Обеспечение пожарной безопасности технологического процесса пироватекса

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство Российской Федерации

по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям

и ликвидации последствий стихийных бедствий.

Ивановский институт Государственной противопожарной службы

Кафедра пожарной профилактики

Курсовой проект

по теме: «Обеспечение пожарной безопасности технологического процесса пироватекса 1 стадия».

Выполнил: рядовой внутренней службы Спиркин М.Ю.

4 курса, 102 взвода, Вариант №26

Научный руководитель: старший преподаватель кафедры

В.Н. Михалин

Иваново 2009

Содержание

пожарный опасность автоматика пироватекс

1. Введение

2. Анализ пожарной опасности технологического процесса

2.1 Анализ пожарной опасности веществ и материалов

2.2 Анализ технологической схемы производства

2.2.1 Описание технологического процесса

2.2.2 Составление принципиальной технологической схемы производства

2.2.3 Составление аппаратурной схемы производства

2.3 Анализ возможности возникновения горючей среды

2.3.1 Образование горючей среды внутри аппарата

2.3.2 Образовании горючей среды снаружи аппарата в помещении

2.3.3 Образование горючей среды при аварийном режиме и ремонтных работах

2.4 Анализ возможности образования источников зажигания в горючей среде

2.5 Анализ образования возможных путей распространения пожара

2.6 Определение категории помещения по взрывопожарной и пожарной опасности

2.7 Составление карты пожароопасности

3. Анализ возможных причин повреждения аппарата

4. Обеспечение возможного безопасного проведения технологического процесса необходимыми приборами автоматики для контроля технологических параметров

5. Разработка мероприятий по обеспечению пожарной безопасности заданного технологического процесса

Список используемой литературы

1. Введение

пожарный опасность автоматика технологический

Основными направлениями экономического и социального развития на период 2007 года было предусмотрено внедрение автоматизированных систем в различные сферы хозяйственной деятельности, и в первую очередь в технологические процессы. В связи с этим возникла необходимость обеспечения надёжной пожарной безопасности промышленных предприятий, зданий, сооружений, производств и технологий.

Эти задачи требуют создания новых технологических средств достижений техники и электроники, позволяющих снизить вероятность возникновения пожаров на производствах. Применение средств автоматической защиты технологических процессов предотвращает воздействие на людей опасных факторов пожара, увеличивает гарантии успешного тушения пожаров, предотвращает возможность их превращения в крупные и особо крупные, что способствует сохранению материальных и духовных ценностей страны.

В 2007 году оперативная обстановка с пожарами в Российской Федерации по сравнению с аналогичным периодом 2006 года характеризовалась следующими основными показателями:

- зарегистрировано 211163 пожара (-3,7%);

- погибли 15924 человека (-7,0%), в том числе 597 детей (-14,8%);

- получили травмы 13646 человек (+1,6 %);

- прямой материальный ущерб составил 8551,2 млн. руб. (+1,6%).

Снижение количества пожаров зарегистрировано на всех основных видах объектов: производственных зданиях (-5,9%); складах и базах производственных предприятий (-9,4%), складах, базах и торговых помещениях (-5,6 %); зданиях общественного назначения (-7,3%); сельскохозяйственных объектах (-6,3%), в т.ч. животноводческих помещениях (-27,5%), жилом секторе (-5,5%), кроме строящихся объектов, где отмечен рост количества пожаров на 13,1%.

В 2007 году в результате неосторожного обращения с огнем произошло 44,2% пожаров, которые причинили 22,1% материального ущерба. Нарушение правил устройства и эксплуатации электрооборудования стало причиной каждого пятого пожара (19,3%), а доля ущерба от них составила 25%.

Как показывает оперативная статистика, несмотря на тенденцию снижения количества пожаров, в том числе и в жилом секторе, усложнение технологических процессов, увеличение площади застройки промышленных объектов и зачастую нарушение требований пожарной безопасности на них приводит к возникновению крупных, затяжных пожаров, аварий, сопровождающихся людскими жертвами и материальным ущербом. К числу таких объектов относятся и аммиачно-холодильные станции.

Краткая характеристика оборудования, выпускаемой продукции и объекта производства:

Промышленные процессы переработки химических и других видов материалов в средства производства и продукты потребления называют производственными или технологическими процессами. Изучение технологических процессов и разработка наиболее эффективных способов их проведения составляет предмет технологии. В данном курсовом проекте предоставляется возможность познакомиться с одним из таких процессов. Предлагается изучить не все производство полностью, а только его часть, такую как конденсация диметилфосфита с акриламидом.

Характеристика изготовляемой продукции:

а) техническое наименование продукта - метилолированное производное продукта конденсации диметилфосфита с акриламидом;

торговое название - пироватекс ЦП;

эмпирическая формула - С6Н14О5NP.

б) основные физико-химические показатели:

1. Внешний вид при 20°С - сиропообразная бесцветная или светло-желтая жидкость со слабым запахом формальдегида.

2. Внешний вид 10%-ого водного раствора при 20°С - прозрачная бесцветная жидкость.

3. Водородный показатель (pH) - 4.5±9.5.

4. Показатель преломления - 1.4450±0.0020.

5. Плотность при 25°С, г/смі - 1.240±0.020.

6. Содержание азота, % - 5.4±0.5.

7. Содержание фосфора, % - 11.25±0.80.

8. Содержание свободного формальдегида, % - 1.5±2.5.

9. Общее содержание формальдегида, % - 11.5±0.7.

10. Устойчивость ванны - не должна расслаиваться и образовывать осадок.

11. Устойчивость к пламени - после удаления пламени ткань не должна гореть и тлеть.

Пироватекс ЦП - горючее вещество.

Температура вспышки в закрытом тигле - 63+66°С. Температура вспышки в открытом тигле до кипения (100°С) - нет.

Средства тушения пожара - тонкораспыленная вода.

Пироватекс ЦП вещество малоопасное, 4-ого класса опасности.

Кумулятивным действием не обладает. Обладает слабым раздражающим действием на кожные покровы и слизистую оболочку глаза.

