Пожарная безопасность технологических процессов / Artemiev -Pozharnaya bezopasnost tekhnologicheskikh processov. Chast-2 2008

ния обладают рядом преимуществ перед сальниковыми, т.к. в них малая утечка перекачиваемой жидкости и они способны создавать надежную герметичность вала при более высоких давлениях перекачиваемой жидкости; эти устройства не требуют систематического обслуживания, связанного с подтяжкой и регулированием.

Рисунок 2.16 – Схема торцового уплотнения:

1 – пружина; 2 – устройство передачи крутящего момента от вала к втулке; 3,6 – уплотняющий элемент; 4 – вращающаяся втулка; 5 – неподвижная втулка; 7 – стопор; 8 – вал колеса

2.2.3 Требования пожарной безопасности процессов перемещения горючих жидкостей

Специфические требования пожарной безопасности для процессов перемещения горючих жидкостей (регламентируют [25, 26, 27]):

−для перекачки горючих жидкостей следует применять бессальниковые насосы, а также насосы с торцовыми уплотнениями;

−насосы по перекачке горючих жидкостей по возможности необходимо размещать на открытых площадках;

−для ограничения растекания горючей жидкости, вокруг мест установки насосов, необходимо устраивать бортики высотой не менее 0,15 м;

−со стороны нагнетания на всасывание и предохранительных клапанов на поршневых, шестеренных и винтовых насосах необходимо устраивать перепускные линии;

−насосы должны иметь дистанционный пуск и отключение, размещаемые на безопасном расстоянии;

−запорные устройства насосов, транспортирующих горючие жидкости должны располагаться, как в помещении, так и снаружи здания;

−должен осуществляться контроль герметичности уплотнений; не допускается эксплуатация насосов с утечкой жидкостей через сальники;

−для исключения вибраций насосы должны тщательно регулироваться

иустанавливаться на фундаменты, отделенные от фундаментов здания;

−должна контролироваться температура подшипников, подшипники

41

насосов должны своевременно смазываться; − насосы должны быть оснащены сигнализацией о нарушении парамет-

ров работы, влияющих на их безопасность.

2.3 Пожарная безопасность процессов транспортирования горючих газов

Для сжатия и транспортирования газов применяют специальные машины, называемые компрессорами. Основными параметрами, характеризующими работу компрессора, являются производительность (Q), начальное (р1) и конечное (р2) давления, степень сжатия (c = p2/p1), мощность на валу компрессора (N).

В зависимости от значения степени сжатия компрессионные машины подразделяют на вентиляторы, газодувки, компрессоры. Вентиляторы − это машины со степенью сжатия с < 1,15, которые применяются для транспортирования больших количеств газов при низких давлениях. Газодувки (1,15 < с < 3,0) применяются для транспортирования значительных количеств газов при существенных гидравлических сопротивлениях системы, в которой перемещается газ. Компрессоры (с > 3,0) применяются для создания высоких давлений.

В зависимости от создаваемого рабочего давления все компрессоры делятся: на вакуумные (начальное давление газа ниже атмосферного), низкого (конечное давление газа 0,115 − 1,0 МПа), высокого (конечное давление 10 − 100 МПа) и сверхвысокого (конечное давление свыше 100 МПа) давления.

По принципу сжатия компрессоры подразделяют на объемные и динамические. В объемных компрессорах сжатие происходит в результате периодического уменьшения объема, занимаемого газом. Их подразделяют на поршневые, мембранные и роторные. В динамических компрессорах сжатие происходит в результате непрерывного создания ускорений в потоке газа. Наибольшее распространение в группе объемных компрессоров получили поршневые и роторные компрессоры. Работа этих машин выполняется путем всасывания и вытеснения газовых сред твердыми телами – поршнями, пластинами, зубцами, движущимися в цилиндрах и корпусах специальных форм.

Поршневые компрессоры по числу ступеней сжатия делят на одноступенчатые, двухступенчатые и многоступенчатые, а по характеру действия – на компрессоры простого (одинарного) и двойного действия. В поршневых компрессорах простого действия (рисунок 2.17, а) за один двойной ход поршня происходит одно всасывание и одно нагнетание, а в компрессорах двойного действия (рисунок 2.17, б) – два всасывания и два нагнетания.

