Безопасность на рабочем месте – вопрос номер один на промышленных предприятиях. На заводах, нефтеперерабатывающем или химическом, внедрены специальные протоколы, которые предписывают постоянный мониторинг систем и ношение сотрудниками средств индивидуальной защиты (СИЗ). При этом оборудование на технологических установках также должно иметь ряд функций безопасности: автоматическая световая или звуковая сигнализация, наличие предохранительных клапанов.

Уровень безопасности на предприятии зависит, в том числе, от:

• решения заказчика инвестировать средства в безопасность сотрудников и процессов;
• человеческого фактора, то есть грамотности и внимательности персонала, который участвует в выборе, закупке, монтаже и эксплуатации оборудования;
• самого оборудования, его конструкционных и технических характеристик.

В этой статьей разбираем, как устроен безопасный манометр и как его конструкция защищает оператора в случае разрыва трубки Бурдона. Также показываем уникальное решение французского производителя манометров, рассказываем, какому стандарту соответствуют безопасные манометры, и приводим выдержки из ANSI/ASME B40.100-2013 для лучшего понимания проблемы.

Материал будет полезен всем, кто непосредственно связан с параметрическими типами отказов: технологам, операторам технологических процессов, начальникам цехов. А также руководителям заводов, как работодателям, и специалистам по закупкам.

Почему безопасный манометр – это важно?

Манометр – прибор, который измеряет давление жидкости или газа. Это простой механический инструмент для технологов и персонала, который обслуживает систему непосредственно в цеху. По сути, манометр дублирует измерительную функцию датчика давления. С той разницей, что он не передает сигнал на контроллер, а показывает текущее значение.

Взрыв манометра – часто встречающаяся проблема на промышленных производствах, которая приводит к несчастным случаям: при взрыве манометра опасная среда и осколки самого прибора могут попасть в оператора.

Сократить число взрывов и, главное, производственных травм может использование безопасных манометров и правильное их применение: корректный выбор диапазона и отсутствие скачков давления, усталости и сильных вибраций.

Манометр стандартный

Конструкция стандартного манометра состоит из корпуса, защитного стекла, трубки Бурдона, вентиляционной пробки, трибко-секторного механизма, циферблата, присоединения к процессу и ограничительного винта.

Конструкция манометра

Манометр выдержит давление, заданное в зависимости от цели и условий использования. Избыточное же давление, которое возникает, например, при пуско-наладке, может разорвать трубку Бурдона и, как следствие, разрушить манометр.

Трубка Бурдона после взрыва

Опасность стандартной конструкции манометра в том, что разрыв трубки приведет к выбросу потенциально горячей или коррозийной среды вместе с осколками стекла и внутренних деталей манометра во всех направлениях и привести к травмам.

Такой прибор никак не защищает пользователя, тем более, если это манометр с открытым фронтом.

Манометр стандартной конструкции после разрушения

Одним из факторов, определяющих силу взрыва при экспоненциальном росте избыточного давления, будет объем, содержащийся в трубке Бурдона. Перед разрывом трубка искажается и становится больше в объеме. Этот объем сжатого газа содержит энергию, пропорциональную давлению разрыва. И чем больше объем, тем больше энергии выделяется при разрыве трубки Бурдона.

Еще одним и более важным фактором является давление, при котором разрывается трубка Бурдона. Если по конструкции трубка Бурдона рассчитана на разрыв при относительно низком давлении, выделяется гораздо меньше энергии. И наоборот, трубка Бурдона, рассчитанная на очень высокое избыточное давление, перед отказом будет выделять гораздо больше энергии, когда происходит взрыв. Трубка Бурдона с более высоким давлением разорвется при гораздо более высоком значении, что приведет к многократному увеличению давления в корпусе.

Стандартные манометры поставляют, как правило, только с вентиляционным клапаном в виде резиновой заглушки. Через него манометр будет безопасно сбрасывать давление в корпусе в случае медленной утечки. Но избыточное давление при серьезном отказе клапан не выдержит. Поэтому такой манометр не будет работать как манометр с безопасной конструкцией.

Манометр безопасный

Что делает конструкцию манометра безопасной? Ответ на этот вопрос заключается в 3-х деталях.

