Разработка технологии и оборудования инженерно-экологической защиты атмосферного воздуха от вредного воздействия промышленных выбросов

H2O

O2

NO2

CO

азот

углекислый газ

водяные пары

кислород

оксид азота

моноокись углерода

Группа горючести

негорючий

негорючий

негорючий

Негорючее, но способствует возгоранию других веществ

Негорючее, но способствует возгоранию других веществ

Горючий

Температура самовоспламенения, оС

-

-

-

-

-

605

Нижний и верхний концентрационные пределы распространения пламени, % об.

-

-

-

-

-

12,5-74

Способность взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или другими веществами

-

-

-

Особенностью многих реакций соединения с кислородом является процесс горения

Взрывается в смеси

с жидким аммиаком, водородом, СО,Н2S, метаном, бутаном.

При взаимодействии с воздухом горит голубоватым пламенем, превращаясь в СО2

Таблица 9.

Свойства	Жидкость
	Н2О	Na2CO3 + NaСl + Н2О
	вода	раствор солей
Группа горючести	негорючая	негорючая

Таблица10.

Свойства	Твердые вещества
	NaCl	Na2CO3	зола
	хлорид натрия	карбонат натрия
Группа горючести	негорючее	негорючее	негорючее

Средства обнаружения и тушения пожаров

Средства обнаружения пожара:

Пожарные датчики-извещатели. В помещении устанавливаются комбинированные извещатели, которые представляют собой совмещенное устройство из двух датчиков в одном корпусе, управляемых одной микросхемой. Прибор сочетает функции дымового оптико-электронного и теплового максимально дифференциального извещателя, благодаря чему срабатывает при любом возгорании (как сопровождающемся задымлением, так и бездымном, но с повышением температуры). Так же предусматриваются ручные извещатели - это "тревожные кнопки", служащие для подачи сигнала о пожаре "вручную" (например, в случае его обнаружения до "срабатывания" датчиков системы сигнализации).

· Автоматическая пожарная сигнализация. Предусмотрена установка опросно-адресной системы, которая состоит из пороговых (дымовых, тепловых, пламени) и ручных извещателей, соединяемых с приемно-контрольным пультом (прибором) - ПКП проводом (его еще называют линией или шлейфом), и связь извещателя с ними становится двусторонней. ПКП не только принимает сигналы от извещателей, но и автоматически тестирует наличие связи с ними и их исправность (осуществляется каждые несколько секунд). Опросно-адресная система характеризуется повышенной надежностью и простотой в обслуживании. Временное удаление одного из датчиков (ремонт, профилактика) не вызывает выхода из строя всего шлейфа - ПКП просто отмечает при очередном опросе, что датчик отсутствует. Помимо этого, опросные системы позволяют формировать не только линейную, но и разветвленную структуру шлейфов (с числом датчиков порядка 100), что в отдельных случаях позволяет упростить, а значит, и удешевить монтажные работы [6].

Первичные средства пожаротушения [5]:

· Огнетушитель порошковый (огнетушащее вещество - порошки общего назначения) - ОП-5(г), ОП-10(г).

Стационарные средства пожаротушения:

· Огнетушитель самосрабатывающий порошковый предназначен для тушения без участия человека пожаров класса А, В, С, а также электроустановок под напряжением. Срабатывает в течение 30-60 сек. при достижении температуры в зоне его установки 100оC (вариант 2 - 200оС). При этом происходит импульсный выброс огнетушащего порошка, ликвидирующего загорание в защищаемом объеме. Порошок экологически безопасен и легко удаляется с любой поверхности. Способ тушения - объемный до 8 куб.м. [7].

· Стационарные установки химического (газового и аэрозольного) пожаротушения (огнетушащее вещество - инертные газы). Принцип действия установок газового пожаротушения основан на разбавлении воздуха поступающим в зону горения инертным газом и снижении в воздухе содержания кислорода до концентрации, при которой горение прекращается. Огнетушащий эффект при использовании установок газового пожаротушения обусловлен расходом тепла на нагревание разбавляющего газа и снижением теплового эффекта реакции. Понижения концентрации кислорода до 9-10% оказывается достаточным, чтобы горение подавляющего количества твердых, жидких и газообразных веществ было невозможным. В данном случае применяется для СО (моноокись углерода) [8,9].

