Пожарная безопасность технологических процессов / Goryachev - PB Tekhnologicheskikh processov 2020

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

Корпус клапана выполнен в виде перевернутой усеченной пирамиды, на боковых гранях которой установлены вакуумные клапаны 3, а на основании – клапаны давления 5. Контактирующие поверхности тарелок и седел клапанов имеют фторопластовые покрытия, препятствующие примерзанию сопрягающихся поверхностей. При давлении среды в резервуаре близком к атмосферному все тарелки клапанов прижаты к седлам, обеспечивая герметичность резервуара. С помощью фланца переходника 1 КДС крепится к дыхательному патрубку резервуара. В верхней части переходника размещается огневой предохранитель 2. Для защиты от воздействия атмосферных осадков КДС сверху имеет крышку 6 и четыре боковых воздуховода 4 для защиты вакуумных клапанов 3.

Работа КДС происходит следующим образом: снижение давления среды в резервуаре (например, при сливе нефтепродукта) ниже атмосферного приводит к появлению сил, действующих извне на тарелки вакуумных клапанов 3. Тарелки открываются внутрь, обеспечивая приток воздуха в резервуар. Повышение давления среды в резервуаре (например, при закачке нефтепродукта) выше атмосферного приводит к появлению сил, действующих изнутри на тарелки клапанов давления 5, которые поднимаются вверх, обеспечивая выход среды из резервуара.

3.  Установка диска-отражателя (рис. 6.7) в резервуаре под дыхательным патрубком.

1

3

4

5

Рис. 6.7. Устройство диска-отражателя:

1 – дыхательный клапан; 2 – крепежное кольцо; 3 – дыхательный патрубок; 4 – стойка;

5 – диск-отражатель; 6 – крыша резервуара

При сливе нефтепродукта входящая через дыхательный патрубок струя воздуха отражается диском-отражателем и растекается горизонтально под крышей резервуара, не смешиваясь с парами нефтепродукта.

111

Пожарная безопасность технологических процессов

Последующая закачка нефтепродукта в резервуар приводит к выходу через дыхательный патрубок практически чистого воздуха из-под крыши резервуара(изуравнения(6.27)видно,чтоприφп →0величинаmп.б такжестремится кнулю).Использованиедисков-отражателейпозволяетснизитьпотерисвет- лых нефтепродуктов из резервуаров, имеющих большую оборачиваемость и продолжительность простоя не более 24–36 ч, на 20–30 %.

4.  Хранение горючих жидкостей в герметичных аппаратах под избыточным давлением. Потери паров будут равны нулю, если заключенные в квадратные скобки члены уравнения (6.26) равны между собой:

Отсюда можно найти величину давления в аппарате, создаваемого с помощью дыхательного клапана, при котором паровоздушная смесь не будет выходить наружу:

Рабочее давление в горизонтальных цилиндрических и сферических резервуарах, предназначенных для хранения жидкостей с высокой упругостью насыщенных паров, обычно превышает (0,2–0,3)106 Па.

5.  Применение газоуравнительной системы (ГУС), состоящей из газовой обвязки 3 резервуаров 1, которая представляет собой систему трубопроводов для перемещения парогазовой смеси из наполняемых резервуаров в опорожняемые (рис. 6.8).

3 4 2

5

6

7

Рис. 6.8. Схема газоуравнительной системы в резервуарном парке: 1 – резервуары; 2 – огнепреградители; 3 – газовая обвязка;

4 – предохранительный клапан; 5 – газгольдер; 6 – сборник конденсата; 7 – насос

112

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

Наибольший эффект достигается при использовании в резервуарном парке однотипных РВС с идентичными нефтепродуктами при совпадении операций заполнения одних резервуаров и опорожнения других. При несоответствии операций необходимо устройство газгольдера 5 для приема-вы- дачи требуемого объема паровоздушной смеси.

