4. Аппараты с газом. Технические решения по предотвращению образования горючей среды в закрытых аппаратах, емкостях и трубопроводах с газами.

Ответ:

Обычно аппараты (рис. 1.5) и трубопроводы бывают заполнены горючим газом без примеси окислителя. Реже (по технологическим условиям) используется смесь горючего газа с воздухом или кислородом (например, получение водорода паровоздушной или парокислородной конверсией метана, ацетилена — термоокислительным пиролизом природного газа, окислов азота — окислением аммиака).

Наличие горючей смеси газа с воздухом внутри аппаратов и трубопроводов может быть выражено условием

,

где φ_р — рабочая концентрация горючего газа в аппарате.

Предотвращению образования горючей среды в закрытых аппаратах, емкостях и трубопроводах с газами способствуют следующие технические решения.

1. Поддержание концентрации горючего газа в смеси с окислителем за пределами области воспламенения (если это допустимо по условиям технологии). Для этого на линиях, питающих аппарат, устанавливают автоматические регуляторы соотношения, расхода и давления газов.

2. Поддержание в газовых коммуникациях избыточного давления, предотвращающего подсос наружного воздуха через неплотности.

3. Непрерывный автоматический контроль содержания опасной примеси в газе (окислителя в инертном газе, окислителя в смеси горючего и инертного газов, горючего в окислителе).

4. Стабилизация зоны горения горючей смеси в защищенном пространстве реактора (аппарата, предназначенного для проведения технологических процессов) путем выбора скорости и режима движения горючей смеси, предотвращающих «проскок» пламени (перемещение зоны горения) в незащищенное пространство реактора либо других аппаратов.

5. Аварийное преднамеренное изменение состава горючей смеси, обеспечивающее быстрый перевод ее в негорючее состояние.

5. Аппараты с пылями, порошками и волокнами. Мероприятия, направленные на снижение взрывопожарной опасности аппаратов и трубопроводов с наличием пыли.

Ответ:

В производственных условиях пыли и порошки (тонко измельченные твердые вещества и материалы) могут являться сырьем (порошки в порошковой металлургии, сажа в производстве резины), вспомогательным технологическим материалом (пылевидное Топливо), промежуточным или конечным продуктом (мука, сахарная пудра и т\п.), побочными продуктами или отходами производства (мучная, табачная, древесная пыль). В зависимости от скорости движения газовой среды в технологическом оборудовании пыль может находиться вo взвешенном (аэрозоль) или осевшем (аэрогель) состоянии. Пожарная опасность оборудования в этом случае зависит от состояния пыли: осевшая пыль может тлеть и гореть; взвешенная пыль может образовывать с воздухом взрывоопасные смеси.

Известны следующие мероприятия, направленные на снижение взрывопожарной опасности аппаратов и трубопроводов с наличием пыли.

1. Применение менее «пылящих» процессов измельчения

2. Введение негорючих газов внутрь аппаратов в течение всего периода работы либо в наиболее опасные моменты. Добавление к горючей пыли минеральных веществ

3. Устройство систем отсосов пыли из машин.

4. Использование негорючих газов для пневматической транспортировки наиболее опасных пылей.

5. Установление оптимальной скорости воздуха или негорючего газа и систематического контроля ее величины при пневматической транспортировке измельченных материалов с целью избежать осаждения пыли.

6. Конструктивное решение аппаратов и трубопроводов, обеспечивающее минимальное скопление осевшей пыли.

7. Использование вибраторов для предотвращения образования пробок пыли в бункерах и трубопроводах.

8. Предохранение стенок аппаратов и трубопроводов от увлажнения.

6.Условия образования ВОК внутри аппаратов с горючими газами или перегретыми парами.( уравнение).

Ответ:

Горючая концентрация смеси паров с воздухом над поверхностью такого аппарата образуется, если температура жидкости Т выше температуры вспышки ее паров:

Т≥Т_ВСП,

7. Расчет значения величин и при температуре среды, отличной от 25 ºС (формула).

