close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

243. Процессы и аппараты защиты окружающей среды

код для вставкиСкачать
1148
Процессы и аппараты защиты окружающей среды
Методические указания по выполнению курсовой работы
магистрантами направления 20.04.01 «Техносферная безопасность»,
по программе «Пожарная безопасность»
Воронеж 2015
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Воронежский государственный архитектурно-строительный университет»
Кафедра пожарной и промышленной безопасности
Процессы и аппараты защиты окружающей среды
Методические указания по выполнению курсовой работы
магистрантами направления 20.04.01 «Техносферная безопасность»,
по программе «Пожарная безопасность»
Воронеж 2015
УДК 614.8(07)
ББК 38.96я73
Составители
Е.А. Сушко, И.И. Переславцева, И.А. Иванова
Процессы и аппараты защиты окружающей среды: метод. указания
по выполнению курсовой работы магистрантами направлении 20.04.01
«Техносферная безопасность», по программе «Пожарная безопасность» /
Воронежский ГАСУ ; сост.: Е.А. Сушко, И.И. Переславцева, И.А. Иванова. –
Воронеж, 2015. – 56 с.
Содержит рекомендации к выполнению курсовой работы, включая
краткие теоретические сведения, задания по вариантам.
Предназначены для магистрантов направления 20.04.01 «Техносферная
безопасность», по программе «Пожарная безопасность».
Табл. 3. Библиогр.: 9 назв.
УДК 614.8(07)
ББК 38.96я73
Используется по решению учебно-методического совета
Воронежского ГАСУ
Рецензент: А.И. Колосов, к.т.н., доц. кафедры
теплогазоснабжения и нефтегазового дела
ОГЛАВЛЕНИЕ
1.
1.1.
2.
2.1.
2.2.
2.3.
2.4.
2.5.
2.6.
2.7.
2.8.
2.9.
2.10.
Введение…………………………………………………………
Методические указания по выполнению курсовой работы
Общие положения………………………………………………
Методические рекомендации………………………………….
Описание технологического процесса………………………
Анализ пожаровзрывоопасных свойств веществ и
материалов, обращающихся в производстве……………….
Оценка пожаровзрывоопасности среды внутри аппаратов
при их нормальной работе……………………………………
Пожаровзрывоопасность аппаратов, при эксплуатации
которых возможен выход горючих веществ наружу при
нормальной работе…………………………………………….
Анализ возможных причин повреждений технологических
аппаратов………………………………………………………..
Анализ
характерных
технологических
источников
зажигания……………………………………………………….
Возможные пути распространения пожара…………………
Определение категории производственного объекта по
Взрывопожароопасности………………………………………
Пожарно-техническая экспертиза технологической схемы.
Предложения инженерных решений по обеспечению
пожаровзрывобезопасности технологического процесса.
Вопросы экологии………………………………………………
Разработка пожарно-технической карты…………………….
Приложение I……………………………………………………
Приложение II………………………………………………….
Библиографический список……………………………………
5
6
6
7
7
7
8
9
9
11
12
13
14
15
17
18
56
ВВЕДЕНИЕ
В соответствии с учебным планом и программой студенты должны
выполнить курсовую работу по дисциплине «Пожарная безопасность
технологических процессов».
Цель курса «Пожарная безопасность технологических процессов»научить студентов на инженерном уровне оценивать пожарную опасность
современного технологического оборудования, определять при помощи расчетных
методов категории помещений и зданий по взрывоопасной и пожарной опасности,
категории наружных установок по пожарной опасности, количественно оценивать
категории взрывоопасности технологических блоков, а также разрабатывать меры
профилактики пожаров.
Целью курсовой работы является закрепление знаний по технологии
основных процессов производств, приобретение навыков анализа их пожарной
опасности и разработки необходимых технических решений противопожарной
защиты, а также закрепление навыков по обоснованию категории
взрывопожаропасности производства.
Содержание курсовой работы должно полностью соответствовать
заданию, которое для студентов очного обучения выдается преподавателем.
В настоящем методическом пособии даны рекомендации и советы по
выполнению курсовой работы.
1.МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ
КУРСОВОЙ РАБОТЫ
1.1.ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Выполнение курсовой работы по дисциплине «Пожарная безопасность
технологических процессов» является одним из важных этапов в освоении курса.
При работе над курсовой работой студенты должны применять теоретические
знания к решению конкретных задач по обеспечению пожаровзрывобезопасности
заданного технологического процесса. Это позволяет закрепить полученные
знания, а также прививает навыки самостоятельной работы с нормативно технической, справочной и учебно-методической литературой.
При работе над курсовой работой студент должен изучить
технологический процесс, режимы работы технологического оборудования,
исследовать пожарную опасность технологических аппаратов.
Используя современную нормативную и научно-техническую литературу,
студент должен провести пожарно-техническую экспертизу технологического
процесса, определить категорию помещения (здания) по взрывопожарной и
пожарной опасности, категорию наружной установки по пожарной опасности,
категорию взрывоопасности технологического блока, а также разработать или
предложить меры по обеспечению пожаровзрывобезопасности технологического
оборудования.
Курсовая работа выполняется каждым студентом самостоятельно в
соответствии с индивидуальным заданием в сроки, определенные учебным
планом.
При выполнении курсовой работы студент может использовать учебнометодическую, нормативную и научно-техническую литературу, указанную в
рабочей программе дисциплины «Пожарная безопасность технологических
процессов», а также другую научно-техническую и справочную литературу.
Курсовая работа должна иметь расчетно-пояснительную записку и
графическую часть.
Графическая часть представляет собой пожарно-техническую карту
технологического процесса и выполняется на листе формата А1. Более подробно
содержание пожарно-технической карты рассмотрено ниже в методических
рекомендациях.
Объем пояснительной записки должен составлять 20-30 страниц
рукописного текста или 15-20 страниц печатного текста. Печатный текст
выполняется через полтора интервала. Пояснительная записка должна быть
подготовлена на листах формата А4 текстом черного или синего цвета и
соответствовать требованиям ЕСКД.
Инженерные расчеты необходимо сопровождать расшифровкой формул
(пояснением величин, входящих в формулу, их размерностей в системе СИ).
Расчетные формулы, справочные данные, используемые при решении
задач, приводятся с ссылкой на литературные источники. Содержание записки
должно отражать следующие вопросы:
Введение
1. Описание технологического процесса.
2. Анализ пожаровзрывоопасных свойств веществ и материалов,
обращающихся в производстве.
3. Оценка пожаровзрывоопасности среды внутри аппаратов при их
нормальной работе.
4. Пожаровзрывоопасность аппаратов, при эксплуатации которых
возможен выход горючих веществ наружу при нормальной работе.
5. Анализ возможных причин повреждений технологических аппаратов.
6. Анализ характерных технологических источников зажигания.
7. Возможные пути распространения пожара.
8. Определение
категории
производственного
объекта
по
взрывопожароопасности.
9. Пожарно-техническая экспертиза технологической схемы. Разработка
инженерных
решений
по
обеспечению
пожаровзрывобезопасности
технологического процесса. Вопросы экологии.
Выводы.
Литература.
Титульный лист выполняется в соответствии с приложением 1.
2. МЕТОДИЧЕКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
Анализ пожарной опасности технологического процесса необходимо
производить по методике М.В.Алексеева. Основные вопросы, подлежащие
отработке в курсовом проекте, и рекомендации изложены в данном разделе.
Методика М.В.Алексеева дана в приложении 2.
2.1. Описание технологического процесса
В данной главе необходимо дать краткое описание технологического
процесса. Разобраться в материальных потоках, изучить последовательность
технологических операций, принципиальную технологическую схему и уяснить
процессы, протекающие в технологических аппаратах. Понять их физикохимическую сущность. Изучить параметры (давление, температуру, скорости,
расходы), при которых осуществляются процессы в технологических аппаратах.
Дать характеристику аппаратов.
2.2. Анализ пожаровзрывоопасных свойств веществ и материалов,
обращающихся в производстве
Пользуясь ГОСТ 12.1.044-89, справочными пособиями, следует
установить пожаровзрывоопасные свойства веществ:
- для жидкостей – химический состав, температуру кипения, плотность
жидкости и ее паров, температуру вспышки, температурные и концентрационные
пределы распространения пламени, температуру самовоспламенения, склонность к
самовозгоранию, способность к электризации, теплоту сгорания, токсичность,
тушащие средства;
- для газов – химический состав, плотность, концентрационные пределы
распространения пламени, температуру самовоспламенения, теплоту сгорания,
токсичность, тушащие средства;
- для твердых веществ – химический состав, температуру
самовоспламенения, склонность к самовозгоранию, теплоту сгорания, скорость
горения, токсичность продуктов термического разложения и горения, огнетушащие
средства (для пыли указать величину нижнего концентрационного предела
распространения пламени).
При описании пожароопасных свойств веществ нельзя ограничиваться
только перечислением цифровых данных. Следует комментировать эти цифры, а в
конце сделать краткий вывод, указав характерные особенности обращающихся в
производстве веществ, определить наиболее пожароопасные вещества.
2.3. Оценка пожаровзрывоопасности среды внутри аппаратов при их
нормальной работе
В технологической схеме могут быть использованы аппараты с горючими
жидкостями, причем уровень жидкости может изменяться при наполнении или
расходе продукта. Могут так же использоваться продукты, полностью заполненные
жидкостью, (например насосы, трубопроводы), аппараты с горючими газами и
аппараты, внутри которых находится 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) или в пределах воспламенения (взрыва), или выше верхнего
предела распространения пламени (воспламенения). Чтобы установить, какая
концентрация паров будет в паровоздушном объеме аппарата при рабочей
температуре, необходимо рассчитать данную концентрацию и оценить условие
пожаровзрывобезопасности согласно ГОСТ 12.1.044-89. Результаты оценки
пожарной опасности целесообразно оформить в виде таблицы.
Следует также показать, как будет изменяться концентрация паров внутри
аппарата при понижении уровня жидкости (в период ее расхода), когда в аппарат
начнет поступать свежий воздух через дыхательную трубу и разбавлять
паровоздушную смесь. Если в какие-либо периоды в аппарате образуется
концентрация, выше верхнего концентрационного предела распространения
пламени, то необходимо определить время существования взрывоопасной
концентрации.
Если
по
условиям
обеспечения
пожаровзрывобезопасности
технологического процесса необходимо осуществить защиту аппаратов инертным
газом, требуется определить требуемое время продувки каждого из аппаратов
инертным газом по известной методике.
Если в аппаратах находится горючий газ в смеси с воздухом или
кислородом, необходимо производить оценку условия пожаровзрывобезопасности
в соответствии с ГОСТ 12.1.044-89.
Если аппараты или трубопроводы полностью заполнены жидкостью, и в
них нет паровоздушного объема то, следовательно, в аппаратах не могут
образоваться взрывоопасные концентрации (кроме периодов пуска и остановки).
Почти всегда аппараты заполнены газами без наличия воздуха, рабочая
концентрация газа в аппарате будет равна 100%. Следовательно, она практически
всегда выше верхнего концентрационного предела распространения пламени, т.е.
опасность взрыва (взрывоопасная концентрация) отсутствует. Однако она может
возникать в периоды остановки и пуска. В этом случае также необходимо
произвести расчет времени продувки аппарата инертным газом в период пуска и
остановки.
Если аппараты заполнены жидкостью и горючим газом, опасность среды
надо оценивать так же, как для аппаратов с наличием газов
Если в технологических аппаратах образуется взрывоопасная
концентрация, то необходимо предложить меры профилактики, обеспечивающие
выполнение условия пожаровзрывобезопасности.
2.4. Пожаровзрывоопасность аппаратов, при эксплуатации которых
возможен выход горючих веществ наружу при нормальной работе
К аппаратам, при эксплуатации которых возможен выход горючих
веществ наружу при нормальной работе относятся аппараты с переменным
уровнем жидкости («дышащие»), аппараты с открытой поверхностью испарения;
аппараты, периодически действующие.
Следует определить, имеются ли такие аппараты в технологической
схеме.
Аппараты с переменным уровнем жидкости. Здесь, прежде всего, нужно
указать, является ли пожаровзрывоопасным выброс паровоздушной смеси через
дыхательную трубу. Если он опасен, следует определить, какое количество паров
будет выходить наружу за один цикл «большого дыхания» или «малого дыхания» и
какой размер зоны взрывоопасной смеси с воздухом может при этом образоваться.
Затем следует сделать общий вывод (с учетом пожаровзрывоопасности
сооружений, экономики и опасности выброса паров для окружающей среды),
выяснить меры, принятые для снижения указанной опасности, и, если их
недостаточно, рекомендовать дополнительные.
Для аппаратов с открытой поверхностью испарения производится расчет
высоты взрывоопасной зоны над поверхностью испарения. Необходимо
предложить решения по исключению образования взрывоопасных зон при
эксплуатации данных технологических аппаратов.
2.5. Анализ возможных причин повреждений
технологических аппаратов
Аппараты и трубопроводы могут повреждаться при образовании
повышенного давления; 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 студент должен
применить к конкретным аппаратам своего варианта курсовой работы, причем
можно идти двумя путями: либо все вышеназванные причины повреждений
аппаратов рассматривать для каждого аппарата своего варианта задания, либо
каждую причину повреждений рассматривать для всех аппаратов, а затем
переходить к следующей причине. При этом необходимо количественно оценивать
возможность повреждения оборудования при помощи расчетных методик.
Независимо от избранного варианта анализа необходимо предлагать,
соответствующие меры зашиты от выявленных повреждений. В качестве примера
рассмотрим схему, когда названные причины повреждений рассматриваются
применительно ко всем аппаратам варианта курсовой работы.
