МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНИ

КРАСНОДОНСКИЙ ГОРНИЙ ТЕХНИКУМ

Реферат по предмету «БЕЗОПАСНОСТЬ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ

ПРОЦЕССОВ И ПРОИЗВОДСТВ»

на тему: «ПОЖАРООПАСНОСТЬ И ВЗРЫВООПАСНОСТЬ»

ПЛАН

1. ВЗРЫВООПАСНОСТЬ КАК ТРАВМИРУЮЩИЙ ФАКТОР ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ СРЕДЫ

2. ПОЖАРООПАСНОСТЬ КАК ФАКТОР ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ СРЕДЫ

1. ВЗРЫВООПАСНОСТЬ КАК ТРАВМИРУЮЩИЙ ФАКТОР ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ СРЕДЫ

В производстве в большом количестве используются приборы, аппараты, технологические процессы, содержащие вещества, способные при определенных условиях образовывать взрывоопасную среду.

Быстрое изотермическое химическое превращение взрывоопасной среды, сопровождающееся выделением энергии и образованием опасных газов, способных производить работу, -- называется «химическим» взрывом.

Взрыв или возгорание газообразных или смешанных горючих химических веществ наступает при определенном содержании этих веществ в воздухе, что приводит к разрушению и повреждению зданий и сооружений, технологических установок, емкостей и трубопроводов. На производстве при взрыве газовоздушной, паровоздушной смеси или пыли образуется ударная волна. Степень разрушения строительных конструкций, оборудования, машин и коммуникаций, а также поражение людей зависит от избыточного давления во фронте ударной волны (разность между максимальным давлением во фронте ударной волны и нормальным атмосферным давлением перед этим фронтом).

Расчеты оценки действия взрыва горючих химических газов и жидкостей сводятся к определению избыточного давления во фронте ударной волны () при взрыве газовоздушной смеси на определенном расстоянии (R) от емкости, в которой хранится определенное количество (Q) взрывоопасной смеси.

Для ориентировочного определения избыточного (кПа), давления ударной волны пользуются эмпирическими формулами:

при

;

при К > 2

.

где К -- эмпирический коэффициент, зависящий от R (м) и Q (т) и определяемый по формуле:

.

Максимальные значения избыточного давления во фронте ударной волны составляют при взрыве газовоздушной смеси 800 кПа, пылей -- 700 кПа, паровоздушной смеси -- 100...200 кПа. Если принять во внимание, что в производственных условиях взрывы, как правило, происходят в замкнутом помещении, то полное избыточное давление формируется за счет процессов отражения механической волны от стен и составляет величину в 5...6 раз большую избыточного давления, возникшего при взрыве.

Насколько велики представленные значения избыточного давления при взрывах, можно оценить по следующим примерам: для разрушения армированного остекления зданий требуется 5...10 кПа, деревянных строений -- 10...20 кПа, кирпичных зданий -- 25...30 кПа, железобетонных конструкций стен цеха -- 100...150 кПа.

Действие ударной волны на человека менее 10 кПа считается безопасным, при избыточном давлении от 10 до 30 кПа происходят легкие поражения или легкопроходящие нарушения (звон в ушах, головокружение), при избыточном давлении от 30 до 60 кПа человек получает поражения средней тяжести (вывихи, контузии головного мозга), избыточные давления от 60 до 100 кПа наносят человеку тяжелые контузии и травмы, приводящие к длительной потере работоспособности, при избыточном давлении более 100 кПа происходят крайне тяжелые контузии и травмы (переломы костей, разрывы внутренних органов), которые могут привести к гибели человека.

Источниками взрывоопасности на производстве могут быть установки, работающие под давлением, к ним относятся: паровые к водогрейные котлы, компрессоры, воздухосборники (ресиверы), газовые баллоны, паропроводы, газопроводы, автоклавы и др.

Взрывы паровых котлов представляют собой мгновенное высвобождение энергии перегретой воды в результате такого нарушения целостности стенок котла, при котором возможно мгновенное снижение внутреннего давления до атмосферного, наружного. Приведенное здесь определение взрыва носит физический характер («физический» взрыв) и является адиабатическим, в отличие от «химического» взрыва, представляющего собой разновидность процесса горения.

