Следует также показать, как будет изменяться концентрация паров внутри аппарата при понижении уровня жидкости (в период её расхода), когда в аппарат начнёт поступать свежий воздух через дыхательную трубу и разбавлять паровоздушную смесь.

Таблица 3.1

Оценка пожаровзрывоопасности среды внутри аппаратов

Наименование аппарата и вид жидкости	Наличие паровоздушного пространства	Рабочая температура, оС	Температурные пределы воспламенения		Заключение о горючести среды в аппарате
Кожухотрубчатый холодильник-конденсатор, Пары стирола и водорода
Вакуум-компрессоры для удаления водорода, п. 7					Взрывоопасная концентрация не образуется Отсутствует паровоздушное пространство
Линия отвода газа на вакуум-компрессор					Взрывоопасная концентрация не образуется
Промежуточная емкость стирола-сырца, п. 8					Взрывоопасная концентрация не образуется

Пожаровзрывоопасность аппаратов, при эксплуатации которых возможен выход горючих веществ наружу без повреждения их конструкции

Аппараты поз. 1, 6, 14 (содержащие этилбензол, стирол,), оборудованы дыхательными клапанами с огнепреградителями. Огнепреградители не могут препятствовать выход паров ЛВЖ наружу.

Вывод 1. Перед выбросом в атмосферу необходимо очищать от паров жидкостей, для этой цели его необходимо пропускать через конденсатор-холодильник.

При эксплуатации закрытых аппаратов п.п. 3, 4, 5, 6, 9, 10, 11 и емкостей, находящихся под давлением горючими газами и парами ЛВЖ без наличия воздуха, рабочая концентрация газа в аппарате будет равна 100 %. Следовательно, она практически всегда выше верхнего концентрационного предела воспламенения, т.е. опасность взрыва (взрывоопасная концентрация) отсутствует. Однако она может возникать в периоды пуска и остановки аппарата.

Пожарная опасность возникает только при нарушении установленного давления, повышении температурного режима, появлении неплотностей и повреждений, а также в периоды пуска и остановки технологического оборудования, т. е. когда внутрь аппаратов может попадать воздух или когда жидкости и их пары будут выходить наружу.

При эксплуатации закрытых аппаратов и емкостей, находящихся под давлением, даже при их исправном состоянии всегда происходят небольшие утечки горючих веществ через прокладки, швы, разъемные соединения и другие места. В данном технологическом процессе к таким аппаратам относится п.6 Кожухотрубчатый холодильник конденсатор. Это объясняется тем, что даже при самой тщательной обработке прилегающих друг к другу поверхностей нельзя создать абсолютную проницаемость. При соприкосновении двух поверхностей из-за незначительных выпуклостей образуется большое количество капиллярных каналов, по которым будет происходить истечение газов и жидкостей. Величина утечки будет зависеть главным образом от режима работы аппарата и состояния уплотнений. Подсчет таких потерь весьма затруднителен.

Для ориентировочного определения утечки паров и газов на работающих под давлением герметичных аппаратов можно воспользоваться формулой Н.Н. Репина:

== 1,25 кг/час

Где G-количество паров и газов, выходящих из аппарата кг/час;

К- коэффициент, учитывающий степень износа производственного оборудования, принимается в пределах от 1 до 2;

С= 0,174 - коэффициент, зависящий от давления паров или газов в аппарате (табл.2.5)

V –внутренний (свободный) объем аппарата, м3;

М- молекулярный вес газов или паров, находящихся под давлением в аппарате;

Температура паров или газов, находящихся под давлением, ° К

Утечки из нормально герметизированных аппаратов, работающих под давлением, происходят хотя и непрерывно, но обычно не вызывают реальной пожарной опасности, так как выходящие наружу маленькие струйки газа или пара чаще всего рассредоточены по поверхности аппарата и при наличии воздухообмена сразу же рассеиваются и отводятся от места их выделения.

Пожаровзрывоопасность аппаратов, при эксплуатации которых возможен выход горючих веществ наружу без повреждения их конструкции. К названным аппаратам относятся: аппараты с переменным уровнем жидкости («дышащие»); аппараты с открытой поверхностью испарения; аппараты периодически действующие, аппараты с сальниковыми уплотнениями. Следует определить, имеются ли такие аппараты в технологической схеме.

Аппараты с переменным уровнем жидкости (В рамках задания на КП по варианту 72 рассмотрим промежуточную емкость стирола п. 8.)