ГУС обеспечивает циркуляцию паровоздушной смеси по замкнутому контуру, что предотвращает выход паров нефтепродуктов в атмосферу, способствует снижению загазованности окружающего пространства и потерь паров нефтепродуктов. Для приема и отвода конденсата служат сборник конденсата 6 и насос 7. При эксплуатации ГУС существует опасность распространения пожара на всю группу резервуаров в парке. Для защиты от распространения пламени по трубопроводам газовой обвязки на дыхательной линии каждого резервуара устанавливаются огнепреградители 2.

6. Частичная конденсация пара в концевом обратном холодильнике

(рис. 6.9).

21

3

Вода

4

5

Рис. 6.9. Схема установки концевого обратного холодильника: 1 – дыхательная линия; 2 – огнепреградитель; 3 – холодильник; 4 – аппарат; 5 – задвижки

При заполнении аппарата 4 жидкостью выходящая из него по дыхательной линии 1 паровоздушная смесь проходит через холодильник 3, где она охлаждается водой, что приводит к частичной конденсации пара. Образовавшийся конденсат стекает обратно в аппарат 4. Остаточная концентрация пара в выходящей из холодильника паровоздушной смеси определяется ее температурой. Для защиты дыхательной линии от распространения пламени на ней устанавливается огнепреградитель 2.

113

Пожарная безопасность технологических процессов

7.  Устройство теплоизоляции, солнцезащитных экранов, орошение аппаратов водой, использование свето- и теплоотражающих красок для защиты оборудования от воздействия внешних источников тепла.

8.  Вывод дыхательных линий аппаратов за пределы помещений.

9.  Использование абсорберов и адсорберов для улавливания паров жидкостей из выходящих из аппаратов паровоздушных смесей.

10.  Запрещается проведение операций наполнения резервуаров при неблагоприятных атмосферных условиях, способствующих скоплению паров в приземном слое, и при интенсивной грозовой деятельности.

Пожарнаяопасностьвыходапаровгорючихжидкостейизгерметичныхаппаратов и способы обеспечения пожарной безопасности рассмотрены в п. 6.1.2.

6.3.Выход горючей пыли из нормально работающих аппаратов

иосновные способы обеспечения пожарной безопасности

Особенностью эксплуатации производств, в которых обращаются горючие измельченные вещества и материалы, является способность пылей и волокон, выделяющихсяиз оборудования, постепенно оседать на различных поверхностях и накапливаться в помещениях. Массу поступающих в помещениепылевидныхиливолокнистыхматериаловможнонайтиизуравнения материального баланса. Объем взрывоопасной зоны, образующейся вблизи места выделения пыли или волокон, оценивают по формуле (6.1).

6.3.1.Открытые аппараты

Коткрытым аппаратам относятся: конвейеры (скребковые, пластинчатые, ленточные и др.); ванны для нанесения порошковых покрытий на изделия; оборудование для обработки, шлифования и полирования деталей из металлов, древесины, пластических масс, лакированных или окрашенных изделий; бункеры, сборники и лотки для приема измельченных материалов; тара для переработки, фасовки и хранения красителей, сажи, измельченной серы, муки, сахарной пудры, порошка какао и других пылевидных материалов и продуктов в химической, резинотехнической, хлебопекарной, кондитерской и других отраслях промышленности.

Основные способы обеспечения взрывопожарной безопас - ности при эксплуатации открытых аппаратов с порошками, пылевидными материалами или волокнами:

–  замена процессов на менее пылящие или на непылящие; –  герметизация оборудования; –  устройство местных отсосов и общеобменной вентиляции;

–  периодическая уборка помещений от отложений пыли или волокон; –  укрывание аппаратов крышками при транспортировании или в пе-

риоды простоя;

114

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

–  ограничение скорости транспортирования материала или движения воздуха вдоль поверхности пылевидного материала ниже скорости витания наименьших частиц в измельченном материале.

6.3.2.«Дышащие» аппараты

К«дышащим» аппаратам относятся: сборники, бункеры, силосы

ихранилища кусковых, зернистых и пылевидных материалов; аппараты для переработки и обработки твердых компактных, кусковых, пылевидных и волокнистых материалов (мельницы, дробилки, классификаторы, разрыхлители) и тому подобное оборудование.

