Взрывопожаробезопасность на производстве
Общие сведения
Использование мер противопожарной защиты на объекте зависит от его особенностей (характер и особенности объекта, его местоположение и размеры, материальные ценности и вид оборудования) и от требований действующих норм. Все применяемые меры противопожарной защиты можно условно разделить на пассивные и активные.
К активным мерам защиты относят:
- системы автоматического пожаротушения;
- аппараты пожаротушения;
- первичные средства пожаротушения;
- автономные системы пожаротушения;
- средства формирований Государственной противопожарной службы;
- специальные средства подавления пожаров и взрывов промышленных объектов.
Системы автоматического пожаротушения предназначены для предотвращения, ограничения развития, тушения пожара, а также защиты от пожара людей и материальных ценностей. Такие системы приводятся в действие пожарной автоматикой по объективным показаниям и обеспечивают оперативное тушение очага возгорания без участия человека.
Конструктивно автоматические установки пожаротушения состоят из резервуаров или других источников, наполненных необходимым количеством огнетушащего состава, устройств управления и контроля, системы трубопроводов и насадок-распылителей. Подразделяются системы автоматического пожаротушения, прежде всего, по используемому огнетушащему веществу:
- газовые системы пожаротушения; газовое пожаротушение (СО2,аргон, азот, хладоны);
- системы тонкодисперсной воды (системы тонкораспыленной воды);
- водяные системы пожаротушения; водяное пожаротушение (вода);
- пенное пожаротушение и водо-пенное пожаротушение (вода с пенообразователями);
- порошковые системы пожаротушения, порошковое пожаротушение (порошки специального химического состава);
- аэрозольные системы пожаротушения (подобны порошкам, но частицы на порядок меньше по размерам).
Аппараты пожаротушения подразделяют на передвижные (пожарные автомашины) и стационарные установки, огнетушители (ручные до 10 л и передвижные и стационарные объемом выше 25 л).
Передвижные аппараты пожаротушения (пожарные автомашины) делят на пожарные подъемники, автоцистерны, доставляющие на пожар воду и раствор пенообразователя и оборудованные стволами для подачи воды или воздушно-механической пены различной кратности, и специальные, предназначенные для других огнетушащих средств или для определенных объектов.
Для ликвидации пожаров в начальной стадии используются первичные и подручные средства пожаротушения. К первичным средствам пожаротушения относятся огнетушители, ведра, емкости с водой, ящики с песком, ломы, топоры, лопаты, кошма и т. д. Подручные средства – это вещества и предметы, заранее не подготовленные для тушения пожаров. К ним относится вода, песок, земля, различные предметы, набрасываемые на очаг горения.
Огнетушители – переносные, передвижные или стационарные технические устройства, предназначенные для тушения пожаров в начальной стадии их возникновения за счет выброса запасенного в нем огнетушащего вещества. По объему делятся на ручные (до 10 л), передвижные и стационарные (объемом свыше 25 л).
Одним из основных способов защиты людей от взрывов являются защитные сооружения, предназначенные для хранения и использования взрывчатых веществ в технологических целях. Другим видом защиты являются убежища и укрытия, предназначенные для защиты людей от негативного воздействия взрывов и пожаров.
Взрывозащита систем технологического оборудования достигается
- организационно-техническими мероприятиями;
- разработкой инструктивных материалов, регламентов, норм и правил ведения технологических процессов;
- организацией обучения и инструктажа обслуживающего персонала;
- осуществлением контроля и надзора за соблюдением норм технологического режима, правил и норм техники безопасности, пожарной безопасности и т. п.
Оборудование повышенного давления должно быть оснащено системами взрывозащиты, которые предполагают:
- применение гидрозатворов, огнепреградителей, инертных газов или паровых завес;
- защиту аппаратов от разрушения при взрыве с помощью устройств аварийного сброса давления (предохранительные мембраны и клапаны, быстродействующие задвижки, обратные клапаны и т. д.).
Достаточно надежным и одним из наиболее распространенных способов взрывозащиты технологического оборудования и зданий является применениеустройств сброса давления взрыва: предохранительных мембран; взрывных клапанов; вышибных проемов; легкосбрасываемой кровли.
Принцип действия систем активного подавления взрыва заключается в обнаружении его начальной стадии высокочувствительными датчиками и быстром введении в защищаемый аппарат ингибитора (взрывоподавляющего состава), приостанавливающего дальнейший процесс развития взрыва. Используя такие системы, можно подавлять взрыв настолько эффективно, что в защищаемом аппарате практически не произойдет сколько-нибудь заметного повышения давления. Это очень важно для обеспечения взрывозащитымалопрочных аппаратов. Другим, не менее важным преимуществом активного взрывоподавления, по сравнению, например, со сбросом давления взрыва, является отсутствие выбросов в атмосферу токсичных и пожаровзрывоопасных продуктов, горячих газов и открытого огня.
