Пожарная безопасность технологических процессов

126) Теоритические основы технологий пожаровзрывоопасных производств.

127.

128. Анализ пожаровзрывоопасности среды внутри технологического оборудования и меры пб

Образование взрывоопасных концентраций в оборудовании.

При выборе типа аппарата руководствуются в первую очередь агрегатным состоянием обращающихся в технологическом процессе веществ и материалов и их классом опасности. Горючие газы, сжиженные газы, перегретые пары пожароопасных жидкостей хранят и перерабатывают только в герметичных аппаратах. Однако горючие газы в определенных случаях могут выделяться из жидкостей и твердых материалов, находящихся в открытых и дышащих аппаратах. Горючие жидкости и твердые горючие материалы хранят и перерабатывают в аппаратах любых типов. Пожаровзрывоопасные токсичные вещества и материалы хранят и перерабатывают только в герметичном оборудовании.

Типы аппаратов, технологические параметры их работы, виды находящихся в аппаратах веществ и материалов определяют особенности образования в аппаратах взрывоопасных концентраций - смесей горючих газов, паров и пылей с окислителями в определенных количественных соотношениях.

В большинстве случаев ВОК образуются в технологическом оборудовании, причем в образовании ВОК чаще участвуют пары ЛВЖ и горючие газы.

Пожароопасные концентрации внутри технологического оборудования могут образовываться при условии, что:

. имеется паровоздушное пространство

. рабочая температура жидкости находится между нижним и верхним пределами воспламенения

4.2 Выход горючих веществ из нормально работающего оборудования

Аппараты, резервуары и емкости с горючими жидкостями обычно не бывают заполнены до предела, т. е. имеют определенный свободный объем. Так как жидкости обладают свойством испаряться при любой температуре, то свободное пространство закрытых аппаратов постепенно насыщается парами. При наличии в этом пространстве воздуха (или другого окислителя) пары жидкости, смешиваясь с ним, могут образовать горючие смеси.

Концентрация в паровоздушном пространстве аппаратов с горючими однородными и неоднородными жидкостями близка к концентрации насыщенного пара.

В некоторых случаях температура жидкости будет слишком мала для того, чтобы возникла пожароопасная концентрация паров, т. е. концентрация паровоздушной смеси в аппарате будет ниже нижнего предела воспламенения. В других случаях температура жидкости настолько повысится, что концентрация паровоздушной смеси в аппарате будет слишком богатой, т. е. выше верхнего предела воспламенения.

Отсюда вытекает, что обязательными условиями для образования взрывоопасных (горючих) концентраций паров в закрытых аппаратах и емкостях с жидкостями являются:

а) наличие паровоздушного пространства в аппарате;

б) наличие в аппарате горючей жидкости, рабочая температура которой находится в интервале между нижним и верхним температурными пределами воспламенения с учетом запаса надежности и при условии, что концентрация паров в свободном пространстве аппарата с пожароопасной жидкостью является насыщенной и остается неизменной во время его эксплуатации условие образования

4.3 Выход горючих веществ из оборудования при нарушении режима его работы и повреждений

Наибольшую пожарную опасность для производства представляют собой нарушения режима работы технологического оборудования и связанные с ними повреждения и аварии, при которых за короткий промежуток времени может образоваться горючая концентрация не только внутри аппаратов, но и снаружи вследствие выхода значительного количества горючих веществ.

Масштаб аварии и пожара зависит от вида повреждения. Повреждения бывают локальные (образуются трещины, свищи, сквозные отверстия, происходит разрушение прокладочного материала, разъемных соединений и т. п.) и полные.

При локальных повреждениях в зависимости от рабочего давления в аппарате или трубопроводе возможен выход горючих веществ наружу или подсос воздуха внутрь. И в том и другом случаях давление (избыточное или остаточное) в аппарате, стремясь к атмосферному давлению, изменяется плавно. Образующаяся струя выходящего горючего вещества или подсасываемого воздуха устойчиво существует в течение длительного времени.

При полном повреждении (разрушение) аппарата или трубопровода давление в аппарате изменяется резко, с большой скоростью. Оно успевает выравниваться с атмосферным давлением за небольшой промежуток времени. Таким образом, при полном повреждении существует реальная опасность выхода из аппарата за короткий отрезок времени практически всего объема содержащихся в нем горючих веществ. Кроме того, при этом будет наблюдаться дополнительное истечение горючих веществ из всех трубопроводов, которые непосредственно связаны с поврежденным аппаратом.