значения величин φн и φв при температуре паровоздушной смеси, отличной от 298 К, можно по формулам

, (1.6)

8. Расчет рабочей концентрации горючего газа в смеси с окислителем (формула).

Ответ:

 Поддержание рабочей концентрации горючего газа в смеси с окислителем за концентрационными пределами воспламенения с помощью систем автоматики; при этом условие опасности (1.8) преобразуется в условие безопасности:

φ < φн (1.12)

или

φ > φв (1.13)

9. Расчет взрывобезопасных условий эксплуатации аппаратов с горючими газами и перегретыми парами (формула).

10. Концентрация насыщенного пара при рабочей температуре жидкости

(формула).

Ответ:

Концентрация насыщенного пара при рабочей температуре жидкости φs определяется величиной давления насыщенного пара Ps и общего давления Робщ в объеме паровоздушного пространства аппарата по формуле: фиs Величину   можно определить по уравнению Антуана: где А, В и   - константы, зависящие от свойств жидкости; 

11. Формула для пересчета концентрации паров и газов, в том числе концентрационных пределов распространения пламени, из объемных (мольных) долей в кубические метры

12. Формула для расчета молярного объема пара или газа (м³/кмоль) при рабочих условиях.

13. Формула для расчета взрывоопасных температурных условий для эксплуатации аппаратов.

14. При эксплуатации аппаратов с открытой поверхностью испарения (окрасочные, закалочные, пропиточные ванны, емкости для промывки деталей и другие аппараты) ВОК паров над зеркалом пожароопасной жидкости образуются при выполнении условия( формула).

15. Формула для расчета взрывобезопасных условий эксплуатации открытых аппаратов.

16. Формула для пересчета температурных пределов распространения пламени пожароопасных жидкостей в концентрационные.

17. Формула для расчета относительного содержания компонентов в растворе.

18.Формула для пересчета относительного объемного или массового содержания компонентов в растворе в мольные доли компонентов для бинарных растворов, содержащих компоненты А и В.

19. В процессах переработки, транспортировки кусковых или измельченных твердых горючих материалов, а также при их обработке образование взрывоопасных пылевоздушных смесей происходит при выполнении соотношения(формула).

Ответ:

Уравнение материального баланса, составленное относительно горючих веществ в воздухе помещения, для данного случая имеет вид:

Vdφ = qdτ— (a + q)φdτ,(3.15)

где φ — текущая концентрация горючего в воздухе; τ — время с начала аварии.

20.Взрывобезопасные условия эксплуатации аппаратов с горючими пылями (формула).

Ответ:

условием наличия взрывоопасной концентрации пыли будет соотношение

φ_д≥φ_н

где ф_д — действительная концентрация пыли в аппарате.

21.Для флегматизации горючих газопаровоздушных смесей в производственных аппаратах применяют инертные газы: диоксид углерода, азот, водяной пар (при температуре среды в аппарате выше 100ºС), аргон и другие.

Формула для расчета предельно допустимой взрывобезопасной концентрации флегматизатора (ПДВК ).

Ответ:

 Предельно допустимую взрывобезопасную концентрацию флегматизатора  , (% об.), рассчитывают по формуле

, (П.3)

где

22. Формула для расчета минимальной флегматизирующей концентрации при температуре среды, отличной от 25 ºС.

Ответ:

23.Количество инертного газа, необходимого для флегматизации горючей смеси в аппарате.( формула).

24.Интенсивность утечек паров и газов из работающего под давлением герметичного оборудования через капиллярные каналы в прокладках, сальниках, сварных швах и других местах на аппаратах и трубопроводах.

.( формула).

Ответ:

(скорость) (количество)

25. Количество паров жидкости, которое выходит из сообщающегося с атмосферой аппарата при его “дыхании”.( формула).

