Пожарная безопасность технологических процессов / Burluckiy - Proizvodstvennaya bezopasnost. Chast-3 2012

Жидкость оказывается под давлением равным давлению в камере А. Истечение жидкости, сопровождаемое перемещением поршня 3, приводит к быстрому опусканию насадки 7 в крайнее нижнее положение до упора в выступе корпуса. При этом перфорированная часть насадки полностью выходит из корпуса гидропушки в полость аппарата, и жидкость начинает вытекать из полости В в виде множества струй через отверстия разного диаметра. Изменением расположения отверстий можно варьировать форму факела распыла.

В качестве взрывоподавителей применяют пневматические распылители огнетушащего вещества с разрушаемыми оболочками (рис. 7.17)

а, б, в разрушаемые оболочки; г, д пневматические распылители; е гид-

Оболочка 1 заполнена обычно жидким пламеподавляющим веществом, однако не исключено использование и порошкообразных составов. Детонатор 2 имеет герметичный чехол, а электропитание к нему подводится через коробку 4. При взрыве детонатора оболочка должна разрушаться полностью, а не разрываться в ка-

91

ком-либо одном месте. Это условие является обязательным для равномерного распределения состава по защищаемому объѐму.

Впневматических распылителях (см. рис. 7.17, г, д) огнетушащее вещество находится в специальных баллонах 5 под избыточным давлением инертного газа. При срабатывании электродетонатора 2 разрушается мембрана 6, и огнетушащее вещество под давлением 2 – 12 МПа впрыскивается в полость аппарата. Преимущество пневматических распылителей по сравнению с разрушающимися оболочками заключается в том, что они располагаются вне объема аппарата, и поэтому, во-первых, не создают никаких помех внутри аппарата, а во-вторых, сами не подвержены вредному влиянию (температурному воздействию, коррозии и т.п.) технологического продукта.

На рис. 7.17, е изображена конструкция гидроимпульсного устройства, которое представляет собой форсуночный распылитель с пороховым зарядом. Жидкий пламеподавляющий состав заполняет цилиндр 10, на конце которого установлен распылительный насадок 9. Отверстия в насадке закрыты мембраной 6. При инициировании порохового заряда 12 под действием давления пороховых газов мембрана прорывается в каждом из отверстий распылительного насадка, и жидкость поршнем 11 вытесняется в полость защищаемого аппарата 7 в виде множества струй. Таким образом, пламеподавляющий состав буквально "выстреливается" при помощи пороховой навески, что дало основание подобные гидроимпульсные устройства называть "гидрохлопушками".

Взрывоподавители предназначены для введения огнетушащего вещества в полость защищаемого аппарата или трубопровода с целью охлаждения продуктов сгорания и предотвращение повторного воспламенения в аппарате или распространения пламени по трубопроводу.

Вкомплект АСПВ входят быстродействующие пламеотсекатели. Масштабы разрушения и материального ущерба в результате взрыва в аппарате могут быть значительно снижены, если не допустить распространения пламени по технологическим коммуникациям в другое оборудование. Для этой цели и служат пламеотсекатели. На рис. 7.18 представлены схемы песчаного и мембранного пламеотсекателей.

92

обычно применяют в сочетании с другими методами и устройствами (например, с устройством для принудительного сброса давления).

Блокирование взрыва.

Для этого используют отсекающие устройства (отсекатели), которые приводятся в действие от детонатора по сигналу индикатора взрыва.

Отсекатели и флегматизирующие устройства устанавливают на вводных и выводных коммуникациях потенциально взрывоопасного аппарата. Обычно отсечные клапаны обеспечивают защиту наиболее слабых аппаратов технологической нитки. Время срабатывания отсекателя определяется длиной трубопровода от взрывоопасного аппарата до установленного отсекателя.

Автоматическое прекращение работы технологической схемы.

При возникновении взрыва в одном из аппаратов для предотвращения серьѐзных аварийных ситуаций требуется немедленное прекращение работы всей технологической линии. В этом случае от индикатора взрыва срабатывает специальное устройство, которое автоматически прекращает работу всей технологической нитки или отдельной группы аппаратов. Как правило, этот способ применяют в сочетании с другими активными методами взрывозащиты.

Контроль за накоплением горючих газов и паров.