Прежде всего, нужно доказать, является ли выброс паровоздушной смеси через дыхательную трубу пожаровзрывоопасным. Концентрация паровоздушной смеси может быть взрывоопасной, если выполняется условие:

js ≥ jнп (6)

где js − концентрация насыщенного пара при рабочей температуре жид-кости, определяемая по формуле.

Горение газов. В технологических процессах при применении горю­чих газов и паров могут образовываться их смеси с окислителями. При этом концентрация горючего вещества в смесях может изменяться от долей процента до 100%. Однако не при любой концентрации эти смеси становятся взрыво- и пожароопасными.

Представленный график иллюстрирует условия горения в замкнутом объеме. Смеси, в которых концентрация горючего вещества меньше С н, при горении в замкнутом объеме (рис. 4.6) не создают в нем повышен­ного давления. Объясняется это тем, что при концентрации горючего меньше С н в смеси имеется большой избыток окислителя (кислорода), на нагревание которого затрачивается значительная часть энергии. По­этому энергия, которая выделяется при горении в локальной области вокруг источника зажигания (заштрихованная область на рисунке), оказывается недостаточной, чтобы разогреть следующий слой до тем­пературы самовоспламенения. Процесс горения локализуется вокруг

источника зажигания и не распространяется по горючей смеси. Только при концентрации, равной С н, начинается процесс послойного распро­странения горения по всей горючей смеси во всем объеме сосуда. На кривой, характеризующей зависимость давления в замкнутом объеме от концентрации горючего компонента в смеси с воздухом, это соответ­ствует точке 1 (см. рис. 4.6). Такая концентрация названа нижним кон­центрационным пределом распространения пламени (НКПР). Это минимальная концентрация горючего газа или пара в смеси с окислителем, при которой возможно распространение пламени по смеси на любое расстояние от исто чника зажигания. В справочной литературе встреча­ется синоним НКПВ (нижний концентрационный предел воспламене­ния). Термин НКПВ неточен, так как при концентрации С г меньше С н, как следует из определения, не происходит воспламенения, а оно есть всегда и только при достижении С г = С н начинается распространение пламени по горючей среде. Поэтому термин НКПР более точен.

Горючие смеси, соответствующие по составу НКПР, характеризуют­ся минимальной скоростью распространения пламени в объеме, срав­нительно низкой температурой горения (около 1550 К) и небольшим давлением (примерно 0,3 МПа), создаваемым в замкнутом объеме.

При концентрации горючего в смеси выше НКПР (на кривой за точ­кой 1) горение происходит с большей скоростью, температура в зоне ре­акции растет и давление повышается. Это объясняется тем, что по мере увеличения содержания горючего в смеси избыток окислителя уменьша­ется. И тепло, выделившееся в результате химической реакции, в меньшей степени расходуется на нагревание не участвующего в реакции окислите­ля. Максимальное избыточное давление в замкнутом объеме наблюдается при концентрации приблизительно соответствующей стехиометрической С г =С стех (на кривой точка 2). За точкой 2 (см. рис. 4.6) в смеси появляется избыток горючего вещества, который снижает температуру горения и, следовательно, давление начинает снижаться и при концентрации С г >>С стех горение локализуется вокруг источника зажигания (кривая дав­ления падает на ось абсцисс). С в - это верхний концентрационный предел распространения пламени (ВКПР). ВКПР - это та максимальная концен­трация горючего газа или пара в смеси с окислителем, при которой еще возможно распространение пламени от источника зажигания.

Диапазон концентраций между НКПР и ВКПР называют областью распространения пламени. Область распространения пламени у различ­ных газо- и паровоздушных смесей неодинакова. Наибольшее значение она имеет у таких веществ, как окись этилена С 2 Н 4 0 (3-80%об.), аце­тилен С 2 Н 2 (2-81 %об.), ацетилен водород Н 2 (4-75%об.) и др. В до­статочно узком диапазоне концентраций взрывоопасны пары бензина (0,8-5,2%об.), керосина (1,4-7,5%об.), пропана (2,1-9,5%об.) и др. Однако для оценки пожарной опасности горючей смеси важен не толь­ко размер области распространения пламени, но и абсолютная вели­чина НКПР. Чем меньше НКПР и чем шире область распространения пламени, тем большую опасность представляет горючая смесь.

