Пожарная безопасность технологических процессов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Кратное описание технологического процесса - производство стирола из этилбензола

Стирол является сырьем для производства большого количества пластмассовых изделий и синтетического каучука. Стирол представляет собой ароматический углеводород (С₆Н₅СН = СН₂), наличие двойной связи с молекуле которого определяет его способность к полимеризации. Получают стирол чаще всего путем дегидрирования этилбензола (при температуре 650 ^оС) в присутствии катализатора в виде окислов некоторых металлов.

Реакция дегидрирования имеет следующий вид:

650 ^оС

С₆Н₅СН₂СН₃ С₆Н₅СН = СН₂ + Н₂ ? Q

Катализатор

Данная реакция эндотермическая. Технологическая схема производства стирола из этилбензола представлена на рис. 1.

Чтобы жидкий стирол подвергнуть воздействию высокой температуры, его следует подготовить, т.е. испарить, и пары перегреть. Поэтому из резервуара 1 насосом 2 его подают в испаритель 3 для подогрева до температуры 136 ^оС и испарения, а затем в трубчатый перегреватель 4, где за счет теплоты топочных продуктов реактора его пары перегреваются до температуры 250-300 ^оС. При такой температуре пары этилбензола поступают в реактор 5. Проходя по трубкам реактора, которые заполнены катализаторной массой и с наружной стороны обогреваются продуктами горения природного газа, пары этилбензола нагреваются до температуры реакции 650 ^оС и расщепляются с образованием паров стирола, водорода и тяжелых смол.

Образовавшиеся продукты реакции необходимо охладить, отделить стирол от смол, водорода и окончательно его очистить. Поэтому смесь паров и газа из реактора поступает в систему холодильников-конденсаторов 6, где за счет воды и холодильного рассола происходит охлаждение смеси и конденсация паров. Водород и другие газообразные продукты разложения отделяются от жидкости в сепараторе и вакуум-насосом 7 отводятся на последующую утилизацию. Жидкий стирол с примесями (стирол-сырец) поступает в промежуточную емкость 8. Очистка стирола-сырца осуществляется путем ректификации. Сначала следует снизить температурный режим перегонки, чтобы избежать нежелательного интенсивного химического процесса полимеризации. Снижение температурного режима процесса ректификации осуществляется созданием в ректификационной колонне глубокого вакуума.

Рис. 1. Технологическая схема производства стирола из этилбензола

Стирол-сырец из емкости 8 подают насосом через нагреватель 9 в ректификационную колонну, которая работает при давлении в верхней части 4 кПа (вакуум 730 мм рт. ст.), в нижней - 8 кПа (вакуум 700 мм рт. ст.) и при температуре (соответственно) 45 и 100 ^оС. Выходящие из колонны пары стирола охлаждаются в конденсаторе-холодильнике 11. Часть жидкого стирола из сепаратора 12 подается в колонну на орошение, а остальная часть поступает в емкость готовой продукции 14. Вакуум в колонне создается вакуум-компрессором 13 за счет интенсивной конденсации паров в холодильнике-конденсаторе, а также отсоса газообразных продуктов и несконденсировавшихся паров из сепаратора 12.

Находящиеся в стироле примеси-смолы из нижней части ректификационной колонны отводятся на охлаждение и дальнейшее использование.

Для снижения способности стирола к полимеризации (как в процессе ректификации, так и при дальнейших хранении и транспортировке) к стиролу сырцу (перед перегонкой по линии 17) добавляют небольшое количество ингибитора (обычно гидрохинон).

Таблица 1.1 Данные по аппаратам и помещению

Позиция на рис. 1	Наименование параметра	Параметр
Кожухотрубчатый холодильник-конденсатор
6	Диаметр, м	1,1
	Длина, м	3,2
	Диаметр трубок, мм	3,5
	Длина трубок, м	3,0
	Давление в межтрубном пространстве, МПа	0,4
	Давление в трубках, МПа	0,3
	Температура, оС	10
	Хладоагент (рассол, вода)	Рассол
	Температурный компенсатор	есть
Вакуум-компрессоры для удаления водорода
7	Давление газа на стороне нагнетания, МПа	0,17
	Давление газа на стороне всасывания, МПа	3,8
	Температура, оС	35
	Производительность насосов, л/с	70
	Диаметр линий, мм	70
	Отключение задвижек	Авт.
	Расстояние до задвижек	10
Промежуточная емкость стирола-сырца
8	Расположение емкости	В помещении
	Размеры помещения емкости:	длина	7
		ширина	5
		высота	4
	Диаметр, м	2,2
	Высота, м	2,7
	Температура, оС	25
	Защита дыхательных линий	ДК с ОП
	Измерение уровня	Мерное стекло
	Степень заполнения	0,95
	Диаметр линий, мм	75
	Наличие аварийного слива	Нет
Компрессорная станция для удаления водорода
7	Ширина помещения, м	10
	Длина помещения, м	12
	Высота помещения, м	8
	Кратность аварийной вентиляции, 1/ч	6
	Скорость воздуха в помещении, м/с	0,5
	Количество компрессоров, шт.	2
	Площадь остекления, м2	15

2. Оценка пожаровзрывоопасных свойств веществ, обращающихся в производстве

пожарная опасность горючее аппарат

Таблица 1.2. Показатели пожарной опасности горючих веществ

Вещество (класс)	tвсп, оС	tсв, оС	Температурные пределы распространения пламени, оС	Концентрационные пределы распространения пламени, об. доли	Uн, м/с
			нижний	верхний	нижний	верхний
Стирол (ЛВЖ)	37	490	27	67	0,011	0,072	0,57
Водород(ГГ)	-	510	-	-	0,0412	0,75	2,70
Этилбензол (ЛВЖ)	20	431	20	59	0,01	0,068	0,4
КОРЭ*	52	470	-	-	-	-	-

