Анализ пожарной опасности процесса производства полипропилена методом низкого давления. Помещение конечных сборников суспензий

Размещено на http://www.allbest.ru/

Анализ пожарной опасности процесса производства полипропилена методом низкого давления. Помещение конечных сборников суспензий

Введение

пожарный безопасность полипропилен

Научно-техническая революция, совершаемая в нашей стране, обусловливает ускоренное развитие всех отраслей промышленности и особенно - промышленности органического синтеза. Это связано с ускоренной разработкой и промышленным внедрением новых технологических процессов, основанных на использовании электроники и других достижений науки и техники. Однако внедрение новой технологии требует дальнейшего улучшения условий и охраны труда, повышения оснащенности предприятий современными средствами техники безопасности. Разработка эффективной противопожарной защиты предполагает знания общей методики анализа пожарной опасности, наличие глубокого понимания сущности технологии и пожароопасных свойств обращающихся в производстве веществ. 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 пожаровзрывозащиты промышленных предприятий.

В 2009 году по сравнению с 2008 годом зарегистрировано снижение количества чрезвычайных ситуаций на 10,3 %.

В 2009 году оперативная обстановка с пожарами в Российской Федерации по сравнению с аналогичным периодом 2008 года характеризовалась следующими основными показателями:

зарегистрировано 187490 пожаров (-7,2%);

погибли 13933 человека (-8,9%), в том числе 596 ребенка (0 %);

получили травмы 13207 человек (+2,5%);

В 2009 году в Российской Федерации ежедневно происходило сотни пожаров, при которых погибали люди и получали травмы. Огнем уничтожалось 166 строений, 27 единиц автотракторной техники и 8 голов скота. Ежедневный материальный ущерб составил 33 млн. рублей.

Подразделениями ГПС на пожарах было спасено 94 тысячи 220 человек и материальных ценностей на сумму более 42,9 млрд. рублей.

Больше всего пожаров в 2009 году в Российской Федерации было зарегистрировано в жилом секторе. Их доля от общего числа пожаров по России составила 71,3%. Наибольший материальный ущерб, от общего количества по стране приходится также на жилой сектор (42,1%) и здания производственного назначения (18,1).

Поэтому есть необходимость исследовать горючую среду и источники воспламенения имеющие присущие им определенные свойства, которые необходимо учитывать при анализе пожарной опасности.

Естественно, что пожары и взрывы могут возникнуть как внутри аппаратов и устройств, так и вне аппаратов, т.е. в помещениях, на открытых этажерках и площадках. Начавшийся пожар принимает большие масштабы и причиняет значительный ущерб, если имеются соответствующие условия для его распространения. Это также следует учитывать при анализе пожарной опасности производств.

Оценка пожаровзрывоопасности производственных объектов необходима для решения вопросов их безопасности и приведения в соответствие с фактическим и требуемым уровнями взрывопожарной безопасности с целью снижения пожаров и приносимого ими ущерба. Для профилактики аварийных ситуаций необходимо прогнозирование, позволяющее выявить места возможных аварий на объекте и разработать мероприятия по снижению негативных последствий.

Тем самым, целью данного курсового проекта является анализ пожарной опасности веществ и материалов, применяемых в технологическом процессе адсорбирования бензола из паровоздушной среды, выполнение категорирования взрывопожароопасности помещения с целью разработки мероприятий по повышению пожарной безопасности технологического процесса.