Образование повышенного давления в аппаратах. При исследовании
возможности образования повышенного давления в аппаратах следует:
- установить, есть ли причины, приводящие к нарушению материального
баланса (увеличение производительности насоса, неисправность редуктора,
увеличение интенсивности закачки, образование пробок в расходной линии,
увеличение сопротивления дыхательной линии, уменьшение расхода продукта
потребителем при неизменном его поступлении, перекрытие расходных линий
задвижками, переполнение емкостей при отсутствии переливных линий или
автоматики и т.п.). Если какие-либо из этих причин могут иметь место, их надо
указать в работе и пояснить, почему именно эти причины характерны для данного
случая;
- установить, могут ли быть явления, вызывающие повышение
температурного режима работы аппарата (повышение температуры поступающего
в аппарат вещества, повышение температуры подогрева аппарата, ухудшение
процесса охлаждения аппарата, увеличение скорости экзотермических реакций и
т.п.). Если какие-либо из этих явлений реально могут иметь место, их следует
указать. При этом можно показать расчетом, на сколько может повыситься
давление в аппаратах с жидкостями или газами при повышении температуры на
определенную величину;
- установить, может ли быть явление, приводящее к нарушению
нормального процесса конденсации паров (уменьшение или прекращение подачи
охлаждающей среды, загрязнение теплообменной поверхности). Если это явление
может иметь место, пояснить его и определить величину приращения давления;
- установить, могут ли быть причины, приводящие к попаданию в
высоконагретые аппараты легкокипящих жидкостей. Если это возможно,
объяснить и подтвердить расчетом, к каким последствиям это может привести.
При возможности образования повышенного давления в аппарате
проверить, защищен ли он предохранительным клапаном. Если клапана нет,
необходимо предложить оборудовать аппарат предохранительным клапаном и
расчетом определить площадь его сечения.
Образование динамических воздействий в аппаратах. При исследовании
возможности образования динамических воздействий в аппаратах необходимо
выяснить возможность возникновения гидравлических ударов и указать причины
их возникновения. Если гидравлические удары специфичны, следует определить
приращение давления в системе в случае образования гидроударов.
Образование температурных напряжений или уменьшение прочностных
свойств материала стенок аппаратов. При исследовании возможности образования
температурных напряжений или уменьшения прочностных свойств материала
стенок аппаратов следует установить:
- есть ли в аппаратах жестко соединенные конструкции (например,
кожухотрубчатые теплообменники, жестко закрепленные трубопроводы и т.д.).
Если указанные варианты оборудования имеют место, то необходимо
количественно оценить возможность повреждения аппаратов и предложить
решения по исключению повреждения оборудования:
- могут ли на материал стенок аппаратов (в данном случае) действовать
высокие температуры (например, температура пламени печей). Если такая угроза
имеется, определить расчетом температуру стенки аппарата в месте возможного
прогара);
- представляет ли опасность действие низких температур на аппараты,
размещенные на открытых площадках. Если аппараты выполнены из стати и не
имеют теплоизоляции, предложить соответствующую защиту.
При исследовании причин, приводящих к химическому износу материла
(коррозии), следует установить:
- обладает ли коррозионными свойствами продукт, находящийся в
аппарате;
- имеет ли продукт коррозионные примеси: сернистые соединения,
хлористые соли, кислоты и др;
- может ли продукт, взаимодействуя с водой, разлагать с образованием
слабых кислот.
По всем выявленным характерным причинам повреждений следует
проверить наличие средств защиты и при необходимости предложить
дополнительные.
2.6. Анализ характерных технологических источников зажигания
При выяснении возможности появления характерных технологических
источников зажигания следует:
установить, есть ли на данном производстве аппараты, работа которых
связана с использованием открытого огня, например, трубчатые печи, огневые
реакторы и т.п. Рассмотреть, как они расположены по отношению к соседним
аппаратам, предусмотрены ли меры, исключающие контакт горючих веществ с
факелом пламени при авариях на установке. Если отсутствует защита, предложить
ее;
установить, имеются ли нагретые поверхности аппаратов, т.е.
поверхности,
температура
которых
превышает
80%
температуры
самовоспламенения веществ, обращающихся в производстве;
выявить, может ли иметь место опасное тепловое проявление
химических реакций;
наличие в аппаратах веществ, нагретых до температуры, превышающей
температуру их самовоспламенения: наличие веществ или отложений на стенках,
способных самовозгораться при соприкосновении с воздухом, а также способных
воспламениться при взаимоконтакте с воздухом или при соприкосновении с водой;
указать, какие мероприятия следует осуществить, чтобы исключить подобные
источники зажигания;
выявить возможность образования источников зажигания от теплового
проявления механической энергии:
при наличии насосов: перегревы подшипников;
при наличии компрессоров: не только перегрев подшипников, но и
перегрев газа от теплоты адиабатического сжатия;
при наличии конвейеров, аппаратов с мешалками, при использовании
скребковых инструментов для очистки поверхности, при открывании люков
(световых и замерных) на аппаратах, искры от механических ударов и т.п.;
установить возможность появления источников зажигания от
теплового проявления электрической энергии: при наличии перемещения
диэлектриков – разряды статического электричества; при наличии массивных и
высоких аппаратов на открытых площадках (резервуары, колонны и т.п.) – разряды
атмосферного электричества.
2.7. Возможные пути распространения пожара
При подготовке данной главы следует указать, какие масштабы может
принять возникший пожар, как быстро он может распространиться, какую
опасность представит для аппаратов, зданий и сооружений, каковы могут быть
последствия. После такой общей характеристики следует:
1. установить, какое количество горючих веществ может находиться в
установке или в производственном помещении, какая удельная загрузка, а,
следовательно, возможная длительность и примерная температура пожара.
Выяснить, есть ли возможность уменьшения количества горючих веществ при
аварии и пожаре, установить наличие аварийных сливов и аварийного
стравливания горючих газов и т.п.;
2. установить, возможно, ли растекание горючих жидкостей (в случае
аварии или пожаре) по территории или помещению. Какие меры предусмотрены
для ограничения свободного растекания жидкостей;
3. установить, возможно, ли образование на данной производственной
территории газового облака (при аварии аппаратов), каковы пути его
распространения, какие меры необходимо принять для снижения этой опасности;
4. выявить, имеются ли на данном предприятии такие коммуникации, по
которым может распространяться огонь при пожаре; дыхательные линии; линии
паровоздушных смесей; линии с горючими жидкостями, работающие неполным
сечением или периодического действия: воздуховоды вентиляции с наличием
горючих отложений на внутренней поверхности и т.п. При отсутствии
соответствующей защиты по указанным выше направлениям, предложить ее. Затем
следует произвести расчет критического диаметра огнепреградителя для защиты
дыхательной или другой линии, которая требует защиты;
5. установить, в каких помещениях, и для каких аппаратов следует
устраивать стационарные системы пожаротушения. Проверить имеются ли они на
данном производстве. При необходимости защиты аппаратов или помещений
стационарными системами пожаротушения предложить их.
2.8. Определение категории производственного объекта
по взрывопожароопасности
Определение
категории
производственного
объекта
по
взрывопожароопасности следует производить исходя из особенностей
технологического процесса и условий эксплуатации технологического
оборудования.
Если
технологические
аппараты
размещены
на
открытой
производственной площадке, то необходимо определить категорию наружной
установки по пожарной опасности согласно НПБ 105-03. Данные нормы
устанавливают методику определения категорий наружных установок
производственного и складского назначения по пожарной опасности. По пожарной
опасности наружные установки подразделяются на категории: Ан, Бн, Вн, Гн, Дн.
Категории пожарной опасности наружных установок определяется исходя
из вида находящихся в наружных установках горючих веществ и материалов, их
количества и пожароопасных свойств, особенностей технологического процесса.
Определение категорий наружных установок следует осуществлять путем
последовательной проверки их принадлежности к категориям, приведенным в
таблице 1 – от высшей (Ан) к низшей (Дн). Категорирование наружных установок
следует производить путем расчета индивидуального риска или расчетом
избыточного давления взрыва газо- паро- или пылевоздушных смесей, либо
определением интенсивности теплового излучения на расстоянии 30 м от наружной
установки. При определении категории прогнозируют полное разрушение
установки, а также учитывают утечку веществ из трубопроводов по прямому и
обратному потоку в течение времени, необходимого для отключения трубопровода.
В случае размещения технологического оборудования в помещении
необходимо определить категорию производственного помещения по
взрывопожарной и пожарной опасности по НПБ 105-03. Определение категории
следует производить путем последовательной проверки принадлежности
помещений к категориям, приведенным в таблице 1 НПБ 105-03 – от высшей (А) к
низшей (Д). В качестве расчетного критерия взрывопожарной опасности следует
выбирать наиболее неблагоприятный вариант аварии, исходя из проведенного
анализа пожарной опасности технологического процесса, в соответствии с
заданием на курсовой проект.
Количество поступивших в помещение веществ определяется, исходя из
следующих предпосылок:
а) происходит расчетная авария аппарата, содержащего наибольшее
количество самого пожаровзрывоопасного вещества;
б) все содержимое аппарата поступает в помещение;
в) происходит одновременно утечка веществ из трубопроводов, питающих
аппарат в течение расчетного времени.
Расчетное время определяется из НПБ 105-03, исходя из того, что при
наличии автоматической системы отключения оно не обеспечено резервированием
ее элементов, а при отсутствии автоматической системы отключения
трубопроводов производится ручным способом.
Критерием уценки взрывопожарной и пожарной опасности помещений
является избыточное давление взрыва, которое определяется для индивидуальных
веществ, а также для смесей по НПБ 105-03.
Работу аварийной вентиляции следует учитывать, если она обеспечена
резервными вентиляторами, автоматическим пуском при превышении предельно
допустимой взрывобезопасной концентрации и электроснабжением по первой
категории надежности (ПУЭ), при условии расположения устройств для удаления
воздуха в непосредственной близости от места возможной аварии.
Если рассматриваемый производственный объект относится к
нефтехимической или химической промышленности, то необходимо определить
категорию взрывоопасности технологических блоков (стадий) согласно «Общим
правилам взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических,
нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств» (ПБ-09-540-03).
Различают 3 категории взрывоопасности: I, II, III. Величина категории
взрывоопасности зависит от агрегатного состояния обращающихся веществ, их
количества и от рабочих параметров технологического процесса.
2.9. Пожарно-техническая экспертиза технологической схемы.
Разработка или предложения инженерных решений по обеспечению
пожаровзрывобезопасности технологического процесса.
Для определения соответствия рассматриваемого технологического
процесса требованиям пожарной безопасности необходимо провести пожарно техническую экспертизу проекта или технологической схемы. Для проведения
экспертизы также необходимо использовать технологический регламент или
технологические инструкции. Экспертизу следует производить с использованием
современных нормативных документов, в том числе имеющих ведомственный
характер. Результаты пожарно-технической экспертизы необходимо свести в
таблицу, форма которой представлена ниже.
Таблица 1
№ п/п
Принято по проекту
(технологической
схемы)
Требуется
по
нормам
Ссылка на пункты
Вывод о
норм
соответствии
В данной таблице необходимо отражать как недостатки, так и решения
соответствующие нормативным требованиям. Анализируемые решения
целесообразно группировать по направлениям, например, тепловые процессы,
массообменные процессы, процессы транспортировки и т.д.
По результатам пожарно-технической экспертизы необходимо сделать
выводы и разработать инженерные решения, направленные на приведение в
соответствие требованиям пожарной безопасности проектных решений. При этом
не следует дублировать материал, изложенный в предыдущих главах. Для
разработки инженерных решений необходимо использовать современные методики
расчета, справочные данные и результаты научных исследований.
В данной главе также необходимо отразить экологические аспекты
опасности рассматриваемого технологического процесса. Используя справочные
данные и рабочие характеристики технологических аппаратов, необходимо
проанализировать негативное влияние технологического процесса на окружающую
среду. При необходимости также разработать решения по снижению
экологической опасности производства.
2.10. Разработка пожарно-технической карты
После
анализа
пожарной
опасности,
разработки
пожарнопрофилактических мероприятий, определения категории производственного
объекта по взрывопожароопасности, пожарно-технической экспертизы проекта
(технологической схемы) следует разработать пожарно-техническую карту,
которая выполняется в виде чертежа в соответствии с требованиями ЕСКД на
стандартном листе чертежной бумаги (формат А1). Пожарно-техническая карта
включает принципиальную технологическую схему производства, схему
размещения оборудования и материалов, факторы пожарной опасности и
мероприятия по противопожарной защите. Составные части карты целесообразно
разместить следующим образом: принципиальная технологическая схема, схема
размещения оборудования и материалов, а при необходимости и разрез здания - на
площади 2/3 основного формата. На оставшейся 1/3 части формата целесообразно
дать характеристику пожарной опасности и меры противопожарной защиты (с
полями связки), спецификацию и штамп.
При разработке принципиальной технологической схемы следует
руководствоваться рекомендациями:
показать одну технологическую линию, если их несколько
однотипных;
исключить системы обвязки оборудования трубопроводами
теплоснабжения;
исключить системы КИП и автоматики; исключить резервное
оборудование.
На плане размещения оборудования следует указать: основные размеры
помещения, расстояние между аппаратами и до стенок технологического
оборудования, наиболее вероятное место аварии взрыва пожара.
Факторы пожарной опасности процесса отражают:
пожароопасные свойства веществ;
возможность возникновения пожара (место, причины);
возможные пути распространения пожара:
опасность для жизни людей;
опасность для материальных ценностей;
характеристики общей опасности (категории);
наиболее опасные участки.
Таблицу мероприятий по противопожарной защите целесообразно
совмещать с таблицей факторов пожарной опасности. Т.е., указав фактор,
пожарной опасности справа, в другой таблице, соответственно, указывается
мероприятие по противопожарной защите. При анализе пожарной опасности
необходимо использовать условные обозначения, например, проанализировав
источники зажигания, необходимо на принципиальной технологической схеме
показать аппараты, в которых возможно возникновение характерных источников
зажигания.
Приложение 1.
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего
образования
«Воронежский государственный архитектурно-строительный университет»
Кафедра пожарной и промышленной безопасности
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
К КУРСОВОЙ РАБОТЕ
на тему _________________________________________________________
________________________________________________________________
Руководитель работы_________________
Разработал студент гр.________________
Воронеж 2015
Приложение 2
Методическое руководство по выполнению курсовой работы
Введение
В соответствии с учебным планом и программой студенты должны
выполнить курсовую работу по дисциплине «Пожарная безопасность
технологических процессов».
Целью курсовой работы является закрепление знаний по технологии
основных процессов производств, приобретение навыков анализа их пожарной
опасности и разработки необходимых технических решений противопожарной
защиты, а также закрепление навыков по обоснованию категории
взрывопожаропасности производства.