1.4 Оценка пожаро- и взрывоопасности производственных зданий и помещений [10].

Категории помещений по взрывопожарной и пожарной опасности принимаются в соответствии с НПБ 105-03 "Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности" (утв. приказом МЧС РФ от 18 июня 2003 г. N 314).

Система ОГВ устанавливается в помещение категории «Г», т.к. технология очистки предусматривает поступление веществ в горячем состоянии (1200оС), а так же утилизацию горючих газов и твёрдых веществ (в виде шлама).

Оборудование необходимо располагать в помещении во избежание попадания влаги на токоведущие части аппаратов. К тому же, наружное расположение установки способствовало бы ускоренной коррозии аппаратов системы ОГВ.

Вредные свойства перерабатываемых веществ.

Дымовые газы:

· Азот (N2) - в обычных условиях физиологически индифферентный газ, токсическое действия проявляются только при резком снижении парциального давления О2. При давлении О2 100 мм. рт. ст. сказываются последствия аноксии [11, стр. 87].

· Углекислый газ (СО2) - дымовые газы содержат 10-18% СО2.

Характер действия: наркотик, раздражает кожу и слизистые оболочки. В относительно малых концентрациях возбуждает дыхательный центр, в очень больших - угнетает. Обычно высокое содержание СО2 связано с пониженным содержанием О2 в воздухе, что так же является причиной быстрой смерти. СО2 оказывает центральное сосудосуживающее и местное сосудорасширяющее действие, вызывает ацидоз, повышение содержание адреналина и норадреналина и уменьшение аминокислот в крови, ингибирование ферментов в тканях (Bange; Nahas), [11, стр. 253].

· Двуокись азота (NO2) - обладает выраженным раздражающим и прижигающим действием на дыхательные пути, особенно глубокие, что приводит к развитию токсического отёка лёгких; угнетает аэробное и стимулирует анаэробное окисление в лёгочной ткани.

Предельно допустимая концентрация: 5 мг/м3 : 3 = 1,67мг/м3.

При одновременном присутствии в воздухе NO2 и СО, рекомендуется снизить ПДК обоих соединений (NO2 - в 3 раза, СО в 1,5 раза),

[11, стр. 105,108].

· Угарный газ (СО) - способен оказывать непосредственно токсичное действие на клетки, нарушая тканевое дыхание и уменьшая потребление тканями О2. СО вытесняет О2 из оксигемоглобина крови. Угнетает активность тирозиназы и сукцинатдегидрогеназы в печени, сердце и мозге. Повышение и понижение температуры воздуха, уменьшения парциального давления О2, повышенная физическая нагрузка, шум, вибрация, усиливают токсичное действие СО.

Предельно допустимая концентрация: 20 мг/м3 : 1,5 = 13,3 мг/м3. При одновременном присутствии в воздухе NO2 и СО, рекомендуется снизить ПДК обоих соединений (NO2 - в 3 раза, СО в 1,5 раза), [11, стр. 240,250].

Минеральные соли:

· Хлорид натрия (NaCl) - токсическое действие преимущественно обусловлено раздражающими свойствами. Возможно хроническое воспаление слизистой носа, язвочки на носовой перегородке, в гортани, трахее, [11, стр. 323].

· Карбонат натрия (Na2CO3) - иногда наблюдается изъязвления слизистой носа, атрофия слизистой оболочки носа и перфорация носовой перегородки.

Предельно допустимая концентрация: 2 мг/м3, [11, стр. 325].

