Пожарная безопасность технологических процессов / Goryachev - PB Tekhnologicheskikh processov 2020

Пожарная опасность и способы обеспечения пожарной безопасности процессов нагревания горючих веществ

Наиболее интенсивно изнашиваются ретурбенды и трубы в местах разворота на 180° потока нагреваемого продукта.

Чрезмерное давление в змеевиках возникает при нарушении нормального режима работы насосов, сильном закоксовании труб и во всех других случаях, когда возрастает гидравлическое сопротивление системы при неизменной или повышенной производительности насосов.

Выход большого количества нагретого продукта наружу происходит при повреждении или срыве с труб двойников. Во время такой аварии может произойти факельное горение или пожар пролива продукта (приtр ≥ tсв) либо загазование территории (приtр < tсв) с последующим взрывом горючего облака при контакте с источником зажигания.

Источниками зажигания при эксплуатации печей являются: открытое пламя печи (t = 1 100–1 200 °С), нагретые внутренние (t = 800–900 °С) и наружные конструкциипечи(t =250–400°С),способныевоспламенитьгорючиевеществаи парогазовоздушные смеси при их контакте с печью.

Пожарная безопасность при нагревании горючих веществ пламенем и топочными газами обеспечивается следующими способами и техническими решениями или их комбинацией:

1)  спуском конденсата и воды из трубопроводов газообразного и жидкого топлива перед пуском печи и проверкой плотности закрытия задвижек на топливных линиях с последующей продувкой топки водяным паром (до появления пара из дымовой трубы, но не менее 15 мин);

2)  обеспечением противоаварийной автоматической защиты топочного пространства:

––системами регулирования заданного соотношения топлива, воздуха

иводяного пара;

––блокировками, прекращающими поступление газообразного топлива и воздуха при снижении их давления ниже установленных параметров, а также при прекращении электроснабжения (пневмоснабжения) контроль- но-измерительных приборов и автоматики (КИПиА);

––средствами сигнализации о прекращении поступления топлива,

атакже воздуха при его принудительной подаче в топочное пространство;

––средствами контроля за уровнем тяги и автоматического прекращения подачи топливного газа в зону горения при остановке дымососа или недопустимом снижении разрежения в печи;

––средствами автоматической или дистанционной подачи водяного пара или инертного газа в топочное пространство и в змеевики при прогаре труб;

3)  обеспечением противоаварийной автоматической защиты змеевиков:

––аварийным освобождением змеевиков печей от нагреваемой жидкости при повреждении труб или прекращении его циркуляции;

291

Пожарная безопасность технологических процессов

––блокировками подачи топлива при прекращении подачи продукта;

––средствами дистанционного отключения подачи продукта и топлива при авариях в системах змеевиков;

––средствами сигнализации о падении давления в системах подачи продукта;

4)  установкой противовзрывных предохранительных клапанов шар- нирно-откидного типа, а в борове – мембранного типа, во избежание разрушения кладки печи и борова при взрыве;

5)  осуществлением в установленные сроки очистки труб змеевика от кокса и других отложений;

6)  размещением двойников в камерах с плотно закрывающимися дверцами, чтобы защитить их от попадания атмосферных осадков (при нагревании жидкостей под двойниками устанавливают противни с дренажными трубами);

7)  защитой тепловой изоляцией высоконагретых наружных конструкций печей и продуктопроводов;

8)  отключением топливных трубопроводов при длительной остановке печи; установкой дублирующих задвижек на расстоянии 10 м от печи, кроме задвижек, расположенных на трубопроводах подачи топлива непосредственно у печи;

9)  устройством паровой завесы или завесы в виде струйной подачи инертных газов, включающейся автоматически или дистанционно и обеспечивающей предотвращение контакта взрывоопасной среды с огневым пространством печи (при включении завесы должна срабатывать сигнализация по месту и на щите оператора). Предпочтение отдают автоматическому пуску завесы при появлении в воздухе горючих паров или газов по сигналу от стационарно установленных на площадке газоанализаторов.