Основные способы обеспечения взрывопожарной безо - пасности при эксплуатации «дышащих»аппаратов:

–  замена пылящих процессов на менее пылящие или на непылящие процессы (например, замена шаровых мельниц на вибрационные или использование мокрых методов размола);

–  герметизация оборудования; –  устройство местных отсосов из аппаратов и общеобменной венти-

ляции; –  периодическая уборка помещений от отложений пыли или волокон;

–  вынос аппаратов за пределы помещений.

6.3.3.Герметичные аппараты

Кгерметичным аппаратам того же назначения, что и «дышащие», но работающие под давлением либо вакуумом или имеющие герметизированные системы загрузки и выгрузки продукции. К герметичному оборудованию также относятся: распыливающие сушилки, сушилки кипящего слоя, трубы-сушилки, реакторы и регенераторы с зернистым и пылевидным катализатором, непрерывно действующие адсорберы с зернистым и пылевидным адсорбентом и тому подобное оборудование, а также системы пневмотранспорта.Изгерметичногооборудованиявыделяетсязначительноменьше пыли и волокон, чем из открытых и «дышащих» аппаратов.

Основные способы обеспечения взрывопожарной безопас - ности при эксплуатации герметичных аппаратов с пылевидными

иволокнистыми материалами:

–  устройство общеобменной вентиляции; –  периодическая уборка помещений от отложений пыли или волокон;

–  проведение технологических процессов под разрежением; –  размещение оборудования на открытых площадках.

115

Пожарная безопасность технологических процессов

6.4. Выход горючих веществ из периодически действующих аппаратов и основные способы обеспечения пожарной безопасности

К периодически действующим относятся аппараты, работа которых связана с их разгерметизацией для проведения операций загрузки сырья и выгрузки продукции (см. п. 2.1).

Например, при работе клеемешалки общее количество пара растворителя m, кг, выходящего наружу из аппарата, можно найти из выражения

где mп.б, mп.м, mп.в и mи – соответственно количество паров, выходящих из аппарата при его заполнении, нагревании смеси, открывании крышки и при испарении растворителя со смоченных стенок аппарата, кг.

Величины mи, mп.б, mп.м были определены ранее в настоящей главе. Величину mп.в можно найти из общего уравнения потерь паров жид-

костей из «дышащих» аппаратов (6.26) как частный случай при следующих условияхТогда: V1 = V2 = Vсв, р1 = рр, р2 = рбар, Т1 = Т2 = Тр и φп1 = φп2 = φп.

Основные способы обеспечения взрывопожарной безопас - ности при эксплуатации периодически действующих аппаратов:

–  замена периодически действующих аппаратов на непрерывно действующие;

–  герметизация загрузочных и разгрузочных операций; –  снижение температуры среды в аппарате перед началом разгрузки;

–  сброс избыточного давления среды из аппарата в дыхательную линию перед открыванием крышки;

–  устройство концевого обратного холодильника; –  вывод дыхательных линий за пределы помещений.

контрольные вопросы

1.В каких случаях в открытых и «дышащих» аппаратах образуются горючие газы?

2.Как оценить объем зоны ВОК, образующейся вблизи места выхода горючего газа?

116

Выход горючих веществ из нормально работающего технологического оборудования

испособы обеспечения пожарной безопасности

3.Перечислите основные способы предотвращения образования зон ВОК при эксплуатации открытых и «дышащих» аппаратов с веществами и материалами, из которых возможно выделение горючих газов, поясните их.

4.Перечислите основные способы обеспечения пожарной безопасности при эксплуатации на наружных установках открытых и «дышащих» аппаратов, из которых возможно выделение горючих газов, поясните их.

5.Какие факторы влияют на интенсивность утечек горючих газов (перегретых паров) из нормально работающих герметичных аппаратов?