При атмосферном давлении вода кипит при 100 С в открытом сосуде. В закрытом сосуде, каким является паровой котел, начало I кипения происходит при 100 °С, но образующийся при этом пар давит на поверхность воды и кипение прекращается. Чтобы вода продолжала кипеть в котле, необходимо ее нагревать до температуры, соответствующей давлению пара. Например, давлению 6105 Па соответствует t = 169 ° С; 810⁵ Па -- t = 171 °С; 1210⁵ Па --t = 189 °С и т. д.

Если после нагревания воды, например до 189°С, прекратить подачу тепла в топку котла и нормально расходовать пар, то вода будет I кипеть до тех пор, пока температура не станет ниже 100 °С. При этом чем скорее будет убывать давление в котле, тем интенсивнее будет кипение и парообразование за счет избытка тепловой энергии, содержащейся в воде. Этот избыток тепловой энергии при падении давления от максимального до атмосферного целиком расходуется на парообразование. В случае механического разрыва стенок котла нарушается внутреннее равновесие в котле и происходит внезапное падение давления до атмосферного.

Перегретая вода целиком превращается в пар. При этом образуется огромное количество пара (из 1 м воды 1700 м пара при нормальном давлении), что приводит к разрушению котла, помещения котельной или цеха, в котором установлен котел. Следовательно, независимо от величины рабочего давления в котле опасность таится не в паре, заполняющем паровое пространство котла, а в нагретой выше 100 °C воде, обладающей громадным запасом энергии и готовой в любое мгновение испариться при резком снижении давления.

Очевидно, что чем больше воды в котле на единицу поверхности нагрева, тем больше аккумулированной теплоты в ней и тем более взрывоопасен котел. В этой связи, с точки зрения безопасной эксплуатации, выбор типа котла и его конструкции для конкретных условий его применения имеет большое значение. Менее опасным по последствиям возможного взрыва являются котлы с малым объемом воды, приходящимся на 1 м² поверхности нагрева. К этой группе относятся водотрубные и прямоточные котлы. Наиболее опасными являются котлы цилиндрические с жаровыми трубами и батарейные. Подсчитано, что энергия, содержащаяся в 60 кг перегретой воды, находящейся в котле под давлением 510⁵ Па, эквивалентна энергии 1 кг пороха.

Факторами нарушения целостности стенок котла, предшествующими его механическому разрыву, а следовательно, и взрыву, являются такие, которые вызывают перенапряжение материала котла, а именно:

1) чрезмерное превышение расчетного давления при длительном воздействии на котел вызывает перенапряжение стенок (рассчитанных с определенным запасом прочности) и остаточные деформации растяжения, что увеличивает ползучесть материала. Это может произойти при порче предохранительных клапанов;

2) понижение уровня воды (упуск воды) в котле до такого положения, когда нагреваемые пламенем стенки котла перестают охлаждаться водой и перегреваются. Это повышает их деформативность, что в свою очередь связано со снижением предела текучести металла при нагреве его до высокой температуры;

3) недостатки конструкции и изготовления котла, например несоответствие материала котла современным расчетным параметрам котлов, дефекты сварки или клепки при изготовлении и т. п.;

4) ветхость котла от долголетней эксплуатации и местные ослабления котла, в том числе в результате коррозии или накипи;

5) нарушение технических требований при эксплуатации котла и невнимательное обслуживание и содержание котельных установок, особенно при низкой квалификации обслуживающего персонала.

Водогрейные котлы представляют такую же опасность, что и паровые котлы.

На производстве применяются поршневые компрессоры, приводимые в действие двигателем внутреннего сгорания и смонтированные вместе с ресивером на раме-прицепе. Эти компрессоры имеют производительность от 1 до 15 м³ всасываемого воздуха в 1 мин, а иногда и более. При этом наружный воздух перед поступлением в рабочий цилиндр компрессора проходит через фильтр, где он очищается от пыли; особую опасность (возможность взрыва) представляет горючая пыль. Воздушные компрессоры представляют известную опасность в отношении взрыва, в первую очередь вследствие возможного образования взрывоопасных смесей из продуктов разложения смазочных масел и кислорода воздуха. Разложение смазочных масел происходит под воздействием высоких температур, развивающихся в компрессорах в процессе сжатия воздуха или другого газа без охлаждения компрессора.

