Оценка пожаровзрывоопасных свойств веществ

Обращающихся в производстве.

Используя ГОСТ 12.1.044-89*[4], справочное пособие[6], следует установить взрывопожароопасные свойства веществ, обращающихся в производстве:

- для жидкостей – химический состав, температуру кипения, плотность жидкости и её паров, температуру вспышки, температурные и концентрационные пределы распространения пламени, температуру самовоспламенения, склонность к самовозгоранию, способность к электризации, теплоту сгорания, токсичность, тушащие средства.

- для газов – химический состав, плотность, концентрационные пределы распространения пламени, температуру самовоспламенения, теплоту сгорания, токсичность, тушащие средства.

- для твёрдых веществ – химический состав, температуру самовоспламенения, склонность к самовозгоранию, теплоту сгорания, скорость горения, токсичность продуктов термического разложения и горения, способность к плавлению при нагревании и горении, огнетушащие средства (для пыли указать величину нижнего концентрационного предела распространения пламени).

При описании пожароопасных свойств веществ, следует комментировать эти данные и сделать вывод, указав характерные особенности обращающихся в производстве веществ, определить наиболее пожароопасные вещества.

Оценка пожаровзрывоопасности среды внутри аппаратов

При их нормальной работе.

В технологической схеме могут быть аппараты с горючими жидкостями, причём уровень жидкости может изменяться при наполнении или расходе продукта. Могут быть аппараты, полностью заполненные жидкостью (например, насосы, трубопроводы), аппараты с горючими газами и аппараты, внутри которых находятся одновременно горючая жидкость и газ. Поэтому вначале следует выяснить, есть ли аппараты с переменным уровнем горючей жидкости. Это обычно резервуары, вертикальные и горизонтальные ёмкости, мерники и другие подобные им аппараты. В таких аппаратах над поверхностью жидкости всегда есть паровоздушное пространство, концентрация паров в котором может быть ниже нижнего предела распространения пламени (воспламенения) или в пределах воспламенения (взрыва), или выше верхнего предела распространения пламени (воспламенения). Чтобы установить, какая концентрация паров будет в паровоздушном объеме аппарата при нормальной рабочей температуре, нужно сравнить эту температуру с температурными пределами распространения пламени и сделать соответствующие выводы. ([1], стр. 7):

где Т_Р — расчетная температура жидкости; Тнпв, Твпв — соответ­ственно нижний и верхний температурные пределы воспламенения жидкости (с учетом давления среды в аппарате).

Результаты оценки пожарной опасности целесообразно оформить в виде таблицы ([1], стр. 9):

Номер аппарата	Наименование аппарата; жидкость	Наличие паровоздушного пространства в аппарате	Рабочая температура в аппарате, º С	Температурные пределы воспламенения водно-спирто­вых растворов	Заключение о горючести среды в аппарате
нижний	верхний
	Резервуар; 20%-ный раствор спирта	есть				Среда негорючая, так как TР<T НПВ
	Насос; 20%-ный раствор спирта	нет				Отсутствует паро­воздушное простран­ство
	Подогреватель; 20%-ный раствор спирта	нет				Отсутствует паро­воздушное простран­ство
	Ректификацион­ная колонна; верх — 96%-ный раствор спирта; низ — вода	нет	верх-80 низ-100			Отсутствует паро­воздушное простран­ство
	Дефлегматор; спирт-ректификат	нет				Отсутствует паро­воздушное простран­ство
	Холодильник; спирт-ректификат	нет	80_20			Отсутствует паро­воздушное простран­ство
	Приемник; спирт-ректификат	есть				Среда горючая, так как есть паровоздуш­ное пространство и T ВПВ <TР<T НПВ

Следует также показать, как будет изменяться концентрация паров внутри аппарата при понижении уровня жидкости (в период ее расхода), когда в аппарат начнет поступать свежий воздух через дыхательную трубу и разбавлять паровоздушную смесь. Если в аппарате в какие-то периоды образуется взрывоопасная концентрация, опасность ее можно подтвердить расчетом величины давления, которое образуется при взрыве ([1], стр. 147):

где р_взр и р_р — конечное давление взрыва и начальное рабочее дав­ление в аппарате перед взрывом;

Т_взр и Т_нач — температура продук­тов горения при взрыве и начальная температура горючей смеси;

m, n — количество молей в продуктах горения и в исходной смеси (по уравнению реакции горения).

