книги из ГПНТБ / Иоффе, Вениамин Борисович. Основы производства водорода

запном падении давления в воздухопроводе, в соответствующих местах предусматриваются обратные клапаны.

Для локализации местных взрывов и хлопков газогенератор­ ные станции обычно снабжаются взрывными клапанами, устана­ вливаемыми на поворотах и торцах газопроводов, на скрубберах и в других местах.

Особые меры предосторожности должны быть предусмотрены при применении в качестве дутья кислорода или парокислород­ ной смеси. В этих случаях при нарушении технологического ре­ жима (при заметном увеличении отношения кислород : топливо) в получаемом газе наблюдается повышенное содержание свобод­ ного кислорода, что влечет в свою очередь образование в газе гремучей смеси. Взрывоопасность газогенераторных установок, на которых в качестве газифицирующего реагента применяется кислород, значительно увеличивается при работе на пылевидном

для автоматического отключения подачи кислорода и заполнения системы инертным газом в тех случаях, когда отклонения от нор­ мального режима могут привести к образованию взрывоопасных

С02, может быть заранее предотвращено при помощи следую­ щего несложного устройства. Незначительная часть газа сжи­ гается перед фотоэлементом. При повышении содержания С02 в газе до определенного предела пламя гаснет и включается ава­ рийная сигнализация.

Пылевидное или мелкозернистое топливо в бункерах газоге­ нераторов должно находиться в среде инертного газа и под да­ влением несколько большим, чем давление кислорода в точке смешения его с топливом или давление в газогенераторе. Таким образом, для безопасности в работе необходимо, чтобы газоге­ нераторные установки, использующие кислородное или паро­ кислородное дутье и тем более предназначенные для газификации пылевидного или мелкозернистого топлива, непрерывно и беспе­ ребойно снабжались достаточными количествами инертного газа.

На установке газификации пылевидного топлива в Оулу (стр. 110) основными импульсами для приборов автоматики, обеспечивающих безопасность в работе, служат: температура в камере газификации, концентрация кислорода в получаемом газе и давление в инжекционных трубках для пыли.

Установка выключается также при прекращении подачи элек­ троэнергии.

Конверсия углеводородных газов. На установках, оборудо­ ванных трубчатыми печами конверсии углеводородных газов с во­

422 Глава X V I

дяным паром, аварии и взрывы возможны в основном при несоблю­ дении общих принципов техники безопасности в газовых цехах, при нарушениях инструкций по пуску и эксплуатации трубчатых печей (в частности при нарушениях правил зажигания и гашения горелок), и при выделениях газа через неплотности коммуника­ ций (в случае размещения печей конверсии в здании).

Обеспечение безаварийной работы трубчатых печей конвер­ сии обычно достигается соблюдением общих принципов по тех­ нике безопасности, инструкций по пуску и эксплуатации печей, а также осуществлением контроля за герметичностью коммуни­ каций и принятием мер к своевременной ликвидации утечек газа.

Особые меры предосторожности должны быть приняты при конверсии углеводородных газов с кислородом, осуществляемой обычно в печах шахтного типа (конверторах). Для безопасной работы установок конверсии углеводородных газов с кисло­ родом немаловажное значение имеют: поддержание определенной доли кислорода в смеси, поступающей на конверсию, тщательное смешение кислорода с углеводородным сырьем и соответствующий гидравлический режим в коммуникациях перед печью.

Большое превышение содержания кислорода в исходной смеси может привести не только к перегреву катализатора или к разру­ шению кладки печи, но и к появлению опасных концентраций кис­ лорода в получаемом газе. При плохом смешении кислорода с углеводородным сырьем содержание кислорода в отдельных объемах смеси может значительно превысить необходимое и при­ вести к местным перегревам. Скорости газов в трубопроводах на вводе в конвертор (печь) должны быть выше скорости распро­ странения пламени.

Предварительный подогрев компонентов реакции, осущест­ вляемый обычно с целью экономии в расходе кислорода, должен производиться до температур, исключающих возможность вос­ пламенения углеводородного сырья вне конвертора.

Устанавливаемые приборы безопасности должны сигнализи­ ровать при отклонениях от нормального технологического ре­ жима и отключать кислород при превышении температуры в кон­ верторе сверх допустимой, при появлении опасной концентрации кислорода в получаемом газе и при прекращении подачи электро­ энергии.

