автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Разработка систем безопасности процесса заполнения баллонов ацетиленом

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СКОКА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ АКАДЕМИЯ ТОНКОЙ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ ИМЕНИ М.В.ЛСМОКОСОЗА Специализированный Совет К 063.41.01

1ТУНША МАРИНА МОИСЕЕВНА

Ш 6М.651.715.342:66.075

РАЗРАБОТКА СИСТЕМ БЕЗОПАСНОСТИ ПРОЦЕССА . ЗАПОЛКЕНШ БАЛЛШОВ АЦЕТШЕЙШ,

Специальность 05.26.01. Охрана труха и пожарная безопасность

На правах рукописи

АВТОРЕФЕРАТ

диссертация на соискание ученой степени вандвдата технических наук

Работа выполнена на Государственном предприятии ШИИАБТОГЫ ОДы РФ роскомша

Научны?, руководитель - доктор технических наук,

профессор ПОПОВ Б.Г.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор НАгАтОю А.Н.

кандидат технических наук, старой? научны:* сотрудник, аопедущис лаиораторяе?. '

. ТАУШИН К.С.

Ведущее предприятии - Государственны? институт по

проектировании предприятия киадородноУ промышленности

Зацита состоится " декаоря 1993г. в /Г часов

на зсссданик споциаями^о^чн^го Ст0"" К 0Л3.41.С1 г Мгс.'г.гсхэ?

ГСС'.'^.рсТРОККО* РКР ^М'-'И ТОНК^" /Г!" Г'^'.^С.^О? я^гии

к:;. И.В.Ломоносова по »п^-су:

117571, г.Москва, проспект йэгнчдского, д.85.

С диссеотсциэ* мояно г>зн?го;."':тчсг. р б^блиот^ке г^кт^т-'и по вдресу:

Москва^ ул.Ы.Пирогоасяая, д.1.

Автореферат рвзсслян

" /А " ¿ЮХ^*_ 1293г.

У»шшЛ секретарь специрлиэктюяянного ;

Совета К 063.41.01 . |

Ст. преподаватель, к.х.н. ^¿¿¡а*— ?..Й.Хаб»рора !

Актуальность проблема. Ацетилен - это уникальный и незаменимый по овоим свойствам газ для гьзопламанной обработки металлов /ГО"/, приувня- , емьЩ практически во всех отраслях народного хозяйства. Наилучшим по |

., овоим техническим параметрам является баллонный ацетилен, используемый

для сварки ответственных изделий, потребность в котором с каждом годом " : возрастает.

Одним из основных путей интенсификации ГОМ является повышение надежности источников газопитакик, к к о горда, относятся ацетиленовые баллоны, т.к. наряду с универсальностью и незаменимостью, ацетилен является чрезвычайно взрывоопасным газом и в ряду взрывоопасных веществ ацетилен может по праву занимать первое место. [

В процессе эксплуатации ацетиленового баллона всегда существует •

I

. опасность распада ацетилена как в самом баллоне, так и в газоподводящих | коммуникациях. Возможной реализацией опасности распада ацетилена являет- I ся взрыв баллона, сопрововдащийся большим выделением энергии более 17 кДж, выбросом высокотемпературных продуктов распада и разбросов осколков. Последствиями взрыва ацетиленового баллона могут быть человеческие жертвы и крупные разрушения. Условие безопасности в этом случае требует, чтобы риск разрушения ацетиленового баллона соответствовал, так называемому, допустимому коллективному риску, т.е. риску травмы человека в обычных условиях /повседневных/, что соответствует Ю-7 1/год из 1000 человек. При таком значении риска общество не реагирует на появление опасного фактора.

Чтобы снизить риск несчастного слугей от возможного разрушения баллона с ацетиленом, необходимо исследовать-причины, приводящие к взрывному распаду ацетилена и разработать мероприятия, уменьшающие вероятность разрушения баллона. Необходимость выполнения этого исследования обусловлена высокой потенциальной опасностью эксплуатации ацетилёноаых баллонов и в связи о внедрением модернизированных ацетиленовых баллонов с лигой пористой массой /ЛПМ/, изготовленной по новой оригинальной тех- кологии, позволившей повысить-газовбиргемость баллона на 40$. Кроме

того, в перспективе планируется использовать для излей ГШ пиролизный ' ацетилен, обладаээдй рядом особенностей, несколько ^личетшцих его взрывоопаснооть.

В данной работе приведены результаты исследования процессов, приводящих к разрушения ацетиленового баллона, определена количественная оценка вероятности разрушения баллона, условия безопасности процесса заполнения баллона ацетиленом и разработаны мероприятия поакшаодяе безопасность баллона с ацетиленом.•

Работа выполнен?! с л соответствии с планом НИР ВНИИАВТОШШШ в период 1985 - 1952 гг. в лаборатории техники .безопасности, ; „•

Цель работы. Разработка научно обоснованной системы мероприятий и '¡' средств направленных ка обеспечение взрывебезоаасности ацетиленовых ,-

баллонов с литой пористой массой. Г'1,'.

