Пожарная безопасность технологических процессов / Goryachev - PB Tekhnologicheskikh processov 2020

Пожарная опасность и способы обеспечения пожарной безопасности процессов транспортировки горючих веществ и материалов

–  применением рециркуляционных систем для транспортировки только крупноизмельченного материала при отсутствии в нем взрывоопасной пыли;

–  использованием в качестве транспортирующего агента инертных газов для транспортировки наиболее взрывоопасных пылей и порошков, в особенности склонных к сильной электризации или образованию самовозгорающихся отложений (при использовании инертного газа предусматривают способы и средства контроля за содержанием кислорода в системе, а также меры, прекращающие перемещение при достижении предельно допустимой концентрации кислорода);

–  оборудованием трубопроводов пневмотранспорта автоматическими быстродействующими заслонками против распространения пламени;

–  защитой оборудования взрывными мембранными устройствами для сброса давления при взрыве среды.

контрольные вопросы

1.Что представляет собой трубопровод?

2.ВкакихслучаяхвтрубопроводесгорючейжидкостьюобразуетсяВОК?

3.Назовите основные причины разгерметизации трубопровода.

4.Укажите последствия разгерметизации трубопроводов с ГГ, СГГ, ЛВЖ и ГЖ.

5.Назовите характерные источники зажигания при разгерметизации трубопроводов.

6.Укажите факторы, влияющие на образование зон ВОК и растекание горючих жидкостей при разгерметизации трубопроводов.

7.Перечислите основные способы и технические решения по обеспечению пожарной безопасности процессов транспортировки горючих газов и жидкостей по трубопроводам, поясните их.

8.Почему центробежные насосы при перекачке горючих жидкостей менее опасны, чем поршневые?

9.Перечислите и поясните характерные особенности пожарной опасности процессов перекачки.

10.Перечислите основные способы обеспечения пожарной безопасности процессов перекачки горючих жидкостей и сжиженных газов, поясните их.

11.Перечислитеипояснитехарактерныеособенностипожарнойопасности процессов перемещения и сжатия горючих газов.

12.Назовитевозможныеисточникизажиганиявкомпрессорныхстанциях.

13.Перечислите основные способы обеспечения пожарной безопасности процессов перемещения и сжатия горючих газов, поясните их.

281

Пожарная безопасность технологических процессов

14.Как устроен и работает ленточный транспортер?

15.Как устроен и работает ковшовый элеватор?

16.Как устроена и работает система пневмотранспорта?

17.Перечислите и поясните особенности пожарной опасности процессов транспортировки твердых материалов.

18.Перечислите основные способы и технические решения по обеспечению пожарной безопасности процессов транспортировки твердых материалов транспортерами и элеваторами, поясните их.

19.Перечислите основные способы и технические решения по обеспечению пожарной безопасности систем пневмотранспорта, поясните их.

282

Пожарная опасность и способы обеспечения пожарной безопасности процессов нагревания горючих веществ

Глава 16

пожарная опасность и способы обеспечения пожарной безопасности процессов нагревания горючих веществ

Вусловиях производства различные технологические процессы, как правило,осуществляютсяприрабочихтемпературах,отличающихсяоттемпературы окружающей среды. Поэтому предварительно, до проведения основных процессов (ректификации, сушки, химических процессов и др.), применяют процессы нагрева или охлаждения, подготавливая сырье к дальнейшей переработке.

Нагревание горючих веществ необходимо для ускорения многих химических реакций, осуществления процессов перегонки, сушки, плавления, выпаривания и т. д., охлаждение – для конденсации веществ, разделения веществ с низкой температурой кипения, сублимационной сушки, а также для длительного хранения веществ. Вещества, используемые для нагревания других веществ, называют теплоносителями, а вещества, используемые для охлаждения, – хладоносителями и хладагентами.

