7. Требования безопасности к устройству и эксплуатации
технологических трубопроводов
Сеть трубопроводов является источником повышенной опасности, так как вследствие тяжелых условий эксплуатации (повышенные и высокие значения температуры, давления, во многих случаях высокая коррозионная активность сред, транспортируемых по трубопроводам) происходит разрушение материала труб и разгерметизация фланцевых соединений, а из-за большой протяженности и разветвленности сети контроль за ее состоянием затруднен.
В связи с этим проектирование, устройство, монтаж и эксплуатация технологических трубопроводов регламентируется соответствующими нормативными документами /3, 8, 9/.
Согласно нормам все технологические трубопроводы в зависимости от химического состава передаваемой по ним среды подразделяются на три группы (А, Б, В). Внутри каждой группы в зависимости от рабочего давления и температуры трубопроводы делятся на пять категорий (I-V) табл. 2.
В соответствии с категорией трубопровода и группой перемещаемой среды выбираются трубы, имеющие требуемое значение условного давления и диаметр условного прохода (ГОСТ 356-80). Материалы труб выбираются с учетом механической прочности, стойкости к воздействию высоких и низких температур и коррозионной стойкости. В табл. 3 представлена коррозионная стойкость некоторых материалов, идущих на изготовление труб, в различных агрессивных средах при температуре 200С; буквой С обозначены стойкие материалы, У - материалы, применяемые лишь в определенных условиях (условно стойкие), Н - не применяются для транспортирования данной среды.
В химической промышленности используют, как правило, бесшовные трубы. Прямошовные или спиральношовные сварные трубы применяют лишь для транспортирования воды, пара и других нейтральных и невзрывоопасных сред при температуре от -15 до 2000С и давлении до 1 МПа.
Прокладку трубопроводов в основном выполняют надземным способом - на эстакадах, стойках, по колоннам и по стенам зданий, что позволяет обеспечивать возможность постоянного наблюдения за состоянием трубопроводов, облегчается их монтаж и ремонт. При надземной прокладке трубопроводов в зависимости от их характеристик и условий эксплуатации применяют следующие опоры: неподвижные, обеспечивающие закрепление трубопровода в заданной (мертвой) точке; подвижные (скользящие, катковые), дающие возможность трубопроводу свободно перемещаться при тепловых деформациях.
Расстояния между опорами и место установки неподвижных (мертвых) опор рассчитываются и указываются в проектной документации. При расчете
Таблица 2
Классификация технологических трубопроводов
Общая группа
|
Транспортируемые вещества
|
Категория трубопровода*
|
I
|
II
|
III
|
IV
|
V
|
Рраб, МПа
|
tраб,
0С
|
Рраб, МПа
|
tраб,
0С
|
Рраб, МПа
|
tраб, 0С
|
Рраб, МПа
|
tраб,
0С
|
Рраб, МПа
|
tраб,
0С
|
|
Вещества с токсическим действием
|
А
|
а) Чрезвычайно и высокоопасные вещества кл. 1 и 2 (ГОСТ 12.1.007)
|
Независимо
|
Независимо
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
|
б) Умеренные опасные вещества кл. 3 (ГОСТ 12.1.007)
|
> 2,5
|
>+ 300 < -40
|
Вакуум от 0,08 до 2,5
|
От -40 до +300
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
|
Взрыво- и пожароопасные вещества
|
|
а) Горючие газы, в том числе сжиженные
|
> 2.5
|
> 300 и < -40
|
Вакуум от 0,08 до 2,5
|
От -40 до +300
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
Б
|
Вакуум ниже 0,08
|
Независимо
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
|
б) Легковоспламеняющиеся жидкости (ЛВЖ)
|
> 2,5
|
> +300 и < -40
|
От 1,6 до 2,5
|
120 - 300
|
до 1,6
|
От -40 до +120
|
-
|
-
|
-
|
-
|
Окончание табл. 2
Общая группа
|
Транспортируемые вещества
|
Категория трубопровода*
|
I
|
II
|
III
|
IV
|
V
|
Рраб, МПа
|
tраб,
0С
|
Рраб, МПа
|
tраб,
0С
|
Рраб, МПа
|
tраб, 0С
|
Рраб, МПа
|
tраб,
0С
|
Рраб, МПа
|
tраб,
0С
|
Б
|
б) Легковоспламеняющиеся жидкости (ЛВЖ)
|
Вакуум ниже 0,08
|
Независимо
|
Вакуум > 0,08
|
От -40 до +300
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
в) Горючие жидкости
|
> 6,3
|
> +350 и < -40
|
От 2,5 до 6,3
|
250 - 350
|
От 1,6 до 2,5
|
120 - 250
|
< 1,6
|
От -40 до +120
|
-
|
-
|
В
|
Трудногорючие и негорючие жидкости (ГОСТ 12.1.044)
|
Вакуум ниже 0,003
|
-
|
Свыше 6,3 или вакуум < 0,08
|
350 -450
|
От 2,5 до 6,3
|
250 - 350
|
От 1,6 до 2,5
|
120 - 250
|
< 1,6
|
От -40 до +120
|
* - Категорию трубопровода следует устанавливать по параметру, требующему отнесения его к более ответственной категории.
