IV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2012

  Введение

В последнее время интенсивно развиваются такие отрасли промышленности, как энергетика, нефтедобывающая и нефтеперерабатывающая, металлургия, стройиндустрия, машиностроение и др. Быстрыми темпами развивается и химическая промышленность. В производство внедряется более современное технологическое оборудование, новые технологические процессы. Примером этому может послужить производство синтетических каучуков.

Технологический процесс производства на заводах синтетического каучука сопряжен с опасностью возникновения аварийной ситуации, так как в ряде помещений таких заводов могут храниться, перерабатываться и транспортироваться токсичные взрывопожароопасные вещества.

Особого внимания требуют насосные и компрессорные цеха таких заводов, так как в них сосредоточено большое количество технологического оборудования, предназначенного для транспортирования взрывопожароопасных веществ. При этом необходимо отметить, что одними из основных источников образования взрывопожароопасной газопаровоздушной среды в насосных и компрессорных цехах являются уплотнения вращающихся валов насосов и компрессоров, неплотности в соединениях коммуникаций и оборудования. Таким образом, степень герметичности технологических узлов и аппаратов напрямую будет влиять на количество и концентрацию выделяемых токсичных взрывопожароопасных веществ.

Также необходимо отметить, что неудовлетворительная организация ремонтных работ и чистки химической аппаратуры, при которых иногда имеет место разлив продуктов производства, является дополнительным источником выделений в воздушную среду помещений взрывоопасных паров и газов. Выполнение профилактических ремонтных работ в сроки, предусмотренные графиками планово-предупредительных ремонтов, будет обеспечивать хорошее техническое состояние насосов и компрессоров и, соответственно, нормальную степень герметизации уплотнений.

Исходя из вышесказанного, вопросы, связанные с повышением степени герметичности технологических узлов и аппаратов, а также регулярностью и качеством проведения планово-предупредительных ремонтов, имеют важное значение при создании нормальных санитарно-гигиенических параметров воздуха в рабочей зоне помещений и условий пожаровзрывобезопасности технологического процесса [1].

Краткая характеристика объекта. Помещения насосных и компрессорных заводов синтетического каучука по взрывопожарной опасности относятся к категории А или Б. Взрывоопасные вещества в эти помещения могут поступать через неплотности в уплотнениях вращающихся валов насосов, лабиринтные уплотнения в компрессоре, неплотности во фланцевых соединениях трубопроводов и арматуре, во время взятия проб продуктов и ремонта технологических узлов и аппаратов. В результате этого концентрация веществ в помещении может достичь нижнего концентрационного предела распространения пламени, и образовавшаяся газопаровоздушная смесь будет создавать серьезную угрозу взрыва.

За последнее время химическая промышленность освоила более герметичное технологическое оборудование, насосы с торцевыми уплотнениями с различными парами трения, а также центробежные компрессоры при давлении нагнетания до 32 МПа. При проектировании новых взрывопожароопасных производств для перекачки горючих жидкостей, нагретых выше температуры самовоспламенения, легковоспламеняющихся жидкостей и сжиженных углеводородных газов стали применять насосы повышенной надежности, имеющие герметичное исполнение или двойное торцевое уплотнение вала. Увеличилась степень герметизации технологических узлов и аппаратов, сокращены технологические операции, связанные с выделением вредных веществ в воздух помещений, произошла реконструкция технологического оборудования на многих предприятиях.

Основными источниками загазованности воздушной среды в помещениях насосных и компрессорных заводов синтетического каучука являются: уплотнения насосов, компрессоров и арматуры, неплотности в соединениях коммуникаций и оборудования, а также месте отбора проб продуктов производства для анализа.

Неудовлетворительная организация ремонтных работ и чистки химической аппаратуры, при которых иногда имеет место разлив продуктов производства, является дополнительным источником выделений в воздушную среду помещений опасных паров и газов.

Технологическое оборудование в насосных и компрессорных цехах. В настоящее время в практике эксплуатации и проектирования насосных и компрессорных используется следующее оборудование.

ентробежные герметичные электронасосы типа ЦГ, ХГ и ХГВ [2] применяются для перекачивания различных агрессивных, нейтральных, токсичных и взрывоопасных жидкостей и сжиженных газов.

Основными отличительными особенностями герметичных электронасосов является отсутствие внешних уплотнений вращающихся частей, а также моноблочность конструкции, объединяющей в одном агрегате насос и специальный электродвигатель. Отсутствие сальников и возможность работы герметичных электронасосов без утечек обеспечивают абсолютную герметичность проведения технологических процессов, улучшение санитарно-гигиенических условий труда и повышение безопасности работы обслуживающего персонала с агрессивными, высокотоксичными, пожаро- и взрывоопасными жидкостями, стерильность и чистоту перекачиваемого продукта, чистоту окружающей среды, а также возможность полной автоматизации процессов.