Содержание курсовой работы должно полностью соответствовать
заданию, которое для студентов очного обучения выдается преподавателем.
В настоящем методическом пособии даны рекомендации и советы по
выполнению курсовой работы.
I. Выбор варианта курсовой работы
Для каждого производства в задании на курсовую работу необходимо
иметь описание сущности технологического процесса, другими словами, иметь
технологический регламент. В технологическом регламенте должна быть
приведена принципиальная технологическая схема, а также расположение
аппаратов на площадке в плане и разрезе.
Чтобы работа имела оптимальный объем, задание предусматривает анализ
пожарной опасности не для всех технологических аппаратов технологической
схемы, только трех из них.
Наименование этих аппаратов, параметры их работы и основные размеры
определяет преподаватель.
Помещения или наружную установку, для которых необходимо
определить категорию производства, также определяет преподаватель.
После того, как выбор технологического процесса определен, необходимо
подобрать соответствующую литературу и приступить к изучению
технологического регламента установки или блока своего технологического
процесса. Сделать список с наименованием всех технологических аппаратов,
входящих в данный технологический процесс.
Для того чтобы понять сущность технологии, необходимо изучить
соответствующую данному процессу литературу.
II. Анализ пожарной опасности технологического процесса и
требуемые меры противопожарной защиты
Анализ пожарной опасности технологического процесса производства
производится по методике, изученной в теоретическом курсе.
Согласно
этой
методике
следует
проводить
следующую
последовательность в работе:
1. дать оценку пожароопасных свойств веществ, обращающихся в
производстве;
2. дать оценку взрывоопасности среды внутри емкостей и аппаратов при
их нормальной работе, а также в период остановки и пуска;
3. выявить аппараты, при эксплуатации которых возможен выход
горючих паров и газов наружу без их повреждения;
4. провести анализ наиболее характерных для данного производства
возможных причин повреждений аппаратов;
5. выявить специфические источники зажигания для данного
производства;
6. определить наиболее характерные пути распространения возникшего
пожара;
При работе по анализу пожарной опасности технологического процесса
надо установить, какие технические меры защиты имеются против выявленного
вида опасности, и какие меры защиты следует предложить.
Рассмотрим основные этапы анализа пожарной опасности производства
более подробно.
1. Оценка пожароопасных свойств веществ, обращающихся в
производстве.
Из описания технологического регламента следует выяснить, какие
вещества, в каких количествах и при каких режимах (температура, давление)
находятся в подлежащих рассмотрению аппаратах.
Установить пожароопасные свойства этих веществ по справочной
литературе, и наиболее характерные из них, т.е. те, которые необходимо
использовать в дальнейшем для расчетов, привести в пояснительной записке.
Необходимо обратить внимание на следующие свойства:
для жидкостей – химический состав, температура кипения, плотность
жидкости, плотность паров по воздуху, температура вспышки, температурные и
концентрационные
пределы
распространения
пламени,
температура
самовоспламенения, склонность к самовозгоранию, теплота сгорания, минимальная
энергия зажигания, способность к электризации, токсичность, средства тушения
для данного вида жидкости.
для газов - химический состав, плотность по отношению к воздуху,
концентрационные
пределы
распространения
пламени,
температура
самовоспламенения, теплота сгорания, минимальная энергия зажигания,
токсичность, средства тушения.
для твердых веществ - химический состав, температура
самовоспламенения, склонность к самовозгоранию, теплота сгорания, скорость
горения, способность к плавлению при нагревании и горении, минимальная
энергия зажигания, токсичность продуктов термического разложения, средства
тушения.
для пыли - химический состав, температура самовоспламенения,
склонность к самовозгоранию, теплота сгорания, нижний концентрационный
предел распространения пламени, минимальная энергия зажигания, средства
тушения.
При описании пожароопасных свойств нельзя ограничиваться только
перечислением цифровых данных, необходимо давать сои комментарии к ним, а в
заключении сделать краткий вывод, указав на характерные особенности
обращающихся в производстве веществ.
2. Оценка взрывоопасности среды внутри емкостей и аппаратов при
их нормальной работе, а также в период остановки и пуска
При нормальной работе. В технологической схеме могут быть аппараты
с наличием горючих жидкостей, причем уровень жидкости может изменяться при
наполнении или расходе продукта. Могут быть аппараты, полностью заполненные
жидкостью, например, насосы, трубопроводы. Могут быть аппараты с горючими
газами и могут быть аппараты, внутри которых обращаются одновременно горючая
жидкость и газ.
Первым делом, необходимо выяснить есть ли аппараты с переменным
уровнем горючей жидкости. Это могут быть емкости (вертикальные и
горизонтальные), мерники и другие подобные им аппараты емкостного типа.
В таких аппаратах над поверхностью жидкости всегда есть
паровоздушное пространство, концентрация паров в котором может быть или ниже
нижнего предела распространения (воспламенения) пламени, или в пределах
области воспламенения (взрыва), или в пределах выше верхнего предела
распространения (воспламенения) пламени.
Чтобы установить, какая концентрация паров будет в паровоздушном
пространстве (объеме) аппарата при нормальной рабочей температуре, надо
сравнить эту температуру с температурными пределами распространения
(воспламенения) пламени для данной жидкости и сделать соответствующие
выводы. Условие образования горючей среды в аппарате определяется
соотношением Tнтпрп ≤T≤ Tвтпрп.*
Надо также показать, как будет изменяться концентрация паров внутри
такого аппарата при понижении уровня жидкости (в период ее расхода), когда
будет поступать свежий воздух через дыхательную трубу и разбавлять
паровоздушную смесь.
Если в аппарате в какие-то периоды будет взрывоопасная концентрация,
опасность ее наличия можно подтвердить определением величины давления,
которое образуется при взрыве и внутреннего напряжения в стенке сосуда.
После этого следует показать предусмотрена ли какая-то защита против
этой опасности и, если нет, то подумать, какое можно сделать предложение для
предотвращения этой опасности. И нужно ли оно вообще.
Если все-таки, вы придете к решению защитить аппарат негорючим газом,
то необходимо рассчитать нужную концентрацию инертного газа для защиты
аппарата.
Если аппараты и трубопроводы полностью заполнены жидкостью,
следовательно, в них нет паровоздушного пространства (объема) и не могут
создаться условия образования взрывоопасных концентраций. Но это только при
работе аппаратов, а не в период остановки и пуска.
В том случае, если в аппаратах находится горючий газ, оценка опасности
внутренней среды производится сравнением величины рабочей концентрации газа
с его концентрационными пределами распространения (воспламенения) пламени.
Так как аппараты с газами почти всегда заполнены полностью, без
наличия воздуха, то рабочая концентрация будет равна 100% и взрывоопасная
концентрация в них может образоваться только в период остановки или пуска.
Если аппараты заполнены жидкостью и горючим газом, опасность среды
надо оценивать так же, как для аппаратов с наличием горючих газов.
Если в аппаратах имеется смесь воздуха с ненасыщенными или
перегретыми парами, то оценку пожаровзрывоопасности среды внутри аппаратов
следует производить не по температурным пределам распространения
(воспламенения) пламени,
а путем сравнения рабочей (действительной)
концентрации паров (Cраб) с нижним концентрационным пределом
распространения (воспламенения) пламени (Cнкпрп). К таким аппаратам
относятся, например, сушилки, окрасочные камеры и т.п. Если концентрация в
таком аппарате окажется в пределах опасности, следует предложить меры,
обеспечивающие снижение концентрации до безопасных пределов.
При остановке и пуске аппаратов. Периоды остановки и пуска
технологического оборудования представляют повышенную опасность для всех
аппаратов и трубопроводов. Причины опасности при остановке аппаратов на
очистку и ремонт, а затем и при пуске в работу объясняется наличием
парогазовоздушного пространства, нестабильностью параметров технологического
режима. Рассматривая этот вопрос можно провести расчет длительности продувки
аппарата.
3. Опасность аппаратов, при эксплуатации которых возможен выход
горючих веществ наружу без повреждения их конструкции
К таким аппаратам относятся аппараты с переменным уровнем жидкости
(«дышащие»), аппараты с сальниковыми уплотнениями вращающихся валов
(насосы), аппараты с открытой поверхностью испарения и периодически
действующие. Установить наличие таких аппаратов в технологической схеме не
представит затруднения.
Для дышащих аппаратов надо указать, представляет ли реальную
пожаровзрывоопасность возможность выброса паровоздушной смеси через
дыхательную трубу. Если это действительно опасно, то следует определить какое
количество паров будет выходить наружу на один цикл большого дыхания, и какой
объем взрывоопасной смеси с воздухом может при этом образоваться.
После
этого
можно
сделать
общий
вывод
с
учетом
пожаровзрывоопасности, экономики и опасности выброса паров для окружающей
среды. Затем выяснить меры, принятые для снижения указанной опасности, если
их недостаточно, рекомендовать необходимые дополнительные меры защиты.
Для аппаратов с сальниковыми уплотнениями вала следует определить
количество выходящей наружу жидкости и объем образующейся местной
взрывоопасной концентрации при условии ее полного испарения.
Оценка реальной опасности через сальниковые уплотнения насосов явится
обоснованием для ее уменьшения. Например, замена сальниковых уплотнений на
торцевые уплотнения, использование бессальниковых центробежных насосов,
использование местных отсосов для улавливания паров и отвода неиспарившейся
части жидкости в производственную канализацию или в специальные отстойники
(сборники утечек). Потери из герметически закрытых аппаратов (при отсутствии
сальниковых уплотнений валов), работающих под давлением определять не
следует, так как реально пожаровзрывоопасности эти потери не представляют. К
герметически закрытым аппаратам относятся такие аппараты как, например,
полимеризаторы, ректификационные колонны, теплообменники и т.д.
4. Анализ возможных причин повреждений аппаратов и разработка
необходимых средств защиты.
Как известно, что причинами повреждений аппаратов и трубопроводов
могут быть:
Образование повышенных против нормы давлений.
Появление динамических воздействий.
Образование высоких температурных напряжений в материале стенок
или изменении прочностных свойств материала от действия высоких или низких
температур.
Наличие процесса коррозии материала или эрозии (механическое
истирание стенок).
Эту общую схему анализа причин повреждений надо применить к
конкретным аппаратам, которые рассматриваются в вашем технологическом
производстве.
Провести указанный анализ и изложить материал можно одним из
следующих вариантов:
рассмотреть
все выше названные причины повреждений
последовательно для каждого аппарата в отдельности или
каждую причину последовательно рассматривать сразу для всех
аппаратов.
Например, сначала раскрыть причины повышения давления для всех
аппаратов, затем причины динамических воздействий для всех аппаратов и т.д.
Вне зависимости от избранного варианта изложения материала, должны
быть выявлены характерные для данных аппаратов причины повреждений. По
каждой из них должно быть установлено, есть ли какая-либо защита, а при
отсутствии или не эффективности ее предложить соответствующую защиту.
А. Выявление причин образования повышенного давления можно
проводить по следующей схеме:
1. Установить могут ли быть причины, приводящие к нарушению
материального баланса: увеличение производительности насоса, неисправность
редуктора, увеличение интенсивности закачки, образование пробок в расходной
линии, увеличение сопротивления дыхательной линии, уменьшение расхода
потребителем при неизменном поступлении продукта, перекрытие расходных
линий задвижками, переполнение емкостей при отсутствии переливных линий или
автоматики т.п.
Если какие-либо из этих причин имеют место их надо указать и пояснить,
почему именно эти причины характерны для данного аппарата.
2. Установить могут ли быть причины, вызывающие повышение
температурного режима работы аппарата: повышение температуры поступающего
в аппарат продукта, повышение температуры подогрева аппарата, ухудшение
процесса охлаждения аппарата, увеличение скорости экзотермических реакций и
т.п.
Если какие-либо из этих явлений реально могут иметь место, то их надо
указать и пояснить, почему именно эти причины характерны. При этом можно
показать расчетом насколько может повыситься давление в аппаратах с
жидкостями и газами при повышении температуры на определенную величину.
Температуру можно определить расчетом или задать возможное повышение
температуры в аппарате.
3. Установить могут ли быть причин, приводящие к нарушению
нормального процесса конденсации паров: уменьшение или прекращение подачи
охлаждения среды, загрязнение теплообменной поверхности.
Если это нарушение выявлено, то пояснить его и определить приращение
давления от этой причины.
4. Установить возможность попадания в высоконагретые аппараты
легкокипящих жидкостей. Если это возможно, то по каким причинам и к каким
последствиям это может привести.
При возможности образования повышенного давления в аппарате
проверить защищен ли он предохранительными клапанами, если нет, то
предложить установку предохранительного клапана и определить необходимую
площадь сечения.
Б. Выявление причин появления динамических воздействий:
1. Могут ли быть гидравлические удары в аппаратах, и по каким
причинам. Если гидравлические удары специфичны, можно определить насколько
может повышаться давление при этом.
2. Могут ли быть опасные вибрации аппаратов или трубопроводов.
В. Выявление причин образования температурных напряжений или
уменьшение прочностных свойств материала стенок аппаратов:
1. Есть ли жестко соединенные конструкции аппаратов: кожухотрубчатые
теплообменники длиною более 2 м, жестко закрепленные трубопроводы.
2. Есть ли толстостенные аппараты.
3. Могут ли на материал стенок действовать высокие температуры.
Например, может ли воздействовать температура пламени печей на
теплообменную поверхность аппаратов. Объяснить причины такой возможности, и
какие могут быть последствия. Можно определить расчетным путем температуру
стенок в местах возможного прогара.
4. Если аппараты размещены на открытых площадках, представляет ли
для них опасность низких температур в зимнее время.
Г. Установление причины, приводящей к химическому износу
материала (коррозия):
1. Обладает ли коррозийным свойством продукт, находящийся в
аппарате.
2. Имеет ли продукт коррозионные примеси: сернистые соединения,
хлористые соли, кислоты и др.
3. Может ли вещество, взаимодействуя с водой, разлагаться с
образованием слабой кислоты.
И как было уже сказано ранее, по всем выявленным характерным
причинам повреждений проверить наличие средств защиты и при необходимости
предложить их.