Если концентрация горючего газа или пара в смеси с окислителем ниже НКПР, то такие смеси считаются безопасными. В диапазоне кон­центраций С н - С в смесь считается взрывоопасной, так как при горении развивается избыточное давление, способное разрушить оборудование, здание, травмировать персонал. Концентрация горючих газов и паров выше ВКПР является пожароопасной.

Знание областей безопасных и пожароопасных концентраций дает возможность в процессе переработки и хранения горючих газов и паров поддерживать такой технологический режим, при котором концентра­ция горючего была бы ниже нижнего или выше верхнего концентраци­онных пределов распространения пламени.

Максимум давления на кривой в точке 2теоретически соответству­ет стехиометрическим соотношениям горючего и окислителя, хотя практически наибольшее давление при горении наблюдается у смесей с концентрацией горючего компонента, немного отличающейся от стехиометрической концентрации.

Точке 2 на кривой соответствует величина, названная максималь­ным давлением взрыва. Максимальное давление взрыва (Р макс) - это наибольшее давление, которое возникает при го рение смеси в замкнутом объеме, _выражается в кПа. Максимальное давление взрыва - весьма важный показатель пожарной опасности горючих смесей. Эта величина используется при категорировании производственных помещений по взрывопожарной и пожарной опасности, в расчетах взрывоустойчивости технологических аппаратов, предохранительных мембран, оболочек взрывозащищенного электрооборудования. В последнем случае в до­полнение к максимальному давлению взрыва используется еще один показатель, косвенно характеризующий энергию горючей смеси - без­опасный экспериментальный максимальный зазор (БЭМЗ, мм). БЭМЗ - это максимальный зазор между фланцами шириной 25 мм сферической оболочки объемом 20 см 3 , через который не происходит передача взрыва из оболочки в окружающую среду при любой концентрации горючего в воздухе (рис. 4.7). Все промышленные газы и пары в соответствии с ГОСТ 121,011-78 подразделяются натри категории (табл. 4.4).

Таким образом, чем меньше величина фланцевого зазора, через ко­торый не происходит проскок пламени в окружающее пространство, тем смесь более взрывоопасна.

Наиболее важными показателями пожарной опасности газов являются: температура самовоспламенения, максимальное давление взрыва, минимальное взрывоопасное-содержание кислорода МВСК, минимальная энергия зажигания(Между реакцией окисления и началом процесса горения есть не­который температурный и временной интервал. Это говорит о том, что не всяким источником зажигания можно пройти участок температур от начальной температуры (t 0) до температуры самовоспламенения (t св).Источник зажигания должен иметь такую энергию, которая будет до­статочной для воспламенения горючей среды. Эта энергия называется минимальной энергией зажигания W min - это наименьшее значение энер­гии электрической искры, которая способна воспламенить наиболее легко воспламеняемую смесь газа, пара или пыли с воздухом.

В технологическом оборудовании с твердыми веществами и материалами горючая среда может образоваться при тепловом воздействии на последние или в результате их самовозгорания. Как известно, сами твердые горючие вещества и материалы не способны образовывать в смеси с воздухом горючую среду. Однако, в процессе их нагрева до некоторой температуры может начаться процесс разложения с выделением летучих веществ. Так, в процессе пиролиза древесины при температурах 150-275 0 C происходит разложение менее термостойких ее компонентов с выделением оксида углерода, уксусной кислоты, метана водорода и других веществ. Выделяющиеся продукты разложения в смеси с окислителем при определенных условиях могут образовывать горючую смесь. В таких случаях оценку возможности образования горючей среды в технологическом оборудовании производят, как в случае с газами.

Технические аппараты с горючими пылями характеризуются значительной пожарной опасностью. При работе систем пневмотранспорта образуется очень большое количество пыли. Пыли в таких аппаратах могут находиться взвешенном в воздухе состоянии (аэрозоль) и в осевшем состоянии (аэрогель), потому что В первом случае пожарная опасность пылей рассматривается как для газов и паров, во втором случае – как для твердых веществ и материалов.

Взвешенная в воздухе пыль может образовываться взрывоопасные концентрации. Для оценки возможности образования горючей среды внутри технологического оборудования с пылевидными материалами на практике используют значения нижнего концентрационного предела распространения пламени φ н. Верхние концентрационные пределы для пылей настолько велики, что практического значения для оценки пожарной опасности не имеют. Кроме того, пылевоздушные смеси в большей степени, чем паровоздушные и газовоздушные, склонны к расслоению. Поэтому в оборудовании даже при очень высоких концентрациях всегда могут образоваться локальные зоны с концентрацией ниже ВКПР.

