Организация деятельности пожарной охраны / Puchkov - Pozharnaya bezopasnost 2014

Параметры зоны ВОК при испарении жидкости в неподвижную среду зависят от физико-химических свойств жидкости, ее температуры, продолжительности и площади испарения.

Испарение жидкости в движущуюся среду

Испарение в движущуюся среду происходит вследствие молекулярной и конвективной диффузии.

Определение массы испарившейся жидкости в условиях конвективной диффузии с использованием критериальных уравнений связано с достаточно сложными и трудоемкими расчетами и рассматривается в курсе «Теплотехника».

Размеры зон ВОК оценивают по формуле (5.42), а также используют выражения, приводимые в последующих главах учебника.

Основные способы обеспечения пожарной безопасности при эксплуатации открытых аппаратов:

1.Создание и поддержание безопасных температурных условий эксплуатации согласно условию (5.31).

2.Замена открытых аппаратов на аппараты других типов.

3.Укрывание аппаратов крышками в периоды их простоя.

4.Замена ЛВЖ и ГЖ на менее горючие (с более высокой tвсп) или негорючие жидкости.

5.Применение наиболее рациональной конструкции открытых аппаратов с минимальной поверхностью испарения.

6.Устройство местных отсосов.

7.Устройство общеобменной вентиляции.

8.Вынос аппаратов за пределы помещений.

«Ды ш а щ и е» а п п а р а т ы

«Дышащие» аппараты с горючими жидкостями широко используются в различных отраслях промышленности в качестве мерников, напорных баков, расходных и промежуточных емкостей, хранилищ. Повышение уровня находящейся в таком аппарате жидкости, увеличение температуры или снижение давления окружающей среды приводит к выходу паровоздушной смеси наружу (явление «выдоха») и может привести к загазованности помещений и образованию взрывоопасных зон на наружных установках.

421

Частные случаи потерь паров горючих жидкостей из «дышащих» аппаратов:

1. Происходит большое дыхание (аппарат заполняется жидкостью). При этом р1 = р2 = рбар, Т1 = Т2 = Тр, п1 = п2 = п:

где mп.б – потери паров при большом дыхании, кг; рбар – атмосферное давление, Па;

Vж – объем жидкости, поступающей в аппарат, м3; Тр – рабочая температура жидкости, К.

2. Происходит малое дыхание (изменяется температура паровоздушной смеси). При этом V1 = V2 = Vсв, р1 = р2 = рбар:

где mп.м – потери паров при малом дыхании, кг;

Vсв – объем паровоздушной смеси в аппарате, м3.

Объем взрывоопасной зоны в помещении, образующейся вблизи дыхательного патрубка, оценивают по формуле (5.42).

Внедрение на предприятиях мероприятий по сокращению потерь паров ЛВЖ из «дышащих» аппаратов позволяет решить сразу три задачи: снизить пожарную опасность, уменьшить загрязнение окружающей среды и повысить экономическую эффективность производства.

Основные способы обеспечения пожарной безопасности при эксплуатации «дышащих» аппаратов:

1. Ликвидация или уменьшение ПВП. Действительно, из формулы (5.49) видно, что при V1 = V2 = 0 величина mп.б также равна нулю. Основные способы уменьшения или ликвидации ПВП были рассмотрены

вп. 5.7.2.

2.Установка на дыхательном патрубке аппарата дыхательного клапана для герметизации ПВП в периоды простоя аппарата. Дыхательный клапан позволяет поддерживать определенное избыточное давление или вакуум в аппарате, обеспечивая минимальные потери летучих компонентов за счет испарения, но не препятствует большим и малым «дыханиям».

3.Установка диска-отражателя под дыхательным патрубком позволяет избежать интенсивного перемешивания паровоздушной смеси со свежим воздухом, поступающим в резервуар при сливе жидкости. Последующее наполнение резервуара приводит к выходу из него смеси с концентрацией паров значительно ниже насыщенной (из уравнения (5.49) видно, что

при п 0 величина mп.б также стремится к нулю).

422

4. Хранение горючих жидкостей в герметичных аппаратах под избыточным давлением. Потери паров будут равны нулю, если выполняется условие

Рабочее давление в горизонтальных цилиндрических и сферических резервуарах, предназначенных для хранения жидкостей с высокой упругостью насыщенных паров, обычно превышает 0,2–0,3 МПа.

5.Устройство газоуравнительной системы (ГУС).

6.Частичная конденсация пара в концевом обратном холодильнике. Пары горючей жидкости, содержащиеся в выдыхаемой из аппарата паровоздушной смеси, при прохождении через холодильник частично конденсируются и стекают в аппарат. Остаточная концентрация пара в выходящей из дыхательной линии смеси определяется температурой хладоносителя.