Характерные ситуации повреждения технологического оборудования:

Если в поврежденных аппаратах и трубопроводах горючие вещества (жидкие или газообразные) находятся под давлением и нагреты выше температуры самовоспламенения, то при выходе наружу и контакте с воздухом произойдет их самовоспламенение. В этом случае образуется устойчивое горение газа или разлившейся жидкости.

Если выходящие горючие вещества нагреты ниже температуры самовоспламенения, но выше температуры вспышки (для жидкостей и сжиженных газов), то при отсутствии источников зажигания произойдет образование горючих смесей паров или газов с воздухом. При этом горючая концентрация может образоваться не только в локальной зоне, но и в объеме всего производственного помещения и даже на открытой площадке. При появлении источника зажигания в этом случае существует возможность воспламенения и горения образующегося парогазовоздушного облака в кинетической области (т. е. в виде взрыва смеси).

Если выходящая из поврежденного аппарата или трубопровода жидкость нагрета ниже температуры вспышки, то при ее разливе над поверхностью испарения горючая концентрация образоваться не может, и поэтому при появлении источника зажигания опасность взрыва отсутствует. Однако необходимо помнить, что и в этом случае длительное воздействие мощного источника зажигания на зеркало такой жидкости может привести к воспламенению ее паров, а затем к медленному (вследствие горения в диффузионной области) распространению фронта пламени по ее поверхности.

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.

Основой для предупреждения повреждения технологического оборудования является его механическая прочность, под которой понимают способность материала воспринимать усилия рабочих нагрузок, не разрушаясь и не образуя пластических деформаций сверх предельно установленных величин.

Прочность технологического оборудования обеспечивается выбором материала, из которого оно изготовлено, и толщиной его стенки. При этом исходят из наиболее неблагоприятных условий работы оборудования.

И, тем не менее, на практике в технологических процессах производства нередки случаи повреждения аппаратов и трубопроводов и связанных с ним взрывов и пожаров.

4.4 Возможные причины разгерметизации оборудования

При осуществлении различных технологических процессов широко распространены различные системы повышенного давления, к которым относится следующее оборудование: трубопроводы, баллоны и емкости для хранения или перевозки сжатых, сжиженных и растворенных газов, паровые и водяные котлы, газгольдеры и др. Основной характеристикой этого оборудования является то, что давление газа или жидкости в нем превышает атмосферное. Это оборудование принято называть сосудами, работающими под давлением.

Основное требование к этим сосудам - соблюдение их герметичности на протяжении всего периода эксплуатации. Герметичность - это непроницаемость жидкостями и газами стенок и соединений, ограничивающих внутренние объемы сосудов, работающих под давлением. Кроме этих сосудов требования по герметичности обязательны и для вакуумных установок и оборудования. Любые сосуды, работающие под давлением, всегда представляют собой потенциальную опасность, которая при определенных условиях может трансформироваться в явную форму и повлечь тяжелые последствия. Разгерметизация (потеря герметичности) сосудов, работающих под давлением, достаточно часто сопровождается возникновением двух групп опасностей.

Первая из них связана с взрывом сосуда или установки, работающей под давлением. Взрывом называют быстропротекающий процесс физических и химических превращений веществ, сопровождающийся освобождением большого количества энергии в ограниченном объеме, в результате которого в окружающем пространстве образуется и распространяется ударная волна, способная создать угрозу жизни и здоровью людей. При взрыве может произойти разрушение здания, в котором расположены сосуды, работающие под давлением, или его частей, а также травмирование персонала разлетающимися осколками оборудования. Вторая группа опасностей зависит от свойств веществ, находящихся в оборудовании, работающем под давлением. Так, обслуживающий персонал может получить термические ожоги, если в разгерметизировавшейся установке находились вещества с высокой или низкой температурой. Если в сосуде находились агрессивные вещества, то работающие могут получить химические ожоги; кроме того, при этом возникает опасность отравления персонала. Радиационная опасность возникает при разгерметизации установок, содержащих различные радиоактивные вещества. Таким образом, для обеспечения безопасности персонала, обслуживающего сосуды под давлением, весьма важно, чтобы эксплуатируемое оборудование сохраняло герметичность.