Пожарная безопасность технологических процессов / Goryachev - PB Tekhnologicheskikh processov 2020

Причины повреждения технологического оборудования и способы обеспечения пожарной безопасности

При протекторной защите не требуется источник тока, что снижает эксплуатационные расходы и обеспечивает взрывобезопасность.

Протекторы (аноды) изготавливаются из цинка, магния или алюминия в виде пластин, стержней, труб и размещаются на расстоянии 1–5 м от защищаемого объекта с шагом до 20 м. Для повышения эффективности работы протектора его помещают в активатор – специально приготовленную смесь солей, глины и воды. Применяемые в качестве протекторов цинк и магний не должны содержать примесей во избежание самопроизвольной внутренней коррозии и быстрого выхода из строя.

6.  Предотвращение возникновения блуждающих токов (токов утечки) (см. рис. 3.5) и защита от них:

–  ликвидация участков утечки токов в грунт; –  уменьшение величины токов утечки;

–  гидро-  и электроизоляция подземных конструкций; –  осушка грунта; –  устройство электродренажа;

–  применение установок катодной и протекторной защиты.

контрольные вопросы

1.Что понимают под термином прочность?

2.Как обеспечивается необходимая прочность технологического оборудования?

3.Укажите факторы опасности, оказывающие негативное влияние на технологическое оборудование.

4.Напишите и поясните условие прочности технологического оборудования.

5.Укажите причины повреждения технологического оборудования, поясните их.

6.Поясните опасные виды воздействий на технологическое оборудо-

вание.

7.Какая опасность возникает при чрезмерных механических воздействиях на материал технологического оборудования?

8.Перечислите причины, приводящие к появлению нагрузок динамического характера.

9.Перечислите способы предотвращения разрушения оборудования при несоблюдении режима подвода веществ и их отвода, поясните их.

10.Во сколько раз возрастут потери напора при уменьшении проходного сечения трубопровода по всей его длине на 20 %?

11.Перечислите способы предотвращения разрушения оборудования при увеличении гидравлического сопротивления, поясните их.

131

Пожарная безопасность технологических процессов

12.Перечислите способы предотвращения образования отложений солей, кокса, полимеров, продуктов коррозии на стенках трубопроводов, поясните их.

13.Поясните причины образования отложений льда и кристаллогидратов в трубопроводах.

14.Перечислите способы предотвращения образования льда и кристаллогидратов на стенках трубопроводов, поясните их.

15.Поясните назначение и устройство обогревающего спутника.

16.Как определить конечное давление в герметичном аппарате, полностью заполненном жидкостью, при повышении температуры окружающей среды?

17.Перечислите способы предотвращения разрушения герметичного оборудования с жидкостями, поясните их.

18.Перечислите способы предотвращения разрушения оборудования при снижении пропускной способности дыхательных линий, поясните их.

19.Перечислите способы предотвращения разрушения оборудования при подключении аппаратов с разным рабочим давлением друг к другу, поясните их.

20.Перечислите способы предотвращения разрушения оборудования при нарушении теплового баланса, поясните их.

21.Перечислите способы предотвращения разрушения оборудования при опасности попадания низкокипящей жидкости в высоконагретый аппарат, поясните их.

22.Перечислите способы предотвращения разрушения оборудования при опасности возникновения гидравлического удара, поясните их.

23.Перечислите способы предотвращения разрушения оборудования при опасности взрыва в нем технологической среды, поясните их.

24.Перечислите способы предотвращения разрушения оборудования при чрезмерной вибрации и механическом ударе, поясните их.

25.Укажите причины возникновения температурных напряжений.

26.Перечислите способы предотвращения разрушения оборудования от температурных воздействий, поясните их.

27.Перечислите основные направления предотвращения коррозии технологического оборудования, поясните их.

28.Укажите виды защитных (коррозионно-стойких) покрытий.

29.Поясните суть катодной и протекторной защиты оборудования.