Из четырехстороннего строгально-калевочного станка

Weinig Hydromat 23 пыль с опилками удаляется по пневмотрубопроводу типа «Циклон». В трубопроводе, особенно на изгибах и местах швов и стыков, будет образововаться скопление пыли. Необходимо прочищать трубопровод от оставшегося мусора с переодичностью, зависящей от объемов, времени использования станка и времени указанного производителем системы аспирации.

Нижний концентрационный предел аэрозольной древесной пыли равен 11,2 г/м куб. Рабочий концентрационный предел древесной пыли складывается из аэрозольной и аэрогельной пыли, именно поэтому так важно вовремя очищать аппараты от осевшей пыли.

2.3 Анализ образования горючей среды в помещениях

При рассмотрении вопроса о выходе пылей в помещение основное внимание должно быть уделено оценке запыленности помещений с учетом осажденности пыли (аэрогеля), которая может тлеть и гореть, создавая пожарную опасность, а при определенных условиях переходить во взвешенное состояние, образуя с воздухом взрывоопасные смеси.

Основные профилактические мероприятия:

• переход на менее пылящие технологические процессы;
• использование обеспыливающих устройств;
• регулярная очистка помещений от пыли.

В производственных помещениях и на открытых технологических площадках горючие пылевоздушные смеси могут образоваться в двух характерных случаях;

1) при выходе горючих веществ из нормально действующих технологических аппаратов

2)при выходе горючих веществ из поврежденного технологического оборудования

На деревообрабатывающем заводе ЗАО ЗСК «ИНКОН» используется калибровально-шлифовальный станок консольного типа Cindy , в результате работы которого в производственное помещение выбрасывается большое количество взвешенной пыли, которая оседает на технологическом оборудовании и помещении. Осевшую пыль после каждой работы станка удаляют два пылесоса Rupes KS 260. Пыль собирается в мешки объем каждого 2 м куб. и складируется рядом со станком.

Опилки и пыль образованные в результате работы торцовочного станка фирмы OMGA с нижним расположением пилы Т620 ST собираютв 2 короба объемом 4 м куб. После наполнения коробов, опилки вывозят за пределы цеха на временный склад.

Горючая смесь может образоваться в результате нарушения герметичности трубопровода системы аспирации внутри цеха. В результате аварии под давлением помещение цеха будет заполняться взвешенной пылью. Чтоб этого не случилось необходимо рассмотреть причины аварии трубопровода.

Повреждение технологического оборудования, работающего под вакуумом, может вызывать подсос воздуха внутрь аппаратов. В зависимости от начальной рабочей температуры в объеме аппарата могут возникнуть те же характерные ситуации, что и при выходе горючих веществ наружу. Опасность взрыва внутри аппарата при этом повышается. Поэтому часто локальные повреждения аппаратов, работающих под вакуумом, заканчиваются полным разрушением в результате взрыва горючей смеси, образующейся в их объеме.

Вибрация технологического оборудования возникает в результате повторяющихся с определенной частотой изменений внутреннего давления или при воздействии внешних возмущающих сил и представляет собой определенной частоты и амплитуды механические колебания технологического оборудования или отдельных его элементов.

Вибрация чаще всего приводит к появлению локальных повреждений во фланцевых соединениях, сварных швах. Если же кроме вибрации аппарат испытывает другие воздействия (например, избыточное давление), то может произойти и полное разрушение аппарата.

Источники вибрации: приводы электродвигатель, сами машины и агрегаты с подвижными элементами и – пилы

Опасность вибраций резко повышается, если частота собственных колебаний аппарата или трубопровода будет совпадать с частотой колебаний возмущающей внешней или внутренней силы (когда наблюдается так называемое явление резонанса).

На практике качественно оценить наличие вибрации можно по колебанию аппаратов и трубопроводов визуально или прикосновением руки, по наличию разрушенной теплоизоляции, образовавшимся проемам в стенах в местах проходов технологических коммуникаций, по нарушению мест крепления аппаратов и трубопроводов и т. п. Количественно вибрацию оценивают с помощью специальных приборов - вибрографов.

Механический износ материала стенок аппарата или трубопровода под действием движущейся среды называется эрозией.