Ответ:

где   - количество выходящих из аппарата паров жидкости за один цикл «дыхания», кг/цикл;  и   - объем газового пространства соответственно в начале и конце «дыхания», м ;   - концентрация насыщенных паров жидкости соответственно при температурах  , об.доли;   - давление среды в аппарате соответственно в начале и конце «дыхания», Па;   - средняя концентрация насыщенного пара в аппарате, об. доли;  8314,31 Дж/(кмоль ) – универсальная газовая постоянная.

26. Количество горючих паров, выходящих из сообщающегося с атмосферой (“дышащего”) аппарата за один цикл “большого дыхания.( формула).

Ответ:

27. Количество горючих паров, выходящих из сообщающегося с атмосферой (“дышащего”) аппарата при “малом дыхании”.( формула).

Ответ:

28. Количество горючих паров, выходящих при разгерметизации аппарата (например, периодически действующего аппарата, открываемого на загрузку или выгрузку продуктов). ( формула).

Ответ:

 

29. Масса испаряющейся с открытой поверхности жидкости в неподвижную среду ( формула).

Ответ:

где   - масса жидкости, испаряющейся с открытой поверхности в неподвижную среду, кг;   - плотность пара жидкости при рабочей температуре, кг/м ;   - поверхность испарения, м ;   - коэффициент диффузии пара при рабочей температуре, м /с;   - продолжительность испарения, с.

30. Масса испаряющейся с открытой поверхности жидкости (в движущуюся и неподвижную среду) ( формула).

Ответ :

где   - масса испаряющейся с открытой поверхности жидкости, кг;  Ps - давление насыщенного пара при температуре испарения, мм.рт. ст.; М — молекулярный вес паров жидкости, кг/кмоль;   - коэффициент, зависящий от температуры и скорости движения воздуха; численные значения коэффициента   приведены в табл.

31. Величина коэффициента диффузии пара или газа в воздух при рабочей температуре ( формула).

Ответ:

где   - значение коэффициента диффузии, при температуре  ; n - показатель степени приведены в справочной литературе. При необходимости величину коэффициента диффузии мож­но определить расчетом: где Vп и Vв - молекулярные объемы пара и воздуха; Мп и Mв - молекулярный вес пара и воздуха. 

32. Плотность пара жидкости при рабочей температуре. ( формула).

33.Масса паров, выделяющихся в производственное помещение из “дышащих” или открываемых на разгрузку продукта герметичных аппаратов. ( формула).

Ответ:

                                             (2.43)

где ∆Р — разность  давлений,  обусловливающая   истечение   ве­ществ;

μ — вязкость веществ;

l — длина капилляра;

d — диаметр канала капилляра;

γ — удельный вес вещества.

34. Интенсивность массы выделяющихся паров или газов из аппаратов за определенный период работы оборудования ( формула).

Ответ:

,                                             (А.13)

      где  - коэффициент, принимаемый по таблице А.2 в зависимости от скорости и температуры воздушного потока над поверхностью испарения;             - давление насыщенного пара при расчетной температуре жидкости , определяемое по справочным данным, кПа.

35.Концентрацию горючих веществ в воздухе производственного помещения с учетом того, что интенсивность их выделения из аппаратов относительно мала, а сами вещества равномерно распределяются во всем объеме помещения( формула).

36.Вблизи дыхательных патрубков аппаратов и открытых поверхностей испарения пожароопасных жидкостей образуются местные зоны ВОК, объем которых оценивают по формуле. ( формула).

Ответ:

где - объем местной зоны ВОК, м ; - нижний концентрационный предел распространения пламени, кг/м ; - коэффициент запаса надежности, обычно принимаемый равным 2.

37. Показатели и классификация пожаровзрывоопасности и пожарной опасности веществ и материалов.

Показатели:

Температура вспышки. Температура воспламенения. Температура самовоспламенения.

Температура самовоспламенения - наименьшая температура окружающей среды, при которой в условиях специальных испытаний наблюдается самовоспламенение вещества. Самовоспламенение - резкое увеличение скорости экзотермических объемных реакций, сопровождающееся пламенным горением и/или взрывом. Температурные пределы распространения пламени (воспламенения).

