Организация деятельности пожарной охраны / Puchkov - Pozharnaya bezopasnost 2014

M – молекулярная масса жидкости;

Vсв – свободный объем аппарата,м3.

Основные способы предотвращения попадания жидкостей в высоконагретые аппараты и защиты аппаратов от разрушения:

–устройство ПК;

–очистка сырья, поступающего в высоконагретые аппараты, от воды;

–обеспечение полного слива воды после проведения гидравлического испытания аппарата;

–медленный прогрев пускаемого в работу аппарата для испарения остатков воды;

–нагрев аппарата с одновременной циркуляцией сырья;

–дренирование конденсата на линии подачи острого водяного пара;

–подача острого водяного пара только в предварительно прогретый (выше 100 °С) аппарат.

Гидравлический удар в трубопроводах происходит при резком изме-

нении скорости движения жидкости в трубопроводе. Величину прираще-

ния давления р при быстром полном перекрытии трубопровода запорным устройством определяют по формуле Н. Е. Жуковского:

–ограничивают скорость перекрытия трубопроводов запорной арматурой, обратными или скоростными клапанами;

–устраивают воздушные колпаки за поршневыми насосами;

–защищают оборудование ПК.

Предотвращение чрезмерной вибрации оборудования и защиту его от разрушения обеспечивают:

–снижением пульсации перекачиваемых продуктов;

–устройством самостоятельного массивного фундамента под оборудование;

–установкой оборудования на эластичных прокладках или пружинах;

–надежным креплением оборудования к фундаменту.

Для предотвращения взрыва технологической среды и для защиты оборудования от разрушения на производствах предусматривают:

–автоматический контроль и регулирование расхода и давления компонентов;

–флегматизацию среды;

–устройство системы взрывоподавления;

–защиту аппаратов взрывными мембранными устройствами.

431

5.8.2. Повреждение оборудования в результате температурных воздействий и способы обеспечения пожарной безопасности

Температурные напряжения возникают в материале жестко закрепленных элементов трубопроводов или узлов аппаратов при изменении температуры.

Предотвращение разрушения оборудования от температурных воздействий достигается следующими способами или их комбинацией:

–устройством температурных компенсаторов;

–применением оборудования специальной конструкции, в котором не возникают температурные напряжения;

–контролем температуры стенок оборудования и поддержанием заданного температурного режима работы;

–плавным подъемом (снижением) температуры среды в аппаратах

и выдержкой ее значений в течение определенных периодов времени

встрогом соответствии с производственной документацией;

–защитой оборудования теплоизоляцией;

–использованием для изготовления оборудования, работающего при высоких температурах, жаропрочных сталей;

–использованием для изготовления оборудования, работающего при низких температурах, сталей с повышенной ударной вязкостью или цветных металлов;

–предотвращением попадания компактных струй воды на высоконагретые толстостенные аппараты;

–устройством стационарных систем охлаждения толстостенных аппаратов распыленной водой или пеной;

–подогревом продуктов в аппаратах в зимнее время;

–меньшей степенью заполнения аппаратов в зимнее время;

–утеплением наиболее нагруженных элементов аппаратов в зимнее

время.

5.8.3. Повреждение оборудования от химических воздействий и способы обеспечения пожарной безопасности

Поведение конструкционных материалов в агрессивных пожаровзрывоопасных средах рассмотрены в п. 5.3.

Основные способы предотвращения коррозии и защиты оборудования от разрушения:

1.Применение коррозионно-стойких конструкционных материалов:

–металлов и их сплавов;

–неметаллических органических и неорганических материалов.

432

2.Термическая и механическая обработка металлов:

–термическая обработка для повышения однородности структуры металла и устранения внутренних напряжений после штамповки, ковки, сварки и тому подобных операций;

–тщательная механическая обработка поверхностей: шлифованием, полированием, хонингованием и т. д. – для удаления концентраторов напряжений.

3.Снижение коррозионной активности (агрессивности) среды:

–очистка среды от коррозионных примесей и воды;

–использование ингибиторов коррозии (анодных и катодных замедлителей коррозии).

4.Изоляция материалов от агрессивной среды защитными (коррози- онно-стойкими) покрытиями:

–металлическими (хромирование, никелирование, цинкование, алитирование и др.);

–неметаллическими (лакирование, окраска, гумирование, торкретирование, битуминирование и др.);

–химическими (фосфатирование, оксидирование, азотирование, воронение и др.).

5.Применение катодной и протекторной защиты.

