Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Анализ пожарной опасности и защиты технологического оборудования. Учебное пособие
.pdf
1.2. Образование взрывоопасных концентраций в аппаратах
с пожароопасными жидкостями
1.2.1. Открытые аппараты
Пожароопасные жидкости (легковоспламеняющиеся жидкости (ЛВЖ) и
горючие жидкости (ГЖ)) хранят или перерабатывают в открытых, «дышащих»
или герметичных аппаратах.
При эксплуатации открытого аппарата над поверхностью жидкости образуются ВОК при условии:
где– рабочая температура жидкости;
крытом тигле.
Взрывобезопасные температурные условия эксплуатации открытых аппаратов с ЛВЖ и ГЖ определяют из выражения:
где
= 35 °С – запас надежности к температуре вспышки.
Основные способы обеспечения взрывобезопасной эксплуатации откры-
тых аппаратов с ЛВЖ и ГЖ:
1. Создание и поддержание взрывобезопасных температурных условий
эксплуатации (1.9).
, (1.8)
– температура вспышки в от-
, (1.9)
2. Разбавление ЛВЖ и ГЖ растворимыми в них негорючими или трудно-
горючими жидкостями (например, водой, хладонами, тетрахлорметаном и др.)
с получением негорючих или трудногорючих растворов, для которых при рабочей температуре эксплуатации выполняется условие безопасности (1.9).
3. Хранение пожароопасной жидкости под слоем нерастворимой в ней
негорючей жидкости или пены (например, сероуглерода под слоем воды, бензина или керосина под слоем пены и т. д.).
11
В табл. 1.1 и 1.2 приведены данные, из которых видно, что с увеличением
Содержание воды в уксусной кислоте,
% (масс.)
0
10
20
30
55 и более
Температура вспышки, °С
40,0
54,0
60,0
63,0
Нет
Содержание тетрахлорметана
в диэтилкетоне, %/об. доли
0
10
20
30
40 и более
Температура вспышки, °С
10,5
13,0
15,0
20,0
Нет
содержания негорючих разбавителей температура вспышки растворов уксусной
кислоты и диэтилкетона растет, и при некоторой концентрации разбавителя
этот показатель у растворов отсутствует.
Таблица 1.1
Температура вспышки уксусной кислоты в зависимости
от содержания негорючего разбавителя (воды)
Таблица 1.2
Температура вспышки диэтилкетонах в зависимости
от содержания негорючего разбавителя (тетрахлорметана)
1.2.2. «Дышащие» аппараты
В свободном (паровоздушном) пространстве «дышащих» аппаратов с
ЛВЖ и ГЖ ВОК образуются в том случае, если выполняется соотношение (1.1).
Наибольшую трудность представляет определение рабочей концентрации паров
жидкости в паровоздушном пространстве (ПВП) аппарата, которая в зависимости от целого ряда условий может изменяться практически от 0 до максимально-
го при рабочей температуре жидкости значения – насыщенной концентрации
В связи с этим рассмотрим два случая:
в аппарате жидкость длительно хранится при постоянном уровне и
неизменных температуре и давлении окружающей среды (аппарат с неподвижным уровнем жидкости);
в аппарате с жидкостью изменяются ее уровень, температура или дав-
ление окружающей среды (аппарат с подвижным уровнем жидкости).
12
Аппарат с неподвижным уровнем жидкости
Вследствие постоянства объема свободного пространства (уровень жидкости не изменяется по условию), температуры и давления окружающей среды
приток воздуха через дыхательное устройство внутрь аппарата не происходит.
Находящийся в свободном пространстве аппарата воздух постепенно насыщается парами жидкости, концентрация которых через определенное время во
всем ПВП становится насыщенной, то есть
.
Так как концентрация насыщенного пара является функцией температу-
ры, то есть
где
,
= f(t), то условие образования ВОК можно записать в виде:
– нижний и верхний температурные пределы распространения пла-
, (1.10)
мени, соответствующие нижнему и верхнему концентрационным пределам
распространения пламени;
– рабочая температура жидкости.
Взрывобезопасные температурные условия эксплуатации аппаратов с неподвижным уровнем жидкости можно найти из выражений:
, (1.11)
или
где
и
– взрывобезопасные рабочие температуры ГЖ в аппарате, °С; А,
В, – константы уравнения Антуана;
– давление окружающей среды, обыч-
, (1.12)
но принимаемое равным 1·105Па.
Необходимо отметить, что подсасывание по какой-либо причине воздуха
через дыхательное устройство внутрь аппаратов, температура жидкости в которых соответствует условиям безопасности (1.11) либо (1.12), приводит к совершенно противоположным результатам (рис. 1.4).
