Безопасность технологических процессов (стр. 3 )

Сжатая стойка при нагрузке на нее должна обеспечивать устойчивость равновесия и прямолинейность формы, т. е. должна быть исключена опасность возникновения продольного изгиба. Сила Р, сжимающая стойку, должна быть не больше допускаемой [Р], т. е. Р < [Р]. Последняя составляет некоторую часть от критической силы:

, (5.21)

где - требуемый (допускаемый) коэффициент запаса устойчивости.

Условие устойчивости имеет вид

, (5.22)

где - коэффициент устойчивости; для стальных стоек металлоконструкций = 1,7-2,0; для деталей машин (домкраты, ходовые винты) = 3,0-5,0.

Критическая сила (при потере устойчивости в упругой стадии) вычисляется по формуле Эйлера:

, (5.23)

где Е - модуль продольной упругости материала стойки;

- наименьший из осевых моментов инерции поперечного се­чения стойки;

- коэффициент приведения длины, за­висящий от способов закрепления концов стойки (рис. 5.8);

- длина стойки.

 

Рис. 5.8. Схемы закрепления концов стоек

Критическое напряжение в материале стойки (на основе формулы Эйлера)

, (5.24)

где - гибкость стержня;

- минимальный радиус инерции попереч­ного сечения стойки;

- площадь поперечного сечения стойки.

Критическая сила связана с критическим напряжением соотношением:

. (5.25)

Формула Эйлера применима при условии, что

, (5.26)

где - предел пропорциональности материала стойки.

Из условия (5.26) следует, что формула Эйлера справед­лива при условии

, (5.27)

где - предельная гибкость материала, зави­сящая от его физико-механических свойств;

. (5.28)

В случае выполнения неравенства

, (5.29)

где - значение гибкости, при которой критическое на­пряжение становится равным пределу текучести (для стальных и дюралюминиевых стоек), формулу Эйлера применять нельзя. Расчеты ведут по эмпирическим формулам Тетмайера - Ясинского (для стальных, дюр­алюминиевых и деревянных стержней):

, (5.30)

для стоек из других материалов

, (5.31)

где а и b - эмпирические коэффициенты, имеющие раз­мерность напряжения (табл. 5.5).

Для чугунных стоек условие применимости эмпи­рической формулы также выражается неравенством (5.29); значения а,b, и приведены в табл. 5.5.

Таблица 5.5

Значения а, b, и

Материал	а, Н/мм2	b, Н/мм2
Стали 10, Ст2	264	0,70	62	105
Стали 15, Ст3	310	1,14	61	100
Стали 25, Ст5	350	1,15	57	92
Стали 10Г2СД, 15ГС	429	1,52	50	83
Дюралюминий Д16Т	406	2,83	30	53
Сосна, ель	29,3	0,194	-	70
Чугун	-	-	10	80

Напряжения в стальных и деревянных стойках строительных конст­рукций, а также в сжатых стойках металлоконструкций подъемно-транспортных машин рассчитывают по формуле

, (5.32)

где - коэф­фициент продольного изгиба;

- основное допускаемое напряжение па сжатие, устанав­ливаемое без учета опасности продольного изгиба.

Коэффициент зависит от материала и гибкости стойки. Последняя при проектном расче­те неизвестна, поэтому последний прихо­дится вести последовательными приближениями.

Пример. На рис. 5.9 показана расчетная схема трубча­той стойки строительной конструкции. Требуется проверить стойку на устой­чивость от действия силы Р = 80 кН при = 2,5, если она изготовлена из стали марки Ст3. Высота стойки = 2 м.

Æ 50

Æ 60

Решение. Для расчета на устойчивость должна быть известна критическая сила для заданной стойки. Для этого необ­ходимо установить, no какой формуле следует вычислять критическую силу, т. е. надо сопоставить гибкость стойки с предельной гибкостью для ее материала.

Из табл. 5.8 для стали Ст3 выпишем значение предельной гибкость материала стойки и значение гибкости, при которой критическое на­пряжение становится равным пределу текучести

= 100, = 61.

Для определения гибкости рассчитываемой стойки вычисляем геометрические характеристики J, , i ее поперечного сечения:

мм4;

мм2;

мм.

У величин J и i опущены индексы «мин», т. к. поперечное сечение стойки имеет форму кругового кольца, для которого, как известно, все центральные оси главные и все главные центральные моменты инерции одинаковы.

