Пожарная безопасность технологических процессов / Goryachev - PB Tekhnologicheskikh processov 2020

Пожаровзрывоопасность технологической среды в нормально работающем оборудовании и способы обеспечения пожарной безопасности

где tр – температура поверхностного слоя жидкости, °С; tвсп(з.т) – температура вспышки в закрытом тигле, °С.

Взрывобезопасные температурные условия эксплуатации «дышащего» аппарата с подвижным уровнем жидкости определяются из выражения (5.11).

Основные способы обеспечения взрывобезопасной экс - плуатации «дышащих» аппаратов с ЛВЖиГЖ:

1.  Ликвидация свободного пространства, что достигается применением плавающих крыш.

2.  Снижение количества паров, поступающих в ПВП, что достигается: –  хранением пожароопасных жидкостей под слоем пены или негорю-

чих эмульсий; –  применением понтонов.

3.  Создание и поддержание взрывобезопасных температурных условий эксплуатации аппаратов.

4.  Создание и поддержание безопасной концентрации флегматизатора в смеси.

5.  РазбавлениеЛВЖиГЖрастворимымивнихнегорючимиилитрудногорючими жидкостями с получением негорючих или трудногорючих растворов, для которых при рабочих условиях эксплуатации выполняется условие безопасности (5.11).

5.3.3.Герметичные аппараты

Вгерметичных аппаратах с ЛВЖ и ГЖ ВОК паров образуются при одновременном выполнении двух условий:

1)  имеется свободное пространство, в которое извне попадает воздух или иной окислитель;

2)  выполняется соотношение (5.1): φн ≤ φр ≤ φв.

Взрывобезопасные условия эксплуатации герметичных аппаратов

с ЛВЖ и ГЖ обеспечиваются при выполнении одного из условий: –  отсутствие свободного пространства в аппарате;

– .

Основные способы обеспечения взрывобезопасной экс - плуатации герметичных аппаратов сЛВЖиГЖ:

1.  Ликвидация свободного пространства, которая достигается:

–  хранением пожароопасной жидкости под или над слоем нерастворимой в ней негорючей жидкости (рис. 5.5);

91

Пожарная безопасность технологических процессов

Рис. 5.5. Схема обвязки аппарата для хранения сероуглерода под слоем воды: 1 – задвижки; 2 – корпус аппарата; 3 – приводы задвижек

–  применением аппаратов с эластичными стенками (рис. 5.6).

3

2

1

Рис. 5.6. Схема хранилища с эластичными стенками: 1 – задвижки; 2 – корпус аппарата; 3 – эластичная стенка

2.  Создание и поддержание взрывобезопасных температурных условий эксплуатации аппарата.

3.  Создание и поддержание безопасной концентрации флегматизатора в смеси.

Флегматизацию среды в герметичных аппаратах с ЛВЖ и ГЖ осуществляют как негорючими, так и горючими газами. Во втором случае суммарная взрывобезопасная концентрация горючих паров и флегматизирующих ГГ в смеси определяется из выражения (5.4).

4.  РазбавлениеЛВЖиГЖрастворимымивнихнегорючимиилитрудногорючими жидкостями с получением негорючих или трудногорючих растворов, для которых при рабочих условиях эксплуатации выполняется условие безопасности (5.11).

5.  Создание и поддержание безопасного остаточного давления в аппарате ниже предельно допустимого значения согласно условию (5.5), при котором исключается распространение пламени по смеси (смесь становится взрывобезопасной).

92

Пожаровзрывоопасность технологической среды в нормально работающем оборудовании и способы обеспечения пожарной безопасности

5.4.Образование взрывоопасных концентраций в аппаратах

сгорючими пылями и основные способы обеспечения

пожарной безопасности

При хранении, переработке или обработке твердых горючих материалов в аппаратах образуются горючие пыли (волокна), которые в зависимости от размеров, формы и материала частиц, а также от вида и скорости движущегося газа над ними могут находиться во взвешенном состоянии (аэрозоль, аэровзвесь) или в виде осевшего слоя (аэрогель). При изменении внешних условий аэрозоль легко переходит в аэрогель и наоборот. В связи с этим взрывоопасность такого технологического оборудования определяется не только количеством пыли, находящейся в данный момент во взвешенном состоянии, но и количеством осевшей пыли, способной перейти во взвешенное состояние. Следует иметь в виду, что в образовании ВОК участвует только часть горючего пылевидного материала с частицами пыли определенного размера, долю которых надо учитывать при определении рабочей концентрации (согласно ГОСТ 12.1.044-89, к пылям относятся диспергированные твердые вещества и материалы с размером частиц менее 850 мкм).