- Для вакуумных трубопроводов следует учитывать не условное давление, а абсолютное рабочее давление
Таблица 3
Коррозионная стойкость конструкционных материалов
Агрессив-ная среда
|
Концент-рация, в %
|
Алюминий
|
Медь
|
Чугун
|
Сталь угле-роди-стая
|
Сталь хроми-рован-ная
|
Фао-лит
|
Винни-пласт
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
Азотная кислота
|
До 40
|
н
|
н
|
н
|
н
|
с
|
н
|
с
|
-"-
|
40-70
|
н
|
н
|
н
|
н
|
с
|
н
|
у
|
-"-
|
70-80
|
у
|
н
|
н
|
н
|
с
|
н
|
у
|
-"-
|
80-95
|
с
|
н
|
н
|
н
|
с
|
н
|
н
|
-"-
|
Свыше 95
|
с
|
н
|
н
|
н
|
у
|
н
|
н
|
Серная кислота
|
До 50
|
н
|
н
|
н
|
н
|
н
|
с
|
с
|
-"-
|
50-70
|
н
|
н
|
н
|
н
|
н
|
у
|
с
|
-"-
|
70-90
|
н
|
н
|
у
|
у
|
у
|
н
|
у
|
-"-
|
90-100
|
н
|
н
|
у
|
у
|
у
|
н
|
н
|
Соляная кислота
|
До 10
|
н
|
у
|
н
|
н
|
у
|
с
|
с
|
-"-
|
10-20
|
н
|
у
|
н
|
н
|
н
|
с
|
с
|
-"-
|
Свыше 20
|
н
|
н
|
у
|
н
|
н
|
с
|
с
|
Атмосфера промыш-лен.
|
-
|
с
|
у
|
у
|
у
|
с
|
с
|
с
|
Вода тех-ническая
|
-
|
с
|
у
|
у
|
у
|
с
|
с
|
с
|
Этиловый спирт
|
96
|
н
|
у
|
с
|
с
|
с
|
н
|
у
|
Бутиловый спирт
|
-
|
с
|
с
|
у
|
у
|
с
|
-
|
с
|
Бензол
|
-
|
с
|
с
|
с
|
с
|
с
|
с
|
н
|
Толуол
|
Раствор
|
с
|
с
|
с
|
с
|
с
|
-
|
н
|
Фенол
|
-
|
с
|
у
|
н
|
у
|
с
|
н
|
у
|
Натрий хлористый
|
Раствор
|
н
|
н
|
н
|
н
|
с
|
с
|
с
|
Цинк хлористый
|
Раствор
|
у
|
н
|
н
|
н
|
с
|
с
|
с
|
Натрий углекис-лый
|
-"-
|
н
|
с
|
с
|
с
|
с
|
с
|
с
|
Едкий натр
|
До 30
|
н
|
у
|
с
|
с
|
с
|
н
|
с
|
-"-
|
30-100
|
н
|
у
|
у
|
у
|
с
|
н
|
у
|
Окончание табл.3
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
Аммиак
|
Газ
|
с
|
н
|
у
|
у
|
с
|
с
|
с
|
Аммиачная вода
|
Раствор
|
с
|
н
|
у
|
у
|
с
|
с
|
с
|
Сероводо-род
|
Газ
|
с
|
н
|
с
|
у
|
у
|
с
|
с
|
Калий хлористый
|
Раствор
|
с
|
н
|
н
|
н
|
у
|
с
|
с
|
опор для трубопроводов учитывают массу труб с изоляцией, массу продуктового потока и специальные условия эксплуатации (ветровую нагрузку, обледенение и др.). Минимальная высота прокладки надземных трубопроводов в непроезжей части территории составляет не менее 2,2 м, а в местах пересечения дорог - не менее 4,5 м.
Не разрешается прокладка технологических трубопроводов через бытовые, подсобные, складские помещения, вентиляционные камеры, помещения КИП и др.