Втехнологических процессах наиболее часто используют прямые источники тепла: пламя и топочные газы, образующиеся при сжигании топлива, электрическую энергию, а также промежуточные теплоносители (водяной пар, горячую воду, нагретый воздух) и специальные высокотемпературные теплоносители. Кроме того, для нагревания исходных веществ часто применяют продукты переработки, промежуточные вещества и конечные продукты производства, отводимые из аппаратов с относительно высокой температурой. Для охлаждения в качестве хладоносителей часто применяют воздух, воду, рассолы (водные растворы различных солей), вкачестве хладагентов – фреоны, аммиак, сжиженные газы (пропан, бутан, этилен, азот и др.).

На выбор того или иного теплоносителя влияет ряд факторов, основными из которых являются величина рабочей температуры нагреваемого вещества, относительная безопасность и экономическая эффективность осуществления процесса нагрева.

Процессы нагрева и охлаждения имеют общую основу, связанную с переносом тепла, т. е. с теплообменом, поэтому их пожарная опасность и принципы обеспечения пожарной безопасности по сути своей аналогичны

иопределяются пожароопасными свойствами нагреваемых (охлаждаемых) веществ, способом нагрева или охлаждения, рабочими температурой и давлением. В связи с этим пожарную опасность данных теплообменных процессов рассмотрим на примере процессов нагрева.

283

Пожарная безопасность технологических процессов

16.1. Особенности пожарной опасности процессов нагревания водяным паром и горячими продуктами производства

и основные способы обеспечения пожарной безопасности

Используянасыщенныйводянойпар,можнонагреватьвеществапримерно до 180 °С, выше которой из-за высокого давления пара (насыщенный пар с температурой 180 °С имеет давление 1,02 МПа) требуется, исходя из условия обеспечения механической прочности, значительное увеличение толщины стенки, что по экономическим соображениям становится нецелесообразным.

Нагрев можно производить острым водяным паром, подаваемым непосредственно в нагреваемый продукт, либо глухим паром, когда тепло передается через разделяющую пар и продукт теплообменную поверхность.

Острый пар используют для нагревания веществ, когда по технологическимсоображениямдопустимоихобводнение.Длянагреваострымпаром чаще всего используют аппараты емкостного типа (рис. 16.1).

3 2

7

Рис. 16.1. Устройство для нагрева жидкости острым паром:

1 – магистральный (заводской) паропровод; 2 – запорная арматура; 3 – дренажная линия; 4 – обратный клапан; 5 – емкость;

6 – дыхательная линия; 7 – барботер

Подачу острого пара в емкость 5 осуществляют через барботер 7 – систему перфорированных труб. Установленный на паропроводящей линии обратный клапан 4 предотвращает передавливание в нее жидкости из емкости 5, когда давление в паровой линии снижается.

Нагревание глухим паром и горячими продуктами переработки обычно осуществляют в различных теплообменниках: в аппаратах с так называемой рубашкой, в змеевиковых и кожухотрубных теплообменниках, в теплообменниках типа «труба в трубе» и др. В теплообменниках образуются два изолированных пространства – трубное и межтрубное. В одно из них подают нагреваемый продукт, а в другое – теплоноситель.

284

Пожарная опасность и способы обеспечения пожарной безопасности процессов нагревания горючих веществ

Наибольшее распространение в промышленности получили кожухотрубные теплообменники. На рис. 16.2 показан такой теплообменник жесткого типа, который состоит из металлического корпуса (кожуха)3 и крышек5 с обеих его сторон. Внутри корпуса с помощью трубных решеток 1 крепится пучок труб 2. Трубные решетки, в свою очередь, жестко связывают пучок труб с корпусом фланцами.

55

Т1

Рис. 16.2. Горизонтальный кожухотрубный теплообменник: 1 – трубные решетки; 2 – трубы; 3 – корпус (кожух); 4 – патрубки;

5 – крышки (днища); Т1, Т2 – ввод и отвод теплоносителя; П1, П2 – ввод и отвод продукта

Пожарная опасность процессов нагревания водяным паром и горячими продуктами производства определяется следующими факторами.

