Пожарная безопасность технологических процессов / Goryachev - PB Tekhnologicheskikh processov 2020

Производственные источники зажигания и способы обеспечения пожарной безопасности

(цинк, алюминий, титан, магний и др.), олифа, скипидар, животные жиры и растительные масла и тому подобные вещества.

В случае теплового самовозгорания импульсом служит непосредственный нагрев вещества до температуры самовозгоранияtс, при которой в веществе начинаются самоускоряющиеся реакции окисления, приводящие к тлению или пламенному горению. По такой схеме самовозгораются: травяная мука, лакоткани, гранитоль, пенополиуретан и другие материалы.

Оценить параметры процесса теплового самовозгорания горючего вещества или материала можно, решив систему уравнений:

(9.5)

где Ар, nр, Ав и nв – опытные коэффициенты; S – удельная поверхность тела, м–1, определяемая из выражения

,

гдеF–полнаянаружнаяповерхностьтела,м2;V –объемтела,м3;l,b,h –раз- меры тела вдоль соответствующей координатной оси, м.

Экспериментальное определение условий теплового самовозгорания производят по специальным методикам, учитывающим условия теплообмена, кинетику реакций окисления горючих веществ и материалов.

Пожарная безопасность при возможности самовоспламе - нения и самовозгорания веществ и материалов обеспечивается следующими основными способами и их комбинацией:

1.  Исключением контакта горючих веществ, нагретых до температуры самовоспламенения и выше, а также веществ, имеющих температуру самовоспламенения ниже температуры окружающей среды, с воздухом.

2.  Контролем температуры и продолжительности хранения веществ и материалов, склонных к тепловому, химическому и (или) микробиологическому самовозгоранию.

3.  Снижением температуры веществ и материалов, склонных к тепловому самовозгоранию, до значения ниже 0,7tс.

4.  Исключением контакта с водой веществ и материалов, реагирующих с выделением тепла, взрывом или самовозгоранием.

5.  Исключением контакта друг с другом веществ и материалов, реагирующих с выделением тепла, взрывом или самовозгоранием.

161

Пожарная безопасность технологических процессов

6.  Предотвращением образования пирофорных соединений и отложений в производственном оборудовании.

7.  Очисткой оборудования, помещения и территории наружных установок от пирофорных веществ и материалов.

8.  Смачиванием стенок и днищ аппаратов, на которых возможно образование пирофорных отложений, водой перед вскрытием на осмотр или ремонт, а также постоянным смачиванием отложений в процессе их удаления.

9.  Удалениемпирофорныхотложений,загрязненноймасламиветоши, замазученного грунта и тому подобных материалов с территории производственных объектов в специально отведенные места.

10.  Очисткой нагнетательных линий воздушных компрессоров от нагаромасляных отложений.

11.  Очисткой корпуса подшипников, электродвигателей и других нагревающихся при работе устройств от масел, отложений пуха, пыли и других материалов, склонных к самовозгоранию.

12.  Предотвращением контакта ацетилена с медью и ее сплавами. 13.  Предотвращением температурных или механических воздействий

на нестойкие химические соединения.

9.3. Пожарная опасность теплового проявления механической энергии и способы обеспечения пожарной безопасности

9.3.1.Пожарная опасность искр удара и трения

иосновные способы обеспечения пожарной безопасности

При соударении или трении твердых тел одно о другое от них отрываютсячастицы,которыенагреваютсявследствиепревращениячастикинетической энергии в тепловую и протекания экзотермической реакции окисления. Такие частицы по способу возникновения называются искрами удара и трения, или фрикционными искрами. Они относятся к низкокалорийным источникам тепла и могут служить потенциально возможными источниками зажигания газо-, паро- и пылевоздушных горючих смесей, а также могут вызывать появление очагов тления при попадании на отложения пыли или волокон.

Экспериментально установлено, что максимальная температура фрикционных искр ограничена температурой плавления более легкоплавкого материала трущейся или соударяющейся пары (при условии, что эти материалы не способны взаимодействовать друг с другом с экзотермическим эффектом).

