Оценка возможности образования горючей среды внутри технологического оборудования
Применяемые в различных технологиях аппараты и трубопроводы с пожаровзрывоопасными веществами при определенных условиях могут явиться местом возникновения пожара или взрыва. Для выявления возможности возникновения горения внутри технологического оборудования необходимо, прежде всего, оценить возможность образования в нем горючей среды. Под горючей средой понимается смесь горючего вещества с окислителем в таких соотношениях, при которых возможно возникновение и дальнейшее развитие горения.
Для оценки возможности образования горючей среды внутри технологического оборудования необходимо знать основные режимные параметры (рабочую температуру, давление, концентрацию), а для аппаратов с жидкостями необходимо также иметь сведения о наличии свободного объёма. Эта информация содержится в технологической документации.
Полученные данные рекомендуется сводить в общую таблицу (см. табл. 2.2), которая впоследствии может быть использована при вынесении заключения о возможности образования в аппаратах горючей среды.
Условия образования горючей среды в аппаратах с горючими газами, жидкостями, твердыми материалами и пылями несколько отличаются.
Аппараты с газами чаще всего заполняются чистыми горючими газами без примесей окислителя. Такие аппараты всегда находятся под избыточным давлением, поэтому поступление воздуха в них невозможно, а следовательно, невозможно и образование горючей среды.
В редких случаях по условиям технологии в аппарат необходимо подавать смесь горючего газа с воздухом или кислородом (например, при получении водорода конверсией метана или при получении ацетилена путем
Таблица 2.2 ― Анализ пожарной опасности аппаратов
| Наименование аппаратов и обращающихся в них горючих веществ (с указанием агрегатного состояния) | Сведения о наличии свободного объема | Основные рабочие параметры | Вывод о возможности образования горючей среды | ||
| jр, %, (г/м3) | Рр, Па | tр,оС | |||
термоокислительного пиролиза природного газа). В таких ситуациях возможность образования горючей среды оценивают путем сравнения рабочей концентрации jр с нижним и верхним концентрационными пределами распространения пламени. Горючая среда будет иметь место, если выполняется условие:
. (2.3)
В закрытых аппаратах с жидкостями горючая среда может образоваться только в том случае, когда над поверхностью (зеркалом) жидкости имеется свободный объем. При этом любая жидкость, находящаяся в аппарате, будет испаряться, и ее пары постепенно распределятся в свободном пространстве. Если в свободном пространстве аппарата имеется воздух или любой другой окислитель, то пары жидкости, смешиваясь с ним, могут образовать горючую среду.
Наличие над зеркалом жидкости свободного пространства является необходимым, но не достаточным условием для образования горючей среды. Для того чтобы выяснить наличие в аппарате горючей паровоздушной смеси, необходимо, как и в случае с газами, проверить условие (2.3).
Однако при этом следует учитывать, что концентрация паров по высоте свободного пространства распределяется неравномерно. Над поверхностью жидкости она близка к концентрации насыщения, а у крыши аппарата её значения минимальны. Даже на одной и той же высоте в различные промежутки времени от начала испарения концентрация будет отличаться. Это обусловлено, прежде всего, особенностями протекания процесса диффузии паров в свободное пространство аппарата. То есть для технологического оборудования с горючими жидкостями характерно то, что в свободном пространстве может присутствовать лишь некоторая область концентраций, которая находится между нижним и верхним концентрационными пределами воспламенения. Высота расположения зоны опасных концентраций с течением времени изменяется. С методиками расчётного определения концентрации паров в свободном пространстве аппаратов с жидкостями можно ознакомиться в специальной литературе [61, 62].