Таблица 1.3. Константы уравнения Антуана

Вещество	Химическая формула	Молекулярная масса	А	В	СА
Стирол(ЛВЖ)	С8Н8	104,14	7,06542	2123,057	272,988
Водород(ГГ)	Н2	2,016	-	-	-
Этилбензол (ЛВЖ)	С8Н8	106,16	6,35879	1590,660	229,581

* - кубовый остаток этилбензола

Стирол - (винилбензол, финилэтилен, этенилбензол); легковоспламеняющая бесцветная жидкость; плотность 901,7 кг/м³ при 25 ⁰С; температура кипения 145 ⁰С; плотность пара по воздуху 3,6; максимальное давление взрыва 647 кПа); теплота сгорания 4438,8 кДж/моль; ПДК 5 мг/м³; Средства тушения: - вода I=0,2 л/м²хс; ВМП ср. кр. ПО-1Д - I=0,08 л/м²хс; СО₂ G=0,7 кг/м³; Хладоны 0,22 кг/м³; порошки ПСБ-3 - 1,5 кг/м³;

Этилбензол - легковоспламеняющая бесцветная жидкость; плотность 826,64 кг/м³ при 25 ⁰С; температура кипения 136,2 ⁰С; плотность пара по воздуху 3,7; теплота сгорания 4386,98 кДж/моль; ПДК 1 мг/м³; Средства тушения: - вода I=0,2 л/м²хс; ВМП ср. кр. ПО-1Д - I=0,08 л/м²хс; СО₂ G=0,7 кг/м³; Хладоны 0,22 кг/м³; порошки ПСБ-3 - 1,5 кг/м³;

Водород - горючий газ, температура кипения 252,8 ⁰С, плотность по воздуху 0,0695; теплота сгорания 241,6 кДж/моль. Средства тушения: Для прекращения диффузионного горения водорода, вытекающего из трубопровода со скоростью 10 м/с, необходимо его разбавить 10-кратным объемом азота; вода I=0,08 л/м²хс; Хладоны 1,16 кг/м³, объемное тушение комбинированное, охлаждение водой.

3. Оценка пожаровзрывоопасности среды внутри аппаратов при их нормальной работе

В технологической схеме могут быть аппараты с горючими жидкостями, причем 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 емкости, 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), в пределах воспламенения (взрыва) или выше верхнего предела распространения пламени (воспламенения). Взрывоопасная концентрация паров в паровоздушном объеме аппарата при нормальной рабочей температуре образуется при выполнении условия:

t_нп ? t_р ? t_вп, (1)

где t_нп и t_вп - нижний и верхний температурные пределы распространения пламени, соответствующие нижнему и верхнему концентрационным пределам распространения пламени; t_р - рабочая температура жидкости.

Внутри технологического оборудования с горючими газами или перегретыми парами взрывоопасная концентрация (ВОК) образуется в том случае, если в них попадает воздух или по условиям ведения технологии подается окислитель (кислород, воздух, хлор и др.) при выполнения соотношения

ц_н ц_р ц_в (2)

Определяем область распространения пламени паров стирола для рабочих температур:

- для Tр=10 ⁰С

ц_н = 0,011= 0,011132

ц_{в =} 0,072= 0,07335

- для Tр=35 ⁰С

ц_н = 0,011= 0,010912

ц_{в =} 0,072= 0,0711

Определяем область распространения пламени паров водорода для рабочих температур:

- для Tр=10 ⁰С

ц_н = 0,0412= 0,011132

ц_{в =} 0,75= 0,07335

- для Tр=35 ⁰С

ц_н =0,0412= 0,010912

ц_{в =} 0,75= 0,0711

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

Для проверки условий образования взрывоопасных концентраций в аппаратах составляем таблицу 3.1. (В рамках варианта 72).

Таблица 3.1. Оценка пожаровзрывоопасности среды внутри аппаратов

Наименование аппарата и вид жидкости	Наличие паровоздушного пространства	Рабочая температура, оС	Температурные пределы воспламенения	Заключение о горючести среды в аппарате
			tнп, 0С	tвп, 0С
Кожухотрубчатый холодильник-конденсатор, п. 6 Пары стирола и водорода	нет	10	27	67	Взрывоопасная концентрация не образуется Отсутствует паровоздушное пространство TРT нпв
Вакуум-компрессоры для удаления водорода, п. 7 Водород	нет	35	-	-	Взрывоопасная концентрация не образуется Отсутствует паровоздушное пространство
Линия отвода газа на вакуум-компрессор	нет	35	-	-	Взрывоопасная концентрация не образуется
Промежуточная емкость стирола-сырца, п. 8 стирол	есть	25	27	67	Взрывоопасная концентрация не образуется TРT нпв

Следует также показать, как будет изменяться концентрация паров внутри аппарата при понижении уровня жидкости (в период её расхода), когда в аппарат начнёт поступать свежий воздух через дыхательную трубу и разбавлять паровоздушную смесь.

4. Пожаровзрывоопасность аппаратов, при эксплуатации которых возможен выход горючих веществ наружу без повреждения их конструкции

Аппараты поз. 1, 6, 14 (содержащие этилбензол, стирол,), оборудованы дыхательными клапанами с огнепреградителями. Огнепреградители не могут препятствовать выход паров ЛВЖ наружу.

Вывод 1. Перед выбросом в атмосферу необходимо очищать от паров жидкостей, для этой цели его необходимо пропускать через конденсатор-холодильник.