Исходные данные

Таблица 1. Основные характеристики оборудования

Позиция на рис.2	Наименование аппаратов	Режим работы	Разме	ры
		Р, МПа	t, °С	d или 1, м	h, м
1	Смеситель-разбавитель1	0,12	40	1,0	1,5
2	Мерник 5% триэтил алюминия	0,12	20	0,5	1,0
3	Линия подачи бензина	0,15	20	0,05	-
4	Линия подачи циклогексана	0,15	20	0,05	-
5	Мерник 5%	0,12	20	0,5	1,0
6	Линия свежего этилена	0,30	20	75,0	-
7	Линия подачи этилена в полимеризатор	0,30	15	0,1	-
8	Полимеризатор '	0,25	80	3	6
9	Линия циркуляционного газа	0,30	15	75,0	-
10	Циклонные отделители	0,30	80	1,0	1,5
11	Холодильник-конденсатор1	0,30	15	1,0	3,5
12	Линия отвода избыточного газа
13	Сепаратор	0,30	15	1,0	1,5
14	Насосы циркуляционные	-	-	-	-
15	Линия отвода газа на отчистку	0,11	20	50,0	-
16	Сепаратор	0,11	20	0,7	1,5
17	Линия отвода растворителя	0,10	20	25,0	-
18	Линия подачи суспензии	0,15	70	0,1	-
19	Конечный сборник суспензии2	0,12	70	2,0	2,5
20	Насос суспензионный"	0,20	60	0,003	-
21	Сборник суспензии	0,25	80	2,0	2,5
22	Холодильник-конденсатор	0,15	20	0,75	2,0
23	Линия отвода суспензии	0,25	80	0,1	-
24	Линия подачи катализаторного комплекса	0,30	40	0,05	-
25	Насос подачи катализатора	0,30	40	-	-

Таблица 2 Данные об аппаратах.

Позиция на рис. 2	Исходные данные
8	Полимеризатор пропилена
	Диаметр, м	2
	Высота, м	4,1
	Степень заполнения	0,7
	Давление, МПа	0,37
	Температура, °С	78
	Контролируемые и регулируемые параметры	Рег
	Защита дыхательной линии	ПК
19	Конечный сборник суспензии (бензин Б-70 + полимер)
	Диаметр, м	2,2
	Высота, м	2,7
	Давление, МПа	0,13
	Температура, °С	67
	Диаметр линии, мм	75
	Наличие аварийного слива	нет
20	Насос суспензионный
	Давление, МПа	0,22
	Температура,' С	67
	Диаметр всасывающей линии, мм	75
	Диаметр нагнетательной линии	75
	Вид сальникового уплотнения	ТУ
	Диаметр вала, мм	40
	Производительность насоса, м /мин	0,5
	Помещение сборников
	Длина, м	27
	Ширина, м	12
	Высота, м	8
	Кратность вентиляции, 1/ч	6
	Скорость воздуха, м/с	0,6
	Расстояние до задвижек, м	5
	Привод задвижек	руч
	Средства тушения	нет
	Ограничение растекания, % от площади пола	нет

1. Описание технологического процесса

Производство полипропилена методом низкого давления

Полипропилен получают путем полимеризации пропилена методом низкого давления с использованием в качестве катализатора слабого раствора триэтил-алюминия в бензине и циклогексане. В результате полимеризации получается механическая смесь (суспензия) мелких частичек полимера с растворителем, так как полипропилен в бензине и циклогексане не растворяются. Полученные полимеры в дальнейшем освобождаются от растворителя путем фильтрации, промываются метиловым спиртом и высушиваются. Готовая продукция в виде мелкого порошка насыпается в мешки или предварительно формуется в гранулы, а затем насыпается в мешки. В данной работе рассматривается только процесс полимеризации. Процессы дальнейшей обработки получаемой суспензии не рассматриваются. Поэтому ниже приведена схема (рис. 1) и дано описание технологического регламента, общего для полимеризации полипропилена.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.1. Производство полипропилена методом низкого давления

а - принципиальная технологическая схема



12120

Рис. 1. Производство полиэтилена и полипропилена методом низкого давления: б - план и разрез цеха

