Пожарная опасность аппаратов с газами меры профилактики. Образование горючей среды внутри технологического оборудования при нормальной работе
В технологическом оборудовании с твердыми веществами и материалами горючая среда может образоваться при тепловом воздействии на последние или в результате их самовозгорания. Как известно, сами твердые горючие вещества и материалы не способны образовывать в смеси с воздухом горючую среду. Однако, в процессе их нагрева до некоторой температуры может начаться процесс разложения с выделением летучих веществ. Так, в процессе пиролиза древесины при температурах 150-275 0 C происходит разложение менее термостойких ее компонентов с выделением оксида углерода, уксусной кислоты, метана водорода и других веществ. Выделяющиеся продукты разложения в смеси с окислителем при определенных условиях могут образовывать горючую смесь. В таких случаях оценку возможности образования горючей среды в технологическом оборудовании производят, как в случае с газами.
Технические аппараты с горючими пылями характеризуются значительной пожарной опасностью. При работе систем пневмотранспорта образуется очень большое количество пыли. Пыли в таких аппаратах могут находиться взвешенном в воздухе состоянии (аэрозоль) и в осевшем состоянии (аэрогель), потому что В первом случае пожарная опасность пылей рассматривается как для газов и паров, во втором случае – как для твердых веществ и материалов.
Взвешенная в воздухе пыль может образовываться взрывоопасные концентрации. Для оценки возможности образования горючей среды внутри технологического оборудования с пылевидными материалами на практике используют значения нижнего концентрационного предела распространения пламени φ н. Верхние концентрационные пределы для пылей настолько велики, что практического значения для оценки пожарной опасности не имеют. Кроме того, пылевоздушные смеси в большей степени, чем паровоздушные и газовоздушные, склонны к расслоению. Поэтому в оборудовании даже при очень высоких концентрациях всегда могут образоваться локальные зоны с концентрацией ниже ВКПР.
Из четырехстороннего строгально-калевочного станка
Weinig Hydromat 23 пыль с опилками удаляется по пневмотрубопроводу типа «Циклон». В трубопроводе, особенно на изгибах и местах швов и стыков, будет образововаться скопление пыли. Необходимо прочищать трубопровод от оставшегося мусора с переодичностью, зависящей от объемов, времени использования станка и времени указанного производителем системы аспирации.
Нижний концентрационный предел аэрозольной древесной пыли равен 11,2 г/м куб. Рабочий концентрационный предел древесной пыли складывается из аэрозольной и аэрогельной пыли, именно поэтому так важно вовремя очищать аппараты от осевшей пыли.
2.3 Анализ образования горючей среды в помещениях
При рассмотрении вопроса о выходе пылей в помещение основное внимание должно быть уделено оценке запыленности помещений с учетом осажденности пыли (аэрогеля), которая может тлеть и гореть, создавая пожарную опасность, а при определенных условиях переходить во взвешенное состояние, образуя с воздухом взрывоопасные смеси.
Основные профилактические мероприятия:
- переход на менее пылящие технологические процессы;
- использование обеспыливающих устройств;
- регулярная очистка помещений от пыли.
В производственных помещениях и на открытых технологических площадках горючие пылевоздушные смеси могут образоваться в двух характерных случаях;
1) при выходе горючих веществ из нормально действующих технологических аппаратов
2)при выходе горючих веществ из поврежденного технологического оборудования
На деревообрабатывающем заводе ЗАО ЗСК «ИНКОН» используется калибровально-шлифовальный станок консольного типа Cindy , в результате работы которого в производственное помещение выбрасывается большое количество взвешенной пыли, которая оседает на технологическом оборудовании и помещении. Осевшую пыль после каждой работы станка удаляют два пылесоса Rupes KS 260. Пыль собирается в мешки объем каждого 2 м куб. и складируется рядом со станком.
Опилки и пыль образованные в результате работы торцовочного станка фирмы OMGA с нижним расположением пилы Т620 ST собираютв 2 короба объемом 4 м куб. После наполнения коробов, опилки вывозят за пределы цеха на временный склад.
Горючая смесь может образоваться в результате нарушения герметичности трубопровода системы аспирации внутри цеха. В результате аварии под давлением помещение цеха будет заполняться взвешенной пылью. Чтоб этого не случилось необходимо рассмотреть причины аварии трубопровода.
