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

Достижение более низких температур охлаждения достигается с помощью низкотемпературных жидких хладагентов. К их числу относятся жидкий аммиак, фреоны (хладоны), диоксид углерода, холодильные рассолы (водные растворы хлоридов натрия, магния или кальция). Хладагенты циркулируют в специальных холодильных установках, где теплота от охлаждаемой среды отнимается при их испарении. Холодильные рассолы выполняют роль промежуточных теплоносителей между испарителем холодильной машины (источник холода) и охлаждаемой средой (потребитель холода). На рисунке 3.14 приведена схема охлаждения аппаратов с использованием холодильных рассолов.

Рисунок 3.14 – Схема охлаждения аппаратов холодильными рассолами.

В контуре 1 такой установки холод производится с помощью парокомпрессионной холодильной машины. Из компрессора 3 сжатые пары хладагента поступают в конденсатор 2, в котором пары охлаждаются, и конденсируется жидкость. Жидкость через дросселирующий вентиль 1 подается в испаритель 4. В системе за дросселирующим вентилем давление резко снижается. Поэтому в испарителе жидкость начинает испаряться. Процесс испарения происходит с отбором тепла от хладоносителя, температура которого значительно снижается. Циркуляция хладоносителя в контуре 2 осуществляется с помощью насоса 6, который подает его в холодильники 5. Пары хладагента из испарителя 4 поступают на всасывание компрессора 3, и цикл повторяется.

Горючую среду в теплообменных аппаратах процессов охлаждения будут образовывать горючие охлаждаемые вещества и горючие хладагенты. Горючая среда может образоваться в результате разгерметизации соединений и образования неплотностей при повреждении отдельных узлов теплообменников. Разгерметизация теплообменных аппаратов может произойти в результате образования повышенного давления; возникновения температурных перенапряжений и коррозии.

Распространение пожара происходит по горючим твердым материалам, разлившейся горючей жидкости, теплоизоляции пропитанной продуктом, производственной канализации и незащищенным технологическим проемам.

81

3.5.1 Требования пожарной безопасности при проведении процессов охлаждения

Специфические требования пожарной безопасности к процессам охлаждения (холодильникам) (регламентируют [25, 32, 33]):

−емкости с хладагентами следует хранить в специальных складах, хранение их в машинных отделениях не допускается;

−размещение холодильных установок с рассольным охлаждением камер допускается только в машинном отделении, в котором имеется выход наружу или через коридор отделенный от других помещений дверями;

−подогрев баллонов с хладагентами для ускорения наполнения системы не допускается. Баллоны с хладагентом должны размещаться на расстоянии не ближе 3 м от отопительных приборов;

−в противопожарных поясах холодильных камер не разрешается пробивать отверстия, пропускать трубы, устанавливать крепление, наклеивать горючие материалы;

−в процессе эксплуатации помещений машинных и аппаратных отделений аммиачных холодильных установок не допускается уменьшать площадь оконных проемов, применять вместо обычного стекла стеклоблоки и стеклопрофилит, а также производить замену предусмотренной проектом негорючей изоляции холодильных камер на горючую;

−во время профилактических осмотров оборудования машинных и аппаратных отделений аммиачных холодильных установок должны применяться для освещения переносные светильники во взрывозащищенном исполнении.

Вопросы для самопроверки.

1.Нарисуйте схемы теплообменных аппаратов для обогрева «острым» и «глухим» водяным паром.

2.Дайте классификацию теплообменных аппаратов, опишите их устройство и объясните принцип действия кожухотрубчатых теплообменников.

3.Нарисуйте схему устройства трубчатой печи и объясните ее работу.

4.Охарактеризуйте пожарную опасность трубчатых печей.

5.Назовите требования пожарной безопасности, исключающие трубчатую печь как источник зажигания.

6.Приведите классификацию ВТ, охарактеризуйте их пожарную опасность.

7.Приведите схемы обогрева с естественной и искусственной циркуляцией ВТ, охарактеризуйте их пожарную опасность.

8.Приведите требования пожарной безопасности при использовании ВОТ.

9.Перечислите и охарактеризуйте основные способы охлаждения

веществ.

10.Приведите основные требования пожарной безопасности при проведении процессов охлаждения.