в) Пироватекс ЦП предназначен для огнестойкой отделки тканей из натуральной и регенерированной целлюлозы. Пироватекс ЦП относится к группе биологически разлагаемых препаратов.

г) Пироватекс ЦП выпускается согласно ТУ.

Статистика пожаров, анализ причин возникновения и методов предотвращения пожаров на промышленных предприятиях:

Несмотря на значительные успехи в деле обеспечения пожарной безопасности, на производствах непростительно часто происходят аварии, взрывы, пожары, зачастую с человеческими жертвами. Эта картина наблюдается не только в нашей стране, но и во всех индустриально развитых странах мира.

Системный анализ аварий и пожаров показывает, что при проведении научных разработок разнообразных технологических процессов в научно-исследовательских институтах, проектировании оборудования в конструкторских бюро, при строительстве и монтаже не всегда в достаточной мере решаются вопросы обеспечения нормативных требований пожарной безопасности. Одна из причин - отсутствие в этих организациях специалистов, способных квалифицированно решать эти вопросы. В то же время необходимо отметить, что у пожарной охраны недостаточно кадров, чтобы заниматься вопросами пожарной безопасности на всех этапах создания и эксплуатации производств.

Согласно статистическим данным, большинство аварий и пожаров является следствием ряда последовательных, взаимно связанных ошибочных действий людей в процессе производства и недостатков в конструкции оборудования и лишь небольшое число их зависит от случайности. Например, 67 % аварий, происшедших в различное время на предприятиях химической и нефтехимической промышленности в нашей стране и за рубежом, было вызвано неисправностью оборудования, контрольно-измерительных приборов и систем автоматического управления процессами, а 17 % аварий обусловлено отсутствием систем предотвращения пожаров и противопожарной защиты, т.е. 84 % взрывов и пожаров можно было предотвратить.

Рассмотрим обобщенные статистические данные о пожарах в России. Ежегодно происходит 250-300 тыс. пожаров (по данным за 2004-2007 гг.). Число крупных пожаров не превышает 200, но ущерб от них достигает 10 % от общего ущерба. На пожарах гибнет 12-15 тыс. человек в год. На производственных объектах происходит около 6-7% всех пожаров, из них по технологическим причинам возникает 3-4 % пожаров.

По местам возникновения пожары на производственных предприятиях распределялись следующим образом (в %):

основные производственные помещения 39

вспомогательные производственные помещения 18

наружные технологические установки 10

материальные склады 4

административно-бытовые помещения 5

прочие объекты 24

Итого: 100% На тех же объектах были отмечены следующие причины возникновения пожаров (в %):

- неисправности технологического оборудования

и нарушения технологического процесса 25

неисправности электрооборудования 23

неосторожное обращение с огнем 20

огневые ремонтные работы 13

прочие (в т.ч. не установленные) причины 19

Итого: 100%

2. Анализ пожарной опасности технологического процесса

2.1 Анализ пожарной опасности веществ и материалов

Производство пироватекса ЦП взрывопожароопасное, что обусловлено применением горючих и взрывоопасных видов сырья: диметилфосфита, метилата натрия, метанола и формалина. Готовый продукт - пироватекс ЦП относится к горючим веществам. Температура вспышки в закрытом тигле +63+66°С. Взрыв и пожар возможны в реакционном отделении при образовании взрывоопасной концентрации метилового спирта, метилата натрия и формалина в воздухе, в следствии нарушения герметичности технологического оборудования, при невыполнении требований обязательных инструкций и технологического регламента, также при не соблюдении мер предосторожности во время проведения огневых работ.

Процесс конденсации диметилфосфита с акриламидом проходит при участии 4-х основных веществ: диметилфосфит, метанол-яд, метилат натрия и акриламид. Эти вещества в процессе производства пироватекса ЦП оказывают вредное воздействие на организм человека.

Свойства веществ:

Диметилфосфит - бесцветная, прозрачная и горючая жидкость, растворима в большинстве органических растворителей. Плотность - 1.198 г/смі., температура кипения - 170.6°С., 2 класс опасности. Средства пожаротушения - вода, песок, асбестовое одеяло, огнетушитель любой марки.

Метанол-яд - бесцветная, прозрачная, легковоспламеняющаяся жидкость. Хорошо растворяется в органических растворителях и воде. Плотность - 0.792 г/смі. Температура вспышки +8°С. Пределы воспламенения 6.7 - 34.7% объемных. Является сильным ядом. Средства пожаротушения - вода, песок, огнетушитель любой марки.

Метилат натрия - бесцветная или желтоватая жидкость, имеющая слабую муть. Хорошо растворим в метиловом и этиловом спиртах. С водой разлагается с образованием тетанола-яда. Легковоспламеним. Взрывоопасность и температура вспышки соответствуют метанолу. Является кумулятивным ядом. Средства пожаротушения - вода, пена, песок, огнетушитель любой марки.

Акриламид - белый, мелкий, кристаллический порошок без запаха. Хорошо растворим в воде и других органических растворителях. Температура плавления - ?84.5°С. Температура кипения - 125єС при 25 мм. рт. столба. Самопроизвольно полимеризуется при температуре плавления и под влиянием ультрафиолетовых лучей. Оформление технологического процесса исключает контакт рабочего персонала с акриламидом.

Таблица 1

пожароопасные свойства обращающихся веществ

№ п/п	Наименование веществ	Агрегатное состояние вещества	Горючесть	Т всп	Т воспл	Т своспл	Темпер. ПРД (конц. ПРД)	Другие свойства веществ
							НТПР (НКПР)	ВТПР (ВКПР)
1	Диметилфосфит	Ж	ЛВЖ	102	113	241	-66	-144	Прозрачная бесцветная жидкость
2	Метанол-яд	Ж	ЛВЖ	8	13	436	5	39	Прозрачная бесцветная жидкость
3	Метилат натрия	Ж	ЛВЖ	8	13	436	5	39	Прозрачная бесцветная жидкость
4	Акриламид	Тв	Г	135	155	440	40	-	Бесцветные сухие кристаллы

В результате изучения пожароопасных свойств обращающихся веществ, можно сделать вывод, что наиболее опасным веществом будет являться метанол-яд. Следовательно, дальнейшее изучение процесса конденсации диметилфосфита с акриламидом будем проводить по данному веществу, то есть метанол-яду.

