Пожарная безопасность технологических процессов / Goryachev - PB Tekhnologicheskikh processov 2020

Распространение пожара на производстве и способы обеспечения пожарной безопасности

сепаратор6, где от него отделяется жидкая фаза, а затем по факельному коллектору 7 направляется на факельную установку.

Требования к системе аварийного стравливания:

–  линию аварийного стравливания оборудуют единственной аварийной задвижкой, находящейся у аппарата и приводящей систему в действие; –  при возможности уноса жидкой фазы из аппаратов вместе со сбрасываемыми газами на цеховой линии сброса и факельном коллекторе уста-

навливают сепараторы; –  линии аварийного стравливания и факельный коллектор проклады-

вают с минимальным числом поворотов и уклоном в сторону сепараторов; –  привод задвижки аварийного стравливания должен быть автоматическим (автоматический привод задвижки может дублироваться ручным

или дистанционным приводом); –  при возможности образования ВОК предусматривают продувку си-

стемы аварийного стравливания инертным газом; –  продолжительность аварийной эвакуации газа из аппарата не долж-

на превышать допустимую продолжительность аварийного режима. Условие безопасной аварийной эвакуации (стравливание) горючего

газа или перегретого пара из аппарата τав.стр, с, имеет вид

, (10.4)

где и– продолжительность аварийного выпуска газа в критическом и докритическом режимах истечения соответственно, с; τопер – продолжительность операций по приведению системы в действие, с; τав.реж – допустимая продолжительность аварийного режима, с.

Допустимая продолжительность аварийного режима τав.реж лимитируется скоростью нарастания критических событий в аппаратах, работающих под повышенным давлением, и обычно не превышает 5 мин. Продолжительность операций τопер по приведению системы аварийного стравливания в действие зависит от надежности срабатывания автоматики и должна быть минимальной (не более 10–15 с).

На общую продолжительность аварийного стравливания газа из аппарата в первую очередь влияют объем аппарата, давление среды в нем и гидравлическое сопротивление системы стравливания. Количество выпускаемого из аппарата газа Vг, м3, составляет:

где Vап – свободный объем аппарата, м3; рап – давление в аппарате при срабатывании системы стравливания, Па; р0 – атмосферное давление, Па.

181

Пожарная безопасность технологических процессов

В зависимости от величины давления срабатывания системы аварийного стравливания истечение газа из аппарата может происходить в критическом и докритическом режимах истечения. В случае, когда истечение газа из аппарата начинается в критическом режиме истечения, а после снижения давления в нем завершается в докритическом режиме, продолжительность истечения газа определяют по формулам:

, (10.7)

где α – коэффициент расхода системы; f – сечение отверстия, через которое происходит истечение газа из аппарата, м2; и – скорость истечения газа в критическом режиме и средняя скорость истечения газа соответствен-

но (см. п. 8.2).

При организации аварийного выпуска горючих газов и паров на свечу необходимо учитывать возможность загазованности территории предприятия и соседних объектов. Поэтому минимальную высоту газоотвода определяют с учетом максимального расхода сбрасываемого газа, его физико-химических свойств и температуры.

Для предотвращения опасности образования горючей концентрации в приземном слое атмосферы высота газоотвода должна превышать его расчетную минимальную высоту, выпускное отверстие не должно располагаться в зоне аэродинамической тени, а сброс рекомендуется направлять вертикально вверх.

10.3. Защита производственных коммуникаций от распространения огня и раскаленных продуктов горения

10.3.1. Причины распространения пламени по производственным коммуникациям

Основные причины распространения пламени по производственным коммуникациям:

–  образование ВОК в трубопроводах, воздуховодах, траншеях, туннелях и тому подобных устройствах;

–  наличие в трубопроводах с горючими жидкостями паровоздушного пространства (работа трубопроводов неполным сечением);

–  наличие слоя горючей жидкости на поверхности воды в канализации, лотках, траншеях и т. д.;

–  наличие горючих отложений на поверхности труб, каналов, воздуховодов и т. д.;

182

Распространение пожара на производстве и способы обеспечения пожарной безопасности

–  наличие в коммуникациях веществ, способных разлагаться со взрывом или горением при повышенной температуре, давлении или механическом воздействии;

–  наличие в коммуникациях веществ, способных разлагаться со взрывом или горением при контакте с водой, кислородом воздуха или друг с другом.