Лопастные насосы относятся к типу динамических насосов, в которых жидкая среда перемещается, обтекая лопасти рабочего колеса [3].

Центробежные насосы типа Д и НД применяют для перекачивания нефтепродуктов и агрессивных сред, не вызывающих коррозию стали. Все эти насосы конструктивно однотипны: горизонтальные одноступенчатые с горизонтальным разъемом корпуса и рабочим колесом двустороннего входа [4].

Вихревые насосы применяют в относительно небольшом диапазоне подач и напоров. Насосы конструктивно однотипны: горизонтальные, одно- или двухступенчатые. Вихревые насосы типа ВК имеют только вихревое рабочее колесо; центробежно-вихревые насосы типа ЦВ - центробежное и вихревое рабочее колесо.

Нефтяные центробежные насосы типа К, НГК, НК, НКЭ, СД, ЛС, Н, НД, НВ, ВА [5] применяют для перекачивания нефти, нефтепродуктов, сжиженных углеводородных газов и других жидкостей, сходных с указанными по физическим свойствам (удельному весу, вязкости и пр.) и коррозийному воздействию на материал деталей насосов. Перекачиваемая жидкость не должна содержать более 0,2 % по массе твердых взвешенных частиц размером не более 0,2 мм.

В местах выхода вала из корпуса насоса устанавливают уплотнения - торцевые (одинарные или двойные) и сальниковые (с подводом или без подвода затворной жидкости).

Торцевые уплотнения применяют при давлении перекачиваемой жидкости на приеме насоса (у входного патрубка) в диапазоне от вакуума до 2,5 МПа. Рекомендации по выбору торцевых уплотнений и данные об их конструкциях и условиях работы приведены ниже.

Центробежные насосы типа ТХ [6] - горизонтальные, консольные, одноступенчатые. Предназначены для перекачивания химически активных и нейтральных жидкостей, содержащих твердые включения размером частиц до 1 мм, объемная концентрация которых не превышает 15 %.

Исполнение насосов по типу уплотнений определяют, исходя из свойств перекачиваемой жидкости и давлении на входе в насос: для мягкого сальника (СД) - до 0,3 МПа, для двойных торцевых уплотнений - до 0,5 МПа, для стояночного уплотнения (СТ) - до 0,6 МПа.

Утечка затворной жидкости, подаваемой в уплотнение вала насоса, обеспечивает его нормальную работу. Утечка составляет от 5 до 15 л/ч для мягкого сальника и до 0,06 л/ч для торцевых уплотнений. При этом половина жидкости вытекает наружу, а другая половина попадает в перекачиваемую жидкость.

Компрессорные машины делятся на машины объемного и динамического сжатия, по конструктивному исполнению механизма сжатия - на механические (поршневые, роторные, турбокомпрессоры), термические и электрические (для специальных целей) [7, 8, 9].

Выбор уплотнений вращающихся валов насосов и компрессоров и их применение в промышленности в зависимости от перекачиваемого продукта. Уплотнения вращающихся валов можно разделить в основном на следующие типы: сальники, манжеты, лабиринтные уплотнения, торцевые уплотнения, динамические уплотнения (импеллеры, эжекторы).

Сальники (рис. 1) выполняют с мягкой набивкой в виде шнура или отдельных спрессованных колец, трущихся по поверхности вала (защитной втулке).

Утечки жидкости через сальники сравнительно велики (от десятых долей литров до 3...7 л/ч) [10].

Манжеты изготавливают в основном из различных резин. Они, как и сальники, работают на трение по поверхности вала. Манжеты имеют значительно меньшую утечку (от долей кубических сантиметров до кубических сантиметров в час).

Требованиям техники, применяемой в технологических процессах повышенной пожарной опасности, и ведомственным указаниям ВУПП-88 [11] в наибольшей степени удовлетворяют уплотнения двух типов: торцевые и динамические (импеллеры, винтовые, лабиринто-винтовые).

Импеллеры и эжекторы относятся к динамическим уплотнениям. Их уплотняющее действие проявляется только при работе машины: при остановках уплотняющее действие импеллера и эжектора прекращается и для предотвращения утечки жидкости включается приспособление, называемое стояночным уплотнением. На рис. 2 изображено уплотнение вала центробежного насоса, состоящее из лабиринтного импеллера (винт 1, втулка 2) и стояночного уплотнения в виде обычной резиновой манжеты.

Манжета предотвращает вытекание жидкости из рабочей полости насоса, когда насос остановлен. При работе насоса лабиринтный импеллер воспринимает давление жидкости и не допускает ее вытекание наружу, а манжета, закрепленная на валу, растягивается центробежными силами, таким образом, что она перестает касаться цилиндрической поверхности втулки 2. Тем самым предотвращается износ манжеты во время работы насоса. Во время остановки насоса силы упругости резины возвращают уплотняющий поясок манжеты в первоначальное положение, и манжета снова прижимается ко втулке 2.