6.Борьба с блуждающими токами (токами утечки) (см. п. 5.3) и защита от них:

–ликвидация участков утечки токов в грунт;

–уменьшение величины токов утечки;

–гидро- и электроизоляция подземных конструкций;

–осушка грунта;

–устройство электродренажа;

–применение установок катодной и протекторной защиты.

5.9. Оценка пожаровзрывоопасности среды в зоне выхода горючих веществ из поврежденного технологического оборудования и способы обеспечения пожарной безопасности

Аварийный выход горючих веществ из технологического оборудования приводит к возникновению пожаровзрывоопасных ситуаций, которые могут иметь катастрофические последствия. Аварийная разгерметизация оборудования, в отличие от нормального режима эксплуатации, характеризуется выходом в открытое пространство больших количеств горючих веществ и материалов, быстрым образованием ВОК в объеме производственных помещений и зон ВОК на наружных технологических установках, появлением источников зажигания, что приводит к взрывам и пожарам на производственных объектах.

433

Аварийная разгерметизация оборудования может быть локальной, т. е. носить характер повреждения, или полной, т. е. носить характер разрушения.

При повреждении оборудования, работающего под повышенным давлением, обычно происходит струйное истечение части продукта, находящегося в технологическом блоке. При разрушении оборудования весь продукт, находящийся в аварийном технологическом блоке, выходит наружу и, кроме того, происходит выход продуктов из смежных технологических блоков до момента срабатывания отсекающих устройств.

Необходимым условием для оценки масштабов и последствий аварийных ситуаций, которые могут возникнуть на производственных объектах, а также разработки мероприятий противопожарной защиты является анализ пожаровзрывоопасности среды в зоне выхода горючих веществ из поврежденного технологического оборудования.

Выход в открытое пространство пожароопасной жидкости или сжиженного горючего газа из наземного или надземного оборудования сопровождается их разливом на территории производственных установок (выход горючих веществ в производственные помещения с образованием зон ВОК рассмотрен в п. 5.4). На неограниченных производственных площадках поверхность пролива жидкости или сжиженного газа определяют по формуле

где fр – коэффициент разлития; при отсутствии данных допускается принимать: при проливе на неспланированную грунтовую поверхность fр = 5 м–1; при проливе на спланированное грунтовое покрытие fр = 20 м–1; при проливе на бетонное или асфальтовое покрытие fр = 150 м–1;

Vж – объем жидкости, пролившейся на производственной площадке, м3. При полном разрушении крупногабаритного технологического со-

оружения на открытой производственной площадке, например, наземного вертикального резервуара (РВС), площадь пролива жидкости зависит не только от объема разлившейся жидкости, но и от уклона рельефа местности. Следует отметить, что растекание пожароопасной жидкости на значительной площади при полном разрушении РВС происходит за считанные секунды. Этого времени явно недостаточно для идентификации персоналом аварийной ситуации, принятия адекватных действий по ограничению площади пролива горящей жидкости и эвакуации людей, техники и т. д.

Вследствие того что направление главного удара волны прорыва практически непредсказуемо (оно зависит от места разрушения резервуара), развитие такой аварии может носить катастрофический характер. Известны случаи цепного развития аварий по принципу «домино», когда поток жидкости при квазимгновенном разрушении РВС разрушал соседние резервуары

434

группы, затоплял территорию предприятия и выходил за его пределы. На рис. 5.25 представлены фотографии натурного эксперимента по исследованию квазимгновенного разрушения РВС-700.

Рис. 5.25. Взаимодействие волны прорыва с земляным обвалованием (а); повреждения волной соседнего резервуара (б)

Развитие аварии по такому сценарию может привести к существенному увеличению площади пожара пролива, значительному материальному и экологическому ущербам, к необходимости сосредоточения большого количества сил и средств для локализации аварии и тушения пожара.

Приведенные выше сведения рекомендуется использовать при разработке планов пожаротушения и локализации аварийных ситуаций, при расчете необходимого количества сил и средств для тушения пожара и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций, при разработке сценария для оценки пожарного риска и декларации пожарной безопасности.

Испарение пожароопасной жидкости с поверхности пролива может привести к образованию горючей паровоздушной смеси – зоны ВОК. При этом необходимым условием образования зоны ВОК является выполнение соотношения (5.30) tр tвсп, где tр – расчетная температура жидкости.

При температуре жидкости, близкой к температуре окружающей среды, расчетную температуру жидкости определяют по формуле

где tж – температура жидкости, выходящей в открытое пространство при разгерметизации оборудования, °С;

tв – максимально возможная температура воздуха в летний период времени на технологической установке, °С.