Значение температуры продуктов адиабатического горения можно взять из [6] или вычислить.

и внутреннего напряжения в стенке сосуда. Внутреннее напряжение можно рассчитать по формулам ([2], (4.29; 4.30; 4.31)):

Напряжения в стенках для цилиндрических частей аппаратов, работающих под давлением при b = £ 1,5 определяются:

s = £ [s] ,

В случае b > 1,5:

s = £ [s].

где s - напряжения в стенках аппарата, работающего под давлением, Па;

Р - давление среды в аппарате, Па;S- толщина стенки аппарата, м;С - прибавка на коррозию, м;

φ- коэффициент прочности шва - для цельнокованных, литых и витых сосудов φ = 1; при ручной односторонней сварке φ = 0,7; Dв - внутренний диаметр аппарата, м.

Величина прибавки на коррозию может быть определена из выражения:

с = Пτ

где П – скорость коррозии материала, принимаемая обычно не менее ;

τ - продолжительность эксплуатации оборудования, лет.

Определив величину давления при взрыве паров и возникающие вследствие этого напряжения в стенках аппарата, следует определить необходимость разработки мероприятий по исключению его разрушения.

Если необходима защита аппарата инертным газом, требуемое время продувки аппарата инертным газом нужно определить расчетом ([1], стр. 102):

Вместо полной очистки аппарата от горючих остатков можно применить флегматизацию паровоздушной среды внутри него каким-либо инертным газом (водяным паром, углекислым газом, азотом или продуктами сгорания от генератора инертного газа) или химически активным ингибитором горения. В результате введе­ния инертного газа содержание кислорода во всем газовом про­странстве аппарата снижается до максимально допустимой концен­трации, зависящей от вида инертного разбавителя.

Время продувки составит:

где t - время продувки аппарата инертным газом, час;

V - объем аппарата, м³; g - расход инертного газа, м³/час;

j_ин - концентрация инертного газа, при которой достигается

флегматизация паровоздушной среды.

Если аппараты или трубопроводы полностью заполнены жидкостью, в них нет паровоздушного объема и, следовательно, в них не могут образовываться взрыво-опасные концентрации (кроме периодов пуска и остановки).

Если в аппаратах находится горючий газ, оценка опасности внутренней среды проводится сравнением величины рабочей концентрации газа с концентрацион-ными пределами распространения пламени (см. [1], стр. 13):

где j_н, j_в - соответственно нижний и верхний концентрационный предел воспламенения;

j_р - рабочая концентрация газа в аппарате.

Концентрационные пределы воспламенения для газов находят в справочных пособиях [6].

При отсутствии литературных данных пределы воспламенения газа определяют опытным путем

(по ГОСТ 13919—68) или расчетным методом. К=1,4÷2,1.

Как правило, аппараты заполнены газами 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.

Если аппараты заполнены горючим газом и жидкостью, опасность среды надо оценивать так же, как для аппаратов с наличием газов.

Если в аппаратах (например, сушилках, окрасочных камерах и т.п.) имеется смесь воздуха с насыщенными или перегретыми парами, оценку взрывоопасности внутренней среды следует производить не по температурным пределам воспламенения, а путем сравнения действительной концентрации паров с нижним концентрационным пределом воспламенения. Если концентрация окажется в пределах опасности (с учетом коэффицента запаса), следует предложить меры, обеспечивающие снижение концентрации до безопасных пределов.

Меры пожарной безопасности описаны в работе [1], стр. 9-17.

Предотвращению образования горючей среды в закрытых аппаратах и емкостях с неподвижным уровнем жидкости способствуют следующие технические решения:

1. Ликвидация газового пространства. Этого можно достичь:

а) предельным (полным) заполнением аппарата или емкости жидкостью. Здесь три опасности: перелив при переполнении ап­парата жидкостью, разрушение аппарата и перелив при повыше­нии температуры в полностью заполненном аппарате;

б) хранением жидкости (например, сероуглерода) под защитным слоем воды;

в) применением резервуаров с плавающей крышей, одновременно выполняющей роль внешней стационарной крыши;

г) применением резервуаров со стационарной крышей и пла­вающим понтоном;

д) применением емкостей с гибкими внутренними оболочками.

2. Поддержание безопасного температурного режима. Это дости­гается посредством систем контроля и регулирования. Рабочая температура поддерживается ниже нижнего или выше верхнего температурного предела воспламенения паров жидкости.