Широкое распространение получили торцевые уплотнения [10, 12] благодаря следующим положительным свойствам:

• не требуют обслуживания в период нормальной работы;
• работают с малой утечкой;
• отличаются большой долговечностью;
• удовлетворительно работают в предельно тяжелых условиях (р = 450 МПа, Т = 450 °С).

Работа торцевого уплотнения может сопровождаться незначительной утечкой уплотняемой жидкости. Максимальная утечка должна составить не более 20...30 см³/ч [12]. Однако при перекачивании токсичных, воспламеняющихся и легковоспламеняющихся жидкостей утечка их недопустима даже в незначительных количествах. В этих случаях применяют двойное торцевое уплотнение, полностью исключающее возможность утечки перекачиваемой жидкости.

Двойное торцевое уплотнение (рис. 3) состоит из двух одинарных уплотнений, образующих замкнутую камеру, в которую подводится затворная жидкость под давлением, несколько превышающим давление перекачиваемой жидкости перед уплотнением, благодаря чему создается гидравлический затвор, препятствующий утечке перекачиваемой насосом жидкости.

 

Поскольку в двойном торцевом уплотнении возможна утечка затворной жидкости внутрь насоса, они не нашли применения на заводах синтетического каучука, так как в технологических процессах данных производств требуется полная чистота химического продукта и не допускается даже незначительное попадание в систему какой-либо иной жидкости. В качестве упругих элементов для торцевых уплотнений всех типов применяют сильфоны и уплотнительные кольца или манжеты с пружинами.

На рис. 4 показано одинарное торцевое уплотнение с сильфоном из фторопласта-4 для высокоагрессивных сред. Уплотнение - с неподвижным упругим элементом, состоящим из центральной пружины 1 и сильфона 2 из фторопласта-4. Пружина уплотнения помещена внутрь сильфона и может защищаться пластмассовой трубкой 3 от воздействия утечки агрессивной среды.

На рис. 5 показано уплотнение вала центробежного насоса, перекачивающего среду с высокой температурой. Неподвижный упругий элемент уплотнения состоит из металлического штампованного сильфона 1 и пружины 2. Неподвижное кольцо 3 пары трения установлено в обойме свободно, чтобы исключить температурные деформации уплотняющих поверхностей.

На рис. 6 показано торцевое уплотнение питательного центробежного насоса, разработанное во ВНИИГидромаш. Уплотнение имеет упругий элемент и резиновые уплотнительные кольца круглого сечения. Пара трения состоит из вращающегося 1 и неподвижного 2 колец, изготовленных из силицированного графита и вклеенных в металлические детали. Особенностью конструкции уплотнения является то, что упругий элемент расположен в изолированном от среды пространстве.

На рис. 7 показано уплотнение с коническим уплотнительным кольцом. Характерная особенность уплотнения - вместо резинового уплотнительного кольца применено кольцо 1 из фторопласта-4 конической формы.

На рис. 8 показано двойное торцевое уплотнение с коническими кольцами из фторопласта-4.

На рис. 9 показано уплотнение с металлическим сильфоном.

В табл. 1 приведены типы торцевых уплотнений [12].

Таблица 1 Типы торцевых уплотнений

Тип уплотнения	Наибольшее давление, 1·105 Па	Температура перекачиваемого продукта, °С	Торцевые уплотнения
Торцевые уплотнения Нальчикского завода (ТУ 26-06-915-75)
1В	2	до 90	одинарное
2А	5	до 80	одинарное
УТ	5	до 80	одинарное
2Е	8	до 90	одинарное
2В	8	до 90	одинарное
2Г	8	до 90	двойное
2Д	15	до 90	одинарное
3А	3	до 90	одинарное
Торцевые уплотнения южного завода гидромашин (ТУ 26-06-1121-79)
132	8	от -40 до +120	одинарное
211	16		одинарное
231/231	16		двойное
562	5		одинарное
113Ь	8		одинарное
133	8		одинарное
133/133	8		двойное
422	3		двойное

Торцевые уплотнения для центробежных нефтяных насосов [12]:

а) одинарные:

1) Т, ОП, ОНП - с проточной циркуляцией уплотняемой среды;

2) ТП, ОК, ОНК - с автономным контуром циркуляции уплотняемой среды;

3) ТВ, ОТ, ОНТ - с автономным контуром циркуляции уплотняемой среды и теплообменным устройством вала насоса;

б) двойные:

1) ТД - с проточной циркуляцией затворной жидкости;

2) ТДВ - с проточной циркуляцией затворной жидкости и теплообменным устройством вала насоса;

3) ДК, ДНК - с автономным контуром циркуляции затворной жидкости;

4) ДТ, ДНТ - с автономным контуром циркуляции уплотняемой среды и теплообменным устройством вала насоса;

В табл. 2 приведена допустимая утечка в торцевых уплотнениях.

