БЕЗПЕКА ПРИ ЕКСПЛУАТАЦІЇ КРІОГЕННИХ УСТАНОВОК
У промисловості широко застосовуються установки з кріогенними продуктами - речовинами або сумішами речовин, що знаходяться при кріогенних температурах 0-120 ˚ До (-273 - 153 ˚ С). Це продукти низькотемпературного поділу: кисень, азот, водень, гелій, аргон, неон, криптон, ксенон, озон, фтор, метан та інКисень - найпоширеніший елемент земної кори, входить до складу атмосферного повітря, у зв'язаному стані входить до складу води, мінералів, гірських порід, і всіх речовин, з яких побудовані організми рослин і тварин (загальна кількість кисню в земній корі близько 47%). Кисень - безбарвний газ, який не має запаху, він трохи важчий за повітря j = 1,43 г/см3 (повітря, 1,293 г/см3), добре розчинний у воді. Кисень - сильний окислювач. Отримують чистий кисень поділом (реактіфікаціей) рідкого повітря, при температурі - 140 ˚ С і тиску близько 4 МПа, повітря конденсується в безбарвну прозору рідину. Рідкий повітря використовується, головним чином, для одержання кисню, азоту і шляхетних газів. Оскільки температура кипіння кисню (- 183 ˚ С), лежить вище, ніж температура кипіння азоту (-195,8 ˚ С), то кисень легше перетворити в рідину, ніж азот.
Робота з рідким киснем і його похідними пов'язана з високою небезпекою - вибухопожежонебезпечності (горіння всіх речовин при зіткненні з рідким киснем відбувається більш активно при високій температурі з виділенням величезної кількості тепла). Вдихання чистого кисню при нормальному тиску протягом 5 годин веде до отруєння організму, а при тиску 0,5 МПа отруєння настає протягом декількох хвилин. Кисень в чистому вигляді широко використовують у медицині, ракетобудуванні, металургії, хімічної промисловості і т.д. У техніці, в основному застосовується технічний кисень (що містить незначну кількість азоту та інших домішок).
Азот є основною складовою повітря (78,2%). Так як азот є обов'язковою складовою частиною білка, то можна сказати, що без азоту немає життя. У земній корі азоту міститься всього 0,04%. Азот - безбарвний газ, який не має запаху і дуже мало розчинний у воді. Трохи легше повітря, j = 1,25 г/см3. Азот - рідкий газ, тому його використовують для створення рідкого середовища при перекачуванні горючих рідин, при гасінні горючих речовин, для заповнення електричних ламп і т.д. Тварини, як і людина, поміщені в атмосферу азоту, швидко гинуть, але не внаслідок отруйності азоту, а з-за відсутності кисню. У технічному азоті міститься до 4% кисню.
Внаслідок переважного випаровування з рідкого повітря азоту, рідке повітря швидко збагачується киснем і при вмісті в ньому 60-70% кисню утворює вибухо - і пожежонебезпечні суміші.
При звичайних умовах озон - газ. Молекулярна маса озону дорівнює 48 (атомна маса кисню 16), отже, молекула озону складається з трьох атомів кисню - О3. Розчинність озону у воді вище, ніж кисню. Озон - один з найсильніших окисників, він вбиває бактерії і тому застосовується для знезаражування води і дезінфекції повітря. Озон отруйний, гранично-допустима концентрація озону в повітрі 10-5%, при цій концентрації добре відчувається його запах (у приземному шарі атмосфери при грозових розрядах його вміст коливається в межах 10-7 - 10-6%), газ не стійкий і легко розпадається на атоми кисню. Його отримують в результаті сильного охолодження, він конденсується в синю рідину, що кипить при -111,9 оС. При концентраціях більше 0,1 мг/м3 озон надає шкідливий вплив на організм. У твердому стані озон здатний до утворення вибухонебезпечних сумішей з виділенням величезної кількості тепла.
