Технологического оборудования и способы обеспечения пожарной
безопасности»
Необходимо уяснить, что наибольшую опасность для производственных помещений по возможности образования горючих концентраций при нормальных условиях работы представляют емкости с открытой поверхностью испарения, с дыхательными устройствами и периодически открываемые для загрузки и выгрузки, а также аппараты, работа которых сопровождается выделением горючих пылей и волокон.
Следует иметь в виду, что в воздух производственных помещений могут выходить пары и газы даже из закрытых аппаратов, работающих под давлением, через сальниковые уплотнения, неплотности швов, прокладки фланцевых соединений и т. п. Для оценки этой опасности необходимо научиться определять объем помещения, в котором возможно образование местной горючей концентрации. Для этого надо знать, как определять количество паров или пылей, выходящих из аппаратов при их нормальной работе.
При определении количества испаряющейся жидкости со свободной поверхности в неподвижную и движущуюся среду следует уяснить, какие условия необходимы для образования горючих концентраций над открытой поверхностью испарения, от каких факторов зависит интенсивность испарения, какой физический смысл коэффициента диффузии, движущей силы массопередачи. Необходимо также обратить внимание на размерность величин, входящих в расчетные формулы.
Для аппаратов с дыхательными устройствами следует обратить внимание на понятия «большого» и «малого» дыхания, в каких случаях они сопровождаются выходом паров из аппаратов и емкостей наружу. Надо знать, при каком необходимом условии возможно образование горючей концентрации паров около клапанов, если известна температура паров, выходящих наружу, а также как определить расчетом количество паров жидкости, которое теряется при большом и малом дыханиях аппаратов.
Необходимо разобраться, как можно определить количество паров, выходящих из периодически действующих аппаратов в зависимости от выполняемых операций (загрузка, открывание крышки, разгрузка).
При рассмотрении опасности выхода пыли из технологического оборудования основное внимание должно быть уделено оценке запыленности помещения с учетом количества пыли, отложившейся на поверхностях аппаратов и конструктивных элементах здания цеха. Для этого надо знать методику оценки количества осевшей и взвешенной пыли в помещении, а также уметь определить периодичность уборок, предотвращающих опасное накопление пыли в помещениях.
При изучении пожарно-профилактических мероприятий, уменьшающих возможность выхода горючих паров и пылей из аппаратов в производственные помещения или в атмосферу, следует иметь в виду, что эти мероприятия направлены не только на повышение уровня пожарной безопасности производств, но и на улучшение условия труда работающих и снижение загрязнения окружающей среды. Пожарно-профилактические мероприятия целесообразно подкреплять примерами из собственной практики обслуживания промышленных предприятий.
Литература
Основная: [1], [4], [12], [18], [20].
Дополнительная: [2], [11], [13], [14], [16], [17], [21].
Вопросы для самопроверки
1. Напишите условие (с учетом коэффициента надежности), при котором над поверхностью открытого аппарата с огнеопасной жидкостью образуется горючая концентрация паров с воздухом.
2. Определение количества огнеопасной жидкости, испаряющейся с открытой поверхности в неподвижную среду.
3. Определение высоты зоны взрывоопасных паров над поверхностью испарения огнеопасной жидкости.
4. Расчет количества огнеопасной жидкости, испаряющейся с открытой поверхности в движущийся воздух, и объема, в котором возможно образование горючей концентрации паров.
5.Технические решения, направленные на снижение пожаровзрывоопасности производств при наличии аппаратов с открытой поверхностью испарения.
6. Написать и пояснить формулу для определения количества жидкостей, теряемых за один цикл большого дыхания аппарата.
7. Написать формулу для определения количества жидкости, теряемой за один цикл малого дыхания аппарата.
8. Условие (с учетом коэффициента надежности), при котором в момент заполнения аппарата около дыхательной трубы образуется горючая концентрация паров.
9. Определение примерного объема зоны местной взрывоопасной концентрации, который может образоваться в районе расположения дыхательной линии при известном количестве ЛВЖ и ГЖ, теряемых за один цикл большого или малого дыхания.
10.Технические решения, направленные на снижение пожаровзрывоопасности в окрестностях дышащих аппаратов.
11. Нарисуйте схемы газовой обвязки резервуаров; вывода дыхательной линии от аппарата с жидкостью за пределы помещения, устройства дыхательного клапана НДКМ.