30.Перечислите способы борьбы с токами утечки, поясните их.

132

Выход горючих веществ из технологического оборудования при авариях на производстве и способы обеспечения пожарной безопасности

Глава 8

выход горючих веществ из технологического оборудования при авариях на производстве

испособы обеспечения пожарной безопасности

8.1.Классификация аварий на производственных объектах

На производственных объектах в результате сочетания неблагоприятных внутренних и внешних факторов может произойти неожиданное нарушениеработыиливыходизстрояоборудования,коммуникаций,сооруженийили их систем, т. е. авария. В настоящей главе рассматриваются аварии, последствиями которых являются пожары, взрывы или выбросы опасных веществ.

Под аварийной ситуацией понимают ситуацию, характеризующуюся вероятностью возникновения аварии с возможностью дальнейшего ее развития.

Под аварией понимают разрушение сооружений и (или) технических устройств, применяемых на опасном производственном объекте, неконтролируемый пожар и (или) взрыв, и (или) выброс опасных веществ.

В зависимости от возможных последствий аварии на производственных объектах классифицируются как:

–  проектная авария – авария, для предотвращения которой в проекте промышленного объекта предусмотрены системы обеспечения безопасности, гарантирующие обеспечение заданного уровня безопасности;

–  крупная авария (промышленная катастрофа) – авария, повлекшая за собой человеческие жертвы, ущерб здоровью людей либо разрушения и уничтожение объектов, материальных ценностей в значительных размерах, а также нанесшая серьезный ущерб окружающей природной среде;

–  запроектная авария – авария, вызываемая не учитываемыми для проектных аварий исходными состояниями и сопровождающаяся дополнительными по сравнению с проектными авариями отказами систем безопасности и реализациями ошибочных решений персонала, приведших к тяжелым последствиям (то есть такая авария не была предусмотрена и учтена проектной документацией, случилась из-за неправильных действий работников предприятия и привела к тяжелым последствиям).

Авария на производстве (в отличие от нормального режима эксплуатации производства) характеризуется выходом в открытое пространство значительных количеств горючих веществ и материалов, быстрым нарастанием ВОК во всем объеме помещений и образованием значительных зон ВОК на наружных технологических установках, а также появлением источников зажигания, что приводит к взрывам и пожарам, часто имеющих катастрофические последствия.

Критериями оценки масштабов и последствий аварий на производственных объектах являются: количество горючих веществ и материалов,

133

Пожарная безопасность технологических процессов

выходящих из аварийного технологического оборудования, площадь растеканияЛВЖ,ГЖилисжиженногогорючегогаза(СГГ),максимальныйразмер образующихся взрывоопасных зон, радиус воздействия продуктов сгорания паровоздушного облака в случае реализации пожара-вспышки, параметры волн давления при сгорании газо-, пароили пылевоздушного облака, параметры волны давления при взрыве емкости с перегретой жидкостью или сжиженным газом при воздействии на нее очага пожара, интенсивность теплового излучения пожара разлившихся ЛВЖ, ГЖ и СГГ, интенсивность теплового излучения факела при струйном истечении и горении сжатых ГГ, паровой и жидкой фаз ЛВЖ, ГЖ и СГГ под давлением, интенсивность теплового излучения огненного шара.

Аварийная разгерметизация оборудования может быть локальной, т. е. носить характер повреждения, или полной, т. е. носить характер разрушения. При повреждении оборудования, работающего под повышенным давлением, обычно происходит струйное истечение части продуктов, находящихся в технологическом блоке. При разрушении оборудования весь продукт, находящийся в аварийном технологическом блоке, выходит наружу и, кроме того, происходит выход продуктов из смежных технологических блоков до момента срабатывания отсекающих устройств.

Массу выходящих из оборудования горючих веществ определяют с учетом их агрегатного состояния и физико-химических свойств, конструктивных особенностей оборудования и параметров его работы, места аварийной разгерметизации и ряда других факторов.