Процесс полимеризации

Полимеризация пропилена осуществляется в вертикальном цилиндрическом аппарате. Готовый катализаторный комплекс подают по линии 24 в нижнюю часть полимеризатора, заполняют его и поддерживают все время постоянный уровень жидкости. Газ (пропилен) подают также в нижнюю часть полимеризатора по линии 7. Проходя через раствор катализатора, часть газа полимеризуется. образуя мелкие твердые частички полимера, которые стремятся оседать вниз. Реакция полимеризации сопровождается выделением тепла, избыток которого отводят за счет охлаждения циркулирующего (не вступившего в реакцию) газа. Не вступивший в реакцию газ, нагретый и насыщенный парами растворителя, отводится из верхней части полимеризатора в циркуляционную сеть, состоящую из циклонных отделителей 10, холодильника-конденсатора 11, сепаратора 13 и насосов 14.

В циклонных отделителях 10 от газа отделяются капли растворителей и частички полимера. Растворитель, содержащий полимер, из нижней части отделителей-сепараторов 13 насосами 14 подается снова в полимеризатор. В холодильнике-конденсаторе 11 газ и пары растворителя охлаждаются водой до 40°С. При этом пары растворителей конденсируются. Далее охлажденный газ в смеси с конденсатом проходит циклонный сепаратор 13. освобождается от жидкости и по линии 9 подается на смешение со свежим газом, поступившим в цех по линии б. Смесь свежего и охлаждённого циркулирующего по линии 7 (как было сказано выше) газа подаётся в полимеризатор. Таким образом, температура в полимеризаторе регулируется изменением количества и температуры циркулирующего газа.

Образующийся в полимеризаторе 8 полимер в виде взвеси твердых частиц в растворителе (в соотношении 1:10) отводится из нижней части аппарата по линиям 23 в сборник 21. Здесь происходит выделение из жидкости растворенного в ней газа за счет снижения давления в сборнике. Выделившийся газ для улавливания из него растворителя проходит водяной холодильник 22. Смесь газа и растворителя их холодильника поступает на разделение в сепаратор 16. Газ из сепаратора по линии 15 подается в цех очистки, а жидкая фаза по линии 17 поступает в сборники растворителя. Суспензия, освобожденная от газа, из сборника 21 насосом 20 подается в конечный сборник 19 и из него по линии 18 поступает на дальнейшую обработку. Данные об аппаратах, необходимые для выполнения курсовой работы, приведены в табл. 1.

План размещения оборудования цеха и его разрез показаны на рис. 2 б. Размеры помещений приведены в табл. 2 и 3.

Характеристика оборудования

Поз на рис.	Наименование аппарата (количество)	Место размещения	Тип аппарата	Вещество,агрегатное состояние
1	Смеситель-разбавитель (один)	Помещение	герметичный (абсорбция)	Бензин, циклогексан, триэтилалюминий (жидкость)
2	Мерник 5% триэтил алюминия (два)	Помещение	герметичный (гидродинамический процесс)	Триэтилалюминий (жидкость)
3	Линия подачи бензина
4	Линия подачи циклогексана
5	Мерник 5% (один)	Помещение	Герметичный (гидродинамический процесс)	Бензин (жидкость)
6	Линия свежего этилена
7	Линия подачи этилена в полимеризатор
8	Полимеризатор(два)	Помещение	герметичный (химический процесс)	Катализаторный комплекс (жидкость)
9	Линия циркуляционного газа
10	Циклонные отделители (два)	Помещение	герметичный (гидродинамический процесс)	Полипропилен (суспензия) Растворитель (циклогексан, бензин) жидкость
11	Холодильник-конденсатор (четыре)	Наружная установка	герметичный (тепловой)	(Этилен) газ и пары растворителя (циклогексан, бензин), Вода (жидкость)
12	Линия отвода избыточного газа
13	Сепаратор (один)	Помещение	герметичный (гидродинамический процесс)	(Этилен) газ, растворитель (циклогексан, бензин)жидкость
14	Насосы циркуляционные (два)	Помещение	герметичный (гидродинамический процесс)	растворитель (циклогексан, бензин) жидкость
15	Линия отвода газа на отчистку
16	Сепаратор (один)	Помещение	герметичный (дышащий)	(Этилен) газ, растворитель (циклогексан, бензин) жидкость
17	Линия отвода растворителя
18	Линия подачи суспензии
19	Конечный сборник суспензии (три)	Помещение	герметичный (гидродинамический процесс)	Полипропилен (суспензия)
20	Насос суспензионный" (четыре)	Помещение	герметичный (гидродинамический процесс)	Полипропилен (суспензия)
21	Сборник суспензии (три)	Помещение	герметичный (гидродинамический процесс)	Полипропилен (суспензия)
22	Холодильник-конденсатор (четыре)	Наружная установка	герметичный (тепловой)	(Этилен) газ и пары растворителя (циклогексан, бензин), Вода (жидкость)
23	Линия отвода суспензии
24	Линия подачи катализаторного комплекса
25	Насос подачи катализатора (два)	Помещение	герметичный (гидродинамический процесс)	Бензин, циклогексан, триэтилалюминий (жидкость)