5. Анализ причин появления характерных источников зажигания и
разработка необходимых средств защиты
Для того, чтобы провести анализ появления характерных источников
зажигания и в соответствии с этим разработать необходимые меры пожарной
безопасности, прежде всего, необходимо провести следующие действия:
1. Установить есть ли аппараты, работа которых связана с применением
отрытого огня, например, трубчатые печи, огневые реакторы и т.п. Как они
расположены по отношению к соседним аппаратам, предусмотрены ли меры,
исключающие контакт горючих веществ с факелами пламени при аварийных
случаях на установке. Если защита отсутствует, предложите ее.
2. Установить есть ли опасно нагретые поверхности аппаратов, т.е.
поверхности, температура которых превышает 80% от температуры
самовоспламенения обращающихся веществ.
3. Выявить может ли быть опасное тепловое проявление химических
реакций: наличие в аппаратах веществ, нагретых до температуры, превышающей
температуру их самовоспламенения (tраб ≥ tсмв); наличие веществ или отложений
на стенках, способных самовозгораться при соприкосновении с воздухом; веществ,
способных воспламеняться при взаимном контакте или при соприкосновении с
водой.
Укажите, какие мероприятия можно предложить в этом случае, чтобы
исключить подобные источники зажигания.
4. Выявить возможность образования источников зажигания от теплового
проявления механической энергии: при наличии насосов возможны перегревы
подшипников; при наличии компрессоров возможен не только перегрев
подшипников, но и перегрев газа от теплоты адиабатического сжатия; при наличии
конвейеров, аппаратов с мешалками, при использовании скребковых инструментов
для очистки поверхности, инструментов для открывания люков (световых и
замерных) на аппаратах возможны искры от механических ударов и т.п.
5. Установить возможность появления источников зажигания от
теплового проявления электрической энергии: при наличии перемещения
диэлектриков возможно появление разрядов статического электричества; при
наличии массивных и высоких аппаратов, например, резервуары, этажерки,
колонны и т.п., на открытых площадках возможны разряды атмосферного
электричества.
При отсутствии соответствующей защиты предложить ее.
Кроме выявления характерных источников зажигания и освещения их в
пояснительной записке следует указать, что в производстве могут появиться
общеизвестные источники зажигания такие, как курение, факелы, огневые работы,
неисправность электрооборудования и т.п.
6. Возможные пути распространения пожара и средства защиты
При рассмотрении этого вопроса следует указать, какие масштабы может
принять возникший пожар, как быстро он может распространяться по установке,
какую опасность представит для аппаратов, зданий и сооружений, каковы могут
быть последствия пожара.
После общей характеристики необходимо:
Установить, какое количество горючих веществ (примерно) может
находиться одновременно на установке, и какова будет удельная загрузка, а,
следовательно, возможная длительность и примерная температура пожара.
Выяснить, есть ли возможность уменьшить количество горючих веществ на
установке при аварии и пожаре (аварийные сливы, аварийное стравливание
горючих газов). При необходимости потребовать устройство аварийных сливов и
аварийного стравливания.
Установить, возможно, ли растекание горючих жидкостей в случае
аварии или пожара по территории или помещению, какие меры предусмотрены для
ограничения свободного растекания жидкостей. При необходимости предложить
устройства по ограничению растекания жидкостей.
Установить, возможно, ли образование на территории газового облака
при аварии аппаратов, какие возможные пути перемещения такого облака. Какие
меры можно предложить по ограничению такой опасности.
Выявить имеются ли в производстве такие коммуникации, по которым
может распространяться огонь при пожаре. Ими могут быть: дыхательные линии;
линии паровоздушных смесей; линии с горючими жидкостями, работающие
неполным сечением или аппараты периодического действия; воздуховоды
вентиляции с наличием горючих отложений на внутренней поверхности и другие
сооружения. При отсутствии соответствующей защиты на указанных
коммуникациях предложить ее.
Дать расчет гравийного огнепреградителя, т.е. определить диаметр зерна
гравия и высоту слоя огнегасящей насадки для защиты дыхательной или другой
линии, которая требует защиты.
В каких помещениях, и для каких аппаратов следует иметь
стационарные системы пожаротушения, есть ли они в действительности и в
рабочем ли состоянии. При необходимости защиты аппаратов и помещений
стационарными системами пожаротушения предложить их.
III. Обоснование категории взрывопожароопасности помещений
1. Принципы, положенные в основу расчетного метода определения
категории производства
Определение категории взрывопожароопасности производств является
одним из важных вопросов по обеспечению его пожарной безопасности.
Категория помещений и зданий устанавливается в технологической части
проекта еще на стадии строительства объекта или во время его реконструкции в
соответствии со СНиП 31-03-2001 «Производственные здания».
По взрывопожарной и пожарной опасности помещения и здания
подразделяются на категории (А, Б, В1-В4, Г, Д) в зависимости от размещаемых
в них технологических процессов и свойств находящихся (обращающихся)
веществ и материалов.
Категории зданий и помещений устанавливаются в технологической части
проекта в соответствии с НПБ 105-03, ведомственными (отраслевыми) нормами
технологического проектирования или специальными перечнями, утвержденными
в установленном порядке.
Пожаровзрывоопасность производств, зданий и сооружений, в которых
размещаются производства, оцениваются с учетом пожаровзрывоопасных свойств
и количеств обращающихся веществ и материалов.
Категории производств по взрывной, взрывопожарной и пожарной
опасности должны быть определены для всех технологических установок, блоков,
отдельных помещений, насосных, складов и т.д.
Основными нормативными документами по определению категории
производств являются:
СНиП 31-03-2001 «Производственные здания».
ГОСТ 12.1.004-91 «Пожарная безопасность. Общие требования».
НПБ 105-03 «Определение категорий помещений, зданий и наружных
установок по взрывопожарной и пожарной опасности».
Пособие по применению НПБ 105-95 «Определение категорий
помещений и зданий» при рассмотрении проектно-сметной документации.
ГОСТ 12.1.044-89. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов.
Номенклатура показателей и методы их определения.
ГОСТ Р 12.3.047-98. Пожарная безопасность технологических
процессов. Общие требования. Методы контроля.
Основное положение СНиП 31-03-2001 «Производственные здания»
сводится к тому, чтобы при определении категории взрывной, взрывопожарной и
пожарной опасности производства в целом, установки, блока или отдельного
помещения надо знать не только взрывоопасные свойства, но и уметь определить
величину объема образующейся взрывоопасной концентрации и сравнить ее с
объемом помещения.
Если относительный объем взрывоопасной концентрации будет больше
5% объема помещения, то помещение, в целом, следует относить к взрыво- или
взрывоопасному производству. Если же относительный объем взрывоопасной
концентрации будет меньше 5% объема помещения, то его нельзя относить к
взрывоопасному.
Как известно, объем взрывоопасной концентрации определяют исходя из
количества и концентрации горючего вещества в воздухе.
Количество поступивших в помещение веществ, которые образуют с
воздухом взрывоопасную концентрацию на нижнем концентрационном пределе
распространения (воспламенения) пламени, исходя из следующих условий:
1. Происходит авария одного из аппаратов, при которой в помещение
может поступить наибольшее количество наиболее опасного вещества; при
наличии нескольких аппаратов с различными веществами расчет следует
производить по наиболее неблагоприятному варианту, при котором объем
взрывоопасной смеси, будет наибольшим.
2. Кроме содержимого аварийного аппарата происходит одновременно
утечка веществ из трубопроводов, питающих аппарат в течение времени,
необходимого для отключения трубопроводов. Время отключения задвижек
следует принимать – при автоматическом отключении 2 мин, при ручном
отключении – 15 мин.
3. Площадь испарения разлившейся жидкости (или сжиженного газа)
принимают равной площади ограждения, препятствующей растеканию, или при
свободном растекании исходя из расчета, что 1 литр, разлившейся жидкости,
занимает площадь 1 м2, а смесей и растворов, содержащих до 70 % (по массе)
растворителя, разливаясь, занимает объем 0,5 м 2.
4. Происходит также испарение жидкости из емкостей с открытой
поверхностью испарения или со свежеокрашенных поверхностей.
5. Длительность испарения жидкости принимают не более 1 часа.
6. Объем
производственного
помещения
следует
брать
не
геометрический, а свободный. Если свободный объем определить затруднительно,
то его принимают равным 80% от геометрического объема помещения.
7. Работу вентиляции учитывают только в том случае, если она
обеспечена автоматическим пуском и электроснабжением по первой категории
надежности. В этом случае при расчете свободного объема помещения учитывают
кратность воздухообмена, а именно, свободный объем помещения увеличивают на
величину (n∙T +1), где n– кратность воздухообмена 1/ч; Т – продолжительность
аварии, ч.
8. Коэффициент запаса к нижнему концентрационному пределу
распространения (воспламенения) пламени принимают равным 1,5.
2. Определение категории производства для помещений с наличием
горючих газов
Устанавливаем для данного конкретного производства наиболее
аварийную ситуацию;
Определяем количество газа, которое выйдет в производственное
помещение при аварийной ситуации:
Е = Е1 + Е2 + Е3, где
Е - общее количество газа, выходящего в помещение, г или м 3;
Е1- количество газа, находящегося в аварийном аппарате, г или м 3;
Е2- количество газа, выходящего из трубопроводов до их отключения, г
3
или м ;
Е3 - количество газа, выходящего из трубопроводов после их отключения,
3
г или м ;
Определяем объем взрывоопасной концентрации, который образуется
при смешении с воздухом поступившего в помещение газа при аварии
B=1,5∙(E/φнкпв), где
B -объем взрывоопасной концентрации, м 3
Определяем относительный объем взрывоопасной концентрации
N=[B/0,8 П (T+1)]∙100, где
N- относительный объем взрывоопасной смеси, %
Делаем заключение о категории взрывоопасности:
Если N >5% - помещение относится к взрывоопасным категориям А или
Б, а по ПУЭ зона относится к классу В-IA;
Если N≤5% - помещение не взрывоопасное.
Примечание. Весь расчет ведем по НПБ 105-03.
3. Определение категории производства для помещений с наличием
горючих жидкостей
Устанавливаем для данного конкретного случая наиболее опасную
аварийную ситуацию;
Определяем количество жидкости, которое выйдет в производственное
помещение при аварийной ситуации (Е, г или m, м3)
Е = Е1 + Е2 + Е3 + Е4, где
Е1, Е2, Е3 – количество горючей жидкости, выходящей соответственно из
аварийного аппарата, трубопроводов до их отключения и после их отключения, г
или м3;
Е4 – количество испарившейся жидкости с открытой поверхности или с
поверхности свежеокрашенных изделий, г или м 3;
Определяем, какое количество жидкости должно испариться, чтобы в
объеме 5% от объема помещения образовалась взрывоопасная концентрация (Е 5%,
г): Е5% = 0,05 Псв ∙(n∙T+1)(φнкпв/1,5)
Величины, входящие в состав этой формулы, и их размерность приведены
выше;
Определяем, может ли количество жидкости, поступившей в
помещение при аварии, образовать взрывоопасную смесь в объеме более 5% от
помещения:
Если: Е > Е5%, то помещение может быть взрывоопасным, если Е ≤ Е5%, то
помещение не взрывоопасное;
Чтобы окончательно решить вопрос о категории взрывоопасности (если
Е > Е5%), определяем длительность испарения того количества жидкости, которое
достаточно для образования взрывоопасной концентрации в объеме 5% от объема
помещения:
Tn = 0,18 (Псв∙φнкпв)/(И∙Ps∙F√M), где
Tn - длительность испарения, час;
И - коэффициент, зависящий от скорости движения воздуха и
температуры в помещении, и определяется по таблице;
F – площадь испарения жидкости, м 2;
М - молекулярная масса жидкости;
Ps – давление насыщенного пара жидкости при средней температуре
между температурой жидкости и температурой воздуха помещения, мм.рт.ст.
Ps определяется по таблице или расчетом по формуле: lg Ps = А – В/СА + t, где
А, В и СA – коэффициенты, определяемые по таблице;
Делаем окончательное заключение о категории взрывоопасности:
Если Т< 1 часа, то помещение относится к взрывоопасным категории А
или Б, а по ПУЭ зона относится к классу В-IA, (В-IIA);
Если Т ≥ 1 часа, то помещение к взрывоопасным не относится.
Примечание. Весь расчет ведем по НПБ 105-03.
4. Краткие выводы о работе
В выводах должно быть сказано о том, какая работа проделана и к каким
результатам она привела.
В конце пояснительной записки приводится список использованной
литературы.
Объем пояснительной записки не должен превышать 20-25 стандартных
листов А4.
IV. Рекомендации по составлению карты пожарной опасности
Помимо пояснительной записки курсовая работа предполагает
выполнение одного чертежа – карты пожарной опасности.
Карта должна наглядно показать все основные моменты пожарной
опасности производства, имеющуюся и предлагаемую защиту.
Чертежи должны быть выполнены карандашом, аккуратно, на
стандартном листе чертежной бумаги.
Центральную часть листа должна занимать технологическая схема
процесса (вместо схемы можно дать план и размеры установки), а вокруг нее, на
свободных местах листа бумаги, показать в виде катких письменных пояснений:
Основные пожароопасные свойства обращающихся веществ;
Характерные причины повреждений аппаратов;
Специфические источники зажигания;
Возможные пути распространения начавшегося пожара.
Аппараты, которые рассматриваются в работе, следует показать на
технологической схеме более толстыми линиями, условными знаками, или любым
другим способом.
На аппаратах должна быть показана имеющаяся защита, а также защита,
предлагаемая автором. Защита, предлагаемая автором, отмечается более толстыми
линиями или цветными линиями.
Должна быть также указана категория взрывопожароопасности
производства и класс по ПУЭ.
Пример выполнения курсовой работы
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего
образования
«Воронежский государственный архитектурно-строительный университет»
Кафедра пожарной и промышленной безопасности
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
К КУРСОВОЙ РАБОТЕ
В соответствие с № ПБ 04-08 выполняется курсовая работа
на тему: «Противопожарная защита технологического процесса
установки получения стирола из этилбензола»
Руководитель работы__________________
Разработал студент
гр._________________
На первом листе пояснительной записки указывается:
В соответствии с номером (пишется номер зачетной книжки студента,
выполняющего курсовую работу) зачетной книжки выполняется курсовая работа
на тему «Противопожарная защита технологического процесса установки
получения стирола из этилбензола».