Повреждение технологического оборудования, работающего под вакуумом, может вызывать подсос воздуха внутрь аппаратов. В зависимости от начальной рабочей температуры в объеме аппарата могут возникнуть те же характерные ситуации, что и при выходе горючих веществ наружу. Опасность взрыва внутри аппарата при этом повышается. Поэтому часто локальные повреждения аппаратов, работающих под вакуумом, заканчиваются полным разрушением в результате взрыва горючей смеси, образующейся в их объеме.
Вибрация технологического оборудования возникает в результате повторяющихся с определенной частотой изменений внутреннего давления или при воздействии внешних возмущающих сил и представляет собой определенной частоты и амплитуды механические колебания технологического оборудования или отдельных его элементов.
Вибрация чаще всего приводит к появлению локальных повреждений во фланцевых соединениях, сварных швах. Если же кроме вибрации аппарат испытывает другие воздействия (например, избыточное давление), то может произойти и полное разрушение аппарата.
Источники вибрации: приводы электродвигатель, сами машины и агрегаты с подвижными элементами и – пилы
Опасность вибраций резко повышается, если частота собственных колебаний аппарата или трубопровода будет совпадать с частотой колебаний возмущающей внешней или внутренней силы (когда наблюдается так называемое явление резонанса).
На практике качественно оценить наличие вибрации можно по колебанию аппаратов и трубопроводов визуально или прикосновением руки, по наличию разрушенной теплоизоляции, образовавшимся проемам в стенах в местах проходов технологических коммуникаций, по нарушению мест крепления аппаратов и трубопроводов и т. п. Количественно вибрацию оценивают с помощью специальных приборов - вибрографов.
Механический износ материала стенок аппарата или трубопровода под действием движущейся среды называется эрозией.
Эрозия происходит при обтекании стенок потоком твердых, жидких или газообразных веществ, а также при действии электрических разрядов. Частицы вещества, ударяясь о материал стенки, разрушают ее поверхностный слой, толщина стенки постоянно уменьшается равномерно или в виде локальных мест разрушения.
Эрозионному износу больше подвержены стенки аппаратов и трубопроводов в местах изменения направления движения потока
Основные направления по предупреждению повреждений, вызванных механическими воздействиями:
Подача в аппараты очищенных веществ.
Своевременная очистка аппаратов от отложений в установленные инструкцией сроки.
Использование центробежных насосов.
Защита от вибрации:
устройство под источником вибрации массивных фундаментов, поглощающих механические колебания, изолированно от фундаментов несущих строительных конструкций зданий и сооружений; установка источника вибрации на различного рода эластичных прокладках, пружинах и т. п„ которые обеспечивают гашение механических колебаний;
систематический контроль за вибрацией и при необходимости устранением причин вибрации (центровка и балансировка валов вращающихся элементов машин и агрегатов, обеспечение надежного крепления источников вибрации и трубопроводов).
Защита от эрозии:
выбор материала для аппаратов и трубопроводов, устойчивый к данному виду эрозии;
увеличение поверхностной износоустойчивости стенки путем снижения шероховатости ее поверхности, повышения поверхностной твердости материала, созданием прочного защитного слоя футеровки и т. п.;
уменьшение турбулентности потока и механического воздействия струи путем выполнения плавных поворотов и переходов трубопроводов и снижения их количества, применения успокоителей, отражателей и рассекателей потоков и струй;
осуществление систематического контроля за толщиной стенки, не допуская ее уменьшения ниже нормы.
Горение газов. В технологических процессах при применении горючих газов и паров могут образовываться их смеси с окислителями. При этом концентрация горючего вещества в смесях может изменяться от долей процента до 100%. Однако не при любой концентрации эти смеси становятся взрыво- и пожароопасными.