Таблица 2 Допустимая утечка в торцевых уплотнениях

Тип уплотнения	Давление в камере уплотнения, 1·105 Па	Допускаемая утечка в камере уплотнения (не более), см3/ч	Примечание
Т, ТП, ТВ, ТД, ТДВ	до 15	40	Для двойного торцевого уплотнения величина утечки удваивается.
ОП, ОК, ОТ, ДК, ДТ	от 15 до 25	50
ОНП, НК, ОНТ	до 15	30
ДНК, ДНТ	от 15 до 25 от 25 до 50	40 80

Выбор той или иной конструкции торцевого уплотнения зависит, в частности, от свойств среды, для которой предназначено данное уплотнение. К свойствам относятся: агрегатное состояние (газ, жидкость), давление, температуры, вязкость, содержание взвешенных твердых частиц, содержание солей, химическая агрессивность по отношению к конструкционным материалам, токсичность, воспламеняемость.

Другими важными факторами, определяющими конструктивные характеристики уплотнения, являются: диаметр и скорость вращения вала, его биение и возможность смещения, габаритные размеры уплотнения и условия сборки и разборки.

Различные сочетания перечисленных характеристик позволяют сгруппировать конструкции уплотнений по условиям их применения следующим образом:

1. уплотнения для неагрессивных сред (вода, масла, нефтепродукты);
2. уплотнения для агрессивных сред (кислоты, щелочи, растворы солей, пары, газы - продукты химической, нефтехимической и других отраслей промышленности);
3. уплотнения для сред с большим содержанием твердых примесей, перекачиваемых грунтовыми, химическими, осушительными, фекальными насосами, насосами для бумажной массы и др.;
4. специальные уплотнения.

В качестве характеристики степени трудности условий работы уплотнения выбирают два параметра: давление среды перед уплотнением Р и скорость скольжения v в паре трения, определяемая диаметром и частотой вращения вала. Произведение давления на скорость дает значение третьего параметра - Р·v (1·10⁵ Па)·(м/с).

По значению параметров P, v, P·v и свойствам рабочей среды можно подобрать конструкцию торцевого уплотнения (см. табл. 3).

Таблица 3 Группа уплотнений в зависимости от параметра

Группа	Р, ·105 Па	v, м/с	Р·v, (·105 Па)·(м/с)	Определение параметра
I	≤ 1	≤ 10	≤ 10	низкий
II	≤ 10	≤ 10	≤ 50	средний
III	≤ 50	≤ 20	≤ 500	высокий
IV	> 50	> 20	> 500	наивысший

К уплотнениям для неагрессивных сред относят уплотнения массового производства, устанавливаемые в центробежных насосах охлаждения двигателя в бытовых машинах, в различных объемных насосах.

Уплотнения для неагрессивных сред характеризуются низкими и средними параметрами Р, v. В качестве упругих элементов используют в основном резиновые сильфоны, а также резиновые мембраны или уплотнительные кольца с пружинами. Упругие элементы выполняют как вращающимися, так и неподвижными.

Уплотнения для агрессивных сред применяют в основном в стационарном оборудовании различных производств, связанных с использованием и переработкой агрессивных сред. Это в первую очередь центробежные химические насосы и компрессоры.

Характерной особенностью уплотнений является использование в их конструкциях специальных коррозионностойких материалов, обеспечивающих длительную эксплуатацию в агрессивной среде.

К таким материалам относятся нержавеющие стали, сплавы, углеграфиты, фторопласт-4 (чистый и с наполнителем - стекло, графит, кокс, дисульфид, молибден), керамика, твердые сплавы.

В зависимости от степени агрессивности среды можно разделить на среднеагрессивные (большинство паров и газов, растворы солей, разбавленные щелочи) высокоагрессивные (кислоты средней и высокой концентрации, концентрированные щелочи, сильные окислители), ядовитые, взрывоопасные среды.

Отличительной особенностью уплотнений для агрессивных жидкостей является применение фторопласта в качестве вторичного уплотнения, изготовленного в виде конического кольца (2В, 2Д, 40А, 113, 133, 2Г см. табл. 1).

Для высокоагрессивных жидкостей особенностью является применение фторопластового сильфона, защищающего поджимное устройство (3А, 422 см.

табл. 1).

Для нейтральных и слабоагрессивных жидкостей отличительной особенностью является применение резины в качестве вторичного уплотнения. Конструктивно вторичные уплотнения изготавливают контактного или сильфонного типа (1В, 2А36, УТ, 2К, 40В, 132, 211, 562. 231/231 см. табл. 1).

В коррозионно-активных средах применяют пружины из углеродистых и легированных сталей с покрытием резиной, фторопластом, полиэтиленом и другими пластмассами, а также из нержавеющих сталей.

Резиновые детали должны обладать достаточной упругостью, масло- и бензостойкостью, химической и термической устойчивостью.