Контроль осуществляется с помощью специальных газоанализаторов и газосигнализаторов. Наибольшее распространение получили термохимические приборы, принцип действия которых основан на каталитическом окислении горючих примесей в воздухе в специальной камере, являющейся одним из плеч равновесного моста Уитстона. За счѐт выделяющейся при окислении горючих примесей теплоты плечо (электроспираль) нагревается, увеличивается его электросопротивление, что приводит к разбалансировке моста. По величине разбаланса определяют содержание горючих примесей в воздухе.

Аварийное вентилирование помещений.

Аварийное вентилирование помещений является одним из наиболее распространѐнных традиционных способов предупреждения образования взрывоопасных сред. Основным показателем работы системы вентиляции является кратность воздухообмена. Вентиляция обеспечивает равномерное распределение горючих примесей в пространстве и вместе с тем предотвращает возможность образования локальной взрывоопасной среды. Допустимый объѐм взрывоопасной среды определяется величиной развиваемого локальным облаком, образующимся при выгорании избыточного давления, которое недолжно превышать 5 кПа. Этому условию соответствует объѐм локального облака со средней концентрацией на уровне нижнего концентрационного предела распространения пламени, равный примерно 5 % от объѐма помещения. Согласно расчѐтам предельно-допустимая концентрация (ПДК) горючей смеси с учѐтом запаса надѐжности (50 %) должна составлять 3,5 % от нижнего предела распространения пламени.

Пассивные способы защиты.

К пассивным способам взрывозащиты технологического оборудования относится один из самых распространѐнных способов применение предохранительных устройств для сброса давления (УСД), т. е. предохранительных устройств и клапанов. Установка предохранительных конструкций, применяемых для взрыво-

94

защиты технологического оборудования и помещений, преследует своей целью ослабление разрушительного действия взрыва за счѐт своевременного сброса из объекта защиты избыточного давления. Все эти устройства срабатывают при повышении давления сверх установленных пределов.

Классификация основных видов предохранительных устройств, используемых для взрывозащиты технологического оборудования, приведена на рис. 7.19.

Взрывные клапаны

Предохранительные устройства для сброса давления взрыва из технологического оборудования УСД

Мембранные предохранительные устройства

Рис. 7.19. Классификация основных видов предохранительных устройств для сброса давления взрыва из технологического оборудования

Взрывные предохранительные клапаны являются весьма распространенными средствами защиты технологического оборудования от превышения давления. Среди них наиболее часто применяются клапаны пружинного и откидного типа.

Пружинные взрывные клапаны работают точно таким же образом, как и обычные общепромышленные предохранительные клапаны, срабатывающие при повышении рабочего давления в аппарате. Однако в отличие от последних, взрывные предохранительные клапаны имеют гораздо большую пропускную способность.

На рис. 7.20,а показана одна из наиболее простых конструкций пружинного клапана с внутренней центральной пружиной. Уплотнительное кольцо 6 из эластичного материала, например из резины, обеспечивает необходимую герметичность контакта крышки 3 с корпусом 7. Крышка 3 клапана не имеет жестких направляющих, однако центральное расположение пружин 1 и 2 обеспечивает равномерность прижатия крышки по всему периметру уплотнительного кольца. Ручка 4 служит для периодической контрольной проверки работоспособности клапана.

95

живается в закрытом положении либо под действием груза 5, либо только за счет собственного веса.

Рис.7.21. Взрывные клапаны откидного типа:

а с защелкой; б с грузом; 1 откидной люк; 2 шарнир; 3 пружина; 4 защелка;

5 груз Основным преимуществом взрывных предохранительных клапанов является

то, что они после сброса необходимого количества газов вновь закрывают защищаемый аппарат. Это важно не только потому, что не требуется никаких работ по восстановлению клапанов, и технологический процесс может не прекращаться, но и потому, что при этом исключается возможность так называемых вторичных взрывов, которые могли бы происходить из-за подсоса воздуха через незакрытое сбросное отверстие.

Наряду с этим взрывные клапаны имеют ряд существенных недостатков, которые ограничивают область их применения. Такие клапаны, например, абсолютно ненадежны при работе в средах, склонных к кристаллизации, полимеризации и т. п. Кроме того, они дают существенные протечки в закрытом состоянии, что сопряжено с потерями ценных продуктов и загрязнением окружающей среды. Поэтому взрывные предохранительные клапаны устанавливают в основном на технологическом оборудовании, работающем при атмосферном давлении.