'Научная новизна работы:

- с использованием теории графов в веде построения дерева отказов установлены причинно-следственные связи взрывного разрушения ацетилено- "' .''. вого баллона при возшш:овенш аварийной ситуации;

- установлены и определены условия, приводящие к развитию процесса распада ацетилена в баллоне}

- выполнена иоличесгвенная оценка вероятности разрушения ацетиленового баллона в процессе его эксплуатации;

- разработана методика периодичности технического освидетельствования потенциально опасного оборудования. Достоверность представленной методики подтверждается статистически!/,и данными.

Практическая ценность работа:

- результаты работы использованы в нормативных документах: ГОСТ 12.2; 054-81 "Установки ацетиленовые. Требования безопасности".ГОСТ 5457-75 > ''Ацетилен растворенный к газообразный технический", ТУ 6-21-38-85 | "Баллоны с лито?! пористой массой для растворенного ацетилена", РД 26- \ 05-2-89 "Методические указания по ремонту, освидетельствованию и экса- !

лур.тации ацетиленовых баллоне® с угле*1 ЕА.У-А и ЛИМ", технологический регламент на производство баллонов с ЛПМ;

- выявлены основные причины разрушения ацетиленового баллона о ЛПМ и определены способы их устранения как в '.ч-змлогическом процессе про-, изводства баллонов, так и в процессе его эксплуатации;

- разработаны методы расчета основных параметров пористой массы и баллона в целом, влияющих на безопасность эксплуатации ацетиленовых баллонов с ЛШ;

- иа основе полученных результатов исследования разработан, изготовлен и внедрен ь производство вентиль баллонный ацетиленовый с защитным устройством, установка которого позволяет уменьшить вероятность разрушения ацетиленового баллона при его эксплуатации до допустимой величины коллективного риска;

разработан метод расчета периодичности технического освидетельствования литой пористой массы в баллоне. На защиту выносятся;, г» методика и результаты исследования причинно-следственных связей и событий, приводящих к разрушение ацетиленового баллона; ( |- результаты теоретического и экспериментального исследования вероятности разрушения ацетиленового баллона о ЛДМ при появлении в нем теплового импульса /полигонные испытания/; г' конструкция и методика взрывных испытаний вентиля ацетиленового

баллонного с защитным устройством; -» методика расчета периодичности технического освидетельствования пористой массы в ацетиленовых баллонах с ЛПМ. Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на II Всесоюзной научно-технической конференции "Взрывобезо-фкжость технологических процессов, пожаро- и взрыв озадата' оборудовали: и зданий" г.Северодонецк, 1985; на международном симлозиуме"11ре-Яупреждение риска /научно-техническая эволюция/,г.Москва, 21-25 сентября 1992г. ; на НТО ВНИИАВТОГЕНМАШ.

е

Публикации, по теме диссертации опубликовано 7 научных работ и получено одно авторское свидетельство на изобретение.

Структура и эбъем работа. Диссертация состоит из введения» пяти глав, выводов и трех приложений. Библиография ьюшчает 1Г7 наименований, щай. объем диссертации 222 страниц*, в том числе 32 рисунка и Г7 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОШ

Во введении обосновывается актуальность исследуемой проблемы, формируется цель и задачи диссертаалоняоЁ работы.

В первой главе приведен аналяс состояния вопроса в области обеспечения взрывобезопасности ацетиленовых баллонов. Дан анализ степени риска разрушения баллонов и видов опасности при распаде ацетилена в баллоне. Показано, что при максимальном давлении взрьта баллона ¿30 МПа в 50 метрах от эпицентра взрыва происходит разрушение 50$ остекления, а в 10 метрах - разрушение здания и несущих конструкций. Рассмотрены средства взрызозащиты ацетиленовых баллонов при различных режимах эксплуатации. Отмечено, что существующие методы оценки взршзоопавности потенциально опасного ободаования ограничены качественным анализом, что не позволяет оценить вероятность возникновения аварии. Отсутствие-системного анализа возможных причин взрыва ацетиленового баллона не позволяет прогнозировать' развитие возможной аварии и вероятность разрушения ацетиленового баллона в процессе его эксплуатации.

Показано, что в литературных источниках отсутствуют метода оценки основных параметров безопасности баллона, таких как допустимый зазор мевду стенкой баллона и пористой массой, допустимый уровень заполнения Оаллона раствором ацетилена в ацетоне и др.

В рассмотренной отечественной и зарубежной литературе отсутствует количественная оценка допустимой вероятности разрушения баллона при появления в нем теплового импульса и, соответствующее этой оценка, и:л-нималыю необходимое количество испытуеиих баллонов, что не позволяет определить ншшю границу вероятности разруаення баллона при полигонных испытаниях. В литературе такхе отсутствуют дынные © методах оценки

периода технического освидетельствована ацетиленовых баллонов, как потенш*ально опасного оборудования. На основе проведенного анализа литературных источников были поставлены основные задачи исследования.

