Пожарная безопасность технологических процессов / Goryachev - PB Tekhnologicheskikh processov 2020

Пожарная опасность и способы обеспечения пожарной безопасности процессов сушки

включения генератора происходит объемное поглощение электромагнитной энергии материалом, вследствие чего он одновременно прогревается по всей толщине. Паровоздушная смесь эвакуируется из сушильной камеры с помощью вентилятора и выбрасывается в атмосферу.

4

5

Воздух

Рис. 20.6. Схема сушилки ТВЧ:

1 – высокочастотный генератор; 2 – сушильная камера; 3 – древесина; 4 – электроды; 5 – асбестовые прокладки

Пожарная опасность сушилок ТВЧ обусловливается теми же факторами, которые характеризуют пожарную опасность конвективных сушилок,

атакже обстоятельствами, указанными ниже.

Всушилках ТВЧ существует возможность электрического пробоя и искрения между электродами или между электродами и материалом при подаче повышенного напряжения на электроды, наличии сплошной пленки жидкости на материале, повреждении электродов, при несоответствии габаритов высушиваемых материалов габаритам сушильной камеры, при образовании воздушных зазоров между материалом и электродами.

При наличии в материале инородных включений и примесей (например, при наличии в древесине гвоздей, металлических скоб, проволоки, гнилостных пустот или сучков и т. п.) происходит местный перегрев материала вплоть до его самовоспламенения.

Помимо этого для сушилок ТВЧ характерно появление источников зажигания при неисправности электрической части сушилки.

Пожарная безопасность высокочастотных сушилок обеспечивается такими же способами и техническими решениями, как у конвективных сушилок, а также следующими мероприятиями:

1.  Размещением генераторов ТВЧ изолированно от сушильной камеры.

361

Пожарная безопасность технологических процессов

2.  Увеличением частоты тока при необходимости интенсификации нагрева. Повышать для этой цели напряжение запрещается во избежание электрического пробоя.

3.  Предотвращением искрения и местного перегрева отдельных участковстрогимсоблюдениемправилукладкиматериалов(материалдолжениметь одинаковую длину, влажность и сечение, быть одного сорта и т.п.), исключением попадания в сушилки мусора, сучков, опилок, стружек, льда и материалов, в которых могут находиться металлические включения или пустоты.

4.  Предотвращением попадания капель конденсата (смолы) на пластины электродов в целях исключения электрического пробоя и возгорания материала. Для этого между электродами и высушиваемым материалом размещаются асбестовые прокладки.

20.5. Особенности пожарной опасности контактных сушилок

иосновные способы обеспечения пожарной безопасности

Вконтактных сушилках передача тепла от теплоносителя к высушиваемому материалу осуществляется через разделяющую их стенку, а удаление образующихся паров влаги из сушильной камеры производится с помощью вакуум-насосов или путем вентилирования. В качестве теплоносителей используютсяводянойпар,высокотемпературныеорганическиетеплоносители, расплавы солей, дымовые газы или горячие отходящие продукты производства.Кконтактнымсушилкамотносятсявальцовые,барабанныеитарельчатые сушилкидлясушкипастисуспензий,шнековыесушилки,вакуум-сушильные шкафы и др. К контактным сушилкам также можно отнести петролатумные сушилки, в которых передача тепла к высушиваемому материалу осуществляется непосредственно от расплавленного петролатума.

Непрерывно действующая двухвальцовая сушилка работает следующим образом: сырье (паста или суспензия) подается в зазор между горизонтальными вальцами, расположенными в одной плоскости и вращающимися навстречу друг другу со скоростью 10–20 об/мин. Вальцы изнутри подогреваются паром, горячей водой или другим теплоносителем. Зазор между вальцами регулируется. Тонкий слой высушенного материала снимается ножами с поверхности вальцов и ссыпается в бункер.

Сушка в контактных сушилках часто проводится в сушильных камерах под вакуумом (в особенности при удалении горючей влаги), но может проводиться и при атмосферном давлении.

Пожарная опасность контактных сушилок обусловливается теми же факторами, которые характеризуют пожарную опасность конвективных сушилок, а также обстоятельствами, указанными ниже.