Эрозия происходит при обтекании стенок потоком твердых, жидких или газообразных веществ, а также при действии электрических разрядов. Частицы вещества, ударяясь о материал стенки, разрушают ее поверхностный слой, толщина стенки постоянно уменьшается равномерно или в виде локальных мест разрушения.

Эрозионному износу больше подвержены стенки аппаратов и трубопроводов в местах изменения направления движения потока

Основные направления по предупреждению повреждений, вызванных механическими воздействиями:

Подача в аппараты очищенных веществ.

Своевременная очистка аппаратов от отложений в установленные инструкцией сроки.

Использование центробежных насосов.

Защита от вибрации:

устройство под источником вибрации массивных фундаментов, поглощающих механические колебания, изолированно от фундаментов несущих строительных конструкций зданий и сооружений; установка источника вибрации на различного рода эластичных прокладках, пружинах и т. п„ которые обеспечивают гашение механических колебаний;

систематический контроль за вибрацией и при необходимости устранением причин вибрации (центровка и балансировка валов вращающихся элементов машин и агрегатов, обеспечение надежного крепления источников вибрации и трубопроводов).

Защита от эрозии:

выбор материала для аппаратов и трубопроводов, устойчивый к данному виду эрозии;

увеличение поверхностной износоустойчивости стенки путем снижения шероховатости ее поверхности, повышения поверхностной твердости материала, созданием прочного защитного слоя футеровки и т. п.;

уменьшение турбулентности потока и механического воздействия струи путем выполнения плавных поворотов и переходов трубопроводов и снижения их количества, применения успокоителей, отражателей и рассекателей потоков и струй;

осуществление систематического контроля за толщиной стенки, не допуская ее уменьшения ниже нормы.

Страница 8 из 10

Образование горючей среды внутри производственного оборудования.

Горючая среда – совокупность веществ, материалов, оборудования и конструкций, способных гореть.

Вещества и материалы, обращающиеся в технологических процессах производств, по агрегатному состоянию делятся на жидкие, газообразные и твердые. Каждая из этих групп веществ имеет свои особенности, которые влияют на условия образования горючей среды в аппаратах.

Знание физико-химических и взрывопожароопасных свойств веществ, обращающихся в производстве, позволяет правильно охарактеризовать горючую среду.

При оценке опасности горючих газов необходимо учитывать следующие свойства:

1. пределы воспламенения;
2. плотность газа;
3. состав газа;
4. температуру воспламенения;
5. склонность к электризации;
6. коррозирующую способность;
7. токсичность;
8. растворимость в воде.

При оценке опасности легковоспламеняющихся и горючих жидкостей необходимо учитывать следующие свойства:

1. температурные пределы воспламенения (Тнпв и Твпв);
2. концентрационные пределы воспламенения (φ н и φ в);
3. температуру вспышки паров (Твсп);
4. температуру самовоспламенения (Тсвп);
5. склонность к электризации;
6. склонность к самовозгоранию;
7. однородность состава и др.

При оценке опасности твердых веществ необходимо учитывать следующие свойства:

1. горючесть;
2. состояние;
3. нижний концентрационный предел воспламенения (φ н);
4. температуру воспламенения;
5. температуру самовоспламенения;
6. влажность;
7. склонность к электризации;
8. склонность к самовозгоранию.

Все вышеизложенные свойства газов, жидкостей и твердых веществ определяются по технологическому регламенту, по справочной литературе или могут быть определены экспериментально в лабораторных условиях. При этом необходимо помнить, что свойства веществ могут изменяться в зависимости от температуры и давления, поэтому для определения точных свойств веществ необходимо выяснить параметры ведения технологического процесса.

Аппараты с жидкостями. В производственных условиях аппараты с жидкостями обычно не заполняются полностью и, следовательно, над зеркалом жидкости имеется определенный свободный объем (рис. 1), который постепенно насыщается парами жидкости.

Рис.1. Аппарат с жидкостью:

1 - патрубок для подачи жидкости; 2 - жидкость; 3 - паровозлушное пространство; 4 - патрубок дыхательной линии; 5 - патрубок для отвода жидкости; 6 - патрубок дренажной линии

При таких условиях количество паров в свободном пространстве может быть достаточным для образования в смеси с воздухом или другим окислителем горючей концентрации. С некоторым допущением (главным образом для неоднородных высококипящих жидкостей) можно условиться, что концентрация в паровоздушном пространстве аппаратов с легковоспламеняющимися и горючими жидкостями при неподвижном их уровне близка к концентрации насыщенного пара φ s . Эта концентрация определяется давлением насыщенного пара Рs и общим давлением Робщ в свободном объеме аппарата:

φ s= Рs/Робщ.(1.1)

φ s– концентрация насыщенного пара;

Ps – давление насыщенного пара;

Pобщ - общее давление в свободном объеме аппарата.