Во второй главе приведены результаты анализа опасности разрушения ацетиленового баллона о ЛПУ, получешюго на основе системного анализа опасностей, возникающих в процессе эксплуатации баллона путем построения логических диаграмм, называемых деревом отказа.

Для оценки вероятности разрушения баллона было построено дерепо отказов ацетиленового баллона о Л1М при различных режимах эксплуатации: наполнение баллона на рампе, отбор газа из баллона у потребителя через разрядную рампу или-непосредственно через баллонный редуктор. На ряо,1 показано общее дерево отказов ацзтилснового баллона с ЛПМ, головным событием которого принято разрушение баллона при минимальном давлении, разрушения 39 ИПа. Вероятность появления этого события не додана превышать 10"*. Вероятность появления событий в дереве отказов определялась экспериментальным и экспертным путем, в тех случаях, когда не хватало достоверных данных о событии.

Согласно законам алгебры логики Буля было получено выражение для оценки вероятности появления головного события: А = В1 В2 И = В2[к + Е2 (РГ,Е2,ш) +02] (¿3 +1)4 )

Из уравнения следует, что вероятность разрушения ацетиленового баллона с литой пористой массой определяется вероятностью появления в баллоне теплового источника /событие С1/ и вероятностью развития в баллоне процесса распада ацетилена /событие С2/. С целью упрощения расчета и для проведения анализа каждой группы событий разработана программа расчета дерева отказов для ЭВМ.

Вероятность появления теплового источника в баллоне определяется! в основном,надежностно алахеташения существующих средств взривозьщиты н оснащенностью этими средствами баллона, и наполнительной/и разрядной рамп. Анализ дерева отказов показал, что вероятность появления теплового импульса в бйялонё составляет от 1,5 .1СГ4 при наполнении баллона н>

РАЗРУШЕНИЕ АЦЕТИЛЕНОВОГО БАЛЛОНА С ЛИТОЙ ПОРИСТОЙ МАССОЙ ПРИ Рмдн. » 39 МПа А

РОСТ ДАВЛЕНИЯ ГАЗА В БАЛЛ СНЕ В£

/^сооигие (л пройс- \

I ТППИТ ПВрЯЫМ__/

пошлкш в ш-

ЛОНЕ ТЕПЛОВОГО ИМПУЛЬСА С1

РАЗВИТИЕ ПРОЦЕССА РАСПАДА АЦЕШЩА

ДЕТОНАЦИОННЫЙ РАСПАД ГАЗА

В БАЛЛОНЕ

ВНН1НИЙ ИСТОЧНИК

01

ИСТОЧНИК В ГАЗОПОДВО-

вошвдх кашншшх.

Е2

, НАПШ- , ' НИТЕЛЬНАЯ' РАМПА

Рио.1. 0<5щее дерево откацац . для ацетиленовых баллонов,

—л —Я

рампе до 2,1.10 а 2,5-10 при отборе ацетилена из баллона на рампе или через редуктор соответственно. Таким образом, самым незащищенным является непосредственно баллон, не оснащенный защитным устройством, а наиболее опасным - процесс наполнения баллона на рампе, т.к. одновременно наполняется порядка 200 баллонов и, в этом случае, верояткзсть появления теплового импульса в одном из баллонов может составить 3.10"^.

При появлении теплового импульса в баллоне начинается процесс распада ацетилена и раствора ацетилена в ацетоне /событие С2/. Условия и вероятность развития этого процесса в баллоне до настоящего времени мало изучены. Анализ дерева отказов показал, что развитие процесса рас пада ацетилена н баллоне в форме дефяаграшш или детонации определяется стабилизацией фронта пламени на поверхности пористой массы, дефектами пористой массы я нарушением технологии наполнения баллона.

Стабилизация фронта пламени определяется равенством скорости истечения газа из баллона и скорости распада газа:

\/ истечения = \/ распада (2)

Из условия, что фронт пламени имеет плоскую форму, неподвижен и стабилизирован на поверхности пористой массы был расчитан диаметр канала, истечение ацетилена через который обеспечивает условие стабилизации пламени распада, ацетилена. При выполнении условия (г)

и (з)

5 с1 "Р х '

где $ - площадь поперечного сечения канала, ;

р - площадь поверхности фронта пламени,

Мц~ нормальная скорость горения ацетилена, м/с;

^ - динамическая вязкость ацетилена, кг/с-м;

- диаметр канала истечения ацетилена, м;

£ - плотность ацетилена, кг/гР; , >'•

- критерий Рейнольдса, предельное значение которого в условиях

ламинарности потока газа составляет 2300.