Водень у вільному стані зустрічається на землі в невеликих кількостях, він входить до складу рослинного і тваринного світу, вуглеводнів (нафта, газ та ін.) На частку водню у земній корі, вважаючи повітря і воду, припадає близько 1%. Водень найпоширеніший елемент космосу. Водень найлегший з усіх газів, j = 0.09г/см3 (в 14,5 рази легший за повітря). Отримують промисловий водень із природного газу. При температурі-240оС (критична температура водню) він під тиском зріджується. У суміші з киснем він утворює (співвідношення 2 обсягу водню і 1 об'єм кисню) гримучий газ, вибух відбувається миттєво. При згорянні водню температура досягає 2800оС (не світяться полум'я з утворенням води). Воднево-кисневими сумішами користуються для зварювання та різання тугоплавких металів.
Метан досить часто зустрічається в природі - основна частина природного газу (97%), попутний продукт болотного газу, рудникового газу. Це безбарвний, легкий горючий газ, який не має запаху і майже не розчинний у воді. Температура його кипіння -161,5 оС. З киснем повітря метан утворює пожежо-та вибухонебезпечні суміші.
Гелій, неон, аргон, криптон, ксенон і радон складають благородні гази, елементи дуже низької активності (інертні гази). Температура зрідження при нормальному атмосферному тиску: гелію -268,9 оС; неону-246оС; аргону -185,9 оС; криптону -153,2 оС; ксенону -108,1 оС; радону -61,9 оС. Знаходження людини в середовищі інертних газів з-за відсутності кисню призводить до втрати свідомості. Криптон, ксенон, неон і аргон одержують з повітря шляхом його поділу при глибокому охолодженні. Застосовуються в металургії для створення інертного середовища при плавці високоякісних металів, а також для заповнення ламп денного світла. Гелій отримують з деяких природних газів, в яких він міститься як продукт розпаду радіоактивних елементів. Радон є різновидом газів потребують особливих заходів безпеки.
Основні небезпеки при роботі з кріогенними продуктами:
низькі температури кріогенних продуктів;
обмороження при контакті з кріогенними продуктами, внаслідок глибокого охолодження;
опіки легенів при вдиханні парів, опіки відкритих ділянок тіла і очей при зіткненні з предметами та обладнанням кріогенних установок;
можливе підвищення тиску при зберіганні і транспортуванні кріогенних продуктів, термічне деформування, збільшення крихкості металу при низькій температурі і руйнування обладнання з-за вибуху; витоку кріогенних продуктів, внаслідок розгерметизації обладнання.
Для досягнення безпеки в роботі кріогенних установок необхідно дотримання цілого комплексу профілактичних та організаційно-технічних заходів.
Приміщення, в яких ведеться робота або зберігаються криогенні продукти повинні, бути сконструйовані з урахуванням високої пожежо - і вибухонебезпечності продуктів, обладнані припливно-витяжною вентиляцією (приплив повітря повинен бути зверху, а витяжка - знизу). Для видалення пролитих кріогенних продуктів обладнуються вздовж стін спеціальні зливні канали з ухилом не менше 1: 100 - 1: 500, стік в бік аварійної вентиляції. Приміщення має бути обладнано автоматичним включенням вентиляції при досягненні концентрації кріогенних продуктів вище допустимої.
Кріогенні установки, для зниження небезпеки від перевищення тиску, повинні бути обладнані запобіжними пристроями (клапани, мембрани), запірною арматурою. Застосування компенсаційних пристроїв з матеріалів з рівнозначними коефіцієнтами лінійного розширення дозволяє знизити небезпеку при виникненні критичних деформацій через різке нагріву або охолодження. Зберігання і перенесення кріогенних продуктів у невеликих кількостях слід проводити в судинах Дьюра. Для переливання необхідно використовувати підставки, а під час переливання в посуд застосовувати спеціальні лійки.
При роботі з кріогенними продуктами слід застосовувати спеціальне взуття, одяг, рукавиці та захисні окуляри, що виключають потрапляння кріогенних продуктів на відкриті ділянки тіла. Верхній одяг повинен бути закритою, а брюки прикривати взуття.
Для виключення дотику персоналу з обладнанням, що має низьку температуру, застосовують герметизацію та термоізоляцію, захисні огородження. На обладнанні повинні бути вивішені знаки безпеки.