Почти все металлы (за исключением благородных) взаимодействуют с кислородом воздуха, причем скорость их окисления растет с увеличением температуры. При определенной температуре, когда количество тепла, полученного частицей в момент удара и выделившегося вследствие окисления,

162

Производственные источники зажигания и способы обеспечения пожарной безопасности

превысит количество тепла, отводимого в окружающую среду, самоускорение реакции окисления приведет к самовоспламенению металлической частицы.

Параметры фрикционных искр, образующихся при соударении конструкционных сталей (обыкновенного качества или качественных) можно оценить расчетом. Температура искр достигает температуры плавления сталей, т. е. примерно 1 550 °С. Количество отдаваемого тепла искрой при ее охлаждении от начальной температуры 1 550 °С до конечной температуры, равной температуре самовоспламенения горючего вещества tсв (принято 100 °С ≤ tсв ≤ 700 °С – данный диапазон температур самовоспламенения охватывает практически любые горючие газы и пары), составляет 0,26–0,45 Дж.

Длительность существования искр, найденная из условий нестационарного теплообмена, исчисляется долями секунды (не превышает 0,5 с).

Сопоставление расчетных параметров искр с показателями пожаровзрывоопасности горючих веществ и материалов показывает, что фрикционные искры способны воспламенять не все горючие смеси. Определить реальную воспламеняющую способность искр можно лишь экспериментально. Экспериментально установлено следующее:

–  с увеличением энергии соударения воспламеняющая способность фрикционных искр возрастает;

–  бόльшую опасность представляет скользящий удар, чем прямой; –  «бедные» горючие смеси зажигаются искрами удара легче, чем «бо-

гатые»; –  при многократных соударениях твердых тел (например, лопастей

вентилятора о корпус) горючие смеси могут зажигаться не только искрами, но и нагревшимися при трении поверхностями;

–  соударение алюминия, магния и их сплавов о ржавую стальную поверхность приводит к образованию частиц термита (смесей, состоящих из алюминия (магния) и окиси железа), сгорающих при температуре около

3 500 °С; –  большую опасность представляют искры, образующиеся при уда-

рах и трении титана и его сплавов; –  искры, образующиеся при трении стальных деталей о корундовые

и шлифовальные круги, имеют температуру выше 3 000 °С.

Для предотвращения образования фрикционных искр при попадании в оборудование вместе с перерабатываемыми веще - ствами и материалами инородных примесей используются сле - дующие основные способы:

–  очистка веществ и материалов от инородных примесей путем их просеивания или с помощью гравитационных, инерционных или магнитных улавливателей (сепараторов);

163

Пожарная безопасность технологических процессов

–  применение искробезопасных конструкционных материалов; –  защита рабочих поверхностей оборудования искробезопасными фу-

теровками.

На рис. 9.3 приведена схема устройства для очистки хлопка-сырца от камней и других твердых примесей перед подачей его по системе пневмотранспорта 1 в машины. В системе пневмотранспорта имеется участок с плавным изгибом радиуса R. На выходе из изогнутого участка монтируется бункер 2. Участок трубопровода до бункера и сам бункер изготовляют из искробезопасного материала или футеруют изнутри резиной. Попавшие в систему пневмотранспорта камни 4 в изогнутом участке трубопровода под действием центробежной силы отбрасываются к его стенке и движутся вдоль нее до того места, где изгиб трубопровода меняется (точка а). В этом месте камни отрываются от стенки и, продолжая под действием силы инерции прямолинейное движение, попадают в бункер, в котором имеются резиновые отбойники 3. При ударах об эластичные перегородки камни теряют скорость и падают на дно бункера 5. Хлопок, как малоинерционная среда, с потокомвоздухавыноситсяизизогнутогоучасткатрубопроводаинаправляется на дальнейшую переработку.

Хлопок а

R

5

Рис. 9.3. Схема инерционного камнеулавливателя

Для предотвращения образования фрикционных искр при ударах подвижных частей машин о неподвижные части исполь - зуются следующие способы:

–  применение искробезопасных конструкционных материалов; –  защита рабочих поверхностей оборудования искробезопасными фу-

теровками; –  балансировка подвижных частей оборудования (в неподвижном со-

стоянии и на холостом ходу); –  применение искробезопасных материалов для пола и изготовления

обслуживающих площадок;

164

Производственные источники зажигания и способы обеспечения пожарной безопасности

–  увлажнение пола в помещениях, в которых обращается нитроклетчатка и подобные ей легковоспламеняющиеся вещества;

–  устранение неполадок, вызывающих вибрации и удары; –  использование искробезопасных материалов для изготовления ко-

лес и бамперов внутрицехового транспорта.