Методические указания
Нижний концентрационный предел распространения пламени газообразных органических веществ в воздухе рассчитывается по приближенной формуле
, (6.1)
причем
, (6.2)
(6.3)
где b – стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания горючего вещества; nс, nн, nо, nх – число атомов С, Н, О и галоидов в молекуле горючего.
Объем взрывоопасной смеси горючего вещества с воздухом с концентрацией, равной нижнему пределу распространения пламени, определяется по формуле
, м3 (6.4)
где Vг - объем выделившихся в помещении взрывоопасных газов, м3.
Процент заполнения свободного объема производственного помещения взрывоопасной смесью рассчитывается по формуле
, % (6.5)
где Vсв – свободный от технологического оборудования объем производственного помещения, м3.
Утечки взрывоопасных паров и газов через неплотности соединений технологического оборудования, работающего под давлением, рассчитываются по формуле (эмпирической)
, м3/ч (6.6)
где Кз – безразмерный коэффициент запаса, учитывающий степень износа и состояние оборудования (принимается К=1...2); a – безразмерный коэффициент, величина которого зависит от давления в оборудовании ( при ориентировочных расчетах может приниматься: при давлении Р£ 0,4 МПа a=0,15; Р£ 1,7 МПа a=0,18; Р£ 40 МПа a=0,28); Vоб – внутренний объем оборудования и присоединенных к нему трубопроводов (до закрытых заглушающих устройств), м3; r – плотность паров или газов, истекающих через неплотности соединений, кг/м3; М – молекулярная масса паров или газов; Т – температура внутри оборудования, К.
Количество взрывоопасного газа (паров), поступившее в помещение при аварии (разгерметизации) оборудования, работающего под давлением, рассчитывается по формуле
, м3 (6.7)
где Р – давление газа (паров) внутри оборудования до аварии, МПа.
Концентрация вещества в воздухе производственного помещения при условии равномерного распределения по объему помещения и без учета работы вентиляции рассчитывается по следующим формулам:
в % по объему для газа (пара)
, % (6.8)
в мг/м3 соответственно для газа (пара) и пыли
; 
; (6.9)
где V – объем производственного помещения, м3; r - плотность газа (пара), кг/м3; mп – масса поступившей в помещение пыли, кг; Vп – запыленный объем помещения, м3.
Суммарная площадь ЛСК зависит от свободного объема помещения. 1 м3Vсв защищают минимально 0,03 м2 площади ЛСК. Для стекла толщиной 4 мм площадь одного листа минимум 1 м2.
Запас воды для трехчасового внутреннего и внешнего тушения пожара рассчитывается по формуле:
, м3 (6.10)
где nв – нормативный расход воды для внутреннего (n1) и внешнего (n2) тушения пожара, дм3/с.
Нормативный расход воды n1 = 5дм3/с, а n2 принимается по таблице в зависимости от степени огнестойкости здания и категории производства по пожарной опасности.
Таблица6.1 – Нормативный расход воды
| Степень огнестойкости | Категория производства по пожарной опасности | Расход воды (дм3/с) на 1 пожар при объеме здания, тыс.м3 | ||||
| до 3 | 3...5 | 5...20 | 20...50 | 50...200 | ||
| I, II | Г, Д | |||||
| I, II | А, Б, В | |||||
| III | Г, Д | |||||
| III | В | |||||
| IV, V | Г, Д | |||||
| IV, V | В |
Глубина емкости для пожарного водоснабжения определяется по формуле:
Нф = 1,2×Нр , м, (6.11)
где Нр – рассчитанная глубина, м; 1,2 – коэффициент запаса емкости.
Технологические процессы пищевых производств, связанные с дроблением, измельчением и просеиванием продукта, с очисткой и переработкой зерна, транспортированием твердых и жидких продуктов с помощью конвейеров и по трубам сопровождаются электризацией и накоплением зарядов статического электричества. Величина электростатического заряда зависит от электропроводности материалов, их относительной диэлектрической проницаемости, скорости движения, характера контакта между соприкасающимися материалами, электрических свойств окружающей среды, относительной влажности и температуры воздуха.
Степень электризации жидкости в основном зависит от ее диэлектрических свойств и кинематической вязкости, скорости потока, диаметра и длины трубопровода, материала трубопровода, состояния его внутренних стенок и температуры жидкости.
Величину электростатического потенциала U можно определить по формуле
, (6.12)
где q – величина накопленного на поверхности оборудования заряда, Кл; C – электрическая емкость оборудования, Ф.