Устройство для создания паровой завесы (рис. 16.6) представляет собой горизонтальный перфорированный трубопровод – коллектор 4, вдоль оси которого по всей верхней части на равном расстоянии друг от друга просверлены отверстия. Диаметр и длину коллектора, количество и диаметр отверстий определяют расчетом. Коллектор устанавливают на металлических, бетонных или кирпичных опорах высотой не менее 0,2 м. Расстояние от коллектора до защищаемого объекта (трубчатой печи)1 также определяют расчетом.

Вдоль оси коллектора устанавливают жесткое газонепроницаемое ограждение (листовая сталь или кирпичная стена) для предотвращения протекания горючей смеси между отдельными струями в начальном участке завесы. Верхнюю кромку ограждения располагают на 0,4–0,6 м выше коллектора. Расстояние между коллектором и ограждением 2 определяют расчетом. Проемы в ограждениях должны быть постоянно закрыты плотными

292

Пожарная опасность и способы обеспечения пожарной безопасности процессов нагревания горючих веществ

дверьми. Коллектор имеет дренажный вентиль 5 для спуска конденсата или атмосферных осадков перед пуском завесы в работу.

Рис. 16.6. Схема устройства для создания паровой завесы:

1 – защищаемый объект (трубчатая печь); 2 – ограждение; 3 – опора коллектора; 4 – перфорированный коллектор; 5 – дренажный вентиль

Расчетная траектория струи завесы должна превышать по высоте защищаемую зону. Для высоких трубчатых печей завесу выполняют многоярусной. Причем завеса нижнего яруса защищает зону до паропровода верхнего яруса, завеса верхнего яруса – до верхней границы опасной зоны.

При размещении трубчатой печи огневым фронтом (горелками) в сторону аппаратов со сжиженными газами (при расстоянии до печи менее 100м) между ними устраивают глухую стену высотой 5,0–5,5 м, по верху которой прокладывают перфорированную трубу для создания паровой завесы.

16.3. Особенности пожарной опасности процессов нагревания высокотемпературными теплоносителями и основные способы обеспечения пожарной безопасности

При производстве химических волокон, пластических масс, лакокрасочныхматериаловидругиххимическихпродуктовдлянагреваниявеществ в диапазоне температур 180–370 °С применяют высокотемпературные органическиетеплоносители (ВОТ), которые имеют температуру кипения при атмосферном давлении от 250 до 450 °С и позволяют осуществлять нагрев веществ при сравнительно невысоких рабочих давлениях.

УстановкидляобогреваВОТпредставляютсобойзамкнутыесистемы, аналогичные системам центрального отопления зданий. Обогрев аппаратов обычно осуществляется жидкими теплоносителями (рис. 16.7), в некоторых случаях – парами ВОТ. Основными элементами установок являются: печь (котел) 1 с огневым или электрическим подогревом для нагревания теплоносителя, теплообменные аппараты 4, в которых тепло от нагретого ВОТ передается к нагреваемому веществу, насос 2 для циркуляции теплоносителя и система трубопроводов.

293

а б

Рис. 16.7. Схемы систем обогрева жидким ВОТ с принудительной циркуляцией:

а– одноконтурная; б – двухконтурная;

1– печь для нагревания ВОТ; 2 – циркуляционный насос; 3 – сборник теплоносителя; 3' – аварийная емкость; 4 – теплообменные аппараты; 5 – конденсатор;

6 – предохранительный клапан; 7 – расширительный бачок; 8 – редукционный клапан

Пожарная опасность установок ВОТ (без привязки их к конкретным производствам) характеризуется пожароопасными свойствами применяемых теплоносителей и нагреваемых веществ, их количеством, температурой нагрева, возможностью взрывов и пожаров. Все применяемые в промышленности ВОТ являются ГЖ. Пожароопасные свойства наиболее распространенных ВОТ приведены в табл. 16.1.

Таблица 16.1

Пожароопасные свойства наиболее распространенных ВОТ

294

Пожарная опасность и способы обеспечения пожарной безопасности процессов нагревания горючих веществ

Окончание табл. 16.1

1 Состав даутерма А: 26,5 % (C6H5)2 + 73,5 % (C6H5)2О.

Изтабл.16.1видно,чтовсеВОТвусловияхэксплуатациинагретывыше tвсп, но ниже tсв. Весь внутренний объем системы полностью заполнен жидкостью или ее парами, а рабочее давление всегда выше атмосферного, поэтому горючие концентрации могут образоваться только в расширительных бачках, емкостях для подпитки системы теплоносителем и сборниках теплоносителя.