Определим гибкость стойки

.

Как видим, выполняется условие (5.29) , т. е. критическую силу можно определить по формуле Тетмайера – Ясинского (5.30), Н/мм2

.

Критическая сила для стойки составит (формула 5.25)), Н

.

Расчетный коэффициент запаса устойчивости стойки в соответствии с формулой (5.22) будет

.

Таким образом, на 4,8%. Следовательно, рассматриваемая стойка не потеряет устойчивости под действием силы Р.

5.6. Расчет предохранительных клапанов

В процессе эксплуатации котлов и сосудов различного назначения возможны случаи превышения в них давления среды относительно номинального, что может привести к разрушению в них барабанов, коллекторов, сосудов и другого оборудования.

Каждый элемент котла или технологического оборудования, внутренний объем которого с находящейся там средой ограничен запорными органами, должен быть защищен предохранительными устройствами, автоматически предотвращающими

повышение дав­ления сверх допустимого путем выпуска рабочей сре­ды в атмосферу или утилизационную систему.

Для предотвращения взрывов в системах паро - и водопроводах паровых и водогрейных котлов, сосудах различного назначения и т. п. используют различные предохранительные клапаны (не путать с взрывными предохранительными клапанами!), которые автоматически сбрасывают давление среды, если оно начинает подниматься выше допустимого.

Каждый котельный агрегат или сосуд, работающий под давлением, должен быть снабжен предохранительным клапаном. В соответствии с нормативным документом [27] водогрейные котлы без барабанов с температурой воды до 115 оС производительностью менее 407 кВт должны иметь один предохранительный клапан, при большей производительности – два, один из которых контрольный.

Предохранительные клапаны должны за­щищать котлы, пароперегреватели и экономайзеры, сосуды различного назначения от превышения в них давления более чем на 10% рас­четного (разрешенного).

Превышение давления при полном открытии пре­дохранительных клапанов выше, чем на 10% расчет­ного может быть допущено лишь в том случае, если это предусмотрено расчетом на прочность котла, па­роперегревателя и экономайзера, сосуда.

В качестве предохранительных устройств допускается применять:

а) рычажно-грузовые предохранительные клапа­ны прямого действия;

б) пружинные предохранительные клапаны пря­мого действия;

в) импульсные предохранительные устройства, состоящие из импульсного клапана и главного предохранительного клапана.

Установка тех или иных предохранительных устройств на оборудовании определяется нормативными документами Госгортехнадзора России.

Наиболее широко используемым, надежным, простым и легко регулируемым считается клапан рычажной конструкции, схема которого изображена на рис. 5.10.

Рис. 5.10. Предохранительный рычажный клапан: 1 - трубопровод; 2 - рычаг; 3 - клапан; 4 – седло клапана; 5 - регулировочный груз

 

На трубопровод приваривается фланец с седлом 4. Сам клапан 3 прижимается сверху рычагом 2, который с одной стороны закреплен на оси к трубопроводу 1, а с другой стороны имеет регулируемый груз 5.

За счет грузов и рычага клапан 3 плотно прижимается к седлу 4. При достижении средой давления в трубопроводе, равного давлению срабатывания клапана, клапан приподнимается вместе с рычагом, и пар или вода выходят из системы, давление при этом понижается. С помощью грузов 5 можно регулировать давление срабатывания (подъема из седла) клапана. К недостаткам таких клапанов следует отнести их громоздкость, быстрый износ зеркала седла под действием струи среды.

На передвижных котлах и кот­лах паропроизводительностью менее 35 т/ч должны устанавливаться пружинные предохранительные клапаны. Принципиальная конструкция такого клапана показана на рис. 5.11.

 

Рис. 5.11. Пружинный предохранительный клапан:

1 – корпус; 2 – натяжной винт с резьбой; 3 – шток; 4 – упорная шайба;

5 – пружина; 6 – тарелка клапана; 7 – трубопровод; 8 – седло клапана

В приваренном к трубопроводу корпусе 1 в верхней части имеется отверстие с резьбой, куда вворачивается натяжной винт 2. Винт внутри полый, и внутри этой полости может свободно двигаться шток 3, на конце которого закреплена тарелка клапана 6. Нижний конец винта 2 с шайбой 4 является упором для пружины 5, которая прижимает с определенной силой тарелку 6 к седлу клапана 8. За счет вкручивания винта 2 или его выкручивания можно регулировать силу прижимания тарелки к седлу клапана, т. е. регулировать давление открытия клапана. Корпус 1 имеет в верхней вертикальной части каналы для прохода среды при срабатывании клапана.