Критерием перехода взвешенной пыли в осевшее состояние является скорость витания ωв, т. е. минимальная скорость движения среды, при которой частицы пыли данного размера еще не оседают.

При оценке возможности образования взрывоопасной смеси в аппарате практическое значение имеет только нижний концентрационный предел распространенияпламенипыли,таккаквпроизводственныхусловияхверхний концентрационный предел распространения пламени не достигается.

Таким образом, ВОК в аппаратах с горючими пылями (волокнами) образуются при одновременном выполнении трех условий:

где ωр – скорость движения газа, м/с; ωв – скорость витания газа, м/с; jр – рабочая концентрация пыли в аппарате (с учетом взвешенной и осевшей пыли), кг/м3; jн – нижний концентрационный предел распространения пламени пыли кг/м3; d – диаметр частиц пыли, м; dкр – критический диаметр частиц пыли, с превышением которого аэровзвесь становится неспособной распространять пламя, м.

Взрывобезопасность при эксплуатации аппаратов с горючими пылями обеспечивается при выполнении одного из условий:

93

Пожарная безопасность технологических процессов

где Kб.в, Kб.н и Kб.к – коэффициенты безопасности к скорости витания, НКПР и критическому диаметру соответственно; обычно принимают Kб.в, Kб.н иKб.к не менее 2.

Основные способы обеспечения взрывобезопасности обо - рудования с горючими пылями (волокнами):

1.  Предотвращение пылеобразования при обработке и переработке твердых горючих материалов путем:

–  использования менее пылящих технологических процессов (например, вибрационного размола);

–  увлажнения материалов; –  ограничения скорости движения среды ниже предельно допусти-

мой скорости витания частиц наименьшего размера, еще способных взры-

ваться (5.16).

2.  Создание и поддержание безопасной концентрации флегматизатора в аппарате (5.7).

3.  Смешениегорючихпылевидныхвеществиматериаловснегорючими (минеральными) веществами (например, хлористым натрием или кальцием, мелом, жженой магнезией и др.) с образованием негорючих смесей либо смесей, для которых при рабочих условиях эксплуатации выполняется условие безопасности (5.17).

4.  Рациональное конструирование оборудования, в котором в зависимости от его назначения предотвращается осаждение взвешенных частиц пыли на стенках (например, для предотвращения образования застойных зон у воздуховодов делают плавные повороты, равномерно распределяют подачу воздуха по сечению сушилок и т. д.) или предотвращается взвихрение осевшей пыли.

5.  Предотвращение конденсации влаги на стенках оборудования. 6.  Устройство систем аспирации.

7.  Предотвращение электризации пыли или отвод образующихся электрических зарядов путем:

–  ионизации среды; –  увлажнения пыли;

–  введения добавок, обладающих высокой электропроводностью (например, сажи);

–  надежного заземления оборудования.

94

Пожаровзрывоопасность технологической среды в нормально работающем оборудовании и способы обеспечения пожарной безопасности

5.5. Образование взрывоопасных концентраций в оборудовании при пуске в работу и остановке на осмотр или ремонт и основные способы обеспечения пожарной безопасности

Взрывыипожарынатехнологическихустановкахчастопроисходятвпериоды пуска оборудования в работу, остановки его на осмотр или ремонт. Это связано с образованием ВОК в технологическом оборудовании при наличии:

1)  воздуха в аппаратах перед их заполнением горючими веществами во время пуска в работу нового или отремонтированного оборудования;

2)  остатков горючих веществ в открываемых для осмотра или ремонта аппаратах.

Предотвращение образования ВОК в технологическом оборудовании припускевработудостигаетсяпродувкойаппаратовикоммуникацийинертным газом или водяным паром.

Продувку производят до тех пор, пока концентрация инертного газа (флегматизатора) в аппарате не достигнет безопасного значения. Оценить время окончания продувки tкон, с, можно по формуле

, (5.19)

где V – свободный объем аппарата, м3; q – расход инертного газа, м3/с; – взрывобезопасная концентрация инертного газа, об. доли.

Заключение об окончании продувки можно сделать только после анализа пробы продувочных газов на фактическое содержание инертного компонента при выполнении условия безопасности:

Способы предотвращения образования ВОК в оборудова - нии при остановке на осмотр или ремонт:

1.  Полное удаление горючих веществ и материалов из аппаратов, что достигается устройством стационарных сливных или продувочных линий, уклоном днищ аппаратов и трубопроводов в сторону сливных устройств, применением самоопорожняющихся тарелок в ректификационных колоннах и абсорберах и другими решениями, а также герметичным отключением остановленного оборудования от соседних работающих аппаратов.