12. Определение количества паров жидкости, выходящих из аппарата периодического действия в зависимости от характера выполняемой операции (загрузка, открывание крышки, разгрузка в тару).
13.Технические решения, направленные на снижение пожаровзрывоопасности аппаратов периодического действия.
14.Методика определения степени запыленности воздуха производственных помещений.
3.4. Рекомендации и вопросы для самопроверки по теме «Пожарная
опасность выхода горючих веществ из поврежденного технологического оборудования и способы обеспечения пожарной безопасности»
Изучая эту тему, необходимо уяснить, что наибольшую опасность для производственных объектов представляют аварийные ситуации, при которых горючие вещества выходят в производственные помещения или на открытую площадку, растекаются и рассеиваются по окрестности, образуя пожаровзрывоопасные зоны. Следует разобраться, к каким последствиям приводят аварии и повреждения оборудования при выходе горючих веществ наружу с учетом их рабочей температуры, знать виды повреждений. Надо уметь определить количество веществ, выходящих наружу из аппаратов при локальных и полных повреждениях.
При рассмотрении мероприятий, направленных на ограничение утечек горючих веществ и предотвращение свободного растекания горючих жидкостей, надо уметь нарисовать принципиальные схемы скоростных клапанов-перекрывателей потока, обратных клапанов, обвалований, бортиков, пандусов, лотков и т. п.
Необходимо научиться определять длительность нарастания взрывоопасных концентраций при наличии и отсутствии воздухообмена в помещении. Здесь важно уяснить, что при значительных повреждениях наличие воздухообмена в помещении существенно не влияет на длительность нарастания взрывоопасных концентраций.
Литература
Основная: [2], [3], [4], [5], [13], [17], [20].
Дополнительная: [11],[12], [22].
Вопросы для самопроверки
1. Дайте оценку опасности аварийных ситуаций, назовите характерные причины появления аварийных ситуаций.
2.Назовите виды повреждений технологического оборудования. Приведите примеры этих повреждений.
3. Напишите и объясните расчетные формулы для определения количества ЛВЖ, ГЖ или сжиженных газов, выходящих наружу при локальном повреждении аппарата.
4. Напишите и объясните расчетные формулы для определения количества горючих паров и газов, выходящих наружу при локальном повреждении аппарата.
5. Как определяется количество жидкости, выходящей из аппарата при его полном разрушении?
6. Как можно определить количество горючих газов или паров, выходящих из аппарата при его полном разрушении?
7. Как можно определить площадь растекания горючей жидкости при авариях аппаратов и трубопроводов?
8. Мероприятия, предотвращающие утечку горючих веществ. Приведите примеры устройств, отключающих поврежденные участки трубопроводов и ограничивающих свободное растекание горючих жидкостей.
9. Напишите формулу для определения промежутка времени, в течение которого в заданном объеме помещения концентрация горючего достигает опасной величины.
3.5. Рекомендации и вопросы для самопроверки по теме «Причины
повреждения технологического оборудования и меры по их предупреждению»
Неплотности в технологическом оборудовании и его повреждения появляются чаще всего в результате комбинации следующих нарушений: превышения расчетных нагрузок при сохранении расчетной прочности оборудования, снижения расчетной прочности оборудования при сохранении расчетных нагрузок или одновременном нарушении расчетных нагрузок и расчетной прочности оборудования.
Из механических причин повреждения аппаратов и трубопроводов наиболее характерными являются: образование повышенных по сравнению с нормами давлений и динамические воздействия. При рассмотрении причин образования повышенных давлений в аппаратах в результате нарушения материального баланса необходимо обратить внимание на опасность наличия в аппаратах и трубопроводах отложений и пробок, имея в виду, что кристаллогидраты представляют собой твердые комплексные соединения углеводородов и воды.
Изучая причины образования повышенных давлений из-за нарушения температурного режима, нагрева емкостей с газами и полностью заполняемых жидкостями, а также в результате попадания жидкостей в высоконагретые аппараты необходимо самостоятельно вывести расчетные формулы для определения приращения давления и решить несколько примеров. Рассматривая профилактические мероприятия, следует обратить внимание на то, как можно определить возможную степень заполнения емкостей и баллонов, какие требования предъявляются к установке предохранительных клапанов и как они рассчитываются. Опасность попадания легкокипящей жидкости в высокотемпературный аппарат объясняется возможностью ее мгновенного вскипания и быстрым (взрывным) нарастанием давления. Поэтому для зашиты высокотемпературных аппаратов, в которые возможно попадание легкокипящих жидкостей, применяют мембранные клапаны.