Для предотвращения распространения по производственным коммуникациям пламени, искр и раскаленных продуктов горения используют огнепреграждающие устройства, а также проводят профилактические мероприятия по устранению причин распространения пламени. К устройствам для защиты производственных коммуникаций от распространения пламени относятся сухие огнепреградители, жидкостные затворы, затворы из твердых сыпучих материалов и отсекатели пламени.

10.3.2. Сухие огнепреградители

Сухими огнепреградителями (ОП) защищают газовые коммуникации,

вкоторых при нормальном режиме проведения процесса, при его нарушении или при возникновении аварийной ситуации могут образовываться горючие концентрации. Действие сухого ОП основано на гашении пламени

вузких каналах, через которые свободно проходит горючая смесь, а пламя распространяться не может.

Сухие ОП классифицируют по следующим признакам: –  типу пламегасящего элемента; –  месту установки;

–  времени сохранения работоспособности при воздействии пламени. По типу пламегасящего элемента ОП подразделяются на сетчатые, кассетные, с пламегасящим элементом из гранулированного материала (гравийныйОП)испламегасящимэлементомизпористогоматериала(металло-

керамический и насадочный ОП).

На рис. 10.3–10.6 показаны схемы ОП с различными типами огнепреграждающих элементов.

Всетчатых ОП (рис. 10.3) используют медные, латунные и стальные сетки. Для надежного гашения пламени применяют не одну, а несколько сеток, последовательно установленных на расстоянии примерно 10 мм друг от друга.

Вгравийных ОП (рис. 10.4) используются различные гранулированные тела (гравий, шарики, кольца и др.), а в насадочных ОП – набивные материалы (стекловата, асбестовое волокно и др.) и пористые металлокерамические перегородки.

Для защиты сетчатых, гравийных и насадочных ОП от разрушения при взрыве горючей смеси применяют мембранные устройства.

183

Пожарная безопасность технологических процессов

8

Рис. 10.3. Сетчатый огнепреградитель: 1 – мембраны; 2 – патрубок; 3 – корпус;

4, 7 – патрубки для подвода и отвода горючей смеси; 5 – крышка; 6 – сетчатые гильзы; 8 – днище

1

13 12 11

14 I

Рис. 10.4. Гравийный огнепреградитель:

1 – опорная решетка; 2 – мембраны; 3 – боковая стенка; 4 – внутренняя перфорированная труба;

5, 10 – присоединительные патрубки; 6 – бункер; 7, 9 – крышки; 8 – внешняя перфорированная труба; 11 – разгрузочный люк; 12 – корпус;

13 – гравий; 14 – патрубок слива конденсата

В кассетных ОП (рис. 10.5) защитным элементом является свернутая из гладкой и гофрированной лент кассета, которая несложно заменяется. Такие огнепреградители применяются для защиты дыхательных патрубков резервуаров с ЛВЖ.

184

Распространение пожара на производстве и способы обеспечения пожарной безопасности

1

Рис. 10.5. Кассетный огнепреградитель:

1 – верхняя часть корпуса; 2 – кассета; 3 – нижняя часть корпуса

Длягорючихсмесей,имеющихбольшуюскоростьгорения(например, для ацетилено-, водородовоздушных смесей и др.), для смесей горючих веществ с кислородом применяются насадки из стеклянных или фарфоровых шариков диаметром не более 1 мм, из металлокерамических пластин или трубок (рис. 10.6), а также огнепреградители, выполненные в виде колонок с орошаемой водой насадкой из керамических колец.