Взрывы баллонов во всех случаях представляют опасность независимо от того, какой газ в них содержится. Причинами взрывов могут быть удары (падения) как в условиях повышения температур от нагрева солнечными лучами или отопительными приборами, так и при низких температурах и переполнение баллонов сжиженными газами. Взрывы кислородных баллонов происходят при попадании масел и других жировых веществ во внутреннюю область вентиля и баллона, а также при накоплении в них ржавчины (окалины). В связи с этим кислородные баллоны перед их наполнением промывают растворителями (дихлорэтаном, трихлорэтаном). Взрывы баллонов могут происходить и при ошибочном заполнении баллонов другим газом, например кислородного баллона горючим газом. Поэтому введена четкая маркировка баллонов, в силу которой все баллоны окрашивают в цвета, присвоенные каждому газу, а надписи на них делают другим цветом, также определенным для каждого газа.

Ударная волна, образующаяся при взрыве газовых баллонов высокого давления, достигает величины 300.. .800 кПа.

Нарушение нормального режима эксплуатации сосудов и установок, работающих под давлением, приводящие к превышению определенных пределов, могут привести к взрывам. Мощность взрыва зависит от величины работы взрыва и времени его действия. Например, при взрыве сосуда со сжатым газом происходит адиабатическое расширение сжатого газа, работа которого А (Дж) количественно может быть, подсчитана из уравнения:

,

где Р₁ -- начальное давление газа в сосуде, Па; V -- объем сосуда, м³; К -- показатель адиабаты; -- отношение удельных теплоемкостей газа при постоянных давлении и объеме (Дж/кг ⁰К) (для воздуха К= 1,41); Р₂ -- конечное (атмосферное) давление Па.

2. ПОЖАРООПАСНОСТЬ КАК ФАКТОР ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ СРЕДЫ

Горючие системы бывают однородные и неоднородные. К химически однородным относят системы, в которых горючее вещество и воздух перемешаны друг с другом. Горение таких газо, паро или пылевоздушных систем называют кинетическим. К химически неоднородным относятся системы, в которых горючее вещество и воздух не перемешаны друг с другом и имеют поверхность раздела (например, твердые горючие вещества и жидкости, находящиеся на воздухе). При горении химически неоднородных горючих систем кислород воздуха непрерывно диффундирует сквозь продукты сгорания к горючему веществу. В месте химического взаимодействия участвующих в реакции веществ образуется зона горения -- пламя, в которой прореагировавшие вещества нагреваются до температуры горения и за счет своего тепла воспламеняют следующие порции еще непрореагировавших веществ, поступающих в зону горения за счет диффузии. Этот вид горения определяется явлениями диффузии и теплопроводности и поэтому называется диффузионным (горение свечи, дров в костре и др.). Пожар также представляет собой диффузионный процесс неконтролируемого горения, происходящего вне специального очага.

Кинетическое горение отличается тем, что реакция между горючим и окислителем имеет объемный характер. Примером такой системы служит газовоздушная смесь, помещенная в сосуд, или паровоздушная смесь в цилиндрах двигателей внутреннего сгорания. Скорость реакции горения системы зависит от концентрации исходных веществ и температуры, т.е. определяется кинетическими параметрами участвующих в реакции веществ. Если такое горение происходит в замкнутом объеме, то оно сопровождается повышением давления и носит характер взрыва.

Возникновение горения чаще всего связано с нагреванием горючей системы тем или иным источником воспламенения. При этом энергия молекул горючего и кислорода увеличивается и при достижении определенного значения энергии молекулы горючего вещества вступают в соединение с кислородом воздуха.

В основе теории горения лежит учение академика Н.Н. Семенова о цепных реакциях. Согласно теории цепных реакций процесс окисления начинается с активации горючего вещества. Реакция окисления сопровождается выделением тепла и при определенных условиях может самоускоряться. Этот процесс самоускорения реакции окисления с переходом ее в горение называется самовоспламенением. Самовоспламенение может быть тепловое и цепное. В первом случае самовоспламенение возникает вследствие превышения скорости тепловыделения над скоростью теплоотвода.