Торцевые уплотнения типа 231/231 (см. табл. 1) применяют в насосах, установленных во взрывоопасных помещениях, для перекачивания жидкости при давлении до 1,6 МПа, температуре от минус 40 до плюс 120 °С.

В качестве вторичного уплотнения применяются кольца круглого сечения и пружины волнистого типа.

В период уплотнения подается затворная жидкость под давлением, превышающим на 0,1...0,15 МПа давлений перекачиваемой жидкости перед уплотнением.

Среды с большим содержанием твердых взвешенных частиц вызывают сильный эрозионный износ деталей уплотнения и в первую очередь пары трения.

Необходимыми условиями работоспособности уплотнений в этих условиях являются: использования для пар трения твердых износостойких материалов (силицированный графит, твердые металлокерамические сплавы), защита пар трения от попадания в их зазоры твердых частиц. Обобщая результаты отечественных и зарубежных исследований [10, 13, 14] можно прийти к следующему выводу: в зазоре пары трения торцевого уплотнения имеется слой жидкости. Одновременно с этим всегда имеет место износ трущихся поверхностей. Как правило, он происходит с небольшой интенсивностью и определяется контактами шероховатостей поверхностей и попаданием твердых частиц в зазор пары.

Форма и кривизна трущихся поверхностей существенно влияет на характер трения и величину утечки через уплотнение. Обычно норма отклонений от плоскости составляет от 0,3 до 0,9 мкм. Однако в процессе работы или в результате плохой доводки могут возникать большие значения отклонений [10].

Выбор материалов трущихся поверхностей имеет решающее значение на работу пары трения.

В результате износа пары трения с течением времени шероховатости сглаживаются, зазор в паре трения уменьшается, происходит перегрев и образуются зазоры и термотрещены на трущихся поверхностях.

Например, пара трения бронза-сталь, удовлетворительно работающая на маслах, малопригодна для работы на воде. При этом происходит перенос бронзы на сталь, наблюдается большой износ и тепловыделение, что, в конечном счете, приводит к чрезмерной утечке и выходу из строя уплотнения.

При выборе пары трения немаловажная роль принадлежит экономическому расчету, где следует учитывать стоимость пары трения, ее износостойкость, надежность в эксплуатации, затраты на обслуживание, условия безопасности производства при выходе из строя пары трения.

В табл. 4 приведены составы материалов пар трения, а в табл. 5 рекомендации по выбору пар трения в зависимости от перекачиваемого продукта.

Таблица 4 Составы материалов пар трения

Тип пары трения	Состав материалов пары трения
1     АМС-1	Элементоорганическая смола с углеродным наполнителем и сухой смазкой.
2     Ф4КГО	Фторопласт-4 с 20 % кокса.
3     ФКМ-105	Фторопласт-4 с 10 % кокса и 5 % дисульфида молибдена.
4     АМАН-1	Антифрикционный материал на основе фторопласта-4.
5     АГ-1500-СО	Углеграфит, графитированный, пропитанный 95 % свинца, 5 % олова.
6     2Ц-1000-Ф	Углеграфит, обожженный, пропитанный фенолформальдегидной смолой.
7     ПГИ	Пиролитический углеродный материал, изотропный.
8     УМС	Силицированный графит.
9     ПРОГ 2400 С	Силицированный графит.
10   ПГ-50 С	Силицированный графит.
11   ЦМ 332	Минералокерамика с 99 % оксида алюминия.
12   ВКЗ х 0,5	Металлокерамика с 92 % карбида вольфрама, 75 % кобальта, 0,5 % хрома.
13   9Х18	Сталь.
14   В-2К	Стеллит.
15   В-3К	Стеллит.

 

Таблица 5 Рекомендуемые сочетания пары трения в зависимости от перекачиваемого  продукта

Область применения (по средам)	Группа уплотнения (см. табл. 3)	Пара трения (см. табл. 4)
Неагрессивные жидкости: вода, морская вода, слабые растворы солей, нефтепродукты (масла, керосин, бензин, легкие фракции нефти).	I	1-13 1-11 5-13 6-13
	II	6-13 5-13 6-15
	III	6-13 6-10 6-8 10-10
	IV	9-9 10-10 8-8 16-16
Агрессивные жидкости: растворы солей, кислоты, щелочи, сильные окислители.	I	6-14 6-10 6-11 2-10 2-11 3-10 3-11
	II	6-14 6-15 6-10 10-10 2-10 9-9
Жидкости с большим содержанием абразивных частиц: вода с содержанием песка, извести и т. п. более 10 %, растворы, содержащие кристаллы солей, окислы металлов и другие примеси.	I	10-10 12-12
	II	10-10 12-12
Газообразные среды: газы, пары, сжиженные газы.	I	4-13 4-15 5-13
	II	4-15 5-13 12-12