13
Рис. 1.4. Схема образования ВОК в «дышащем» аппарате:
– содержание горючего компонента в паровоздушной смеси;
←направление изменения концентрации горючего компонента
в паровоздушной смеси при ее разбавлении воздухом
В первом случае, когда выполняется условие (1.11), происходит раз-
бавление воздухом негорючей смеси (например, состава
трации значительно ниже значения
, что гарантирует еще большую взрыво-
) и снижение концен-
безопасность. Во втором случае, когда выполняется условие (1.12), происходит
разбавление воздухом также негорючей смеси (например, состава
ние концентрации до значения
и ниже с образованием взрывоопасной смеси.
) и сниже-
Аппарат с подвижным уровнем жидкости
В большинстве случаев при эксплуатации «дышащего» аппарата насыщенная концентрация паров жидкости в ПВП не образуется вследствие притока
воздуха через дыхательное устройство внутрь при снижении уровня жидкости,
температуры окружающей среды или увеличения барометрического давления.
В этом случае условие образования ВОК в «дышащем» аппарате имеет вид:
где
– насыщенная концентрация паров при температуре поверхностного
, (1.13)
слоя жидкости.
Оценить возможность образования ВОК в «дышащем» аппарате с подвижным уровнем жидкости можно также из выражения:
, (1.14)
где – температура поверхностного слоя жидкости;
вспышки в закрытом тигле.
14
– температура
Взрывобезопасные условия эксплуатации «дышащего» аппарата с подвижным уровнем жидкости определяются из выражения (1.11).
Основные способы обеспечения взрывобезопасной эксплуатации «дыша-
щих» аппаратов с ЛВЖ и ГЖ:
1. Ликвидация свободного пространства, что достигается применением
плавающих крыш.
2. Снижение количества паров, поступающих в ПВП, что достигается:
хранением пожароопасных жидкостей под слоем пены или негорючих
эмульсий;
применением понтонов.
3. Создание и поддержание взрывобезопасных температурных условий
эксплуатации аппаратов.
4. Создание и поддержание безопасной концентрации флегматизатора
в смеси.
5. Разбавление ЛВЖ и ГЖ растворимыми в них негорючими или трудно-
горючими жидкостями с получением негорючих или трудногорючих растворов, для которых при рабочих условиях эксплуатации выполняется условие
безопасности (1.11).
1.2.3. Герметичные аппараты
В герметичных аппаратах с ЛВЖ и ГЖ ВОК паров образуются при одно-
временном выполнении двух условий:
наличие свободного пространства, в которое извне попадает воздух
или иной окислитель;
и выполняется соотношение:
.
Взрывобезопасные условия эксплуатации герметичных аппаратов с ЛВЖ и
ГЖ обеспечиваются при выполнении одного из условий:
в аппарате отсутствует свободное пространство;
–
или
15
Основные способы обеспечения взрывобезопасной эксплуатации герме-
Рис. 1.5. Схема обвязки аппарата
для хранения сероуглерода под слоем воды:
1 – задвижки; 2 – привод задвижек
Рис. 1.6. Схема хранилища
с эластичными стенками:
1 – задвижки; 2 – эластичная стенка
тичных аппаратов с ЛВЖ и ГЖ:
1. Ликвидация свободного пространства, которая достигается:
хранением пожароопасной жидкости под или над слоем нераство-
римой в ней негорючей жидкости (рис. 1.5);
применением аппаратов с эластичными стенками (рис. 1.6).
2. Создание и поддержание взрывобезопасных температурных условий
эксплуатации аппарата.
3. Создание и поддержание безопасной концентрации флегматизатора в смеси.
Флегматизацию среды в герметичных аппаратах с ЛВЖ и ГЖ осуществляют как негорючими, так и горючими газами. Во втором случае суммарная взрывобезопасная концентрация горючих паров и флегматизирующих ГГ в
смеси определяется из выражения (1.4).
4. Разбавление ЛВЖ и ГЖ растворимыми в них негорючими или трудно-
горючими жидкостями с получением негорючих или трудногорючих растворов,
для которых при рабочих условиях эксплуатации выполняется условие безопасности (1.11).
Создание и поддержание безопасного остаточного давления в аппарате
ниже предельно допустимого значения согласно условию (1.5), при котором
исключается распространение пламени по смеси (смесь становится взрывобезопасной) [1–12, 19].
16
1.3. Образование взрывоопасных концентраций в аппаратах
с твердыми горючими материалами
При хранении, переработке или обработке в аппаратах твердых горючих
материалов образуются горючие пыли (волокна), которые в зависимости от
размеров, формы и материала частиц, а также от вида и скорости движущегося
газа над ними могут находиться во взвешенном состоянии (аэрозоль) или в виде осевшего слоя (аэрогель). При изменении внешних условий аэрозоль легко
переходит в аэрогель, и наоборот. В связи с этим взрывоопасность такого технологического оборудования определяется не только количеством пыли, находящейся в данный момент во взвешенном состоянии, но и количеством осевшей пыли, способной перейти во взвешенное состояние. Критерием перехода
взвешенной пыли в осевшее состояние является скорость витания
, то есть
0
минимальная скорость движения среды, при которой частицы пыли данного
размера еще не оседают.