6.Как оценить среднюю концентрацию горючего газа в производственном помещении при отсутствии и наличии воздухообмена?

7.Как найти предельно допустимую взрывобезопасную концентрацию горючего газа в производственном помещении?

8.Каким образом выполнение требований промсанитарии способствует обеспечению пожарной безопасности?

9.Перечислите основные способы обеспечения взрывопожарной безопасностиприэксплуатациигерметичныхаппаратовсгорючимигазами,поясните их.

10. При каком условии над поверхностью горючей жидкости может образоваться зона ВОК?

11. Покажите распределение концентрации паров над поверхностью горючей жидкости при испарении в неподвижную среду.

12. Поясните величины, входящие в формулу для определения массы испаряющейся горючей жидкости в неподвижную среду, укажите область ее применения.

13. Покажите на графике φ = f(τ, h) вид зоны ВОК над поверхностью

испаряющейся в неподвижную среду горючей жидкости при φн ≤ φs ≤ φв. 14. Покажите на графике φ = f(τ, h) вид зоны ВОК над поверхностью

испаряющейся в неподвижную среду горючей жидкости при φs > φв.

15. Поясните, каким образом можно определить объем зоны ВОК при испарении горючей жидкости в неподвижную среду?

16. Поясните выражение «доля участия горючих паров в образовании зоны ВОК».

17. Как определить долю участия горючих паров в образовании зоны

ВОК при φн ≤ φs ≤ φв?

18. Как определить долю участия горючих паров в образовании зоны

ВОК при φs > φв?

19. Поясните величины, входящие в уравнение массопередачи.

20. Перечислите основные способы обеспечения пожарной безопасности при эксплуатации открытых аппаратов с горючими жидкостями.

117

Пожарная безопасность технологических процессов

21.Поясните причины выхода паровоздушных смесей из «дышащих» аппаратов наружу.

22.При каком условии вблизи дыхательного патрубка аппарата с пожароопасной жидкостью может образоваться зона ВОК?

23.Выведите общее уравнение потерь паров горючих жидкостей из «дышащих» аппаратов.

24.Выведите уравнение потерь паров горючих жидкостей из «дышащих» аппаратов при больших «дыханиях».

25.Выведите уравнение потерь паров горючих жидкостей из «дышащих» аппаратов при малых «дыханиях».

26.Перечислите основные способы обеспечения пожарной безопасности при эксплуатации «дышащих» аппаратов, поясните их.

27.Поясните назначение и работу дыхательного клапана.

28.Как определить величину давления в аппарате, создаваемого с помощью дыхательного клапана, при котором паровоздушная смесь не будет выходить наружу?

29.Поясните назначение и работу диска-отражателя в резервуаре.

30.Поясните назначение и работу газоуравнительной системы.

31.Поясните назначение и работу концевого обратного холодильника.

32.Укажите особенности эксплуатации производств, в которых обращаются горючие пыли или волокна, по сравнению с производствами, в которых обращаются горючие газы или жидкости.

33.Перечислите основные способы обеспечения пожарной безопасности при эксплуатации открытых аппаратов с горючими порошками, пылевидными материалами или волокнами, поясните их.

34.Перечислите основные способы обеспечения пожарной безопасности при эксплуатации «дышащих» аппаратов с горючими порошками, пылевидными материалами или волокнами, поясните их.

35.Перечислите основные способы обеспечения пожарной безопасности при эксплуатации герметичных аппаратов с горючими порошками, пылевидными материалами или волокнами, поясните их.

36.Укажите причины выхода горючих веществ из периодически действующих аппаратов.

37.Как определить количество паров, выходящих из работающего под давлением аппарата при открывании крышки?

38.Перечислите основные способы обеспечения пожарной безопасности при эксплуатации периодически действующих аппаратов, поясните их.