2.Анализ пожарной опасности технологического процесса

2.1 Оценка взрывопожароопасных свойств веществ, обращающихся в производстве

Этилен, этен, С₂Н₄, горючий бесцветный газ. Молярная масса 28,05; плотность по воздуху 0,986; температура кипения -103,7°С; температура самовоспламенения 435°С; концентрационные пределы распространения пламени 2,7-34%(об.) в воздухе; максимальное давление взрыва 830 кПа. Тушащие средства распыленная вода, пена, порошок.

Циклогексан, легковоспламеняющаяся бесцветная жидкость. Молярная масса 84,16; плотность 773 кг/м³. Температура кипения 80,7 °С. Температура вспышки -17°С; температура самовоспламенения 259°С; концентрационные пределы распространения пламени 1,3-7,8%(об.); температурные пределы распространения пламени: нижний -17°С, врхний 20°С; максимальное давление взрыва 858 кПа. Тушащие средства распыленная вода, пена, порошок.

Бензин А-72 зимний, С_6,991Н_13,108, легковоспламеняющаяся бесцветная жидкость. Молярная масса 97,2; температура вспышки -36°С. Нижний концентрационный предел распространения пламени 1,08 %(об.), верхний 5,4%.; Температурные пределы воспламенения: нижний --17°С, верхний +10°С. Тушащие средства распыленная вода, пена, порошок.

Триэтилалюминий -- бесцветная прозрачная легкоподвижная жидкость, уд. вес 0,84 г/см³, температура кипения 194°С. Температура самовоспламенения триэтилалюминия во влажном воздухе --57°С, в сухом --68°С. Нижний концентрационный предел воспламенения триэтилалюминия 0,3% (по объему). Концентрированные растворы катализаторов (от 40% и выше) на воздухе также самовоспламеняются. При попадании воды в 40%-ный раствор катализаторов происходит взрыв с последующим горением. Взрывом сопровождаются также контакты крепких растворов катализаторов с кислотами, спиртами, четыреххлористым углеродом. Попадание воды в слабые растворы вызывают их разогрев. Алюминийорганические катализаторы являются ядовитыми веществами. Даже слабые растворы катализаторов при попадании на кожу вызывают тяжелые ожоги. Тушащие средства распыленная вода, пена, порошок.

Пропилен, С₃Н₆ Физико-химические свойства: Бесцветный газ. Мол. масса 42,08; т. кип. -47,7°С; lgp = 5,94852 - 786,532/(247,243 + t) при т-ре от-107,3 до -47,1°С; плотн. газа по воздуху 1,45; теп л. с гор. -1919 кДж/моль; в воде раствор, незначительно.