Одноступенчатые компрессоры изготовляют горизонтальными и вертикальными. Горизонтальные компрессоры обычно являются машинами двойного действия, а вертикальные – простого действия.

В одноступенчатом горизонтальном компрессоре простого действия (рисунок 2.17, а) поршень 2 передвигается в цилиндре 1. С одной стороны ци-

42

линдр закрыт крышкой, имеющей всасывающий 3 и нагнетательный 4 клапаны. Поршень соединен непосредственно с шатуном 5 и кривошипом 6, на валу которого установлен маховик 7. При ходе поршня слева направо в пространстве между крышкой цилиндра и поршнем создается разрежение. Под действием разности давлений во всасывающей линии и цилиндре открывается клапан 3, и газ поступает в цилиндр. При ходе поршня справа налево всасывающий клапан закрывается, а находящийся в цилиндре газ сжимается поршнем до определенного давления р2, при котором открывается клапан 4, и газ выталкивается в нагнетательную линию. После этого цикл повторяется снова.

Рисунок 2.17 – Поршневые компрессоры простого действия:

а– одноцилиндровый простого действия; б – одноцилиндровый двойного действия;

в– двухцилиндровый простого действия.

Водноступенчатом компрессоре двойного действия (рисунок 2.17, б) имеется два всасывающих 3 и два нагнетательных 4 клапана. Устройство таких компрессоров сложнее, но производительность их практически в два раза больше, чем компрессоров простого действия (при одинаковых массе и занимаемой площади).

Для охлаждения сжатого газа цилиндр, а иногда и крышки компрессоров снабжают водяными рубашками.

Для увеличения производительности рассмотренных компрессоров их изготовляют многоцилиндровыми. На рисунке 2.17, (в) представлен компрессор с двумя цилиндрами, по существу являющийся сдвоенным компрессором простого действия с приводом от одного коленчатого вала и кривошипами, сдвинутыми друг относительно друга на угол 90 или 180°.

Наряду с поршневыми компрессорами применяются роторные компрессоры одной из разновидностью которых являются компрессоры пластинчатого (шиберного) типа. Общее устройство такого компрессора представлено на рисунке 2.18. При вращении массивного ротора 2, в продольных пазах (прорезях)

43

4 которого могут свободно перемещаться пластины 3, газ захватывается в межлопастные пространства, переносится от всасывающего патрубка 5 к нагнетательному 6 и вытесняется в трубопровод.

Рисунок 2.18 – Роторный компрессор пластинчатого (шиберного) типа.

В компрессорах с двухлопастными роторами (рисунок 2.19) на двух параллельных валах в корпусе 1 вращаются два ротора 2. Один из них приводится во вращение от электродвигателя, второй связан с зубчатой передачей, передаточное число которой равно единице. Роторы 2 плотно прилегают друг к другу и к стенкам корпуса 1, образуя две разобщенные камеры, в одной из которых происходит всасывание через патрубок 5, а в другой – нагнетание через патрубок 4, при поступлении в который газ сжимается и выталкивается в напорный трубопровод.

Роторные компрессоры применяют при средних производительностях (до 5000 – 6000 м3/ч) и избыточном давлении до 1,0 МПа.

Рисунок 2.19 – Ротационный компрессор (газодувка)

сдвухлопастными роторами.

Кдинамическим относятся центробежные, осевые и струйные компрессоры. Основными типами их являются вентиляторы, турбогазодувки и турбокомпрессоры. Центробежные компрессоры по принципу действия и характеристикам аналогичны центробежным насосам. В спиралевидном корпусе 1 центробежного вентилятора низкого давления (рисунок 2.20) вращается рабочее

44

колесо 2 с большим числом лопаток. Газ поступает по оси колеса через всасывающий патрубок 3, захватывается лопатками и выбрасывается из корпуса через нагнетательный патрубок 4. Рабочие колеса вентиляторов среднего и высокого давления имеют относительно большую ширину, лопатки их загнуты вперед.