Таким образом ; _ (4)

Я««* 1ДН • Г -/»

Анализ уравнения (4) показал, что уже при давлении Г,8 № стабилизация фронта пламени возможна при полностью откритом баллонном вентиле, условный проход которого рявеч 4 Kv. При уаксикальном рабочем давлении ацетилена в б&моне 3 Ще. предельней диаметр канала истечения ацетилена из саллона. при котором возможна стабилизация фронта пламени на поверхности пористой массы с 50$ запасом составляет 1,0 юл.

Из условия достаточной надежности отсутствии в оболочке баллона кикротрещин и, соответственно утечек газа, при давлении в баллоне 15 Ш1а /давление гидравлического испытания баллона на прочность/, что также соответствует К-крагному среднему давлению ацетилена в баллоне, была определена предельная концентрация ацетилена s растворе ацетилена ■; в ацетоне в баллоне. *

При условии, что распад ацетилена происходит только в газовой фазе бртлона без учета десорбции ацетилена из раствора, при постоянном обье-ке.теплоемкость продуктов распада не зависит от теупературн, молеку- ; лярная у.асса исходного газа и продуктов распада одинакова, то при полном распаде газовой фазы в баллоне теллопотпрь кокно приравнять начальную полную энерг.ш газа »jj и внутреннюю энергию продуктов распа-

AS ^ т ElN = т

% = [Cvd7^M (5)

где 0 - тепловой эффект реакции; °

М - масса газа к которой отнесен тепловой эффек* реакции; «

Т0,Т/, - исходная температура газа и температура продуктов распада

при постоянном объема соответственно! Cv —■ теплоемкость газа при постоянном объеме.

№ С const =T0+qm/cv (б)

Давление распада ацетилена в газовой фаза баллона определяется из

уравнения: р ■ = 7g (?) j

Т

о

где Р0,Р распада - исходное давление газа и давления продуктов распада соответственно, Ща, . - :

^счетное значение Тд, по уравнению реакции распада ецетилена состави-яо 2240 К. При Т0 я 288 К и концентрации ацетилена в ацетоне 0,2 -«■ 0,8 кг/кг, давление в бчллоне о достаточной точностью можно расчитагь по

уравнению: . л п 7е.

Р0(288 К; « 2,85-С0»75 (б)

Совместное решение уравнений ('7) л при условии Р распада и 15 МПА, позволило определить предельную концентрацию ацетилена в растворе, равную 0,6 иг/кг.

В процессе наполнения баллонов могут возникнуть нарушения технологии наполнения, такие как переполнение баллона ацетиленом и перелив ацетона в баллон, что, в случае, появления в баллоне теплового импульоа приведет к увеличении объема расгвора ацетилена в ацетоне с последующим развитием гидравлического давления в баллоне.

Согласно ИСО 3807-77 "Баллоны о раотворимым ацетиленом" яри нагреве баллона, заполненного до максимального содержания ацетилена плюо Ь% ацетилена, до 65г2°С а баллоне не должно возникнуть гидравлическое давление, т.е. должно выполняться условие:

^(1,05С, 65°С)^\/Гв1 (э)

где ^ = 6^/(1,9330 + 1,1®) + ^0,004530 + 0,0024б) (т - 273) / -объем раствора ацетилена в ацетоне как функция концентрации /С/, температуры /Т/ и количества ацетона в баллоне /; ' V газ.я \/ бал.- газовый объем баллона; ) £ - пористость маосы; • )

У^-объем оболочки баллона /40д/. В соответствия о уравнением /9/.построена диаграмма для определения уровня заполнения ацетиленовых баллонов с различной пористостью напол-нигеля/рис.2.^ определены предельные объемы расгвора ацетилена в ацетоне в зависимости от пористости массы и температуры эксплуатации баллона и расчиган необходимый свободный газовый объем в баллоне /р /, равный1 11,4$ от общего газоаого объема. В основе представленной на рио.2. диаграммы лежит уравнение:

ч

13 6t пред. КГ

П ' 12

количество ацетона в баллоне

Рис. 2 диаграмма для. определения уровня заполнения ацетиленовых баллонов раствором ацетилена в ацетоне.

y¿ (геэ к) » (2,001 0 + 1,23) &¿ (го)

Исходя из условия z?>д«л:.!1с*1 "-.,"''iuti>4U:ii! ацетилена а растворе и ь-акси-мального обздад рлст^орэ при 2G0 К,ка диаграмме опрзделена область безопасного наполнен;« баллс::оз о ЛПМ ацетиленом и ацетоном и получено предельное количество ац«гонз в баллоне, равное 13,35 кг на 40-литровый баллон /пересечение С^,^» 0,6 кг/иг к)/- ПРИ гаком уровне заполнения баллонов раствором оцотилена в ацетоне температура возиозного гидровлхчаского давления составляет порядка 365 К» что дало вероятно пра нормяльрах рзклмах эксплуатации.