Если напряженность электростатического поля над поверхностью диэлектрика достигает критической (пробивной) величины, то возникает электрический разряд. Для воздуха пробивное напряжение примерно равно 30 кВ/см.
Энергия разряда (искры) диэлектрика W (Дж) определяется по формуле
W = 0,5С× U2, (6.13)
гдеС – электрическая емкость, разряжаемая искрой, Ф; U – разность потенциалов относительно земли, В.
Разность потенциалов на оборудовании может достигать нескольких десятков тысяч вольт. Искра, возникающая при напряженности электростатического поля 3 кВ, способна воспламенить любую газовоздушную смесь, а при 5 кВ — пылевоздушную смесь органических веществ (пыль муки, сахара, декстрина, крахмала и т. п.).
Основным способом предупреждения возникновения электростатического заряда является постоянный отвод статического электричества от технологического оборудования с помощью заземления. Каждую систему аппаратов и трубопровода заземляют не менее чем в 2 местах. Резиновые шланги обвивают заземленной медной проволокой с шагом 10 см. Предельно допустимое сопротивление заземляющего устройства, используемого только для отвода электростатического заряда, не должно превышать 100 Ом.
Условия задач
Задача № 26. Определить время t (мин), достаточное при неблагоприятных условиях (отсутствие вентиляции) для заполнения y = 5% свободного объема производственного помещения взрывоопасной смесью аммиака с нижним концентрационным пределом распространения пламени распространения пламени СНКПР (%), после начала утечки газа через неплотности соединений в технологическом оборудовании. Количество выделяющегося через неплотности соединений газа равно Qг (м3/ч). Оборудование занимает Vтех (%) помещения, объем которого равен V (м3).
| Пара метры | Варианты исходных данных | ||||||||||||||
| V, м3 | |||||||||||||||
| Vтех, % | |||||||||||||||
| Газ | аммиак | ацетилен | аммиак | ацетилен | аммиак | аммиак | ацетилен | аммиак | ацетилен | аммиак | аммиак | ацетилен | аммиак | ацетилен | аммиак |
| СНКПР,% | |||||||||||||||
| Qг, м3/ч | 5,5 | 4,5 | 2,0 | 4,8 | 3,5 | 4,8 | 2,3 | 4,5 | 3,3 | 4,5 | 2,5 | 4,3 | |||
| Пара метры | Варианты исходных данных | ||||||||||||||
| V, м3 | |||||||||||||||
| Vтех, % | |||||||||||||||
| Газ | аммиак | ацетилен | аммиак | ацетилен | аммиак | аммиак | ацетилен | аммиак | ацетилен | аммиак | аммиак | ацетилен | аммиак | ацетилен | аммиак |
| СНКПР,% | |||||||||||||||
| Qг, м3/ч | 3,2 | 4,5 | 2,5 | 5,5 | 3,6 | 4,0 | 2,5 | 3,5 | 5,6 | 4,5 | 2,5 | 3,5 |
Задача 27. Рассчитать величину утечки аммиака Qг (м3/ч) из системы средней изношенности (Кз = 1,5; a = 0,18) объемом Vоб (м3) , находящейся под давлением Р (МПа) при температуре t (°С) и время t (мин), в течение которого будет заполнено y = 5% свободного объема помещения Vсв (м3) с концентрацией взрывоопасной смеси, равной 0,2 нижнего предела распространения пламени аммиака (СНКПР=15% по объему). Молекулярная масса аммиака М = 17,03 кг/моль, а плотность r = 0,77 кг/м3.
| Пара метры | Варианты исходных данных | ||||||||||||||
| Vоб, м3 | |||||||||||||||
| Р, МПа | 0,6 | 0,4 | 0,5 | 0,2 | 0,3 | 0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,7 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,7 | 0,8 |
| Vсв, м3 | |||||||||||||||
| t, °С | |||||||||||||||
| Пара метры | Варианты исходных данных | ||||||||||||||
| Vоб, м3 | |||||||||||||||
| Р, МПа | 0,5 | 0,6 | 0,7 | 0,2 | 0,5 | 0,3 | 0,5 | 0,4 | 0,2 | 0,6 | 0,5 | 0,6 | 0,3 | 0,3 | 0,7 |
| Vсв, м3 | |||||||||||||||
| t, °С |
Задача № 28. Вследствие разгерметизации системы объемом Vоб (м3) при аварии холодильной установки в производственное помещение поступил аммиак под давлением Р (МПа). Рассчитать среднюю концентрацию аммиака Cср (мг/м3) в воздухе при условии равномерного заполнения им всего помещения объемом V (м3) и кратность превышения n предельно допустимой концентрации аммиака в воздухе рабочей зоны. Плотность аммиака r =0,77 кг/м3 , Спдк = 20 мг/м3.