Давление насыщенного пара Ps жидкости может быть найдено из справочной литературы или определено расчетным путем по уравнению Антуана.

(1.2)

А,В и Са – константы, зависящие от свойств горючей жидкости;

tр – рабочая температура жидкости, К.

Давление насыщенного пара Ps жидкости зависит только от её температуры. Поэтому и концентрация насыщенных паров является также функцией температуры, т.е.

В связи с этим опасность образования горючей концентрации в закрытом аппарате может быть оценена путем проверки двух условий:

а) наличия над зеркалом жидкости паровоздушного объема;

б) выполнения зависимости

Tнпв£T£Tвпв (1.4)

где Т - рабочая температура жидкости;

Тнпв и Твпв - соответственно нижний и верхний температурные пределы воспламенения (распространения пламени).

Температурные пределы воспламенения для жидкостей приведены в справочниках. Они могут быть также определены экспериментально или расчетным путем.

Рабочая температура жидкости определяется различными путями. Так, при пожарно-техническом обследовании действующего производства ее можно определить по технологическому регламенту или непосредственно по показаниям приборов в цехе, при пожарно-технической экспертизе проектных материалов - по пояснительной записке технологической части проекта. Если температура жидкости в аппарате при этом изменяется во времени, то в зависимость (1.4) вместо рабочей температуры T следует подставлять интервал изменения температуры.

Условие опасности (1.4) применяется для оценки возможности образования горючей концентрации в аппаратах с неподвижным уровнем жидкости, а также в аппаратах с подвижным уровнем жидкости при наполнении, так как насыщенная концентрация паровоздушной смеси над зеркалом жидкости не изменяется. Однако при опорожнении таких аппаратов состояние насыщения газового пространства парами жидкости нарушается за счет поступления дополнительного количества воздуха через дыхательную арматуру. Концентрация при этом уменьшается и для богатых (выше Tвпв), насыщенных смесей, она может стать опасной. В таком случае оценку горючести среды по температурным пределам воспламенения, т. е. по условию (1.4), проводить нельзя. Поэтому ее осуществляют по соотношению

φн £ φ £ φв (1.5)

где φ - рабочая, действительная для данного момента времени, концентрация паров жидкости;

φн и φв - соответственно нижний и верхний концентрационные пределы воспламенения жидкости (распростанения пламени).

Действительную рабочую концентрацию φ можно определить экспериментально или расчетом, в частности, исходя из того, что для данной рабочей температуры жидкости всегда справедливо неравенство φ < φ s, за счет разбавления насыщенной концентрации φs при поступлении в газовое пространство аппарата через дыхательную арматуру воздуха, равного по количеству объему откачанной (слитой) жидкости.

Концентрационные пределы воспламенения для жидкостей приведены в справочной литературе при температуре 298 К (25ºС), а при необходимости могут быть определены экспериментально или расчетным путем.

Значения величин φн и φв при температуре паровоздушной смеси, отличной от 298 К, можно по формулам

, (1.6)

, (1.7)

Таким образом, соотношение (1.5) также представляет собой условие опасности для образования горючей среды в закрытом аппарате. Однако оно справедливо не только при опорожнении аппарата, но и при наполнении и неподвижном уровне жидкости в аппарате. Поэтому это соотношение является более общим по сравнению с условием (1.4), но из-за больших трудностей при определении рабочей концентрации оно менее удобно для практического использования.

Если хотя бы одно из условий (а и б) в аппарате не соблюдается, то горючая среда в нем образоваться не может. Это положение заложено в основу тех технологических решений, которые направлены на предупреждение образования горючей среды.

Аппараты с газами (рис. 4). Их работа чаще связана с некоторым избыточным давлением, и обычно аппараты и трубопроводы при нормальной работе заполнены горючим газом (или смесью газов) без примеси окислителя.

Горючая концентрация внутри таких аппаратов образоваться не может из-за отсутствия окислителя (рабочая концентрация в них φ =100 % об.).

Рис.2. Аппарат с газом:

1 - корпус; 2 - наполнительная линия; 3 - манометр; 4 - расходная линия; 5 - предохранительный клапан; 6 - газ.