Литая пористая касса /ЛШ/, которой наполняют ацетиленовые баллоны, представляет собой гадросилшшг калышя, образующийся в результате гидротермальной реакции с двуокисью кремния, асбестом а этилгядроэкситил-целлалозой в евтоияазе при температуре 457 К и давлении 1,02 Ша с последующей сушкой в печи арй температуре 593 К в течение 5 суток непосредственно в баллоне. При таком сложном и длительном процессе приготовления п пористой массе могут образовываться различные дефекты, такие как усадка массы по сферической частя баллона, раковины и отолоеаяе мчссы от отонон; баллона. .Наиболее оптимальной является усадка массы до 3 мм.

Отслоение массы"от стенок баллона ранее не исследовалось, хотя последствием этого дефекта, пра появлении в баллоне теплового импульса, моает быть детонационный распад ацетилена в пристеночном зазоре. Предельно» допустимый зазор по цилиндрической-части баллона определен из условия, что газовая фаза в. баллоне над раотвором и раствор в зазоре полностью разлагаются без теплообмена о окружающей средой. При этом теплоемкость продуктов распада есть функция только температуры.

Устанрвлено, что одновременный распад ацетона и ацетилена а растворе происходит оогласно уравнению реакции:

ЗОЛЬ ♦ 2(С%)2С0-----ЗСН4 + 2С0+ 40 + I.SBJH4 + 9

где 0 - теплота реакции распада раствора о учетом теплоты фазового

перехода ацетилена из раствора и испарение ацетона. В результате расчета получена температура распада раствора ацетилена в ацетоне,,которая с учетом реальной температуры распада газовой фазы

составила 1459,5 К.Для различных значений величины пристеночного зазора в зависимости от концентрации раствора расчигано давление распада раотвора в зазоре. Результаты представлены на р;:с.З.

Исходя из условия предельной концентрации ацетилена в растворе О,? кг/кг и минимального давления разрушения баллона '¿9 Ща, предельный пристеночный зазор составляет 1,0 мм, что совпадает со значением предельного диаметра распространения детонации в ацетилене с давлением 3 Ша, т.е. при максимальном рабочем давления в баллоне. Для аивгалена высокого давления преддетонационное расстояние эквивалентно 100 диаметрам, т.о. минимальная преддетонациоиная длина простеночного зазора в баллоне с ЛПМ составляет 100 мм.

Таким образом, рассмотрены все события составляющие дерево отказов /рис.Г./, проведен анализ и получена количественная оценка разрушения' аце'тилеяового баллона с ЛПМ в процесса его эксплуатации /табл.1./. Проведенный анализ показал, что при существующих способах защиты баллона вероятность его разруденгя в процессе эксплуатации больше 10"^.

Исследование процесса производства баллонов и регшмов их эксплуатв-

»

ции показали, что наиболее эффективным способом защиты баллона от про-» никновения в него теплового импульса является установка в баллонный ацетиленовый вентиль защитного устройства с надежностью пламегашения пси рядка 10 Г/год, что позволит снизить риск разрушения баллона с ацетиленом до величины близкой к ИГ7. При этом, в соответствии о ГОСТом 12.1.004-91 "Поэзрная безопасность", вероятность воздействия опасного фактора разрушения баллона в расчете на одного человека не превысит Ю"6 1/год. Результаты расчета сведены в таблицу I.

В соответствии с деревом отказов ацетиленового баллона с ЛПМ /рис, I./ определена прогнозируемая вероятность разрушения баллона при поля-" гокных испытаниях, т.е. при условии гарантированного появления в бал-

п л

лоне теплового имульса, которая составила 3,6.10 + 5,58« 10 , что хорошо согласуется с ресулыатами экспериментов.

Рис.3. Давление разложения раствора ацетилена в ацетоне в зазоре меаду ЛПМ и стенкой оэллона в зависи-мосги от величины зазора (5) и концентрации раствора (С ) цри ацетсаирояании баллона из расчета 330 ягД?.

I6--

Таблица I

Вароягносгь разрушения ацогялекового баллона с ЛШ.

! Наполнение баллона 1 Отбор газа ¡Отбор raso ез на наполнительной из баллона баллона чорзз 1 рампе !на раэрздноЗ 1 редуктор

рамлв

! 1 ! ! ! 1

Вентиль не оснащен защитным устройством 4,9. га"17 6,67.Ю"'7 7,63.1o""6

Вентиль осиацен защитным устройством 4,47*10""® 4,65» 10"*® 1,16'Ef7

В третьей главе приведены результаты экспериментальных исследований безопасного уровня заполнения баллонов ацетиленом, экспериментальная оценка вероятности разрушения ацетиленовых баллонов при полигонных испытаниях и результаты взрывах испытаний вентиля баллонного ацэгнле-нового о защитным устройством. Для осуществления испытаний разработаны и омонтированы три установки, в том число крупномаовтабная уотаноака для полигонных испытаний 40-литровых баллонов во ВНШТБХП г.Сеаеродонецк