8.2. Масса горючих веществ, выходящих наружу при повреждении технологического оборудования

8.2.1. Аппараты со сжатыми газами

При определении массы горючего газа или перегретого пара, выходящего из поврежденного технологического оборудования, приняты следующие допущения:

–  давление газа или перегретого пара постоянное; –  размеры отверстия в стенке много больше ее толщины;

–  температура газа (перегретого пара) остается постоянной в течение времени истечения.

Массу выходящего из поврежденного оборудования горючего газа или перегретого пара при истечении под постоянным давлением mлок, кг (локальная разгерметизация) определяют из выражения

где GV – массовый расход газа, кг/с; τ – длительность истечения, с.

134

Выход горючих веществ из технологического оборудования при авариях на производстве и способы обеспечения пожарной безопасности

Массовый расход газа или перегретого пара через отверстие зависит от режима истечения и определяется по следующим формулам:

–  для докритического режима истечения, когда :

; (8.2)

–  для критического режима истечения, когда :

где pa – атмосферное давление, Па; рV – давление газа в оборудовании, Па; γ – показатель адиабаты газа;Аhol – площадь отверстия, м2; μ – коэффициент истечения, который при отсутствии данных допускается принимать равным 0,8; ρV – плотность газа в оборудовании при давлении рV, кг/м3.

8.2.2. Аппараты со сжиженными газами

При определении массы сжиженного газа, выходящего из поврежденного технологического аппарата, приняты следующие допущения:

–  истечение среды через отверстие однофазное, т. е. в зависимости от места образования отверстия в стенке (выше или ниже уровня жидкой фазы) происходит истечение из оборудования паровой либо жидкой фазы сжиженного газа;

–  отсутствует приток сжиженного газа в аппарат; –  размеры отверстия в стенке много больше ее толщины;

–  давление паровой фазы постоянное и существенно больше гидростатического давления жидкой фазы;

–  температура среды остается постоянной в течение времени истечения. Массовый расход паровой фазы GV, кг/с, определяют по формулам (8.2) или (8.3) в зависимости от режима истечения. Для определения массо-

вого расхода жидкой фазы GL используют выражение

135

Пожарная безопасность технологических процессов

где ρL и ρV – соответственно плотность жидкой и паровой фазы при давлении среды в оборудовании, кг/м3; рR = рV /рс – безразмерное давление сжиженного газа; ТR =T/Tс – безразмерная температура сжиженного газа; Т – температура сжиженного газа в оборудовании, К; рс и Тс – соответственно критические давление и температура сжиженного газа, К.

Массу выходящих из поврежденного оборудования паровой и жидкой фаз определяют по формуле (8.1).

8.2.3. Аппараты с жидкостями

При определении массы пожароопасной жидкости, выходящей из поврежденного технологического аппарата, приняты следующие допущения:

–  отсутствует приток жидкости в аппарат; –  истечение жидкости через отверстие однофазное;

–  аппарат имеет постоянную площадь сечения по высоте; –  диаметр аппарата много больше размеров отверстия; –  размеры отверстия в стенке много больше ее толщины;

–  температура жидкости в аппарате остается постоянной в течение времени истечения.

Массовый расход пожароопасной жидкости в начальный момент времени G0, кг/с, вычисляют по формуле

где µ – коэффициент истечения, изменяющийся в пределах 0,45–0,85 (при истечении жидкостей с вязкостью 0,5–1,5 МПа∙с через отверстия круглой формы в тонких стенках можно принимать μ = 0,64); ρ – плотность жидкости, кг/м3; g = 9,81 м/с2 – ускорение свободного падения; рр.и – избыточное рабочее давление среды в аппарате, Па (рр.и = рр – ра, Па; здесь рр – абсолютное рабочее давление среды в аппарате, Па); h0 – начальная высота столба жидкости в аппарате, м; hhol – высота расположения отверстия, м.