Представленный график иллюстрирует условия горения в замкнутом объеме. Смеси, в которых концентрация горючего вещества меньше С н, при горении в замкнутом объеме (рис. 4.6) не создают в нем повышенного давления. Объясняется это тем, что при концентрации горючего меньше С н в смеси имеется большой избыток окислителя (кислорода), на нагревание которого затрачивается значительная часть энергии. Поэтому энергия, которая выделяется при горении в локальной области вокруг источника зажигания (заштрихованная область на рисунке), оказывается недостаточной, чтобы разогреть следующий слой до температуры самовоспламенения. Процесс горения локализуется вокруг
источника зажигания и не распространяется по горючей смеси. Только при концентрации, равной С н, начинается процесс послойного распространения горения по всей горючей смеси во всем объеме сосуда. На кривой, характеризующей зависимость давления в замкнутом объеме от концентрации горючего компонента в смеси с воздухом, это соответствует точке 1 (см. рис. 4.6). Такая концентрация названа нижним концентрационным пределом распространения пламени (НКПР). Это минимальная концентрация горючего газа или пара в смеси с окислителем, при которой возможно распространение пламени по смеси на любое расстояние от исто чника зажигания. В справочной литературе встречается синоним НКПВ (нижний концентрационный предел воспламенения). Термин НКПВ неточен, так как при концентрации С г меньше С н, как следует из определения, не происходит воспламенения, а оно есть всегда и только при достижении С г = С н начинается распространение пламени по горючей среде. Поэтому термин НКПР более точен.
Горючие смеси, соответствующие по составу НКПР, характеризуются минимальной скоростью распространения пламени в объеме, сравнительно низкой температурой горения (около 1550 К) и небольшим давлением (примерно 0,3 МПа), создаваемым в замкнутом объеме.
При концентрации горючего в смеси выше НКПР (на кривой за точкой 1) горение происходит с большей скоростью, температура в зоне реакции растет и давление повышается. Это объясняется тем, что по мере увеличения содержания горючего в смеси избыток окислителя уменьшается. И тепло, выделившееся в результате химической реакции, в меньшей степени расходуется на нагревание не участвующего в реакции окислителя. Максимальное избыточное давление в замкнутом объеме наблюдается при концентрации приблизительно соответствующей стехиометрической С г =С стех (на кривой точка 2). За точкой 2 (см. рис. 4.6) в смеси появляется избыток горючего вещества, который снижает температуру горения и, следовательно, давление начинает снижаться и при концентрации С г >>С стех горение локализуется вокруг источника зажигания (кривая давления падает на ось абсцисс). С в - это верхний концентрационный предел распространения пламени (ВКПР). ВКПР - это та максимальная концентрация горючего газа или пара в смеси с окислителем, при которой еще возможно распространение пламени от источника зажигания.
Диапазон концентраций между НКПР и ВКПР называют областью распространения пламени. Область распространения пламени у различных газо- и паровоздушных смесей неодинакова. Наибольшее значение она имеет у таких веществ, как окись этилена С 2 Н 4 0 (3-80%об.), ацетилен С 2 Н 2 (2-81 %об.), ацетилен водород Н 2 (4-75%об.) и др. В достаточно узком диапазоне концентраций взрывоопасны пары бензина (0,8-5,2%об.), керосина (1,4-7,5%об.), пропана (2,1-9,5%об.) и др. Однако для оценки пожарной опасности горючей смеси важен не только размер области распространения пламени, но и абсолютная величина НКПР. Чем меньше НКПР и чем шире область распространения пламени, тем большую опасность представляет горючая смесь.
Если концентрация горючего газа или пара в смеси с окислителем ниже НКПР, то такие смеси считаются безопасными. В диапазоне концентраций С н - С в смесь считается взрывоопасной, так как при горении развивается избыточное давление, способное разрушить оборудование, здание, травмировать персонал. Концентрация горючих газов и паров выше ВКПР является пожароопасной.
Знание областей безопасных и пожароопасных концентраций дает возможность в процессе переработки и хранения горючих газов и паров поддерживать такой технологический режим, при котором концентрация горючего была бы ниже нижнего или выше верхнего концентрационных пределов распространения пламени.
Максимум давления на кривой в точке 2теоретически соответствует стехиометрическим соотношениям горючего и окислителя, хотя практически наибольшее давление при горении наблюдается у смесей с концентрацией горючего компонента, немного отличающейся от стехиометрической концентрации.
Точке 2 на кривой соответствует величина, названная максимальным давлением взрыва. Максимальное давление взрыва (Р макс) - это наибольшее давление, которое возникает при го рение смеси в замкнутом объеме, _выражается в кПа. Максимальное давление взрыва - весьма важный показатель пожарной опасности горючих смесей. Эта величина используется при категорировании производственных помещений по взрывопожарной и пожарной опасности, в расчетах взрывоустойчивости технологических аппаратов, предохранительных мембран, оболочек взрывозащищенного электрооборудования. В последнем случае в дополнение к максимальному давлению взрыва используется еще один показатель, косвенно характеризующий энергию горючей смеси - безопасный экспериментальный максимальный зазор (БЭМЗ, мм). БЭМЗ - это максимальный зазор между фланцами шириной 25 мм сферической оболочки объемом 20 см 3 , через который не происходит передача взрыва из оболочки в окружающую среду при любой концентрации горючего в воздухе (рис. 4.7). Все промышленные газы и пары в соответствии с ГОСТ 121,011-78 подразделяются натри категории (табл. 4.4).