При эксплуатации закрытых аппаратов п.п. 3, 4, 5, 6, 9, 10, 11 и емкостей, находящихся под давлением горючими газами и парами ЛВЖ 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.

Пожарная опасность возникает только при нарушении установленного давления, повышении температурного режима, появлении неплотностей и повреждений, а также в периоды пуска и остановки технологического оборудования, т.е. когда внутрь аппаратов может попадать воздух или когда жидкости и их пары будут выходить наружу.

При эксплуатации закрытых аппаратов и емкостей, находящихся под давлением, даже при их исправном состоянии всегда происходят небольшие утечки горючих веществ через прокладки, швы, разъемные соединения и другие места. В данном технологическом процессе к таким аппаратам относится п. 6 Кожухотрубчатый холодильник конденсатор. Это объясняется тем, что даже при самой тщательной обработке прилегающих друг к другу поверхностей нельзя создать абсолютную проницаемость. При соприкосновении двух поверхностей из-за незначительных выпуклостей образуется большое количество капиллярных каналов, по которым будет происходить истечение газов и жидкостей. Величина утечки будет зависеть главным образом от режима работы аппарата и состояния уплотнений. Подсчет таких потерь весьма затруднителен.

Утечки из нормально герметизированных аппаратов, работающих под давлением, происходят хотя и непрерывно, но обычно не вызывают реальной пожарной опасности, так как выходящие наружу маленькие струйки газа или пара чаще всего рассредоточены по поверхности аппарата и при наличии воздухообмена сразу же рассеиваются и отводятся от места их выделения.

Пожаровзрывоопасность аппаратов, при эксплуатации которых возможен выход горючих веществ наружу без повреждения их конструкции. К названным аппаратам относятся: аппараты с переменным уровнем жидкости («дышащие»); аппараты с открытой поверхностью испарения; аппараты периодически действующие, аппараты с сальниковыми уплотнениями. Следует определить, имеются ли такие аппараты в технологической схеме.

Аппараты с переменным уровнем жидкости (В рамках задания на КП по варианту 72 рассмотрим промежуточную емкость стирола п. 8.)

Прежде всего, нужно доказать, является ли выброс паровоздушной смеси через дыхательную трубу пожаровзрывоопасным. Концентрация паровоздушной смеси может быть взрывоопасной, если выполняется условие:

s ? нп (6)

где s ? концентрация насыщенного пара при рабочей температуре жидкости, определяемая по формуле:

s =Рs/Pp, (7)



Рs=0,872531кПа

Вывод: Концентрация насыщенного пара меньше нижнего предела нп.

где рs - давление насыщенного пара жидкости при рабочей температуре, Па; рр - рабочее давление паровоздушной смеси в аппарате (абсолютное давление в герметичном аппарате или атмосферное давление ратм в «дышащем» аппарате), Па.

Тоже по емкости для хранения готовой продукции поз. 14.

Рs=1,646584кПа

За расчетную температуру принимается максимальная абсолютная температура воздуха в данном районе (Москва) согласно СНиП 2.01.01-82 tр = 37 ° С.

Выброс паров опасен. Определяем, какое количество паров будет выходить наружу за один цикл «большого» или «малого» дыхания. Количество паров, которое может выйти из аппарата за один цикл «большого» дыхания определяется по формуле:

(8)

где Gп - количество выходящих паров из заполненного жидкостью аппарата, кг/цикл; Vж =10м³ (берем условно, т. к. в задании нет данных) - объем жидкости, поступающей в аппарат, м3; ратм - атмосферное давление, Па; Тр - рабочая температура жидкости, К; ?п - концентрация паров жидкости в аппарате, об. доли; М - молекулярная масса жидкости, кг/кмоль; R = 8314,31 Дж/(кмоль·К) - универсальная газовая постоянная.

Количество паров, которое может выйти из аппарата за один цикл «малого» дыхания соответствует значению определенного по формуле 8, т. к. температура в аппарате и в помещении принимаем +37 ⁰С.

Объем взрывоопасной зоны вблизи места выхода паров (газа) определяется по формуле:

V_вок = Gn/ н^* x К_б (12)

где Vвок - объем взрывоопасной зоны, м³; н * - нижний концентрационный предел распространения пламени, кг/м³.

Объем взрывоопасной зоны вблизи места выхода паров по формуле 12

Общий вывод: 1. При эксплуатации закрытых аппаратов п.п. 3, 4, 5, 6, 9, 10, 11 и емкостей, находящихся под давлением горючими газами и парами ЛВЖ 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.

2. Промежуточную емкость стирола п. 8. Концентрация насыщенного пара меньше нижнего концентрационного предела распространения пламени при рабочей температуре равной 25 ⁰С.

3. Емкости поз. 1, 14 при расчетной температуре, принимаемой согласно СНиП 2.01.01-82 (максимальная абсолютная температура воздуха в данном районе (Москва) tр = 37 ° С) представляют пожарную опасность. Концентрация насыщенного пара больше нижнего КПР (1,63% больше 1,1%) стирола.

5. Анализ причин повреждения аппаратов и трубопроводов, разработка необходимых средств защиты

Аппараты и трубопроводы могут повреждаться от образования повышенных против норм давлений; появления динамических воздействий; образования высоких температурных напряжений в материале стенок или от изменения прочностных свойств материала в результате воздействия высоких и низких температур; коррозии материала стенок или эрозии (механического истирания стенок).

Эту общую схему анализа причин повреждений применить к аппаратам поз. 6, 7, 8 - 72 варианта курсового проекта, причем можно идти двумя путями: либо все выявленные причины повреждений аппаратов рассматривать для каждого аппарата своего варианта задания, либо каждую причину повреждений рассматривать для всех аппаратов, а затем переходить к следующей причине.