362

Пожарная опасность и способы обеспечения пожарной безопасности процессов сушки

Образование ВОК паров влаги в сушилках происходит при остановке вакуум-насосов, снижении расхода высушиваемого материала, повышении температуры теплоносителя или остановке вентиляторов, если выполняется соотношение (5.8): tр ≥ tвсп. Образование ВОК в сушилках может происходить также при перегреве высушиваемого материала на теплообменных поверхностях и его термическом разложении с образованием горючих паров и газов.

При сушке измельченного материала в вакуум-сушильных шкафах ВОК может образоваться при взвихрении горючей пыли.

При сушке паст в вальцовых или барабанных сушилках существует возможность образования ВОК горючей пыли, образующейся при срезании высушенного материала с поверхности вальцов и барабанов, при перемещении измельченного материала в разгрузочных устройствах и т. д.

Зоны ВОК могут образоваться в процессе выгрузки пылевидных материаловизсушилок,атакжепривзвихренииосевшейвпомещениигорючейпыли.

К специфическим источникам зажигания в контактных сушилках относятся:

––самовоспламенение материала на перегретых теплообменных поверхностях;

––самовозгорание отложений;

––образование фрикционных искр при трении ножей для срезания высушенного материала о поверхность вальцов, при трении лопастей, тарелок

ишнеков о корпусы питателей и разгрузочных устройств;

––разряды статического электричества.

Пожарная безопасность контактных сушилок (дополнительно к мероприятиям, рассмотренным в п. 20.2) обеспечивается следующими способами и техническими решениями или их комбинацией:

––контролем и регулировкой температуры теплоносителя;

––автоблокировками, отключающими подачу теплоносителя при остановке привода валков, шнеков, тарелок, вентилятора или вакуум-насоса;

––контролем величины разрежения в вакуум-сушильных шкафах и поддержанием его безопасного значения, при котором пароили пылевоздушная смесь является негорючей;

––изготавлением ножей из искробезопасных материалов (однако это решение не предотвращает возможность локального перегрева ножей при их трении о валки или барабаны);

––очисткой сушильных камер и поверхностей вальцов, барабанов и т. д. от отложений горючих материалов.

Сушку кусковых и компактных материалов можно производить в любой гидрофобной жидкости: в расплавленных петролатуме, сере или парафине, в различных маслах и других подобных веществах. Наиболее широко

363

Пожарная безопасность технологических процессов

применяются так называемые петролатумные сушилки (рис. 20.7) для сушки древесины в петролатуме на строительных площадках и предприятиях (петролатум – твердый горючий материал, получаемый в качестве побочного продукта при депарафинизации масел, с температурой вспышки и самовоспламенения соответственно равной 240 и 340 °С соответственно).

Рис. 20.7. Схема петролатумной сушильной установки:

1 – хранилище петролатума; 2 – ванна; 3 – устройство для гашения пены; 4 – подъемно-транспортное устройство; 5 – штабель;

6 – трубы парового подогревателя

При погружении в нагретый до температуры 120–130 °С расплавленный петролатум влажного материала происходит его интенсивное нагревание. Внутри материала возникает избыточное давление пара, образующегося в результате испарения влаги. В процессе сушки влага под действием градиентов давления и влажности перемещается из внутренних слоев древесины к внешним в виде пара и жидкости. Выйдя из древесины, перегретый пар поднимается через слой петролатума и попадает в окружающую среду. При сушке древесины в петролатуме происходит ее пропитка петролатумом, обладающим антисептическими свойствами. Продолжительность сушки древесины в петролатумной сушилке происходит в 8–10 раз быстрее, чем в камерной сушилке.

Ванны с петролатумом и контейнеры с древесиной обычно размещаются под навесами на открытых площадках. В одной ванне размерами 7,0×1,5×2,5 м одновременно может находиться 12–14 м3 петролатума и 3 м3 древесины. При выгрузке высушенной древесины происходит загрязнение площадки стекающим с нее петролатумом.