Индивидуальные средства защиты: изолирующие шланговые противогазы с подачей чистого воздуха. Герметичные очки (ПО-1 и др.) с полумаской. Перчатки резиновые кислотостойкие, бесшовные, перхлорвиниловые бесшовные. Спецодежда, покрытая слоем перхлорвиниловой смолы, или из ткани, обработанной парафино-стеарино-фосфатной эмульсией и латексом СВХ-1. Сапоги, брюки поверх сапог, [11].

Для создания безвредных условий труда предусмотреть: герметизацию производственных процессов и аппаратуры, устройство вентиляции производственных помещений.

В соответствии с санитарной классификацией промышленных предприятий, максимальный размер СЗЗ для химических производств, согласно СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03, составляет 1000м (для предприятий I класса). Для объектов, не включённых в классификацию, а так же для объектов с новыми, недостаточно изученными технологиями, не имеющими аналогов в стране и за рубежом, ширина СЗЗ устанавливается в каждом конкретном случае решением Главного государственного санитарного врача Российской Федерации или его заместителя (п. 2.14), [12].

Дерево отказов отравления токсичными веществами

Выбор электрооборудования. Защита от поражения электрическим током.

Определить класс взрывоопасной, пожароопасной зоны и её размеры.

Взрывоопасная зона - помещение или ограниченное пространство в помещении или наружной установке, в котором имеются или могут образоваться взрывоопасные смеси.

Взрывоопасная смесь - это смесь воздуха с горючими газами, парами легко воспламеняющихся жидкостей и горючими пылями или волокнами с НКПРП не более 65 г/м3. В смеси дымовых газов СО является единственным горючим газом, но так как доля содержания его в смеси 0,00007%, что является намного меньше НКПРП (12,5%, об. для СО), поэтому в соответствии с классификацией, взрыво- и пожароопасных зон в помещении нет.

Тип электрооборудования - общепромышленный.

Оборудование предусматривает защиту от попадания твердых частиц и влаги. Маркировка оборудования IP44. Первая цифра 4 означает, что оборудование защищено от твердых тел размером более 1,0 мм. Вторая цифра 4 означает, что оборудование защищено от брызг: вода, разбрызгиваемая на оболочку в любом направлении, не должна оказывать вредного действия на изделие. [15]

Защита от поражения электрическим током.

Опасность поражения человека электрическим током зависит от ряда факторов, из которых существенное значение имеют следующие: эксплуатационное напряжение, окружающая производственная среда и квалификация обслуживающего персонала.

Состояние окружающей воздушной среды может усиливать или ослаблять опасность поражения током. Так, например, сырость, токопроводящая пыль, едкие пары и газы разрушающее действуют на изоляцию электроустановок, резко снижая её сопротивление и создавая угрозу перехода напряжения на нетоковедущие металлические части электрооборудования, к которым может прикасаться человек.

По ПУЭ все помещения по степени поражения электрическим током подразделяются на три класса: без повышенной опасности, с повышенной опасностью и особо опасные, [14].

Помещение, в котором устанавливается система ОГВ, относится к помещениям с повышенной опасностью: с токопроводящими полами (металлическими, железобетонными, земляными, кирпичными и т.п.), с возможностью одновременного прикосновения человека к имеющим соединение с землей металлоконструкциям зданий, технологическим аппаратам, с одной стороны, и к металлическим корпусам электрооборудования - с другой.

Согласно «Правилам устройства электроустановок» (ПУЭ) все установки по напряжению подразделяются на электроустановки до 1000 В и свыше 1000 В. Для предотвращения поражения человека электрическим током при прикосновении к нетоковедущим частям, которые могут оказаться под напряжением вследствие замыкания фазы сети на корпус, на данных аппаратах предусматривается установка клемм заземления, [15].

В помещениях с повышенной опасностью электроинструмент при напряжении U>42 В должен быть заземлен или занулен, а также разрешается использовать переносные светильники на напряжение до

42 В включительно без применения каких - либо защитных средств.

В особо опасных помещениях - при работе в металлических емкостях для питания ручных переносных светильников должно применяться напряжение не выше 12 В.