2.2 Анализ технологической схемы производства

2.2.1 Описание технологического процесса

Процесс конденсации диметилфосфита с акриламидом производится в аппарате из нержавеющей стали объемом 1000 литров, снабженным двухскоростной мешалкой с числом оборотов 56 и 28 об/мин., системой для обогрева и охлаждения, прибором для измерения и записи температуры, донным спусковым клапаном с пневматическим приводом, холодильником и системой охлаждения торцевого уплотнения.

Перед началом работы реакционный аппарат продувается азотом. Для этого в аппарат подается азот до создания в аппарате избыточного давления 0.1 атм. После создания требуемого давления подача азота автоматически прекращается. Перед началом загрузки избыточное давление сбрасывается в атмосферу.

В чистый, сухой продутый азотом аппарат из расходной емкости загружается расчетное количество диметилфосфита. (Количество загружаемого диметилфосфита пересчитывается в соответствии с его концентрацией.) Количество диметилфосфита, необходимого на загрузку, задается с щита управления в операторной цеха. По окончании загрузки диметилфосфита в аппарат, из сборника с помощью насоса через счетчик загружается метанол-яд. После прохождения через счетчик заданного количества метанол-яда насос автоматически отключается. Масса перемешивается в течение 20 минут и затее отбирается проба на анализ для определения кислотности смеси, которая не должна превышать 0.135 эквН/кг. Реакционная масса в аппарате охлаждается до температуры 15єС. Затем аппарат продувается азотом, включается в работу холодильник и в аппарат из бункера с помощью шлюзового питателя загружается 290 кг. Акриламида. Во время загрузки акриламида производится продувка питателя азотом. Затем в аппарат из расходной емкости загружается 72 кг. 30%-ого метилата натрия. Загрузка метилата натрия программируется и осуществляется со щита управления в операторной.

Реакция конденсации диметилфосфита с акриламидом экзотермическая и температура в аппарате самопроизвольно поднимается до 92-93єС, но не должна превышать 98єС. Если температура продолжает расти, то при 95єС автоматически включается охлаждение аппарата, а при 98єС автоматически прекращается подача метилата натрия. После загрузки метилата натрия температура реакционной массы в аппарате самопроизвольно снижается до 83-85єС. После чего отбирается проба на определениеp pH, который должен быть 9.0, и содержание диметилфосфита. При положительном результате анализа расходная емкость промывается 10 литрами метанол-яда из емкости с метанол-ядом. Промывной раствор из расходной емкости сливается также в аппарат. В это время реакционная масса охлаждается до температуры 50єС и процесс конденсации диметилфосфита с акриламидом считается законченным.

Выход с операции - 942 килограмма.

2.2.1 Составление принципиальной схемы технологического процесса

Размещено на http://www.allbest.ru/

2.2.2 Составление аппаратурной схемы технологического процесса

2.3 Анализ возможности возникновения горючей среды

В условиях производства получаются, подвергаются обработке или участвуют в технологическом процессе как вспомогательные материалы разнообразные легковоспламеняющиеся и горючие жидкости в холодном или нагретом состоянии, при различном давлении и в различных по устройству аппаратах. Аппараты, резервуары и различные емкости с горючими жидкостями обычно не бывают заполнены до предела, то есть имеют определенный свободный объем. Так как жидкости обладают свойством испаряться при любой температуре, то свободное пространство закрытых аппаратов постепенно насыщается парами. При наличии в этом пространстве воздуха пары жидкости, смешиваясь с ним, могут образовывать горючие смеси. В паровоздушном объеме закрытых аппаратов горючая смесь паров образуется только в определенных температурных интервалах нагрева жидкости, которые называются температурными пределами воспламенения. Отсюда вытекает, что обязательными условиями для образования взрывоопасных (горючих) концентраций паров в закрытых аппаратах и емкостях с жидкостями являются:

1.- наличие паровоздушного пространства в аппарате.

2.- наличие в аппарате горючей жидкости, рабочая температура которой находится в интервале между нижним и верхним температурными пределами воспламенения.

Оценивая практически пожаро-взрывоопасность среды внутри аппаратов и емкостей, необходимо учитывать определенный запас надежности, так как температурные пределы воспламенения, взятые из справочных пособий, могут не в полной мере соответствовать свойствам данной жидкости и, кроме того, в реальных условиях возможно неравномерное распределение концентраций в паровом объеме аппарата. Применительно к температурным пределам воспламенения жидкостей, запас надежности принимают равным ±10єС, это обеспечивает расширение зоны пожароопасных концентраций.

Исходя из задания данного курсового проекта, нам необходимо проанализировать процесс конденсации диметилфосфита с акриламидом и по полученным данным установить и сделать вывод о наличии взрывоопасной среды внутри аппарата, снаружи аппарата, при аварийном режиме работы и при проведении ремонтных работ. Анализировать необходимо по одному веществу (самому опасному). В данном случае это метанол-яд, как выяснилось при анализе пожароопасных свойств обращающихся веществ. Данные обобщить и занести в таблицы.

Таблица 2

№ п/п	Наименование операции (режима работы) № аппарата, обращающиеся вещества	Пожароопасные свойства веществ	Технологии, параметры	Наличие ПВП	Условие образов. вое	Вывод о наличии вое
		НТПР (НКПР)	ВТПР (ВКПР)	Тр.	Рр.
1	Наполнение	5 (6.98)	39 (35.5)	20	Атм.	ДА	Тр?Тнтпр	Да
2	Хранение	5 (6.98)	39 (35.5)	83-85	Атм.	ДА	Тнтпр-10єС?Тр?Твтпр+15єС	Нет
3	Слив	5 (6.98)	39 (35.5)	50	Атм.	ДА	Тнтпр-10єС?Тр?Твтпр+15єС	Да

2.3.1 Анализ образования горючей среды внутри аппарата

Проанализировав возможность образования горючей среды внутри аппарата, можно сделать вывод о том, что при всех 3-х операциях есть паровоздушное пространство (это одно из условий наличия ВОС ), также при первом и третьем режимах ( согласно двух условий образования ВОС ) ВОС образуется, а при втором режиме работы - нет, это означает, что при втором режиме работы рабочая температура попадает в рамки, которые установлены вторым условием образования ВОС.