Анализу пожарной опасности подлежат следующие аппараты:
1. Резервуар этилбензола:
Объем 1000 м3; степень заполнения -0,9; температура рабочая - 200 С;
давление рабочее 1, 01 атм; имеет дыхательный клапан, огнепреградитель.
Материал Ст-3 (кипящей плавки).
2. Реактор огневой трубчатого типа:
Размер топочного пространства – в плане 2х3 м, высота – 4м, диаметр
трубок – 37 мм, длина трубок- 3 м, количество трубок – 150 шт., топливо
природный газ; температура в топочном пространстве -9000С, давление рабочее 2
атм, производительность реактора по этилбензолу – 1500кг/ч.
3. Ректификационная колонна:
Диаметр - 2м; высота 10 м; рабочая температура верха колонны- 45 0С;
температура низа колонны – 1000С; рабочее давление – верхняя часть вакуум, 730
мм рт. ст., нижняя часть – вакуум 700 мм рт.ст. Подогреватель низа колонны –
выносной трубчатый: теплоноситель – водяной пар. Свободный объем колонны –
0,8; производительность по ректификату 1000 кг/ч.
4. Насос центробежный:
Насос центробежный, вакуум-компрессор – давление в испытательной
линии – 1,5 атм; Рабочая температура –200С, диаметр всасывающей линии – 100мм,
диаметр нагнетательной 50 мм; уплотнение вала – сальник, диаметр вала – 30 мм,
производительность насоса -5л/с, производительность компрессора – 280 м3/ч.
Помещение насосной станции и вакуумных компрессоров:
Ширина здания-6м, длина -16 м, высота -4 м; воздухообмен вентиляции –
10 л/ч; расстояние от насоса до задвижек – 4м; отключение задвижек –
автоматическое. Скорость воздуха в помещении 0,5 м/с. Здание II степени
огнестойкости. Стационарная система пожаротушения отсутствует.
I. Краткое описание технологического процесса производства
Стирол является сырьем для производства большого количества
пластмассовых изделий и синтетического каучука, поэтому его производства из
года в год увеличивается.
Стирол представляет собой ароматический углеводород (C 6H5CH=CH2),
наличие двойной связи, в молекуле которого определяет его способность к
полимеризации. Получают стирол чаще всего путем дегидрирования этилбензола
при температуре 5500С в присутствии катализатора в виде некоторых металлов.
Реакция дегидрирования имеет следующий вид: C6H5CH2CH3 → C6H5CH=CH2 +Н2
– Q, надо отметить над стрелочкой, что реакция идет при температуре 550 0С, под
стрелочкой - отметить присутствие катализатора.
Реакция эндотермическая. Если условно считать, что весь этилбензол
вступает в химическую реакцию и при этом не получается других побочных
продуктов разложения, то технологическая схема будет иметь вид показанный на
рисунке.
Чтобы жидкий стирол подвергнуть воздействию высокой температуры,
его сначала нужно подготовить, т.е. испарить и пары перегреть. Поэтому этил
бензол из резервуара 1 насосом 2 подают в испаритель 3, для подогрева до
температуры 1360С и испарения, а затем в трубчатый перегреватель 4, где за счет
теплоты топочных продуктов реактора пары этилбензола перегреваются до
температуры 250-3000С. С такой температурой 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 и расщепляются с
образованием паров стирола, водорода и некоторого количества более тяжелых
смол. Образовавшиеся продукты реакции необходимо охладить, отделить стирол
от водорода и окончательно его очистить. Поэтому смесь паров и газа из реактора
поступает в систему холодильников-конденсаторов 6, где за счет воды из
холодильного рассола происходит охлаждение смеси и конденсация пар ов.
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. Чтобы
из стирола-сырца получить чистый стирол, его надо освободить от растворенных в
нем примесей. Это осуществляется путем ректификации, но нужно снизить
температурный режим перегонки, чтобы избежать нежелательного интенсивного
химического процесса полимеризации. Снижение температурного режима
ректификации осуществляют созданием в колонне глубокого вакуума. Таким
образом, стирол-сырец из емкости 8 подают насосом через нагреватель 9 в
ректификационную колонну 10.
Колонна работает при вакууме в верхней части 730 мм рт. ст., а в нижней
70 мм рт.ст., при температуре соответственно - 450С и 1000С. Выходящие из
колонны пары стирола охлаждается 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 за
счет интенсивной конденсации паров в холодильнике-конденсаторе и мощного
отсоса газообразных продуктов и несконденсировавшихся паров вакуум-насосом
13.
Из нижней части ректификационной колонны отводятся на охлаждение и
дальнейшее использование, находившейся в стироле примеси-смолы.
Для снижения способности стирола к полимеризации (как в процессе
ректификации, так и при дальнейшем хранении и транспортировке) к стиролусырцу перед перегонкой по линии 17 добавляют небольшое количество ингибитора
– обычно - гидрохинона.
II. Анализ пожарной опасности технологического процесса и
требуемые меры защиты
1. Оценка пожароопасных свойств обращающихся в производстве
веществ
Как видно из технологической схемы в рассматриваемых аппаратах
находятся: этилбензол, стирол, водород и используется, как топливо природный
газ. Их пожароопасные свойства следующие.
Этилбензол: C6H5CH2CH3 – бесцветная жидкость, легче воды, в воде не
растворим, температура кипения 1360С; объемная масса 870 кг/м3. Температура
вспышки +200С. Пары этилбензола с воздухом образуют взрывоопасные
концентрации в пределах 0,9-3,9 % (об.). Нижний температурный предел
распространения
пламени
+180С,
верхний
+450С.
Температура
0
самовоспламенения равна 553 С. Горит этил бензол с выделением большого
количества сажи. Является диэлектриком. Пары и продукты разложения этил
бензола токсичны.
Стирол: C6H5CH=CH2 – прозрачная жидкость, имеющая эфирный запах,
легче воды и в воде не растворим. Объемная масса стирола 906 кг/м 3. Температура
кипения 1420С. Температура вспышки +300С. Температурные пределы
распространения пламени: нижний - +250С, верхний - +600С. Концентрационные
пределы распространения пламени: нижний -1,0%, верхний- 6% (об.). Температура
самовоспламенения 4900С. Теплота сгорания -4438,8 кДж/моль. Скорость
выгорания 38 кг/м2. Диэлектрик. Горит с большим выделением сажи. Продукты
испарения и разложения токсичны.
Таким образом, обращающиеся жидкости хотя и имеют высокие
температуры кипения, но относятся в ЛВЖ, при горении выделяется большое
количество тепла и, следовательно, могут быть высокие температуры пожара.
Продукты разложения и испарения опасны для организма человека. Горят сильно
коптящим пламенем.
Водород: Н2 – бесцветный горючий газ, не имеющий запаха. Удельная
масса 0,09 кг/м3. Теплота горения -241,6 кДж/моль. Температура
самовоспламенения 5100С. Концентрационные пределы распространения пламени:
нижний 4%, верхний 75%. Минимальная энергия зажигания 0,017 МДж.
Максимальное давление при взрыве 6,7 кг/см 2.
Является одним из самых легких и взрывоопасных газов, обладает
большой диффузионной способностью, скапливается в верхних частях помещения.
Горит бесцветным пламенем.
Метан: СН4 – является основной составляющей частью природного газа.
Это бесцветный газ, с удельной массой 0,72 кг/м 3. Легче воздуха в два раза.
Теплота горения -802кДж/моль. В воде не растворим. Температура
самовоспламенения 5370С. Концентрационные пределы распространения пламени:
нижний 5%, верхний 15% (об.). Минимальная энергия зажигания 0,28 мДж. Горит
синеватым пламенем.
Метан, хотя и менее опасен по сравнению с водородом, но также с
воздухом образует взрывоопасные концентрации. Требует более мощных, чем
водород источников зажигания. От механических искр при обычных температурах
не воспламеняется.
2.Оценка взрывопожароопасности внутри аппаратов при их
нормальной работе, в периоды остановки и пуска
При нормальной работе
Резервуар с этилбензолом является резервуаром с переменным уровнем
жидкости. Следовательно, в аппарате имеется паровоздушное пространство. Чтобы
оценить опасность этой среды, надо сравнить рабочую температуру жидкости с ее
температурными пределами распространения пламени (воспламенения). Смесь
будет взрывоопасна, если ТНТПВ ≤Траб ≤ ТВТПВ.
Рабочая температура жидкости в резервуаре (по заданию) Траб =200С,
ТНТПВ=180С, ТВТПВ=590 С.
Следовательно, 180С < 200С <590С.
Так как рабочая температура жидкости даже без учета коэффициентов
запаса надежности находится в области нижнего температурного предела
распространения
пламени,
ниже
верхнего
температурного
предела
распространения пламени, то концентрация паров в резервуаре взрывоопасна.
Итак, мы установили, что концентрация паров в резервуаре взрывоопасна,
то возможность взрыва в данном случае не исключается.
Определим, какое давление образуется при взрыве паров этилбензола.
Давление при взрыве можно определить по формуле:
где
Р взр. = Р о (Твзр./То)·(m/n),
Р взр.- давление при взрыве паров, кг/см 2;
Р о – рабочее давление в резервуаре, кг/см2
Твзр. и То – соответственно температура при взрыве и рабочая
температура в резервуаре, оК;
m и n – количество молей до взрыва и после взрыва.
По заданию Ро =1,01 атм (кг/см2); То =273+20 =293К
Температуру при взрыве Т взр. Можно определить расчетом или принять в
пределах 160-1700 К (с учетом тепловых потерь). Примем температуру Т взр =1700
К.
Для определения m и n напишем реакцию горения этилбензола:
С6Н5СН2СН3 + 10,5О2 +10,5∙3,76N2 = 8СО2 + 5Н2О + 10,5∙3,76N2
n = 1+10,5+10,5∙3,76=50,98
m=8+5+39,48=52,48
Следовательно, Р взр.=1,01∙1700/293∙(52,48/50,98)=1,01∙5,80∙1,03=6,03 кг/см2
(0,6 МПа).
При взрыве паров образуется давление, опасное для корпуса резервуара.
Увеличение давления в 6 раз против нормального и динамичность его
воздействия приведет к разрушению корпуса резервуара.
Защиты от этой опасности резервуар не имеет. Из возможных вариантов
(защита инертным газом, изменение температурных условий хранения) наиболее
целесообразным применение резервуаров с плавающей крышей, которые не будут
иметь паровоздушного объема.
Реактор трубчатого типа – по трубкам реактора непрерывно циркулирую
перегретые пары этилбензола и продуктов его разложения без наличия воздуха.
Следовательно, внутри реактора взрывоопасной смеси не может быть. В топо чном
производстве при нормальной работе идет процесс горения топлива.
Взрывоопасной смеси тоже не может быть.
Ректификационная колонна – внутренний объем колонны заполнен только
парами стирола и кипящей жидкостью. Воздуха в колонне нет, следовательно,
концентрация в колонне не взрывоопасна, она выше верхнего предела
распространения пламени.
Вакуум-компрессор – весь внутренний объем компрессора заполнен газом
без наличия воздуха, следовательно, взрывоопасная концентрация отсутствует.
Следовательно, во всех аппаратах кроме резервуара, концентрация не
взрывоопасная, она равна 100% горючего вещества, а в резервуаре концентрация
паров этилбензола находится в пределах взрываемости (в области воспламенения).
В периоды остановки и пуска
При остановке во всех аппаратах может быть наличие взрывоопасной
концентрации паров и газов в результате неполного слива жидкости, стравливания
газов или при недостаточно-качественной продувке от остатков горючих веществ и
при неполном отключении аппаратов от связанных с ними труб.
Опасность при пуске аппаратов также
связана с возможностью
образования взрывоопасных смесей первых порций горючего вещества с воздухом,
если он не удален из аппарата.
Правильность остановки и пуска аппаратов (реактора, ректификационной
колонны и др.) предполагает помимо других мер безопасности обязательную
продувку водяным паром или негорючим газом.
Длительность продувки и ее окончание должна быть записана в
инструкции, определяется взятием пробы на анализ предельно допустимого
содержания горючего вещества.
Предварительно длительность продувки может определиться расчетом.
Так, например, длительность продувки ректификационной колонны
должна быть не менее:
τ = η ·Vсв /q·lnφнач./φкон., где
τ - длительность продувки колонны, мин;
η - коэффициент, зависящий от летучести жидкости и ее количества в
остатке после опорожнения. Колеблется от 3 до 10.
В нашем случае стирол мало летучая жидкость (t кип =1420С) и тарелки
колонны трудно освободить от жидкости, поэтому возьмем η =10);
φнач – начальная концентрация горючего перед продувкой , т.к. в колонне
только пары стирола, следовательно φнач =1;
φкон – конечно-допустимая концентрация при продувке.
Так как колонна имеет сложное устройство, работает при повышенной
температуре, то даже при остановке на профилактический осмотр надо принимать
φкон= 0,05∙φнкпв..
Vсв- свободный объем колонны, м3, Vсв =0,8·V;
q – количество, подаваемого газа или водяного пара на продувку, м3/мин
(q= 15∙πd 2тр ∙w).
Продувку ведем водяным паром. Предположим, что диаметр продувочной
линии водяного пара равен 50 мм, а скорость истечения пара 20 м/с, тогда q=
15∙3,14∙0,052∙20 =2,36 м3/мин.
Подставляя полученные данные, будем иметь:
Τ= 10∙(25/2,36)∙2,3 lg 1∙100/0,05∙1 = 804 мин или 13,5 час.
Достаточность такой длительности продувки следует проверить вз ятием
пробы среды на анализ.
Топочное пространство реактора перед розжигом форсунок также должно
продуваться водяным паром в течение времени, устанавливаемого инструкцией.
Чтобы топливный газ не попадал в печь, когда она не работает, между
задвижкой на топливной линии и горелкой печи должна быть вентиляционная
свеча с открытой на этот период задвижкой.
3. Опасность аппаратов, из которых возможен выход горючих
веществ без повреждения их конструкции
К таким аппаратам могут быть отнесены резервуар с этилбензолом и
компрессоры.