Кріогенне устаткування повинно бути обов'язково зареєстрована в органах Держнагляду і проходити під час запуску в роботу, а також і періодично, технічний огляд. Працювати з криогенним устаткуванням допускаються особи не молодше 18 років після проходження навчання та атестації комісією з видачею посвідчення на право виконання робіт. Періодична перевірка знань проводиться не рідше 1 разу на рік.
Електричні заряди, накопичені на діелектриках внаслідок тертя їх один об одного або об метал, називають статичним електрикою. При терті в місцях зіткнення на поверхні діелектрика виникає електричний заряд великої щільності, який внаслідок малої електропровідності діелектрика зникає досить повільно.
Електризація виникає також через індукцію. На металі проявляється електричний заряд протилежного знаку, який розтікається з рівномірною щільністю по його поверхні. Явища електризації виникають в самих різних умовах: при русі рідини по трубопроводах; при зливі, наливі, перекачування і переливанні рідини падаючим струменем; при русі по трубопроводах і виході з сопла стиснутих і зріджених газів; при перемішуванні речовин у змішувачах; при фільтрації повітря й газу ; при роботі ремінних передач, виконаних з різних непровідних матеріалів, при подрібненні, обробці й транспортуванні матеріалів на органічній або полімерній основі і т.п.
Різниця потенціалів при електризації діелектриків може досягати дуже високих напруг. Так, наприклад, при перекачуванні бензину через трубопровід, що має ізольовану ділянку, величина потенціалів між ізольованим ділянкою трубопроводу і землею коливається в межах 1460-14600 В.
Накопичилася енергія становить велику небезпеку і може проявитися у вигляді іскрового розряду. Звільнена у вигляді іскри енергія 0,01 Дж здатна зумовити виникнення пожежі і вибуху. Небезпека іскрового розряду в повітрі виникає вже при напрузі 300 В. Для вирівнювання потенціалів і запобігання іскріння все паралельно йдуть трубопроводи, при відстані між ними до 100 мм, слід з'єднати між собою перемичками через 20-25 м. Кожна система обладнання і трубопроводів повинна бути заземлена не менше, ніж у двох місцях. Наявність заземлення необхідно перевіряти мегомметром або тестером не рідше одною разу на шість місяців і після кожного ремонту обладнання.
Для зняття електростатичних зарядів, які виникають при наливі, перекачування і транспортування нафтопродукту, всі металеві насоси, трубопроводи, цистерни та інші пристрої необхідно металево з'єднати між собою. Ручні приймачі (бочки, бідони) повинні бути добре заземлені або за допомогою спеціального з'єднання, або щільного контакту з об'єктом, якщо конструкція системи, що постачає нафтопродуктом, сама добре заземлена.
При розливі рідин-діелектриків в судини з ізолюючих матеріалів (скла та інше) слід застосовувати воронки з електропровідного матеріалу, які заземлюються і за допомогою мідного троса з'єднуються з подводящим шлангом. Воронка повинна досягати дна посудини, в іншому випадку кінець заземленого троса необхідно пропустити через лійку до дна посудини, щоб рідина стікала з цього тросу.
При захисті рідких і газоподібних речовин від статичної електрики необхідно знати, що більш інтенсивна електризація характерна для рідин, які мають більш високий електричний опір. При електричній провідності менше 109 Ом / см рідини схильні до сильної електризації.
Інтенсивність електризації прямо пропорційна швидкості подачі рідкого нафтопродукту. Подача суцільний і плавної струменем сприяє електризації у меншій мірі, ніж при вільно падаючої струмені з розбризкуванням. Різниця потенціалів при вільному падінні струменя рідини в ємність, а також при тривалому часу і великої швидкості витікання рідин досягає 18 000-20 000 В.
Найбільша електризація спостерігається в трубопроводах, виготовлених з низьковуглецевих сталей. Шорсткість поверхні трубопроводів приводить до завихрень рідини при її русі, через що посилюється електризація нафтопродукту.