Таким образом, чем меньше величина фланцевого зазора, через который не происходит проскок пламени в окружающее пространство, тем смесь более взрывоопасна.
Наиболее важными показателями пожарной опасности газов являются: температура самовоспламенения, максимальное давление взрыва, минимальное взрывоопасное-содержание кислорода МВСК, минимальная энергия зажигания(Между реакцией окисления и началом процесса горения есть некоторый температурный и временной интервал. Это говорит о том, что не всяким источником зажигания можно пройти участок температур от начальной температуры (t 0) до температуры самовоспламенения (t св).Источник зажигания должен иметь такую энергию, которая будет достаточной для воспламенения горючей среды. Эта энергия называется минимальной энергией зажигания W min - это наименьшее значение энергии электрической искры, которая способна воспламенить наиболее легко воспламеняемую смесь газа, пара или пыли с воздухом.
Для производственных целей широко используют открытый огонь, огневые печи, реакторы, факелы для сжигания паров и газов. При производстве ремонтных работ часто используют пламя горелок и паяльных ламп, применяют факелы для отогрева замерзших труб, костры для прогрева грунта или сжигания отходов. Температура пламени, а также количество выделяющегося при этом тепла достаточны для воспламенения почти всех горючих веществ. Поэтому главная защита от данных источников зажигания - изоляция от возможного соприкосновения с ними горючих паров и газов (при авариях и повреждениях соседних аппаратов).
Аппараты огневого действия размещают на площадках с соблюдением разрывов, величина которых в зависимости от характера и режима работы смежных аппаратов и сооружений регламентируется нормативными актами.
К аппаратам огневого действия следует отнести факельные установки для сжигания газовых выбросов. Недочеты в проектировании и устройстве факельных установок могут привести к тепловому воздействию факела пламени на расположенные вблизи здания, сооружения и аппараты с горючими газами и жидкостями, а также к загазованию территории при внезапном потухании пламени. Следует отметить, что факелы общезаводские или общецеховые менее опасны, чем факелы, расположенные непосредственно на аппаратах так как имеют большую высоту вертикального ствола и размещены на значительном расстоянии (60... 100 м и более) от взрыво- и пожароопасных зданий и сооружений.
Факельная установка (рис.) состоит из системы подводящих трубопроводов, предохранительных устройств (огнепреградителей) и факельной горелки. Конструкция горелки должна обеспечивать непрерывность сжигания подаваемого газа путем устройства легкозажигаемого и защищенного от ветра «маяка» (постоянно горящей горелки). Поджигание газовой смеси в дежурной горелке производят с помощью так называемого бегущего пламени (предварительно подготовленная горючая смесь воспламеняется электрозапалом, и пламя, перемещаясь вверх, поджигает газ горелки). Чтобы уменьшить образование дыма и искр, к факельной горелке подводят водяной пар.
Следует отметить, что побочные продукты и отходы производства выгоднее не сжигать на факельных установках, а утилизировать.
К производственным источникам, зажигания, как было сказано выше, следует отнести высоконагретые
продукты горения
- газообразные продукты горения, образующиеся при горении твердых, жидких и газообразных веществ, имеющих высокую температуру (800...1200° С и выше). При такой температуре топочных газов наружная поверхность стенок аппаратов может быть нагрета выше температуры самовоспламенения образующихся в производстве веществ. Особенно это относится к металлическим выхлопным трубам топок и двигателей внутреннего сгорания. Производственным источником зажигания являются искры, возникающие при работе топок и двигателей. Они представляют собой твердые раскаленные частицы топлива или окалины в газовом потоке, которые образуются в результате неполного сгорания или механического уноса горючих веществ и продуктов коррозии. Температура такой твердой частицы достаточно; высока, но запас тепловой энергии невелик, так как мала масса искры. Искра способна воспламенить только вещества, достаточно подготовленные к горению, а к таким веществам относятся газо- и паровоздушные смеси (особенно при концентрациях, близких к стехиометрическим), осевшая пыль, волокнистые материалы.
