Пожарная безопасность при получении циклогексанола гидрированием фенола

Анализ возможных причин повреждения технологического оборудования

Анализ статистических данных о пожарах и взрывах на технологических установках показывает, что большинство из них происходит при авариях оборудования. Аварии обычно приводят к выходу из аппаратов большого количества горючих веществ и материалов. Причинами аварий являются ошибки при проектировании и конструировании машин и аппаратов, при изготовлении оборудования и его монтаже, при неправильной эксплуатации оборудования. В результате этих ошибок стенки аппаратов и трубопроводов, узлы машин и агрегатов в процессе эксплуатации испытывают чрезмерные механические нагрузки, температурные и химические воздействия, что приводит к их ускоренному износу, повреждению или разрушению.

Повреждения оборудования от динамических воздействий

Различают три вида механических воздействий на материал стенок аппаратов и трубопроводов:

1. Образование повышенного или пониженного давления.

К повышению или понижению давления может привести нарушение материального баланса, когда по каким-либо причинам перестает соблюдаться равенство между суммой приходящих в аппарат веществ и суммой уходящих из аппарата веществ. Также резкое изменения давления в аппарате может произойти при нарушении протекания экзотермических химических процессов и при неустановившемся режиме работы технологического оборудования: при пуске и остановке.

2. Воздействие динамических нагрузок.

Динамические нагрузки могут появиться при резком (импульсном) изменении давления, появлении гидравлических ударов, вибрации и внешних механических ударов.

Гидравлические удары возникают в результате резкого торможения движущегося потока жидкости трубопроводных линиях чаще всего при быстром закрывании или открывании вентилей, кранов и другой запорной арматуры, при внезапном изменении направления движения потока. Вследствие этого в линиях резко повышается или понижается давление в виде динамически нарастающих нагрузок, которые могут вызвать в стенках аппарата появление опасных внутренних напряжений.

Определим приращение давления в трубопроводе при гидравлическом ударе для насоса 10.

Скорость распространения ударной волны составит:

(3.1)

где Еж – модуль упругости фенола, Па;ρt– плотность фенола, кг/м3; d – внутренний диаметр трубы, м;Е – модуль упругости материала трубы, Па;S – толщина стенки трубы, м;

Скорость движения жидкости в трубопроводе составит:

(3.2)

где Q – расход фенола через трубу, м3/с;S – площадь сечения трубы, м2.

Приращение давления в трубопроводе при гидравлическом ударе по формуле Н. Е. Жуковского составит:

(3.3)

где Δω – уменьшение скорости движения фенола в трубопроводе, м/с.

Приращение давления на 0,015 МПа не приведет к резкому изменению и повреждению целостности трубопровода, так как предельное давление, на которое рассчитан трубопровод, составляет 1,6 МПа.

Аналогично определяется приращение давления при гидравлическом ударе для других аппаратов. Полученный результат занесены в таблицу 3.

Вибрация технологического оборудования возникает в результате повторяющихся с определенной частотой изменений внутреннего давления или при воздействии внешних возмущающих сил. Вибрация чаще всего приводит к появлению локальных повреждений во фланцевых соединениях, сварных швах.

Внешние механические удары могут быть вызваны технической неисправностью и нарушением работы внутрицехового транспорта, применением в периоды ремонта инструментов ударного действия.

Эрозионный износ.

Эрозия происходит при обтекании стенок потоком жидких веществ. Частицы вещества, ударяясь о материал стенки, разрушают ее поверхностный слой, толщина стенки постоянно уменьшается равномерно или в виде локальных мест разрушения.

Повреждения оборудования от температурных воздействий

При воздействии температуры на материал стенок аппаратов и трубопроводов возникает опасность их повреждения в результате появления температурных напряжений и изменения механических свойств металлов.

Температурные напряжения возникают в случае, когда конструкция аппарата или трубопровода препятствует свободному изменению ее линейных размеров. Это может произойти вследствие жесткого крепления трубопроводов, неодинаковой температуры отдельных элементов аппаратов сложной конструкции, резкого изменения температуры.

Повреждения оборудования от химических воздействий

В результате химического воздействия агрессивных веществ и материалов, обращающихся в технологическом процессе, а также внешней среды на стенки аппаратов происходит постепенное уменьшение их толщины или снижение механических свойств металла. При этом исчерпывается предел прочности металла, когда стенки аппарата уже не могут противостоять даже нормальным рабочим нагрузкам и происходит их повреждение.

Возможные причины повреждения технологического оборудования, используемого для получения циклогексанола гидрированием фенола приведены в таблице 3.

Таблица 3 – Возможные причины повреждения технологического оборудования