Електризація рідини виникає і посилюється лише в деяких найбільш сприятливих для електризації місцях (клапани, насоси, зміни перерізу трубопроводу). На інших ділянках електризуватися рідина або втрачає свої заряди, або тільки зберігає отриманий заряд.
При наповненні ємкостей належить завантажувальні труби доводити до днища; завантаження робити через отвори з великим поперечним перерізом, не допускаючи дотику струменя рідини зі стінками ємності і поверхнею рідини. При завантаженні в порожню ємність, а також якщо випускається отвір завантажувального патрубка неможливо занурити у рідину, заповнення слід робити зі швидкістю, що не перевищує 0,5-0,7 м / с. Введення до складу нафтопродуктів антистатичних присадок підвищує їх електропровідність, а отже, послаблює небезпечні прояви статичної електропровідності.
Зливні гумові шланги з металевими наконечниками для наливу в бочки повинні бути заземлені мідним дротом, обвитою по шлангу зовні з кроком 0,1 м або пропущеного всередині, з припаюванням одного кінця до металевих частин продуктопроводу, а іншого - до наконечника шланга. Наконечники шлангів повинні бути виготовлені з металу (бронза, алюміній), що не дає іскри при ударі. Відбір проб рідин з ємностей (резервуарів) під час їх заповнення або спорожнення забороняється, варто робити лише після того, як рідина прийде в спокійний стан.
Значне накопичення статичної електрики може відбуватися на технологічному обладнанні і становить небезпеку для оточуючих. Для попередження можливості небезпечних іскрових розрядів з поверхні устаткування передбачають наступні заходи:
- Заземлення всіх металевих та електропровідних частин технологічного обладнання;
- Зменшення питомої поверхневого електричного опору матеріалів-діелектриків; підвищення відносної вологості повітря до 65 - 70% (якщо це дозволяє умови виробництва);
- Охолодження електризуються поверхонь до температури на 10оС нижча за температуру навколишнього середовища;
- Нейтралізація розрядів статичної електрики шляхом іонізації повітря робочого простору (вплив сильного електричного поля або радіоактивного випромінювання); - застосування нейтралізаторів коронного розряду;
- Застосування гідрофільних добавок при можливості зволоження продуктів і матеріалів або застосування гідрофобних добавок з високими електропровідними властивостями;
- Зміна режиму технологічного процесу (обмеження швидкості транспортування, обробки, закінчення), заміна вибухо-і пожежонебезпечних речовин на менш небезпечні і т.д.
- Застосування струмопровідних підлог.
Покриття підлоги та взуття вважаються електропровідними, якщо опір між електродом, встановленим на підлозі, і землею або між електродом всередині взуття та зовнішнім електродом не перевищує 106 Ом/см2.
Заряди статичної електрики можуть накопичуватися на тілі людини, особливо при користуванні взуттям з непровідним електрику підошвами, одягом і білизною з вовни, шовку і штучних волокон, при пересуванні по непроводящем покриття підлоги та при виконанні ряду ручних операцій з речовинами-діелектриками.
Високе поверхневе опір тканин людини утрудняє збіг зарядів, які накопичуються на тілі, і людина тривалий час може знаходитися під великим потенціалом. Потенціал ізольованого від землі тіла людини може досягати 7000В і більше, а максимальна енергія, що звільняється при іскровому розряді з нього, може становити 2,5-7,5 мДж. Людина під впливом електростатичних розрядів відчуває неприємні відчуття, удари, втрачає рівновагу.
При роботі з вибухонебезпечними речовинами в обмежених умовах, в приміщеннях, де можливе утворення на тілі людини електростатичних зарядів, слід уникати носіння одягу з синтетичних матеріалів (нейлону, перлону і т.п.) і шовку, а також не рекомендується носіння кілець, браслетів, на яких акумулюються заряди статичної електрики. При виконанні робіт у зоні з можливим накопиченням статичної електрики рекомендується його відводити за допомогою електропровідної взуття, антистатичного халату, електропровідної подушки стільця, легко знімаються електропровідних браслетів, з'єднаних із землею через опір 105 - 107Ом. Добрими електропровідними властивостями володіють покриття з бетону, антистатичного лінолеуму, електропровідної гуми і т.д.