Натурные исследования поступления взрывопожароопасных веществ в производственные помещения насосных и компрессорных цехов Воронежского завода синтетического каучука. С целью установления действительной величины газовыделений в насосных цеха ДК-5 Воронежского завода синтетического каучука были проведены натурные обследования. В табл. 6 приведены результаты натурных обследований насосных. Данные получены из газовоздушных балансов. В насосной № 3 установлено 37 насосов. Из них 15 насосов типа 2АЦС перекачивали толуол с температурой 40...70 °С и давлением 0,2...0,3 МПа; 3 насоса 4НК-5х1, 5НК-9х1 перекачивали толуол с температурой 60...120 °С и давлением 0,6 МПа; 3 насоса перекачивали толуол с температурой 50 °С и давлением 1,2 МПа. Остальные насосы типа 8МД-6х1; 2х-4х-2и-2г; НК 200-120/120 перекачивали толуол. В насосной № 4 установлены насосы типа 2АЦС - 6 шт., 8НД-6х1 - 3 шт., 2х-4а-2г - 2 шт., 3ЦС 6-2/2 - 2 шт., 1,5СЦВ-1,2 - 3 шт. и другие насосы перекачивали толуол с температурой до 100 °С и давлением 1,6 МПа и дивинил с температурой до 30 °С и давлением до 1 МПа.

 

Таблица 6 Валовые и удельные газовыделения в насосных цеха ДК-5

Фактическая кратность воздухообмена, ч-1	Количество работающих насосов, шт.	Газовыделения, г/ч			Удельные газовыделения		Примечание
		дивинил	толуол	всего	на м3 здания	на единицу работающего оборудования
14,9	14	1243,7	1045,2	2288	0,39	163,5	Насосная № 1 строительный объем 5870 м3. Проектная кратность 12 ч-1.
12,8 13,0 17,8 24,4	21 19 13 22	917,6 1734,3 - 508	- - 430,6 -	917,6 1734,3 430,6 508	0,09 0,16 0,07 0,04	43,7 91,2 33,1 23,0	Насосная № 2 строительный объем 10830 м3. Проектная кратность 12 ч-1.
17,2 14,8 18,2 14,8 14,8 14,8 14,8 14,8 14,8 14,8 14,8	12 12 12 12 13 13 12 12 12 12 11	496,2 331,86 647,6 591,43 505,94 687,23 659,8 478,0 122,47 791,4 764,4	- - - - - - - - - - -	496,2 331,86 647,6 591,43 505,94 687,23 659,8 478,0 122,47 791,4 764,4	0,06 0,04 0,08 0,07 0,06 0,09 0,08 0,06 0,02 0,10 0,09	38,2 27,6 54,0 49,3 38,9 52,9 50,7 39,8 10,2 66,0 65,0	Насосная № 3 строительный объем 3800 м3. Проектная кратность 12 ч-1.

Для определения концентрации веществ q, мг/м³, поступивших в помещения насосных, воспользуемся формулой

Результаты вычислений представлены в табл. 7.

Принимая во внимание, что ПДК дивинила - 100 мг/м³, ПДК толуола - 50 мг/м³ [15], из табл. 7 видно следующее: концентрации паров этих веществ, поступивших в помещения насосных, не превышают ПДК.

Очевидно, что по прошествии какого-то промежутка времени, полученные значения изменяться в худшую сторону, так как будет происходить износ оборудования. С целью установления действительной величины газовыделений в межремонтный период были снова проведены натурные обследования этих же насосных. В табл. 8 приведены полученные результаты.

 

Таблица 7

Фактическая кратность воздухообмена, ч-1	Газовыделения, г/ч		Концентрация, мг/м3		Примечание
	дивинил	толуол	дивинил	толуол
14,9	1243,7	1045,2	14,2	11,95	Насосная № 1 строительный объем 5870 м3. Проектная кратность 12 ч-1.
12,8 13,0 17,8 24,4	917,6 1734,3 - 508	- - 430,6 -	12,21 12,3 - 1,92	- - 2,23 -	Насосная № 2 строительный объем 10830 м3. Проектная кратность 12 ч-1.
17,2 14,8 18,2 14,8 14,8 14,8 14,8 14,8 14,8 14,8 14,8	496,2 331,86 647,6 591,43 505,94 687,23 659,8 478,0 122,47 791,4 764,4	- - - - - - - - - - -	7,59 5,90 9,36 10,52 8,996 12,22 11,73 8,499 2,18 14,07 13,59	- - - - - - - - - - -	Насосная № 3 строительный объем 3800 м3. Проектная кратность 12 ч-1.