Искры и нагар при работе дизельных и карбюраторных двигателей образуются при неправильной регулировке системы подачи топлива и электрозажигания; при загрязнении топлива смазочными маслами и минеральными примесями; при длительной работе двигателя с перегрузками; при нарушении сроков очистки выхлопной системы от нагара.
Устранение причин искрообразования - это поддержание топок и двигателей в хорошем техническом состоянии, соблюдение установленных режимов сжигания топлива, использование только того вида топлива, на которое рассчитаны топка или двигатель, своевременная их очистка, а также устройство дымовых труб такой высоты, чтобы искры догорали и гасли, не выходя из трубы.
Для улавливания и гашения искр используются искроуловители и искрогасители: осадительные камеры, инерционные камеры и циклоны, турбиновихревые уловители, электрофильтры, а также устройства с использованием водяных завес, охлаждения и разбавления газов водяными парами и т. п.
В искроосадительных камерах используется принцип осаждения искр под действием силы тяжести (рис.). При малой скорости движения газа в камере подъемная сила потока, воздействующая на искры, оказывается меньше силы тяжести, и искра оседает. Такой искроуловитель громоздок и недостаточно эффективен. Поэтому в чистом виде искроосадительные камеры применяют редко. Но принцип, положенный в основу их работы, используют во многих искрогасителях.
В искроуловителях инерционного действия на пути движения газового потока устанавливают отражательные устройства в виде сеток, перегородок, козырьков, жалюзи и т. п. Газовый поток, встречая препятствие, изменяет направление движения, а искры, двигаясь по инерции, ударяются о препятствие, дробятся, теряют скорость, оседают или догорают. Эффективность улавливания искр такими приборами возрастает с увеличением массы искр и скорости их движения.
Простейший искроуловитель инерционного действия показан на рис. Следует отмстить, что сетчатые искроуловители малоэффективны: отверстия сеток быстро забиваются, сетки прогорают. Более эффективным является инерционный искроуловитель жалюзийного типа (рис.), который улавливает 90...95% всех искр.
В центробежные искроуловители поток газа вводится тангенциально, благодаря чему приобретает вращательное винтообразное движение. Под воздействием центробежной силы искры отбрасываются к стенке, дробятся, истираются и догорают. Такие искроуловители называют циклонами (рис.).
Искроуловители-электрофильтры применяют для улавливания искр из газового потока силами электрического притяжения. Установка (рис.) состоит из источника постоянного тока высокого
напряжения (40...75 кВ) А и электрофильтра Б, основными элементами которого являются коронирующие (отрицательно заряженные) и осадительные (положительно заряженные) электроды. Между электродами возникает коронный разряд (или корона), проходя через который газ ионизируется, а искры, сталкиваясь с ионами, приобретают в основном отрицательный заряд, притягиваются к осадительным электродам и осаждаются на них. Постепенно на осадительном электроде образуется толстый слой (шуба) отрицательно заряженных отложений частиц пыли и искр, экранирующих его. Поэтому периодически электрофильтр отключается от источника тока, электроды встряхиваются, и осевшие частицы падают в бункер. Степень очистки в электрофильтрах очень высока, так как частицы любых размеров приобретают заряд и при достаточной продолжительности очистки оседают на электроде. Использование электрофильтров во взрывоопасных производствах нежелательно, так как их применение связано с появлением мощных источников зажигания электрической природы (электрические разряды, дуга, короткое замыкание и т. п.) Для более тщательной очистки продуктов горения от искр на пути их движения устанавливают последовательно несколько ступеней искроулавливания. В отличие от искроуловителя, искрогаситель не предотвращает выделения искр в атмосферу, а лишь исключает их пожарную опасность. С помощью искрогасителя уменьшаются температура искр, их размер, теплосодержание.
Большое распространение для выхлопных систем двигателей внутреннего сгорания получили турбинно-вихревые искрогасители центробежного действия (рис.). Проходя через подвижное лопастное колесо (турбину), поток газа приобретает вращательное движение, за счет чего искры отбрасываются к корпусу, где они истираются и догорают.
Возможны комбинированные защитные устройства с улавливанием и гашением искр, например искрогаситель с водяной завесой.