При оценке возможности образования взрывоопасной смеси в аппарате
практическое значение имеет только НКПР пламени пыли, так как в производственных условиях верхний концентрационный предел распространения пламени не достигается.
Таким образом, ВОК в аппаратах с горючими пылями (волокнами) образуются при выполнении двух условий:
где – рабочая (действительная) скорость движения газа;
, (1.15)
– рабочая кон-
центрация пыли в аппарате (с учетом взвешенной и осевшей пыли);
– НКПР пламени пыли.
Следует иметь в виду, что в образовании ВОК участвует не весь горючий
пылевидный материал, а только часть его с частицами пыли определенного
размера, долю которых надо учитывать при определении рабочей концентрации.
17
Взрывобезопасность при эксплуатации аппаратов с горючими пылями
обеспечивается при выполнении одного из условий:
– нет опасности образования аэрозоля, то есть
– или
где
и
– коэффициенты безопасности, соответственно, к скорости ви-
тания и НКПР; обычно принимают
Основные способы обеспечения взрывобезопасности оборудования с го-
рючими пылями (волокнами):
1. Предотвращение пылеобразования при обработке и переработке твер-
дых горючих материалов путем:
использования менее пылящих технологических процессов (например,
вибрационного размола);
и
, (1.16)
, (1.17)
> 2.
увлажнения материалов;
ограничения скорости движения среды ниже предельно допустимой
скорости витания частиц пыли наименьшего размера, еще способных взрываться (1.16).
2. Устройство систем аспирации.
3. Создание и поддержание безопасной концентрации флегматизатора в
аппарате.
4. Смешение горючих пылевидных веществ и материалов с негорючими
(минеральными) веществами (например, хлористым натрием или кальцием, мелом, жженой магнезией и др.) с образованием негорючих смесей либо смесей,
для которых при рабочих условиях эксплуатации выполняется условие безопасности (1.17).
5. Рациональное конструирование оборудования, в котором в зависимости от его назначения предотвращается осаждение взвешенных частиц пыли
на стенках (например, для предотвращения образования застойных зон у возду-
18
ховодов делают плавные повороты, равномерно распределяют подачу воздуха
по сечению сушилок и т. д.) или предотвращается взвихрение осевшей пыли.
6. Предотвращение конденсации влаги на стенках оборудования.
7. Предотвращение электризации пыли или отвод образующихся электрических зарядов путем:
ионизации среды;
увлажнения пыли;
введения добавок, обладающих высокой электропроводностью (напри-
мер, сажи);
надежного заземления оборудования.
1.4. Образование взрывоопасных концентраций в технологическом
оборудовании при пуске в работу и остановке на осмотр или ремонт
Взрывы и пожары на технологических установках часто происходят в периоды пуска оборудования в работу, остановки его на осмотр или ремонт. Это связано с образованием ВОК в технологическом оборудовании по двум причинам:
1) имеется воздух в аппаратах перед их заполнением горючими веще-
ствами во время пуска в работу нового или отремонтированного оборудования;
2) имеются остатки горючих веществ в открываемых для осмотра или
ремонта аппаратах.
Предотвращение образования ВОК в технологическом оборудовании при
пуске в работу достигается продувкой аппаратов и коммуникаций инертным
газом или водяным паром.
Продувку производят до тех пор, пока концентрация инертного газа в аппарате не достигнет безопасного значения. Оценить продолжительность про-
дувки
можно по формуле:
, (1.18)
где – расход инертного газа; V – свободный объем аппарата;
безопасная концентрация инертного газа.
19
– взрыво-
Заключение об окончании продувки можно сделать только после анализа
пробы продувочных газов на фактическое содержание инертного компонента
при выполнении условия безопасности:
. (1.19)
Основные способы предотвращения образования ВОК в оборудовании
при остановке на осмотр или ремонт:
1. Полное удаление горючих веществ и материалов из аппаратов, что до-
стигается устройством стационарных сливных или продувочных линий, уклон
днищ аппаратов и трубопроводов в сторону сливных устройств, применение
ситчатых или других самоопорожняющихся тарелок в ректификационных колоннах и абсорберах и другие решения, а также герметичное отключение остановленного оборудования от соседних работающих аппаратов.
2. Промывка аппаратов водой или растворами технических моющих
средств.
3. Пропарка аппаратов водяным паром, продувка инертным газом или
продувка воздухом до остаточного содержания горючих веществ в продувочных газах, отвечающего условию взрывобезопасности:
где
парате;
– остаточная взрывобезопасная концентрация горючих веществ в ап-
– коэффициент безопасности; если в аппарате предполагается про-
, (1.20)
ведение огневых ремонтных работ или имеется опасность появления иных ис-
точников зажигания, то
ника зажигания допускается принимать
20; при отсутствии опасности появления источ-
2.
4. Изоляция горючих веществ от возможных источников зажигания с
помощью воздушно-механических, инертно-механических пен и другими
способами.
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]