Исследования безопасного уровня заполнения баллонов ацетиленом ара различных режимах ацетонированая проводились на модель них баллонах _ емкостью 1,3 л, с последующей проверкой результатов на 40-литровых ацетиленовых баллонов на полигоне. Перед кавдым наполнением, баллош дробно ацетонировалиоь в диапазоне от 230 до 330 кг/ь?, после чего. наполнялись ацетиленом до получения разновесной концентрации при температуре 288 К. Наполненные ацетиленом баллоны погруаалиоь в ванну о водой для нагрева от 288 до 338 К. Нагревание воды в ванне осуществлялось термо- . статом '¿/ -15. В результате экспериментов получена зависимость давления ацетилена в баллона от концентрации раствора ацетилена в ацетоне и температуры /рио.4./. Исследования проводились внутри расчитанной ранее

Режим эксплуатации

Способ защиты баллона

,Ша

ПО

».5

1,0 '..5

,0

,5

0,43 0,53 ; 0,57 С, КГ/КГ

• Рис.4. Давление ацетилена а баллоне в зависимости от концентрации раствора при нагрезе баллона от 288 до 338 К. Диапазон ацетонирования от 230 до 330 кг/м*.

1 - нагрев баллона до температуры 288 К

2 - нагрев баллона до температура 298 К

3 - нагрев баллона до температура 303 К

4 - нагрев баллона до температуры 323 К . 5 - нагрев баллона до температуры За 8 К

0 Г - ' — • 5

• * , — • ! * Л

•

# __ » • •

• # • 3 2

""""о

р Т ~~ ■ 1 II •"• — • I

> ' 1в-. безопасной области заполнения баллонов /рио.2./. При моделировании услс вий появления гидравлического давления , в баллоне был зафиксирован быстрый рост давления и эксперимент по нагреву остановили / баллон был погружен в емкость с сухим льдом/. Таким образом, совместное использование расчетной /рис.2./ и экспериментальной /рис.4./диаграмм позволяет определить безопасный режим эксплуатации ацетиленовых баллонов и минимизировать вероятность появления в баллоне гидравлического давления. Полигонные испытания проводились о учетом полученных дажвых, что позволило сократить обьем испытаний.

Полигонные испытания баллонов включают в себя испытания на удар ори падении баллона на бетонную плиту с высоты 0,7 м, имитирующее падение .баллона с машины; испытание на нагрев до температуры 338 - 2 К,о целью определения возможного гидравлического давления в баллоне и цопыгание баллона на локализацию пламени раопада ацетилена ори воспламенении ацетилена непосредственно в баллоне искрой и, воспламенении ацетилена в

'I . - ' ■ ■■ • •

баллоне горячими продуктами раопада ацетилена, т.е. форкамэрное воспламенение, имитирующее обратный удар пламени. Регистрация показаний температуры в баллоне осуществлялась термопарами типа ХА.-С,3 и потенциометром КСП-4; регистрация давления - датчиком ДД-10 в комплекте с индикатором ВД-2И и многоканальным осцилографом Н-15 дистанционно.,

Всего был испытан 231 баллон. Объем выборки определялся ооглаоно • объему выпуска баллонов я прогнозируемому числу возможных отказов. Из 231 баллона 14 испытания не выдержали, причем 10 при внутреннем воспламенении и 4 при форкамерном. Результаты испытаний, обработанные методами математической статистики о коэффициентом доверия 9556 показали, что вероятность разрушения ацетиленового баллона о литой пористой маосой при полигонных испытаниях составляет: .

0А = <?С2* 6.Ю ~2 1 ¿-ю-2 / , . ! •

Полигонные -испытания баллонов показали,;что на взрывозащитные свойства баллона зазор между пориогой масоой и внутренней поверхностью сте)? ки баллона не влияет, если величина зазора, не. превышает 1,0 мм, хотя ;;

этот зазор но является тушащим для пламени распада ацетилена . Баллоны, в которых пристеночный зазор превышал 1,0 мм в сочетании с протяженнро-тью зазора более 1/3 длины баллона, взорвались через 2,5 - 3 минуты после инициирования распада ацетилена, что свидетельствует о развитии детонации в зазоре с периодом формирования ударной волян 2,5-3 мин.

Проведенные испытания показали, что при разгер\.атизации запального устройства и слабом истечении ацетилена из баллона /канал истечения газа забит оалей/ аористая масса в баллоне прогорала до 50$ и более или баллон взрывался, если начавшийся сброс газа прекращался полностью. Наблюдаемое явление указывает на стабилизацию фровта пламени на поверхности пористой массы в баллоне.

Конструкция ацетиленового баллонного вентиля с защитным устройством типа ВБА.-1-П» предназначенного для защиты баллона от проникновения

«

теплового импульса из газоаодводящих коммуникаций, показана на рис.5. В качестве защитного устройства в вентиле используется металлокерами— ческий пламзгасящий элемент из порошка титана с размером пор 30 мк.