При эксплуатации резервуара с этилбензолом в период его наполнения
будет выбрасываться наружу взрывоопасная концентрация паров этилбензола, так
как температура жидкости в резервуаре 200 С, а температура вспышки этилбензола
тоже 200 С, т.е. tраб =tвсп.. Объем взрывоопасной смеси в окружности дыхательной
линии резервуара зависит от количества вытесненных паров при его большом
дыхании. Потери за цикл «большого дыхания» определяют по формуле:
Gб= (V1-V2) Pраб/ Tраб·φs ·(Mпара/848), где
V1 –объем резервуара, равный по заданию 1000 м 3;
V2 – объем парового пространства после заполнения, равный 0,1∙ V1 , м3;
Pраб – давление в резервуаре, равное по заданию 1,01 атм. (10100 кг/м 3);
Tраб - температура жидкости в резервуаре, равная 273+20 =293 К;
Mпар – молекулярный вес паров этилбензола, равный 108;
φs – концентрация паров этилбензола при температуре жидкости, равной
0
20 С;
φs= Ps / Pобщ , где
Ps – давление насыщенных паров этилбензола при tраб=200С;
Pобщ – общее давление в резервуаре, 775 мм рт.ст.;
Давление насыщенных паров определяют по справочным данным, а при
их отсутствии можно определить расчетом по формуле Антуана:
lgPs = A – B/CA + t
доли.
где А, В, С А – константы Антуана, соответственно равны: 7,94; 2113; 273.
lgPs = 7,94-2113/273+20 = 0,73.
Следовательно, Ps =5,4 мм рт. ст., тогда φs =5,4/775 = 0,007 объемные
Подставляя полученные данные, будем иметь:
Gб =(1000 – 0,1∙1000)∙(10100/273+20)∙0,007∙108/848 =29,2 кг/цикл.
Это количество паров этилбензола образует следующий объем
3
взрывоопасной смеси паров с воздухом (Vм ):
V= Gб /0,5·φнкпв , здесь φнкпв нижний предел распространения пламени,
3
г/м .
В данных о свойствах этилбензола дано значение φнкпв = 0,9% объемных,
в весовых единицах это будет:
φвеснкпв=( φобъемнкпв·М /v)·10=(0,9·108/24)·10 = 40,5г/м3, где
v – объем килограмма молекулы при 200С, м3,
3
Тогда V=29,2·1000 /0,5·40,5 = 1457 м .
Такой объем взрывоопасной смеси даже для наружного резервуара
представляет большую опасность, каждое «дыхание» резервуара приводит к
значительным безвозвратным потерям и загрязняет воздушную среду. Для
уменьшения потерь резервуар имеет на дыхательной трубе дыхательный клапан, но
наиболее рациональное решение – применение резервуаров с плавающей крышей
(что уже было предложено ранее).
При эксплуатации насосов и компрессоров может иметь место утечка
жидкостей или газа через неплотности сальникового уплотнения вала. Это может
привести к образованию опасных концентраций в помещениях. Объем
взрывоопасной смеси можно определить расчетом, зная количество выходящего
наружу продукта.
Так, например, количество этилбензола (G, кг/ч), выходящего через
сальниковое уплотнение насоса, будет равно:
G = 0,05·d·γ ·k·√Н ,
d– диаметр вала насоса, по заданию равен 0,03 м;
γ – объемная масса этилбензола, равная 70 кг/м 3;
k – коэффициент, показывающий, какая доля жидкости испаряется,
выходя наружу. Примем k=1;
Η – давление, создаваемое насосом, равное 15 мм вод.ст.
Подставляя, получим:
G= 0,05·0,03·870· 1·√15=5,75кг/ч
Если все это количество этилбензола испарится, то при наличии
работающей вентиляции в помещении насосной образуется взрывоопасная смесь в
объеме (V):
V=G/φнкпв·n=5,75·1000/40,5·10= 14м3/ч,
где n – кратность воздухообмена, равная по заданию 1/ч.
Это составит: (V/П)∙ 100= (14/6∙16∙4)∙100 = 3,65 % от объема помещения.
Для снижения этой опасности необходимо применить торцевое
уплотнение вала или устроить местные отсосы паров от сальников насоса (тем
более пары токсичны), а неиспарившуюся жидкость смывать водой в специальные
отстойники.
Из компрессора количество воздуха, выходящего через сальник на
стороне нагнетания, можно примерно определить по формуле:
G1=A√P
G1 – количество газа, выходящего через сальник, г/ч на 1мм периметра
штока;
A – коэффициент для высоколетучих жидкостей и газов при нормальном
состоянии сальников, принимают ≈ 5;
P – давление на линии нагнетания в ати. По заданию Р=0,5 ати.
1
Следовательно, G =A√P =5∙√0,5 = 3,5 г/ч на 1 мм периметра.
1
Всего выйдет G = G πd =3,5·3,14·30 = 330 г/ч , где
d – диаметр вала компрессора, мм.
Это количество водорода может образовать местную взрывоопасную
концентрацию в объеме помещения (без учета действия вентиляции):
V =G/0,5·φнкпв =330/0,5·4= 165 м3
Такое количество выходящего через сальники водорода, как показывают
расчеты, представляет очень большую опасность, и поэтому устройство местных
отсосов сальников необходимо. Система вентиляции должна включаться
автоматически перед пуском компрессора и останавливаться только после
остановки компрессора.
4. Анализ возможных причин повреждений аппаратов и разработка
необходимых средств защиты
Рассмотрим характерные причины образования повышенных
давлений для рассматриваемых аппаратов.
Резервуар с этилбензолом. Из причин нарушения материального баланса
наиболее вероятными могут быть: увеличение интенсивности закачки этилбензола,
при которой дыхательная система не будет успевать выбрасывать наружу
паровоздушную смесь.
Уменьшение пропускной способности дыхательной системы в результате
прилипания или примерзания дыхательного клапана.
Уменьшение пропускной способности дыхательной системы в результате
ее загрязнения или обледенения насадки огнепреградителя.
Это может привести к опасному вакууму в резервуаре при откачке
жидкости.
Кроме того, это может привести и к смятию стенок.
Нарушение материального баланса может произойти при переполнении
резервуара жидкостью в результате отсутствия или неисправности измерителей
уровня.
Повышение давления в резервуаре может быть при нагреве стенок
солнечной энергией, если дыхательная линия не обеспечивает отвод
паровоздушной смеси.
Из защитных устройств в задании только наличие дыхательного клапана
на резервуаре.
Поэтому можно предложить дополнительно установить:
измеритель уровня с автоматическим отключением питающего насоса
при верхнем наливе и расходного насоса при изменении нижнего уровня жидкос ти;
гидравлический предохранительный клапан;
корпус резервуара должен быть окрашен в белый цвет.
Скорость закачки и сроки проверки дыхательного клапана,
предохранительного гидравлического клапана и огнепреградителя должны быть
указаны в инструкции технологического регламента, и строго соблюдаться.
Трубчатый реактор – в топочном пространстве реактора могут быть
взрывы при розжиге, если отсутствовала продувка или нарушалась
последовательность операции розжига, то же может быть при внезапном погасании
факела пламени и последующем возобновлении подачи топлива. Во избежание
этого необходимо иметь специальные запальники для розжига горелок,
автоматическую систему поджигания погасшего факела пламени или
перекрывания задвижки на топливной линии, продувать топку (как было сказано
выше). Топка должна быть защищена от разрушения при взрыве откидным или
мембранным клапаном.
Внутри трубок реактора давление может повыситься при увеличении
подачи паров этилбензола, повышения сопротивления насадки катализатора при
отложении полимеров, твердых продуктов разложения, дробления зерен
катализатора и т.п. Отвод продукта из реактора может уменьшиться при
образовании пробок в отводящей линии, при прекращении процесса конденсации
паров в конденсаторах-холодильниках. Давление повысится при более
интенсивном разложении паров этилбензола в результате повышения
температурного режима работы реактора.
Во избежание этого необходимо регулировать температурный режим
работы реактора в зависимости от подачи газа в горелки, количества подаваемого в
реактор сырья. Необходимо контролировать или автоматически регулировать
подачу хладоагента в холодильники-конденсаторы. Катализатор в установленные
сроки должен подвергаться регенерации (выжигание отложений) и освобождению
от пыли. Корпус реактора необходимо защитить предохранительным клапаном.
Пропускная способность клапана (G, кг/ч) должна соответствовать максимальной
производительности реактора.
Так как производительность реактора по заданию равна 1500 кг/ч, то
площадь сечения предохранительного клапана будет равна:
Gкл =1,59·μ·f·B·√(Р1-Р2)·γ , где
μ – коэффициент расхода, можно принять 0,85;
f – площадь сечения клапана, мм;
P1 – давление перед клапаном, согласно заданию равно 2,5 кг/см 2;
(Pраб=2 кг/см2 и 0,5 кг/м2, превышение давления при срабатывании клапана
согласно «Правил устройства и эксплуатации сосудов, работающих под
давлением»)*
P2 - давление после клапана. С учетом преодоления сопротивления линии
отвода паров, примем P2 равным 0,5 кг/см2;
γ – удельная масса паров при P1 и tраб
γ = γ0·( T0/ Tраб)·( Pраб/ P0) = (108/22.4)∙(273/273∙630)∙(2,5/1) = 3,3 кг/м3;
B – коэффициент при указанных Р1 и Р2 и К=1,41, равной 0,541.
Тогда
f = 1500/1,59∙0,85∙0,541∙√(2,5-0,5)∙3,3 = 795 мм2
Диаметр отверстия клапана будет равен:
d = √4 f/π = 2√795/3,14 = 50 мм.
Отводная линия от клапана должна быть выведена на свечу или на
заводской факел.
Попадание жидкого этилбензола в реактор и опасность от быстрого
вскипания не является специфическим случаем, так как перед реактором находятся
испаритель и перегреватель паров этилбензола.
Ректификационная колонна – повышение давления от нарушения
материального баланса может быть в результате подачи увеличенного количества
начальной смеси в колонну или при уменьшении пропускной способности линии,
отводящей пары из колонны на конденсацию (образование полимерных пробок).
Давление повысится при более интенсивном испарении раствора в результате
подачи более нагретой в подогревателе начальной смеси, усиленного подогрева
остатка в нижней части колонны, а также повышения температуры в результате
теплоты химической реакции стирола, скорость которой увеличивается при
повышении температуры в колонне. Рост давления приводит к увеличению
температуры в колонне, увеличение температуры к сильному ускорению процесса
полимеризации стирола, выделению еще большего количества тепла и росту
давления.
Повышение температуры, а, следовательно, и давления, произойдет при
нарушении конденсации паров в конденсаторе или остановке вакуум-компрессора.
К этому же результату приведет наличие полимерных пробок на тарелках внутри
колонны.
Можно определить насколько увеличится температура в колонне (∆t),
если в результате уменьшения подачи холодной воды в аппараты нарушится
процесс конденсации на 50% в течение 12 мин.
∆t = Gр·(R+1)·k·δР ·τ /Gн.с·cн.с. + Gр· R·(1-k)·cр
Gр – производительность колонны по ректификату, равная 1000 кг/ч;
R – флегмовое число колонны, в нашем случае 5;
k – коэффициент неполноты конденсации, по условию равный 0,5;
δР – удельная теплота конденсации паров стирола, ккал/кг;
τ – время, в течение которого процесс конденсации нарушен, по условию
0,2 ч;
Gн.с – производительность колонны по начальной смеси, равная 1300 кг/ч;
cн.с, cр – удельная теплоемкость соответственно сырого стирола и паров,
0
ккал/кг∙ С.
Подставляя, получим:
∆t = 1000∙(5+1)∙0,5∙150∙0,2/ 1300∙0,3 + 1000∙(1-0,5)∙0,4 = 450С
Тогда температура в верхней части колонны будет t = tраб + ∆t = 45+45=90,
т.е. температура верха колонны возрастет в 2 раза, соответственно сильно
увеличится скорость химической реакции полимеризации, еще сильнее возрастет
температура и давление.
Опасность от попадания воды или другой легкокипящей жидкости в
нижнюю часть колонны не является характерной, т.к. температура низа колонны
только 1000С.
Помимо указанных в задании мер защиты колонны (подача ингибитора в
стирол-сырец (линия 17), выносные кипятильники для подогрева низа колонны)
необходимо осуществить: автоматическое регулирование подачи начальной смеси
в колонну, автоматическое регулирование температурного режима верха и низа
колонны, а также процесса конденсации паров стирола и работы вакуумкомпрессора. Колонна должна быть защищена предохранительным клапаном.
Необходимо строго соблюдать установленные сроки очистки от отложений
полимеров конструкции колонны, подогревателя, кипятильника, конденсатор холодильника и трубопроводов.
Повреждение корпуса колонны приведет к подсосу воздуха внутрь ее,
повысится давление, ускорится процесс полимеризации стирола, и вновь будет
расти температура и давление. При сильных повреждениях, сопровождающихся
подсосом большого количества воздуха, не исключена возможность образования
внутри системы взрывоопасных концентраций. Для осуществления контроля за
герметичностью колонны необходимо систематически брать пробы из
нагнетательной линии компрессора на присутствие в отсасываемых продуктах
кислорода воздуха.
Характерные причины динамических воздействий
В нашем случае динамические воздействия в виде гидравлических ударов
и вибраций могут иметь место при работе насосов и компрессоров.
Гидравлические
удары
от
резкого
изменения
давления
(производительности), быстрого перекрытия задвижек на линию. Так, например,
сила гидравлического удара при быстром закрытии задвижки на нагнетательной
линии насоса, имеющей диаметр 100 мм и толщину 4 мм. Скорость движения
этилбензола по линии 2 м/с.
Увеличение давления в линии при гидравлическом ударе будет:
∆P=( γ/g)·C·∆w , где
γ – удельная масса жидкости. В нашем случае 870 кг/м 3;
g – ускорение силы тяжести, м/с 2;
C – скорость распространения ударной волны, м/с;
∆w – уменьшение скорости движения при торможении струи. По заданию
уменьшение скорости равно 2 м/с.
Скорость распространения ударной волны определяется по формуле:
С=
g·Eж
γ·(1+d/δ· Eж / E
Где
кг/м2;
Eж – модуль упругости жидкости, кг/м2. Для этилбензола равен 12600∙104
E – модуль упругости стали, равный 2,1∙106 ∙104, кг/м2;
d – диаметр (внутренний) трубы, по условию равен 100 мм или
0,1 м;
δ – толщина стенки трубы, по условию равна 4 мм или 0,004 м.
