
- •4.3. Анализ пожарной опасности технологических процессов
- •4.3.2. Анализ пожарной опасности выхода горючих веществ из нормально работающего и поврежденного оборудования
- •4.3.2.3. Причины повреждения технологического оборудования в результате механического воздействия. Причины образования повышенного или пониженного давления
- •Вопрос 1. Классификация причин повреждения технологического оборудования
- •Вопрос 2. Повреждения, вызванные механическими воздействиями на материал стенок технологического оборудования. Образование повышенного или пониженного давления в результате нарушений:
- •1. Образование повышенного или пониженного давления в результате нарушения материального баланса.
- •2. Образование повышенного или пониженного давления в результате нарушения теплового баланса.
- •3. Образование повышенного или пониженного давления в результате нарушения процесса конденсации паров.
- •4. Образование повышенного или пониженного давления в результате нарушения экзотермических химических процессов.
- •5. Образование повышенного или пониженного давления в результате попадания в объем аппаратов легкокипящих жидкостей.
- •Литература
4. Образование повышенного или пониженного давления в результате нарушения экзотермических химических процессов.
Нарушение экзотермических химических процессов также связано с возможностью образования повышенного давления в результате более интенсивного выделения тепла и образования побочных парогазообразных продуктов в зоне реакции.
Скорость тепловыделения и образования побочных продуктов в общем случае определяется скоростью химической реакции, которая, в свою очередь, зависит от условий выделения и отвода тепла, а также интенсивности образования и отвода побочных продуктов, т.е. теплового и материального балансов.
Скорость химической реакции может увеличиться в результате нарушения соотношения компонентов, подаваемых в зону реакции, и особенно при увеличенной подаче катализатора.
Увеличение тепловыделения за счет ускорения химической реакции может происходить при нормальном отводе тепла из зоны реакции или при его нарушении.
Это неизбежно приведет к возрастанию температуры в аппарате, повышенному выходу побочных паров и газов.
Рост рабочей температуры, в свою очередь, вызовет увеличение тепловыделения в единицу времени и т. д.
Таким образом, создаются условия, при которых химическая реакция становится неуправляемой, выделение тепла и побочных газов происходит лавинообразно (спонтанно).
При этом в аппарате резко повышается давление, что может привести к разрушению аппарата или выбросу реакционной массы через отводные (стравливающие линии).
Уменьшение количества тепла, отводимого из зоны реакции, может происходить из-за снижения интенсивности или полного прекращения перемешивания реакционной массы, уменьшения или прекращения подачи в аппарат хладоагента, загрязнения теплообменной поверхности отложениями.
Рост давления может происходить также в результате несвоевременного отвода из зоны реакции побочных парогазообразных продуктов. Это происходит чаще всего при неисправности отводящих и стравливающих линий, при образовании в них пробок.
Пример. На установке по производству гидроперекиси изопропилбензола для предупреждения термического разложения реакционной массы в колонне синтеза поддерживают глубокий вакуум (остаточное давление по высоте колонны сверху – вниз изменяется от 1,33х103 до 5,33х103 Па – это соответствует от 10 до 40 мм рт. ст.), что позволяет процесс синтеза вести при температуре от 50 до 900 С, соответственно, сверху вниз по высоте колонны. Нижняя часть колонны была оборудована водяным холодильником, предназначенным для обеспечения нормального температурного режима ее работы. В период пуска установки внезапно начала повышаться температура низа колонны. Вскоре реакция стала неуправляемой, произошло разложение реакционной массы. Силой взрыва многотонная колонна синтеза была приподнята над землей и отброшена на несколько метров в сторону.
5. Образование повышенного или пониженного давления в результате попадания в объем аппаратов легкокипящих жидкостей.
Попадание в объем высоконагретых аппаратов легкокипящих жидкостей связано с их быстрым испарением. За счет этого происходит резкое увеличение давления в аппарате.
Как правило, такая ситуация, как попадание легкокипящих жидкостей в объем высоконагретых аппаратов, возникает из-за ошибок, допущенных при пуске установок или узлов установки. Например, при пуске вакуумной установки вследствие допущенных ошибок в вакуумную колонну с температурой кубового остатка около 370 0С был подан бензин. В результате интенсивного парообразования в колонне произошло резкое увеличение давления, которое привело к повреждению стенок аппарата и возникновению пожара.
Характерен и другой случай вскипания легкокипящей жидкости, когда в аппарат с ее остатками поступает высококипящая жидкость, нагретая до высокой температуры.
Или еще такая ситуация, в период пуска при подаче в аппарат высоконагретой (с высокой температурой кипения) жидкости: если после его пропарки или промывки осталось некоторое количество воды, происходит резкое вскипание остатков воды, образование паровой фракции, и в результате происходит резкое повышение давление.
Приращение давления ∆Р в аппарате в этих случаях можно рассчитать по уже известному вам соотношению (когда мы говорили с вами о нарушении процесса конденсации):
∆Р = Р0Vп/ Vсв, где Р0 - барометрическое давление, Па; Vсв - свободный внутренний объем аппарата, м3; Vп - объем неконденсированного пара, м3.
Только в данном случае Vп будет означать объем паров, образующихся при испарении легкокипящей жидкости, который можно определить по формуле:
Vп = m Vп΄ , где m – количество кипящей жидкости, участвующей при испарении, кг; Vп΄ - удельный объем паров легкокипящей жидкости при температуре ее испарения, м3/кг.
Общее давление в аппарате определяется по формуле: Р = Рраб + ∆Р.
При этом необходимо помнить, что формула, по которой определяется приращение давления ∆Р = Р0Vп/ Vсв, учитывает только статическое давление.
При значительной разности температур испарение может протекать настолько быстро, что образующиеся пары легкокипящей жидкости успевают за время контакта с высоконагретой поверхностью аппарата или высококипящей жидкостью сильно перегреться.
При этом формируется ударная волна, разрушающее действие которой в несколько раз больше статического давления.