Выход сжиженного горючего газа (СГГ) из технологического оборудования в открытое пространство всегда сопровождается образованием зоны ВОК.

435

Длительность испарения жидкости τи с поверхности пролива принимают равной времени ее полного испарения, но не более 3600 с, т. е.

где mж – масса разлившейся жидкости, кг;

W– интенсивность испарения, кг/(м2·с).

Для не нагретых выше температуры окружающей среды жидкостей

допускается рассчитывать интенсивность испарения (при отсутствии экспериментально данных) по формуле

где M – молекулярная масса жидкости;

рн – давление насыщенного пара при расчетной температуре жидкости, кПа. Давление насыщенного пара при расчетной температуре жидкости определяют по справочным данным (при их отсутствии допускается опре-

делять расчетом, например по формуле Антуана).

При выбросе СГГ из оборудования, работающего под давлением, происходит мгновенное испарение части СГГ, что приводит к образованию аэрозоля. Массовую долю мгновенно испарившегося СГГ можно определить по формуле

где ср – удельная теплоемкость СГГ, кДж/(кг·К); tа – температура окружающего воздуха, °С;

tb – температура кипения СГГ при атмосферном давлении, °С; Lg – удельная теплота парообразования СГГ, кДж/кг.

При ≥ 0,35 вся масса СГГ, поступающего в открытое пространство из оборудования, переходит в парокапельное облако. При < 0,35 в парокапельное облако переходит только часть СГГ, а оставшаяся часть СГГ образует поверхность пролива, с которой происходит его испарение.

Интенсивность испарения СГГ со свободной поверхности определяют по формуле

где λs – коэффициент теплопроводности материала, на поверхность которого разливается СГГ, Вт/(м К);

436

сs – удельная теплоемкость материала, Дж/(кг К); ρs – плотность материала, кг/м3;

t0 – начальная температура материала, °С;

τ – текущее время с момента начала испарения, с (но не менее 10 с);

λа – коэффициент теплопроводности воздуха при температуре t0, Вт/(м·К); u – скорость воздушного потока над поверхностью испарения, м/с;

νа – кинематическая вязкость воздуха при t0, м2/с; d – характерный диаметр пролива, м.

Параметры зон ВОК, ограниченных нижним концентрационным пределом распространения пламени газов и паров (СНКПР), характеризуются

радиусом RНКПР, м, и высотой ZНКПР, м, зоны. Параметры зон ВОК при неподвижной воздушной среде рассчитывают по формулам:

где mг(п) – масса поступившего в открытое пространство газа (пара), кг;г(п) – плотность газа (пара) при расчетной температуре и атмосферном

давлении, кг/м3; СНКПР – нижний концентрационный предел распространения пламени,

% (об.).

Массу паров жидкости mп, участвующую в образовании зоны взрывоопасных концентраций, рассчитывают по формуле

За начало отсчета горизонтального размера зоны принимают геометрический центр пролива, если RНКПР меньше габаритных размеров пролива, за начало отсчета принимают внешние габаритные размеры пролива. При необходимости учитывают влияние различных метеорологических условий на размеры взрывоопасных зон.

Предотвращение образования зон ВОК обеспечивается следующими техническими и организационными решениями или их комбинацией:

1. Устойчивая, безаварийная и безопасная работа производственных объектов зависит от конструкции и надежности эксплуатируемого оборудования, наличия и исправности контрольно-измерительных приборов и средств автоматизации и во многом от наличия и эффективности систем противоаварийной, активной, пассивной противопожарной защиты.

437

2.Безопасность производства в значительной степени определяется организационно-техническими мероприятиями, к которым можно отнести: уровень организации профилактической работы, своевременность и качество планово-предупредительных ремонтов оборудования и приборов, подготовленность и практические навыки персонала предприятий, систему надзора за состоянием технических средств противоаварийной и противопожарной систем.

3.Для современного уровня развития промышленности характерны значительные объемы взрывопожароопасных и токсичных продуктов,

находящихся в технологической аппаратуре, хранилищах, прицеховых и базисных складах, поэтому должны приниматься всесторонние меры по предупреждению утечки и выбросов этих продуктов, пожаров, взрывов.