Пожароопасные свойства: Горючий газ. Т. самовоспл. 455°С; конц. пределы распр. пл.: в воздухе 2,4-11% об., в кислороде 2,1-53% об.; верхн. конц. предел распр. пл. в гемиоксиде азота 28,8% об. макс. давл. взрыва 648 кПа; миним. энергия зажигания 0,24 мДж; БЭМЗ 0,7 мм; макс. норм, скорость распр. пл. 0,51 м/с. Для предупреждения взрыва при аварийном истечении пропилена и тушения факела в закрытых объемах миним. конц. диоксида углерода 30% об., азота 43% об.; МВСК 11,9% об. при разбавлении газовоздушной смеси азотом, 14,6% об. при разбавлении диоксидом углерода. Средства тушения: Инертные газы.

2.2 Оценка возможности образования горючей среды внутри технологического оборудования

Обязательными условиями для образования взрывоопасных концентраций паров в закрытых аппаратах и емкостях с жидкостью являются:

1) наличие паровоздушного пространства

2) наличие в аппарате горючей жидкости, рабочая температура которой находится в интервале между нижним и верхним температурными пределами распространения пламени с учетом запаса надежности и при условии, что концентрация паров в свободном пространстве аппарата с пожароопасной жидкостью является насыщенной и остается неизменной во время его эксплуатации.

Условие образования взрывоопасной концентраций (ВОК) определяют следующим образом:

t_нвп - 10 ⁰С ? t_раб ? t_впв+15 ⁰С,

гдеt_раб - рабочая температура жидкости в аппарате, ⁰С,

t_нпв, t_впв - соответственно нижний и верхний пределы воспламенения жидкости.

Для проверки условий образования взрывоопасных концентраций в аппаратах составляем таблицу 1.

Таблица 1 Оценка взрывопожароопасности среды внутри аппаратов

Номер аппарата	Наименование аппарата; жидкость	Наличие паровоздушного пространства в аппарате	Рабочая температура в аппарате, є С	Температурные пределы воспламенения для ЛВЖ и концентрационные пределы для ГГ *	Заключение о горючести среды в аппарате
				нижний	верхний
1.	2.	3.	4.	5.	6.	7.
1	Смеситель-разбавитель	есть	40	-20	14	**Среда негорючая, так как TРT впв
2	Мерник 5% триэтилалюминия	есть	20	-20	14	**Среда негорючая, так как TРT впв
3	Линия подачи бензина	нет	20	-17	10	Отсутствует паровоздушное пространство
4	Линия подачи циклогексана	нет	20	-17	20	Отсутствует паровоздушное пространство
5	Мерник 5% четыреххлористого титана	есть	20	-20	14	**Среда негорючая, так как TРT впв
6	Линия подачи свежего этилена	нет	20	2,7	34	Отсутствует паровоздушное пространство
7	Линия подачи этилена в полимеризатор	нет	15	2,7	34	Отсутствует паровоздушное пространство
8	Полимеризатор	есть	80	2,7	34	**Среда негорючая, так как TРT впв
9	Линия циркуляционного газа	нет	15	2,7	34	Отсутствует паровоздушное пространство
10	Циклонные отделители	есть	80	2,7	34	**Среда негорючая, так как рв
11	Холодильник-конденсатор	есть	15	2,7	34	Среда негорючая, так как рв
12	Линия отвода избыточного газа	есть	-	2,7	34	**Среда негорючая, так как рв
13	Сепаратор	есть	15	2,7	34	**Среда негорючая, так как рв
14	Насосы циркуляционные	нет	-	2,7	34	Отсутствует паровоздушное пространство
15	Линия отвода газа на отчистку	нет	20	2,7	34	**Среда негорючая, так как рв
16	Сепаратор	есть	20	2,7	34	**Среда негорючая, так как рв
17	Линия отвода растворителя	нет	20	-20	14	Отсутствует паровоздушное пространство
18	Линия подачи суспензии	нет	70	-20	14	Отсутствует паровоздушное пространство
19	Конечный сборник суспензии	есть	70	-20	14	**Среда негорючая, так как TРT впв
20	Насос суспензионный	нет	60	-20	14	Отсутствует паровоздушное пространство
21	Сборник суспензии	есть	80	-20	14	**Среда негорючая, так как TРT впв
22	Холодильник-конденсатор	есть	20	2,7	34	Среда негорючая, так как рв
23	Линия отвода суспензии	нет	80	-20	14	Отсутствует паровоздушное пространство
24	Линия подачи катализаторного комплекса	нет	40	-20	14	Отсутствует паровоздушное пространство
25	Насос подачи катализатора	нет	40	-20	14	Отсутствует паровоздушное пространство