2.3.2 Анализ образования горючей среды снаружи аппарата

Таблица 3

№ п/п	Наименование операции (режима работы) № аппарата, обращающиеся вещества	Пожароопасные свойства веществ	Технологии, параметры	Наличие ПВП	Условие образов. вое	Вывод о наличии Вое
		НТПР (НКПР)	ВТПР (ВКПР)	Тр.	Рр.
1	Наполнение	5 (6.98)	39 (35.5)	20	Атм.	ДА	Тр?Твсп	Да
2	Хранение	5 (6.98)	39 (35.5)	83-85	Атм.	ДА	Тр?Твсп	Да
3	Слив	5 (6.98)	39 (35.5)	50	Атм.	ДА	Тр?Твсп	Да

Проанализировав возможность образования горючей среды внутри аппарата, можно сделать вывод о том, что при всех 3-х операциях есть паровоздушное пространство (это одно из условий наличия ВОС ), также выполняется и второе условие образования ВОС, при котором рабочая температура попадает в рамки второго условия образования ВОС при всех трех режимах работы аппарата.

2.3.3 Анализ образования горючей среды при аварийном режиме и ремонтных работах

При проведении ремонтных работ аппарат должен быть очищен от остатков горючих веществ и материалов. Очистку проводят путем продувания инертными газами или горячим паром. При проведении ремонтных работ должны соблюдаться требования пожарной безопасности.

Таблица 4:

№ п/п	Наименование операции (режима работы) № аппарата, обращающиеся вещества	Пожароопасные свойства веществ	Технологии, параметры	Наличие ПВП	Условие образов. вое	Вывод о наличии вое
		НТПР (НКПР)	ВТПР (ВКПР)	Тр.	Рр.
1	Аварийные работы	5 (6.98)	39 (35.5)	83-85	Атм.	ДА	Тр?Твсп	Да
2	Ремонтные работы	5 (6.98)	39 (35.5)	20	Атм.	ДА	Тнтпр-10єС?Тр?Твтпр+15єС	Да

Наибольшую опасность для производства представляют повреждения и аварии технологического оборудования и трубопроводов, в результате которых значительное количество горючих веществ выходит наружу, вызывая опасное скопление паров и газов в помещении, загазованность открытых территорий, разлив жидкостей на большие площади.

Последствия повреждений и аварий будут зависеть от размеров аварии, а также пожароопасных свойств выходящих наружу веществ, от их температуры и давления. При эксплуатации производственных аппаратов возможны не только повреждения отдельных частей аппаратов, но и полное его разрушение. Если в поврежденных аппаратах или трубопроводах горючие вещества нагреты до температуры самовоспламенения, то при выходе наружу и при соприкосновении с воздухом произойдет их возгорание и образуется устойчивый факел горящего газообразного продукта или разлившейся жидкости. Если же выходящее из поврежденного аппарата горючее вещество нагрето ниже температуры самовоспламенения, но выше температуры вспышки, то неизбежно произойдет образование горючих концентраций паров и газов с воздухом.

Таким образом, оценка реальной опасности повреждений и аварий производственного оборудования предполагает необходимость выявления причин повреждений, установления размера повреждения и количества вышедших наружу пожаро - и взрывоопасных веществ, а также величины возможных зон взрывоопасности.

2.4 Анализ возможности образования источника зажигания в горючей среде

На данном производстве, как и на всех других производствах, использующих ЛВЖ и ПК, имеется множество источников зажигания. Источники воспламенения, встречающиеся в условиях производства, весьма разнообразны по причинам появления, по природе и параметрам.

Огневые работы.

Значительную пожарную опасность представляют огневые ремонтные и монтажные работы на промышленных предприятиях, складах и базах. К огневым работам относятся электрогазосварочные, резательные, паяльные, ремонтные и монтажные работы, связанные с нагреванием деталей, оборудования, конструкций и коммуникаций открытым огнем; огневое напыление на поверхности полимерных материалов и т. д. Пожарная опасность огневых работ обусловлена не только открытым пламенем, но и наличием раскаленного и расплавленного металла, искр в виде мелких горящих капель металла, разлетающихся во все стороны, раскаленных огарков электродов и разогретых участков аппарата, трубопровода или других конструктивных элементов, обрабатываемых пламенем. При газовой сварке и резке металлов и бензорезательных работах стремятся получить пламя с максимально высокой температурой, для этого топливо сжигают в чистом кислороде. Температура пламени в этом случае достигает 2000--3000°С. Температура пламени дуги при использовании угольных электродов составляет 3200-- 3900°С, а при использовании стальных электродов 2400--2600°С.

Наибольшее количество брызг и искр образуется при газовой или воздушно-дуговой резке металлов. В этом случае значительная часть расплавленной массы металла выдувается из прорезаемой канавки воздушной струей на расстояние 10 м и более вокруг места производства работ. При сварке металлов искр и брызг выделяется меньше, но и в этом случае около 10% металла электродов и некоторая часть основного металла расходуется на образование искр и брызг. Капли и искры в виде частично расплавленного металла имеют температуру 1700°С и более. Естественно, что, попадая на горючие материалы, они их воспламеняют.

Очаги загорания часто обнаруживаются спустя несколько часов после окончания огневых работ.

Нередко искры через незащищенные проемы и отверстия попадают в нижележащие или соседние помещения, вызывая в них пожары.

Места проведения огневых работ подразделяются на постоянные и временные. К постоянным местам относятся такие, где огневые работы производятся ежедневно или с небольшими перерывами, причем порядок ведения работ позволяет заранее предусмотреть конкретные меры пожарной безопасности на весь период их проведения и обеспечить необходимое количество средств пожаротушения. К временным огневым местам относят такие, где огневые работы проводятся периодически в связи с аварийно-восстановительным или плановым ремонтом оборудования, резкой, отогреванием и т. п., а также строительно-монтажными работами на строящихся объектах.

