Анализ возможных причин повреждений аппаратов

Повреждения аппаратов и трубопроводов являются следствием сложных одновременно протекающих физико-химических процессов. Чаще всего повреждение подготавливается постепенно совместным действием механических и химических причин, которые проявляются при нарушении установленного технологического регламента или отсутствии систематического контроля за действительным состоянием оборудования.

Следовательно, для предупреждения повреждений и аварий большое значение имеет систематический надзор за состоянием аппаратов и регулярное их испытание на прочность и герметичность.

Для обеспечения безопасности помещений большое значение имеют эффективно действующая вентиляция (в том числе аварийная), а также наличие специальных систем, обеспечивающих защиту от образования взрывоопасных концентраций паров и газов в воздухе.

Работа производственного оборудования в каждом цехе и отделении, нормы межремонтного пробега, нормы его загрузки и основные параметры процесса должны соответствовать требованиям утвержденного технологического регламента.

Нарушения установленных норм давления, температуры и других параметров технологического регламента подвергаются тщательному рассмотрению.

Все аварии, взрывы, пожары и загорания расследуются с целью выяснения причин и принятия мер, предупреждающих повторение подобных случаев.

Повреждения аппаратов и трубопроводов могут носить местный, т.е. локальный характер (образование трещин, свищей, сквозных отверстий от коррозии, прогары теплообменной поверхности и т.п.), но может, происходит и полное разрушение. В первом случае через образовавшиеся отверстия почти под постоянным давлением продукт в виде струй пара, газа или жидкости будет выходить наружу. Во втором случае все содержимое аппарата сразу выйдет наружу, и, кроме того, будет продолжаться истечение жидкости из соединенных с ним трубопроводов.

Чтобы решить какой вид повреждения является наиболее специфичным для данного производства, и какой из аппаратов будет являться наиболее опасным при разрушении, необходимо исходить из результатов анализа возможных причин повреждений и аварий.

Повреждения аппаратов от механических воздействий.

Повышенное давление – причина повреждения аппаратов.

Механическая прочность технологического оборудования является необходимым условием для обеспечения его безопасной эксплуатации. Под механической прочностью понимают способность материала воспринимать усилия рабочих нагрузок, не разрушаясь и не образуя пластических деформаций сверх предельно установленных величин.

Прочность технологического оборудования обеспечивается правильным подбором материала с учетом характера и величин внешних нагрузок, действующих на аппарат. При этом всегда исходят из самых неблагоприятных условий работы аппарата.

При проектировании и изготовлении аппаратов принимают все меры к тому, чтобы предотвратить возможность их повреждения вследствие недостаточной механической прочности. Вместе с тем на промышленных предприятиях нередко наблюдаются повреждения аппаратов и трубопроводов.

Это происходит по многим причинам, в т.ч. и в результате воздействия не предусмотренных расчетом нагрузок, наличие скрытых внутренних дефектов материала, отсутствия или неисправности эффективных средств защиты аппаратов от перегрузок, а также некачественного технического надзора за оборудованием в процессе его эксплуатации. В результате не предусмотренного расчетом механического воздействия материал корпуса аппарата или трубопровода может испытывать чрезмерно высокие внутренние напряжения, способные вызвать не только образование неплотностей в швах и разъемных соединениях, но и полное разрушение аппарата или трубопровода по наиболее слабому сечению.

Причинами появления высоких внутренних напряжений могут являться завышенные против нормы внутренние давления в аппаратах (от нарушения материального баланса, т.е. масса исходных веществ процесса должна быть равна массе его конечных продуктов, независимо от того, каким изменениям оно подвергается в данном аппарата, теплового расширения веществ, прекращения конденсации паров и т.п.) и нагрузки динамического характера, на которые аппарата не рассчитан.

Повреждение аппаратов и трубопроводов от температурных воздействий.

При эксплуатации производственного оборудования неплотности и повреждения могут появиться в результате образова­ния не предусмотренных расчетом температурных напряжений в материале стенок аппаратов и трубопроводов, а также в ре­зультате изменения механических свойств металлов под воз­действием температуры.

Опасные температурные напряжения в материале возни­кают при резких изменениях рабочей температуры аппарата или окружающей среды, под влиянием неравномерного воздей­ствия температуры на конструктивные, элементы аппарата, атакже при действии изменяющейся или неодинаковой темпера­туры на жестко закрепленные конструкции и узлы аппаратов. Общее внутреннее напряжение, появляющееся в материале от действия полезной нагрузки и от температурных воздейст­вий, может превысить пределы текучести, прочности и вызвать появление необратимых деформаций, разрывы стенок аппара­та, трубопровода.

Механические свойства металла могут измениться в худ­шую сторону при действии на аппарат не предусмотренных расчетом как высоких, так и низких температур. При этом даже нормальные рабочие нагрузки могут привести к появлению необратимых деформаций и повреждению аппаратов или тру­бопроводов.

Действие предельных температур на оборудование.