3. Снижение концентрации паров горючей жидкости при задан­ной температуре ниже нижнего концентрационного предела воспла­менения. Это достигается:

а) применением высокостойких пен, эмульсий и полых микро­шаров, плавающих на поверхности жидкости и препятствующих её испарению;

б) применением добавок, снижающих упругость паров и испа­ряемость жидкости.

4. Введение негорючих (инертных) газов в газовое пространст­во аппарата.

В результате данной операции либо снижается кон­центрация окислителя, либо он полностью замещается. Негорючими газами (флегматизаторами) могут быть азот, углекислый газ, водяной пар, выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания. Добавление инертных компонентов ухудша­ет горючие свойства среды. Область воспламенения при этом су­жается вплоть до ее полной ликвидации при определенной (флегматизирующей) концентрации инертного компонента.

Флегматизирующие концентрации инертных газов (при дости­жении и превышении которых воспламенение невозможно) для сме­сей различных горючих веществ с воздухом приводятся в справоч­ной литературе [6].

Расход инертного газа определяют по объему газового прост­ранства аппарата или по производительности аппарата.

Предотвращению образования горючей среды в закрытых аппа­ратах и емкостях с подвижным уровнем жидкости способствуют следующие технические решения:

а) ликвидация газового пространства путем применения пла­вающих крыш и понтонов;

б) введение негорючих (инертных) газов в газовое пространст­во аппарата;

в) уменьшение скорости изменения уровня жидкости путем увеличения числа одновременно опорожняемых аппаратов;

г) исключение или сокращение входа атмосферного воздуха в опорожняемый аппарат путем устройства газовой обвязки син­хронно работающих аппаратов.

Предотвращению образования горючей среды в закрытых ап­паратах, емкостях и трубопроводах с газами способствуют следую­щие технические решения:

1. Поддержание концентрации горючего газа в смеси с окисли­телем за пределами области воспламенения (если это допустимо по условиям технологии). Для этого на линиях, питающих аппа­рат, устанавливают автоматические регуляторы соотношения, рас­хода и давления газов.

2. Поддержание в газовых коммуникациях избыточного давле­ния,предотвращающего подсос наружного воздуха через неплот­ности.

3. Непрерывный автоматический контроль содержания опасной примеси в газе(окислителя в инертном газе, окислителя в смеси горючего и инертного газов, горючего в окислителе). Для контроля содержания опасной примеси, аппараты и трубопроводы оборудуют стационарными автоматическими газоанализаторами и, кроме того, предусматривают блокировку на узлах задвижек, исключающую попадание примеси в технологиче­ский газовый поток.

4. Стабилизация зоны горения горючей смесив защищенном пространстве реактора (аппарата, предназначенного для проведе­ния технологических процессов) путем выбора скорости и режима движения горючей смеси, предотвращающих «проскок» пламени (перемещение зоны горения) в незащищенное пространство реак­тора либо других аппаратов.

5. Аварийное преднамеренное изменение состава горючей сме­си,обеспечивающее быстрый перевод ее в негорючее состояние. Это достигается путем использования инертного разбавителя или путем прекращения подачи одного из компонентов горючей смеси, в неко­торых случаях — прекращением подачи сразу двух компонентов.

Предотвращению образования горючей среды в аппаратах и трубопроводах с наличием пыли способствуют следующие технические решения:

1. Применение менее «пылящих» процессов измельчения.

2. Введение негорючих газов внутрь аппаратов в течение всего периода работы либо в наиболее опасные моменты. Добавление к горючей пыли минеральных веществ.

3. Устройство систем отсосов пыли из машин.

4. Использование негорючих газов для пневматической транс­портировки наиболее опасных пылей.

5. Установление оптимальной скорости воздуха или негорючего газа и систематического контроля ее величины при пневматической транспортировке измельченных материалов с целью избежать осаждения пыли.

6. Конструктивное решение аппаратов и трубопроводов, обеспе­чивающее минимальное скопление осевшей пыли.

7. Использование вибраторов для предотвращения образования пробок пыли в бункерах и трубопроводах.

8. Предохранение стенок аппаратов и трубопроводов от увлаж­нения. Это достигается размещением аппаратов в отапливаемых помещениях, подогревом среды или аппаратов и устройством теп­лоизоляции при расположении аппаратов на открытых площадках или в неотапливаемых помещениях.