Температурные пределы распространения пламени - такие температуры вещества, при которых его насыщенный пар образует в окислительной среде концентрации, равные соответственно нижнему (нижний температурный предел) и верхнему (верхний температурный предел) концентрационным пределам распространения пламени. Температура тления.

Температура тления - температура вещества, при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций окисления, заканчивающихся возникновением тления. Тление - беспламенное горение твердого вещества (материала) при сравнительно низких температурах (400-600 °С), часто сопровождающееся выделением дыма.

Условия теплового самовозгорания.

Условия теплового самовозгорания - экспериментально выявленная зависимость между температурой окружающей среды, количеством вещества (материала) и временем до момента его самовозгорания. Самовозгорание - резкое увеличение скорости экзотермических процессов в веществе, приводящее к возникновению очага горения. Минимальная энергия зажигания.

Минимальная энергия зажигания - наименьшая энергия электрического разряда, способная воспламенить наиболее легко воспламеняющуюся смесь горючего вещества с воздухом. Кислородный индекс.

Кислородный индекс - минимальное содержание кислорода в кислородно-азотной смеси, при котором возможно свечеобразное горение материала в условиях специальных испытаний. Способность взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха и другими веществами (взаимный контакт веществ).

Способность взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха и другими веществами - это качественный показатель, характеризующий особую пожарную опасность некоторых веществ. Нормальная скорость распространения пламени.

Нормальная скорость распространения пламени - скорость перемещения фронта пламени относительно несгоревшего газа в направлении, перпендикулярном к его поверхности. Скорость выгорания.

Скорость выгорания - количество жидкости, сгорающей в единицу времени с единицы площади. Скорость выгорания характеризует интенсивность горения жидкости. Минимальная флегматизирующая концентрация флегматизатора.

Минимальная флегматизирующая концентрация флегматизатора - наименьшая концентрация флегматизатора в смеси с горючим и окислителем, при которой смесь становится неспособной к распространению пламени при любом соотношении горючего и окислителя. Минимальное взрывоопасное содержание кислорода.

Минимальное взрывоопасное содержание кислорода - такая концентрация кислорода в горючей смеси, состоящей из горючего вещества, воздуха и флегматизатора, меньше которой распространение пламени в смеси становится невозможным при любой концентрации горючего в смеси, разбавленной данным флегматизатором. Максимальное давление взрыва.

Максимальное давление взрыва - наибольшее избыточное давление, возникающее при дефлаграционном сгорании газо-, паро- или пылевоздушной смеси в замкнутом сосуде при начальном давлении смеси 101,3 кПа. Скорость нарастания давления взрыва.

Скорость нарастания давления взрыва - производная давления взрыва по времени на восходящем участке зависимости давления взрыва горючей смеси в замкнутом сосуде от времени. Концентрационный предел диффузионного горения газовых смесей в воздухе.

Концентрационный предел диффузионного горения газовых смесей в воздухе (ПДГ) - предельная концентрация горючего газа в смеси с разбавителем, при которой данная газовая смесь при истечении в атмосферу не способна к диффузионному горению.

В соответствии с п. 2.1.2 ГОСТ 12.1.044-89 по горючести вещества и материалы подразделяют на три группы:

негорючие (несгораемые) - вещества и материалы, не способные к горению в воздухе. Негорючие вещества могут быть пожаровзрывоопасными (например, окислители или вещества, выделяющие горючие продукты при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом);

трудногорючие (трудносгораемые) - вещества и материалы, способные гореть в воздухе при воздействии источника зажигания, но не способные самостоятельно гореть после его удаления;

горючие (сгораемые) - вещества и материалы, способные самовозгораться, а также возгораться при воздействии источника зажигания и самостоятельно гореть после его удаления. Горючие жидкости с температурой вспышки не более 61 °С в закрытом тигле или 66 °С в открытом тигле, зафлегматизированных смесей, не имеющих вспышку в закрытом тигле, относят к легковоспламеняющимся. Особо опасными называют легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки не более 28 °С.