Защита от статического электричества

Накопление зарядов статического электричества невозможно, так как система ОГВ расположена во взрыво- и пожаробезопасной зоне. [14]

Специальная часть: обеспечение безопасности эксплуатации разрабатываемого оборудования.

Скруббер-охладитель СП - 1,4

Техническая характеристика:

Производительность по

очищаемому газу, м3/ч

на входе в аппарат, не более 5891

Площадь сечения контактной

зоны, м2 1,54

Давление очищаемого газа

(абсолютное), кПа (атм.),

не более 101,2 (0.997)

Температура очищаемого газа, К (оС), не более:

на входе в аппарат 1473 (1200)

на выходе из аппарата:

расчетная 353 (80)

максимальная 473 (200)

Количество ярусов орошения, шт 4

Давление орошающей жидкости (перед форсунками), МПа 0,3+0,02

Температура орошающей жидкости, К (оС), не более 353 (80)

Габаритные размеры, мм:

длина 2204

высота 2515

ширина 7405

Масса, кг 3930

в том числе футеровки 360



Аппарат и его составные части выполнены из стали 12Х18Н10Т по ГОСТ 5632-72

Расчетный срок службы, лет, не менее 10

Аппарат работает непрерывно

Группа сосуда по ОСТ 26 291-94 5а

Температура стенки аппарата, К (0С), не более 473 (200)

Скруббер теплоизолируется. Толщина слоя теплоизоляции в нижней части аппарата (высотой 1400 мм от опорной поверхности) - 90 мм, в остальной - 60 мм, =100 кг/м3.

Скруббер состоит из полого цилиндрического корпуса с коническим днищем, на котором смонтирован патрубок слива жидкости, конической крышки с выходным патрубком, лаза для обслуживания, четырех коллекторов и коллектора в виде перфорированной трубы для защиты стенки корпуса от перегрева.

В качестве первой ступени очистки высокотемпературных газов в газоочистной установке ОГВ УТО выбран полый противоточный скруббер - конструктивно простой и надежный в эксплуатации аппарат для охлаждения газов. Эффективность очистки газов от солей в полом скруббере составляет не более 10-15 %, поэтому раствор, циркулирующий в системе скруббера, имеет весьма низкую концентрацию - не более 1-1,5%. Полый скруббер осуществляет охлаждение газов с 1200оС до 80оС (до температуры мокрого термометра).

На аппарат распространяются «Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением», т.к. скруббер-охладитель относится к категории «сосуды, работающие под давлением пара, газа или токсичных взрывопожароопасных жидкостей свыше 0,07 МПа (0,7 кгс/см2)» и его объём 8000 л., что больше 25 л. Сосуды, на которые распространяются Правила, до пуска их в работу должны быть зарегистрированы в органах Ростехнадзора, [17].

Технические условия испытания аппарата на прочность и герметичность.

Сосуд после изготовления подлежит гидравлическому испытанию. Гидравлическое испытание допускается по согласованию с разработчиком сосуда на месте монтажа заменять пневматическим (сжатым воздухом, инертным газом или смесью воздуха с инертным газом), если проведение гидравлического испытания невозможно вследствие следующих причин: большие напряжения от массы воды в сосуде или фундаменте, трудно удалить из изделия воду, возможно нарушение внутренних покрытий сосуда, температура окружающего воздуха ниже 0°С, несущие конструкции и фундаменты испытательных стендов могут не выдержать нагрузки, создаваемой при заполнении сосуда водой и др.

Так как V скруббера составляет 8000 л, гидравлическое испытание заменяем пневматическим.

Испытания скруббера произвести в соответствии с ОСТ 26 291-94.

Пробное давление Рпр сосуда определяется по формуле:

расчётное давление: Р = 0,1 МПа, т.к. Рабс= 101,2 кПа (1 атм.),

расчётная температура: t = 200оС (температура стенки сосуда),

марка стали 12Х18Н10Т,

допускаемое напряжение [у] для аустенитных сталей:

напряжение материала: [у]20 = 184 МПа,

напряжение материала: [у]t = 160 МПа.