В соответствия с ГОСТ 12.2.054.1-89 "Установки ацетиленовые. Приемка а методы испытаний" десять образцов вентиля били подвергнуты вздав-ным испытаниям.на локализацию пламени распада ацетилена в порах плаке-гасящего элемента как в статическом, гак и в динамическом режиме при начальном давлении в испытуемом рессивере 3 Ша. Регистрация давления осуществлялась индукционным датчиком ДД-ГО о преобразователей ВД-2И и осаилографом марки К-115. Температура в рессивере контролировалась термопарами и милливольтметрами типа И 4500 класса точности 1,5. Взрывные испытания показали надежное гашение пхаиеян распада ацетилена' высокого давления вентилем ВБА-1-П.

В четвертой главе представлена методика оценки периодичности осви-.

детельствовакия лигой пористой массы в ацетиленовом баллоне.

Установленные причиано-еледсхвенные связи разрушения баллона в процессе его эксплуатации не всегда позволял* оценить поведение балло-ьа в течение всего срока этсплуатацяя, который в среднем составляет

Я 20

ах

, к „

. Рис.,5 .Вентиль ацетиленовый баллонный ВБЛ-1-П с.пламегасящим элементом.

1.Пламегасящий элемент <Гкр.=80 мк, р =20мм

2.Фторопластовое кольцо

3.Гайка уплотнительная

30 лет. Существующие методы оценки периодичности оовидвтельствовения потенциально опасного оборудования основаны только на практическом опыте и являются качественной оценкой. Предлагаемая методика, позволяет определить .количественную оценку опасности, возникающей при эксплуатации оборудования и, на основе этого, расчитать период времени мевду проверками оборудования или отдельных его частей, С э.ой целью, дерево отказов трансформируется в дерево-признака опасности, состоящее из событий-признаков опасности, характеризующихся частотой появления А и событий, ослабляющих воздействие на головное событие признаков опасности, характеризующихся вероятностью отказа Р.

В обшем виде дерево-признака опасности для ацетиленовых баллонов с ЛПМ показано на рио.6. Анализ дерева показывает, что все события признаки опасности разрушения баллона, кроме дефектов пористой массы, в частности успдКа массы по сферической чести баллона, по отношению к самому баллону являются внешними. Так как, по величине усадки массы оценивается взрывобезопасность баллона и этот показатель можно контролировать на протяжении всего срока службы баллона, то по кеу.у можно оценить периодичность освидетельствования пористой массы в баллоне.

При условии, что событие-признак опасности появляется случайно, является независимым и выполняется распределение Пуассона, вероятность появления головного события в дереве признака-опасности, если входное ообытие произошло К-раз, определяется выражением: ^

С другой стороны, вероятность появления головного события в соответствии со структурой дерева-признака опасности при условии, что событие-признак опасности произошло К-раз определяется:

Р (к/ВК) = I -(I - Р)К, т.к. Р^< I, то Р (А/ВК> КР (13) 3 соответствии с определением условной вероятности, появление головного ;обытия после появления П событий-признаков опасности определяется: РА (£ , 0 ^ Р (А/ВК; ?в , 0 * К* П) (14)

Рис. 6 .

Общий вид дерева-признака опасности для ацетиленовых баллонов с ЛШ.

Эта вероятность была обозначена V/ и названа индексом признака опасности. Другими словами, опасность распространилась после появления Краз признака опасности за время , что привело к реализации головного события. »

и/« «*/> (-Лвг)г- «г )

/<зв " • < У

При расчете необходимого периода времени мввду проверками задаются допустимым числом появления события-признака опасности К, при необходимости, можно задаться допустимой периодичностью появления опасного события.

Максимальное значение индекса признака опасности совпадает, или близко совпадает, с периодом времени 1//\ . Проведенный анализ показал, что периодичность технического освидетельствования системы в целом или отдельных ее частей, может быть расчигана о достаточной точностью при условии, что0,09, т.е. отсутствует эффект, так называемой, "ложной безопасности", когда необходимый период времени между проверка- , ми системы сгеяовится неопределенным. В этом случае, искомый период ' времени определяется из уравнения:

На основании вышеизложенного, был проведен расчет периодичности освидетельствования литой пористой масса в ацетиленовом баллоне по признаку опасности усадка пористой массы в баллоне. Исследовано 2840 новых баллонов с ЛШ выпуска 1992 года и 300 баллонов с периодом эксплуатации 1,5-2 года. Для условия К=2, искомый период времени мевду проверками состояния пористок массы в баллоне составил 1,5 года.