Массовый расход жидкости Gτ, кг/с, через отверстие в любой момент времени τ от начала истечения определяют по формуле

где АR – площадь сечения аппарата, м2.

Высоту столба жидкости в аппарате hτ, м, в зависимости от продолжительности истечения находят из выражения

136

Выход горючих веществ из технологического оборудования при авариях на производстве и способы обеспечения пожарной безопасности

Массу выходящей из поврежденного оборудования жидкости рассчитывают по формуле (8.1).

Длительность выхода горючих веществ лимитируется временем отключения аварийных аппаратов и трубопроводов от технологической системы или продолжительностью выполнения аварийных работ по ликвидации повреждений.

8.2.4. Аппараты с пылями

Масса горючей пыли (или волокон), выходящей из поврежденного технологического оборудования, может быть определена достаточно точно только экспериментально, так как зависит от многих параметров: свойств материала, типа аппарата, режима его работы и др. Из полностью заполненного аппарата через локальное повреждение пылевидный материал выходит наружу, массу которого mп, кг, можно только оценить расчетом:

гдеfотв –площадьсеченияотверстия,м2; ωп –скоростьистеченияструипыли,м/с; ρн – насыпная плотность материала, кг/м3.

Когда из оборудования через повреждение наружу выходит пылевоздушная смесь, концентрация пыли в которой известна, то ее массу mп, кг, оценивают по формуле

где ωпв – скорость истечения пылевоздушной смеси, м/с; – концентрация пыли в смеси, кг/м3.

Выходящий из поврежденного оборудования пылевидный материал оседает в основном на полу помещения или на промплощадке вблизи места утечки. Если скорость движения воздуха превышает скорость витания частиц пыли (волокон), то они образуют аэровзвесь (см. п. 5.4 и п. 6.3). В производственных помещениях аэровзвесь распределяется во всем объеме и частично удаляется вытяжной вентиляцией. Когда скорость движения воздуха снижается ниже скорости витания частиц, то пыль (волокна) оседает на различных поверхностях. На наружных установках аэровзвесь уносится воздушным потоком.

137

Пожарная безопасность технологических процессов

8.3. Масса горючих веществ, выходящих наружу при разрушении технологического оборудования

8.3.1. Аппараты со сжатыми газами

Массу горючих веществ mпол, кг, выходящих наружу при разрушении (полной разгерметизации) оборудования, в общем случае определяют по формуле

где mап – масса веществ, находящихся в аварийном аппарате, кг; mтр1 – масса веществ, выходящих из трубопроводов до момента отключения задвижек или других запорных устройств, кг; mтр2 – масса веществ, выходящих из трубопроводов после отключения задвижек или других запорных устройств, кг.

Массу горючего газа (или перегретого пара) mг(п), кг, выходящего наружу из аварийного аппарата, находят из выражения

где εг – доля свободного пространства аппарата, заполненного сжатым газом; Vап – геометрический внутренний объем аппарата, м3; qi – производительность i-го компрессора, м3/с; τi – время отключения трубопроводов (см. п. 8.3.4) или i-го компрессора; n – число компрессоров; и – соответственно длина, м, и сечение, м2, j-го участка трубопровода (отаварийного аппарата до запорного устройства), из которого происходит истечение газа; k – число участков трубопроводов, примыкающих к аварийному аппарату; ρг –плотностьгорючегогазаприатмосферномдавленииитемпературе среды в аппарате, кг/м3.

8.3.2. Аппараты с жидкостями и сжиженными газами

Выражение для определения массы mж, кг, выходящих наружу ЛВЖ, ГЖ или СГГ при разрушении оборудования, имеет вид

где εж – степень заполнения аппарата жидкостью; qi – производительность i-го насоса, м3/с; τi – расчетное время отключения трубопроводов или i-х насосов, с; и – соответственно длина, м, и сечение, м2, j-го участка трубопровода(от аварийного аппарата до запорного устройства), из которого

138

Выход горючих веществ из технологического оборудования при авариях на производстве и способы обеспечения пожарной безопасности

происходит истечение жидкости (сжиженного газа); ρж – плотность жидкости при рабочей температуре среды в аппарате, кг/м3.