 

Таблица 8 Валовые и удельные газовыделения в насосных цеха ДК-5

Фактическая кратность воздухообмена, ч-1	Количество работающих насосов, шт.	Газовыделения, г/ч			Удельные газовыделения		Примечание
		дивинил	толуол	всего	на м3 здания	на единицу работающего оборудования
14,9	14	8654,6	4389,5	13044,1	2,22	931,7	Насосная № 1 строительный объем 5870 м3. Проектная кратность 12 ч-1.
12,8 13,0 17,8 24,4	21 19 13 22	13634,4 13961,8 - 25267,2	- - 9645,3 -	13634,4 13961,8 9645,3 25267,2	1,26 1,29 0,89 2,33	649,3 734,8 741,9 1148,5	Насосная № 2 строительный объем 10830 м3. Проектная кратность 12 ч-1.
Окончание таблицы 8
17,2 14,8 18,2 14,8 14,8 14,8 14,8 14,8 14,8 14,8 14,8	12 12 12 12 13 13 12 12 12 12 11	5942,3 4782,31 6746,7 5543,83 5463,21 5596,32 5608,6 4765,4 2687,9 5711,7 5683,1	- - - - - - - - - - -	5942,3 4782,31 6746,7 5543,83 5463,21 5596,32 5608,6 4765,4 2687,9 5711,7 5683,1	1,56 1,26 1,78 1,46 1,44 1,47 1,48 1,25 0,71 1,50 1,496	495,2 398,5 562,2 461,99 420,2 430,5 467,4 397,1 223,99 475,98 516,6	Насосная № 3 строительный объем 3800 м3. Проектная кратность 12 ч-1.

 

Аналогично получим концентрации паров дивинила и толуола. Полученные результаты представим в табл. 9.

Таблица 9

Фактическая кратность воздухообмена, ч-1	Газовыделения, г/ч		Концентрация, мг/м3		Примечание
	дивинил	толуол	дивинил	толуол
14,9	8654,6	4389,5	98,95	50,19	Насосная № 1 строительный объем 5870 м3. Проектная кратность 12 ч-1.
12,8 13,0 17,8 24,4	13634,4 13961,8 - 25267,2	- - 9645,3 -	98,36 99,17 - 95,62	- - 50,03 -	Насосная № 2 строительный объем 10830 м3. Проектная кратность 12 ч-1.
17,2 14,8 18,2 14,8 14,8 14,8 14,8 14,8 14,8 14,8 14,8	5942,3 4782,31 6746,7 5543,83 5463,21 5596,32 5608,6 4765,4 2687,9 5711,7 5683,1	- - - - - - - - - - -	90,92 85,03 97,55 98,57 97,14 99,51 99,73 84,73 47,79 101,56 101,05	- - - - - - - - - - -	Насосная № 3 строительный объем 3800 м3. Проектная кратность 12 ч-1.

 

Таким образом, исходя из табл. 9, можно сделать вывод о том, что имеются случаи превышения ПДК или близких к ПДК значения. Это говорит о том, что необходимо осуществлять диагностические и ремонтные мероприятия для предотвращения развития аварийной ситуации.

Влияние планово-предупредительных ремонтов оборудования насосных и компрессорных цехов на параметры воздушной среды в помещениях. Технологическое оборудование, выпускаемое химической промышленностью, как правило, имеют степень негерметичности, допускающую утечки вредных веществ не более 20...30 см³/ч.

Эту степень негерметичности технологического оборудования необходимо обеспечивать в течение всего периода эксплуатации.

Практический опыт эксплуатации насосов и компрессоров показывает, что их герметизации должно уделяться постоянное внимание, так как в процессе эксплуатации узлы, детали и технологическое оборудование в целом изнашиваются, соответственно, его технические показатели ухудшаются, в том числе и степень негерметичности.

При увеличении степени негерметичности наблюдается увеличение выделения пожаровзрывоопасных веществ, что само по себе создает аварийную ситуацию в помещениях насосных и компрессорных, и в связи с этим требуется увеличивать воздухообмен. Как уже было сказано ранее, увеличение воздухообмена более 16 ч^-1 не приводит к заметному уменьшению концентрации опасных веществ в рабочей зоне цехов. В производственных условиях для поддержания в нормальном техническом состоянии насосов и компрессоров производят планово-предупредительные ремонты.

Выполнение профилактических ремонтных работ в сроки, предусмотренные графиками планово-предупредительных ремонтов, обеспечивает хорошее техническое состояние насосов и компрессоров и, соответственно, нормальную степень герметизации уплотнений. Подтверждением этого являются результаты натурных обследований, выполненных в цехах насосных и компрессорных завода синтетического каучука г. Воронежа. Данные натурных обследований приведены в табл. 10.