7.Защита от воздействия внешних источников тепла на оборудование

спомощью теплоизоляции, солнцезащитных экранов, орошения аппаратов водой, теплоотражающих красок.

8.Вывод дыхательных труб за пределы помещений с предотвращением сброса паровоздушных смесей в зону аэродинамической тени.

9.Использование абсорберов и адсорберов для улавливания паров из выдыхаемых паровоздушных смесей.

10.Приостановка операции наполнения резервуара при неблагоприятных атмосферных условиях, способствующих скоплению паров в приземном слое, и при интенсивной грозовой деятельности.

Пожарная опасность выхода паров горючих жидкостей из герметичных аппаратов и способы обеспечения пожарной безопасности рассмотре-

ны в п. 5.8.1.

5.7.3. Пожарная опасность выхода горючей пыли из аппаратов и способы обеспечения пожарной безопасности

Особенностью эксплуатации производств, в которых обращаются горючие пыли или волокна, является способность пылей и волокон оседать на различных поверхностях, что приводит к их постепенному накоплению

423

в помещениях. Массу выделяющихся в помещение пылевидных или волокнистых материалов можно оценить из материального баланса. Потери пылевидных материалов (или пылевидные отходы) mп участвуют в образовании отложений пыли в помещении.

Объем возможной зоны ВОК при взвихрении всей осевшей пыли можно оценить по формуле (5.42).

О т к р ы т ы е а п п а р а т ы

К открытым аппаратам относятся конвейеры (скребковые, пластинчатые, ленточные и др.); ванны для нанесения порошковых покрытий на изделия; оборудование для обработки, шлифования и полирования деталей из металлов, древесины, пластических масс, лакированных или окрашенных изделий; бункеры, сборники и лотки для приема измельченных материалов; тара для переработки, фасовки и хранения красителей, сажи, измельченной серы, муки, сахарной пудры, порошка какао и других пылевидных материалов и продуктов в химической, резинотехнической, хлебопекарной, кондитерской и других отраслях промышленности.

Основные способы обеспечения пожарной безопасности при эксплуатации открытых аппаратов с порошками, пылевидными материалами или волокнами:

1. Замена процессов на менее пылящие или непылящие.

2.Герметизация оборудования.

3.Устройство местных отсосов и общеобменной вентиляции.

4.Периодическая уборка помещений от отложений пыли или волокон.

5.Укрывание аппаратов крышками при транспортировании или в периоды простоя.

6.Ограничение скорости транспортирования или движения воздуха вдоль поверхности пылевидного материала ниже скорости витания.

«Ды ш а щ и е» а п п а р а т ы

К «дышащим» аппаратам относятся сборники, бункеры, силосы

ихранилища кусковых, зернистых и пылевидных материалов; аппараты для переработки и обработки твердых компактных, кусковых, пылевидных

иволокнистых материалов (мельницы, дробилки, классификаторы, разрыхлители) и тому подобное оборудование.

Основные способы обеспечения пожарной безопасности при эксплуатации «дышащих» аппаратов:

1.Замена пылящих процессов на менее или на непылящие процессы (например, замена шаровых мельниц на вибрационные или использование мокрых методов размола).

2.Герметизация оборудования.

3.Устройство местных отсосов из аппаратов и общеобменной венти-

ляции.

424

4.Периодическая уборка помещений от отложений пыли или волокон.

5.Вынос аппаратов за пределы помещений.

Г е р м е т и ч н ы е а п п а р а т ы

К герметичным относятся аппараты того же назначения, что и «дышащие», но работающие под давлением либо вакуумом или имеющие герметизированные системы загрузки и выгрузки продукции. К герметичному оборудованию относятся: распыливающие сушилки, сушилки кипящего слоя, трубы-сушилки, реакторы и регенераторы с зернистым и пылевидным катализатором, непрерывно действующие адсорберы с зернистым и пылевидным адсорбентом и тому подобное оборудование, а также системы пневмотранспорта. Из герметичного оборудования выделяется значительно меньше пылей и волокон, чем из открытых и «дышащих» аппаратов.

Основные способы обеспечения пожарной безопасности при эксплуатации герметичных аппаратов с пылевидными и волокнистыми материалами:

1. Устройство общеобменной вентиляции.

2. Периодическая уборка помещений от отложений пыли или волокон.

3.Проведение технологических процессов под разрежением.

4.Размещение оборудования на открытых площадках.

5.7.4. Пожарная опасность периодически действующих аппаратов

испособы обеспечения пожарной безопасности

Кпериодически действующим относятся аппараты, периодически открываемые для загрузки сырья и выгрузки продукции.

Например, при работе клеемешалки общее количество пара растворителя, выходящего наружу из аппарата, можно найти из выражения

где mп.б, mп.м, mп.в и mи – соответственно, количество паров, выходящих из аппарата при его заполнении, нагревании смеси, открывании крышки и при испарении растворителя со смоченных стенок аппарата.