Следует отметить, что вопросы улавливания и гашения искр при работе топок и двигателей исследованы недостаточно. Нет методик, позволяющих еще на стадии проектирования топки и двигателя определять реальную опасность их «искровыделения». Поиск типа и конструкций искроуловителей и искрогасителей ведется, как правило, эмпирически, поэтому необходима дальнейшая разработка теоретических основ их расчета и конструирования.
Оценка пожаровзрывоопасности среды внутри технологического оборудования
В полимеризаторе обращается пары пропилена, бензина Б-70 и циклогексана.
Процесс полимеризации происходит под избыточным давлением 0.38 МПа, при рабочей температуре в аппарате (полимеризаторе) = 78 0С. Рабочая концентрация газа в полимеризаторе пропилена составляет 100 %. Следовательно она выше верхнего концентрационного предела распространения пламени пропилена (11 %), то есть опасность взрыва (взрывоопасная концентрация отсутсвует. Однако она может образовываться в периоды запуска.
Условие горючей смеси газа с воздухом: ?н??р??в не выполняется.
Конечный сборник суспензии (бензин Б-70 + полимер):
В резервуаре над поверхностью суспензии всегда есть паровоздушное пространство. Для установления концентрации паров в паровоздушном объеме сборника при нормальной температуре, сравним ее с температурными пределами распространения пламине бензина:
Параметры работы аппарата: Темп. пределы Б-70:
Траб = 68 0 СТ нп = - 34 0 С
Т вп = -4 0 С
Условие Т нп? Траб? Т вп не выполняется, так как Траб >Т вп.
Взрывоопасная среда при нормальной работе сборника суспензии отсутствует. Однако она может образоваться при понижении уровня жидкости (в период расхода).
При нормальной работе насоса внутренний объем полностью заполнен жидкостью и поэтому горючая среда внутри насоса образовываться не может. Пожарная опасность может возникнуть в период остановки насоса на ремонт (профилактику).
|
№ аппарата |
Наименование аппарата; жидкость |
Рабочая температура в аппарате, 0 С |
Наличие ПВС в аппарате |
Температурные пределы воспламенения бензина Б-70 |
Заключение о горючести среды |
|
|
Конечный сборник суспензии |
Среда не горючая, так как Траб >Т вп. |
|||||
|
Насос суспензионный |
Отсутсвует паровоздушное пространство |
Пожарная опасность выхода горючих веществ из нормально работающих технологических аппаратов
Особенностью технологического процесса полимеризации является то, что полимеризатор работает под избыточным давлением.
Из емкости полимеризатора выхода газа и паров не будет.
Сборник суспензии: при изменении уровня суспензии в аппарате возможен выход паровоздушной смеси через дыхательную линию. Проведем анализ является ли он пожаровзрывоопасным:
Т нпв? Т
Температура суспензии в сборнике 68 0 С, следовательно
68 0 С > -34 0 С
следовательно, выброс паровоздушной смеси через дыхательную систему пожаровзрывоопасен.
Количество горючих паров, выходящих из сборника за один цикл при «большом» дыхании равен:
G? = Vж * Рр/tр * ?s * М/8314,31
где, G? - количество выходящих паров из заполняемого жидкостью аппарата, кг/цикл; Vж - объем поступающей в аппарат жидкости, м куб.; Рр - рабочее давление в аппарате, Па.
Величину Vж можно определить, зная геометрический объем аппарата Vан и степень его заполнения Vж = є*Vан
Vап = П Д?*H/4=3.14*2.3*28/4= 11.6 м куб.
Є- степень заполнения аппарата пример равным 0,9
Vж = 0,9*11,6= 10,5 м куб
Концентрация насыщеного пара при рабочей температуре 5 4
S = ps *pp = 5,12 * 10 /14 * 10 = 3,66
(А - В/(tр +Са)
(5,0702 - 682,876/(68+222,066)) 5
ps = 10?*10 = 5,12 * 10
pр = 0,14МПа = 14*10 Па
Количество выходящих паров из заполняемого жидкостью аппарата:
G? = 10,5 * 14*10 / (68+273) * 3,66 *100/8314,31 = 13,6 кг/цикл.
Размер зоны взрывоопасной зоны вблизи места выхода паров
V ВОК = m/?н * k ?
k ? - коэффициент запаса надежности, пример равным 2.
масса выделившихся паров
m = G*N*? / 3600 = 13,6*2*900/3600 = 6,8 кг
при N = 2 в час
Н = 0,79 % об.