118

Причины повреждения технологического оборудования и способы обеспечения пожарной безопасности

Глава 7

причины повреждения технологического оборудования и способы обеспечения пожарной безопасности

7.1. Условия обеспечения безопасной эксплуатации технологического оборудования

Главным условием обеспечения эффективной и безопасной эксплуатациитехнологическогооборудованияявляетсяегопрочность,т.е.способность конструкционного материала, из которого изготовлено оборудование, сопротивляться разрушению, а также необратимому изменению формы под действием нагрузок. Прочность технологического оборудования обеспечивается при его конструировании соблюдением соответствующих расчетных нормативов. При этом должны быть правильно выбраны конструкционные материалы, учтены характер и величины нагрузок, а также способы изготовления оборудования и условия его эксплуатации. При проведении прочностных расчетов исходят из наиболее неблагоприятных условий работы оборудования.

Натехнологическоеоборудованиеоказываютнегативноевлияниеприродные процессы (воздействие ветра, осадков, низкой температуры, землетрясений, наводнений, сдвиг или просадка грунта и др.), наличие скрытых дефектов в материале оборудования, коррозия, отклонения технологических параметров от регламентированного уровня, отказ приборов контроля и управления и др.; а также факторы, связанные с трудовой деятельностью людей (ошибки при проектировании и изготовлении оборудования, нарушения при выполнении строительно-монтажных работ, ошибочные действия персонала при эксплуатации производств и др.).

Опасность разрушения оборудования возникает, если не выполняется

условие прочности, т. е. в случае, если

где σф – фактические напряжения, Па; σдоп – допускаемые напряжения, Па. Помимо формулы (7.1) для оценки сохранения прочности оборудова-

ния можно использовать выражения: δф > δ, рф < рдоп, Nф < Nдоп и др. (здесь δф и δ – соответственно фактическая и расчетная толщина стенки аппарата;

рф и рдоп – фактическое и допускаемое давление; Nф и Nдоп – фактическая и допускаемая сила).

Как следует из формулы (7.1), причинами повреждения и разрушения технологического оборудования являются:

–  рост фактических напряжений σф; –  снижение допускаемых напряжений σдоп.

119

Пожарная безопасность технологических процессов

Наибольшаяопасностьразрушенияоборудованиявозникаетприодновременном росте фактических напряжений и снижении допускаемых напряжений. Поводом для появления этих причин служат различные воздействия на материал оборудования, которые принято подразделять на механические, температурные и химические воздействия.

По результатам анализа причин повреждения оборудования разрабатывают перечень пожароопасных аварийных ситуаций для каждого технологического процесса.

7.2.Повреждение оборудования от механических воздействий

иосновные способы обеспечения пожарной безопасности

Механические воздействия на материал оборудования приводят в основном к росту фактических напряжений и обусловлены следующими причинами:

1.  Нарушениями материального баланса (см. п. 2.2) из-за: –  несоблюдения режима подвода веществ и (или) их отвода;

–  увеличения гидравлического сопротивления трубопроводов; –  чрезмерного заполнения жидкостью герметично отключаемого обо-

рудования; –  снижения пропускной способности дыхательных систем;

–  неправильного соединения аппаратов с разными рабочими давлениями. 2.  Нарушениями теплового баланса (см. п. 2.2) вследствие:

–  несоблюдения режима подвода тепла и (или) его отвода; –  изменения температуры окружающей среды; –  изменения скорости химической реакции.

3.  Воздействием нагрузок динамического характера из-за:

–  попадания низкокипящей жидкости в высоконагретый аппарат; –  несоблюдения режима пуска оборудования в работу или остановки; –  взрыва технологической среды; –  гидравлического удара; –  знакопеременных нагрузок; –  чрезмерной вибрации; –  механического удара.

7.2.1. Нарушения материального баланса

Несоблюдение режима подвода веществ и их отвода приводиткчрезмерномуростудавленияилиобразованиювакуума(см.п.2.2), что может привести к разрушению оборудования.

Если материальный баланс имеет вид ∑Gпр > ∑ Gух, то происходит чрезмерный рост давления или переполнение оборудования; если материальный баланс имеет вид ∑Gпр < ∑Gух, то происходит образование вакуума

120