* Температурные пределы растворителя (смесь циклогексана, бензина, триэтилалюминия, четыреххлористого титана) взяты из описания технологического процесса и составляют: Т_нпв= -20°С, Т_впв =14°С [Алексеев М.В. Пожарная профилактика при производстве пластических масс и химических волокон. - М.: ВИПТШ МВД СССР, 1966.]

** 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.

2.3 Оценка возможности образования горючей среды при выходе веществ наружу из технологического оборудования

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 полимеризатор. 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.

Для ориентировочного определения утечки паров и газов на работающих под давлением герметичных аппаратов можно воспользоваться формулой Н.Н. Репина:

= = 1,71 кг/час

Где G-количество паров и газов, выходящих из аппарата кг/час;

К- коэффициент, учитывающий степень износа производственного оборудования, принимается в пределах от 1 до 2;

С= 0,174 - коэффициент, зависящий от давления паров или газов в аппарате (табл.2.5[Алексеев М.В., Волков О.М., Шатров Н.Ф. Пожарная профилактика технологических процессов производств. - М.: ВИПТШ МВД СССР, 1986.])

V - внутренний (свободный) объем аппарата, м³

(V=[1-E]*S_осн*h=34.9м³);

М- молекулярный вес газов или паров, находящихся под давлением в аппарате (этилен);

- температура паров или газов, находящихся под давлением, °К

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.

2.4 Анализ причин повреждения аппаратов и трубопроводов, разработка необходимых средств защиты

Аппараты и трубопроводы могут повреждаться по следующим причинам:

· от образования повышенного давления;

· от проявления динамических воздействий;

· от образования высоких температурных напряжений в материале стенок или от изменения прочностных свойств материала в результате воздействия высоких и низких температур;

· от коррозии материала стенок или эрозии (механического истирания стенок).

Образование повышенного давления в аппаратах

Повышение давления в полимеризаторе может быть в результате нарушения температурного режима, подачи этилена под большим давлением, попадания влаги, переполнения аппарата жидкостью, неисправности защитных и контрольно-измерительных приборов, образования полимерных пробок в трубопроводах.

Опасным случаем в эксплуатации полимеризатора является переполнение его жидкостью. При этом жидкость попадет в газовые линии, образует в них пробки и увеличит сопротивление прохождению этилена. Давление в системе повысится. Повышение уровня жидкости в полимеризаторе может быть при отсутствии необходимого контроля за подачей растворителя и сливом суспензии, при образовании пробок полимера в трубах, отводящих суспензию.

Избыточное тепло полимеризации отводится из зоны реакции циркулирующим этиленом. Полимеризаторы рассчитаны на скорость полимеризации этилена с выходом не менее 35 кг полимера с 1 м³ аппарата в час. Реакция полимеризации сопровождается выделением большого количества тепла.

Определяем давление в герметичном аппарате с газами или перегретыми парами при повышении температуры по формуле:

где Р_н - начальное давление в аппарате, Па;

Т_н, Т_к - соответственно начальная и конечная температура газа, К;

=0,92 - коэффициент сжимаемости газа(рис.4.7[Алексеев М.В., Волков О.М., Шатров Н.Ф. Пожарная профилактика технологических процессов производств. - М.: ВИПТШ МВД СССР, 1986.]).

