4.13.3 Принципы устройства систем взрывозащиты
Взрывозашита технологических процессов может осуществляться организационно-техническими методами предупреждения загораний или методами непосредственного воздействия на процесс развития взрыва. Основные принципы взрывозащиты сводятся к отдельному или совместному выполнению следующего комплекса мероприятий:
1) автоматическое регулирование технологического процесса в целях исключения воспламенения горючей смеси;
2) флегматизация горючего газа инертным разбавителем для предотвращения вторичных взрывов;
3) аварийная разгерметизация герметичного оборудования с целью ограничения давления в технологических аппаратах в пределах допустимых значений;
4) блокирование оборудования от смежных технологических аппаратов, обеспечивающее его сохранность при возникновении загораний в смежных аппаратах или соединительных массопроводах;
5) активное подавление взрыва путем воздействия огнетушащего вещества непосредственно в зону пламени.
Автоматические системы взрывозащиты подразделяются на системы предупреждения, локализации и подавления взрывов.
В современных условиях должна существовать неразрывная связь между автоматическими системами управления технологическим процессом и системами предупреждения, локализации и подавления взрывов.
Системы предупреждения взрывов основаны на регулировании технологического процесса в соответствии с составленной программой. В состав этих систем в общем случае входят датчики, усилительно-преобразовательные блоки и исполнительные устройства.
Структурная схема системы предупреждения взрывов представлена на рисунке 4.32,а. В качестве технологической аппаратуры для регистрации предаварийного состояния можно использовать датчики сигнализации и контроля Д за режимом технологического процесса со вторичными усилительными приборами ВП и блок технологической электрогидропневматики БТЭГПА. Кроме того, для этих целей могут найти применение дополнительные устройства по блокированию УБ аварийного аппарата от смежного технологического оборудования (огнепреградители, металлоотсекатели), а также разрядные аккумуляторы РА с инертным газом.
Рис. 4.32. Структурные схемы автоматических систем взрывозащиты: а – предупреждения; б – локализации; в – подавления; Д – датчик; ВП – вторичный прибор; СПУ – сигнально-пусковая установка; БТЭГПА – блок технологической электрогидропневмо-автоматики; УБ – устройство блокирования; РА – разрядный аккумулятор; УИ – устройство инертизации; УР – устройство разгерметизации; УП – устройство пожаротушения; ВПУ – взрывоподавляющее устройство
В ходе процесса проверяют отсутствие в аппаратах посторонних предметов и инородных тел, которые могут являться причиной загорания, а также ряд технологических параметров: температуру, давление, уровень и расход обращающихся в производстве веществ, концентрации компонентов вязкой, жидкой или газовой среды. Информация с датчиков контроля поступает на вторичные усилительные приборы, которые выдают управляющую команду на пульт БТЭГПА для включения производственного процесса в случае нарушения заданного технологического режима. Образование взрывоопасных концентраций предотвращается путем флегматизации газовоздушных смесей инертным составом, подаваемым из баллонов или разрядных аккумуляторов РА внутрь защищаемого аппарата.
Системы предупреждения взрывов имеют профилактическое назначение и условно могут быть названы пассивными, поскольку они не оказывают непосредственного воздействия на процесс развития взрыва. Напротив, системы локализации взрывов приводятся в действие при возникновении загораний и прямой угрозе разрушения технологического оборудования от избыточного давления.
Системы локализации взрывов основаны на следующих принципах: предупредительной флегматизации взрывоопасной среды инертным разбавителем или ингибитором горения, разгерметизации замкнутых аппаратов, прежде чем давление достигнет предельно допустимых значений; сбросе избыточного давления в атмосферу или перепуске обращаемой технологической продукции в буферные аварийные емкости с целью увеличения объема, а следовательно, и снижения максимального значения давления, возникающего при взрыве; отсечении пламени в транспортных коммуникациях, а также на изоляции и блокировании аппаратов и устройств смежных с аварийным оборудованием.
Из существующих методов взрывозащиты методы локализации находят наиболее широкое применение в химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности.