На линиях исходного углеводородного газа и кислорода це­ лесообразно предусматривать обратные клапаны (гидравличе­ ские — при работе под обычным давлением и механические — при работе под повышенным давлением).

Газификация жидких топлив. Специальные меры безопасности должны быть приняты на тех установках газификации жидких топлив, на которых в качестве газифицирующего реагента при­ меняется кислород. Как и в других случаях использования кис­

Техника безопасности при эксплуатации водородных установок 423

лорода при получении водяного газа, заметное увеличение отно­ шения кислорода к топливу по сравнению с нормальным может привести не только к разрушению огнеупорной кладки камеры газификации, но и к повышенному содержанию кислорода в по­ лучаемом газе, а следовательно, к образованию взрывоопасной смеси. Поэтому, кроме аварийной сигнализации, включаемой при отклонениях от нормального технологического режима, на установках газификации жидких топлив, на которых приме­ няется кислородное дутье, обычно предусматривается устройство для отсекания кислорода при нарушениях технологического ре­ жима.

Непосредственными импульсами для отключения кислорода обычно служат уменьшение расхода топлива перед камерой га­ зификации, повышение температуры в камере газификации и увеличение содержания кислорода в получаемом газе. Резервным импульсом для автоматического отсекания потока кислорода может явиться снижение давления жидкого топлива перед камерой газификации. Кислород обычно отключается также при прекра­ щении подачи электроэнергии.

Конверсия окиси углерода. Одной из причин взрывов на уста­ новках конверсии СО при условии размещения оборудования

вздании могут явиться газы (в основном, Н2 и СО), выделяющиеся

впомещение за счет возможных неплотностей фланцевых и других соединений, а также сварных швов на трубопроводах и оборудова­ нии. Опасность выделения газа за счет неплотностей соединений заметно увеличивается при проведении конверсии под давле­

нием.

Следует обратить внимание на то обстоятельство, что в послед­ нем случае за счет негерметичности соединений газ может про­ никнуть не только в помещение, где установлены аппараты, находящиеся под газом, но и в помещение, где установлены на­ сосы, подающие умягченную воду или конденсат в аппараты конверсии (конверторы, сатураторы, водонагревательные башни), и располагаемое обычно в отрыве от указанных аппаратов. Газ может проникнуть в помещение насосной через неплотности в на­ гнетательных трубопроводах конденсата (воды) при внезапном выключении какого-либо насоса, подающего воду или конденсат в аппараты конверсии. Поэтому помещения, в которых устано­ влены насосы для подачи конденсата (воды) в аппараты конверсии, находящиеся под повышенным давлением газа, следует относить к категории взрывоопасных.

Образование гремучей смеси может иметь место также при неправильном пуске камеры розжига, куда, как известно, по­ даются горючий (преимущественно водяной) газ и воздух. В це-г лях уменьшения опасности проникновения воздуха в горючий газ и обратно на воздушной линии, а также на газопроводе перед

424 ■Глава X V I

камерой сжигания устанавливаются обычно обратные клапаны гидравлического типа.

В закрытых помещениях установки, куда может проникнуть газ, должны иметься автоматические сигнализаторы на СО. На случай прорыва газа в помещение целесообразно иметь кислород­ ные противогазы или шланговые аппараты, питаемые от сети сжа­ того воздуха.

Электролиз воды. Характерными особенностями работы уста­ новок электролиза воды является: а) возможность при плохой работе электролизера и нарушениях технологического режима *) загрязнения водорода кислородом или кислорода водородом, что в обоих случаях может повести к образованию взрывоопасной

Кроме общих мероприятий по обеспечению безопасности ра­ боты водородных цехов при проектировании установок по электро­ лизу воды, необходимо учитывать следующие положения:

а) электролизеры должны быть тщательно изолированы от земли;

б) в качестве инертного газа должен применяться чистый азот, так как С02 взаимодействует с обычными электролитами (NaOH или КОН), образуя соответствующие карбонаты;

в) выпуск выделяющихся при электролизе газов в помеще­ ние (даже в аварийных случаях) недопустим как по причине

лизаторами (газоанализаторами со звуковой сигнализацией) на содержание кислорода в водороде и водорода в кислороде;

д) для уменьшения последствий взрыва наружные стены зда­

При монтаже, ремонте и эксплуатации установок по получению водорода методом электролиза воды, помимо строгого соблюдения общих правил техники безопасности и технологического режима, следует придерживаться следующих правил.