Величины mп.б, mп.м, mи были определены ранее в настоящей главе. Величину mп.в можно найти при следующих условиях:

425

Основные способы обеспечения пожарной безопасности при эксплуатации периодически действующих аппаратов:

1.Замена периодически действующих аппаратов на непрерывно действующие.

2.Герметизация загрузочных и разгрузочных операций.

3.Снижение температуры среды в аппарате перед началом разгрузки.

4.Сброс избыточного давления среды из аппарата в дыхательную линию перед открыванием крышки.

5.Устройство концевого обратного холодильника.

6.Вывод дыхательных труб за пределы помещений.

5.8. Причины повреждения технологического оборудования и способы обеспечения пожарной безопасности

Главным условием обеспечения эффективной и безопасной эксплуатации технологического оборудования является его прочность (см. п. 5.5).

Опасность разрушения оборудования возникает, если не выполняет-

где ф – фактические напряжения, Па;доп – допускаемые напряжения, Па.

Помимо формулы (5.54) для оценки возможности разрушения оборудования можно использовать выражения: ф < , рф > рдоп, Nф > Nдоп и др. (здесь ф и – соответственно, фактическая и расчетная толщина стенки

аппарата, м; рф и рдоп – фактическое и допускаемое давление, Па; Nф и Nдоп – фактическая и допускаемая сила, Н).

Как следует из формулы (5.54), причинами повреждения и разрушения технологического оборудования являются:

–рост фактических напряжений ф;

–снижение допускаемых напряжений доп.

Наибольшая опасность разрушения оборудования возникает при одновременном росте фактических напряжений и снижении допускаемых напряжений. Поводом для появления этих причин служат различные воздействия на материал оборудования, которые принято подразделять на механические, температурные и химические воздействия.

5.8.1. Повреждение оборудования от механических воздействий и способы обеспечения пожарной безопасности

Механические воздействия на материал оборудования приводят в основном, к росту фактических напряжений и обусловлены следующими причинами.

426

Н а р у ш е н и я м а т е р и а л ь н о г о б а л а н с а

Несоблюдение режима подвода веществ в аппараты и их отвода

приводит к чрезмерному росту давления или образованию вакуума, что, в свою очередь, может привести к разрушению оборудования.

Для предотвращения этой опасности и защиты оборудования от разрушения или переполнения предусматривается:

–устройство предохранительных клапанов (ПК) (см. п. 5.5);

–контроль и регулирование расхода и давления веществ;

–замена насосов (компрессоров) объемного действия центробежными или вихревыми;

–устройство циркуляционной линии с перепускным (обратным) клапаном у насоса (компрессора) объемного действия (рис. 5.23);

Рис. 5.23. Схемы обвязки насоса (компрессора):

а – без обратного клапана; б – с обратным клапаном; 1 – насос (компрессор); 2, 4 – всасывающая и напорная линии;

3 – задвижки; 5 – обратный клапан

–контроль уровня жидкости в аппарате;

–устройство сигнализатора предельного верхнего уровня жидкости

ваппарате с автоматическим отключением ее подачи;

–устройство в аппаратах переливных труб, на которых запрещается установка запорной арматуры.

Увеличение гидравлического сопротивления трубопроводов приводит к чрезмерному росту давления в оборудовании, расположенного по ходу движения продуктов до мест повышенного сопротивления. Гидравлическое сопротивление трубопроводов растет вследствие образования отложений грязи, солей, кокса, полимеров, продуктов коррозии, льда и кристаллогидратов на стенках трубопроводов.

Потери давления при равномерном образовании отложений по длине трубопровода определяют по формуле Дарси–Вейсбаха

где – коэффициент сопротивления трения, зависящий от режима движения продукта;

427

l – длина трубопровода, м;

w – скорость движения продукта по трубопроводу, м/с;

d – свободный диаметр проходного сечения трубопровода, м;t – плотность продукта при рабочей температуре, кг/м3.

Несложные подсчеты показывают, что при уменьшении проходного сечения трубопровода по всей его длине в два раза потери напора р могут вырасти в 32 раза. При этом для обеспечения первоначального расхода давление продукта на входе в трубопровод рк необходимо увеличить на величину не меньшую, чем р.

Тогда

где рн – начальное давление в системе, Па.

Такое повышение давления может привести к повреждению или разрушению трубопровода.

Для предотвращения образования отложений грязи, солей, кокса, полимеров, продуктов коррозии на стенках трубопроводов необходимо:

–очищать продукты от взвешенных твердых частиц;

–осушать газообразное или обезвоживать жидкое сырье;

–предотвращать коррозию материала оборудования;

–ограничивать температуру нагрева веществ во избежание их деструктивного разложения с образованием твердых продуктов;

–добавлять в продукты ингибиторы, тормозящие процессы полимеризации, коррозии и др.