Независимо от избранного пути должны предлагаться соответствующие меры защиты от выявленных повреждений. В качестве примера рассмотрим схему, когда названные причины повреждений рассматриваются применительно ко всем аппаратам варианта курсового проекта. Принимаем схему, когда названные причины повреждений рассматриваются применительно ко всем аппаратам варианта курсового проекта.

Аппараты и трубопроводы могут повреждаться по следующим причинам:

Образование повышенного давления в аппаратах. При исследовании возможности образования повышенного давления в аппаратах устанавливаем:

1. Есть причины, приводящие к нарушению материального баланса в реакторе стирола из-за образования пробок в кожухотрубном холодильнике-конденсаторе поз. 6.

В холодильнике-конденсаторе могут происходить явления которые приводят к нарушению нормального процесса конденсации паров. Такие явления могут происходить в результате нарушения нормального процесса охлаждения этилбензола в холодильнике при уменьшении количества подаваемой холодной воды или при сильном загрязнении теплообменной поверхности трубок отложениями, а также при уменьшении количества циркулирующего в системе этилбензола.

Приращение давления в аппарате при наличии в нем отложений или пробок определяется по формуле:

ДР = (лl/d)сu2/2, (13)

где, л - коэффициент трения при движении продукта по трубе; d=35 мм - диаметр трубы; с=34,44 кг/куб. м - плотность вещества; u=2 м/с - скорость потока; l=3 м - длина трубопровода.

л находим по формуле

2. Могут быть явления, вызывающие повышение температурного режима работы в промежуточной емкости п. 8 (повышение температуры поступающего в аппарат вещества, повышение температуры подогрева аппарата, ухудшение процесса охлаждения аппарата).

Определим расчетом, на какую величину может повыситься давление в полностью заполненных аппаратах с стиролом при повышении температуры на определенную величину:

Д=(в -3 б)/ всж х Дt = (14)

где в=210 - коэффициент объемного расширения жидкости; всж=131м²/Н - коэффициент объемного сжатия жидкости, Па-1; б=17х10⁶ - коэффициент линейного расширения материала стенок аппарата, К-1; Дt=10⁰С - изменение температуры в аппарате, оС.

Общее давление в аппарате будет:

робщ = рраб + Др=, (15)

где рраб ? рабочее (начальное) давление жидкости в аппарате, МПа; Др ? приращение давления, МПа.

Образование динамических воздействий в аппаратах

Воздействию гидравлических ударов чаще всего подвержены трубопроводы и насосы. Гидравлические удары могут возникнуть в результате быстрого закрывания или открывания вентилей на трубопроводах, при больших пульсациях подаваемой насосами жидкости, при резком изменении давлении на каком-либо из участков трубопровода.

Приращение давления в трубопроводе при гидравлическом ударе определяют по формуле Н.Е. Жуковского:

где с - скорость распространения ударной волны:

где - удельная плотность жидкости = 780 кг/м;

d - внутренний диаметр трубы, d = 0,035 м;

Е - модуль упругости материала трубы, Е =2,1 10⁶ 10⁴Па (для стальных труб);

- модуль упругости жидкости, =1340 мПа

s - толщина стенки трубы, s =0,003 м;

- уменьшение скорости движения жидкости в трубопроводе, м/с.

где _нач - начальная скорость движения продукта в трубопроводе, м/с;

_кон - конечная скорость движения продукта в трубопровод, м (часто _кон =0).

Вибрации трубопроводов.

Вибрация наблюдается у трубопроводов, находящихся под давлением, и недостаточно хорошо закрепленных, у аппаратов, соединенных с поршневыми насосами и компрессорами. Наблюдается вибрация у недостаточно закрепленных наружных аппаратов и от воздействия ветра.

Наибольшая опасность от вибрации возникает в том случае, когда число колебаний возмущающей силы по своему значению будет приближаться к числу собственных колебаний системы или отличаться от него в целое число раз. При этом наблюдается так называемое явление резонанса.

Меры борьбы с вибрациями - устранение или уменьшение действия возмущающих сил. Практически это достигается уменьшением пульсации при работе насосов (замена поршневых насосов центробежными, установка «воздушных» колпаков и т.п.), гашением колебаний путем применения различного рода прокладок, и тому подобных устройств, а также прочным креплением трубопроводов и аппаратов, подверженных вибрации.

Образование температурных напряжений или уменьшение прочностных свойств материала стенок аппарата

В аппаратах, где протекают процессы теплообмена, могут наблюдаться такие случаи, когда некоторые конструктивные элементы, жестко заделанные по концам, в процессе эксплуатации имеют неодинаковую температуру. Это относится к кожухотрубчатым теплообменникам, которые имеются в данном технологическом процессе.

Силу, возникающую между жестко соединенными частями аппарата, за счет температурных напряжений можно определить по формуле:

,

Где - коэффициенты линейного расширения для материала корпуса и труб, при соответствующих температурах, 1/град (для стальных труб принимаются = 0,000012);

- расчетные температуры корпуса и труб, град;

- модули упругости для материала корпуса и труб при соответствующих им температурах, мПа; (для стальных труб составляет 21000 мПа)

,- площадь поперечного сечения корпуса и труб, см².

Кроме силы , на жестко соединенные части аппарата действует сила Р, вызванная давлением среды в межтрубном и трубном пространствах, т.е.

,

Где D - расчетный диаметр трубной решетки, м;

d - средний диаметр трубки, м;

z - число трубок;

- давление среды соответственно в межтрубном и трубном пространствах, мПа.

Делать вывод о недопустимости жесткого соединения корпуса и трубок кожухотрубчатого холодильника-компенсатора невозможно, так как неизвестны пределы текучести материалов корпуса и труб.