Рис. 10.6. Металлокерамический огнепреградитель: 1 – корпус; 2 – диск; 3 – металлокерамическая трубка; 4 – шайба с отверстиями; 5 – грибок; 6 – прокладки; 7 – золотник; 8 – пружина

Пламя теряет способность распространяться по горючей смеси, когда температура во фронте становится меньше некоторой критической величины. Гашение пламени в каналах ОП происходит при определенном

185

Пожарная безопасность технологических процессов

(критическом) значении критерия Пекле, характеризующем меру соотношения между теплом, переносимым путем конвекции, и путем теплопроводности при конвективном теплообмене:

где u – нормальная скорость распространения пламени, м/с; dкр – критический диаметр канала огнепреграждающего элемента, при котором наблюдается гашение пламени, м; сp – молярная теплоемкость горючей смеси при постоянном давлении, Дж/(кмоль·К); р – давление горючей смеси, Па; R = 8314,31 Дж/(кмоль·К) – универсальная газовая постоянная;Т– начальная температура горючей смеси, К; λ – коэффициент теплопроводности горючей смеси, Вт/(м·К).

Экспериментально установлено, что на пределе гашения пламени в узких каналах критическое значение критерия Пекле приблизительно равно 65. При значениях Ре ≥ 65 пламя «проскочит» через огнепреградитель, при значениях Ре < 65 огнепреградитель «сработает», т. е. не пропустит пламя.

Используя выражение (10.8) с учетом запаса надежности, принимаемого равным 2, находят фактический диаметр каналов в огнепреграждающем элементе:

Рекомендуемые значения диаметров гасящих каналов (с двукратным запасом надежности) для некоторых смесей газов и паров с воздухом при атмосферном давлении и комнатной температуре приведены в табл. 10.1.

Пламегасящую способность ОП следует рассчитывать по каналу максимальных поперечных размеров, поскольку пламя в первую очередь пройдет именно по этому каналу. Если пламегасящим элементом служит кассета

186

Распространение пожара на производстве и способы обеспечения пожарной безопасности

из плоской и гофрированной лент, то за диаметр канала следует принимать высоту, опущенную из вершины треугольного гофра на плоскую ленту. Диаметры каналов в насадке из шариков одинакового размера приведены в табл. 10.2.

Рассмотренный метод расчета гасящей способности сухих ОП и данные,приведенныевтабл.10.1,относятсятолькокконцевым(резервуарным) огнепреградителям, которые работают при температуре окружающей среды и атмосферном давлении. Для коммуникационных (встроенных) ОП приведенная методика расчета непригодна, так как их работа осложняется повышенным давлением и прохождением горячих продуктов сгорания через огнепреграждающий элемент. В этом случае пламегасящая способность огнепреградителей должна устанавливаться экспериментально.

10.3.3. Жидкостные огнепреградители (гидравлические затворы)

Жидкостные огнепреградители (гидрозатворы) применяют для защитыкакгазовых,такижидкостныхкоммуникацийотраспространенияпламени. Простота конструкции и высокая надежность гидрозатворов позволяет эффективно использовать их для защиты трубопроводов с быстрогорящими смесями, а также с веществами, способными разлагаться со взрывом (ацетиленом, этиленом и др.).

Принцип действия гидрозатвора на газопроводе состоит в разделении сплошного газового потока на цепочку отдельных газовых пузырьков в жидкости, через которую пламя распространяться не может. В гидрозатворе открытого типа пространство над поверхностью запирающей жидкости сообщается с атмосферой. Затворами такого типа оборудованы гидравлические предохранительные клапаны резервуаров (см. рис. 3.8).

Гидрозатворы закрытого типа работают под избыточным давлением (рис. 10.7). Когда затвор не работает, обратный клапан 3 закрывает подводящую линию, препятствуя попаданию в нее запорной жидкости. При открывании крана 5 газ поступает в линию 4, обратный клапан 3 открывается, газ барботирует через слой запорной жидкости и направляется по линии 7 к потребителю (рис. 10.7, а). При проскоке пламени по линии 7 в корпусе затвора 1 резко возрастает давление, клапан 3 закрывается и срабатывает (разрушается) на сбросном отверстии 8 мембранное предохранительное

187

Пожарная безопасность технологических процессов

устройство 6, защищающее затвор от разрушения (рис. 10.7, б). Пробный кран 2 служит для контроля уровня запорной жидкости.

4

Рис. 10.7. Схема гидрозатвора на газовой линии высокого давления: а – до проскока пламени, б – при проскоке пламени

При работе в зимнее время водяные гидрозатворы следует размещать в отапливаемых помещениях, а если это невозможно, то в качестве запорной жидкости следует использовать антифриз.