Особенности пожарной опасности петролатумных сушилок

Основная опасность петролатумных сушилок связана со вспениваниемпетролатумаииногдасеговыбросамиизванн.Вспениваниепетролатума происходит из-за интенсивного парообразования в начале сушки, которое

364

Пожарная опасность и способы обеспечения пожарной безопасности процессов сушки

ведет к его переливу на прилегающую площадку через недостаточно высокий борт ванны. Вспенивание вызывает погружение влажной древесины в нагретый петролатум с tр > 100  °С. Выбросы нагретого петролатума возникают как в процессе прогрева ванны при пуске в работу из-за скопления на дне воды, так и при загрузке в нагретую ванну сильно обводненного петролатума (с содержанием влаги более 3 %), а также при загрузке в ванну чрезмерно влажной древесины и при попадании компактных струй воды в ванну при тушении пожара.

Пожарную безопасность петролатумных сушилок обеспечивают следующими способами и техническими решениями.

1.  Расчетом количества петролатума в ванне, чтобы его уровень после погружения контейнера с древесиной был не менее чем на 0,6 м ниже верхнегокраяванны.Ваннырекомендуетсяустанавливатьпопарно,чтобывключать их в работу через полцикла сушки, обеспечивая выравнивание уровня петролатума в обеих ваннах при наличии трубопровода для перетекания нагретого петролатума из одной ванны в другую. Для гашения пены в верхних частях ванн по их периметру укладывают по два ряда паровых труб (пена при соприкосновении с горячими трубами разрушается).

2.  В случае загрузки обводненного петролатума в ванну ее разогревают до температуры 95–98 °С, выдерживают 2–3 ч, затем удаляют отстоявшуюся воду через спускной патрубок в нижней точке ванны. После этого медленно поднимают температуру петролатума до 120–130 °С. При пуске сушилки в эксплуатацию застывшую поверхность петролатума в ванне необходимо раздробить.

3.  Тушение горящего петролатума в ваннах осуществляется распыленной водой, пеной или водяным паром. Ванны целесообразно оборудовать крышками из негорючих материалов, для того чтобы закрывать их на период перерыва в работе.

4.  При обогреве ванны дымовыми газами топка должна размещаться за пределами сушилки. В процессе работы ванны с огневым обогревом необходим систематический контроль за температурным режимом, работой топок и состоянием теплообменной поверхности. При электрообогреве следует использовать ТЭНы закрытого исполнения и осуществлять контроль за их состоянием.

контрольные вопросы

1.Виды сушки материалов и изделий.

2.Как определить влажность и влагосодержание материала?

3.Как определить скорость сушки и ее продолжительность?

4.Поясните по графику на рис. 20.1 основные периоды сушки.

365

Пожарная безопасность технологических процессов

5.Что такое сушильный агент?

6.Укажите признаки классификации сушилок.

7.Поясните принцип работы конвективной сушилки.

8.Поясните устройство и работу туннельной сушилки.

9.Поясните устройство и работу сушилки кипящего слоя.

10.Назовите причины образования горючих концентраций в калориферных сушилках.

11.Укажите специфические источники зажигания и пути распространения пожара в калориферных сушилках.

12.Перечислите способы обеспечения пожарной безопасности процессов сушки в калориферных сушилках, поясните их.

13.Укажите особенности пожарной опасности дымогазовых сушилок.

14.Перечислите способы обеспечения пожарной безопасности при эксплуатации дымогазовых сушилок, поясните их.

15.Поясните суть работы сушилки ТВЧ.

16.Назовите характерные источники зажигания в терморадиационных сушилках.

17.Укажите особенности пожарной опасности терморадиационных

сушилок.

18.Перечислите способы обеспечения пожарной безопасности при эксплуатации терморадиационных сушилок, поясните их.

19.Поясните принцип работы контактных сушилок.

20.Укажите особенности пожарной опасности контактных сушилок.

21.Назовите специфические источники зажигания в контактных сушилках, поясните их.

22.Перечислите способы обеспечения пожарной безопасности при эксплуатации контактных сушилок, поясните их.

23.Укажите причины вскипания и выброса петролатума из ванн петролатумных сушилок.