Рисунок 2.20 – Центробежный вентилятор.

Одноступенчатые турбогазодувки (рисунок 2.21) являются разновидностью вентиляторов высокого давления. В спиралевидном корпусе 1 вращается колесо 2 с лопатками внутри направляющего аппарата 3, в котором кинетическая энергия газа преобразуется в потенциальную энергию давления. Газ в турбогазодувку поступает через всасывающий патрубок 4, сжатый газ выходит через нагнетательный патрубок 5.

В многоступенчатых турбогазодувках на валу устанавливают несколько колес с лопатками (обычно 3 – 4). Диаметры колес в многоступенчатой турбогазодувке постоянны, но ширина их снижается в направлении от первого колеса к последнему. Этим достигается возможность сжатия в каждой последующей ступени без изменения числа оборотов вала и формы лопаток рабочих колес. Степень сжатия в турбогазодувках не превышает 3 – 3,5.

Рисунок 2.21 – Турбогазодувка.

45

Турбокомпрессоры по устройству аналогичны турбогазодувкам, но создают более высокие степени сжатия. В них устанавливают большее число колес, чем в турбогазодувках, причем колеса имеют разный диаметр. Часто рабочие колеса турбокомпрессоров секционируют и располагают их в двух или трех корпусах. В пределах каждого корпуса колеса имеют одинаковый диаметр, но разную ширину.

При сжатии ГГ взрывопожароопасные концентрации внутри компрессора не образуются, а могут возникнуть, если по каким-либо причинам внутрь компрессора поступит окислитель в количестве достаточном для разбавления газа до концентрационных пределов распространения пламени. Поступление окислителя (воздуха) в компрессор может произойти, когда образуются неплотности на стороне всасывания при давлении ниже атмосферного, если по какойлибо причине ликвидируется подпор со стороны всасывания. При незначительных неплотностях компрессора количество подсасываемого воздуха мало, поэтому опасность разбавления до взрывопожароопасных концентраций реальна лишь для газов с высоким верхним концентрационным пределом распространения пламени (водород, ацетилен). Наибольшая опасность возникает при подсосе концентрированного окислителя (кислорода) в процессе сжатия ГГ.

Характерными источниками зажигания в компрессорах являются: тепловое проявление механической энергии (тепло удара, тепло трения, тепло сжатия); тепловое проявление электрической энергии (короткое замыкание, большое переходное сопротивление, перегрузка, искрение); тепловое проявление химической энергии (самовозгорание пропитанных маслом волокнистых материалов).

Пожарную опасность представляют и воздушные компрессоры. Пожарная опасность их заключается в том, что внутри машин может образоваться горючая среда, т.к. там есть окислитель (воздух) и горючее вещество (смазочное масло). Основная причина взрывов воздушных компрессоров связана с самовозгоранием нагара масляных отложений, которые образуются в результате испарения, последующей конденсации и оседания в коммуникациях масел, применяемых для смазки цилиндров и механизмов движения.

2.3.1 Требования пожарной безопасности для процессов перемещения горючих газов

Специфические требования пожарной безопасности для процессов перемещения ГГ (регламентируют [25, 30, 31]):

−для компремирования и перемещения ГГ предусматриваются преимущественно центробежные компрессоры (в обоснованных случаях допускается применение поршневых или других типов компрессоров);

−для защиты против опасных вибраций компрессоры устанавливают на отдельные фундаменты, отделенные от фундаментов и других конструкций здания;

−допустимые значения скоростей, давлений, температур перемещаемых горючих продуктов устанавливаются разработчиком процесса и технологиче-

46

ского регламента с учетом взрывоопасных характеристик, физико-химических свойств транспортируемых веществ;

−для компрессоров, перемещающих горючие продукты, должно предусматриваться их дистанционное отключение;

−выбор конструкции и конструкционных материалов, уплотнительных устройств осуществляется в зависимости от свойств перемещаемой среды и требований действующих нормативных документов;

−системы смазки механизма движения цилиндров и сальников должны иметь исправные блокировки по остановке двигателя компрессора при падении давления в системе смазки ниже допустимого;

−для отделения жидкой фазы от перемещаемой газовой среды на всасывающей линии компрессора устанавливается сепаратор;

−всасывающие линии компрессоров должны находиться под избыточным давлением. При работе этих линий под разрежением необходимо предусматривать контроль за содержанием кислорода в ГГ, а также подачу инертного газа в эти линии в случае повышения содержания кислорода в ГГ выше предельно допустимого значения и отключение привода компрессора.