При ликвидации аварии огневые работы производят под непосредственным наблюдением начальника цеха или главного инженера без письменного разрешения. Перед началом огневых работ представитель пожарной охраны проверяет правильность подготовки места работы, обеспеченность средствами пожаротушения, знание особенностей пожарной опасности на данном участке производства. При необходимости выставляется пожарный пост с соответствующей техникой. Для предотвращения разлета брызг и искр в стороны, а также для защиты сгораемых элементов конструкций и предметов применяют защитные экраны или брезентовые занавеси, сгораемые полы защищают металлическими листами и засыпают влажными опилками. Так как площадь разлета искр возрастает с увеличением высоты места сварки над уровнем пола или площадки, то и место проведения огневых работ очищают от сгораемых материалов в радиусе, величина которого зависит ют высоты места сварки.

После окончания место проведения огневых работ тщательно осматривают. Огневые работы немедленно прекращают, если в процессе их выполнения, несмотря на принятые меры, обнаружено появление газа, пара или горючих жидкостей, а также при других условиях, вызывающих пожарную опасность данного участка производства.

Высоконагретые продукты горения.

При горении твердых, жидких или газообразных веществ в топках и двигателях внутреннего сгорания образуется большое количество газообразных продуктов горения, имеющих высокую температуру. Температура топочных и выхлопных газов зависит от многих факторов и достигает 800--1200°С и выше. Если даже учесть снижение температуры газов по мере их движения в трубах и каналах (снижение температуры составляет 2--6°С на 1 м кирпичного каната и 15--45°С на 1 м металлической трубы), то температура газов также будет достаточно высокой. При такой температуре топочных газов наружная поверхность стенок может быть нагрета выше температуры самовоспламенения находящихся в производстве веществ. Особенно это относится к металлическим выхлопным трубам. Значительную пожарную опасность представляет выход горячих газов через неисправности кладки топок, дымовых каналов и при повреждении выхлопных труб двигателей внутреннего сгорания.

Поэтому при эксплуатации топок и двигателей следят за состоянием кладки дымовых каналов и боровов, не допуская неплотностей и прогара выхлопных труб, а также загрязнения их поверхности горючей пылью или наличия вблизи нагретых поверхностей каких-либо горючих веществ. Высоконагретые поверхности металлических труб защищают теплоизоляцией из несгораемых материалов или продуваемыми кожухами. Предельно допустимая температура поверхности неизолированных металлических труб не должна превышать 80% температуры самовоспламенения находящихся в помещении веществ (за исключением тех случаев, когда горючие вещества способны к тепловому самовозгоранию).

Нередко продукты горения используют в качестве теплоносителя при сушке древесины, щепы, волокнистых и сыпучих органических материалов. Перед подачей теплоносителя в сушильную камеру его разбавляют в смесительных камерах холодным воздухом до требуемой температуры. При уменьшении или прекращении подачи холодного воздуха в смесители, а также при отсутствии температурного контроля чрезмерно горячие продукты горения будут попадать в сушильную камеру и могут вызвать пожар. Во избежание этого в механизированных сушилках применяют системы автоматического регулирования температуры или контроля за температурой теплоносителя, подаваемого в сушильную камеру, а при остановке вентилятора также автоматически перекрывается линия подачи газа в сушильную камеру и продукты горения выбрасываются наружу через открывающуюся или постоянно открытую растопочную трубу.

Тепловое проявление механической энергии.

При превращении механической энергии в тепловую тела, совершающие работу, нагреваются. Температура, которая при этом достигается, зависит от многих факторов. Анализ такого разогрева затруднен тем. что процессы нагрева в этом случае протекают чаще всего в условиях нестационарного режима. В общем виде температура тел, нагревающихся от теплоты трения, будет зависеть от коэффициентов трения, массы соприкасающихся тел, удельной теплоемкости материала, коэффициентов теплопроводности, коэффициентов теплообмена с воздухом, температуры окружающей среды и т. д.

В условиях производства опасное в пожарном отношении изменение температуры тела в результате совершения механической работы наблюдается при ударах твердых тел (иногда сопровождающихся образованием искр), поверхностном трении тел во время взаимного перемещения их относительно друг друга, механической обработке твердых горючих веществ режущими инструментами и т. д. Повышение температуры происходит также при адиабатическом сжатии газов и прессовании пластических масс.

Искры, образующиеся при ударах твёрдых тел.

При достаточно сильном ударе некоторых твердых тел друг о друга высекаются искры (искры удара и трения). Искра в этом случае представляет собой раскаленную до свечения частичку металла или камня. Размеры искр удара и трения зависят от хрупкости материала соударяющихся тел, силы удара и обычно не превышают 0,1--0,5 мм. При ударе и истирании металлов в атмосфере, не содержащей кислорода, видимых искр не образуется. Следовательно, высокая температура искр трения определяется не только качеством металла и силой удара, но и окислением его кислородом воздуха. Температура искр нелегированных малоуглеродистых сталей, как показали опыты, находится в пределах температуры плавления металла, т. е. около 1550°С. Температура несколько возрастает с увеличением в стали содержания углерода и значительно уменьшается с увеличением легирующих добавок, особенно вольфрама.

Хотя длительность существования искры как источника воспламенения составляет сравнительно небольшой период (0,5 сек), этилено-воздушная смесь может воспламениться, так как ее период индукции исчисляется сотыми долями секунды и температура искры значительно выше температуры самовоспламенения этилена.

Искры удара и трения способны воспламенить только такие смеси, которые характерны для небольших значений минимальной энергии воспламенения и небольших периодов индукции. Это подтверждается практикой эксплуатации промышленных предприятий и многочисленными исследованиями. Наиболее чувствительными к воздействию искр удара и трения являются ацетилен, этилен, водород, окись углерода и сероуглерод.