1. Включать электролизеры в работу только после проверки всех изоляционных устройств и узлов и детального осмотра ап­

*) На электролизных установках гремучая смесь может образоваться при понижении уровня электролита в электролизере и оголении диафрагм, когда водород через отверстия катодного листа и поры диафрагмы диффунди­ рует в анодное пространство, или при значительном превышении давления в катодном пространстве по сравнению с анодным.

парата на отсутствие в нем посторонних предметов (особенно ме­ таллических).

2.Перед вскрытием электролизер должен быть отключен от электросети и технологических трубопроводов и продут азотом до полного удаления водорода.

3.Во избежание ожогов демонтаж и ремонт электролизера производить только после спуска электролита и многократной промывки электролизера водой.

4.Не производить каких-либо ремонтных работ на действую­ щей установке.

5.При отборе проб газа и электролита надевать защитные

очки.

6.При обслуживании частей установки, находящихся под напряжением, пользоваться резиновыми перчатками и галошами.

Получение водорода методами глубокого охлаждения. В поме­ щениях установок глубокого охлаждения газовых смесей с целью получения водорода или азотоводородной смеси возможно обра­ зование взрывоопасных смесей при утечках газа из разделительной аппаратуры за счет неплотностей соединений и сварных швов.

Следует также учитывать, что в коксовом газе (являющемся обычным сырьем для установок получения азотоводородной смеси методом глубокого охлаждения) всегда имеются следы ацетилена. При недостаточно удовлетворительной очистке газа ацетилен, попадая в разделительную аппаратуру, может образо­ вывать с металлом аппаратуры взрывчатые соединения.

Основные меры безопасности на установках получения водо­ рода глубоким охлаждением газовых смесей сводятся к а) раз­

ных металлов. Из гидридов, применяемых для получения водо­ рода, менее опасен гидрид кальция, который в атмосфере воздуха и кислорода при температурах до 400° С не самовоспламеняется, хотя представляет собой горючее вещество и энергично реагирует с водой, выделяя водород.

Тонкоизмельченный гидрид лития интенсивно поглощает влагу из воздуха, в результате чего гидрид может самовоспла­ мениться. Пыль этого гидрида взрывоопасна. Поэтому операции с тонкоизмельченным гидридом лития следует производить по возможности в атмосфере инертного газа. Крупные куски гидрида лития, если они изолированы от влаги, особых хлопот не вызы­ вают. При хранении гидриды лития и кальция (как и всех щелоч­

426 Глава X V I

ных и щелочноземельных металлов) должны быть изолированы от влаги.

Начавшееся горение гидрида может быть приостановлено прекращением доступа воздуха. Это может быть осуществлено, в зависимости от условий, закрытием крышки сосуда, содержащего гидрид, засыпкой горящего гидрида большим количеством су­ хого песка или созданием вокруг гидрида атмосферы азота. При­ менение для тушения горящего гидрида воды, углекислого газа и четыреххлористого углерода противопоказано, поскольку эти вещества восстанавливаются гидридом при высоких температурах с выделением больших количеств тепла.

Пыль гидрида лития раздражает слизистые оболочки дыха­ тельных путей и разъедает кожу человека. Поэтому при работе с указанным веществом следует надевать респиратор и перчатки из плотного материала. При попадании на кожу, пыль гидрида должна быть смыта при помощи больших количеств воды.

Уничтожение остатков гидрида лития целесообразнее всего производить постепенным погружением незначительных количеств

§3. Меры безопасности при очистке водорода

Для установок очистки водорода и синтез-газа справедливы соображения в части утечек газа через неплотности коммуника­ ций и оборудования, изложенные при рассмотрении вопросов техники безопасности на установках конверсии СО. В частности, для ограничения количества фланцевых соединений в тех случаях, когда необходимо иметь большое количество органов для переклю­ чения газа, вместо задвижек обычно предусматриваются гидро­ затворы.

Следует иметь также в виду взрывоопасность помещений, в ко­ торых установлены насосы, подающие поглотительный раствор или другую жидкость в очистные аппараты, находящиеся под повышенным давлением газа.

Впроцессах очистки водорода и синтез-газа иногда выделяются

вконцентрированном виде газы, не только образующие с кисло­ родом воздуха взрывчатую смесь, но и обладающие сильным токси­ ческим действием (H2S, СО).

