Кріогенноі техніки

БЕЗПЕКА ПІД ЧАС ЕКСПЛУАТАЦІІ УСТАНОВОК

Кріо…(від грецького kruos. холод, мороз, лід) частина складних слів, що означає зв'язок з льодом, низькими температурами (наприклад, кріобіологія, кріогенез, кріогенна техніка тощо). Основні проблеми, що вирішуються кріогенною технікою – зрідження газів (азоту, кисню, гелію та ін.), їх зберігання та транспортування у рідкому стані, конструювання кріорефрежераторів – холодильних машин, що створюють і підтримують температуру 0–120oК, охолодження та термостатування при кріогенних температурах надпровідних матеріалів та електротехнічних пристроїв, електронних приладів, біологічних об’єктів тощо.

Під кріогенними продуктами розуміють речовини або суміш речовин, що знаходяться при кріогенних температурах 0–120^oК (ГОСТ 21957176). До основних кріогенних продуктів відносять продукти низькотемпературного розділення повітря: азот, кисень, аргон, неон, криптон, ксенон, озон, а також фтор, метан, водень, гелій.

Небезпечні та шкідливі виробничі фактори, що виникають при експлуатації установок кріогенної техніки і при роботі з кріогенними продуктами, ділять на загальні та специфічні, характерні для конкретних кріогенних продуктів.

Загальними небезпечними та шкідливими виробничими факторами є: винятково низька температура конструктивних елементів установок кріогенної техніки та кріогенних продуктів; самовільне підвищення тиску як газоподібних, так і рідких кріогенних продуктів під час їх зберігання й транспортування.

Вплив загальних небезпечних і шкідливих факторів на людину та обладнання викликає небезпеку:

• опіків у результаті попадання кріогенних рідин на відкриті ділянки шкіри та очі, доторкання до предметів, що мають кріогенну температуру (стінки резервуарів, труб), при попаданні низькотемпературної пари кріогенних продуктів у легені;

• обмороження у результаті глибокого охолодження ділянок тіла при контакті з кріогенними продуктами;

• руйнування обладнання внаслідок термічних деформацій та холодоламкості матеріалів;

• вплив на персонал витоків кріогенних продуктів (і вторинних проявів витоків) у результаті розгерметизації обладнання через неоднакові термічні деформації деталей;

• вибухового руйнування через підвищення тиску у результаті закипання або випаровування кріогенних рідин у замкнутих об’ємах при зміні режимів роботи або за рахунок природних теплоприпливів;

• конденсації повітря на неізольованих поверхнях кріогенного обладнання, наприклад водневого, азотного: рідке повітря накопичується на поверхні обладнання і стікає, випаровується, збагачується киснем, контактує з різними матеріалами та речовинами, при цьому можуть виникати усі види вказаних вище небезпек.

Специфічні небезпечні та шкідливі виробничі фактори при роботі з кріогенними продуктами залежать від індивідуальних особливостей та фізико1хімічних властивостей кріогенного продукту.

Так, специфічна небезпека під час роботи з киснем — можливість загорянь і вибухів конструкційних, ізоляційних та інших матеріалів обладнання й приміщень при контакті з киснем або збагаченими киснем середовищами. Іншою специфічною небезпекою під час роботи з киснем є його певна токсичність. Вдихання чистого кисню за нормального тиску протягом 5 год призводить до отруєння. При тиску 0,2 МПа отруєння настає через 3 год, при 0,3 МПа через 1 год, при 0,5 МПа через кілька хвилин. Чистий кисень можна використовувати для дихання тільки при зниженому тиску.

Специфічною небезпекою роботи з воднем є небезпека виникнення горіння або вибуху суміші водню з повітрям, киснем та кисневмісними газами, а також небезпека вибуху систем; рідкий водень — твердий кисень, рідкий водень — тверде, збагачене киснем повітря. У суміші з повітрям та киснем водень утворює горючі системи та системи, що мають небезпеку детонації. Концентраційні межі горіння водню у повітрі складають 4–75 об. %, а у кисні 4,1–96 об. %. Межі детонації у повітрі дорівнюють 1 8,2–59 об. %, а в кисні — 1 5,5–93 об. %.