Подставляя все значения, получим, что С=754 м/с.
Тогда ∆P = (870/9,81)∙754∙2 = 134000кг/м2 или 13,4 кг/см2.
Такое увеличение давления может быть опасным для трубопровода,
нормально работающего при давлении 1,5 атм.
Для компрессоров особенно опасно попадание в цилиндры жидкости
вместе с газом и прекращение расхода газа потребителем, т.к. поршневой
компрессор может работать на себя.
Вибрация насосов, компрессоров и трубопроводов, соединяющихся с
ними, возникают от резко изменяющегося давления, от наличия плохой центровки
валов и плохого крепления трубопроводов.
Для уменьшения этой опасности:
1. необходимо плавно перекрывать задвижки на линиях;
2. плавно увеличивать и снижать давление при пуске и остановке линии;
3. на компрессоре иметь перепускной клапан между нагнетательной и
всасывающей линиями.
4. Агрегаты должны иметь самостоятельные фундаменты.
5. Трубопроводы должны быть надежно закреплены.
6. Постоянство давления должно обеспечиваться автоматическими
регулированием, а также должны быть установлены манометры.
Характерные причины образования температурных напряжений
или снижение прочности свойств материала, стенок материала
Применительно к рассматриваемым аппаратам местные температурные
напряжения могут иметь место в оголенных от теплоизоляции местах нагретого до
высокой температуры корпуса ректификационной колонны, реактора и горячих
трубопроводах. Разогретые участки этих аппаратов могут резко охлаждаться
атмосферными осадками, холодным ветром. Во избежание этого теплоизоляция
горячих аппаратов и трубопроводов должна быть всегда в исправном состоянии.
Для огневого реактора характерной причиной может быть прогар теплообменной
поверхности (трубки с катализатором). Этому способствует повышение
температурного режима обогрева, отложения на трубках продуктов термического
разложения, уменьшение скорости движения продукта. Особенно опасно
непосредственное омывание пламенем трубок реактора.
Во избежание этого применяют высококачественные трубки реактора
выполненные, из жароупорной стали. Автоматически регулируют температурный
режим и следят, чтобы перепад давления продукта при прохождении через реактор
был не больше установленной величины.
Для резервуара с этилбензолом, расположенном на открытой площадке,
корпус, которого выполнен из мартеновской кипящей стали Ст-3, опасным
является воздействие низких температур в зимнее время.
При температурах порядка -300 С сталь делается хрупкой, могут
образоваться повреждения даже при небольших динамических воздействиях.
Во избежание этого резервуары в зонах холодного климата должны
изготовляться из стали с повышенной ударной вязкостью.
Если сталь обычная, нижний пояс резервуара в зимнее время следует
утеплять и эксплуатировать резервуар с пониженным уровнем взлива (с меньшей
степенью заполнения), чтобы снизить нагрузку.
Характерные причины, приводящие к химическому износу
материала (коррозии)
Обращающиеся в производстве этилбензол и стирол не обладают
корродирующими свойствами, в них нет также примесей, обладающими этими
свойствами, поэтому аппараты не будут испытывать интенсивного износа
коррозией от продукта, за исключением реактора. Трубки реактора со стороны
топки будут корродировать за счет свободного кислорода в продуктах горения и
особенно при омывании их языками пламени (образуется окалина). Поэтому
реактор, как было сказано выше, должен быть выполнен из высококачественной
стали, а пламя горелок не должно касаться теплообменной поверхности реактора.
5. Анализ причин появления характерных источников зажигания и
разработка средств защиты
Характерным источником зажигания на установке является открытый
огонь горелок реактора и сильно нагретые поверхности печи. Реактор размещается
в непосредственной близости с другими аппаратами, поэтому при аварии пары и
газы могут легко войти в соприкосновение с печью и воспламениться.
Пары этилбензола и стирола в реакторе нагреты до температуры 630 0С,
т.е. выше их температуры самовоспламенения, которая равна соответственно 5530С
и4900С. Следовательно, при выходе наружу они будут загораться без наличия
внешнего источника зажигания. В остальных аппаратах их температура ниже
температуры самовоспламенения.
Чтобы несколько снизить эту опасность, целесообразно огневой р еактор
оборудовать системой пожаротушения и паровой завесой по внешнему периметру
печи.
Полимерные соединения стирола, отлагающиеся на стенках аппаратов
и трубопроводов, не самовозгораются. Других самовозгорающихся на воздухе
отложений также не образуется.
Из источников зажигания, образующихся в результате теплового
проявления механической энергии, наиболее вероятными могут быть перегревы
подшипников насосов и компрессоров, а также искры при очистке поверхностей
аппаратов от полимерных отложений искрящими инструментами.
Во избежание этого температуру подшипников необходимо
контролировать, очистку производить инструментом, не высекающим искр.
Характерными источниками зажигания от теплового проявления
электрической энергии могут быть разряды статического электричества, т.к.
этилбензол и стирол являются диэлектриками и естественно при их перемещении,
падением струи и ее распылении будут образовываться заряды статического
электричества. Могут быть удары молнии в массивные наружные аппараты:
резервуары, ректификационную колонну, а также вторичные проявления
атмосферного электричества. Во избежание этого все аппараты и трубопроводы
должны быть надежно заземлены, резервуарный парк и аппараты наружной
установки должны иметь молниезащиту.
На данной установке могут появиться также источники зажигания, как и
на всех других производствах, в результате грубого нарушения установленных
правил пожарной безопасности и техники безопасности.
6. Возможные пути распространения пожара
Пожар, начавшийся на установке, может принять большие масштабы в
результате наличия значительного количества легковоспламеняющихся жидкостей,
их паров и горючих газов.
Общее количество жидкости, находящейся в резервуарах и аппаратах
установки, составляет примерно: в резервуарном парке – 6000 м3, на установке –
350 м3 легковоспламеняющихся жидкостей. В парке растекание жидкости при
аварии резервуара может быть в пределах обвалования, а продолжительность
горения – несколько часов. В пределах установки размером 20х30 м (свободная
площадь- 400 м2) при аварии трубопровода до его перекрытия или при аварии
емкости сырого стирола выйдет наружу примерно 50 м 3 жидкости, образуя слой
жидкости высотой примерно 10-12 см. При массовой скорости выгорания стирола
33 кг/м2∙час глубина выгорания составит 4 см. Следовательно, при неудачном
тушении пожар может продолжаться более 2 час. Высокая теплота горения (4438,8
кДж/моль) вызовет появление высоких температур, а длительность горения может
вызвать повреждения и необратимые деформации производственного
оборудования и строительных конструкций.
Газовое облако, которое образуется при аварии, может не только
заполнить территорию установки, но и выйти за ее пределы, распространяясь по
направлению ветра.
Во избежание этой опасности должна быть возможность аварийного
освобождения промежуточных емкостей и ректификационной колонны, должны
быть устроены бортики вокруг емкостных аппаратов и по периметру площадки
установки от растекания жидкостей при аварии. Огневой реактор должен иметь,
как сказано выше, паровую завесу, чтобы предупредить возможность
воспламенения образующегося газового облака. Из имеющихся коммуникаций
трубопроводов распространение пламени возможно по дыхательной трубе
резервуара с этилбензолом и стиролом (в остальных трубопроводах находятся
жидкости или чистые, без воздуха горючие газы), хотя дыхательная труба
резервуара с этилбензолом по заданию защищена огнепреградителем, но не указан
его тип и фактический диаметр гасящего отверстия. Поэтому примем, что
огнепреградитель гравийного типа и определим необходимый диаметр зерна
гравия по формуле:
dкр = Pе· λ· R· T/w· cр· P, где
Pе – число Пекле на пределе погасания пламени, равное 65080;
dкр – критический диаметр гасящего отверстия огнепреградителя, м;
λ – коэффициент теплопроводности горючей смеси, Вт/м∙град;
R –газовая постоянная 848/М=848/108=7,85, кг/кг∙град;
T – температура горючей смеси, равная 273+20=293 К;
w – нормальная скорость горения паров этилбензола, равная 0,35 м/с;
cр – удельная теплоемкость горючей смеси, Дж/кг ∙град;
P – давление горючей смеси, равное по заданию 10100 кг/м2 (0,101 МПа).
Теплопроводность смеси паров этилбензола с воздухом определяется из
уравнения:
λ =k·λп+(1-k)λв ,где
λп , λв – соответственно коэффициенты теплопроводности паров
этилбензола и воздуха, ккал/м∙ ч ∙град;
k – коэффициент стехиометрической концентрации горения паров, в
объемных долях.
С6Н5СН2СН3 + 10,5О2 +10,5∙3,76N2 = 8СО2 + 5Н2О + 10,5∙3,76N2 ,
Следовательно, к = 1/ 1+10,5+10,5∙3,76 = 0,02 объемн.доли
Имея в виду, что в горючей смеси очень мало паров этилбензола (всего
2%) и много воздуха (98%), можно без существенной ошибки теплопроводность и
удельную теплоемкость не вычислять для смеси, а брать как для чистого воздуха.
Тогда при 200С:
λ = 0,223 ккал/ м∙ ч ∙град; а cр =0,24 ккал/кг∙ град.
Подставляя полученные данные в основную формулу, получим:
dкр = Pе· λ· R· T/w· cр· P =0,0012 м ил 1,2 мм.
Безопасный диаметр гасящего канала огнепреградителя равен:
d=0,8· dкр = 0,96 мм
Тогда диаметр зерен гравия будет равен:
dграв.= 4d = 4∙0,96 =3,96 или 4 мм.
Высоту насадки гравия принимаем 80 мм.
Чтобы уменьшить масштабы пожара и снизить тем самым ущерб от него,
необходимо помимо противопожарного водоснабжения и первичных средств
пожаротушения иметь стационарную установку паротушения для реактора и
установки пенотушения для насосной, компрессорной станции и резервуарного
парка.
III. Обоснование категории взрывопожароопасности производства
Определим категорию взрывопожароопасности помещения насосной
станции для подачи этилбензола в реакторы, а затем помещения вакуумкомпрессоров для удаления водорода из системы.
Насосная станция.
а) В помещении насосной станции нет емкостных аппаратов, а только
насосы и трубопроводы. Наиболее опасной аварийной ситуацией будет разрыв
нагнетательного трубопровода, диаметр которого 50 мм (по заданию).
б) Количество жидкости, которое выйдет в помещение при аварии.
Использовать нормативный документ НПБ 105-03 и Пособие по
применению НПБ 105-95 «Определение категорий помещений и зданий по
взрывопожарной и пожарной опасности» при рассмотрении проектно-сметной
документации.
IV. Выводы
Установка по производству стирола из этилбензола является
взрывопожароопасной. В ней обращается большое количество ЛВЖ и водорода.
Процесс протекает при высоких температурах и с использованием
глубокого вакуума.
В работе дан анализ пожарной опасности основных параметров
установки-реактора, ректификационной колонны, резервуара с этилбензолом.
Установлено, что в реакторе и резервуаре при нормальной эксплуатации
или нарушении режима имеются или могут образоваться взрывоопасные
концентрации, при нарушении режима работы образуются опасные для аппаратов
давления. На установке имеются характерные источники зажигания - открытый
огонь горелок реактора и высоконагретые продукты реакции (tраб >tсмв).
Показаны возможные пути развития пожара и его возможные масштабы.
По выявленным недочетам предложена соответствующая пожарная защита.
Установлено, что помещения насосной и компрессорной станций по
взрывной и пожарной опасности относятся к категории А.
Основные результаты анализа пожарной опасности рассматриваемых
аппаратов и их противопожарная защита показаны на прилагаемой карте пожарной
опасности.
Формулы для выполнения необходимых расчетов по курсовой работе
I. Аппараты с ЛВЖ и ГЖ:
В паровоздушном пространстве 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 и емкостях являются:
а) наличие паровоздушного пространства в аппарате;
б) наличие в аппарате горючей жидкости, рабочая температура которой
находится в интервале между нижним и верхним температурными пределами
воспламенения, т.е.
tнпв ≤ tраб ≤ tвпв, где
tраб - рабочая температура жидкости в аппарате, град;
tнпв, tвпв - соответственно нижний и верхний температурные пределы
воспламенения жидкости, град.
Температурные
пределы
воспламенения
для
многих
легковоспламеняющихся
и горючих жидкостей приведены в справочных
пособиях. Температурные пределы воспламенения могут быть определены
экспериментально по ГОСТ 12.1.044-89, а в некоторых случаях вычислены по
следующей формуле:
tв = ktкип – l, где
tв – соответствующий температурный предел воспламенения (нижний или
верхний) при атмосферном давлении, град;
tкип- температура кипения жидкости или начала кипения раствора, град;
k, l - постоянные величины, определяемые или вычисляемые из
экспериментальных данных.
Значения k и l для некоторых соединений приведены в таблице 2.
Оценивая практически пожаровзрывоопасность 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 концентрации в
паровом объеме (пространстве) аппарата. Применительно к температурным
пределам воспламенения жидкостей запас надежности принимают равным ±10о С.
Это обеспечивает расширение зоны пожароопасных концентраций, как
показано на рис. 1.
Тогда второе условие, необходимое для образования взрывоопасных
концентраций паров жидкости в закрытых аппаратах, может быть записано
следующим образом:
tнпв -10о С ≤ tраб ≤ tвпв +10о С.
Рабочая температура жидкости (ее действительная температура в
аппарате) определяется по показаниям приборов или из пояснительной записки к
проекту (когда речь идет о проектируемом производстве) или к техноло гическому
регламенту. Если рабочая температура жидкости в процессе эксплуатации аппарата
будет изменяться, следует определить, в какие периоды работы аппарата внутри
него могут возникнуть взрывоопасные концентрации.
Таблица 2.
Температурный
Нормальные
Нормальные
предел
алканы
алкены
воспламенения
Жирные спирты
Нефть
и
нефтепродукты
k
l
k
l
k
l
k
l
Нижний
0, 6957
73,8
0,6867
74,5
0,5746
33,7
0,82
86
Верхний
0,7874
50,3
0,7976
49,5
0,6928
15,0
0,7
42
1
3
t нпв
4
tвпв
tраб
жидкости
t впв +10 о С
о
tнпв -10 С
2
Рис.1. Зона воспламенения паровоздушных концентраций с учетом запаса
надежности:
1 – область температур, при которых в аппарате образуются паровоздушные
смеси в пределах воспламенения;
2- область воспламенения паровоздушных смесей с учетом запаса надежности;
3 – область температур, при которых смеси имеют концентрация ниже нижнего
предела воспламенения;
4 - область температур, при которых смеси имеют концентрация выше верхнего
предела воспламенения.