Таблица 10 Анализы воздушной среды в насосных и компрессорных завода синтетического каучука г. Воронежа

Наименование цеха	Выделяющиеся  вредности	Количество  отобранных проб (анализов)	Концентрация в долях от ПДК
Насосная 2 Е	изопропилен этиловый эфир	52 52	0,4...0,5 0,4
Насосная 2 Ж	дивинил	104	0,4...0,6
Компрессорная 23	аммиак	52	0,5...0,6
Насосная ДК-3	толуол	52	0,5
Компрессорная У А	дивинил	52	0,3...0,4
Насосная ц.ЭА	эфир	52	0,5
Насосная 22Б	стирол	52	0,8...0,9
Насосная 22В	этиловый бензол	52	0,1...0,2
Компрессорная 25 А	дивинил	104	0,1
Компрессорная 27 В	аммиак	52	0,9
Компрессорная 27 Д	аммиак	514	0,8
ДК-5	бензин дивинил толуол аммиак	624	0,3...0,7
ДК-1	дивинил непредельные углеводороды суммарные углеводороды	80	0,4...0,7

Данные анализов воздушной среды в помещениях насосных и компрессорных завода синтетического каучука г. Воронежа свидетельствуют о нормальной воздушной среде в этих помещениях. Из 1814 проб, отбираемых ежегодно в данных помещениях, концентрации составляют 0,1...0,9 ПДК (см. табл. 10). Кратности воздухообмена в период проведения работ соответствовали проектным.

Выводы

Подводя итоги всего вышеизложенного, можно сделать следующие выводы: одними из приоритетных направлений для создания нормальных санитарно-гигиенических параметров воздуха и условий пожаровзрывобезопасности технологического процесса в помещениях насосных и компрессорных цехах заводов синтетического каучука и других взрывопожароопасных производств, являются следующие:

1) повышение степени герметичности технологических узлов и аппаратов необходимо для достижения нормируемых параметров чистоты воздушной среды и снижения скорости образования взрывоопасной газовоздушной смеси в производственных помещениях, а также оно будет способствовать значительному сокращению капитальных и эксплуатационных расходов на вентиляцию. Достичь данного условия возможно за счет ответственного и грамотного выбора герметизирующих устройств технологического оборудования;

2) регулярное и качественное проведение планово-предупредительных ремонтов, предусматривающих выполнение профилактических мероприятий по контролю за техническим состоянием и ремонтных работ по ревизии, восстановлению деталей и узлов технологического оборудования. Для компрессоров и насосов мероприятия планово-предупредительных ремонтов предусматривают выполнение следующих примерных объемов ремонтных работ:

• по текущему ремонту - ревизию подшипников, уплотнений, соединений, смену смазки, проверку центровки и т. п.;
• по среднему ремонту - разборку, сборку отдельных деталей, подшипников вала, полумуфт, торцевых уплотнений, чистку системы маслоохлаждения, маслонасосов, сборку, центровку и т. п.;
• по капитальному ремонту - разборку и сборку с заменой подшипников, полумуфт, рабочего колеса, торцевых уплотнений, вскрытие редуктора, проверку внутренних зазоров трущихся деталей и исправление дефектов; кроме того предусматривается полная замена узлов в целом, если износ отдельных деталей больше предельно допустимого по нормам, предусмотренным техническими условиями или ГОСТом.

Библиографический список

1. Гордиенко Н.Н. Анализ влияния степени герметич­ности, планово-предупредитель­ных ремонтов насосов и компрес­соров на количество и концентрацию выделяемых вред­ных в цехах заводов синтетического каучука / Гордиенко Н.Н. // Научный вестник Воронежского госу­дарственного архитектурно-строитель­ного университета. Серия: «Студент и наука». - 2006. -  № 2. - С. 113-116.
2. Центробежные герметичные электронасосы. Каталог. - М.: ЦИНТИ Химнефтемаш, 1980.
3. Поршневые насосы и электронасосные агрегаты общепромышленного применения. Каталог. - М.: ЦИНТИ Химнефтемаш, 1982.
4. Лопастные и роторные насосы. Каталог. - М.: ЦИНТИ Химнефтемаш, 1977.
5. Нефтяные центробежные насосы. Каталог. - М.: ЦИНТИ Химнефтемаш, 1980.
6. Центробежные насосы типа ТХ. Каталог. - М.: ЦИНТИ Химнефтемаш, 1979.
7. Компрессорные машины. Каталог. - М.: ЦИНТИ Химнефтемаш, 1980, ч. 1.
8. Компрессорные машины. Каталог. - М.: ЦИНТИ Химнефтемаш, 1981, ч. 2.
9. Центробежные компрессоры. Каталог. - М.: ЦИНТИ Химнефтемаш, 1983.
10. Голубев А.И. Торцевые уплотнения вращающихся валов. - М.: Машиностроение, 1974.
11. ВУПП-88 Ведомственные указания по проектированию предприятий, зданий и сооружений нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности.
12. Торцевые уплотнения для насосов. - М.: ЦИНТИ Химнефтемаш, 1972.
13. Kojabashian C., Richardson H.H. micropad model for the hydrodynamie performance of carbon seals. Third International Conference on Fluid Sealing. B.Y.R/A., England, 1967 p. 41.
14. Nan B.S. Hudrodynamic lubrication in face seals. Third International Conference on Fluid Sealing. B.Y.R.A., England, 1967 p. 73.
15.  ГОСТ 12.1.005-88 ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны.

Код для цитирования: Скопировать