Если согласно расчету окажется, что жесткое соединение корпуса и трубок теплообменника недопустимо, необходимо применять аппараты, имеющие температурные компенсаторы. Наиболее часто теплообменные аппараты оборудуют линзовыми компенсаторами и компенсаторами типа «плавающая головка». По условиям задания - температурный компенсатор на поз. 6 предусмотрен.

Снижение температурных напряжений достигается путем уменьшения разности температур между отдельными конструктивными элементами и подбора соответствующих материалов при конструировании отдельных узлов аппаратов с примерно одинаковыми коэффициентами линейного расширения.

_t = Еt=1,210^-52,110⁶30=756 кг/см²

где _t - температурные напряжения, кг/см²;

- коэффициент линейного расширения,С^-1(для стальных труб _t = =1,210^-5С^-1);

Е - модуль упругости материала, кг/см²(для стальных труб Е = 2,110⁶).

t - изменение температуры, С;

Рассмотрим причины, приводящие к химическому износу материала (коррозии) аппаратов

Исходя из основных закономерностей коррозионных процессов, используют следующие направления борьбы с ней:

- применение коррозионно-устойчивых металлов;

- изоляция металлов от агрессивной среды защитными покрытиями;

- уменьшение коррозионной активности среды;

- использование неметаллических химически стойких материалов;

- катодная и протекторная защита.

6. Анализ возможности появления характерных технологических источников зажигания

Возможности появления технологических источников зажигания следует:

? Аппараты, работа которых связана с использованием открытого огня, например, трубчатые печи, огневые реакторы не предусмотрены.

??Отсутствуют опасно нагретые поверхности аппаратов, т.е. поверхности, температура которых превышает 80% температуры самовоспламенения веществ, обращающихся в производстве;

? Не имеются места опасных тепловых проявлений химических реакций; в аппаратах вещества, нагретые до температуры, превышающей температуру их самовоспламенения отсутствуют; не имеются вещества или отложения на стенках, способных самовозгораться при соприкосновении с воздухом, а также способных воспламеняться при взаимном контакте, контакте с воздухом или при соприкосновении с водой;

? Возможность образования источников зажигания от теплового проявления механической энергии при открывании люков загрузочных (световых и замерных) на аппаратах источниками зажигания могут являться искры от механических ударов и т.п.;

? Также источником воспламенения может быть тепловое проявление электрической энергии. Источники воспламенения от теплового проявления электрической энергии могу возникнуть при несоответствии электрооборудования (электродвигателей, силовых электрических сетей) характеру воздействующей на него среды; в случае несоблюдения правил устройства и эксплуатации электрооборудования; при неисправностях и повреждениях, вызываемых механическими причинами, а также действием химически активных веществ, влаги и т.п. Тепловое действие электрического тока может проявиться в виде электрических искр и дуг, чрезмерного перегрева двигателей, контактов, отдельных участков электрических сетей и электрического оборудования, а также аппаратов при перегрузках и больших переходных сопротивлениях, в виде перегрева в результате теплового проявления токов индукции и самоиндукции, при искровых разрядах статического и атмосферного электричества, в результате нагревания вещества и материалов от диэлектрических потерь энергии.

Перегрузка электрических сетей и машин вызывается увеличением механической нагрузки на электродвигатели, а также подключением к электрическим сетям дополнительных токоприемников, на которые сети не рассчитаны. Увеличение силы тока в сетях и машинах приводит к выделению большого количества тепла, воспламенений изоляции. Опасные последствия перегрузки наблюдаются при неправильно выбранной или неисправной защите сетей плавкими вставками или автоматами.

Переходные сопротивления возникают чаще всего в местах, где провода и кабели некачественно присоединяются к машинам и аппаратам или токопроводящие жилы соединяются друг с другом холодной скруткой, а также в местах плохого контакта. В местах переходных сопротивлений выделяется значительное количество тепла. От нагрева мест переходных сопротивлений могут загореться электроизоляция, а также рядом находящиеся горючие вещества.

Индукционное и электромагнитное воздействие атмосферного электричества способствует появлению значительных электрических потенциалов на производственном оборудовании, трубопроводах, строительных конструкциях. Отсутствие или неисправность систем заземления аппаратов и конструкций, могут привести к образованию опасных искровых разрядов.

7. Возможные пути распространения пожара

Пожары на производстве методом низкого давления протекают в сложных условиях с быстрым распространением огня на соседние аппараты и участки, и, зачастую, принимают характер катастрофы с огромным материальным ущербом. Наличие больших объемов легковоспламеняющихся и горючих жидкостей приводит к тому, что пожар на установках может принять значительные размеры. Условиями распространения горения на установке являются: разливы по территории установки горючих и легковоспламеняющихся жидкостей; разветвленная сеть промышленной канализации при неэффективности гидравлических затворов в колодцах; отсутствие аварийных сливов из емкостных аппаратов, линий стравливания смесей из аппаратов; разветвленная сеть трубопроводов при отсутствии на них гидравлических затворов. При пожаре возможен взрыв, так как имеет место образование взрывоопасных концентраций в них. Испарение паров легковоспламеняющихся жидкостей и газов будет создавать газовоздушную смесь, которая при ветреной погоде будет перемещаться к возможному очагу пожара.

По производственным коммуникациям пожар и взрыв распространяются в тех случаях, если внутри трубопроводов, траншей, туннелей или лотков образовалась горючая среда, когда трубопроводы с этой горючей средой работают неполным сечением, когда имеются горючие отложения на поверхности труб, каналов, если в системе находятся жидкости, способные разлагаться с воспламенением под воздействием высокой температуры или давления.