Особенности пожарной опасности при нагревании горючих веществ ВОТ

Основная опасность при работе установок обогрева ВОТ создается при образовании неплотностей и повреждений, приводящих к выходу в печь или наружу нагретого ВОТ, разливу его на большой площади и образованию местных зон ВОК. Причинами повреждений обычно являются образование повышенных давлений в системе и прогары труб в огневых печах. Повышенные давления образуются в случае перегрева ВОТ, уменьшения сечения трубопроводов и при попадании воды в ВОТ во время пуска или в периоды подпитки системы. Перегрев ВОТ вызывает образование большого количества газообразных и твердых продуктов термического разложения. Наличие твердых продуктов разложения приводит к образованию пробок в линиях, их ококсованию и прогару.

Даутерм, дифениловый эфир (C6H5)2Ои дифенил (C6H5)2 обладают хорошей термической стойкостью. Из них самым распространенным является даутерм, который до температуры 380 °С не разлагается, но, обладая высокой текучестью, легко может проникать наружу даже через малейшие неплотности в прокладочных и уплотняющих сальники материалах.

Масла АМТ-300, Мобильтерм-600, Therminol 55 имеют значительно меньшую термическую стойкость. Практика эксплуатации установок с этими ВОТ показала, что длительный их нагрев до температуры выше 180 °С (их рабочая температура может достигать 300 °С) приводит к термическому разложению с образованием значительного количества газов (метана, этана, пропана, этилена, пропилена, водорода и др.), ЛВЖ (бензола, толуола, фенола и др.), снижению tвсп и tсв теплоносителей и повышению их вязкости (масло утяжеляется), а также образованию смолистых продуктов и кокса. Следствием этого является образование газовых и твердых пробок в линиях.

295

Пожарная безопасность технологических процессов

При длительной эксплуатации без удаления продуктов разложения tвсп масел АМТ-300 и Мобильтерм-600 может снизиться со 176 до 40–60 °С, а tсв с 330 до 230–250 °С, т. е. масла из разряда ГЖ переходят в разряд ЛВЖ, а их tсв становится ниже рабочей температуры в системе обогрева.

Следует иметь в виду, что при повреждении систем, работающих на маслах АМТ-300, Мобильтерм-600, Therminol 55 и др., ВОК могут возникать не только за счет смешивания их паров с воздухом, но и в результате образования «масляного тумана» (мелкодисперсного масляного аэрозоля) вследствие распыления масел, выходящих под давлением наружу при повреждении системы обогрева.

Характерными источниками зажигания в установках являются: открытое пламя и продукты сгорания, высоконагретые конструкции котлоагрегатов (печей)иоткрытыхспиралейсистемэлектрообогрева,искрыпризамыкании спиралей на корпус, теплота перегрева подшипников и сальников насосов.

Возникшие пожары могут распространяться по поверхности разлившихся теплоносителей, по облаку аэрозоля или паровоздушной смеси, через дверные, оконные и технологические проемы, по системам вентиляции.

Пожарная безопасность при нагревании горючих веществ ВОТ обеспечивается следующими способами и техническими решениями или их комбинацией:

–  периодическими проверками масел АМТ-300 и Мобильтерм-600, используемых в качестве теплоносителей, на температуру вспышки и самовоспламенения. Анализ масел на tвсп (нормально 176±5 °С) следует производить не реже одного раза в два дня, а на tсв (нормально 330–340 °C) – не реже одного раза в месяц;

–  поддержанием уровня теплоносителя в котлах при обогреве парами ВОТ не ниже установленного предела во избежание перегрева жидкости, ее разложения и прогара теплообменной поверхности. Целесообразно автоматическое регулирование температуры ВОТ путем изменения количества сжигаемого топлива, а при электрообогреве – силы тока;

–  наблюдением за циркуляцией теплоносителя и плавностью нагрева (не более 12–20 °С/ч) при пуске установок; осуществлением подпитки котлов теплоносителем, предварительно нагретым для его осушки до температуры 200 °С; при прекращении циркуляции ВОТ в системе прекращением работы горелок и электронагревателей;