Для аппаратов с неподвижным уровнем жидкости (например, для аппаратов непрерывного действия) оценка возможности образования горючей среды может быть облегчена. Эксплуатация таких аппаратов характеризуется неизменными значениями рабочей концентрации при постоянной температуре и давлении в аппарате. Учитывая это, оценку возможности образования горючей среды можно провести путем сравнения рабочей температуры жидкости tр со значениями температурных пределов распространения пламени. Горючая среда в аппаратах с неподвижным уровнем жидкости будет образовываться в том случае, если выполняется условие:
(2.4)
Условие (2.4) можно также использовать и для аппаратов с подвижным уровнем жидкости в период их заполнения после простоя. Это обусловлено тем, что при подъеме уровня жидкости в аппарате насыщенная концентрация паровоздушной смеси над зеркалом жидкости не изменяется. В случае же опорожнения таких аппаратов состояние насыщения свободного пространства парами жидкости нарушается за счет поступления дополнительного количества воздуха через дыхательную арматуру. При этом концентрация паров над зеркалом жидкости уменьшается и может стать опасной. Поэтому оценку возможности образования горючей среды в период опорожнения аппаратов производят только по условию (2.3).
Итак, в общем случае возможность образования горючей среды в закрытых аппаратах с горючими и легковоспламеняющимися жидкостями может быть оценена путем:
1) проверки наличия над зеркалом жидкости свободного паровоздушного объема;
2) сравнения рабочей концентрации паров жидкости с концентрационными пределами воспламенения;
3) сравнения рабочей температуры жидкости в аппарате со значениями температурных пределов воспламенения.
В технологическом оборудовании с твердыми горючими веществами и материаламигорючая среда может образоваться при тепловом воздействии на последние или в результате их саморазогрева. Как известно, сами твердые горючие вещества и материалы не способны образовывать в смеси с воздухом горючую среду. Однако в процессе их нагрева до некоторых температур может начаться процесс разложения с выделением летучих. Так, в процессе пиролиза древесины при температурах 150 – 275 оС происходит разложение менее термостойких ее компонентов с выделением окиси 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 и в случае газами, по условию (2.3).
Технологические аппараты с горючими пылями характеризуются значительной пожарной опасностью. При работе мельниц, дробилок, хлопковых разрыхлителей, центробежных классификаторов, систем пневмотранспорта образуется очень большое количество пыли. Пыли в таких аппаратах могут находиться во взвешенном в воздухе состоянии (аэрозоль) и в осевшем состоянии (аэрогель). 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 образовывать взрывоопасные концентрации. Для оценки возможности образования горючей среды внутри технологического оборудования с пылевидными материалами на практике используют значение нижнего концентрационного предела распространения пламени jн. Верхние концентрационные пределы для пылей настолько велики, что практического значения для оценки пожарной опасности не имеют. Кроме того, пылевоздушные смеси в большей степени, чем паро- и газовоздушные, склонны к расслоению. Поэтому в оборудовании даже при очень высоких концентрациях всегда могут образовываться локальные зоны с концентрацией ниже ВКПР.
При определении рабочей (фактической) концентрации пыли внутри технологического оборудования необходимо учитывать массу взвешенной и осевшей пыли. Горючая среда в аппаратах с пылями будет образовываться в том случае, если выполняется условие:
(2.5)
Взрывы и пожары внутри технологического оборудования часто возникают в периоды неустановившегося режима работы. К таким периодам относятся пуск аппаратов в эксплуатацию и их остановка для профилактического осмотра или ремонта. В эти периоды опасность образования горючей среды внутри технологического оборудования очень высока. Так период пуска оборудования характеризуется поступлением горючих компонентов в объем аппаратов, заполненных воздухом, и выходом аппаратов на заданный рабочий режим. При этом концентрация горючих веществ в аппаратах увеличивается и может стать горючей, если превысит значение НКПР.
Причинами образования горючей среды при остановке технологического оборудования являются:
· снижение температурного режима в аппаратах с рабочей температурой жидкости, превышающей значение ВТПР. При этом температура, снижаясь, войдет в температурную область воспламенения;
· поступление наружного воздуха через дыхательную арматуру при опорожнении аппаратов или через открытые люки при их разгерметизации;
· неполное удаление из аппаратов горючих веществ;
· негерметичное отключение аппаратов от трубопроводов с горючими веществами. При этом горючие вещества через неплотности будут попадать в аппарат, и образовывать в смеси с воздухом горючую смесь.
Все эти особенности необходимо учитывать при оценке возможности образования горючей среды внутри технологического оборудования и разработке пожарно-профилактических мероприятий.
После проведённого анализа возможности образования горючей среды внутри каждого технологического аппарата необходимо дать соответствующее заключение и сделать запись в графе 6 таблицы 2.2.