2.  Промывка аппаратов водой или растворами технических моющих средств.

95

Пожарная безопасность технологических процессов

3.  Пропарка аппаратов водяным паром, продувка инертным газом или продувка воздухом до остаточного содержания горючих веществ в продувочных газах, отвечающего условию взрывобезопасности:

где– остаточная взрывобезопасная концентрация горючих веществ в аппарате, об. доли; Kб.н – коэффициент безопасности к нижнему концентрационному пределу распространения пламени, если в аппарате предполагается проведение огневых ремонтных работ или имеется опасность появления иных источников зажигания, то Kб.н ≥ 20; при отсутствии опасности появления источника зажигания допускается принимать Kб.н ≥ 2.

4.  Изоляция горючих веществ от возможных источников зажигания с помощью воздушно-механических, инертно-механических пен и другими способами.

контрольные вопросы

1.  В каких случаях производят анализ пожарной опасности производственных объектов?

2.  Кто впервые разработал методику анализа пожарной опасности и защиты технологических процессов?

3.  Перечислите основные положения методики анализа пожарной опасности технологических процессов.

4.  В целях выполнения требований какого документа вводится классификация технологических сред по пожаровзрывоопасности и пожарной опасности?

5.  Какие среды относятся к пожароопасным?

6.  Какие среды относятся к пожаровзрывоопасным? 7.  Какие среды относятся к взрывоопасным?

8.  Какие среды относятся к пожаробезопасным?

9.  Какимипоказателямиипараметрамихарактеризуетсяпожаровзрывоопасность и пожарная опасность технологических сред?

10.  Какими показателями пожаровзрывоопасности и пожарной опасности характеризуются газообразные вещества?

11.  Какими показателями пожаровзрывоопасности и пожарной опасности характеризуются жидкие вещества?

12.  Какими показателями пожаровзрывоопасности и пожарной опасности характеризуются газообразные вещества?

13.  Какими показателями пожаровзрывоопасности и пожарной опасности характеризуются твердые вещества и материалы?

96

Пожаровзрывоопасность технологической среды в нормально работающем оборудовании и способы обеспечения пожарной безопасности

14.  Какими показателями пожаровзрывоопасности и пожарной опасности характеризуются пыли (волокна)?

15.  На какие типы подразделяют все технологическое оборудование, используемое на производствах?

16.  Поясните устройство открытого аппарата. 17.  Поясните устройство «дышащего» аппарата. 18.  Поясните устройство герметичного аппарата.

19.  Напишите общее условие образования ВОК в технологическом оборудовании, поясните его.

20.  В каких случаях в аппаратах с горючими газами образуются ВОК и как определить взрывобезопасные условия их эксплуатации?

21.  Перечислите основные способы обеспечения взрывобезопасной эксплуатации аппаратов с горючими газами, поясните их.

22.  Как определить расчетом предельно допустимую взрывобезопасную концентрацию флегматизатора?

23.  Как обеспечивают безопасные условия эксплуатации аппаратов с горючими газами, работающих под вакуумом?

24.  Напишите условиеобразования ВОК приэксплуатации открытого аппарата с горючей жидкостью, поясните его.

25.  Напишитеусловиеобеспечениявзрывобезопасностиприэксплуатации открытого аппарата с горючей жидкостью, поясните его.

26.  Перечислите способы обеспечения взрывобезопасной эксплуатации открытых аппаратов с горючими жидкостями, поясните их.

27.  Напишите температурное условие образования ВОК в «дышащем» аппарате с неподвижным уровнем длительно хранящейся горючей жидкости, поясните его.

28.  Напишите взрывобезопасные температурные условия эксплуатации «дышащего» аппарата с неподвижным уровнем длительно хранящейся горючей жидкости, поясните их.

29.  Напишите условия образования ВОК в «дышащем» аппарате с подвижным уровнем горючей жидкости, поясните их.

30.  Напишите взрывобезопасное температурное условие эксплуатации аппарата с подвижным уровнем горючей жидкости, поясните его.

31.  Перечислите основные способы обеспечения взрывобезопасной эксплуатации «дышащих» аппаратов с горючими жидкостями.

32.  Поясните условия образования ВОК в герметичных аппаратах с горючими жидкостями.