–  прокладыванием всех трубопроводов с ВОТ с уклоном в сторону котлов во избежание образования пробок. Если для этого нет условий, устраивают спускные краны;

–  защитой трубопроводов теплоизоляцией; –  периодическим очищением теплообменной поверхности котлов и на-

гревательных электрических труб от коксообразных продуктов разложения;

296

Пожарная опасность и способы обеспечения пожарной безопасности процессов нагревания горючих веществ

–  защитой каждого котлоагрегата предохранительным клапаном, перед которым устанавливается защитная мембрана для предупреждения пригорания тарелок клапанов, оборудованием устройствами (конденсаторы и т. п.) отводных линий от предохранительного клапана на котлах и аппаратах с местным обогревом ВОТ для улавливания выбрасываемых паров теплоносителя (см. рис. 16.7);

–  применением сварного соединения труб в системе с даутермом, а там, где это невозможно, применением плотных и термостойких прокладочных материалов;

–  применением насосов с торцевыми уплотнениями или с гидравлическим уплотнением сальников;

–  заключением открытых контактов электрообогрева котлов в герметичный кожух, внутри которого создается избыточное давление инертного газа, при падении которого автоматически подается сигнал опасности. Размещением котлоагрегатов в изолированных помещениях (котельных) или на открытых площадках;

–  применением вместо горючих и термически нестойких теплоносителей менее пожароопасных и более термически стойких (например, кремнийорганических);

–  оборудованием системой аварийного слива установки обогрева ВОТ для уменьшения количества выходящего наружу теплоносителя при аварии или пожаре;

–  использованиемработырасширительногобачкаподзащитойинертного газа в случае использования в качестве ВОТ масел АМТ-300, Мобиль-

терм-600, Therminol 55 и др.;

–  размещением расширительных бачков, емкостей, оборудования для подпитки котлов свежим ВОТ и циркуляционных насосов в обособленных помещениях, защитой этого оборудования системами пенного или порошкового тушения, подводом водяного пара в топочное пространство котлоагрегатов и к дымовой трубе.

контрольные вопросы

1.При проведении каких технологических процессов требуется предварительный нагрев сырья?

2.Перечислите технологические процессы, в которых требуется охлаждение готовой продукции.

3.Какие источники тепла и теплоносители наиболее часто использу-

ются в промышленности?

4. Перечислите хладоносители и хладагенты, наиболее часто используемые в промышленности.

297

Пожарная безопасность технологических процессов

5.Поясните понятия острый и глухой пар и укажите область их применения.

6.По какой причине и при каком условии образуется ВОК при использовании острого пара?

7.Перечислите и поясните особенности пожарной опасности при нагреве жидкостей острым паром.

8.Поясните устройства и работу кожухотрубного теплообменника.

9.Перечислите и поясните особенности пожарной опасности процессов нагревания водяным паром и горячими продуктами производства.

10.Перечислите причины повреждения кожухотрубных теплообменников и укажите меры профилактики.

11.Для какой цели применяется плавающая головка в кожухотрубном теплообменнике?

12.Какиеисточникамизажиганиявозникаютпринагревеводянымпаром и горячими продуктами переработки?

13.Перечислите и поясните способы и технические решения по обеспечению пожарной безопасности при нагревании горючих веществ водяным паром и горячими продуктами переработки.

14.Как устроена и работает трубчатая печь?

15.Как устроена и работает панельная горелка?

16.Укажите причины взрывов в топочном пространстве и в боровах трубчатыхпечейиперечислитемероприятияпозащитеихотразрушенийпривзрыве.

17.Поясните причины прогара змеевиков трубчатых печей и перечислите меры профилактики.

18.Укажите назначение паровой завесы трубчатой печи и поясните принцип ее действия.

19.Перечислите виды высокотемпературных органических теплоносителей и укажите их пожароопасные свойства.

20.В чем заключается пожарная опасность установок ВОТ, теплоносителями в которых являются масла АМТ-300 и Мобильтерм-600?

21.По каким причинам образуются отложения в трубопроводах установок ВОТ и какая возникает при этом пожарная опасность?

22.Перечислите и поясните меры пожарной профилактики, направленные на предотвращение образования повышенного давления в системах обогрева ВОТ.