При нагревании горючей жидкости острым паром в свободном пространстве емкости 5 (см. рис. 16.1), оборудованной дыхательной линией 6, возможно образование ВОК, если температура жидкости находится в области воспламенения. Наибольшая опасность возникает в период пуска устройства в работу, когда водяной пар практически полностью конденсируется в холодной жидкости, не выходит в свободное пространство емкости и не флегматизирует среду в паровоздушном пространстве.

Межтрубное и трубное пространство (см. рис. 16.2) полностью заполнено теплоносителями и продуктами. Поэтому при нормальном режиме работы образование там горючих смесей исключается. ВОК могут образоваться только в периоды пуска теплообменников в эксплуатацию, остановки на ремонт, а также при проведении ремонтных работ.

Пожарная опасность при эксплуатации теплообменников возникает, главным образом, в результате образования неплотностей и повреждений. При этом (в зависимости от места повреждения и давления в трубном и межтрубном пространстве) нагреваемый продукт будет выходить наружу или попадать в теплоноситель или теплоноситель будет попадать в нагреваемый продукт. При выходе нагреваемой горючей жидкости в открытое пространство могут образоваться зоны ВОК при условии, что tж ≥ tвсп. При выходе нагреваемого горючего газа наружу вне зависимости от температуры образуются зоны взрывоопасных концентраций.

285

Пожарная безопасность технологических процессов

Вследствие жесткого крепления труб к трубным решеткам, а трубных решеток к корпусу (кожуху) теплообменника и наличия между ними перепада температур возникают значительные температурные напряжения, которые могут привести к отрыву труб от трубных решеток. Повышенная опасность возникает при пуске в работу и остановке аппаратов, а также при воздействии атмосферных осадков (дождя, снега) или водяных струй на кожух теплообменника, не имеющего теплоизоляции.

Чрезмерное давление в теплообменниках возникает при образовании отложений солей, водяного камня, продуктов полимеризации других твердых отложений в пучке труб или в трубопроводах за теплообменником, при перегреве жидкости, при нарушении расхода и давления нагреваемого продукта или теплоносителя, что может привести к появлению неплотностей и утечек нагреваемого вещества и теплоносителя. Значительное количество жидкости может выйти наружу при вскрытии для очистки и ремонта теплообменников, не полностью освобожденных от продукта.

Источниками зажигания при нагреве водяным паром и горячими продуктами переработки являются: разряды статического электричества (особенно при нагреве острым водяным паром из-за струйного истечения пара и интенсивного перемешивания нагреваемой жидкости, если она обладает диэлектрическими свойствами); искры удара при работе стальным инструментом; самовоспламенение продуктов, нагретых выше температуры самовоспламенения при их выходе наружу; самовозгорание горючих отложений (кокса, термополимеров и веществ при их контакте с воздухом), самовозгорание веществ при контакте с водяным паром или водой.

Возникший пожар может распространяться по пропитанной горючими продуктами теплоизоляции теплообменников и трубопроводной обвязки, по поверхности разлившихсягорючих жидкостей, по парогазовоздушному облаку при выходе из теплообменников горючих газов или паров.

Пожарная безопасность при нагревании горючих веществ водяным паром и горячими продуктами переработки обеспе - чивается следующими способами и техническими решениями или их комбинацией:

–  применением теплоносителей, образующих при химическом взаимодействии с технологической средой взрывоопасные вещества, только в процессах с передачей тепла через стенку при наличии методов и средств контроля и сигнализации о взаимном проникновении теплоносителя и технологического продукта, а также средств противоаварийной защиты, необходимых для безопасного проведения процесса;

286

Пожарная опасность и способы обеспечения пожарной безопасности процессов нагревания горючих веществ

–  оборудованием линий подачи острого пара в теплообменники автоматическими регуляторами расхода, обратными клапанами и устройствами для отвода конденсата;

–  плавнымразогревомиохлаждениемкожухотрубныхтеплообменников жесткой конструкции (не оборудованных температурными компенсаторами); –  оборудованием кожухотрубных теплообменников температурными

компенсаторами для снижения температурных напряжений; –  применениемтеплообменниковспециальнойконструкции(рис.16.3).