82

ГЛАВА 4

ПОЖАРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ПРОЦЕССОВ СУШКИ ВЕЩЕСТВ И МАТЕРИАЛОВ

Сушкой называется процесс удаления влаги из веществ (обычно твердых тел) путем ее испарения и отвода образующихся паров. Во всех случаях при сушке в виде пара удаляется легколетучий компонент (вода, органический растворитель). Процессы сушки применяются обычно или на конечной стадии технологического процесса с целью обеспечения высоких физикомеханических характеристик получаемых продуктов, или на промежуточных стадиях, если удаление растворителя необходимо по технологическим соображениям.

По физической сущности сушка является процессом совместного тепломассопереноса и сводится к перераспределению и перемещению влаги под воздействием теплоты из глубины высушиваемого материала к его поверхности и последующему ее испарению. Процессы сушки проводят в установках, которые называются сушилками. Сушилки отличаются друг от друга по принципу действия (периодические, непрерывные); величине давления в сушильной камере (атмосферное, вакуум); транспортным устройствам (тележки, вагонетки, конвейеры) и т.д. Все виды сушилок имеют общие элементы устройство показанные на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1 – Общая схема устройства сушильной установки:

1 – побудители движения среды; 2 – подогреватели; 3 – сушильная камера; 4 – транспортные приспособления; 5 – рециркуляционная линия.

Сушилки могут работать с рециркуляцией (теплоноситель не выбрасывается наружу, а вентилятором вновь подается в сушильную камеру) или без его рециркуляции (отработанный теплоноситель выбрасывается в атмосферу). Сушилки с рециркуляцией теплоносителя применяются при необходимости создания мягких режимов сушки с целью получения материалов высокого качества или в целях экономии теплопотерь. Отношение количества воздуха, направляемого обратно в сушилку, к общему количеству воздуха, проходящего по сушилке, называется коэффициентом рециркуляции.

83

4.1 Пожарная безопасность процессов тепловой сушки, применяемых на объектах промышленности

Тепловая сушка – это термический процесс удаления влаги из влажных материалов путем ее испарения и отвода образующихся паров. Тепловая сушка может производиться естественным и искусственным путем. По способу подвода теплоты к высушиваемому материалу сушилки бывают конвективные, терморадиационные, кондуктивные или контактные, высокочастотные и комбинированные (терморадиационно−конвективные, паровысокочастотные).

Конвективные сушилки по конструкции могут быть камерными, тоннельными, шахтными, с псевдоожиженным (кипящим) слоем, распылительными, пневматическими, аэрофонтанными и дымогазовыми. Эти сушилки являются сушилками калориферного типа. Нагрев теплоносителя (газа или воздуха) в этих сушилках осуществляется в калориферах – приборах для нагревания теплоносителя, состоящих из системы гладких или пластинчатых труб, по которым идет горячая или перегретая вода, пар, нагретый воздух, дымовые газы, органические теплоносители. Для нагрева теплоносителя в калориферах также могут использоваться и электронагреватели (ТЭНы). Калориферы устанавливаются внутри или снаружи сушильной камеры.

Камерные сушилки (рисунок 4.2) имеют прямоугольную камеру, в которую помещают высушиваемый материал. Циркуляция теплоносителя осуществляется принудительно с помощью вентиляторов (может применяться и естественная циркуляция). Подогрев теплоносителя осуществляется с помощью калориферов.

Рисунок 4.2 – Камерные сушилки с внутренними осевыми вентиляторами:

1 – осевые вентиляторы; 2 – калориферы; 3 – каналы для воздуха; 4 – штабель для высушиваемого вентилятора; 5 – направляющие экраны (щитки); 6 – тележка.

84

Тоннельные сушилки (рисунок 4.3) имеют тоннель (длинный коридор), в который поступает влажный материал (на тележках, в вагонах и т.п.). Воздух забирается вентилятором, прогоняется через калорифер и поступает в тоннель.

Рисунок 4.3 – Схема тоннельной сушилки:

1 – сушильная камера; 2,3 – шиберы для регулирования количества воздуха; 4 – вытяжная труба; 5 – жалюзийная камера; 6 – осевой вентилятор; 7 – калорифер;

8 – высушиваемый материал; 9 – двери.

Шахтные (полочные) сушилки (рисунок 4.4) применяются для сушки сыпучих материалов (синтетических смол, полистирола, катализаторов и др.). Материал, подлежащий высушиванию, подается на верхнюю полку. Полка состоит из пластин, поворачивающихся на 90о. При одновременном повороте всех пластин материал пересыпается на нижележащую полку и далее периодически повторяется. Воздух вентилятором подается в калорифер, подогревается и затем поступает в сушилку, где проходит между полками. Из камеры воздух поступает в циклон, рукавный фильтр для очистки от пыли.