В пятой главе представлено внедрение результатов исследования по проблеме безопасного наполнения баллонов ацетиленом. Перечислена научно- ; техническая документация, где были учтены результаты данного исследова- ; ния: ТУ 6-^1-36-85 "Баллоны с литой пористой массой для растворенного ацетилена"; технологический регламент на пропив оде гв о баллонов о Л®; ГОСТ 54Ь7-?5 "Ацетилен растворенный и газообразный технический".

По результатам исследования' были разработаны: руководящий документ ?Д 26-05-3-89 "Методические указания по ремонтуосвидетельствовании и

эксплуатации ацетиленовых баллонов о углем БАУ-А я. ЛШ"; раздел в ГОСТе 12.2.054-81 "Установки ацетиленовые. Требования безопасности"; технические условия на опытную партию вентиля баллонного ацетиленового о защитным устройством ВБА-Г-П, конструкция которого передана в серийное производство на ЛПО "Лентехгаз" г.Санкт-Петербург. На основе проведенных исследований разрабатывается технология производства а методика полигонных испытаний малолитражных ацетиленовых баллонов емкостью 5 и 10 литров, серийный выпуск которых намечен не 1994 - 1995 гг. Общие выводы

I.Разработана система мероприятий и средств по обеспечению безопасности процесса заполнения модернизированных баллонов о литой пористой массой ацетиленом, основанная на установлении причинно-следственных связей в событий приводящих к разрушению баллонов в процессе эксплуатации. ¿.Установлено, что оспричинами разрушения ацетиленового баллона при появлении в нем теплового импульсе являются: наличие зазора между стенкой баллона и пористой кассой более 1,0 мм и длиной более 100 мм; стабилизация фронта пламени на поверхности ЛШ при условии истечения ■ ацетилена из канала в баллоне диаметром порядка 1,0 мм; нарушение технологии наполнения-разрядки баллона.

3.Предложен метод расчета предельной концентрации ацетилена в растворе, основанный на совместной оценка взрывобезопасности газовой фазы в бал.-' лоне и прочностных испытаний оболочки баллона.

4сВыполнена оценка вероятности разрушения ацетиленового баллона о литой пористой массой. Аналитические расчеты и результаты полигонных испытаний показали, что вероятность разрушения баллона составляет 6.10 . .

5.Разработана методика периодичности освидетельствования пористой массы в баллоне, основанная на представлении, что периодичность появления усадки пористой ^массы является независимым, событием и подчиняется распределению Пуассона. Выполненные расчеты показывают, что освидетельствование массы б баллоне должно проводиться каадые 1,5 года.

6.На основании проведенных исследований разработаны и внедрены рекомен-

дации по технологии наполье.чия, освидетельствовании и полигонным испытаниям ацетиленовых баллонов^ основные положения работы использованы при разработке нормативных документов по баллонам. 7.Разработан а внедрен « производство вентиль баллонный ацетиленовый ВБА-1-П, обеспечивающий защиту баллона от проникновения теплового импульса из газоподводяцих коммуникаций.

Основные положения, диссертации изложены в работах: 1.Грунина М.М. Оценка взрывобезопасности ацетиленовых баллонов в различных режимах эксплуатация. Экспресс-информация,серия XM-I2, ЦИНТИХЙМ-НЕФГЕМАШ, М. ,Г986, «2, 12 о.

З.Грунина М.М. Экономичная и безопасная эксплуатация ацетиленовых баллонов. Обзорная информация,XM-I2, ЦШШШШВФТИШи, М., 1990, 32 с. i.Грунина М-М. Щенка взрывобезопасности уровня заполнения ацетиленовых 5аллонов. Тэзисн доклада на II Всесоюзной научно-технической конферен-оие1. "Взрывобезопасность технологических процессов , пожаро и взршзоза-цита оборудования и зданий", г.Северодонецк, 1985. I.Грунина М.М. Анализ опасности риска процесса наполнения баллонов щетиленом. Тезисы доклада на международном симпозиума "Предупреждение жска /научно-техническая эволюция/, М., ВАСОТ, 1992. ¡.Нешумова С.П., Грунина М.М. Определение оптимальных режимов, иаполне-[ия ацетиленовых баллонов. Химическое и нефтяное машиностроение,AI,1990. .Нешумова С.П., Грунина М.М. Выбор оптимальных соотношений ацетилен-детон в баллона^ с различным пористым наполнителем. Труды ВНКИазтоген-аш, М., 1987.

•Грунина М.М. Определение взрывобезопасного зазора между литой пористой ассой и стенкой ацетиленового баллона» Сварочное производство, Ш, 993. '

Авт.свод. №1659065 /СССР/,Пламегасящее устройство, Грунина М.Ы.,

ворцов В.И., Гурезич Л.М», Fuökkh A.II., ол. в Б.И., 1991, JE24.

ш.печ.л. 1,56 Уч.азд.'д. 1,38 ¿ор;лат 60x90/16 фаж IJ0 экз. Заказ 214. Бесплатно,

напринтнзя МИШ дм.Ломоносова.М.Пироговская ул.,д.1