Чтобы предотвратить распространение огня по производственным коммуникациям применяют сухие огнепреградители, в виде гидравлических затворов, затворы из твердых измельченных материалов, автоматические задвижки и заслонки, водяные завесы, перемычки, засыпки и т.п.

Определим расчетом необходимый диаметр гасящего отверстия огнепреградителя

Определим диаметр гасящего канала огнепреградителя:

d=0.5·d_кр=0,5·1,75=0,875 мм

d_кр=1,75 мм (ГОСТ Р12.3.047-98, приложение Р, таб. Р3)

Тогда диаметр зерен гравия будет равен:

d_гр=4d

d_гр=4·0,875=3,5 мм

Определенный расчетом тип огнепреградителя предполагается установить на линиях стравливания газовоздушных смесей из емкостей поз. 1, 8, 14.

Для ограничения развития пожара емкости поз. 1, 14 установить внутри обвалования, а промежуточную емкость стирола поз. 8 оборудовать аварийным сливом (самотечную в заглубленную аварийную емкость).

Основным расчетным параметром системы аварийного слива является продолжительность опорожнения емкости от пожароопасной жидкости.

Определяем объем сливаемой из емкости жидкости стирола.



Определяем суммарный коэффициент местных сопротивлений:

Аварийный трубопровод обычно имеет вход с плавными закруглениями, задвижку электроприводом, гидравлический затвор, два плавных поворота, с учетом поворота 90^опри 5dтр.

Время опорожнения принимаем 15 мин=900 с.

Коэффициент расхода системы определяем по формуле

Определяем диаметр аварийного трубопровода по формуле

Принимаем тубу Ф127х3,5

Определяем площадь проходного сечения труб системы аварийного слива и выходного патрубка аппарата

Определяем среднюю скорость движения жидкости по аварийному трубопроводу при сливе



Находим плотность сливаемой из аппарата жидкости при t_p=25⁰C:

Находим вязкость сливаемой из аппарата жидкости при t_p=25⁰C

Определяем значения критерия Рейнольдса

Определяем коэффициент сопротивления системы

Определяем уточненное значение коэффициента расхода системы

Определяем ошибку при оценке коэффициента расхода системы

Для помещений данного производства нормативные документы не требуют защиты установками автоматического пожаротушения. Предлагается оборудовать установками водяного орошения емкости поз. 1, 8, 14 ректификационную колонну.

8. Расчет категории помещений по взрывопожарной и пожарной опасности.

Компрессорная станция для удаления водорода.

Исходные данные:

Компрессорная станция для удаления водорода
Показатели по помещению	Ширина помещения, м	10
	Длина помещения, м	12
	Высота помещения, м	8
	Кратность аварийной вентиляции, 1/ч	6
	Скорость воздуха в помещении, м/с	0,5
	Количество компрессоров, шт.	2
	Площадь остекления, м2	15
Вакуум-компрессоры для удаления водорода
Показатели по технологической части	Давление газа на стороне нагнетания, МПа	0,17=170кПА
	Давление газа на стороне всасывания, МПа	3,8=3800кПа
	Температура, оС	35
	Производительность насосов, л/с	70 =0,07м3/с
	Диаметр линий, мм	70
	Отключение задвижек	Авт.
	Расстояние до задвижек	10

Выбор и обоснование расчетного варианта:

При расчете критериев взрывопожарной опасности в качестве расчетного следует выбирать наиболее неблагоприятный вариант аварии или период нормальной работы аппаратов, при котором в образовании горючих газо-, паро-, пылевоздушных смесей участвует наибольшее количество газов, паров, пылей, наиболее опасных в отношении последствий сгорания этих смесей.

Количество поступивших в помещение веществ, которые могут образовать горючие газовоздушные, паровоздушные, пылевоздушные смеси, определяется, исходя из следующих предпосылок:

а) происходит расчетная авария одного из аппаратов согласно 8.2.1;

б) все содержимое аппарата поступает в помещение;

в) происходит одновременно утечка веществ из трубопроводов, питающих аппарат, по прямому и обратному потокам в течение времени, необходимого для отключения трубопроводов.

Расчетное время отключения трубопроводов определяют в каждом конкретном случае, исходя из реальной обстановки, и должно быть минимальным с учетом паспортных данных на запорные устройства, характера технологического процесса и вида расчетной аварии.

Расчетное время отключения трубопроводов следует принимать равным:

- времени срабатывания системы автоматики отключения трубопроводов согласно паспортным данным установки, если вероятность отказа системы автоматики не превышает 0,000001 в год или обеспечено резервирование ее элементов;

- 120 с, если вероятность отказа системы автоматики превышает 0,000001 в год и не обеспечено резервирование ее элементов;

- 300 с при ручном отключении;

г) происходит испарение с поверхности разлившейся жидкости; площадь испарения при разливе на пол определяется (при отсутствии справочных данных), исходя из расчета, что 1 литр смесей и растворов, содержащих 70% и менее (по массе) растворителей, разливается на площади 0,5 м², а остальных жидкостей - на 1 м2 пола помещения;

д) происходит также испарение жидкости из емкостей, эксплуатируемых с открытым зеркалом жидкости, и со свежеокрашенных поверхностей;

е) длительность испарения жидкости принимается равной времени ее полного испарения, но не более 3600 с.

Для компрессорной станции:

- горючий компонент - водород (ГГ), поступление других горючих веществ исключается, т. к. водород поступает во вакуумной линии из сепаратора после холодильнтка конденсатора;

- максимальная абсолютная температура воздуха согласно заданию +35 ^oC, за расчетную температуру принимается максимальная абсолютная температура воздуха в данном районе (Москва) согласно СНиП 2.01.01-82 t_р = 37 ° С.