8.3.3. Аппараты с пылями

Массу горючей пыли (волокон), выходящей наружу при разрушении оборудования, определяют из выражения (8.10).

8.3.4. Расчетное время отключения трубопроводов

Подвременемотключения ивременемсрабатыванияпонимают проме-

жуток времени от начала возможного поступления горючего вещества из трубопровода (перфорация, разрыв, изменение номинального давления и т.п.) до полного прекращения поступления газа или жидкости в помещение или на территорию наружной установки.

Расчетное время отключения трубопроводов τi запорными устройствами при разрушении технологического оборудования с любыми видами горючих веществ и материалов принимают минимальным в каждом конкретном случае с учетом паспортных данных на запорные устройства, их надежности, характера технологического процесса и аварийного разрушения оборудования.

При отсутствии данных расчетное время отключения трубопроводов допускается принимать не более:

–  времени срабатывания системы автоматики отключения трубопроводов согласно паспортным данным установки, если вероятность отказа системы автоматики не превышает 1·10–6 год–1 или обеспечено резервирование ее элементов;

–  120 с, если вероятность отказа системы автоматики равна 1·10–6 год–1 и более и не обеспечено резервирование ее элементов;

–  300 с при ручном отключении.

8.4. Масса горючих веществ и материалов, участвующих в образовании зон взрывоопасных концентраций

Особенностиопределениямассывеществиматериалов,участвующих в образовании зон ВОК, зависят от того, где размещается технологическое оборудование: в производственных помещениях или на территории наружных технологических установок.

8.4.1. Размещение оборудования в производственном помещении

При определении количества горючего вещества или материала, участвующего в образовании зоны ВОК в производственном помещении, учитывается работа аварийной вентиляции, с помощью которой горючие вещества частично удаляются из помещения при возникновении аварийной

139

Пожарная безопасность технологических процессов

ситуации. Допускается также учитывать постоянно работающую общеобменную вентиляцию, к которой предъявляются требования, аналогичные требованиям, предъявляемым к аварийной вентиляции.

Чтобы определить массу горючего вещества, участвующего в образовании зоны ВОК с учетом работы аварийной вентиляции, необходимо массу горючего вещества, поступившего в объем помещения, разделить на коэффициент K:

где А – кратность воздухообмена, создаваемого аварийной вентиляцией, с–1; Т – продолжительность поступления горючих газов в объем помещения, с.

В помещение поступает горючий газ или перегретый пар

Массу горючего газа (перегретого пара) m*, кг, участвующего в образовании зоны ВОК, определяют по формуле

где mг(п) – масса газа (перегретого пара), поступившего в помещение при локальной или полной разгерметизации оборудования, кг.

В помещение поступает легковоспламеняющаяся или горючая жидкость

После пролива ЛВЖ и ГЖ на полу производственного помещения происходит их испарение и образование паровоздушных смесей.

Площадь испарения жидкости Fи, м2, находят из выражения

где Fр – площадь разлива жидкости на неограниченной поверхности, м2; fр – коэффициент разлития жидкости, м–1; Vж – объем разлившейся жидкости, м3; Vж = mж / ρж (здесь ρж – плотность жидкости, кг/м3); F – свободная для разлива площадь пола помещения, в котором произошла авария, м2.

Коэффициент разлития жидкости на полу производственного помещения принимают:

–  при разливе смесей и растворов, содержащих 70 % и менее (по массе) растворителей fр = 500 м–1;

–  при разливе смесей и растворов, содержащих более 70 % (по массе) растворителей и чистых жидкостей fр = 1 000 м–1.

Длительность испарения жидкости τи, с, определяют из соотношения:

140