В зависимости от характера технологического процесса и вида защищаемого оборудования локализация взрывов обеспечивается автономным или совокупным действием перечисленных выше методов защиты. Системы локализации взрывов целесообразно совмещать с пожаротушащими системами. Структурная схема такой совмещенной взрыво- и пожаропредохранительной системы изображена на рисунке 4.32,6. Система включает регистрирующую часть - датчики Д и сигнально-пусковую установку СПУ, устройства блокирования УБ (пламеотсекатели - гидрозатворы), устройства разгерметизации УР (предохранительные мембраны, предохранительные клапаны), устройства инертизации УИ горючей среды (разрядные аккумуляторы РА) и устройства пожаротушения УП (насадки-распылители, пусковые клапаны). Принцип действия систем локализации заключается в обнаружении аварийного состояния датчиком преобразователем Д, усилении управляющего импульса сигнально-пусковой установкой СГТУ и подаче исполнительной команды для срабатывания устройств разгерметизации, инертизации и пожаротушения. После образования защитного проема внутрь аппарата, где происходит горение горючих компонентов, для ликвидации или локализации пожара из разрядных аккумуляторов РА подается флегматизирующий инертный разбавитель или (через насадки-распылители) огнетушащее вещество. Предотвращение распространения пламени на смежные аппараты обеспечивается устройствами блокирования УБ.
Огнеопасные вещества, пары и газы при срабатывании взрывопредохранительных устройств могут сбрасываться в безопасное для обслуживающего персонала место или в специально установленные аварийные емкости.
В качестве устройства блокирования могут использоваться различные типы огнепреградителей или пламеотсекателей в зависимости от условий технологического режима. Устройства пожаротушения, предназначенные для подавления пламени горючих материалов, находящихся внутри технологических аппаратов, представляют собой специальные конструкции насадок - распылителей, эксплуатация которых возможна как при глубоком вакууме, так и при значительном избыточном давлении
В качестве устройства инертизации применяются разрядные аккумуляторы с флегматизирующим или ингибирующим веществом, широко используемые также в качестве взрывоподавляющих устройств.
Системы подавления взрывов применяются, как правило, для защиты замкнутых технологических аппаратов, заполненных под небольшим избыточным давлением газо-, пыле- и паровоздушными смесями. При высоких давлениях использование такого способа защиты менее эффективно, поскольку значительно затрудняется своевременная доставка с большой скоростью огнетушащего состава к очагу горения Схема компоновки системы подавления взрывов представлена на рисунке 4.32, в. Система состоит из двух частей: взрыворегистрирующей и взрывоподавляющей. В состав взрыворегистрирующей части входят датчик-преобразователь Д и сигнально-пусковая установка СПУ. Взрывоподавляющее устройство ВПУ включает побудитель и аккумулятор огнетушащего вещества.
Принцип действия системы подавления взрывов заключается в регистрации незначительного по размерам очага горения датчиком-преобразователем, усилении управляющего импульса сигнально-пусковой установкой и подаче в цепь побудителя электрического импульса, благодаря которому осуществляются распыление и доставка огнетушащего состава с высокой скоростью (до 100-200 м/с) во внутреннюю полость защищаемого аппарата и обеспечивается полное прекращение горения. После срабатывания систем локализации и подавления взрывов производственный процесс приостанавливается для очистки аппарата от огнетушащего состава. В системах активного подавления взрывов приходится восстанавливать или перезаряжать взрывоподавляющие устройства ВПУ, а в системах локализации - устройства инертизации УИ и разгерметизации УР.
Основное назначение автоматических систем локализации и подавления взрывов состоит в предотвращении разрушения оборудования и распространении пламени по транспортным коммуникациям на смежные технологические аппараты. Следовательно, предельно допустимым временем срабатывания системы является минимальное время достижения предельно допустимого давления, при котором еще обеспечивается сохранность оборудования, или минимальное время распространения пламени по массопроводу из аварийного аппарата в смежный.
В общем случае быстродействие автоматических систем локализации взрывов зависит от чувствительности взрыворегистрирующей аппаратуры и времени срабатывания составляющих систему элементов. Применительно к конкретным технологическим аппаратам и процессам выбирают оптимальное соотношение между временем, необходимым для обнаружения, и временем срабатывания исполнительных устройств.
Время действия системы включает время, необходимое для обнаружения очага горения t0, время срабатывания конструктивных элементов tЭ и время доставки огнетушащего вещества в зону горения tg:
TC=t0+tЭ+tg (4.43)
Принятому времени действия системы Тс соответствует вполне определенный размер пламени. Время срабатывания конструктивных элементов tЭ включает постоянную времени электронной аппаратуры и время срабатывания пиро- и гидромеханических побудителей взрывоподавляющих устройств. Для достижения требуемого быстродействия системы взрывозащиты при оптимальных параметрах подачи и количестве огнетушащего вещества время обнаружения очага пламени и время доставки огнетушащего вещества в зону горения должны быть взаимосвязаны.
При комплексной взрывозащите определение временных параметров системы и составляющих ее элементов сводится к выявлению лимитируемого параметра, назначению реально возможного времени обнаружения пламени и времени срабатывания остальных исполнительных устройств взрывозащиты.