышенные уровни шума и вибрации, повышенное давление, повышенная температура и др. Для управления работой и обеспечения безопасных условий эксплуатации сосуды в зависимости от назначения должны быть оснащены запорно-регулирующей арматурой, приборами для измерения давления и температуры, указателями уровня жидкости и предохранительными устройствами.

Запорная арматура должна устанавливаться на штуцерах, непосредственно присоединенных к сосуду, или на трубопроводах, подводящих и отводящих от сосуда рабочую среду. Арматура должна иметь такое маркирование: наименование или товарный знак изготовителя, условный проход (мм), условное давление (МПа, допускается указывать рабочее давление и допустимую температуру), направление потока среды и марку материала корпуса. Количество, тип арматуры и место установления выбираются разработчиком проекта сосуда. На маховике запорной арматуры должно быть указано направление его вращения при открывании или закрывании арматуры. Арматура с условным проходом более 20 мм, изготовленная из легированной стали или цветных металлов, должна иметь паспорт установленной формы, в котором должны быть указаны данные по химическому составу, механическим свойствам, режимам термообработки и результатам контроля качества изготовления неразрушающими методами. Каждый сосуд и самостоятельные полости с разными давлениями должны быть снабжены манометрами прямого действия. Манометр устанавливается на штуцере сосуда или трубопроводе между сосудом и запорной арматурой. Манометры должны иметь класс точности не ниже: 2,5-при рабочем давлении сосуда до 2,5 Мпа; 1,5-при рабочем давлении сосуда свыше 2,5 МПа. На шкале манометра владельцем сосуда должна быть нанесена красная черта, указывающая рабочее давление в сосуде. Манометр должен быть установлен так, чтобы его показания были отчетливо видны обслуживающему персоналу. Номинальный диаметр корпуса манометров, устанавливаемых на высоте до 2 м от уровня площадки наблюдения за ним, должен быть не менее 100 мм, на высоте от 2 до 3 м - не менее 160 мм. Установка манометров на высоте более 3 м от уровня площадки не разрешается. Между манометром и сосудом должен быть установлен трехходовый кран или заменяющее устройство, позволяющее проводить периодическую проверку манометра с помощью контрольного. Проверка манометров с их опломбированием и клеймением должна производится не реже одного раза в 12 месяцев. Кроме того, не реже одного раза в 6 месяцев владельцем сосуда должна производиться дополнительная проверка рабочих манометров контрольными с записью результатов в журнал контрольных проверок. Манометр не допускается к применению в случаях, когда отсутствует пломба или клеймо с отметкой о проведении проверки, просрочен срок проверки, стрелка при его отключении не возвращается в нулевое положение на величину, превышающую половину допускаемой погрешности для данного прибора, разбито стекло или имеются повреждения, которые могут отразиться на правильности его показаний.

Сосуды, работающие при изменяющейся температуре стенок, должны быть снабжены приборами для контроля скорости и равномерности прогрева по длине и высоте сосуда и реперами для контроля тепловых перемещений. Необходимость оснащения сосудов указанными приборами и реперами, а также допустимая скорость прогрева и охлаждения сосудов определяются разработчиком проекта и указываются изготовителем в паспортах сосудов или инструкциях по монтажу и эксплуатации. Каждый сосуд должен быть снабжен предохранительными устро