4. Предотвращение опасных воздействий (механических, температурных или химических) на технологическое оборудование, способных привести к его аварийной разгерметизации. Помимо рассмотренных

вп. 5.9 мероприятий, предотвращение повреждения и разрушения технологического оборудования достигается:

–выполнением требований действующих законов, норм и правил по обеспечению пожарной и промышленной безопасности;

–соблюдением технологического (производственного) регламента и техники безопасности;

–проведением плановых ремонтных работ, дефектоскопии и рентгеноскопии наиболее ответственных технологических аппаратов;

–максимальной механизацией и автоматизацией технологических процессов;

–контролем внешнего вида и состояния оборудования;

–эвакуацией веществ и материалов из аварийного оборудования

всоседние аппараты или аварийные емкости;

–применением двустенных аппаратов и трубопроводов с системами контроля герметичности;

–установкой в местах возможного образования зон ВОК газоанали- заторов-сигнализаторов довзрывоопасных концентраций, сблокированных с системами автоматического отключения побудителей расхода горючих газов или жидкостей;

–использованием защитных ограждений, рассчитанных на гидродинамическое воздействие волны прорыва, и другими мероприятиями технического и организационного характера.

438

5.10. Производственные источники зажигания и способы обеспечения пожарной безопасности

Условием возникновения горения является одновременное присутствие в определенной точке пространства горючей среды и источника инициирования процесса горения – источника зажигания.

Производственные источники зажигания классифицируют по продолжительности действия, природе образования, запасу тепловой энергии, месту возникновения и другим признакам.

По продолжительности действия источники зажигания подразделяются на постоянно действующие и потенциально возможные; по природе образования – на тепловое проявление химической энергии, тепловое проявление механической энергии, тепловое проявление электрической энергии и т. п.; по запасу тепловой энергии – на низкокалорийные и высококалорийные.

Взависимости от условий возникновения горения различают вынужденное воспламенение, самовозгорание и самовоспламенение горючей среды.

Вы н у ж д е н н о е в о с п л а м е н е н и е г о р ю ч е й с р е д ы

Вынужденное воспламенение горючего вещества в среде окислителя

происходит под действием внесенного извне источника тепла. Если такой источник тепла нагреет горючую среду до определенной температуры, то в ней начнется самоподдерживающаяся реакция окисления. Значительно легче воспламеняются горючие смеси, т. е. смеси горючих газов и паров с воздухом в определенных количественных соотношениях, так как отсутствуют стадии прогрева веществ, выделения из них горючих газов и паров и их диффузии в воздух. В этом случае оказывается достаточным нагреть до определенной температуры около 0,5–1,0 мм3 горючей смеси, чтобы воспламенить ее.

Известно, что не всякий источник тепла способен воспламенить любую горючую среду и даже горючую смесь. Чтобы источник тепла (ИТ) стал источником вынужденного зажигания (ИЗ) конкретной горючей среды, необходимо одновременное выполнение трех условий:

1)температура источника тепла tи.т должна быть не ниже температуры самовоспламенения горючего вещества tсв;

2)энергия источника тепла wи.т должна быть не меньше минимальной энергии, необходимой для воспламенения горючей среды wmin;

3)длительность действия источника тепла τи.т должна быть не меньше периода индукции τинд, т. е.

439

Опасность постоянно действующего источника тепловой энергии оценивают с помощью первых двух условий, а для оценки опасности высокоэнергетического источника тепла, температура которого значительно превышает температуру самовоспламенения горючей среды, достаточно проверить выполнение третьего условия.

С а м о в о с п л а м е н е н и е и с а м о в о з г о р а н и е г о р ю ч и х в е щ е с т в

Самовоспламенение происходит, когда горючее вещество:

–вступает в экзотермическое взаимодействие с воздухом при повышенной температуре вещества;

–вступает в экзотермическое взаимодействие с воздухом при температуре окружающей среды;

–вступает в экзотермическое взаимодействие с водой или с другими веществами;

–разлагается с выделением тепла при нагревании или механическом воздействии.

Самовозгораться могут вещества и материалы, склонные к химическому, тепловому и микробиологическому самовозгоранию, при наличии начального теплового импульса и соблюдении условий, способствующих процессу самовозгорания. Опасность самовозгорания вещества или материала оценивают с помощью двух условий:

где tср – максимальная температура среды (горючего вещества или материала) при проведении технологического процесса или окружающей среды (при хранении или транспортировании);

tс – температура самовозгорания;

τр – длительность процесса (технологического, транспортирования, хранения и т. д.);

τс – период времени от начала процесса самонагревания до самовозгорания материала (индукционный период).

У с л о в и я п р е д о т в р а щ е н и я о б р а з о в а н и я в г о р ю ч е й с р е д е и с т о ч н и к а з а ж и г а н и я

Энергетический (тепловой) источник не станет источником вынужденного зажигания горючей среды при выполнении одного из условий:

440