Рис. 16.3. Теплообменники:

а – с плавающей головкой; б – с сальниковым устройством;

в – с U-образными трубами; г – с линзовым компенсатором на корпусе;

1 – крышки; 2 – трубные решетки; 3 – трубы; 4 – корпус; 5 – плавающая головка; 6 – сальник; 7 – U-образные трубы; 8 – линза; Т1, Т2 – ввод и отвод теплоносителя; П1, П2 – ввод и отвод продукта

–  защитойповерхноститеплообменниковиподогревателейтеплоизоляцией из негорючих материалов;

–  регулярной (по утвержденному графику) очисткой теплообменной поверхности теплообменников, конденсаторов, холодильников от накипи и загрязнений;

–  контролемирегулированиемдавления,температурыирасходатеплоносителя, давления поступающего на нагрев продукта, температуры выходящего продукта, не допуская нарушения установленных технологическим регламентом параметров;

–  заменой пропитанной горючим продуктом теплоизоляции;

287

Пожарная безопасность технологических процессов

–  ограждением площадок блока теплообменников со всех сторон бортиками для ограничения растекания горючих жидкостей;

–  оборудованиемблокатеплообменниковсистемамиподачипеныили водяного пара для тушения возникшего пожара.

16.2. Особенности пожарной опасности процессов нагревания пламенем и топочными газами и основные способы обеспечения пожарной безопасности

Огневой обогрев используют для нагревания горючих и негорючих веществ в нефтяной, нефтеперерабатывающей, химической, нефтехимической, газовой, пищевой и других отраслях промышленности и сельского хозяйства. Теплоту, необходимую для нагревания веществ, получают при сжигании топлива (чаще жидкого или газообразного) в трубчатых печах или других огневых нагревателях (котлах, водонагревателях, реакторах и др.).

Огневые нагреватели непрерывного действия для нагревания жидкостей и газов имеют теплообменную поверхность в виде непрерывного змеевика,составленногоизпоследовательносоединенныхтруб(трубчатыепечи) или в виде пучка труб, соединенных с коллекторами (котлы, водонагреватели). Для сжигания топлива используются горелки (сжигание газов) и форсунки (сжигание жидкости), которые нередко являются комбинированными (например, газомазутные форсунки или инжекционные горелки).

На рис. 16.4 показана в разрезе трубчатая печь с горизонтальной конвекционной камерой.

Рис. 16.4. Трубчатая печь с горизонтальной конвекционной камерой: 1 – каркас; 2 – красный кирпич; 3 – теплоизоляционный кирпич;

4 – огнеупорный кирпич; 5 – форсунки и горелки; 6 – клапаны откидного типа; 7 – трубы радиантной камеры; 8 – подвески; 9 – подвесные кирпичи;

10 – перевальная стенка; 11 – трубы конвекционной камеры; 12 – трубы паротушения

288

Пожарная опасность и способы обеспечения пожарной безопасности процессов нагревания горючих веществ

Стены печи каркасные. Металлический каркас воспринимает нагрузку от основных элементов печи: труб, арматуры, кирпичной кладки, свода и прочих элементов печи. Заполнение каркаса – многослойное, внутренний слой выкладывают из огнеупорного кирпича, средний – из теплоизоляционного материала, а наружный – из красного кирпича. Плоский и наклонный своды печи монтируют из огнеупорного фасонного подвесного кирпича.