24.Перечислите способы обеспечения пожарной безопасности при эксплуатации петролатумных сушилок, поясните их.

366

Пожарная опасность и способы обеспечения пожарной безопасности химических процессов

Глава 21

пожарная опасность и способы обеспечения пожарной безопасности химических процессов

21.1. Химические процессы и аппараты для их проведения

Все химические процессы в зависимости от теплового эффекта подразделяются на две группы: экзотермические и эндотермические.Экзотермические химические процессы сопровождаются выделением тепла, эндотермические – поглощением тепла.

Аппараты для проведения химических превращений исходной реакционной массы в целевой продукт называются химическими реакторами и классифицируются по способу организации химического процесса, температурному режиму и режиму движения реагентов.

По способу организации химического процесса различают реакторы периодического, непрерывного и полунепрерывного действия, по температурному режиму – адиабатические, изотермические и политермические (программно-регулируемые), по режиму движения реагентов различают реакторы идеального вытеснения, идеального смешения (перемешивания) и частичного смешения.

Реакторы идеального смешения работают, как правило, в изотермических условиях и оборудованы теплообменными устройствами для подвода или отвода тепла. Реакторы вытеснения, работающие в адиабатических или политермических условиях, не имеют теплообменных устройств, реакторы вытеснения, работающие в изотермических условиях, оборудованы теплообменными устройствами.

Реакторы также подразделяются на низкотемпературные и высокотемпературные, по применяемому давлению – на аппараты, работающие при высоком, повышенном, нормальном и низком (под вакуумом) давлениях. По фазовому состоянию реагентов реакторы делятся на аппараты для проведения гомогенных и гетерогенных процессов.

Характерной особенностью большинства химических процессов является протекание наряду с основной реакцией большого количества побочных реакций, которые могут оказывать существенное влияние на пожаровзрывоопасность процесса в целом. Кроме того, для получения целевых продуктов вчистомвидедополнительнокосновномухимическомупроцессутребуется проведение физико-химических процессов очистки, ректификации, сушки и др., что усложняет производство и повышает его пожарную опасность.

Пожарная опасность химических процессов и реакторов определяется в первую очередь обращающимися горючими веществами и материалами

367

Пожарная безопасность технологических процессов

(сырьем,полуфабрикатами,продуктами,катализаторами,инициаторами,теплоносителями). Кроме того, на пожарную опасность влияют технологические параметры (температура, давление, объемная скорость, концентрация реагентов и т. д.), конструктивное устройство и режим работы реакторов, агрессивность среды и другие факторы.

Пожаровзрывоопасность экзотермических химических процессов тем выше, чем больше скорость и тепловой эффект реакции. Обеспечение пожаровзрывобезопасностихимическихпроцессовсбольшимтепловымэффектом часто представляет сложную техническую задачу, так как необходим интенсивный отвод тепла от реагирующей среды. Эндотермическая реакция может быть прервана прекращением подачи теплоносителя, однако и в этом случае сохраняются проблемы, связанные с быстрым отводом тепла от реакционной массы. Опасность химических процессов обусловливается также образованием и накоплением в реакторах нестабильных химических продуктов и развитием неуправляемых спонтанных реакций, носящих взрывной характер.

При разработке мероприятий по обеспечению пожаровзрывобезопасности химических процессов и реакторов необходимо знать: свойства обращающихся веществ и материалов; механизм и кинетику химических реакций;условияобразованияинакоплениянестабильныхпобочныхпродуктов; влияние на процесс интенсивности отвода реакционного тепла и равномерности распределения реагирующих компонентов; тип реактора, его режим работы и конструктивные особенности; технологические параметры; агрессивность среды и многие другие факторы.

На пожаровзрывобезопасность химических реакторов влияет уровень автоматизации производств и надежности систем автоматического контроля и регулирования, без которых практически невозможно безопасное осуществление химико-технологических процессов.

21.2. Экзотермические химические процессы

Особенности пожарной опасности и основные мероприятия, направленные на обеспечение пожарной безопасности экзотермических процессов, рассмотрим на примерах процессов гидрирования и полимеризации.