Более опасными являются не летающие, а неподвижные искры, т. е. такие, которые после высечения попали на какую-либо поверхность (препятствие). При этом искра медленнее охлаждается и будет отдавать свое тепло одному и тому же объему окружающей ее горючей среды; таким образом, условия для воспламенения будут более благоприятными.

Летящая искра не воспламеняет пылевоздушные смеси, но попав на осевшую пыль или на волокнистые вещества, вызывает появление очагов тления.

Этим, видимо, объясняется, что наибольшее количество вспышек и загораний от механических искр возникает в таких машинах, где имеются волокнистые материалы или отложения мелкой горючей пыли.

Воспламеняющая способность искр удара и трения резко падает с уменьшением содержания кислорода в смеси и, наоборот, увеличивается по мере обогащения воздуха кислородом.

Разогрев тел при трении.

Всякое перемещение соприкасающихся друг с другом тел требует затраты энергии на преодоление работы сил трения. Эта энергия превращается в теплоту. Количество выделяющегося тепла зависит от вида трения. Наибольшими по величине будут силы, возникающие при сухом и полусухом трении. Эти виды трения наиболее опасны в отношении возможного разогрева тел.

При прочих равных условиях силы трения скольжения больше, чем при качении, и, следовательно, в этом случае будет выделяться больше тепла.

Величина силы трения зависит не только от вида трения, но и от природы трущихся поверхностей, их физического состояния (загрязненности, шероховатости), давления, размера поверхности и ее начальной температуры. Все эти факторы должны учитываться коэффициентом трения. При нормальном состоянии и правильной эксплуатации трущихся пар выделяющееся тепло своевременно отводится специальной системой охлаждения в окружающую среду, обеспечивая поддержание температуры на заданном уровне.

Нарушение этого равенства, т. е. увеличение количества выделяющегося тепла или уменьшение теплопотерь. приведет к повышению температуры трущихся тел. По этой причине происходят загорания в подшипниках машин и аппаратов, перегревы сильно затянутых сальников, перегревы и воспламенения транспортерных лент и приводных ремней, загорания волокнистых материалов при наматывании их на вращающиеся валы, перегревы при механической обработке твердых горючих материалов.

Нагревание газов при сжатии их в компрессорах.

Изменение объема газообразных тел или формы пластических материалов требует затраты механической энергии, при этом выделяется тепло, которое нагревает вещество, а также конструктивные элементы компрессоров и прессов. Процессы сжатия газов и прессования пластических масс широко используются в народном хозяйстве. Компрессорами создают давления, необходимые для транспортировки газов по трубопроводам и для осуществления производственных процессов.

Почти на всех производственных предприятиях имеются воздушные компрессоры, для получения сжатого воздуха (для передавливания. перемешивания, распыления или пневматической транспортировки веществ, привода в действие тормозных или транспортирующих устройств и т. д.).

Практика эксплуатации компрессоров показала, что при неисправностях и нарушении нормального режима работы могут возникать вспышки, пожары и взрывы не только при сжатии горючих газов, но и при сжатии воздуха. Реальный процесс сжатия газа, при котором одновременно с изменением его объема и давления изменяется температура и часть тепла передается в окружающую среду, является политропическим.

Тепловые проявления химических реакций.

Химические реакции, протекающие на воздухе с выделением значительного количества тепла, таят потенциальную опасность возникновения пожара или взрыва, так как при этом возможен разогрев реагирующих, вновь образующихся или рядом находящихся горючих веществ до температуры их самовоспламенения. В условиях производства и хранения химических веществ встречается большое количество таких соединений, контакт которых с воздухом или водой, а также взаимный контакт веществ друг с другом может быть причиной возникновения пожара.

Вещества, самовоспламеняющиеся и самовозгорающиеся при соприкосновении с воздухом.

Нередко по условиям технологий находящиеся в аппаратах вещества нагреты до температуры, превышающей температуру их самовоспламенения. Так, например, пиролизный газ при получении этилена из нефтепродуктов имеет температуру самовоспламенения в пределах 530--550 °С. а выходит из печей пиролиза с температурой 850°С; мазут с температурой самовоспламенения 380--420 °С на установках термического крекинга нагревается до 500 °С; бутан и бутилен, имеющие температуру самовоспламенения соответственно 420--439 °С, при получении бутадиена нагреваются до 550--650 °С и т. д. Естественно, что появление неплотностей в аппаратах и трубопроводах и соприкосновение с воздухом выходящего наружу продукта, нагретого выше, температуры самовоспламенения, сопровождается его загоранием. В некоторых случаях используемые технологии вещества имеют очень низкую температуру самовоспламенения, даже ниже температуры окружающей среды.

Загорания подобных веществ можно избежать только путем обеспечения хорошей герметичности аппаратов с исключением взаимоконтакта этих веществ с воздухом.

Большая группа веществ, соприкасаясь с воздухом, способна к самовозгоранию. Самовозгорание подобных веществ начинается или при температуре окружающей среды, или после некоторого предварительного их подогрева. Причины и условия самовозгорания жидких и твердых веществ подробно рассмотрены во многих монографиях и учебных пособиях. К таким веществам относятся растительные масла и животные жиры, каменный и древесный уголь, сернистые соединения железа, некоторые сорта сажи, порошкообразные вещества (алюминий, цинк, титан, магний, торф, отходы нитроглифталевых лаков и др.), олифа, скипидар, лакоткани, клеенка, гранитоль, сено, силос и т, д. Пожары и взрывы от самовозгорания веществ в процессе хранения, сушки, транспортировки, при остановке аппаратов на чистку и ремонт происходят сравнительно часто.

Продолжительность процесса самовозгорания веществ может исчисляться как несколькими минутами, так и многими часами, поскольку скорость окисления горючих веществ зависит от многих факторов и при прочих равных условиях - - от количества материала, начальной температуры процесса и условий отвода в окружающую среду выделяющегося при окислении тепла. Контакт самовозгорающихся химических веществ с воздухом происходит обычно при повреждении тары, розливе жидкости, расфасовке веществ, при откачке жидкостей из резервуаров, когда внутри их имеются самовозгорающиеся отложения, и т. д.