Мембранные предохранительные устройства являются наиболее надежны-

ми среди всех существующих средств взрывозащиты. Мембраны меньше других устройств подвержены влиянию кристаллизации и полимеризации среды, обеспечивают полную герметичность оборудования (до срабатывания) и не имеют ограничений по пропускной способности. В промышленности применяют большое число типов и конструктивных разновидностей предохранительных мембран. Наиболее характерным признаком, по которому обычно классифицируют мембраны, является характер их разрушения. В связи с этим все предохранительные мембраны подразделяются на разрывные, хлопающие, ломающиеся, срезные, выщелкивающиеся и отрывные.

Разрывные мембраны являются наиболее простыми и распространенными среди всех применяемых на технологическом оборудовании типов мембран. Учитывая, что при взрыве такие мембраны должны мгновенно разрываться, их изготавливают из тонколистового проката пластичных металлов, таких как алюминий,

97

никель, медь, латунь, титан, монель и т. п. При небольших рабочих давлениях в защищаемых аппаратах для изготовления мембран иногда используют неметаллические материалы полиэтиленовые и фторопластовые пленки, бумагу, картон, паранит, асбест.

Номенклатура выпускаемого тонколистового металлопроката сильно ограничивает возможности изготовления разрывных мембран на низкое давление срабатывания. Поэтому в таких случаях для защиты аппаратов применяют разрывные мембраны с радиальными (рис. 7.22,а) и с круговыми (рис. 7.22,б) рисками. Радиальные риски более просты в изготовлении, однако такая мембрана часто при срабатывании разрывается по одной – двум рискам и не обеспечивает полного раскрытия проходного сечения. Мембрана с окружной риской, как правило, раскрывается полностью. Для предотвращения отрыва мембраны риску наносят по незамкнутому круговому контуру, а со стороны, противоположной источнику давления, у концов риски устанавливают сегментный упор 1. Следует отметить, что технология нанесения рисок строго заданной глубины пока несовершенна, и поэтому такие мембраны часто имеют нестабильные характеристики. В этом отношении более предпочтительны мембраны с прорезями (рис. 7.22,в). Они всегда двухслойны, так как содержат дополнительно герметизирующую подложку 2 из коррозионностойкого и малопрочного материала.

круглообразная мембрана, не выдерживая вакуума, сжимается, то для ее нормальной работы необходимо устанавливать специальную вакуумную опору. Одна из таких опор показана на рис. 7.22,г.

Хлопающие мембраны используются в основном для защиты аппаратов, работающих на знакопеременном режиме давления. Такие мембраны (см. рис. 7.23) имеют форму сферического купола, выпуклая сторона которого обращена к зоне повышенного давления, то есть внутрь аппарата. При повышении давления сверх критического сферический купол мембраны теряет устойчивость и выворачивается в обратную сторону. При этом хлопающая мембрана со свободной заделкой (рис. 7.23,в) за счет энергии прощелкивания вылетает из кольца, а хлопающая с защемленным контуром (рис. 7.23 а и б) ударяется о неподвижный крестообразный нож и разрезается.

98

условия материала на чистый срез. Мембрана, представленная на рис. 7.25,б, для увеличения изгибной жесткости в рабочей части имеет накладные диски 4. Накладные диски и зажимные кольца делают калеными из качественных сталей с остро заточенными режущими кромками. Основной недостаток мембран этого типа состоит в большом разбросе давления срабатывания, так как оно определяется не только механическими свойствами мембраны, но и состоянием режущих кромок деталей узла.

Рис. 7.25. Срезные мембраны:

а с утолщением; б с накладными дисками; 1 мембрана; 2, 3 кольца; 4 диски

Отрывные мембраны применяются в основном для защиты аппаратов, работающих под большим рабочим давлением. Наиболее часто используемые виды отрывных мембран показаны на рис. 7.26. Под воздействием взрывного давления мембраны открываются по ослабленному сечению и открывают выход продуктам горения.

Рис. 7.26. Конструкции отрывных мембран:

1 фланцы; 2 мембрана; 3 ослабленное сечение Типы и конструкции мембранных предохранительных устройств должны

выбираться в соответствие с расчетными и заданными давлениями срабатывания и с учетом конкретных условий работы оборудования, а также требований взрывозащиты. С расчетами различных типов мембранных предохранительных устройств можно познакомиться в специальной литературе. При защите мембранами конкретных аппаратов в соответствие с ГОСТ Р 12.3.047-98 расчетом определяют размеры мембраны, общую площадь, диаметр и толщину.

Основным недостатком предохранительных мембран является то, что после их срабатывания сбросное отверстие остается открытым. Это приводит к утечке большого количества горючих продуктов в атмосферу, к проникновению воздуха в систему и образованию больших объемов взрывоопасных парогазовоздушных

100