Мінімальна енергія, необхідна для запалювання суміші водню з повітрям стехіометричного складу при атмосферному тиску, складає близько 0,02 мДж, аналогічна величина для суміші водню із киснем — 0,00 1 мДж.

В цілому специфічні небезпеки і шкідливості, пов’язані з властивостями конкретних кріогенних продуктів, зводяться переважно до можливого недопустимого забруднення повітря робочої зони, до відхилення його стану від природно1фізіологічних норм для людини, до загорань, пожеж, вибухів тощо. Захист працюючих від перерахованих можливих проявів небезпек і шкідливостей, пов’язаних з індивідуальними властивостями кріогенних продуктів, є предметом фізіології, гігієни праці, виробничої санітарії та пожежної безпеки (див. розділ і 4 підручника) і тому тут більш детально не розглядається.

Захист від опіків та обморожень. Під час роботи з кріогеннимирідинами й газами мають бути вжиті заходи, що виключають контакт обслуговуючого персоналу з кріогенними продуктами, а також з поверхнями, що перебувають при низьких температурах. З цією метою застосовують герметизацію, теплоізоляцію, огородження обладнання, попереджувальні написи та фарбування за ГОСТ 12.2.052–81. Не дозволяється проводити будь1які ремонтні роботи, підтяжку ущільнень тощо під час роботи обладнання.

Роботи з рідкими кріогенними продуктами, пов’язані з відкритим зливанням чи переливанням, коли можливе розбризкування крапель рідини, потрібно проводити у заправлених під рукави захисних рукавицях та захисних окулярах з бічними щитками. Верхній одяг повинен бути наглухо закритим, а брюки — прикривати взуття (навипуск).

Особи, постійно зайняті на зливанні або наливанні рідких продуктів, мають бути вдягнені у брезентовий костюм з брюками навипуск.

При переливанні рідких кріогенних продуктів із посудин Д’юара потрібно користуватися підставкою, що нахиляється, у якій посудинаповинна міцно закріплятися. При переливанні у резервуари з вузькою горловиною необхідно користуватися лійками, що полегшують вихід газу з наповнюваного резервуару.

Захист від впливу термічних деформацій. При охолодженні до кріогенних температур деталі обладнання внаслідок термічного стискання можуть зазнавати величезних напружень, що призводить у ряді випадків до їх поломки, розгерметизації тощо. Наприклад, охолодження трубопроводу з алюмінію від 293^oК до 77^oК супроводжується зміною його довжини на» 4 мм на кожний метр труби. Для захисту від термічних деформацій використовують різні компенсатори (сильфонні, кутові та ін.), «плаваючі» закріплення, застосовують матеріали з однаковими коефіцієнтами лінійного розширення. Особливо небезпечні різкі нагрівання та охолодження, коли виникають значні нерівномірності температурного поля у матеріалі.

Захист від перевищення тиску під час випаровування та нагрівання кріогенних продуктів. У результаті закипання або випаровування кріогенних рідин при зміні режимів роботи або за рахунок природних теплоприпливів у замкнутих об’ємах можливе підвищення тиску, величина якого в десятки і сотні разів перевищує робочий. Великі маси газу можуть виділятися при закипанні так званої «перегрітої рідини», коли температура рідини виявляється вищою за температуру кипіння за даного тиску (наприклад, тоді, коли струшують рідину або у резервуарі відбувається розгерметизація).

Це рівняння може бути використане для практичних оцінок, оскільки температура навколишнього середовища (300^оК) завжди значно перевищує як температури кипіння кріогенних речовин, так і критичні температури. Наприклад, якщо замкнутий резервуар, наполовину заповнений рідким киснем (r = 1140 кг/м3), нагріти до 300^оК, то тиск у ньому складе 40 МПа. Ще більше (у тисячу разів і більше) підвищення тиску може мати місце при нагріванні рідини у повністю заповнених резервуарах. Для захисту від перевищення тиску внаслідок нагрівання та розширення кріогенної рідини у замкнутих об’ємах правилами встановлені спеціальні норми заповнення резервуарів кріогенними рідинами (табл. 3.1).

Таблиця 3.1

Дата добавления: 2015-05-07