Реже по технологическому регламенту в аппарат подается смесь горючего газа с воздухом или кислородом (например, при производстве водорода конверсией метана, ацетилена - термоокислительным пиролизом природного газа). Возможность образования горючей смеси в этом случае может быть оценена по соотношению:

φн £ φ £ φв(1.8)

где φ - рабочая концентрация горючего газа в аппарате;

φн и φв - нижний и верхний концентрационные пределы воспламенения газа.

Рабочую концентрацию определяют по технологическому регламенту исходя из соотношения компонентов, подаваемых в аппарат, или путем взятия проб смеси газов из аппарата и проведения газового анализа на соответствующих приборах.

Аппараты с пылями. Многие технологические процессы (дробление, размол, разрыхление, сепарация, пневмотранспорт и т. п.) связаны с получением, переработкой или выделением в качестве побочного продукта пылевидных материалов (пылей), которые представляют собой твердые вещества в состоянии тонкого измельчения.

В зависимости от размеров частиц и скорости движения воздуха пыль может находиться во взвешенном (аэрозоль) или осевшем (аэрогель) состояниях. Минимальную скорость движения воздушного потока (скорость витания), при которой твердая частичка данного размера начнет оседать, определяют расчетным путем.

Взвешенная в воздухе пыль может образовывать взрывоопасную концентрацию. Концентрационные пределы воспламенения пылевоздушных смесей зависят от химического состава вещества, его измельченности (дисперсности), влажности и зольности. Для оценки возможности образования горючей концентрации пыли в смеси с воздухом внутри технологического оборудования на практике используют чаще только нижний концентрационный предел воспламенения φн, так как верхний предел очень высок и практически труднодостижим. Кроме того, пылевоздушные смеси в большей степени, чем паровоздушные, склонны к расслоению. Поэтому в оборудовании даже при очень высоких концентрациях всегда могут образоваться локальные объемы (зоны) с концентрацией ниже верхнего предела воспламенения φв. В связи с этим условие, при котором внутри аппарата или трубопровода может образоваться горючая концентрация, имеет следующий вид:

φ ³ φн (1.9)

Рабочая концентрация в аппарате φ определяется по максимуму с учетом взвешенной и осевшей пыли.

Повышенную опасность для технологического оборудования представляет также осевшая пыль, образующаяся в виде отложений на внутренних стенках аппаратов и воздуховодов систем пневмотранспорта. Обладая развитой поверхностью контакта с окислителем (чаще с воздухом), она в отложившемся состоянии может самовозгораться, а при взвихрении - образовывать горючую концентрацию.

Это обстоятельство обуславливает характерную особенность циклического протекания пылевых взрывов.

1. Сначала, как правило, происходит первичный взрыв (вспышка) небольшой мощности в локальной зоне технологического оборудования.

2. Образующаяся при этом ударная волна приводит к взвихрению отложившейся пыли и образованию горючей пылевоздушной смеси в значительно большем объеме.

3. Происходит повторный взрыв, который часто приводит к разрушению оборудования и к образованию горючей концентрации уже в объеме производственного цеха. Мощность последнего взрыва оказывается достаточной для разрушения всего здания, в котором размещается производство.

Такое развитие процесса, представляющего собой следующие друг за другом взрывы с последовательно нарастающей мощностью, можно наблюдать во всех катастрофических по своим последствиям случаях пылевых взрывов, происшедших на элеваторах, сахарных заводах и других предприятиях, с «пылящими» технологическими процессами производства.

Осевшая пыль в машинах и аппаратах накапливается в застойных зонах (карманах, тупиковых линиях, при резком изменении диаметра трубопроводов и наличии острых сопряжений). Накапливанию осевшей пыли способствуют увеличенная влажность среды и конденсация влаги на внутренних стенках аппаратов и трубопроводов, повышенная их шероховатость.

Для некоторых пылей нижний предел воспламенения оказывается труднодостижимым в производственных условиях, а горение их в смеси с воздухом происходит относительно медленно. Поэтому пыли подразделяют на взрывоопасные и пожароопасные.

Пыли с пределом воспламенения менее 65г/м 3 считаются взрывоопасными.

Пыли с пределом воспламенения более 65г/м 3 считаются пожароопасными.

Оценка пожаровзрывоопасности среды внутри технологического оборудования

В полимеризаторе обращается пары пропилена, бензина Б-70 и циклогексана.