На рис. 10.8 показано устройство гидрозатворов в производственной канализации.

Рис. 10.8. Схемы гидрозатворов в производственной канализации: а – с двумя колодцами; б – с одним колодцем;

1 – крышка с песчаной засыпкой; 2 – колодец; 3 – жидкость

Предпочтение отдается варианту с двумя колодцами (а), так как такие системы имеют меньшее гидравлическое сопротивление и проще очищаются от ила.

188

Распространение пожара на производстве

испособы обеспечения пожарной безопасности

10.3.4.Огнезадерживающие затворы и заслонки

Огнезадерживающие затворы из измельченных материалов применяются для защиты коммуникаций (систем транспорта), в которых возможно распространение пламени по поверхности сыпучих материалов.

Шнековые питатели аппаратов измельченными материалами одновременно могут служить и затворами. Схема шнекового затвора на самотечной линии транспортировки сыпучего материала в бункер циклона показана на рис. 10.9. Шаг винта в затворе постепенно уменьшается, а в непосредственнойблизостиотвыгрузочногопатрубкаотсутствуетнескольковитков.Такая конструкция обеспечивает образование пробки в корпусе шнека даже при полном прекращении подачи материала.

1

2

4

3

Рис. 10.9. Шнековый затвор на линии транспортировки сыпучих материалов: 1 – загрузочная воронка; 2 – шнек (бесконечный винт);

3 – отводящий патрубок; 4 – корпус

Огнезадерживающиезаслонки,схемыкоторыхпредставленынарис.10.10, применяютдлязащитыгазоходовотраспространенияпламенипогорючимсмесям, а также по отложениям жидких и твердых горючих веществ на их стенках.

Рис. 10.10. Схемы огнезадерживающих заслонок:

а– с противовесом на поворотной заслонке; б – с падающим шибером;

1– трубопровод; 2 – заслонка (шибер); 3 – ось заслонки; 4 – противовес; 5 – привод (тросик с легкоплавким замком); 6 – электрический привод

189

Пожарная безопасность технологических процессов

Огнезащитные заслонки полностью перекрывают сечение трубопровода, создавая препятствие на пути движения пламени. При срабатывании заслонки одновременно происходит остановка движения транспортного потока. С уменьшением сечения трубопровода (воздуховода) поступление необходимого для горения воздуха и отвод продуктов сгорания затрудняется, что способствует гашению пламени вследствие флегматизации среды продуктами сгорания.

10.4. Предотвращение распространения пожара при разрушении технологического оборудования

10.4.1. Защита технологического оборудования от разрушения взрывными мембранными устройствами

Взрыв – одна из наиболее опасных аварийных ситуаций на производстве, предшествующих или сопутствующих пожару. При взрыве происходит выделение большого количества энергии в ограниченном объеме за очень короткий промежуток времени. Негативные последствия взрыва, связанные с появлением таких опасных факторов, как фугасное действие воздушной ударной волны, тепловое воздействие, разлетающиеся осколки оборудования,сооруженийистроительныхконструкций,способствуютбыстромураспространению пожара на производстве вследствие поступления больших количеств горючих веществ и материалов из поврежденных соседних аппаратов и трубопроводов.

Давление при сгорании горючей смеси внутри технологического оборудования (без учета детонации) можно определить по формуле

где рвзр и рр – давление взрыва и рабочее давление горючей смеси в аппарате до взрыва соответственно, Па; и – количество молей соответственно продуктов сгорания и исходной горючей смеси; Tвзр и Tр – адиабатическая температура продуктов сгорания горючей смеси и рабочая температура среды в аппарате до взрыва соответственно, К.

При взрыве давление горючей смеси в аппарате нарастает очень быстро, в течение долей секунды оно увеличивается до 10 раз, а с учетом возможности детонации – в сотни и тысячи раз. В этом случае защитить оборудование от разрушения предохранительными клапанами невозможно, так как клапаны отводят среду из аппарата при сравнительно медленном нарастании давления. Для защиты оборудования от разрушения при быстром (взрывном) повышении давления применяют взрывные предохранительные

190