Для предотвращения образования фрикционных искр и их контакта с горючими смесями при выполнении ремонтных ра - бот используются следующие способы:

–  применение искробезопасного слесарного инструмента, имеющего сертификат безопасности для работ в конкретных взрывоопасных средах1; –  проведение аварийных работ в специальных укрытиях с гарантиро-

ванным подпором чистого воздуха; –  устройство воздушного душа в месте проведения аварийных работ;

–  устройство защитных экранов; –  применение охлаждающих жидкостей для отвода тепла из зоны ре-

зания (от режущего инструмента и материала оборудования).

9.3.2.Пожарная опасность узлов трения в машинах

иосновные способы обеспечения пожарной безопасности

При работе машин и механизмов узлы, в которых движущиеся части сопрягаются с неподвижными, нагреваются вследствие трения. Максимальную температуру tmax, °С, в узле трения при нарушении режима смазки и охлаждения можно определить по формуле

где tср – температура окружающей среды;(здесьf – безразмерный

коэффициент трения скольжения, зависящий от свойств материала трущихся пар, качества их обработки, наличия между ними смазки, скорости скольжения и других факторов; N – сила нормального давления между трущимися парами, Н; d – диаметр вращающейся детали, м; ω – угловая скорость, с–1; τ – продолжительность нарушения режима смазки и охлаждения, с); F – поверхность теплообмена, м2; α – коэффициент теплообмена от узла трения в окружающую среду, вычисляемый по формулам:

–  при t ≤ 60 °С

1 Омедненный, луженый, оцинкованный и тому подобный инструмент не может считаться искробезопасным, так как тонкое защитное покрытие быстро истирается; обильная смазка инструмента тавотом или густым мыльным раствором для предотвращения образования искр ничем не обоснована; кроме того, возрастает опасность выскальзывания инструмента из рук.

165

Пожарная безопасность технологических процессов

–  при t > 60 °С

где t – температура узла трения (корпуса подшипника, барабана и т. п.). Надействующихпроизводствахотмеченыслучаивозгораниягорючих

материалов вследствие перегрева подшипников и сальников машин, барабанов и лент транспортеров и норий, шкивов и приводных ремней; выделения тепла при обработке древесины, пластмасс и металлов резанием, таблетировании лекарств, прессовании пластмасс и отходов древесины, а также при сжатии газов.

Подшипники скольжения

Подшипники скольжения сильно нагруженных и высокооборотистых валов и осей машин могут перегреваться вследствие ряда причин: некачественной смазки, загрязнения подшипников, перекосов валов, чрезмерной затяжки подшипников, перегрузки машин, загрязнения корпусов подшипников отложениями.

При наличии систем централизованной смазки перегрев подшипников, помимо указанных причин, происходит из-за повышения температуры масла, поступающего в подшипники, снижения расхода масла и его загрязнения механическими примесями.

Примерную температуру подшипников скольжения в случае прекращения их охлаждения можно определить по формуле (9.6).

Для предотвращения перегрева подшипников скольжения применяются следующие основные способы и их комбинации:

–  смазкаподшипниковиподвижныхчастеймашинимеханизмовмаслами и смазками в установленные сроки в соответствии с рекомендованными технической документацией;

–  тщательная регулировка узлов трения при сборке и ремонте машин; –  предотвращение перегрузки машин и механизмов; –  очистка корпуса подшипников от наслоений краски, отложений

пыли, волокнистых материалов, ухудшающих теплообмен с окружающей средой (при этом снижается также опасность самовозгорания отложений); –  устройство систем воздушного, водяного или масляного охлажде-

ния подшипников высоконагруженных машин и механизмов; –  устройство систем централизованной смазки подшипников с авто-

матическим контролем и регулированием давления и температуры масла в системе, а также с контролем уровня масла в маслобаке;

–  устройство автоматической блокировки, обеспечивающей включение резервного насоса системы централизованной смазки при остановке основного маслонасоса или падении давления в напорной линии, а также срабатывание звуковой и световой сигнализации;

166

Производственные источники зажигания и способы обеспечения пожарной безопасности

–  очистка масел от механических примесей в фильтре, установленном за насосом, подающим масло в подшипники;

–  очистка теплообменных поверхностей в масляном холодильнике системы централизованной смазки от отложений;

–  замена подшипников скольжения подшипниками качения.