Обоснование расчетного варианта наиболее неблагоприятного в отношении взрыва периода - происходит расчетная авария одного из вакуум-компресоров.

Расчет поступающего в помещение водорода при разрушении вакуум линии - трубопровод d_вн=0,07 м. у вакуум-компрессора. Горючий газ водород будет поступать в помещение по трубам длиной 10 м до отключающей автоматической арматуры (время отключения 120 с) и после отключения.

Определяем свободный объем трубопроводов:

- трубопровод нагнетания ;

- трубопровод всаса .

Плотность водорода определяется по формуле

Масса m, кг, поступившего в помещение при расчетной аварии газа определяется по формуле:

- масса водорода до отключения трубопроводов

- объем водорода поступившего в помещение до отключения трубопровода нагнетания;

- объем водорода поступившего в помещение до отключения трубопровода всаса.

- масса водорода после отключения трубопроводов

По условиям задания помещение оборудовано аварийной вентиляцией к=6.

Допускается учитывать постоянно работающую общеобменную вентиляцию, обеспечивающую концентрацию горючих газов и паров в помещении, не превышающую предельно допустимую взрывобезопасную концентрацию, рассчитанную для аварийной вентиляции. Указанная общеобменная вентиляция должна быть оборудована резервными вентиляторами, включающимися автоматически при остановке основных. Электроснабжение указанной вентиляции должно осуществляться не ниже чем по первой категории надежности по ПУЭ.

Выводы:

1. Избыточное давление Р менее 5 кПа, следовательно помещение компрессорной станция для удаления водорода не относится категории А и Б.

2. Отнесение помещения к категории В1, В2, В3 или В4 не представляется возможным из-за отсутствия данных по количеству масла в вакуум-компрессорах. Вероятно, будет категория В-4. Зона класса по ПУЭ в-1б.

Помещение промежуточной емкости для стирола-сырца.

Исходные данные для расчета

Промежуточная емкость стирола-сырца
Показатели по помещению и оборудованию	Расположение емкости	В помещении
	Размеры помещения емкости:	длина	7
		ширина	5
		высота	4
	Диаметр, м	2,2
	Высота, м	2,7
Показатели по технологии	Температура, оС	25
	Защита дыхательных линий	ДК с ОП
	Измерение уровня	Мерное стекло
	Степень заполнения	0,95
	Диаметр линий, мм	75
	Наличие аварийного слива	Нет

Выбор и обоснование расчетного варианта:

При расчете критериев взрывопожарной опасности в качестве расчетного следует выбирать наиболее неблагоприятный вариант аварии или период нормальной работы аппаратов, при котором в образовании горючих газо-, паро-, пылевоздушных смесей участвует наибольшее количество газов, паров, пылей, наиболее опасных в отношении последствий сгорания этих смесей.

Количество поступивших в помещение веществ, которые могут образовать горючие газовоздушные, паровоздушные, пылевоздушные смеси, определяется, исходя из следующих предпосылок:

а) происходит расчетная авария одного из аппаратов согласно 8.2.1;

б) все содержимое аппарата поступает в помещение;

в) происходит одновременно утечка веществ из трубопроводов, питающих аппарат, по прямому и обратному потокам в течение времени, необходимого для отключения трубопроводов.

Расчетное время отключения трубопроводов определяют в каждом конкретном случае, исходя из реальной обстановки, и должно быть минимальным с учетом паспортных данных на запорные устройства, характера технологического процесса и вида расчетной аварии.

Расчетное время отключения трубопроводов следует принимать равным:

- времени срабатывания системы автоматики отключения трубопроводов согласно паспортным данным установки, если вероятность отказа системы автоматики не превышает 0,000001 в год или обеспечено резервирование ее элементов;

- 120 с, если вероятность отказа системы автоматики превышает 0,000001 в год и не обеспечено резервирование ее элементов;

- 300 с при ручном отключении;

г) происходит испарение с поверхности разлившейся жидкости; площадь испарения при разливе на пол определяется (при отсутствии справочных данных), исходя из расчета, что 1 литр смесей и растворов, содержащих 70% и менее (по массе) растворителей, разливается на площади 0,5 м², а остальных жидкостей - на 1 м2 пола помещения;

д) происходит также испарение жидкости из емкостей, эксплуатируемых с открытым зеркалом жидкости, и со свежеокрашенных поверхностей;

е) длительность испарения жидкости принимается равной времени ее полного испарения, но не более 3600 с.

Для помещения промежуточной емкости стирола-сырца:

- горючий компонент - стирол (ЛВЖ), поступление других горючих веществ исключается, т. к. водород отводится по вакуумной линии из сепаратора после холодильника конденсатора;

- максимальная абсолютная температура воздуха согласно заданию +25 ^oC, за расчетную температуру принимается максимальная абсолютная температура воздуха в данном районе (Москва) согласно СНиП 2.01.01-82 t_р = 37 ° С.

Обоснование расчетного варианта наиболее неблагоприятного в отношении взрыва периода:

- происходит расчетная авария емкости поз 8.;

- все содержимое аппарата поступает в помещение;

- происходит одновременно утечка веществ из трубопроводов, питающих аппарат, по прямому и обратному потокам (d_трв=75 мм=0,075 м) течение времени (300 с - ручное отключение), необходимого для отключения трубопроводов.

Масса паров жидкости m, поступивших в помещение определяем из выражения:

где mр - масса жидкости, испарившейся с поверхности разлива, кг;

V_ж =0,8(3,142,2 ² х2,7)/4=8,208м³=8208 л=5х7=35м², т. к. принимаем площадь розлива стирола равной площади помещения. Можно оградить поддоном. Расчет ведем без учета утечки стирола из трубопроводов.