· Пробное пневматическое давление 0,144 МПа;

· Время выдержки сосуда под пробным давлением должно быть не менее 0,08 ч (5 мин) и указываться в технической документации.

После выдержки под пробным давлением давление снижают до расчетного, при котором производят визуальный осмотр наружной поверхности и проверку герметичности сварных и разъемных соединений мыльным раствором или другим способом.

· Среда: сжатый воздух, инертный газ или смесь воздуха с инертным газом.

После выдержки под пробным давлением давление снижают до расчетного, при котором производят визуальный осмотр наружной поверхности и проверку герметичности сварных и разъемных соединений мыльным раствором или другим способом. Если материал отдельной детали или сборочной единицы (в данном случае это система орошения) сосуда менее прочный или если ее расчетное давление или расчетная температура меньше, чем у других деталей или сборочных единиц, то пылеуловитель следует испытывать пробным давлением, определенным для этой детали или сборочной единицы.

Система орошения испытывается гидравлически:

расчётное давление: Р = 0,3 МПа, т.к. максимальное давление орошающей жидкости 300 кПа (2,962 атм.),

расчётная температура: t = 200оС (температура стенки),

марка стали 12Х18Н10Т,

напряжение материала: [у]20 = 184 МПа,

напряжение материала: [у]t = 160 МПа.

· Пробное давление 0,43 МПа;

· Время выдержки под пробным давлением 10 мин. (определяется в зависимости от толщины стенки);

· Среда: вода температурой не ниже 5°С и не выше 40°С.

После выдержки под пробным давлением давление снижают до расчетного, при котором производят визуальный осмотр наружной поверхности, разъемных и сварных соединений. Не допускается обстукивание сосуда во время испытаний. Пробное давление при гидравлическом испытании должно контролироваться двумя манометрами. Манометры выбираются одного типа, предела измерения, класса точности, одинаковой цены деления. Манометры должны иметь класс точности не ниже 2,5. После проведения гидравлического испытания вода должна быть полностью удалена.

Результаты испытаний считаются удовлетворительными, если во время их проведения отсутствуют:

- падение давления по манометру;

- пропуски испытательной среды (течь, потение, пузырьки воздуха или газа) в сварных соединениях и на основном металле;

- признаки разрыва;

- течи в разъемных соединениях;

- остаточные деформации.

Сосуды, выдержавшее испытание на прочность, подвергаются испытанию на герметичность. Испытания проводятся воздействием воздухом или инертным газом при рабочем давлении. Время испытания 24 часа для новых сосудов и 4 часа для уже эксплуатируемых.

Сосуд признается выдержавшим испытание на герметичность и пригодным к эксплуатации, если падение давления за один час не превышает 0,1 % при токсичных средах для вновь устанавливаемых сосудов и 0,5 % для сосудов, подвергающихся повторному испытанию. [18,19]

В соответствии с «Правилами устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением» для сосудов, работающих со средой, вызывающей коррозию металла со скоростью не более 0,1 мм/год сроки периодического технического освидетельствования составляют:

Ответственным по надзору:

а) наружный и внутренний осмотры - не реже одного раза в 2 года;

Инспектором Госгортехнадзора:

а) наружный и внутренний осмотры - не реже одного раза в 4 года;

б) гидравлическое испытание - не реже одного раза в 8 лет, [17].

Предохранительные устройства.

Предохранительный клапан -- трубопроводная арматура, предназначенная для защиты от механического разрушения сосудов и трубопроводов с избыточным давлением, путем автоматического выпуска избытка жидкой, паро- и газообразной среды из систем и сосудов с избыточным давлением при чрезмерном повышении давления.

В системе ОГВ установка предохранительных устройств на самих сосудах необязательна, т.к. в них исключена возможность повышения давления, поэтому предусмотрена установка одного редуцирующего устройства с манометром и предохранительным клапаном на подводящем трубопроводе.