Для исключения указанных видов опасности необходимо строго следить за соблюдением температурного режима полимеризации. Для этого полимеризатор имеет в разных точках по высоте термопары с показывающими и записывающими потенциометрами, а самое главное, чтобы все эти приборы были соединены со вторичными приборами-регуляторами, которые при повышении температуры в каком-либо месте полимеризатора автоматически увеличивают подачу воды в холодильник-конденсатор.

В холодильнике-конденсаторе могут происходить явления которые приводят к нарушению нормального процесса конденсации паров. Такие явления могут происходить в результате нарушения нормального процесса охлаждения этилена в холодильнике при уменьшении количества подаваемого рассола или при сильном загрязнении теплообменной поверхности трубок отложениями, при выходе из строя температурного конденсатора, а также при уменьшении количества циркулирующего в системе этилена.

Конечное давление в аппарате определяем из выражения:

Р_к=Р_р + Р= 440000+138,3=360138 Па

где Р_р - рабочее давление в аппарате, Па;

Р - приращение давления в системе, Па.

Приращение давления Р в аппаратах при нарушении нормального процесса конденсации паров определяют по формуле:



где а - степень неполноты конденсации паров, %;

%;

G_п - производительность аппарата по пару, кг/с;

- продолжительность процесса нарушения конденсации паров (принимаем час), с;

Р₀ = 1 10⁵ Па - давление окружающей среды;

V_св - свободный объем системы, м³;

- удельный вес пара, кг/ м³.

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 = 773 кг/м;

d - внутренний диаметр трубы, d = 0,05-0,003 =0.047 м; d

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.

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

Стенки полимеризатора и трубопроводов подвержены коррозии, так как в растворителе и циркулирующем этилену имеется небольшое количество соляной кислоты, образующейся при взаимодействии диэтилалюминийхлорида и четыреххлористого титана с той влагой, которая все же имеется в растворителе и этилене. Для защиты от коррозии стенки полимеризатора покрывают кислотостойким лаком или эпоксидной смолой, а трубопроводы целесообразно применять из нержавеющей стали.

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.

2.5 Анализ возможных причин и условий самопроизвольного возникновения горения и зажигания горючих смесей

Специфичными источниками воспламенения при полимеризации этилена могут быть случаи самовозгорания суспензии, разряды статического электричества, неисправности и несоответствие электропривода к мешалкам смесителей и промежуточных емкостей.

Самовозгорание суспензии может произойти в тех случаях, если мельчайшие частички полимера с находящимся на их поверхности адсорбированным катализатором будут иметь возможность испарять растворитель, т. е. подсыхать в воздушной среде. При испарении растворителя концентрация катализатора в массе будет увеличиваться, так как он обладает меньшей испаряемостью (температура кипения растворителя равна 80°С, а диэтилалюминийхлорида 208°С), и, кроме того, значительная его часть адсорбирована поверхностью частичек полимера. Когда концентрация катализатора по отношению к растворителю будет около 40%, температура самовоспламенения смеси окажется равной 18--20°С, и в этот период произойдет загорание массы. Такие условия могут создаться при небольших утечках, когда частички полимера, проходя через теплоизоляцию, будут отфильтровываться, при остановке аппаратов на чистку, когда имеются отложения полимеров на стенках, а также при авариях и серьезных повреждениях, когда происходит выброс суспензии и ее распыление в воздухе.

Рассмотрим подшипники перегруженного вала смесителя-разбавителя при отсутствии охлаждения.

Температуру подшипника при работе с перегрузкой и недостаточном охлаждении определяют по формуле:

где Т_п - максимальная температура подшипника, К;

Т_В - температура окружающей среды (принимаем равной температуре смесителя-разбавителя), К;

Q_тр - мощность сил трения при работе подшипника, Вт;

- коэффициент теплообмена между поверхностью подшипника и средой, Вт/(м²К);

F - поверхность корпуса подшипника, м².