2.4Пожарная безопасность процессов хранения горючих газов

Впромышленных условиях ГГ хранят в газгольдерах, резервуарах и баллонах.

Газгольдер – это инженерное сооружение, предназначенное для хранения, регулирования подачи газов в систему газоснабжения, в технологическое оборудование, а также для смешивания газов различных концентраций или составов. В зависимости от применяемого давления газгольдеры подразделяются на два класса: низкого (до 0,07 МПа) и высокого (от 0,07 до 3 МПа) давления. Газгольдеры низкого давления, как правило, являются газгольдерами постоянного давления и по своим технологическим и конструктивным особенностям могут быть подразделены на две группы: мокрые и сухие.

Сухие газгольдеры могут быть переменного и постоянного объема. Сухие газгольдеры переменного объема сложны в эксплуатации, а также характеризуются повышенной пожарной опасностью, что ограничивает их применение.

Мокрые газгольдеры по конструкции могут быть однозвеньевыми и многозвеньевыми. Однозвеньевой мокрый газгольдер (рисунок 2.22) состоит из неподвижного резервуара 2 наполненного водой, в котором установлен колокол (опрокинутый стакан) 3. Газ, расход которого регулируется задвижками 8, под колокол подается и отбирается из него по газопроводам 1, 7. При наполнении газгольдера колокол поднимается, а при опорожнении – опускается. Ролики 4 при этом скользят по направляющим шинам и устраняют качение и перекос колокола. Для защиты от поражений молнией предусматривается обеспечение

газгольдеров молниезащитным устройством − 5.

Многозвеньевые мокрые газгольдеры (рисунок 2.23) кроме колокола, имеет звенья (телескопы). В результате давления газа колокол поднимается и

47

тянет за собой телескопы, находящиеся в зацеплении с желобами. При поднятии колокола и звеньев, желоба заполняются водой и создают гидравлические затворы, обеспечивающие герметичность соединения подвижных элементов газгольдера. Если масса конструкций (колокола и звеньев) недостаточна для создания необходимого давления газа в газгольдере, применяют специальные грузы.

Рисунок 2.22 – Схема однозвенного мокрого газгольдера.

Газовые вводы газгольдеров пропускают через специальные камеры, в которых размещают запорную арматуру, гидравлические затворы, задвижки для ручного сброса и предохранительные клапана сброса газа в атмосферу при переполнении газгольдеров, а также узлы управления системой отопления и задвижки трубопроводов негорючего газа для продувки газгольдеров и газовых вводов.

Рисунок 2.23 – Схема трехзвенного мокрого газгольдера:

1 – неподвижный резервуар; 2, 3 – направляющие; 4 – верхние ролики телескопов

иколокола; 5 – специальный колпак против образования вакуума; 6 – грузы; 7 – колокол; 8 – нижние ролики телескопов и колокола; 9 – трубопровод.

48

Пожарная опасность газгольдеров заключается в возможности образования горючей среды как внутри газгольдера и его коммуникаций, так и в здании, где установлен газгольдер. Внутри заполненного газом газгольдера образование горючей среды невозможно, т.к. в газгольдере и газопроводах давление всегда выше атмосферного, это исключает проникновение в газгольдер воздуха. Подсос воздуха происходит лишь при вакууме, возникающем в результате полного опорожнения газгольдера, заклинивания колокола, интенсивной принудительной откачке газа в количестве, превышающем его поступление, либо растворение газа в воде при длительном его хранении. Причинами заклинивания колокола являются заклинивание роликов, сильное обледенение стенок газгольдера, а также усиленное потребление газа компрессорами или вентиляторами.