Внутрицеховые трубопроводы взрыво- и пожароопасных производств должны быть заземлены с целью отвода зарядов статистического электричества и вторичных проявлений молний. В целях выравнивания электростатических потенциалов и предотвращения искрения трубопроводы, проложенные в помещениях категорий А и Б, параллельно на расстоянии до 100 мм один от другого, должны соединяться металлическими перемычками через каждые 20-25 м.
Все трубопроводы подвержены температурным колебаниям в зависимости от температуры транспортируемой среды и времени года. Величина теплового удлинения расчетного участка (между мертвыми опорами) трубопровода определяется по формуле
 (6)
где  - коэффициент линейного расширения материала трубы; L - длина участка трубопровода;  - перепад температуры между транспортируемой жидкостью и окружающей средой.
Если трубопровод жестко закреплен в опорах и, следовательно, лишен возможности перемещаться, в нем возникают напряжения, определяемые по выражению
 , (7)
где E - модуль упругости материала трубы.
Эти напряжения, воздействующие, с одной стороны, на опоры, с дру-
гой, – на трубопровод, подвергающийся продольному изгибу, могут явиться причиной аварий. В случае, если значение  равно или превышает допускаемые напряжения на растяжение (сжатие), необходимо оборудовать трубопроводы специальными компенсирующими устройствами.
Компенсация тепловых удлинений производится либо устройством трубопроводов с самокомпенсацией, либо установкой компенсаторов различных типов.
Рис.6. Схема самокомпенсации
Самокомпенсация. Трубопровод, согнутый под углом и закрепленный на концах (на мертвых опорах), удлиняясь при нагреве, изгибается (рис. 6). При этом в материале трубы возникают напряжения, намного меньше, чем те, которые возникли бы при нагреве прямой трубы той же длины. Это свойство используется при устройстве трубопроводов, требующих компенсации линейных удлинений, при наличии у них поворотов. Длина плеч трубопроводов от точки изгиба до мертвой опоры определяется расчетом. Преимущества самокомпенсации заключаются в отсутствии специальных затрат на изготовление и в упрощении обслуживания. Самокомпенсация неприемлема для труб из хрупких материалов.
Компенсаторы. Наиболее распространенными являются компенсаторы, согнутые из труб (рис. 7).
 
Рис. 7. Некоторые типы гнутых компенсаторов
Габариты гнутых компенсаторов определяют расчетом. Компенсирующаяся способность их доходит до 400 мм. Гнутые компенсаторы изготавливаются из труб диаметром до 250 мм, выполненных из упругих материалов (сталь, винипласт).
Преимущества гнутых компенсаторов: легкость изготовления на месте монтажа, малые величины осевых усилий, нагружающих мертвые опоры. Недостатки - значительные габариты, повышенное сопротивление течению среды, возникновение со временем явлений усталости материала.
В трубах больших диаметров применяют линзовые компенсаторы (рис. 8). Число волн обычно не превышает восьми. Компенсационная способность одной волны 2 - 4 мм. Однако при давлениях выше 1,6 МПа линзовые компенсаторы не применяются, т.к. толщина стенок волн становится настолько большой, что компенсационная способность устройства резко снижается.
Установку на трубопроводах гнутых или линзовых компенсаторов следует предусматривать при невозможности компенсации удлинений за счет самокомпенсации.
 
Рис. 8. Линзовые компенсаторы
Для труб, изготовленных из хрупких материалов (чугуна, керамики, стекла, фаолита), применяют сальниковые компенсаторы (рис. 9). Устройство
Рис. 9. Сальниковый компенсатор
1 –корпус; 2 – сальник; 3 – стакан; 4 – крепежная лапа
состоит из двух труб, одна из которых меньшего диаметра (так называемый стакан, или ныряло) под воздействием силы расширения входит в другую (большего диаметра). Сальниковые компенсаторы используются в трубопроводах с рабочим давлением до 1,6 МПа. Они требуют укладки трубопровода без перекоса во избежание “заедания” стакана; прокладки труб по жесткому основанию во избежание просадки опор; повседневного надзора, своевременной подтяжки и перебивки сальников. Другим недостатком таких компенсаторов является передача на неподвижные опоры больших усилий. Преимуществами их являются отсутствие изгиба труб при удлинении (сжатии) и компактность. Компенсирующая способность составляет 200-300 мм.