Конвейерные ленты и приводные ремни машин и механизмов

Проскальзывание (буксование) конвейерных лент и ремней клиноременных передач относительно приводных барабанов и шкивов приводит к перегреву последних и воспламенению лент и ремней. К буксованию приводит: перегрузка конвейера или машины; слабое натяжение ленты или ремня; завал башмака элеватора, т. е. такая ситуация, когда ковш элеватора не может пройти сквозь толщу сыпучего материала; защемление ленты (ремня) или ее перекос, замасливание ленты (ремня).

Максимальную температуру барабана или шкива при длительном буксовании ленты или ремня можно определить по формуле (9.6).

Для предотвращения буксования конвейерных лент и рем - ней клиноременных передач используются следующие основ - ные способы:

–  исключение перегрузки транспортеров путем ограничения толщины слоя материала на ленте транспортера, равномерной подачей материала с помощью питателей и тому подобных устройств;

–  контроль и при необходимости регулировка натяжения лент конвейеров и приводных ремней;

–  устройство натяжных станций, автоматически обеспечивающих требуемое натяжение лент конвейеров;

–  ограничение толщины слоя сыпучего материала в башмаке элеватора для предотвращения завала;

–  применение защитных устройств и приспособлений, автоматически сигнализирующих о перегрузке и отключающих привод конвейеров и машин; –  устранение перекоса лент, контроль и регулировка зазоров между лентами конвейеров и кожухами или другими неподвижными предметами,

находящимися рядом с конвейерами; –  очисткаприводныхбарабановишкивов,лентиремнейотзагрязнений;

–  своевременная замена изношенных лент и приводных ремней.

Наматывание волокнистых материалов на валы (оси) машин и механизмов

Загорание волокнистых материалов при наматывании их на валы (оси) машин и механизмов наблюдается на прядильных фабриках, льнозаводах, а также в комбайнах при уборке зерновых культур. Иногда загорание

167

Пожарная безопасность технологических процессов

происходит при наматывании волокнистых материалов на валы конвейеров, транспортирующих отходы и готовую продукцию. На прядильных фабриках загорания часто возникают также в результате наматывания на валы оборвавшихся шнуров, с помощью которых приводятся во вращение веретена прядильных машин. Суть процесса загорания заключается в следующем: волокнистый или соломистый материал наматывается на вал (ось) около подшипника, что сопровождается образованием жгута, постепенным его уплотнением, сильным нагреванием при трении о стенки машины с последующим обугливанием и воспламенением.

Наматыванию волокнистых материалов на вращающиеся валы машин способствуют: наличие увеличенных зазоров между валами и подшипниками (волокно, попадая в зазоры, защемляется, начинает наматываться на валы, все более и более уплотняясь); наличие оголенных участков валов и осей, с которыми могут соприкасаться волокнистые материалы; использование влажного и загрязненного сырья.

Для предотвращения наматывания волокнистых и соломи - стых материалов на валы и оси машин и механизмов применя - ются следующие способы:

–  обеспечение при проектировании машин и механизмов минимальных зазоров между цапфами валов (осей) и подшипниками, не допуская их увеличения в процессе эксплуатации;

–  защита валов (осей) от непосредственного контакта с обрабатываемыми волокнистыми и соломистыми материалами втулками (рис. 9.4), кожухами, противонамоточными щитками, острыми ножами, разрезающими наматываемое волокно, и тому подобными устройствами;

Рис. 9.4. Защита вала от наматывания волокнистых материалов: а – свободно насаженной цилиндрической втулкой;

б – неподвижной конусной втулкой; 1 – подшипник; 2 – вал; 3 – защитная втулка

–  контроль состояния валов, на которые могут наматываться волокнистые и соломистые материалы, и своевременная их очистка.