33.  Напишитеусловияобеспечениявзрывобезопасностиприэксплуатации герметичных аппаратов с горючими жидкостями, поясните их.

97

Пожарная безопасность технологических процессов

34.  Перечислите основные способы обеспечения взрывобезопасной эксплуатации герметичных аппаратов с горючими жидкостями.

35.  Напишите, поясните условия образования ВОК в аппарате с горючей пылью.

36.  Напишите взрывобезопасные условия эксплуатации аппарата с горючей пылью, поясните их.

37.  Перечислите основные способы обеспечения взрывобезопасной эксплуатации оборудования с горючими пылями (волокнами), поясните их.

38.  ПокакимпричинампроисходитобразованиеВОКваппаратахпри их пуске в работу или остановке на ремонт?

39.  Выведите формулу для оценки продолжительности продувки аппарата инертным газом перед пуском его в работу.

40.  Как предотвращают образование ВОК в технологическом оборудовании при его пуске в работу и остановке на осмотр или ремонт?

98

Выход горючих веществ из нормально работающего технологического оборудования и способы обеспечения пожарной безопасности

Глава 6 выход горючих веществ из нормально работающего

технологического оборудования и способы обеспечения пожарной безопасности

6.1.Выход горючих газов из нормально работающих аппаратов

иосновные способы обеспечения пожарной безопасности

Из исправных технологических аппаратов независимо от их типа и технологических параметров протекающих в них процессов горючие вещества (перегретые пары) в том или ином количестве выходят наружу, что в определенных случаях приводит к образованию локальных зон ВОК.

6.1.1. Открытые и «дышащие» аппараты

Проведение химических или электрохимических процессов переработки негорючих веществ и материалов в открытых и «дышащих» аппаратах может сопровождаться образованием ГГ.

Примерами таких аппаратов и процессов служат:

–  ванны для электрофореза и нанесения гальванических покрытий; –  аппараты, в которых протекают химические процессы с выделением ГГ (например, водорода при разложении гидридов металлов или при протравливании металлов кислотами, ацетилена при воздействии воды

на карбид кальция и др.); –  аккумуляторные батареи при их зарядке и др.

При протекании химических процессов вид и количество выделившихся ГГ определяют с учетом законов кратных отношений, сохранения масс и эквивалентов на основе составленных уравнений химических реакций. Объем взрывоопасной зоны VВОК, м3, образующейся вблизи места выделения горючего газа, оценивают по формуле

–  герметизация оборудования; –  нейтрализация выделяющихся ГГ;

–  отвод выделяющихся газов за пределы помещений;

99

Пожарная безопасность технологических процессов

–  устройство укрытий, оборудованных вентиляцией; –  устройство местных отсосов;

–  устройство систем аэрации и общеобменной вентиляции; –  вынос оборудования из помещений на открытые площадки.

Основные способы обеспечения взрывобезопасности на наружных установках:

–  герметизация оборудования; –  отвод образующихся газов на специально оборудованную свечу;

–  предотвращениесбросагазовиздыхательныхтрубопроводоввзону аэродинамической тени;

–  прекращение ведения технологического процесса, связанного с выделением ГГ, при неблагоприятных атмосферных условиях.

6.1.2. Герметичные аппараты

Утечки горючих газов (перегретых паров) из исправных герметичных аппаратов, работающих под давлением, происходят через неплотности в прокладках, сальниковых устройствах, через микротрещины в сварных швах и тому подобных местах.

Оценить массу m, кг, выделяющихся из герметичных аппаратов, работающих под давлением, горючих газов (паров) можно по формуле

где Kи – коэффициент, учитывающий степень износа оборудования; для нового оборудования принимают Kи = 1; для бывшего в эксплуатации – Kи =2; Kр – коэффициент, зависящий от давления среды, величину которого можно оценить по формуле Kр ≈ (2,2lg р + 5,6) 10–5; р – абсолютное давление среды в аппарате, МПа; Vсв – свободный объем аппарата, м3; τ – продолжительность работы аппарата, с; М– молярная масса газа, кг/моль; tр – рабочая температура среды в аппарате, °С.

Утечки ГГ из герметичного оборудования рассредоточены в пространстве и происходят равномерно в течение всего периода работы, поэтому зоны ВОК не образуются, но происходит постепенное нарастание концентрации ГГ в воздухе производственного помещения. Если принять, что интенсивность выделения ГГ из оборудования относительно мала, а сами газы распределяются в объеме помещения равномерно, то их среднюю концентрацию , кг/м3, можно рассчитать по формулам:

–  при отсутствии воздухообмена в помещении

100