Всякое изменение рабочей температуры или температуры внешней среды приводит к изменению температуры материала аппаратов, трубопроводов, а, следовательно, к изменению раз­меров отдельных элементов, узлов или конструкции в целом. Если конструктивное устройство узлов или конструкции в це­лом не препятствует свободному изменению их линейных раз­меров при изменении температуры, то дополнительных внутренних напряжений в материале не возникает. При отсутствии таких возможностей в материале возникают дополнительные температурные напряжения, величина которых зависит от мно­гих факторов, в том числе от свойств материала, размеров кон­струкции и характера заделки ее концов, величины перепада температуры.

Повреждение аппаратов и трубопроводов в результате коррозии.

Под химическим износом понимают уменьшение толщины или прочности стенок аппаратов в результате химического вза­имодействия материала с обрабатываемыми веществами или с внешней средой;

Находящиеся в аппаратах и трубопроводах вещества, име­ющиеся вних химические примеси, используемые катализато­ры, инициаторы или ингибиторы, а также среда, окружающая аппараты, могут химически взаимодействовать с материалом корпуса, вызывая его разрушение.

Разрушение металла от действия на него соприкасающейся с ним среды называется коррозией.

За последние четверть века борьба с коррозией приобрела особо важное значение, так как все шире и шире применяются высокие температуры и давления, большие скорости, агрессив­ные среды и т. п. Защита производственной аппаратуры от кор­розии имеет большое народнохозяйственное значение и, кро­ме того, является своего рода инженерно-техническим меропри­ятием, снижающим пожарную опасность процесса.

Сущность протекающих химических процессов при коррозии металла не везде одинакова. Поэтому кратко рассмотрим основ­ные виды коррозии.

Виды коррозии и характер коррозионных разрушений.

Коррозия производственной аппаратуры, трубопроводов и прокладочных материалов чаще всего происходит при получе­нии и использовании азотной, серной и соляной кислот, при производстве уксусной кислоты и уксусного альдегида, в результате переработки и хранения сернистых нефтей, при процессах электролиза, в соляных термических ваннах, во время обработки жидкостей и газов, в составе которых находятся хо­тя бы в небольшом количестве галоидоводороды, кислоты, ще­лочи, а также хлористые и сернистые соли. Значительная кор­розия наблюдается у поверхностей, омываемых пламенем, у подземных, подводных аппаратов, а также аппаратов, находя­щихся во влажной среде.

Разрушающему действию коррозии подвержены наиболее слабые места производственной аппаратуры — швы, разъем­ные соединения, прокладки, места изгибов и поворотов труб и т.п.

Установлено, что в коррозионной среде при недостаточной защите уже после 8—10 лет эксплуатации в стенках подземно­го трубопровода толщиной 8 мм появляются первые сквозные проржавления, т. е. скорость местного разрушения металла кор­розией составляет 1 мм/год.

Особенно опасны участки, где обнаруживается действие блуждающих токов. Скорость коррозии трубопровода в этом случае может достигать 2—4 мм/год.

В практике наблюдались случаи сквозных проржавлений сте­нок аппаратов, магистральных и подводящих продуктопроводов.

Наряду с ущербом, наносимым коррозией в результате потери металла, очень велики убытки, связанные с порчей и выходом из строя аппаратов и установок, машин и механизмов. Значительные убытки наносятся также в результате потерь жидкостей и газов при коррозии магистральных трубопроводов, резервуаров, стенок газгольдеров и т. п.

Процесс коррозии может протекать двумя путями; прямым химическим взаимодействием и в результате электрохимических реакций, сопровождающихся протеканием электрического тока между отдельными участками металла.

Химическая коррозия наблюдается в среде жидких диэлект­риков или газов, нагретых до высоких температур. Это окислительно-восстановительный химический процесс, не связанный с протеканием электрического тока, к которому относят кислород­ную, сероводородную, серную, а также водородную коррозии в аппаратах с температурными режимами от 200°С и выше.

Электрохимическая коррозия происходит в том случае, когда поверхность металла соприкасается с каким-либо электролитом. Контакт металла с электролитом вызывает появление многочисленных микрогальванических пар, в результате действия которых возникает электрический ток и один из металлов переходит в раствор.

Скорость химической коррозии при обычных температурах (порядка 25°С) невелика. В растворах электролитов благодаря возникновению на поверхности металла коррозионных гальванических элементов, помимо химической, коррозии, протекает электрохимический процесс. Скорость разрушения, определяемая эффективностью работы возникших гальванических элемен­тов, значительно превышает скорость прямого химического вза­имодействия металла с молекулами электролита. Поэтому для основной массы металлов, эксплуатирующихся во влажной ат­мосфере, в растворах солей в почве и т. п., приходится считать­ся главным образом с процессами электрохимической коррозии.

Коррозия приводит к уменьшению толщины стенки, способ­ной воспринимать рабочие нагрузки, или к изменению механиче­ских свойств металла. Интенсивность коррозии зависит от качества металла, химической активности обрабатываемых ве­ществ, количества агрессивных примесей, режима работы ап­парата и т. п. Наибольший износ металла коррозией наблюда­ется в тех местах аппаратов и трубопроводов, где имеется значительная турбулентность, ударное действие или меняется направление потока жидкости, газа. В этом случае нераствори­мые продукты коррозии уносятся потоком, причем все новые и новые слои металла становятся доступными для химического взаимодействия с агрессивной средой.