в) Если в аппарате в какие-то периоды будет взрывоопасная
концентрация, опасность ее наличия можно подтвердить определением
величины давления, которое образуется при взрыве и внутреннего напряжения
в стенке сосуда.
Давление при взрыве можно определить по формуле:
Рвзр. = Ро (Твзр./То)·(m/n),
где
Рвзр.- давление при взрыве паров, кг/см2;
Ро – рабочее давление в резервуаре, кг/см2
Твзр.и То – соответственно температура при взрыве и рабочая температура
в резервуаре, оК;
m и n – количество молей до взрыва и после взрыва.
г) Если автор курсовой работы придет к заключению, что необходимо
защитить аппарат негорючим газом, то необходимую концентрацию инертного
газа можно определить расчетом по известной методике.
Введение негорючих газов в паровоздушный объем аппаратов и
емкостей.
Флегматизирующее действие инертного компонента тем сильнее, чем
выше его теплоемкость. Нет необходимости удалять весь кислород из защищаемой
емкости или аппарата, а достаточно разбавить смесь негорючим газом до
безопасной величины. Учитывая коэффициент надежности, требуемая
концентрация φд негорючего газа в смеси должна быть на 20% выше φфл, т.е. φд
=1,2 φфл.
Требуемую концентрацию инертного компонента в смеси горючее –
воздух можно выразить через количество оставшегося кислорода:
φк.д.=1,2φк.фл.- 4,2,
Где φк.д –допустимая по условиям взрывобезопасности концентрация
кислорода в смеси, % (объемн.);
φк.фл. – предельная взрывобезопасная концентрация кислорода в смеси, %.
Предельное взрывобезопасное содержание кислорода в смеси можно
определить опытным путем или найти его примерное значение расчетом по
формуле:
φк.фл = nφнпв,
Где n – стехиометрический коэффициент при кислороде в уравнении
реакции сгорания одного моля горючего вещества;
φнпв – нижний концентрационный предел воспламенения, % (объемн.).
Следовательно:
φк.д.=1,2nφк.фл.- 4,2 .
Зная допустимую (по условиям взрывобезопасности) концентрацию
кислорода в смеси, можно определить, сколько негорючего газа следует подать в
аппарат:
φд = 100 – φкд./0,21,
Где φд – концентрация негорючего газа, требуемого для защиты аппарата,
% (объемн.).
Более точно предельное безопасное содержание воздуха в аппаратах с
горючими жидкостями можно определить следующим образом:
Vв=100(Tп – Tо) ∙∑Аini∑cpini /0,74 ∑Qini
Где Аi– количество воздуха, необходимого для полного сгорания одного
моля i-го компонента, моль;
Qi – теплота сгорания одного моля i-го компонента, кал/моль;
ni – мольная доля i-го компонента смеси горючих паров;
Т0 –начальная температура, о С;
Тп – критическая температура пламени, соответствующая верхнему
пределу воспламенения. Для смесей углеводородов с малыми примесями Н2 и СО
принимают равной 1100о С.
∑cpini – суммарная теплоемкость продуктов сгорания может приниматься
во всех случаях равной 7 кал/моль∙град
Таким образом, взрывобезопасность аппарата или емкости можно
обеспечить при помощи негорючего газа, контролируя его концентрацию или
концентрацию кислорода в смеси, не допуская, чтобы их содержание выходило за
пределы допустимых значений.
II. Аппараты с горючими газами
Обычно аппараты и трубопроводы бывают заполнены горючим газом без
примесей окислителя, на 100%. Реже по технологическим условиям используется
смесь горючего газа с воздухом или кислородом (например, получение водорода
конверсией метана)
Наличие горючей смеси газа с воздухом внутри аппаратов и
трубопроводов ожжет быть выражено следующим образом:
φнпв ≤φраб ≤φвпв
Запас надежности для нижнего концентрационного предела
воспламенения принимают равным 50% от его значения.
Верхний предел воспламенения, с учетом запаса надежности, определяют
по формуле:
φбез = 100 – (100-φвпв)/К,
К-коэффициент
зависит
от
численной
величины
верхнего
концентрационного предела воспламенения.
Для веществ с невысоким значением верхнего концентрационного
предела воспламенения К=1,04-1,1.
Для веществ с высоким значением верхнего концентрационного предела
воспламенения (например, ацетилен, водород, метиловый спирт и т.п.) К=1,31-2,52.
Следовательно, в аппаратах с газами при учете запаса надежности
концентрацию нужно считать взрывоопасной, если
0,5φнпв ≤φраб ≤100 – (100-φвпв)/К
Рабочая концентрация горючих газов φраб не может быть определена по
величине рабочей температуре или давления в аппарате.
Действительную концентрацию газа определяю анализом или
устанавливают по данным технологического регламента.
III. Периоды пуска и остановки
Для периода окончания продувки φ=φкон.,
тогда для газов τг=(V/q)ln (φнач/φкон)
Для огнеопасных жидкостей длительность продувки должна быть
увеличена в несколько раз по сравнению с аппаратами из-под горючих газов,
следовательно,
τж = n(V/q)ln φнач/φкон, где τг , τж- время продувки аппарата с горючим
газом и горючей жидкостью, мин; n – коэффициент, зависящий от летучих
жидкости и ее количества. В среднем может быть принят в пределах 3-10.
Количество негорючего газа или водяного пара q, подаваемого на
продувку аппарата, можно определить, зная диаметр трубопровода и давление газа
при выходе газа из него:
q=πd 2/4·w60 =πd 2·w, где w- скорость истечения из трубопровода в аппарат,
м/сек;
d- диаметр трубопровода, м.
IV. Аппараты с дыхательными устройствами
При выходе паровоздушной смеси из аппарата около дыхательной трубы
образуется горючая концентрация паров, если температура жидкости будет равна
или больше величины НКПРП (воспламенения) с учетом коэффициента
надежности, т.е., если tраб ≥tнтпв -100С.
Величина зоны опасных концентраций будет зависеть от количества
выходящих паров, их свойств и состояния окружающей среды (скорость движения
и температура воздуха).
Определение потерь при большом дыхании.
Предположим, что перед наполнением резервуара в нем находится объем
жидкости V1, а в конце заполнения объем жидкости в резервуаре будет равен V2.
Наполнение почти всегда происходит при неизменяющейся температуре tраб и
постоянном давлении в емкости Рраб.
Таким образом, Р1≈ Р2 = Рраб, t1≈ t2= tраб и φ1= φ2= φs
Тогда количество потерь при большом дыхании можно определить по
формуле: Gб =(V1-V2)(Pраб /Траб )φs (Mп /848)
V. Для аппаратов с сальниковыми уплотнениями
Значительное количество аппаратов, работающих под давлением, имеют
движущиеся механизмы (лопасти мешалок, колеса насосов и компрессоров, винты
шнеков и т.п.), валы или штоки которых проходят через корпус аппарата с
соответствующими сальниковыми уплотнениями.
Уплотнения вращающихся валов и штоков, совершающих возвратнопоступательное движение, должны создавать небольшое трение, быть
износоустойчивыми, обладать требуемой герметичностью и возможностью легкой
замены.
Создать надлежащую герметичность сальников очень трудно, поэтому
при работе аппаратов с наличием сальниковых уплотнений всегда наблюдается
утечка паров, газов или жидкости. Так, по данным натурных испытаний, средние
выделения паров и газов на один насос составили следующие величины.
Таблица 3
Перекачиваемые
продукты
Темные нефтепродукты при температуре 1003500 С
Светлые нефтепродукты при температуре до
600 С
Сжиженные газы
Раствор масла в толуоле
Бензол
Вещества,
выходящие через сальники
Количество
выделений,
г/ч
Тяжелые углеводороды
500
Легкие углеводороды
1000
Бутан-бутилен
Пары толуола
Пары бензола
2500
145
450
Количество
жидкости,
просачивающейся
через
сальниковые
уплотнения, примерно можно определить расчетом по эмпирическим формулам.
Так, для поршневых насосов, перекачивающих легкие, холодные нефтепродукты,
утечка будет равна: G =A√P, где
G- количество жидкости, проходящей через сальник штока в г/ч на 1 мм
смоченного периметра штока;
A – опытный коэффициент. Для высоколетучих жидкостей при
нормальном состоянии сальников принимают A ≈ 5,0; для обычных бензинов и
керосинов при хорошем состоянии сальников A≈2,5;
P – давление, создаваемое насосом, ати.
Утечки через сальники центробежных насосов при перекачивании лгких
жидкостей может быть найдена по формуле:
G =0,005dρК√Н, где
G -количество жидкости, выходящей через сальники насоса, кг/ч;
d – диаметр вала насоса, м;
ρ - удельный вес жидкости, кг/м3
К – коэффициент испаряемости жидкости, (если нужно определить вес
испарившейся части жидкости);
Н – рабочее давление насоса, м вод.ст.
VI. Нарушение нормального процесса конденсации паров
Непосредственной причиной нарушения нормального процесса
конденсации паров в конденсаторах является уменьшение количества
передаваемого тепла от подлежащего конденсации пара к хладоагенту. Это может
происходить в результате уменьшения или полного прекращения подачи
хладоагента (воды, рассола, сжиженного газа и т.п.), поступления его с бо лее
высокой начальной температурой, а также при уменьшении коэффициента
теплопередачи от пара к хладоагенту при сильном загрязнении теплообменной
поверхности конденсаторов малотеплопроводными отложениями. Коэффициент
неполноты конденсации в общем виде может быть выражено отношением:
а =(Qн –Qд /Qн )·100,
где Qн – количество тепла, передаваемого через теплообменную
поверхность, при полной конденсации пара, ккал/ч;
Qд - количество тепла, передаваемого при нарушении процесса
конденсации, ккал/ч.
VII. Попадание в высокотемпературные аппараты жидкостей с
низкой температурой кипения
Если в аппарат с высокой рабочей температурой по какой-либо причине
попадет жидкость, температура которой значительно ниже температуры в
аппарате, то произойдет интенсивное испарение жидкости и повышение давления.
Приращение давления ∆P в аппарате при попадании в него жидкости и ее
испарения определяется по формуле:
∆P=Р0 ·(mV/Vсв),
Где Р0 – давление, равное 1 кг/см2;
m – количество жидкости, попавшей и испарившейся в аппарате, кг;
V- объем паров , образующихся при испарении 1 кг жидкости при
температуре аппарата , м3/кг;
Vсв – свободный объем аппарата, м 3.
При возможности образования повышенного давления в аппарате
проверить защищен ли он предохранительными клапанами, если нет, то
предложить его и определить необходимую площадь сечения предохранительного
клапана:
Gкл =1,59·μ·f·B·√(Р1-Р2)·γ , где
Gкл- пропускная способность клапана (кг/ч) или площадь сечения
предохранительного клапана для паров и газов;
μ – коэффициент расхода,
определяется экспериментально
илипринимается ориентировочно 0,75- 0,85;
f – площадь сечения клапана, мм;
P1 – максимальное давление перед клапаном, кг/см2;
P2 - давление за предохранительным клапаном, кг/см2;
γ – удельная масса паров при P1 и t1, кг/м3;
t1 –температура среды перед клапаном, град.
VIII. Гидравлические удары.
Большие внутренние напряжения в стенках аппаратов и трубопроводов
могут возникнуть в результате резкого торможения движущегося потока жидкости
или газа, т.е. в результате так называемого гидравлического удара.
Величину ∆P, на которую повысится давление в трубопроводе при
гидравлическом ударе, можно определить по формуле Н.Е.Жуковского:
∆P=( γ/g)·C·∆w , где
γ – удельная масса жидкости. В нашем случае 870 кг/м 3;
g – ускорение силы тяжести, м/с 2;
C – скорость распространения ударной волны, м/с;
∆w – уменьшение скорости движения при торможении струи, м/с.
Скорость распространения ударной волны определяется по формуле:
С=
g·Eж
γ·(1+d/δ· Eж / E
Где
Eж – модуль упругости жидкости, кг/м 2.
E – модуль упругости стали, кг/м2;
d – диаметр (внутренний) трубы, м;
δ – толщина стенки трубы, м.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Алексеев М.В., Волков О.М., Шатров Н.Ф. Пожарная профилактика
технологических процессов производств. – М:1986.
2. Алексеев М.В. Основы пожарной профилактики в технологических
процессах производств. М, 1972.
3. Клубань В.С., Петров А.П., Рябиков В.С. Пожарная безопасность
предприятий промышленности и агропромышленного комплекса. - М: 1987.
4. ГОСТ 12.1.004-91. Пожарная безопасность. Общие требования.
5. НПБ 105-03. Определение категорий помещений, зданий и наружных
установок по взрывопожарной и пожарной опасности.
6. Пособие по применению НПБ 105-95 «Определение категорий
помещений и зданий» при рассмотрении проектно-сметной документации.
7. ГОСТ 12.1.044-89. Пожаровзрывобезопасность веществ и материалов.
Номенклатура показателей и методы определения.
8. ГОСТ 12.3047-98. Пожарная безопасность технологических процессов.
Общие требования. Методы контроля.
9. Современная противопожарная защита зданий и сооружений.
Корольченко А.Я., Корольченко Д.Я. Основы пожарной безопасности предприятия.
Полный курс пожарно-технического минимума. Учебное пособие. – М: Пожнаука,
2006.
Процессы и аппараты защиты окружающей среды
Методические указания по выполнению курсовой работы
магистрантами направления 20.04.01 «Техносферная безопасность»,
по программе «Пожарная безопасность»
Составители: Елена Анатольевна Сушко
Инна Игоревна Переславцева
Ирина Александровна Иванова
Подписано в печать. 2015 г. Уч.-изд.л. 3,5
Воронежский ГАСУ
394006 Воронеж, ул. 20-летия Октября, 84
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
40
Размер файла
432 Кб
Теги
среды, 243, защита, процесс, аппарата, окружающий
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа