III. Обоснование категории взрывопожароопасности производства

Определим категорию взрывопожароопасности помещения насосной станции для подачи этилбензола в реакторы, а затем помещения вакуум-компрессоров для удаления водорода из системы.

Насосная станция.

а) В помещении насосной станции нет емкостных аппаратов, а только насосы и трубопроводы. Наиболее опасной аварийной ситуацией будет разрыв нагнетательного трубопровода, диаметр которого 50 мм (по заданию).

б) Количество жидкости, которое выйдет в помещение при аварии.

Использовать нормативный документ НПБ 105-03 и Пособие по применению НПБ 105-95 «Определение категорий помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности» при рассмотрении проектно-сметной документации.

IV. Выводы

Установка по производству стирола из этилбензола является взрывопожароопасной. В ней обращается большое количество ЛВЖ и водорода.

Процесс протекает при высоких температурах и с использованием глубокого вакуума.

В работе дан анализ пожарной опасности основных параметров установки-реактора, ректификационной колонны, резервуара с этилбензолом.

Установлено, что в реакторе и резервуаре при нормальной эксплуатации или нарушении режима имеются или могут образоваться взрывоопасные концентрации, при нарушении режима работы образуются опасные для аппаратов давления. На установке имеются характерные источники зажигания - открытый огонь горелок реактора и высоконагретые продукты реакции (t_раб >t_смв).

Показаны возможные пути развития пожара и его возможные масштабы. По выявленным недочетам предложена соответствующая пожарная защита.

Установлено, что помещения насосной и компрессорной станций по взрывной и пожарной опасности относятся к категории А.

Основные результаты анализа пожарной опасности рассматриваемых аппаратов и их противопожарная защита показаны на прилагаемой карте пожарной опасности.

Приложение 1

Формулы для выполнения необходимых расчетов по курсовой работе

I. Аппараты с лвж и гж:

В паровоздушном пространстве закрытых аппаратов горючая смесь паров образуется только в определенных температурных интервалах нагрева жидкости, которые называются температурными пределами воспламенения.

Отсюда вытекает, что обязательными условиями для образования взрывоопасных (горючих) концентраций паров в закрытых и емкостях 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, т.е.

t_нпв ≤ t_раб ≤ t_впв, где

t_раб - рабочая температура жидкости в аппарате, град;

t_нпв, t_впв - соответственно нижний и верхний температурные пределы воспламенения жидкости, град.

Температурные пределы воспламенения для многих легковоспламеняющихся и горючих жидкостей приведены в справочных пособиях. Температурные пределы воспламенения могут быть определены экспериментально по ГОСТ 12.1.044-89, а в некоторых случаях вычислены по следующей формуле:

t_в = kt_кип – l, где

t_в – соответствующий температурный предел воспламенения (нижний или верхний) при атмосферном давлении, град;

t_кип- температура кипения жидкости или начала кипения раствора, град;

k, l - постоянные величины, определяемые или вычисляемые из экспериментальных данных.

Значения k и l для некоторых соединений приведены в таблице 1.1.

Оценивая практически пожаровзрывоопасность среды внутри аппаратов и емкостей, необходимо учитывать определенный запас надежности, так как температурные пределы воспламенения, взятые из справочных пособий, могут не в полной мере соответствовать свойствам данной жидкости и, кроме того, в реальных условиях возможно неравномерное распределение концентрации в паровом объеме (пространстве) аппарата. Применительно к температурным пределам воспламенения жидкостей запас надежности принимают равным ±10^о С.

Это обеспечивает расширение зоны пожароопасных концентраций, как показано на рис. 1.2.

Тогда второе условие, необходимое для образования взрывоопасных концентраций паров жидкости в закрытых аппаратах, может быть записано следующим образом:

t_нпв -10^о С ≤ t_раб ≤ t_впв +10^о С.

Рабочая температура жидкости (ее действительная температура в аппарате) определяется по показаниям приборов или из пояснительной записки к проекту (когда речь идет о проектируемом производстве) или к технологическому регламенту. Если рабочая температура жидкости в процессе эксплуатации аппарата будет изменяться, следует определить, в какие периоды работы аппарата внутри него могут возникнуть взрывоопасные концентрации.

Таблица 1.1.

Температурный предел воспламенения	Нормальные алканы		Нормальные алкены		Жирные спирты		Нефть и нефтепродукты
	k	l	k	l	k	l	k	l
Нижний	0, 6957	73,8	0,6867	74,5	0,5746	33,7	0,82	86
Верхний	0,7874	50,3	0,7976	49,5	0,6928	15,0	0,7	42

Рис.1.2. Зона воспламенения паровоздушных концентраций с учетом запаса надежности:

1 – область температур, при которых в аппарате образуются паровоздушные смеси в пределах воспламенения;

2- область воспламенения паровоздушных смесей с учетом запаса надежности;

3 – область температур, при которых смеси имеют концентрация ниже нижнего предела воспламенения;

4 - область температур, при которых смеси имеют концентрация выше верхнего предела воспламенения.

в) Если в аппарате в какие-то периоды будет взрывоопасная концентрация, опасность ее наличия можно подтвердить определением величины давления, которое образуется при взрыве и внутреннего напряжения в стенке сосуда.

Давление при взрыве можно определить по формуле:

Р_взр. = Р_о (Т_взр./Т_о)·(m/n),

где Р_взр.- давление при взрыве паров, кг/см²;

Р_о – рабочее давление в резервуаре, кг/см²

Т_взр.и Т_о – соответственно температура при взрыве и рабочая температура в резервуаре, ^оК;

m и n – количество молей до взрыва и после взрыва.

г) Если автор курсовой работы придет к заключению, что необходимо защитить аппарат негорючим газом, то необходимую концентрацию инертного газа можно определить расчетом по известной методике.

Введение негорючих газов в паровоздушный объем аппаратов и емкостей.

Флегматизирующее действие инертного компонента тем сильнее, чем выше его теплоемкость. Нет необходимости удалять весь кислород из защищаемой емкости или аппарата, а достаточно разбавить смесь негорючим газом до безопасной величины. Учитывая коэффициент надежности, требуемая концентрация φ_д негорючего газа в смеси должна быть на 20% выше φ_фл, т.е. φ_д =1,2 φ_фл.

Требуемую концентрацию инертного компонента в смеси горючее – воздух можно выразить через количество оставшегося кислорода:

φ_к.д.=1,2φ_к.фл.- 4,2,

Где φ_к.д –допустимая по условиям взрывобезопасности концентрация кислорода в смеси, % (объемн.);

φ_к.фл. – предельная взрывобезопасная концентрация кислорода в смеси, %.

Предельное взрывобезопасное содержание кислорода в смеси можно определить опытным путем или найти его примерное значение расчетом по формуле:

φ_к.фл = nφ_нпв,

Где n – стехиометрический коэффициент при кислороде в уравнении реакции сгорания одного моля горючего вещества;

φ_нпв – нижний концентрационный предел воспламенения, % (объемн.).

Следовательно:

φ_к.д.=1,2nφ_к.фл.- 4,2 .

Зная допустимую (по условиям взрывобезопасности) концентрацию кислорода в смеси, можно определить, сколько негорючего газа следует подать в аппарат:

φ_д = 100 – φ_кд./0,21,

Где φ_д – концентрация негорючего газа, требуемого для защиты аппарата, % (объемн.).

Более точно предельное безопасное содержание воздуха в аппаратах с горючими жидкостями можно определить следующим образом:

V_в=100(T_п – T_о) ∙∑А_in_i∑c_pin_i /0,74 ∑Q_in_i

Где А_i– количество воздуха, необходимого для полного сгорания одного моля i-го компонента, моль;

Q_i – теплота сгорания одного моля i-го компонента, кал/моль;

n_i – мольная доля i-го компонента смеси горючих паров;

Т₀ –начальная температура, ^о С;

Т_п – критическая температура пламени, соответствующая верхнему пределу воспламенения. Для смесей углеводородов с малыми примесями Н₂ и СО принимают равной 1100^о С.

∑c_pin_i – суммарная теплоемкость продуктов сгорания может приниматься во всех случаях равной 7 кал/моль∙град

Таким образом, взрывобезопасность аппарата или емкости можно обеспечить при помощи негорючего газа, контролируя его концентрацию или концентрацию кислорода в смеси, не допуская, чтобы их содержание выходило за пределы допустимых значений.