Рассмотрим процесс теплового самовоспламенения на примере смеси горючего газа с воздухом, помещенной в сосуд объемом У. При атмосферном давлении и комнатной температуре реакция между горючим газом и кислородом воздуха в сосуде практически не идет. Как известно, скорость химической реакции пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ и возрастает с повышением температуры. При повышении температуры сосуда и смеси скорость реакции и выделения тепла соответственно увеличится. Зависимость скорости выделения тепла от температуры имеет вид:

где -- скорость выделения тепла; Q -- теплота сгорания газа; V -- объем горючей смеси; К -- константа скорости реакции; С -- концентрация реагирующего вещества; v -- порядок реакции; Е -- энергия активации; R -- универсальная газовая постоянная; Т -- температура смеси. Графически эта зависимость показана на рис. 1.

Рис. 1. Зависимость скорости тепловыделения q₁ и теплоотвода q₂ от температуры Т

Необходимость активации, т.е. затраты некоторой энергии при химическом превращении, обусловлена затратой энергии на разрыв старых (существующих) межатомных связей. Реакция возможна лишь в том случае, если взаимодействующие молекулы получают определенный запас энергии, достаточный для разрыва или ослабления межатомных связей. Выделяющееся тепло передается горючей смеси и она нагревается. Как только температура смеси превысит температуру стенок сосуда, начнется отвод тепла через стенки сосуда в окружающую среду. Количество тепла, отводимого через стенки сосуда в единицу времени, пропорционально разности температур смеси и стенок сосуда, т. е.

,

где q₂ -- скорость отвода тепла через стенки сосуда; -- коэффициент теплоотдачи; S -- поверхность стенок сосуда; Т -- температура смеси; Т₀ -- температура стенок сосуда.

На рис. 1 представлена зависимость скорости тепловыделения q₁ и теплоотвода q₂ от температуры Т. С помощью графика легко проследить изменение соотношения выделяющегося тепла в результате реакции и рассеивающегося через стенки сосуда. При температуре Т₀ смесь будет вначале нагреваться и температура ее повысится до значения Т_А соответствующего точке А (точки пересечения кривой q₁(Т) л прямой q₂(T) при начальной температуре Т₀). Саморазогрев смеси выше температуры Т_А невозможен, так как теплоотвод через стенки будет превышать тепловыделения. При начальной температуре смеси и стенок сосуда Т1 прямая q₂(T) будет касаться кривой q₁(T) в точке В. В этом случае саморазогрев смеси возможен до температуры Т_В. Кроме того, дальнейший саморазогрев смеси также возможен, так как выше и ниже точки В скорость выделения тепла в результате химической реакции превышает теплоотвод через стенки сосуда. В точке В тепловом режим будет неустойчивым -- при отклонении от состояния, отвечающего точке В, система в В не возвратится, а будет удаляться от этого состояния. При сколь угодно малом повышении температуры стенок сосуда кривые не будут иметь общих точек и, следовательно, равновесный тепловой режим невозможен, произойдет резкое повышение температуры и соответственно скорости реакции.

Одной из особенностей пожара, вызванного горением газовоздушных и паровоздушных смесей, является образование огневого шара, время существования которого колеблется от нескольких секунд до нескольких минут. Опасным фактором огневого шара является тепловой импульс. Размеры огневого шара, время его существования и величина теплового импульса зависят от количества сгораемого вещества.

Тепловое поражение человека определяется величиной теплового импульса: тепловой импульс от 80 до 160 кДж/м² вызывает первую степень ожоговой травмы (болезненное покраснение кожи), от 160 до 400 кДж/м² -- вторую степень (образование пузырей на коже человека); от 400 до 600 кДж/м² -- третью степень (омертвление кожи с частичным поражением росткового слоя); более 600 кДж/м² -- четвертую степень (омертвление кожи и поражение глубинных слоев тканей). Тепловое поражение более 25 % поверхности кожи человека практически приводит к его гибели.

