5. Анализ причин появления характерных источников зажигания и разработка средств защиты

• Характерным источником зажигания на установке является открытый огонь горелок реактора и сильно нагретые поверхности печи. Реактор размещается в непосредственной близости с другими аппаратами, поэтому при аварии пары и газы могут легко войти в соприкосновение с печью и воспламениться.

• Пары этилбензола и стирола в реакторе нагреты до температуры 630⁰С, т.е. выше их температуры самовоспламенения, которая равна соответственно 553⁰С и490⁰С. Следовательно, при выходе наружу они будут загораться без наличия внешнего источника зажигания. В остальных аппаратах их температура ниже температуры самовоспламенения.

Чтобы несколько снизить эту опасность, целесообразно огневой реактор оборудовать системой пожаротушения и паровой завесой по внешнему периметру печи.

• Полимерные соединения стирола, отлагающиеся на стенках аппаратов и трубопроводов, не самовозгораются. Других самовозгорающихся на воздухе отложений также не образуется.

• Из источников зажигания, образующихся в результате теплового проявления механической энергии, наиболее вероятными могут быть перегревы подшипников насосов и компрессоров, а также искры при очистке поверхностей аппаратов от полимерных отложений искрящими инструментами.

Во избежание этого температуру подшипников необходимо контролировать, очистку производить инструментом, не высекающим искр.

• Характерными источниками зажигания от теплового проявления электрической энергии могут быть разряды статического электричества, т.к. этилбензол и стирол являются диэлектриками и естественно при их перемещении, падением струи и ее распылении будут образовываться заряды статического электричества. Могут быть удары молнии в массивные наружные аппараты: резервуары, ректификационную колонну, а также вторичные проявления атмосферного электричества. Во избежание этого все аппараты и трубопроводы должны быть надежно заземлены, резервуарный парк и аппараты наружной установки должны иметь молниезащиту.

На данной установке могут появиться также источники зажигания, как и на всех других производствах, в результате грубого нарушения установленных правил пожарной безопасности и техники безопасности.

6. Возможные пути распространения пожара

Пожар, начавшийся на установке, может принять большие масштабы в результате наличия значительного количества легковоспламеняющихся жидкостей, их паров и горючих газов.

Общее количество жидкости, находящейся в резервуарах и аппаратах установки, составляет примерно: в резервуарном парке – 6000 м³, на установке – 350 м³ легковоспламеняющихся жидкостей. В парке растекание жидкости при аварии резервуара может быть в пределах обвалования, а продолжительность горения – несколько часов. В пределах установки размером 20х30 м (свободная площадь- 400 м²) при аварии трубопровода до его перекрытия или при аварии емкости сырого стирола выйдет наружу примерно 50 м³ жидкости, образуя слой жидкости высотой примерно 10-12 см. При массовой скорости выгорания стирола 33 кг/м²·час глубина выгорания составит 4 см. Следовательно, при неудачном тушении пожар может продолжаться более 2 час. Высокая теплота горения (4438,8 кДж/моль) вызовет появление высоких температур, а длительность горения может вызвать повреждения и необратимые деформации производственного оборудования и строительных конструкций.

Газовое облако, которое образуется при аварии, может не только заполнить территорию установки, но и выйти за ее пределы, распространяясь по направлению ветра.

Во избежание этой опасности должна быть возможность аварийного освобождения промежуточных емкостей и ректификационной колонны, должны быть устроены бортики вокруг емкостных аппаратов и по периметру площадки установки от растекания жидкостей при аварии. Огневой реактор должен иметь, как сказано выше, паровую завесу, чтобы предупредить возможность воспламенения образующегося газового облака. Из имеющихся коммуникаций трубопроводов распространение пламени возможно по дыхательной трубе резервуара с этилбензолом и стиролом (в остальных трубопроводах находятся жидкости или чистые, без воздуха горючие газы), хотя дыхательная труба резервуара с этилбензолом по заданию защищена огнепреградителем, но не указан его тип и фактический диаметр гасящего отверстия. Поэтому примем, что огнепреградитель гравийного типа и определим необходимый диаметр зерна гравия по формуле:

d_кр = P_е· λ· R· T/w· c_р· P, где

P_е – число Пекле на пределе погасания пламени, равное 65080;

d_кр – критический диаметр гасящего отверстия огнепреградителя, м;

λ – коэффициент теплопроводности горючей смеси, Вт/м·град;

R –газовая постоянная 848/М=848/108=7,85, кг/кг·град;

T – температура горючей смеси, равная 273+20=293 К;

w – нормальная скорость горения паров этилбензола, равная 0,35 м/с;

c_р – удельная теплоемкость горючей смеси, Дж/кг ·град;

P – давление горючей смеси, равное по заданию 10100 кг/м² (0,101 МПа).

Теплопроводность смеси паров этилбензола с воздухом определяется из уравнения:

λ =k·λ_п+(1-k)λ_в ,где

λ_п , λ_в – соответственно коэффициенты теплопроводности паров этилбензола и воздуха, ккал/м· ч ·град;

k – коэффициент стехиометрической концентрации горения паров, в объемных долях.

С₆Н₅СН₂СН₃ + 10,5О₂ +10,5·3,76N₂ = 8СО₂ + 5Н₂О + 10,5·3,76N₂ ,

Следовательно, к = 1/ 1+10,5+10,5·3,76 = 0,02 объемн.доли

Имея в виду, что в горючей смеси очень мало паров этилбензола (всего 2%) и много воздуха (98%), можно без существенной ошибки теплопроводность и удельную теплоемкость не вычислять для смеси, а брать как для чистого воздуха. Тогда при 20⁰С:

λ = 0,223 ккал/ м· ч ·град; а c_р =0,24 ккал/кг· град.

Подставляя полученные данные в основную формулу, получим:

d_кр = P_е· λ· R· T/w· c_р· P =0,0012 м ил 1,2 мм.

Безопасный диаметр гасящего канала огнепреградителя равен:

d=0,8· d_кр = 0,96 мм

Тогда диаметр зерен гравия будет равен:

d_грав.= 4d = 4·0,96 =3,96 или 4 мм.

Высоту насадки гравия принимаем 80 мм.

Чтобы уменьшить масштабы пожара и снизить тем самым ущерб от него, необходимо помимо противопожарного водоснабжения и первичных средств пожаротушения иметь стационарную установку паротушения для реактора и установки пенотушения для насосной, компрессорной станции и резервуарного парка.