Глава 9
ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПОЖАРА
ПРИ РАЗРУШЕНИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
9.1. ОПАСНОСТЬ ВЗРЫВНОГО ПОВЫШЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ СРЕДЫ
В ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ ОБОРУДОВАНИИ
Взрывное повышение давления технологической среды внутри оборудования – одна из наиболее опасных аварийных ситуаций, предшествующих или сопутствующих пожару. Под взрывом понимают широкий круг явлений, связанных с выделением большого количества энергии в ограниченном объеме за очень короткий промежуток времени. Физическая сущность этого явления – образование в локальной области зоны повышенного давления с последующим распространением по окружающей среде со сверхзвуковой скоростью взрывной волны, представляющей собой скачок давления, плотности, температуры и скорости среды.
Наиболее опасным внешним проявлением взрывов горючих систем в замкнутом объеме является быстрое повышение давления, причем (не считая детонации) максимальное давление взрыва может превышать начальное в 8–10, реже в 12 раз. Высокая температура продуктов сгорания (до 2000 К и выше), как правило, не представляет серьезной опасности для оборудования, поскольку теплоемкость газов незначительна по сравнению с теплоемкостью материала оборудования, поэтому температура стенок повышается всего на несколько десятков градусов.
Для обеспечения требуемой прочности оборудования необходимо, прежде всего, определить максимальное давление взрыва по формуле
, (9.1)
где рвзр и рр – конечное давление взрыва и начальное рабочее давление в аппарате перед взрывом; Tвзр и Tнач – температура продуктов горения при взрыве и начальная температура горючей смеси; m, n – количество молей в продуктах горения и в исходной смеси (по уравнению реакции горения).
При разрушении аппаратов вследствие взрывного повышения давления создаются условия для быстрого распространения пожара в результате выброса горящего содержимого аппарата в производственном цехе или на открытой площадке, повреждения осколками соседнего технологического оборудования, разрушающего действия ударной волны. Разрушение аппаратов при взрывном повышении давления технологической среды часто приводит к гибели людей, оказавшихся в зоне поражения опасными факторами пожара.
При отсутствии эффективных средств защиты взрывное разрушение аппаратов вызывает повреждение зданий, сооружений и оборудования, увеличивает размер ущерба, осложняет обстановку на пожаре, затрудняет действия по ликвидации аварии и пожара. Поэтому защита технологического оборудования от взрыва позволяет обеспечить взрывобезопасность всего производства.
9.2. Способы защиты технологического оборудования от разрушения при взрыве
Разрушающим при взрыве является быстро нарастающее давление внутри аппарата. Скорость нарастания и величина давления при взрыве зависят от химических свойств горючей смеси, концентрации горючего компонента в смеси, суммарного количества сгоревшего вещества при взрыве, начальной температуры и давления исходной горючей смеси.
Сброс взрывного повышения давления для защиты технологического оборудования осуществляется через мембранные предохранительные устройства (взрывные мембраны) или взрывные клапаны. Чтобы такая взрывозащита была достаточно надежной, необходимо выполнить два условия: обеспечить срабатывание предохранительных устройств при заданном давлении и их достаточную пропускную способность. Поэтому выбор предохранительных устройств и расчет их основных характеристик являются очень ответственными этапами проектирования оборудования.
Предельная простота конструкции и исключительно высокое быстродействие предохранительных мембран характеризуют их как самые надежные из всех существующих средств взрывозащиты технологического оборудования. Мембраны меньше других устройств подвержены влиянию кристаллизации, полимеризации среды (в известных пределах), обеспечивают полную герметичность оборудования (до срабатывания), не имеют ограничений по пропускной способности. Пожалуй, единственный, но весьма существенный недостаток мембран заключается в том, что после их срабатывания оборудование остается открытым до замены сработавшей мембраны, а это, как правило, приводит к остановке технологического процесса и выбросу излишне большого количества вредных продуктов в атмосферу. Для отвода продуктов взрыва в безопасное место предохрани-тельные мембраны или взрывные клапаны обычно оборудуют сбросными трубопроводами. Трубопровод от предохранительного устройства отводят либо за крышу, либо за боковую стену здания.
Основное требование к сбросным трубопроводам заключается в обеспечении минимального гидравлического сопротивления потоку сбрасываемых газов. Для этого трубопровод должен иметь минимальную длину, минимальное число поворотов и других местных сопротивлений.