Выход газа из газгольдеров в помещение или атмосферу возможен в результате: утечки газа через неплотности швов и гидрозатворы колокола и звеньев; утечки воды из резервуара или гидрозатворов; резкого повышения давления газа, которое может привести к выбросу воды и газа через затворы; наличия неплотностей во фланцевых соединениях и сальниках запорной арматуры; переполнения газгольдеров ГГ при неисправности систем автоматической блокировки для отключения установок нагнетания газа; сильных перекосов и заклинивания колокола и звеньев, которые приводят к одностороннему обнажению затворов.

Причинами перекоса колокола могут быть неравномерная осадка фундамента, деформация колокола и телескопов, неравномерное расположение грузов, быстрое наполнение или опорожнение газгольдера, замерзание гидрозатворов или стенок газгольдера, заедание роликов при их движении по направляющим. Утечки газа могут происходить также при повышении давления в момент включения отдельных звеньев, т.к. начальный сдвиг с места колокола и звеньев требует большого добавочного усилия. Эти толчки увеличиваются при неточном монтаже роликов, плохой смазке и заедании их, при быстром наполнении газгольдера и перекосах.

Взрывы и пожары газгольдеров могут происходить в момент их ремонта и в период пуска после ремонта (включение газгольдера в сеть и наполнение его газом). Горючая среда может образоваться при неполном удалении газа из системы, отсутствии или недостаточном времени продувки, негерметичном отключении коммуникаций от газгольдера.

Основными источниками зажигания в газгольдерах могут быть:

−искры механического происхождения, высекаемые при ударах подвижных частей газгольдеров об их неподвижные части, а также при проведении профилактических и ремонтных работ;

−самовозгорание сульфидов железа образованных на стенках газгольдера;

−разряды атмосферного и статического электричества;

−сварочные и другие огневые ремонтные работы.

Распространение пожара в газгольдерах происходит по парогазовоздушному облаку и характеризуется высокой скоростью развития по площади, скоротечностью процессов разрушения технологического оборудования, истечением ГГ,

49

значительным тепловым излучением и загазованностью прилегающей территории.

Для хранения сжиженных горючих газов (далее – СГГ) применяют горизонтальные цилиндрические или шаровые резервуары (рисунок 2.24). Внутри резервуаров горючие концентрации не образуются из-за отсутствия воздуха, т.к. весь их свободный объем заполнен СГГ, находящимся под избыточным давлением. Горючие смеси ГГ с воздухом могут образоваться только при постановке резервуаров на ремонт и их первоначальном пуске.

Рисунок 2.24 – Резервуары для хранения сжиженных горючих газов:

а – цилиндрический горизонтальный; б – сферический.

Основной опасностью является выход ГГ через неплотности и повреждения в резервуарах. При выходе наружу СГГ интенсивно испаряются и загазовывают большие территории. СГГ тяжелее воздуха, поэтому их пары скапливаются в низких местах, растекаются по земле в направлении ветра, образуя зоны взрывоопасных концентраций. СГГ имеют повышенную способность к электризации.

Повреждения резервуаров СГГ наиболее часто происходят в результате образования повышенных давлений, вакуума и коррозии. Причинами повышения давления выше допустимых пределов в резервуарах СГГ могут являться их переполнение СГГ, неисправности предохранительных клапанов, нагревание корпуса резервуаров (теплотой пожара соседних установок, солнечными лучами и т.д.), заполнение более летучим газом, на который резервуар не рассчитан, образование льда и кристаллогидратов на дне резервуаров или в трубопроводах. Из всех резервуаров СГГ наименьшую опасность представляют изотермические низкотемпературные резервуары, в которых давление газа немного отличается от атмосферного. Однако нарушение их температурного режима может приводить к повышению давления и их повреждению.

Источниками зажигания при хранении СГГ могут быть искры при разрядах статического или атмосферного электричества, использовании стального искрообразующего инструмента, неисправности электрооборудования, самовозгорании пирофорных соединений, открытый огонь.

Распространение пожара в местах хранения СГГ происходит по парогазовоздушному облаку, поверхности разлившегося СГГ, трубопроводам промыш-

50