где W - интенсивность испарения, кг  с-1  м-2;

Fи - площадь испарения, м2, определяемая в соответствии с А.1.2 в зависимости от массы жидкости mп, вышедшей в помещение.

Если аварийная ситуация связана с возможным поступлением жидкости в распыленном состоянии, то она должна быть учтена в формуле (А.11) введением дополнительного слагаемого, учитывающего общую массу поступившей жидкости от распыляющих устройств, исходя из продолжительности их работ.

Интенсивность испарения W определяется по справочным и экспериментальным данным. Для ненагретых выше расчетной температуры (окружающей среды) ЛВЖ при отсутствии данных допускается рассчитывать W по формуле

где - коэффициент, принимаемый по таблице А.2 в зависимости от скорости и температуры воздушного потока над поверхностью испарения;

Рн - давление насыщенного пара при расчетной температуре жидкости tр, определяемое по справочным данным, кПа.

Таблица 2 - Значение коэффициента в зависимости от скорости и температуры воздушного потока

Скорость воздушного потока в помещении, м  с-1	Значение коэффициента при температуре t, С, воздуха в помещении
	10	15	20	30	35
0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
0,1	3,0	2,6	2,4	1,8	1,6
0,2	4,6	3,8	3,5	2,4	2,3
0,5	6,6	5,7	5,4	3,6	3,2
1,0	10,0	8,7	7,7	5,6	4,6

Р_н=1,647кПа

Кн -	коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения. Допускается принимать Кн равным трем.

Значение коэффициента Z участия горючих газов и паров в горении

Вид горючего вещества	Значение Z
Водород	1,0
Горючие газы (кроме водорода)	0,5
Легковоспламеняющиеся и горючие жидкости, нагретые до температуры вспышки и выше	0,3
Легковоспламеняющиеся и горючие жидкости, нагретые ниже температуры вспышки, при наличии возможности образования аэрозоля	0,3
Легковоспламеняющиеся и горючие жидкости, нагретые ниже температуры вспышки, при отсутствии возможности образования аэрозоля	0

Расчетное избыточное давление превышает 5 кПа, t_всп= +30, следовательно помещение мерников и разбавителей катализаторного комплекса относится к категории Б, класс зоны по ПУЭ в-1а.

В помещениях категорий А и Б следует предусматривать наружные легкосбрасываемые ограждающие конструкции.

В качестве легкосбрасываемых конструкций следует, как правило, использовать остекление окон и фонарей. При недостаточной площади остекления допускается в качестве легкосбрасываемых конструкций использовать конструкции покрытий из стальных, алюминиевых и асбесто-цементных листов и эффективного утеплителя. Площадь легкосбрасываемых конструкций следует определять расчетом. При отсутствии расчетных данных площадь легкосбрасываемых конструкций должна составлять не менее 0,05 м² на 1 м³ объема помещения категории А и не менее 0,03 м² - помещения категории Б:

140х0,03=4,2 м²

Примечания:

1 Оконное стекло относится к легкосбрасываемым конструкциям при толщине 3, 4 и 5 мм и площади не менее (соответственно) 0,8, 1 и 1,5 м². Армированное стекло к легкосбрасываемым конструкциям не относится.

2 Рулонный ковер на участках легкосбрасываемых конструкций покрытия следует разрезать на карты площадью не более 180 м² каждая.

3 Расчетная нагрузка от массы легкосбрасываемых конструкций покрытия должна составлять не более 0,7 кПа (70 кгс/м2).

Выводы

Защита промышленных предприятий от пожаров и взрывов неразрывно связана с изучением пожаровзрывоопасности технологического процесса производства. Без выявления причин возникновения и распространения пожара или взрыва нельзя провести качественно пожарно-техническую экспертизу проектных материалов, пожарно-техническое обследование объектов, исследование имевших место пожаров и взрывов, разработать нормы и правила по вопросам пожаро-взрывозащиты промышленных предприятий.

Литература

1. Федеральный Закон Российской Федерации от 22 июля 2008 г. №123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности».

2. ГОСТ 12.1.004-91. Пожарная безопасность. Общие требования.

3. СП 12.13130.2009. Определение категорий помещений зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности. ? М.: ВНИИПО МЧС России, 2009.

4. Пожарная безопасность технологических процессов. Учебник / С.А. Швырков, С.А. Горячев и др.; Под общ. ред. С.А. Швыркова. ? М.: Академия ГПС МЧС России, 2011.

5. Пожарная безопасность технологических процессов. Ч. 2. Анализ пожарной опасности и защиты технологического оборудования: Учебник / С.А. Горячев, С.В. Молчанов, В.П. Назаров и др.; Под общ. ред. В.П. Назарова и В.В. Рубцова. ? М.: Академия ГПС МЧС России, 2007.

6. Основы технологии, процессов и аппаратов пожаровзрывоопасных производств: Учеб. пособие / С.А. Горячев, А.И. Обухов, В.В. Рубцов, С.А. Швырков; под общ. ред. С.А. Горячева. - М.: Академия ГПС МЧС России, 2002.

7. Горячев С.А., Клубань B.C. Задачник по курсу «Пожарная профилактика технологических процессов производств». ? М.: ВИПТШ МВД СССР, 1996.

8. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения / Под ред. А.Н. Баратова, А.Я. Корольченко. - М.: Химия, 1990.

9. Корольченко А.Я., Корольченко Д.А. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения. Справочник: в 2-х ч. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Асс. «Пожнаука», 2004.

10. Пособие по применению НПБ 105?95 «Определение категорий помещений зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности». - М.: ВНИИПО МВД РФ, 1998.

Размещено на Allbest.ru