Рисунок 4.4 – Шахтная сушилка с опрокидывающимися полками:

1– вентилятор; 2 – калорифер; 3 – поворачивающиеся полки; 4 – циклон; 5 – рукавный фильтр; 6 – шнек для выгрузки высушенного материала.

Сушилки с псевдоожиженным (кипящим) слоем (рисунок 4.5) использу-

85

ются для сушки сыпучих зернистых материалов, а также материалов, подверженных комкованию. Высушиваемый материал подается в камеру шнеком из бункера. Воздух вентилятором подается в калорифер, где нагревается и направляется в сушильную камеру. Проходя через слой высушиваемого материала, воздух переводит частицы во взвешенное состояние, высушивает их и направляет в циклонные установки и фильтры для очистки от пыли. Высушенный материал через питатель поступает на транспортер.

Рисунок 4.5 – Однокамерная сушилка с кипящим слоем:

1,8 – вентиляторы; 2 – калорифер; 3 – приемный бункер влажного материала; 4 – шнек; 5 - камера; 6 – циклон; 7 - батарейный циклон; 9 - конденсатор; 10 - пенный

фильтр для очистки от пыли отработанного газа; 11 – сепаратор; 12 – сборник горючей жидкости; 13 – транспортер; 14 – питатель; 15 – распределительная решетка; 16 – керамический фильтр; 17 – линия инертного газа.

Для материалов, малочувствительных к нагреву, применяют двух- и трехсекционные ступенчато-противоточные сушилки с псевдоожиженным слоем (рисунок 4.6).

Рисунок 4.6 – Многоступенчатая противоточная сушилка с дополнительным подводом теплоты:

1 – распределительная решетка; 2 – корпус; 3 – переточная труба; 4 - затворы; 5 - змеевики.

86

За счет противотока материала и сушильного агента достигается более высокая степень насыщения газа влагой, но высушенный материал соприкасается с наиболее горячим теплоносителем. Для регулирования температуры нагрева в слой материала в секциях иногда помещают змеевики 5. В таких сушилках выгрузка высушенного материала (переход с одной ступени на другую) производится над слоем через специальные переточные трубы 3.

Распылительные сушилки (рисунок 4.7) используют для сушки жидких и пастообразных материалов. В них материал диспергируют специальными устройствами и высушивают в потоке газообразного теплоносителя. Время пребывания материала в зоне сушки весьма мало, а высокая степень диспергирования, и, как следствие, большая интенсивность испарения влаги обеспечивают быстрое высушивание. Поэтому в распылительных сушилках можно использовать теплоноситель с высокой температурой. Высушенный продукт получается равномерного дисперсного состава, сыпучим и мелкодисперсным. Возможно совместное распыление и одновременное смешение двух и более компонентов. В распылительной сушилке

Рисунок 4.7 – Распылительная сушилка:

1 – вентилятор; 2 – калорифер; 3 – камера сушилки; 4 – диск; 5 – циклон; 6 – рукавный фильтр; 7 – шнек для выгрузки высушенного материала.

материал подается в камеру 3 с помощью диска 4 (или через форсунку). Сушильный агент движется параллельным током с материалом. Мелкие твердые частицы высушенного материала (размером до нескольких микрометров) осаждаются на дно камеры и отводятся шнеком 7. Отработанный сушильный агент после очистки от пыли в циклоне 5 и рукавном фильтре 6 выбрасывается в атмосферу.

В конвективных сушилках с пневмотранспортом материала (рисунок 4.8) материалы сушат в процессе их транспортирования газообразным теплоносителем. Сушилки этого типа используют для сушки дисперсных материалов. Чаще всего сушилка представляет собой вертикально расположенную трубу, где в режиме, близком к режиму идеального вытеснения, газовзвесь перемещается обычно снизу вверх. Время пребывания материала в зоне сушки составляет несколько секунд. Скорость газа в трубе-сушилке выбирают в несколько раз

87

выше скорости витания частиц наиболее крупных фракций высушиваемого материала. Длина трубы в зоне сушки достигает 20 м, а скорость потока нагретого воздуха (или топочных газов) составляет 10 – 30 м/с. В пневматической сушилке материал шнековым питателем 3 подают в трубу-сушилку 4, где он увлекается потоком воздуха, который нагнетается вентилятором 1 и нагревается в калорифере 2. Воздух выносит высушенный материал в гравитационную камеру 5 (для предварительного отделения материала от отработанного воздуха) и затем попадает в циклон 6, где отделяется от частиц материала и выбрасывается в атмосферу.