168

Производственные источники зажигания и способы обеспечения пожарной безопасности

9.3.3. Пожарная опасность нагрева газов при сжатии и способы обеспечения пожарной безопасности

Сжатие (компримирование) газов производят специальными машинами – компрессорами. При сжатии температура газа может подниматься с 20 °С примерно до 870–1 040 °С (при начальном давлении 0,1 МПа и конечном давлении 15,0 МПа), что, в свою очередь, приводит к повышению температуры деталей, узлов и компрессора в целом. При высоких температурах может не только нарушаться процесс сжатия газов, ухудшаться смазка и происходить ускоренный износ деталей и узлов компрессора, но могут возникать аварийные ситуации, в особенности при отказе систем охлаждения, приводящие к заклиниванию поршней, поломке привода, термическому разложению (иногда со взрывом) сжимаемого горючего газа, самовоспламенению масла в картере компрессора и т. д.

При эксплуатации воздушных компрессоров повышенная температура сжатого воздуха способствует разложению смазки с образованием нагара на стенках цилиндров и на клапанах, что приводит к снижению их герметичности при закрытии и дальнейшему резкому повышению температуры сжимаемого воздуха. Под влиянием вибраций, неизбежных при работе компрессора, нагар частично отстает от стенок и уносится в трубопровод, холодильник, воздушный аккумулятор, осаждается в них и формирует вместе с парами масел весьма прочные отложения. Скопление нагара в трубопроводах уменьшает их сечение, вызывая потерю энергии, повышение давления и температуру сжатого газа. Кроме того, нагаромасляные отложения способны самовозгораться при высоких температурах сжатого воздуха.

Максимальную температуру газа при сжатии в компрессоре и отсутствии охлаждения определяют по формуле

где tн и tк – температура газа в компрессоре соответственно до сжатия (начальная)ипослесжатия(конечная),°С;рн ирк –начальноеиконечноедавлениегаза соответственно,Па;n –показательполитропы(n ≈0,9k ,гдеk –показательади- абаты).

Для обеспечения пожарной безопасности при сжатии га - зовприменяются следующие основные способы:

1)  сжатие газов до высоких давлений в многоступенчатых компрессорах. Исходя из условий безопасного режима эксплуатации компрессора, число ступеней сжатия газа определяют по формуле

169

Пожарная безопасность технологических процессов

где [ε] – допустимая степень сжатия газа, определяемая из выражения

где – безопасная температура газа в конце сжатия, в качестве которой принимают минимальное значение одной из следующих величин:

–  допустимойтемпературы,исходяизусловиятермическогоразложения горючего газа;

–  безопасной температуры сжимаемой горючей смеси, равной 0,8tсв (здесь tсв – температура самовоспламенения газа);

–  допустимойтемпературымаславкартерекомпрессора,равной0,8tвсп; 2)  устройство эффективной системы охлаждения компрессора; 3)  применение в многоступенчатых компрессорах промежуточных

холодильников для охлаждения газа после каждой ступени сжатия; 4)  своевременная очистка теплообменных поверхностей в компрессо-

рах и в промежуточных холодильниках от отложений; 5)  контроль температуры хладоносителя и регулирование его расхода

с автоблокировкой привода компрессора при падении расхода хладоносителя ниже регламентированного уровня;

6)  контроль температуры масла в картере компрессора;

7)  контроль температуры сжатого газа с автоблокировкой привода компрессора при повышении ее значения выше;

8)  контроль давления во всасывающей линии компрессора с автоблокировкой привода при его падении ниже допустимого значения;

9)  контроль и регулировка давления газа в нагнетательной линии компрессора;

10)  применение в компрессорах объемного действия обратных клапанов, устанавливаемых после каждой ступени сжатия;

11)  контроль давления масла в системе смазки с автоблокировкой привода компрессора при его падении ниже допустимого уровня.

контрольные вопросы

1.Сформулируйте понятие источник зажигания и укажите основные признаки классификации производственных источников зажигания.

2.При каких условиях нагретое тело может стать источником вынужденного зажигания горючей смеси?

170