Для предотвращения образования отложений льда и кристаллогидратов на стенках трубопроводов необходимо:

–теплоизолировать аппараты или трубопроводы;

–устраивать паровые спутники;

–вводить в газы вещества, растворяющие кристаллогидраты;

–повышать температуру в местах образования льда и кристаллогидратов;

–устанавливать сборники конденсата в наиболее низких участках газопровода.

Помимо перечисленных мероприятий оборудование необходимо периодически очищать от отложений, а при возможности опасного повышения давления – защищать ПК.

Герметичное отключение оборудования, сверх меры заполненного жидкостью, может привести к разрушению аппарата или трубопровода при повышении температуры окружающей среды. Повышение температуры жидкости вызывает ее объемное расширение, что приводит к росту

давления в замкнутой системе. Конечное давление рк в герметичном оборудовании, полностью заполненном жидкостью, определяют по формуле

(5.56), а приращение давления р в системе находят из выражения

428

где – коэффициент объемного расширения жидкости, 1/К;– коэффициент линейного расширения материала стенок аппарата

или трубопровода, 1/К;сж – коэффициент объемного сжатия жидкости, 1/Па;

t = tmax – tmin – изменение температуры в системе (здесь tmax – максимальная температура и tmin – минимальная температура среды в оборудовании, °С).

Предотвращение разрушения оборудования с жидкостью достигается следующими способами или их комбинацией:

–контролем степени заполнения (степень заполнения герметичных емкостей со сжиженным углеводородным газом (СУГ), например баллонов, должна быть не более 0,85; ЛВЖ – не более 0,9 и ГЖ – не более 0,95);

–устройством теплоизоляции;

–окрашиванием оборудования светоотражающей краской;

–устройством защитного (тепло- и светоотражающего) экрана;

–обеспечением негерметичного отключения обогреваемого оборудования, полностью заполненного жидкостью;

–защитой оборудования ПК.

Подключение аппаратов с разным рабочим давлением друг к другу создает опасность разрушения тех аппаратов, которые рассчитаны на менее высокое рабочее давление.

Для предотвращения этой опасности и защиты оборудования,

рассчитанного на менее высокое давление, необходимо одновременное выполнение следующих мероприятий (рис. 5.24):

–устройство задвижек на соединительной линии у каждого аппарата;

–установка автоматического редуцирующего устройства с манометрами на сторонах высокого и низкого давления;

–контроль давления среды в каждом аппарате;

–устройство ПК на аппаратах с менее высоким давлением.

Рис. 5.24. Схема соединения аппаратов (р1 > р2): М – манометры; ПК – предохранительный клапан; 1 – аппараты; 2 – редуктор; 3 – задвижки

429

Снижение пропускной способности дыхательных систем приводит к нарушению материального баланса и, следовательно, к чрезмерному росту давления или образованию вакуума в емкостных аппаратах с жидкостями, что может вызвать их разрушение.

Для предотвращения повреждения и защиты аппаратов от разрушения на производствах предусматривается:

–устройство на аппаратах ПК;

–проверка пропускной способности дыхательной системы;

–контроль и регулирование расхода жидкости;

–автоматическое отключение насоса при переполнении аппарата.

Н а р у ш е н и я т е п л о в о г о б а л а н с а

Нарушения теплового баланса вызывают изменение температуры в системе, увеличение или уменьшение объема веществ, их вскипание или конденсацию, что, в свою очередь, приводит к чрезмерному росту давления в оборудовании, образованию вакуума и в конечном счете может привести к разрушению оборудования.

Для предотвращения этой опасности и защиты оборудования от разрушения на производствах предусматривается:

–контроль и регулирование температуры и расхода сырья;

–контроль и регулирование расхода катализаторов и инициаторов;

–контроль и регулирование температуры и расхода тепло(хладо)носителя;

–очистка теплообменной поверхности от отложений;

–устройство теплоизоляции;

–окрашивание оборудования светоотражающей краской;

–устройство защитного экрана;

–устройство на аппаратах ПК.

В о з д е й с т в и е н а г р у з о к д и н а м и ч е с к о г о х а р а к т е р а

Динамические нагрузки вызывают образование повышенных внутренних напряжений в аппаратах и трубопроводах, которые от 1,5 до 15 раз выше напряжений от аналогичных статических нагрузок.

Попадание низкокипящей жидкости в высоконагретый аппарат

(т. е. в аппарат, рабочая температура в котором значительно превышает температуру кипения жидкости) приводит к резкому вскипанию жидкости, быстрому росту давления в системе и разрушению оборудования. Оценить приращение давления в системе можно по формуле

где р0 – барометрическое давление, Па;

m – масса жидкости, вскипевшей в аппарате, кг; tр – рабочая температура среды в аппарате, °С;

430