Тепловая изоляция трубопроводов. Для предохранения трубопровода от температурного воздействия окружающей среды используют тепловую изоляцию, служащую для:
1) предохранения пара, протекающего по трубопроводу, от конденсации, что может вызвать гидравлические удары;
2) сокращения потерь тепла протекающих по трубопроводу продуктов или сохранения его температуры, необходимой для проведения реакции, а также предупреждения застывания продукта в трубопроводе при его охлаждении;
3) предохранения помещения от нагревания горячими трубопроводами, а обслуживающего персонала - от ожогов. В этом случае температура наружного слоя теплоизоляции не должна превышать 450 С, если трубопровод находится на расстоянии менее 2 м от уровня земли (пола) или от площадки для обслуживания.
Наиболее распространенными теплоизоляционными материалами являются: асбестовый шнур, войлок утеплительный, минерально-ватные маты, маты стекловатные, перлитоцементные изделия.
Трубопроводы из неметаллических материалов, обладающих малой теплопроводностью, изоляцией обычно не покрывают.
Техническое освидетельствование трубопроводов. Освидетельствова-ние трубопроводов заключается в наружном осмотре и гидравлическом испытании. Наружный осмотр производят с целью проверки правильности установки и состояния арматуры, прогиба трубопровода, прочности несущих конструкций, надежности закрепления труб в “мертвых” опорах и т.д.
Гидравлическому испытанию трубопровод подвергают после наружного осмотра. При этом трубопровод заполняют водой и специальным насосом создают установленное испытательное давление (табл. 4). Гидравлическое испытание трубопровода на прочность и плотность проводят одновременно. Для проверки прочности трубопровод выдерживает под пробным давлением 10 мин, после чего его снижают до рабочего давления, при котором производят осмотр сварных швов (испытание на плотность). После осмотра давление вновь повышают до испытательного и выдерживают еще 5 минут, после чего снижают до рабочего и вторично осматривают трубопровод.
Таблица 4
Назначение трубопровода
|
Испытательное давление
|
на прочность
|
на плотность
|
1. Все технологические трубопрово-
ды, кроме указанных в п.п.2, 3, 4
|
Рпр= 1,25Рраб
|
Рраб
|
2. Трубопроводы, транспортирую-
щие горючие, токсичные и сжижен-
ные газы при
Рраб< 0,0095 МПа
|
0,2
|
0,1
|
Рраб< 0,005 МПа
|
не производится
|
0,02
|
3. Факельные линии
|
0,2
|
0,1
|
4. Самотечные трубопроводы
|
0,2
|
0,1
|
При проверке плотности при рабочем давлении трубопровод осматривают и остукивают сварные швы молотком массой 1 - 1,5 кг. (удары наносят по трубе рядом со швом).
Результаты гидравлического испытания на прочность и плотность признаются удовлетворительными, если во время испытания не произошло падение давления по манометру и не появились течь и отпотевание на элементах трубопровода.
В отдельных случаях гидравлическое испытание заменяют пневматическим.
Необходимость дополнительного испытания трубопроводов на герметичность после испытания на прочность и плотность устанавливается проектом. При этом давление дополнительного испытания на герметичность принимается, как и при испытании на плотность (см. табл. 4).
После окончания испытаний трубопровод промывают водой, подвергают продувке сжатым воздухом и наносят отличительную (опознавательную) окраску. Окраска трубопроводов выполняется сплошной по всей поверхности коммуникаций или отдельными участками. Ниже приведены цвета опознавательной окраски трубопроводов в зависимости от групп транспортируемых по ним веществ и цифровые обозначения этих групп:
1. Вода Зеленый 6. Кислоты Оранжевый
2. Пар Красный 7 . Щелочи Фиолетовый
3. Воздух Синий 8. Жидкости Коричневый
4. Газы горючие
горючие Желтый 9. Жидкости
5. Газы негорючие Коричневый
негорючие Желтый 10. Прочие
жидкости Серый
Для обозначения опасных по свойствам транспортируемых веществ на трубопроводы наносятся дополнительно предупредительные цветные кольца:
красный - ЛВЖ, ГЖ
желтый - токсичные
зеленый - безопасные, нейтральные
Число предупредительных колец (от одного до трех) зависит от режимных параметров (давления и температуры). Например, перегретый водяной пар - кольцо зеленого цвета; при температуре 250-350 0С наносится одно; при 350-450 0С - два; более 450 0С - три.
Если в помещении цеха проходит несколько трубопроводов с веществами одной и той же группы, то для облегчения их определения они окрашиваются красками различных оттенков. На внутрицеховые трубопроводы навешиваются таблички с поясняющими надписями с изображением стрелки, указывающей направление движения потока.
|