Опасными факторами пожара, воздействующими на людей и материальные ценности, помимо указанных ранее открытого пламени, повышенной температуры корпусов оборудования и окружающей среды, являются также токсические продукты горения и термического разложения, пониженная концентрация кислорода в воздухе рабочей зоны и вызванные описанными факторами их вторичные проявления: осколки, движущиеся части разрушившихся аппаратов, агрегатов, установок, конструкций, токсические вещества и материалы, вышедшие из разрушенных аппаратов и установок, электрический ток, возникший в результате выноса высокого напряжения на токопроводящие части конструкций, аппаратов, агрегатов, опасные факторы взрыва, происходящие вследствие пожара.

Эти факторы приводят к отравлениям, ухудшению работы органов дыхания, к травмированию работающих.

Согласно ССБТ ГОСТ 12.1.004--91 допустимый уровень пожарной опасности для людей должен быть не более 10^-6 воздействия опасных факторов пожара, превышающих допустимые значения, в год в расчете на каждого человека.

Непревышение такого уровня опасности обеспечивается созданием на предприятиях системы пожарной безопасности.

ЛИТЕРАТУРА

1. Безопасность жизнедеятельности/Под ред. Русака О.Н.-- С.-Пб.: ЛТА, 1996.

2. Белов С.В. Безопасность жизнедеятельности -- наука о выживании в техносфере. Материалы НМС по дисциплине «Безопасность жизнедеятельности». -- М.: МГТУ, 1996.

3. Всероссийский мониторинг социально-трудовой сферы 1995 г. Статистический сборник.-- Минтруд РФ, М.: 1996.

4. Гигиена окружающей среды./Под ред. Сидоренко Г.И.-- М.: Медицина, 1985.

5. Гигиена труда при воздействии электромагнитных полей./Под ред. Ковшило В.Е. -- М.: Медицина, 1983.

6. Золотницкий Н.Д., Пчелиниев В.А.. Охрана труда в строительстве.-- М.: Высшая школа, 1978.

7. Кукин П.П., Лапин В.Л., Попов В.М., Марчевский Л.Э., Сердюк Н.И. Основы радиационной безопасности в жизнедеятельности человека.-- Курск, КГТУ, 1995.

8. Лапин В.Л., Попов В.М., Рыжков Ф.Н., Томаков В.И. Безопасное взаимодействие человека с техническими системами.-- Курск, КГТУ, 1995.

9. Лапин В.Л., Сердюк Н.И. Охрана труда в литейном производстве. М.: Машиностроение, 1989.

10. Лапин В.Л., Сердюк Н.И. Управление охраной труда на предприятии.-- М.: МИГЖ МАТИ, 1986.

11. Левочкин Н.Н. Инженерные расчеты по охране труда. Изд-во Красноярского ун-та, -1986.

12. Охрана труда в машиностроении./Под ред. Юдина Б.Я., Белова С.В. М.: Машиностроение, 1983.

13. Охрана труда. Информационно-аналитический бюллетень. Вып. 5.-- М.: Минтруд РФ, 1996

14. Путин В.А., Сидоров А.И., Хашковский А.В. Охрана труда, ч. 1.--Челябинск, ЧТУ, 1983.

15. Рахманов Б.Н., Чистов Е.Д. Безопасность при эксплуатации лазерных установок.-- М.: Машиностроение, 1981.

16. Саборно Р.В., Селедцов В.Ф., Печковский В.И. Электробезопасность на производстве. Методические указания.-- Киев: Вища Школа, 1978.

17. Справочная книга по охране труда/Под ред. Русака О.Н., Шайдорова А.А.-- Кишинев, Изд-во «Картя Молдовеняскэ», 1978.

18. Белов С.В., Козьяков А.Ф., Партолин О.Ф. и др. Средства защиты в машиностроении. Расчет и проектирование. Справочник./Под ред. Белова С.В.--М.: Машиностроение, 1989.

19. Титова Г.Н. Токсичность химических веществ.-- Л.: ЛТИ, 1983.

20. Толоконцев Н.А. Основы общей промышленной токсикологии.-- М.: Медицина, 1978.

21. Юртов Е.В., Лейкин Ю.Л. Химическая токсикология.-- М.: МХТИ, 1989.