Следует отметить специфическую особенность сероводорода, проявляющуюся в том, что в значительных концентрациях запах

щиты может вызвать обморочное состояние, а в некоторых слу­ чаях и смерть от паралича дыхания. Поэтому работу в местах возможного выделения концентрированного сероводорода следует

проводить с соблюдением соответствующих мер предосторожности. При этом в помещениях, где возможны выделения концентрирован­ ного сероводорода, установка автоматического сигнализатора на содержание сероводорода в воздухе обязательна.

Соответствующие меры безопасности должны быть приняты при работе в местах, где возможно выделение концентрированной окиси углерода (установки медно-аммиачной очистки газа от СО). Эти установки должны быть снабжены изолирующими (кисло­ родными) противогазами или шланговыми -аппаратами, питае­ мыми от сети сжатого воздуха, а также автоматическими сигна­ лизаторами на СО.

В некоторых случаях очистки газа, как, например, при очистке газа мышьяковощелочными растворами, ядовитым является сам реагент. Хранение раствора и работа с последним должны производиться с учетом действующих санитарных норм и правил по обращению с ядохимикатами.

§4. Меры безопасности при хранении водорода

иего смесей

Газгольдеры с водяным бассейном. Образование взрывоопасной смеси в газовом пространстве газгольдера мокрого типа может иметь место в случаях несоблюдения общих правил по технике безопасности при эксплуатации газгольдеров (как, например, включение газгольдера в газовую сеть без предварительной его

газа через неплотности сварных швов и фланцевых соединений. Основные мероприятия по технике безопасности газгольдеров

мокрого типа сводятся к следующим:

а) перед включением в сеть и перед производством ремонт­ ных работ газгольдер продувается инертным газом до практи­ чески полного отсутствия в газах продувки кислорода или горю­ чих газов,

б) перед проведением ремонтных работ газгольдер герме­ тически отключается от сети с установкой заглушек на газопро­ водах;

в) температура воздуха в помещении гидрозатворов, а также воды в бассейне газгольдера должна поддерживаться не ниже

+5° С;

г) должна быть предусмотрена аварийная сигнализация при падении температуры в бассейне газгольдера ниже 5°, при рез­ ком снижении давления в газгольдере, при опускании или подъ­ еме колокола газгольдера ниже или выше заданных пределов;

е) газгольдер должен быть оборудован устройством по гро­ зозащите.

Поршневые газгольдеры постоянного давления. Поршневые газгольдеры постоянного давления (сухие газгольдеры) более взрывоопасны, чем газгольдеры с водяным бассейном. Большая взрывоопасность сухих газгольдеров (по сравнению с газголь­ дерами мокрого типа) объясняется наличием замкнутого воздуш­ ного пространства над поршнем, куда во время эксплуатации газгольдера может проникнуть газ, находящийся под поршнем, и образовать взрывоопасную смесь. Возможность проникновения газа в воздушное пространство газгольдера находится в связи с большим количеством подвижных устройств, герметичность которых может быть нарушена по многим причинам.

Основными причинами нарушения герметичности подвижных устройств (уплотнительного кольца и затворов) являются:

а) перекос поршня при его перемещении вследствие заедания роликов, или в связи с резкими изменениями температуры стенки газгольдера;

б) перебои в подаче уплотняющей жидкости (аварийная оста­ новка насосов, подающих уплотняющую жидкость, замерзание жидкости и др.);

в) обледенение стенок газгольдера.

Следует отметить, что газ (газовоздушная смесь) в сухих газ­ гольдерах может воспламениться также при ударе молнии (в слу­ чае переполнения газгольдера и выхода газа на свечу) и искрении внутри газгольдера (при падении поршня).

Основными мероприятиями по технике безопасности поршне­ вых газгольдеров постоянного давления, кроме большинства мероприятий, перечисленных выше (см. газгольдеры с водяным бассейном), являются:

а) обеспечение бесперебойной подачи смазки или уплотняю­

б) отепление стенок газгольдера; в) эффективная вентиляция пространства над поршнем и по­

стоянный контроль воздуха в указанном пространстве; г) заполнение и опорожнение газгольдера только до опреде­

ленных пределов.

Желательна также осушка газа, поступающего в газгольдер. Газгольдеры постоянного объема. Так как газгольдеры по­ стоянного объема располагаются обычно на открытом воздухе без пристроек и не имеют замкнутых воздушных пространств, куда мог бы проникнуть газ, взрывоопасность их меньше, чем