Величину Q_тр определяем по формуле:



где f - коэффициент трения

N - радиальная сила, действующая на подшипник, Н;

d - диаметр шейки вала, м;

n - число оборотов вала, об/мин;

В данный смеситель-разбавитель поступает 20% раствор триэтилалюминия с температурой самовоспламенения около 70°С, следовательно при попадании растворителя на корпус подшипника произойдет его самовоспламенение.

Чтобы избежать перегрева подшипников, осуществляют следующие мероприятия. Во всех случаях целесообразно вместо нагревающихся сверх нормы подшипников скольжения применять подшипники качения. Большое внимание должно уделяться систематической смазке подшипников. Хорошо смазывать подшипники это не значит подавать больше масла. Нормальная смазка предполагает использование того сорта масла и в том количестве, которое установлено правилами эксплуатации для данного подшипника, при строгом соблюдении сроков смазки. Для контроля за температурой подшипников можно покрывать их поверхность термочувствительными красками, изменяющими свой цвет при нагревании.

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.

2.6 Определение возможных причин и условий 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.

Вывод: в данной главе произведена оценка пожарной опасности процесса производства полиэтилена методом низкого давления, пожарной опасности эксплуатации возможных выходов горючих веществ наружу без повреждения их конструкции, проведён анализ повреждения аппаратов и трубопроводов, а также разработаны средства защиты.

3. Инженерные расчеты

Определение категории помещения (или наружной технологической установки) по пожарной и взрывопожарной опасности

Определение категории помещения по взрывопожарной и пожарной опасности в соответствии с НПБ 105-03 [4] осуществим путем последовательной проверки принадлежности помещения к категориям, приведенным в табл. 1 [4] - от высшей (А) к низшей (Д).

В помещении в технологическом процессе применяются раствор бензина и циклогексана. По температуре вспышки циклогексана (-17°С) определяем категорию производства - А.

Теперь необходимо определить избыточное давление взрыва Р для циклогексана, по формуле:

гдеР_max -- максимальное давление взрыва стехиометрической паровоздушной смеси в замкнутом объеме, равное 900 кПа НПБ 105-03;

Р₀ -- начальное давление, кПа принимаем равным 101 кПа;

т -- масса паров циклогексана, вышедших в результате расчетной аварии в помещение, кг;

Z -- коэффициент участия горючего во взрыве, равный 0,3 (табл. 2 НПБ 105-03);

V_св -- свободный объем помещения, м³;

_п -- плотность пара при расчетной температуре t_p = 30°С,

С_ст -- стехиометрическая концентрация паров циклогексана, % (об.);

К_н -- коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения, который принимаем равным 3.

Массу паров циклогексана, вышедших в результате расчетной аварии в помещение определим по формуле:

,

где -- интенсивность испарения, ;

-- площадь испарения, равная площади помещения 232 м²;

Т -- время испарения, принимаемое 120 с., так как привод задвижек автоматический.

Интенсивность испарения определим по формуле:

,

где -- коэффициент, принимаемый по таблице 3 НПБ 105-03, равный 3,6;

М -- молярная масса циклогексана, равная 84,16 ;

-- давление насыщенного пара, кПа.

Давление насыщенного пара циклогексана определим по таблице 2 приложения [10] методом приближений при температуре Т = 273+30 = 303К.

при Т = 298,6 К

при Т = 315,1 К

Следовательно, при Т = 303 К (30°С):

Тогда:

Отсюда

Определим свободный объём помещения:

Плотность пара вычисляем по формуле:

где v₀ -- мольный объем, равный 22,4 .

Стехиометрическую концентрацию паров циклогексана, вычисляем по формуле:

(3)

где -- стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания, равный 9.

Тогда избыточное давление взрыва будет

Таким образом > 5кПа, значит помещение сборников по взрывопожарной опасности будет относиться к категории А.

Размещено на Allbest.ru