При проектировании в котельной нескольких водогрейных котлов без барабанов допускается вместо предохранительных клапанов на котлах предусматривать установку двух предохранительных клапанов диаметром не менее 50 мм на трубопроводе, к которому присоединены котлы. На «отключаемых по воде» экономайзерах один предохранительный клапан устанавливается на входе в экономайзер, другой – на выходе из экономайзера.

На барабанных котлах предохранительные клапаны устанавливаются на патрубках, присоединенных непосредственно к

барабану котла без запорных устройств. Все клапаны снабжаются патрубками и трубами, позволяющими отводить рабочую среду в безопасное место при срабатывании клапана. Площадь сечения отводной трубы должна быть не менее двойной площади сечения предохранительного клапана.

Суммарная пропускная способность уста­навливаемых на паровом котле предохранительных устройств должна быть не менее номинальной паропроизводительности котла.

При проектировании диаметр для прохода среды d каждого предохранительного клапана принимается по расчету. Для котлов он рассчитывается по наибольшей его производительности по формулам СНиПа [27], мм:

при установке котлов с естественной циркуляцией

; (5.33)

при установке котлов с принудительной циркуляцией

, (5.34)

где Q - максимальная теплопроизводительность котла, МВт;

n - количество клапанов;

- высота подъема клапана, мм.

При расчете тепловой мощности котла необходимо учитывать температуру перегрева пара и его давление, а также температуру питательной воды.

Диаметры предохранительных клапанов должны приниматься по расчету, но не менее 40 мм при производительности котла до 280 кВт и не менее 50 мм при большей производительности.

Диаметр прохода (условный) рычажно-грузовых и пружинных клапанов должен быть не ме­нее 20 мм.

Допускается уменьшение условного прохода кла­панов до 15 мм для котлов паропроизводительностью до 0,2 т/ч и давлением до 0,8 МПа при установке двух клапанов.

Пример. Рассчитать диаметр минимального проходного сечения предохранительного клапана, устанавливаемого на барабане парового котла ДЕ-10-14. Паропроизводительность котла D составляет 10 т пара в час.

Решение. Определим тепловую мощность парового котла по формуле, МВт

.

Здесь для котла ДЕ-10-14 приято: энтальпия пара =3000 кДж/кг, энтальпия питательной воды =460 кДж/кг.

Так как котел работает с естественной циркуляцией воды в экранных трубах и трубах конвективного пучка, то для определения минимального диаметра клапана для прохода среды d используем формулу (5.33), мм

.

Здесь принято, что устанавливаем один рабочий клапан n = 1, а высота подъема клапана = 40 мм.

5.7. Безопасность условий эксплуатации

компрессорных установок

В строительстве, энергетике, предприятиях стройиндустрии и различных технологических процессах часто необходимо использовать сжатый газ или воздух, которые компремируют в компрессорных установках. Наиболее часто в строительстве используют одноступенчатые поршневые компрессоры для получения сжатого воздуха избыточным давлением 0,2…0,4 МПа. Воздух используют для механизации трудоемких процессов, рыхления грунтов и вскрытия дорожных покрытий, транспортировки материалов и т. п. Обычно для этих целей применяются

передвижные компрессорные установки, однако при большом и постоянном потреблении сжатого газа строят стационарные компрессорные станции. Эксплуатация поршневых компрессоров должна строго соответствовать ПБ «Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением» [28]. При эксплуатации компрессорных уста­новок, предназначенных для компремирования взрывоопасных и токсичных газов, необходимо руководствоваться соответствующими Правила­ми, утвержденными Госгортехнадзором РФ.

Компрессорные установки, работающие на взрывоопасных и токсич­ных газах, должны иметь предохранительные уст­ройства и сдвоенную запорную арматуру с воздушником между ними, а также уст­ройство для аварийного сброса давления газа в атмосферу или в факельную сис­тему.

Компрессорные установки должны быть спроектированы так, чтобы уровень звука на рабочих местах при длительной непре­рывной работе компрессоров не превышал 85 дБ и допустимая максимальная ампли­туда вибрации трубопроводов составляла не более 0,2 мм при частоте до 40 Гц.