Процесс полимеризации происходит под избыточным давлением 0.38 МПа, при рабочей температуре в аппарате (полимеризаторе) = 78 0С. Рабочая концентрация газа в полимеризаторе пропилена составляет 100 %. Следовательно она выше верхнего концентрационного предела распространения пламени пропилена (11 %), то есть опасность взрыва (взрывоопасная концентрация отсутсвует. Однако она может образовываться в периоды запуска.

Условие горючей смеси газа с воздухом: ?н??р??в не выполняется.

Конечный сборник суспензии (бензин Б-70 + полимер):

В резервуаре над поверхностью суспензии всегда есть паровоздушное пространство. Для установления концентрации паров в паровоздушном объеме сборника при нормальной температуре, сравним ее с температурными пределами распространения пламине бензина:

Параметры работы аппарата: Темп. пределы Б-70:

Траб = 68 0 СТ нп = - 34 0 С

Т вп = -4 0 С

Условие Т нп? Траб? Т вп не выполняется, так как Траб >Т вп.

Взрывоопасная среда при нормальной работе сборника суспензии отсутствует. Однако она может образоваться при понижении уровня жидкости (в период расхода).

При нормальной работе насоса внутренний объем полностью заполнен жидкостью и поэтому горючая среда внутри насоса образовываться не может. Пожарная опасность может возникнуть в период остановки насоса на ремонт (профилактику).

№ аппарата	Наименование аппарата; жидкость	Рабочая температура в аппарате, 0 С	Наличие ПВС в аппарате	Температурные пределы воспламенения бензина Б-70	Заключение о горючести среды
	Конечный сборник суспензии					Среда не горючая, так как Траб >Т вп.
	Насос суспензионный					Отсутсвует паровоздушное пространство

Пожарная опасность выхода горючих веществ из нормально работающих технологических аппаратов

Особенностью технологического процесса полимеризации является то, что полимеризатор работает под избыточным давлением.

Из емкости полимеризатора выхода газа и паров не будет.

Сборник суспензии: при изменении уровня суспензии в аппарате возможен выход паровоздушной смеси через дыхательную линию. Проведем анализ является ли он пожаровзрывоопасным:

Т нпв? Т

Температура суспензии в сборнике 68 0 С, следовательно

68 0 С > -34 0 С

следовательно, выброс паровоздушной смеси через дыхательную систему пожаровзрывоопасен.

Количество горючих паров, выходящих из сборника за один цикл при «большом» дыхании равен:

G? = Vж * Рр/tр * ?s * М/8314,31

где, G? - количество выходящих паров из заполняемого жидкостью аппарата, кг/цикл; Vж - объем поступающей в аппарат жидкости, м куб.; Рр - рабочее давление в аппарате, Па.

Величину Vж можно определить, зная геометрический объем аппарата Vан и степень его заполнения Vж = є*Vан

Vап = П Д?*H/4=3.14*2.3*28/4= 11.6 м куб.

Є- степень заполнения аппарата пример равным 0,9

Vж = 0,9*11,6= 10,5 м куб

Концентрация насыщеного пара при рабочей температуре 5 4

S = ps *pp = 5,12 * 10 /14 * 10 = 3,66

(А - В/(tр +Са)

(5,0702 - 682,876/(68+222,066)) 5

ps = 10?*10 = 5,12 * 10

pр = 0,14МПа = 14*10 Па

Количество выходящих паров из заполняемого жидкостью аппарата:

G? = 10,5 * 14*10 / (68+273) * 3,66 *100/8314,31 = 13,6 кг/цикл.

Размер зоны взрывоопасной зоны вблизи места выхода паров

V ВОК = m/?н * k ?

k ? - коэффициент запаса надежности, пример равным 2.

масса выделившихся паров

m = G*N*? / 3600 = 13,6*2*900/3600 = 6,8 кг

при N = 2 в час

Н = 0,79 % об.

V ВОК = 6,8*2 / 0,79 = 17,9 м куб.

В целях сокращения потерь паров бензина и снижения пожаровзрывоопасности в окрестности дышащего сборника целесообразно осуществить следующие мероприятия:

осуществить устройство сисстем улавливания и утилизации паров (для этой цели могут использоваться адсорбционные, абсорционные, холодильные и компрессорные установки);

либо, при экономической невыгодности, вывести дыхательную трубу за пределы помещения.