V ВОК = 6,8*2 / 0,79 = 17,9 м куб.
В целях сокращения потерь паров бензина и снижения пожаровзрывоопасности в окрестности дышащего сборника целесообразно осуществить следующие мероприятия:
осуществить устройство сисстем улавливания и утилизации паров (для этой цели могут использоваться адсорбционные, абсорционные, холодильные и компрессорные установки);
либо, при экономической невыгодности, вывести дыхательную трубу за пределы помещения.
Применяемые в различных технологиях аппараты и трубопроводы с пожаровзрывоопасными веществами при определенных условиях могут явиться местом возникновения пожара или взрыва. Для выявления возможности возникновения горения внутри технологического оборудования необходимо, прежде всего, оценить возможность образования в нем горючей среды. Под горючей средой понимается смесь горючего вещества с окислителем в таких соотношениях, при которых возможно возникновение и дальнейшее развитие горения.
Для оценки возможности образования горючей среды внутри технологического оборудования необходимо знать основные режимные параметры (рабочую температуру, давление, концентрацию), а для аппаратов с жидкостями необходимо также иметь сведения о наличии свободного объёма. Эта информация содержится в технологической документации.
Условия образования горючей среды в аппаратах с горючими газами, жидкостями, твердыми материалами и пылями несколько отличаются.
Аппараты с газами чаще всего заполняются чистыми горючими газами без примесей окислителя. Такие аппараты всегда находятся под избыточным давлением, поэтому поступление воздуха в них невозможно, а следовательно, невозможно и образование горючей среды.
В редких случаях по условиям технологии в аппарат необходимо подавать смесь горючего газа с воздухом или кислородом (например, при получении водорода конверсией метана или при получении ацетилена путем
Таблица 2.2 ― Анализ пожарной опасности аппаратов
термоокислительного пиролиза природного газа). В таких ситуациях возможность образования горючей среды оценивают путем сравнения рабочей концентрации j р с нижним и верхним концентрационными пределами распространения пламени. Горючая среда будет иметь место, если выполняется условие:
В закрытых аппаратах с жидкостями горючая среда может образоваться только в том случае, когда над поверхностью (зеркалом) жидкости имеется свободный объем. При этом любая жидкость, находящаяся в аппарате, будет испаряться, и ее пары постепенно распределятся в свободном пространстве. Если в свободном пространстве аппарата имеется воздух или любой другой окислитель, то пары жидкости, смешиваясь с ним, могут образовать горючую среду.
Наличие над зеркалом жидкости свободного пространства является необходимым, но не достаточным условием для образования горючей среды. Для того чтобы выяснить наличие в аппарате горючей паровоздушной смеси, необходимо, как и в случае с газами, проверить условие (2.3).
Однако при этом следует учитывать, что концентрация паров по высоте свободного пространства распределяется неравномерно. Над поверхностью жидкости она близка к концентрации насыщения, а у крыши аппарата её значения минимальны. Даже на одной и той же высоте в различные промежутки времени от начала испарения концентрация будет отличаться. Это обусловлено, прежде всего, особенностями протекания процесса диффузии паров в свободное пространство аппарата. То есть для технологического оборудования с горючими жидкостями характерно то, что в свободном пространстве может присутствовать лишь некоторая область концентраций, которая находится между нижним и верхним концентрационными пределами воспламенения. Высота расположения зоны опасных концентраций с течением времени изменяется. С методиками расчётного определения концентрации паров в свободном пространстве аппаратов с жидкостями можно ознакомиться в специальной литературе .
Для аппаратов с неподвижным уровнем жидкости (например, для аппаратов непрерывного действия) оценка возможности образования горючей среды может быть облегчена. Эксплуатация таких аппаратов характеризуется неизменными значениями рабочей концентрации при постоянной температуре и давлении в аппарате. Учитывая это, оценку возможности образования горючей среды можно провести путем сравнения рабочей температуры жидкости t р со значениями температурных пределов распространения пламени. Горючая среда в аппаратах с неподвижным уровнем жидкости будет образовываться в том случае, если выполняется условие:
(2.4)
Условие (2.4) можно также использовать и для аппаратов с подвижным уровнем жидкости в период их заполнения после простоя. Это обусловлено тем, что при подъеме уровня жидкости в аппарате насыщенная концентрация паровоздушной смеси над зеркалом жидкости не изменяется. В случае же опорожнения таких аппаратов состояние насыщения свободного пространства парами жидкости нарушается за счет поступления дополнительного количества воздуха через дыхательную арматуру. При этом концентрация паров над зеркалом жидкости уменьшается и может стать опасной. Поэтому оценку возможности образования горючей среды в период опорожнения аппаратов производят только по условию (2.3).