| Пара метры | Варианты исходных данных | ||||||||||||||
| Vоб, м3 | 0,6 | 0,5 | 0,4 | 0,8 | 0,7 | 0,5 | 0,4 | 0,6 | 0,7 | 0,8 | 0,4 | 0,5 | 0,7 | 0,8 | 0,9 |
| V, м3 | |||||||||||||||
| Р, МПа | 0,1 | 0,5 | 0,7 | 2,0 | 0,2 | 0,3 | 0,4 | 0,6 | 1,0 | 0,3 | 0,3 | 0,4 | 0,5 | 1,0 | 0,6 |
| Пара метры | Варианты исходных данных | ||||||||||||||
| Vоб, м3 | 0,5 | 0,6 | 0,7 | 0,9 | 0,8 | 0,4 | 0,5 | 0,8 | 0,7 | 0,6 | 0,5 | 0,6 | 0,7 | 0,8 | 0,9 |
| V, м3 | |||||||||||||||
| Р, МПа | 0,3 | 0,5 | 0,4 | 1,0 | 0,6 | 0,3 | 0,4 | 0,6 | 3,0 | 0,7 | 0,3 | 0,4 | 0,5 | 2,0 | 0,6 |
Задача 29. Вследствие нарушения сроков уборки мучной пыли она накопилась на поверхности технологического оборудования и конструкциях производственного помещения объемом V (м3), относящегося к категории "Б" по взрывопожарной опасности. При открывании ворот за счет сдувания в помещении образовалось облако, содержащее mп (кг) пыли, которое заняло y = 5 % свободного объема помещения. Определить среднюю концентрацию мучной пыли Сср (мг/м3) в этом облаке при условии, что объем технологического оборудования составляет Vтех (%) объема помещения. Сравнить рассчитанную концентрацию с нижним концентрационным пределом распространения пламени пыли пшеничной муки высшего сорта СНКПР =28,8 г/м3.
| Пара метры | Варианты исходных данных | ||||||||||||||
| V , м3 | |||||||||||||||
| Vтех, % | |||||||||||||||
| mп, кг | 0,42 | 0,70 | 0,66 | 0,88 | 0,75 | 0,45 | 0,50 | 0,60 | 0,85 | 0,70 | 0,40 | 0,45 | 0,55 | 0,80 | 0,75 |
| Пара метры | Варианты исходных данных | ||||||||||||||
| V , м3 | |||||||||||||||
| Vтех, % | |||||||||||||||
| mп, кг | 0,40 | 0,45 | 0,50 | 0,70 | 0,80 | 0,40 | 0,35 | 0,50 | 0,70 | 0,65 | 0,45 | 0,40 | 0,55 | 0,60 | 0,65 |
Задача 30. Рассчитать диаметр пожарного водопровода D (мм) при допустимой скорости движения воды в нем wв (м/с) для предприятия категории "В" по пожароопасности, III степени огнестойкости и с объемом производственных помещений V (м3).
| Пара метры | Варианты исходных данных | ||||||||||||||
| V, м3 | |||||||||||||||
| wв, м/с | 2,6 | 2,8 | 2,9 | 2,0 | 2,5 | 2,5 | 2,4 | 2,0 | 2,0 | 2,5 | 4,5 | 2,3 | 6,0 | 3,0 | 5,0 |
| Пара метры | Варианты исходных данных | ||||||||||||||
| V, м3 | |||||||||||||||
| wв, м/с | 3,5 | 2,5 | 2,0 | 7,0 | 6,0 | 6,2 | 1,5 | 5,0 | 4,0 | 3,0 | 5,0 | 2,1 | 1,0 | 4,0 | 3,0 |
Контрольные вопросы
1. Раскройте понятия: пожар, пожарная и взрывная безопасность.
2. Расскажите динамику развития пожара и классификацию пожаров.
3. Раскройте понятие: горение веществ.
4. Классификация технологический сред, зон, зданий и помещений по взрыво- и пожарной безопасности.
5. Огнегасительные вещества.
6. Последовательность действий при тушении электрооборудования, находящегося под напряжением.
7. Первичные средства пожаротушения: порошковые огнетушители, пенные огнетушители.
8. Правила выбора, размещения и использования огнетушителя.
9. Автоматические средства пожаротушения.
10. Системы пожарной сигнализации.
11. Мероприятия, проводимые в организациях для повышения пожарной безопасности.
12. Порядок действий при возникновении пожара.
13. Меры безопасности при тушении пожара.