Рисунок 4.8 – Пневматическая сушилка.

Аэрофонтанные сушилки (рисунок 4.9) являются разновидностью пневматических сушилок. В этих сушилках высушиваемый материал витает в сушильной камере 4 в потоке сушильного агента. Вследствие конической формы камеры в верхней ее части происходит резкое снижение скорости газа и более тяжелые частицы материала при этом оседают, создавая циркуляцию твердой фазы. Частицы с низкой скоростью витания (высохшие) непрерывно уносятся из камеры и отделяются от газа в циклоне.

Рисунок 4.9 – Аэрофонтанная сушилка:

1 – вентилятор; 2 – калорифер; 3 – шнековый питатель; 4 – камера (рюмка); 5 – циклон.

88

Дымогазовые сушилки работают с использованием в качестве теплоносителя смеси дымовых газов с воздухом. Топочные газы получают в топках при сжигании твердого, жидкого или газообразного топлива. Их разбавляют воздухом до требуемой температуры. По конструкции эти сушилки бывают туннельные; камерные; шахтные; барабанные; кипящего слоя и др. На рисунке 4.10 показана схема барабанной дымогазовой сушилки, в которых высушиваемый материал поступает в барабан 7 из питателя-дозатора 5. Газы из топки 2 поступают в смесительную камеру 15, где смешиваются с воздухом, поступающим из трубы 4, и направляются в сушильный барабан 7. При вращении барабана высушиваемый материал перемешивается с помощью лопаток. Высушенный материал через затвор 9 попадает на транспортер 14. Отработанные газы направляются в циклон 5, а затем в скруббер 10 для очистки от пыли.

Рисунок 4.10 – Схема барабанной сушилки:

1 – вентилятор; 2 – топка; 3 – растопочная труба; 4 – воздухозаборная труба; 5 – питатель-дозатор; 6 – самотечная труба; 7 – сушилка; 8 – циклон; 9 – затворы;

10 – скруббер; 11 – насос; 12 – емкость; 13 – дымосос; 14 – транспортер;

15– смесительная камера.

Втерморадиационных сушилках тепло, необходимое для высушивания материала, сообщается инфракрасными лучами. К материалу подводятся большие удельные потоки тепла, в десятки раз превышающие соответствующие потоки при конвективной сушке. Однако инфракрасные лучи нагревают только поверхностный слой материала (до 2 мм), поэтому терморадиационная сушка эффективна в основном при высушивании тонколистовых материалов или лакокрасочных покрытий. По виду источников энергии различают сушилки ламповые и панельные. Ламповые сушилки (рисунок 4.11) представляют собой камеру, в которой высушиваемый материал (изделие) передвигается на конвейере

иоблучается со всех сторон лампами накаливания.

При сушке лакокрасочных покрытий металлических изделий температура воздуха принимается равной 100 − 110 °С, температура изделия 140 − 170 °С, температура лампового излучателя 350 − 380 °С. При сушке окрашенной древесины температура на ее поверхности колеблется в пределах 50 − 100 °С. В каче-

89

стве излучателей в панельных сушилках используют пустотелые панели (стальные, чугунные, керамические трубы или плиты), которые обогреваются электроэнергией или газом.

Рисунок 4.11 – Схема ламповой сушилки:

1 – подвижная панель; 2 – каналы для отвода паровоздушной смеси; 3 – рефлекторы; 4 – изоляционный кирпич; 5 – короб для подачи воздуха; 6 – отражательный экран.

На рисунке 4.12 приведена схема терморадиационной сушилки с газовым обогревом.

Рисунок 4.12 – Схема терморадиационной сушилки с газовым обогревом:

1– камера сгорания; 2 – газовая горелка; 3 – эжектор; 4 – линия горячего воздуха; 5 – рециркуляционная линия; 6 – панель излучения; 7 – воздухоподогреватель; 8 – вентилятор; 9 – транспортер; 10 – высушиваемый материал.

Высушиваемый материал 10 с помощью транспортера продвигается под панелью излучения 6, в которую подают горячие продукты горения газа, поступающие из камеры сгорания 1. Тепло отходящих газов используют для нагрева

90