Итак, в общем случае возможность образования горючей среды в закрытых аппаратах с горючими и легковоспламеняющимися жидкостями может быть оценена путем:
1) проверки наличия над зеркалом жидкости свободного паровоздушного объема;
2) сравнения рабочей концентрации паров жидкости с концентрационными пределами воспламенения;
3) сравнения рабочей температуры жидкости в аппарате со значениями температурных пределов воспламенения.
В технологическом оборудовании с твердыми горючими веществами и материалами горючая среда может образоваться при тепловом воздействии на последние или в результате их саморазогрева. Как известно, сами твердые горючие вещества и материалы не способны образовывать в смеси с воздухом горючую среду. Однако в процессе их нагрева до некоторых температур может начаться процесс разложения с выделением летучих. Так, в процессе пиролиза древесины при температурах 150 – 275 о С происходит разложение менее термостойких ее компонентов с выделением окиси углерода, уксусной кислоты, метана, водорода и других веществ. Выделяющиеся продукты разложения в смеси с окислителем при определенных условиях могут образовывать горючую смесь. В таких случаях оценку возможности образования горючей среды в технологическом оборудовании производят, как и в случае газами, по условию (2.3).
Технологические аппараты с горючими пылями характеризуются значительной пожарной опасностью. При работе мельниц, дробилок, хлопковых разрыхлителей, центробежных классификаторов, систем пневмотранспорта образуется очень большое количество пыли. Пыли в таких аппаратах могут находиться во взвешенном в воздухе состоянии (аэрозоль) и в осевшем состоянии (аэрогель). В первом случае пожарная опасность пылей рассматривается как для газов и паров, во втором случае ─ как для твердых веществ и материалов.
Взвешенная в воздухе пыль может образовывать взрывоопасные концентрации. Для оценки возможности образования горючей среды внутри технологического оборудования с пылевидными материалами на практике используют значение нижнего концентрационного предела распространения пламени j н. Верхние концентрационные пределы для пылей настолько велики, что практического значения для оценки пожарной опасности не имеют. Кроме того, пылевоздушные смеси в большей степени, чем паро- и газовоздушные, склонны к расслоению. Поэтому в оборудовании даже при очень высоких концентрациях всегда могут образовываться локальные зоны с концентрацией ниже ВКПР.
При определении рабочей (фактической) концентрации пыли внутри технологического оборудования необходимо учитывать массу взвешенной и осевшей пыли. Горючая среда в аппаратах с пылями будет образовываться в том случае, если выполняется условие:
Взрывы и пожары внутри технологического оборудования часто возникают в периоды неустановившегося режима работы . К таким периодам относятся пуск аппаратов в эксплуатацию и их остановка для профилактического осмотра или ремонта. В эти периоды опасность образования горючей среды внутри технологического оборудования очень высока. Так период пуска оборудования характеризуется поступлением горючих компонентов в объем аппаратов, заполненных воздухом, и выходом аппаратов на заданный рабочий режим. При этом концентрация горючих веществ в аппаратах увеличивается и может стать горючей, если превысит значение НКПР.
Причинами образования горючей среды при остановке технологического оборудования являются:
· снижение температурного режима в аппаратах с рабочей температурой жидкости, превышающей значение ВТПР. При этом температура, снижаясь, войдет в температурную область воспламенения;
· поступление наружного воздуха через дыхательную арматуру при опорожнении аппаратов или через открытые люки при их разгерметизации;
· неполное удаление из аппаратов горючих веществ;
· негерметичное отключение аппаратов от трубопроводов с горючими веществами. При этом горючие вещества через неплотности будут попадать в аппарат, и образовывать в смеси с воздухом горючую смесь.
Все эти особенности необходимо учитывать при оценке возможности образования горючей среды внутри технологического оборудования и разработке пожарно-профилактических мероприятий.
После проведённого анализа возможности образования горючей среды внутри каждого технологического аппарата необходимо дать соответствующее заключение и сделать запись в графе 6 таблицы 2.2.