Внутреннее пространство печи разделяется перевальной стенкой на два объема: радиантную камеру (теплота змеевикам передается преимущественно излучением) и конвекционную (теплота передается конвекцией). В камере радиации монтируют горелки и (или) форсунки. Дымовые газы, образующиеся в радиантной камере при факельном сгорании топлива, через перевальную стенку поступают в конвекционную камеру, где, отдав часть своего тепла, отводятся по дымовому каналу (борову) в дымовую трубу и сбрасываются в атмосферу.

В радиантной камере монтируют горелки и (или) форсунки. Теплообменные трубы, размещенные в радиантной и конвекционной камерах, часто соединяют в непрерывный змеевик съемными двойниками (ретурбендами), которые дают возможность производить очистку труб и осуществлять их замену, не разбирая весь змеевик. Их выносят за кладку печи в специальные ниши – камеры двойников.

Продукт, подлежащий нагреванию, сначала подается в нижний ряд труб 11 конвекционной камеры, затем проходит по змеевику 7 радиантной камеры, где окончательно нагревается до заданной температуры.

Широкое применение в промышленности нашли трубчатые печи с излучающими стенами. Излучающие стены состоят из одного или нескольких рядов беспламенных панельных керамических горелок (рис. 16.5).

1 2

Воздух

5 3 4

8

6

7

Газ

Рис. 16.5. Панельная керамическая горелка:

1 – излучающие панели; 2 – туннели; 3 – камера; 4 – смеситель; 5 – инжектор; 6 – теплоизоляция; 7 – каркас; 8 – газопровод

289

Пожарная безопасность технологических процессов

В печах такой конструкции продукт, прокачиваемый по трубам змеевика, нагревается за счет излучения панелей 1, расположенных примерно на расстоянии 600–1 000 мм от радиантных труб.

Панельная горелка работает следующим образом: природный газ по газопроводу 8 поступает в смеситель 4. В инжекторе 5 через регулируемые отверстия подсасывается необходимое количество воздуха и образующаяся газовоздушная смесь поступает в камеру сгорания 3. Полное сгорание газовоздушной смеси происходит внутри туннелей 2 керамических панелей, которые раскаляются до высоких температур и интенсивно излучают тепло. Продукты сгорания через туннели выходят в топку.

Пожарная опасность трубчатых печей связана с возможностью возникновения взрывов в топочном пространстве и в боровах, пожаров при повреждении змеевика печи или его двойников, а также при возникновении утечек топлива из топливных коммуникаций.

Кроме того, трубчатая печь нередко является источником зажигания для парогазовоздушного облака, образовавшегося при авариях соседних с печью аппаратов.

Взрывы в топочном пространстве происходят в основном при пуске печи в работу с нарушениями регламента по розжигу горелок (форсунок) без предварительной продувки или внезапного обрыва факела пламени с повторным разжиганием горелок (форсунок) при возобновлении подачи топлива. Обрыв факела пламени на горелках происходит при попадании конденсата в газовые линии, а на форсунках – при образовании воздушных или водяных пробок в топливных линиях или в результате зашлакования форсунок.

Взрывы в боровах (дымовых каналах) происходят при воспламенении образующейся горючей смеси из-за неполного сгорания топлива и подсасываемого через неплотности в кладке боровов воздуха.

Причинами повреждения змеевиков могут быть: прогар, коррозия и эрозия труб змеевика, а также чрезмерно высокое в них давление.

Прогар – выпучивание под действием внутреннего давления стенки трубы и ее разрыв в месте сильного перегрева участка змеевика. Перегрев происходит из-за образования на внутренних поверхностях труб различных отложений (кокса, солей и т. д.), являющихся плохими проводниками тепла и препятствующими его отводу к движущимся по трубам продукта.

Внутренняя поверхность труб подвергается коррозии за счет агрессивного действия на металл нагреваемых продуктов или примесей в них. В радиантной камере наружная поверхность труб подвергается газовой коррозии кислородом воздуха, а в конвективной камере – сернистыми соединениями, содержащимися в дымовых газах. Эрозия внутренней поверхности труб происходит при наличии в движущемся продукте твердых частиц.

290