Система смазок компрессорной установки должна обеспечивать бес­перебойную подачу масла для смазки ци­линдров, подвижных механизмов и саль­ников газовых компрессоров. Согласно Правилам устройства и безопасной эксплуатации воздушных компрессоров и воздухопроводов разница между температурой вспышки масла и температурой сжатого воздуха должна быть не менее 75 °С.

Все движущиеся и вращающиеся части компрессора и его оборудования (махови­ки, валы, муфты, передачи и др.) должны быть надежно ограждены.

При сжатии газа в компрессоре температура его повышается и на выходе из компрессора может превысить допустимую , оС

, (5.35)

где - температурой вспышки компрессорного масла, °С. Данную температуру можно принять, зная марку масла, по табл. 5.6.

Таблица 5.6

Температура вспышки масел, используемых в компрессорах [29]

Марка компрессорного масла	Температура вспышки , оС
Кп-8	200
К-8з	190
К-12	216
К-12В	220
К-19	245
КС-19	270
МК-22п	240
К-28	275

Конечную температуру сжатого газа можно определить исходя из условия, что сжатие осуществляется в политропном процессе, К

, (5.36)

где - температура газа на входе в компрессор, К;

- давление газа на входе в компрессор, Па;

- давление газа на выходе из компрессора, Па;

- показатель политропы процесса сжатия газа, при расчетах можно принять = 1,3.

При работе компрессора всегда должно выполняться условие, при котором воспламенения смазки в компрессоре не произойдет

. (5.37)

Пример. Определить максимальное давление сжатого воздуха, создаваемое одноступенчатым поршневым компрессором с воздушным охлаждением, если в нем для смазки используется масло марки Кп-8. Начальное давление и температуру атмосферного воздуха принять: =0,1 МПа, = 25 оС.

Решение. По табл. 5.6 находим, что температура вспышки для масла Кп-8 равна 200 оС. Эта температура и будет определять максимальное давление сжатия воздуха .

Используя формулу (5.36), определим максимальное давление сжатого воздуха, при котором произойдет вспышка масла, МПа

.

5.8. Расчет выделений вредных веществ

в технологических процессах и аварийных ситуациях

В строительстве, энергетике, лесоперерабатывающей отрасли, на предприятиях стройиндустрии в различных технологических процессах часто образуются различные вредные вещества (пылевидные, жидкие, пары, газы).

Промышленные производства и технологическое оборудование, являющиеся источниками загрязнения атмосферы, подразделяют на 4 группы:

- имеющие условно чистые выбросы, в которых концентрация вредных веществ не превышает санитарно-гигиенических норм;

- имеющие дурно пахнущие выбросы;

- содержащие нетоксичные вещества;

- имеющие выбросы, содержащие канцерогенные, токсичные или ядовитые вещества.

Выбросы вредных газообразных веществ от предприятий обычно осуществляются через различные устройства (дымовые и выхлопные трубы, продувочные свечи, вентиляционные шахты и т. п.). Такие устройства называются источниками выброса, а сами выбросы называют организованными. Выбросы с открытых складов, при добыче сырья и т. п. называют неорганизованными.

Большое значение для оценки последствий попадания в атмосферу загрязняющих веществ имеет высота устья источника выброса (H). В зависимости от высоты устья над уровнем земной поверхности источники относят к одному из следующих четырех классов:

- высокие, H = 50 м;

- средней высоты, H = 10-50 м;

- низкие, H = 2-10 м;

- наземные источники, H = 2 м.

Для оценки количества выделений вредных веществ в атмосферный воздух в технологических процессах и оборудовании используется расчетный метод. Этим методом с определенной степенью точности можно определить характер и количество выделяющихся в атмосферный воздух вредных веществ. По полученным результатам расчета выбросов составляют сводную таблицу вредных выделений, по которым определяют возможные концентрации в приземном слое атмосферы на производственной площадке и на окружающих ее территориях.

При превышении предельно допустимых концентраций вредных веществ должны быть разработаны мероприятия по их снижению.

Расчет выделений вредных веществ

при окраске изделий нитрокрасками

Окраска изделий и последующая их сушка сопровождается выделением вредных веществ. После нанесения краски на поверхность изделия происходит испарение растворителя и образование пленки. Пленка представляет собой слой вязкого геля, толщина и твердость которого со временем увеличиваются. Пленка препятствует испарению растворителя. Интенсивность выделения летучих веществ зависит от физико-химических свойств материала, а также от метеорологических условий окружающей воздушной среды.