23.Перечислите и поясните меры пожарной профилактики, направленные на предотвращение прогара труб печей и котлов для нагрева ВОТ.

24.Перечислите и поясните способы обеспечения пожарной безопасности при нагревании горючих веществ ВОТ.

298

Пожарная опасность и способы обеспечения пожарной безопасности процессов ректификации пожароопасных жидкостей

Глава 17

пожарная опасность и способы обеспечения пожарной безопасности процессов ректификации пожароопасных жидкостей

17.1. Сущность процессов ректификации и область их применения

Большинство ЛВЖ и ГЖ (нефтепродукты, спирты, бензол, толуол, ксилол, ацетон, стирол, хлорвинил и др.) в производственных условиях получают с использованием процессов перегонки. Наиболее совершенный и распространенный способ перегонки растворов – ректификация, которая является составной частью практически всех технологических процессов химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей и газовой промышленности.

В природе существуют, а в промышленных условиях часто получают смеси жидкостей, взаимно растворимых друг в друге, ограниченно растворимых и нерастворимых. Процессы перегонки и ректификации используют для разделения смесей взаимно растворимых друг в друге жидкостей (растворов).

Процессы перегонки относятся к физическим технологическим процессам. Они основаны на различных температурах кипения жидкостей, входящих всоставрастворов.Компоненты,кипящиеприболеенизкойтемпературе,называют низкокипящими (НК), а кипящие при более высокой температуре –высо-

кокипящими (ВК).

Процесс частичного испарения исходного раствора и полной конденсации образующихся паров приводит к обогащению пара НК компонентом и называетсяпростойперегонкой. Это положение сформулировано впервомзаконе Коновалова: пар обогащается тем компонентом, прибавление которого к жидкости повышает давление пара над ней или понижает температуру ее кипения.

Если получающийся при кипении раствора пар отводить от места его получения и охлаждать частично (не до полной конденсации), то образуется двойная система: конденсат, содержащий больше ВК компонента, и несконденсировавшийся пар, содержащий больше НК компонента. Таким образом, процесс неполной конденсации паров также приводит к обогащению пара НК компонентом. Такой процесс частичного испарения исходной смеси и неполной конденсации образующихся паров называется процессом перегон-

ки с дефлегмацией пара.

Рассмотримэтотпроцесснаследующемпримере.Нагреемжидкостьисходного состава xА1 по НК компоненту до температуры кипенияt1 (рис. 17.1). Образующийся пар, содержащий yА1 долей НК компонента, будем охлаждать до температуры t2 (точка а), а не до температуры tк, когда происходит его полная конденация. При этом образуется двухфазная система: дистиллят

299

Пожарная безопасность технологических процессов

состава xА2 и несконденсировавшийся пар состава yА2. Содержание НК компонента в них будет различно, причем yА2 > xА2 > xА1.

По мере выкипания исходной смеси содержание НК компонента снижается, а температура кипения смеси растет. Но, как видно из диаграммы, при частичной конденсации при температуре t2 состав пара не изменяется до тех пор, пока температура остатка не превысит значения t3. Это состояние системы будет соответствовать составу остатка по НК компоненту xА4, а пара – yА3.

t, °С

tкА

Рис. 17.1. Изображение процесса перегонки с дефлегмацией пара на диаграмме t – x – y

Многократно чередуя процессы частичного испарения и неполной конденсации, можно получить достаточно чистый дистиллят (практически чистый НК компонент) и кубовый остаток, т. е. разделить смесь на компоненты. В этом и заключается сущность процесса ректификации.

Реализация процесса ректификации осуществляется в аппарате, который называется ректификационной колонной (РК). На специальных массотеплообменных устройствах РК происходит одновременное и многократно повторяемое частичное испарение раствора и неполная конденсация паров. Схема простой РК показана на рис. 17.2.

Простая РК состоит изукрепляющей части(I) и отгонной (исчерпывающей) части (II). Среднюю часть колонны, куда поступает исходная кипящая смесь, называют эвапорационным объемом (III), а нижнюю часть колонны с кипятильником – кубовойчастью(IV). Изогнутую трубу для отвода пара в дефлегматор называют шлемовой трубой.

300