Безопасный манометр усилен приварной пластиной из нержавеющей стали, которая отделяет циферблат от внутренней части прибора с трубкой Бурдона и трибко-секторным механизмом. При взрыве пластина перенаправляет освобождаемую энергию на заднюю часть манометра, а не переднюю. И тем самым опасная среда и детали манометра вылетят не в сторону оператора, а от него.

Задняя выдуваемая стенка не приварена, а герметично спрессована. И в случае избыточного давления она отстреливает и перенаправляет энергию опять же в сторону от оператора.

Конструкция безопасного манометра

Ламинированное и многослойное стекло, которое закрывает циферблат, также предотвратит несчастный случай. Оно лопнет из-за взрыва, но не разлетится на осколки.

Уникальное решение для безопасности манометров предлагает французский производитель Bourdon: компенсационную мембрану в выдуваемой стенке.

Принцип действия мембраны в том, что она снижает пик давления в корпусе манометра и тем самым уменьшает импульс, который передается на выдуваемую стенку. Этот новый элемент конструкции обеспечивает дополнительную защиту прибора и безопасность персонала, который в момент взрыва может находиться перед манометром или за ним.

Отличить безопасный манометр можно по маркировке на циферблате в виде обведенной в круг латинской буквы S (от английского слова safety – «безопасность»).

Маркировка на циферблате безопасного манометра

Стандарты безопасности

Основным международным стандартом, которым руководствуются производители манометров, является ANSI/ASME B40.100-2013 «Манометры и способы их установки». С появлением этого документа безопасные манометры стали использовать на современных технологических установках по всему миру.

ASME – независимая некоммерческая организация. Одна из самых уважаемых организаций по разработке стандартов в мире.

ANSI – американский национальный институт стандартов. Член Международной организации по стандартизации США.

В России регламентирующим документом является ГОСТ Р 8.905-2015 «Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Манометры показывающие. Рабочие средства измерений. Метрологические требования и методы испытаний», который указывает, что:

«…безопасность оператора зависит от прочности узла чувствительного элемента, который должен выдерживать многократную перегрузку избыточным давлением, или установкой защиты из специального стекла или металлической сетки, перекрывающей лицевую поверхность манометра…».

В отличие от национального стандарта, международный ANSI/ASMЕ В40.100-2013 четко описывает конструкцию безопасного манометра:

4.3.6.1 «Сплошная приварная стенка корпуса. Общепринято, что прочная передняя часть уменьшит вероятность выброса деталей вперед. Исключением является отказ из-за взрыва".

4.2.7.2 «Сбой из-за избыточного давления. Общепринято, что манометры со сплошной передней перегородкой в корпусе и с выдуваемой задней стенкой снизят вероятность того, что в случае отказа детали могут быть выброшены вперед».

4.2.7.1 «Усталостное разрушение обычно возникает как небольшая трещина на трубке. Такие сбои обычно более критичны для сжатых газовых сред, чем для жидких. Усталостные трещины обычно медленно высвобождают жидкую среду, поэтому повышение давления можно предотвратить через отверстие для сброса давления в корпусе манометра. Тем не менее, в трубке Бурдона усталостное разрушение может вызвать взрывное разрушение».

4.2.4 «Опасные системы и / или условия. Следующие системы считаются потенциально опасными ... Системы сжатого газа, кислородные системы, системы, содержащие водород, системы давления, содержащие любую взрывоопасную или легковоспламеняющуюся смесь или среды, а также системы, в которых может быть случайно применено высокое избыточное давление...»

4.2.6 «Серьёзные последствия. Пожар и взрывы в системе давления могут привести к выходу из строя элемента давления с очень серьёзными последствиями вплоть до полного разрушения или расплавления манометра. Можно ожидать, что отказ в системе со сжатым газом приведет к трагичным последствиям».

Выдержки из ANSI/ASME B40.100-2013 демонстрируют, что стандарт признает существование некоторых типов отказов, которые невозможно включить ни в один из случаев. При этом можно уверенно сказать, что защитная перегородка корпуса и другие элементы конструкции безопасного манометра с большей вероятностью защитят оператора.