№ п/п	Группа источников зажигания	Наиболее вероятные источники зажигания
1	открытый огонь	-	проведение сварочных работ
2	ТПМЭ	трение деталей в механизмах аппарата	искры при ударах твердых тел друг о друга и обработка твердых материалов инструментами
3	ТПХЭ	нагревание смеси до температуры самовоспламенения ( экзотермическая реакция )	воспламенение веществ в результате взаимодействия с другими веществами
4	ТПЭЭ	искры от заряда статического электричества, отказ работы автоматики в результате КЗ	короткое замыкание проводки в помещении, искрение автоматики

Источники зажигания могут образовываться в нашем случае только в результате неисправности оборудования или нарушения инструкций по эксплуатации оборудования и работы в помещении.

2.5 Анализ образования возможных путей распространения пожара

На объектах переработки ЛВЖ и ПК пожары развиваются очень быстро, для их тушения требуется сосредоточение значительных сил и средств, оперативные и умелые действия пожарных подразделений и персонала объектов.

Пожары могут возникать в процессе переработки на технологических установках. Нередко до возникновения пожара в результате разгерметизации или разрыва емкостей и коммуникаций, в которых находятся жидкости, образуются значительные по площади и объему газо - или паровоздушные облака и разливы жидкостей, и при их воспламенении в зоне срезу оказываются технологические аппараты и сооружения на большой площади.

Быстрое растекание жидкостей, высокая температура горения (1300 °С и более), большое теплоизлучение, ощущаемое даже на расстоянии 50..80 метров, приводит к деформациям, а иногда и взрывам технологических аппаратов и коммуникаций и значительному расширению площади горения. Под воздействием пламени металлические стенки технологических аппаратов с ПК прогреваются до критических температур, при которых металл теряет свою прочность. Этот же прогрев приводит к быстрому повышению давления в аппаратах и трубопроводах, на которое предохранительные клапаны часто не рассчитываются. В результате происходящего в таких случаях разрыва аппаратов и трубопроводов обстановка на пожаре обостряется еще больше.

Можно встретиться с горением ЛВЖ и ПК следующих видов:

- факельное горение жидкостей, выходящих под давлением в виде струй;

- горение ПК на свободной неподвижной поверхности в резервуарах и других емкостях;

горение движущейся жидкости, в т.ч. стекающей по поверхности технологического аппарата;

одновременное горение ЛВЖ всеми указанными способами.

При авариях на технологических аппаратах, работающих под давлением и сопровождающихся горением вытекающей ЛВЖ, необходимо локализовать горение и немедленно прекратить подачу ЛВЖ в аппарат. Прекращение подачи ЛВЖ выполняет обслуживающий персонал согласно действующей инструкции по аварийной и нормальной остановкам аппаратов.

В первую очередь прекращают подачу сырьевых ЛВЖ в аппарат, сливают остаток жидкости из аппаратов в аварийную емкость и стравливают пары на производственный факел. Чтобы исключить образование взрывоопасной концентрации внутри аппаратов, в них (после остановки) подают водяной пар.

Если огонь охватил несколько аппаратов и ПК растекается по аппаратному двору, используют следующие средства ограничения распространения пожара: стационарные установки тушения и защиты, пену средней кратности для тушения разлившейся жидкости и охлаждения раскаленных конструкций. Струи вводят так, чтобы тушение горящей поверхности осуществлялось одновременно по всей окружности.

Как правило, емкости освобождают от ЛВЖ и ГЖ с помощью насосов. Сбрасывать пожаро - и взрывоопасные продукты в канализационную сеть даже в аварийных случаях не допускается.

Пожары в мерниках, теплообменниках, мешалках и других аппаратах чаще всего начинаются со взрыва пожароопасной смеси с последующим горением вытекающих под давлением паров и жидкостей.

Распространению начавшегося пожара способствуют следующие условия: скопление значительного количества горючих веществ и материалов на производственных и складских площадях; наличие путей, создающих возможность распространения пламени и продуктов горения на смежные установки, в соседние помещения: внезапное появление в процессе пожара факторов, ускоряющих его развитие: запоздалое обнаружение возникшего пожара и сообщение о нем в пожарную часть: отсутствие или неисправность стационарных и первичных средств тушения пожара: неправильные действия людей по тушению пожара.

Одной из частых причин быстрого развития пожара и увеличение его продолжительности является наличие в помещениях и на открытых площадках большого количества горючих веществ и материалов.

Большое количество горючих веществ в аппаратах и емкостях, у рабочих мест и на складах вызывается чаще всего потребностями производства, т. е. его высокой производительностью, особенностями технологического процесса, необходимостью запасов сырья для обеспечения непрерывности работы производства и т. п.

Вместе с тем в проектах и при строительстве нередко имеются случаи необоснованного завышения размеров емкости аппаратов и резервуаров. В процессе эксплуатации часто происходит необоснованное увеличение запасов горючих веществ у рабочих мест и на складах. Перегрузка приводит к тому, что проходы между производственным оборудованием. подступы к средствам пожаротушения, эвакуационные выходы и свободные площадки пола загромождаются горючими материалами.

Нередко в производственных помещениях размещают значительное количество емкостных аппаратов, резервуары с легковоспламеняющимися и горючими жидкостями, напорные баки, промежуточные резервуары, емкости со сжиженными газами, превращая эти помещения в промежуточные склады пожаровзрывоопасных веществ и создавая благоприятные условия для распространения, начавшегося пожара. Еще чаще бывают перегружены материалами складские помещения.

Упаковка веществ, хранящихся на складе, часто бывает выполнена из легкосгораемых материалов (джутовые мешки, бумага, рогожа, полиэтиленовые мешки, картон, древесина и т. п.), способствующих быстрому распространению начавшегося пожара.

Другой причиной быстрого развития пожара является наличие в производственных помещениях, на складах или на открытых площадках различных технологических коммуникаций без противопожарных преград. В этом случае огонь беспрепятственно может распространяться от аппарата к аппарату, от установки к установке, из одного цеха в другой.