21.2.1. Особенности пожарной опасности и основные способы обеспечения пожарной безопасности процессов гидрирования

Гидрирование (гидрогенизация, гидроочистка, гидрогенолиз) – присоединение водорода к простым веществам и органическим соединениям. Процессы гидрирования осуществляются под действием молекулярного водорода в присутствии катализаторов или доноров водорода (например, алюмогидрида лития). Процессы гидрирования применяются для получения

368

Пожарная опасность и способы обеспечения пожарной безопасности химических процессов

целевых продуктов, а также для очистки продуктов от вредных примесей. Процессы гидрирования равновесные: глубина гидрирования увеличивается при понижении температуры (см. п. 2.3). Поскольку при гидрировании (за исключением деструктивного) всегда происходит уменьшение объема, для увеличения равновесной степени превращения, особенно при повышенной температуре, применяют высокое давление (до 30–70 МПа). Другим методомповышениястепенипревращенияявляетсяприменениеизбыткаводорода, превышающего от 5 до 100 раз и более стехиометрически необходимое количество. Часто одновременно применяется повышенное давление и избыток водорода. Некаталитическое гидрирование практически не применяется из-за высокой энергии диссоциации связи Н–Н. Реакции гидрирования – обратимые, однако на практике из-за относительной прочности образующихся молекул воды, сероводорода, хлористого водорода и других веществ равновесие многих реакций сильно смещается в сторону образования продуктов гидрирования. Процессы гидрирования бывают жидкофазными и газофазными, гомогенными и гетерогенными.

Примеры реакций гидрирования:

N2 + 3H2 2NH3 + Q1 (синтез аммиака);

RSH + H2 RH + H2S + Q2 (гидроочистка);

C6H6 + 9H2 6CH4 + Q3 (гидрогенолиз).

Процессы гидрирования реализуют в реакторах, тип которых зависит от вида катализатора. При использовании гомогенных катализаторов (комплексных металлоорганических соединений) и суспензированных катализаторов применяются политермические реакторы колонного типа с устройством трубчатых холодильников в зоне реакции для отвода тепла. При использовании гранулированных катализаторов применяются адиабатические реакторы трубчатого или колонного типов с несколькими неподвижными слоями катализатора и встроенными теплообменниками между слоями. При проведении процессов под высоким давлением используются колонные аппараты, в которых охлаждение зоны реакции производится холодной исходной смесью, поступающей в реактор.

В процессе синтеза аммиака под средним давлением (до 30 МПа) используется реактор колонного типа, схема которого приведена на рис. 21.1. В корпусе 1 такого реактора, изготовленного из высоколегированной хромоникелевой стали с толщиной стенок 175 мм, диаметром 1,0–1,4 м и высотой 13м, расположена катализаторная коробка 3 и теплообменник 4, обеспечивающий автотермичность процесса. Технологическая схема процесса синтеза аммиака под средним давлением приведена на рис. 2.7, а подробное описание работы реактора рассмотрено ранее в п. 2.4.

369

Пожарная безопасность технологических процессов

2

Азото-водородная смесь

1

5

6

8

4

Рис. 21.1. Колонна синтеза аммиака под средним давлением:

1 – корпус; 2 – крышки; 3 – катализаторная коробка; 4 – теплообменник; 5 – теплоизоляция; 6 – опорная решетка; 7 – трубы Фильда;

8 – центральная труба

Особенности пожарной опасности процессов гидрирования: –  использование в качестве сырья ЛВЖ и ГЖ в жидком и парообраз-

ном состояниях; –  обращение в процессах большого количества водорода;

–  высокая скорость протекания процессов; –  высокая экзотермичность процессов;

–  проведение процессов при температурах до 450 °С и давлениях до 70 МПа и выше;

–  затруднение отвода тепла при проведении процессов под высоким давлением;

–  конечные продукты реакций представляют собой смеси ГГ, паров или жидких ЛВЖ и ГЖ с водородом, для выделения целевых продуктов из которых требуется проведение сложных и пожаровзрывоопасных физи- ко-химических процессов;

–  механические, температурные и химические воздействия (в первую очередь водородная коррозия) на материал оборудования.

370