Благоприятные условия для быстрого распространения огня на большие площади создаются при авариях аппаратов и трубопроводов, сопровождающихся разливом горючих и легковоспламеняющихся жидкостей, загазованностью помещений, открытых установок и территорий.

Знание условий и причин распространения пожара необходимо для разработки решений, которые бы позволили ограничить (без ущерба для производства) количество горючих веществ и материалов, обращающихся в производстве; создать условия для эвакуации материалов и оборудования; предусмотреть препятствия на путях распространения огня по коммуникациям; обеспечить защиту аппаратов от разрушения при взрывах и т. д.

Таблица 6

основные пути распространения пожара

№ п/п	Основные пути и причины (условия) распространения пожара (аварии) по технологическим коммуникациям и оборудованию	Основные пути и причины (условия) распространения пожара (аварии) по помещению и зданию цеха
1	по трубопроводу с метанолом-ядом	по разлитым ЛВЖ и ГЖ
2	по деталям аппарата за счет масла на нем	через дверные и оконные проемы
3	по вентиляционным системам в аппарате	по полиэтиленовым мешкам с акриламидом
4	по электрической проводке ( изоляции )	загазованность помещения
5	износ технологического оборудования	отсутствие противопожарных преград

Обобщение данных позволяет сделать вывод о том, что распространение пожара возможно приведет к колоссальным убыткам, так как в процессе производства применяются горючие вещества и материалы, а аппаратная схема способствует распространению пожара. Также распространению горения способствует складирование используемых горючих веществ в помещении, где проходит технологический процесс. Следовательно, данное производство является особо пожароопасным с точки зрения распространения пожара.

2.6 Определение категории помещения по взрывопожарной и пожарной опасности

Избыточное давление взрыва ?P для индивидуальных горючих веществ, состоящих из атомов С, Н, О, N, Cl, Br, I, F, определяется по формуле:

?P= ( Pmax-Po )*(m*Z/Vсв*сг,п)*(100/Сст)*(1/Кн),

где Pmax - максимальное давление взрыва стехиометрической газовоздушной и паровоздушной смеси в замкнутом объеме,

Po - начальное давление, кПа,

m- масса горючего газа или ЛВЖ, кг.,

Z - коэффициент участия горючего во взрыве,

Vсв - свободный объем помещения, мі,

сг,п - плотность газа или пара при расчетной температуре, кг./мі,

Сст - стехиометрическая концентрация ГГ или паров ЛВЖ, %,

Кн - коэффициент, учитывающий негерметичность помещения.

Известны следующие величины: Po= 101 кПа, Pmax= 900 кПа ( п.10 НПБ 105-03 ), Z= 0,3 ( табл.2 в НПБ 105-03 ), Кн=3 ( п.10 НПБ 105-03)

1) обоснование расчетного варианта аварии:

разгерметизация аппарата при загрузке метанол-яда.

2) расчет плотности газа:

с= М/(Vo*(1+0,00367*tр)),

где М- молярная масса, кг./кмольЇ№,

Vо- мольный объем, равный 22.413 мі*кмольЇ№,

Tр- расчетная температура, равная 35°С,

с= 32/(22.413*(1+0.00367*35))= 1.3 ( кг./мі ),

3) свободный объем помещения:

Vсв= 0,8*Vп, где Vп- объем помещения, равный 990 мі,

Vсв= 0,8*990= 792 ( мі ),

4) стехиометрическая концентрация:

в= nc + (nн-nx)/4 - no/2,

в= 1+1-0.5=1.5,

Сст= 100/(1+4.84*в),

Сст= 100/(1+4.84*1,5)= 12.1 ( % ),

5) масса, поступивших паров жидкости в помещение:

mпаров=WFuT, где W- интенсивность испарения, кг*сЇ№*мЇІ,

Fu- площадь испарения, мІ,

T- испарения, 3600с,

W= 10Ї⁶*з*vМ * Рн,

где з- коэффициент, зависящий от скорости и температуры воздушного потока, равный 1 по табл.3 НПБ 105-03,

М- молярная масса, равная 25 г./моль,

Рн- давление насыщенного пара,(табл.№2.приложения)

Рн= 0.3 ( кПа),

W= 10Ї⁶*1v32 * 0.3= 1.7*10^-6 ( кг*с^-1*м^-2 ),

Если Fп<Fи, то принимаем за Fи>Fп,

В соответствии с НПБ 105-03 принимаем 1л>1м²,

Fп=l*b=10F*7F, где F=⁴vN, где N- номер варианта,

F=⁴v5= 1.49,

Fп=10*1.49*7*1.49=165 ( м² ),

Fи= Fиа+Fитр, где Fиа- площадь испарения из аппарата,

Fитр- площадь испарения из трубопровода,

F_иа= V_апп.=0.7*F=0.7*1.49= 1.05 ( м² ),

F_итр= L_о*(рD_н²+рD_o²)= 10F*(р25F+р40F)=

= 10*1.49*(3.14*25*1.49+3.14*40*1.49)=4532 ( м² ),

F_и= 1,05+4532= 4533 ( м² ),

F_п<F_и, значит F_и=165 м²,

таким образом:

m_паров= 1.7*10^-6*165*3600= 1 ( кг.),

6) избыточное давление:

?Р= (900-101)*(1*0,3/792*1.3)*(100/12,1)*(1/3)=2.6 ( кПа ),

?Р<5 кПа, а Т_всп?28єС, следовательно можно сделать вывод о том, что данное помещение, для которого проводился расчет, относится к категории Б помещений по взрывопожарной и пожарной опасности.

3. Анализ возможных причин повреждения аппарата

Повреждения аппаратов и трубопроводов являются следствием сложных одновременно протекающих физико-химических процессов. Чаще всего повреждение подготавливается постепенно совместным действием механических и химических причин, которые проявляются при нарушении установленного технологического регламента или отсутствии систематического контроля за действительным состоянием оборудования.

Следовательно, для предупреждения повреждений и аварий большое значение имеет систематический надзор за состоянием аппаратов и регулярное их испытание на прочность и герметичность.