Рассматривая влияние динамических факторов, необходимо вспомнить, в чем заключается сущность гидравлических ударов, как определяется приращение давления при гидравлическом ударе по формуле академика Н. Е. Жуковского. Так как частыми причинами повреждения являются вибрации и резкое изменение внутреннего давления в аппаратах, то следует обратить внимание на мероприятия по предупреждению их вредного проявления.
Изучая воздействие температуры на материал производственных аппаратов и трубопроводов, необходимо пояснить, в каких случаях появляются опасные внутренние температурные напряжения, не предусмотренные расчетом, как действуют на сталь высокие и низкие температуры. Надо знать формулу для определения температурного напряжения, если отсутствует возможность измерения длины отдельных элементов (узлов) или конструкции в целом аппарата или трубопровода и знать виды температурных компенсаторов, применяемых в технике. Необходимо изучить причины, вызывающие повреждения аппаратов, емкостей и трубопроводов, эксплуатируемых при высоких и низких температурах, и знать, как можно уменьшить опасность повреждений.
Литература
Основная: [3], [4], [5].
Дополнительная: [6], [7], [8], [9], [13], [16], [18].
Вопросы для самопроверки
1. Классификация причин повреждения технологического оборудования.
2. Нарушение материального баланса для аппаратов, причины его возникновения и последствия.
3. Напишите и поясните формулу для определения приращения давления в трубопроводах при образовании в них отложений.
4. Причины и условия образования в аппаратах и трубопроводах полимерных, ледяных и кристаллогидратных пробок. На каких производствах возможно их образование? Мероприятия, снижающие эту опасность.
5. Приведите схему расходной емкости (мерника или промежуточной емкости) и покажите оборудование, обеспечивающее ее безопасную эксплуатацию.
6. Приведите схему поршневого насоса, оборудованного циркуляционной линией с предохранительным (перепускным) клапаном.
7. Напишите и объясните формулу для определения давления в переполненном аппарате при его нагревании.
8. Определение коэффициентов объемного расширения и сжатия горючей жидкости или сжиженного газа по их плотности и модулю упругости при заданных температурах.
9. Напишите и объясните формулу для определения допустимой степени заполнения резервуаров, емкостей и трубопроводов жидкостями и сжиженными газами.
10. Меры профилактики, исключающие переполнение аппарата жидкостями и сжиженными газами.
11. Причины попадания низкокипящей жидкости в высоконагретые аппараты. Меры профилактики, исключающие эту опасность.
12. Напишите и объясните формулу для определения приращения давления в высоконагретом аппарате при попадании в него низкокипящей жидкости.
13. Основные пожарно-профилактические мероприятия, уменьшающие возможность образования повышенных давлений.
14. Виды динамических воздействий на аппараты и трубопроводы, чем они опасны?
15. Определение давления при гидравлическом ударе в трубопроводе (формула Н.Е.Жуковского).
16. Основные мероприятия, предупреждающие образование динамических воздействий на аппараты и трубопроводы.
17. Область применения, виды и устройство (привести схемы) предохранительных клапанов. Требования к их установке.
18. Напишите и объясните формулу для определения площади предохранительного пружинного клапана.
19. Причины появления температурных перенапряжений в материале аппаратов и трубопроводов.
20. Определение температурных напряжений для жестко защемленной конструкции аппаратов или трубопроводов.
21. Привести схемы температурных компенсаторов, устанавливаемых на трубопроводах. Принцип работы компенсаторов.
22. Опасность воздействия высоких температур на материал аппаратов. Мероприятия, уменьшающие опасное влияние высоких температур на стенки аппаратов.
23. Причины повреждения аппаратов от воздействия низких температур. Меры профилактики, уменьшающие эту опасность.
3.6. Рекомендации и вопросы для самопроверки по теме «Определение
категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности»
При изучении этой темы необходимо уяснить значение и сущность системы категорирования помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности, знать основные принципы и положения, заключенные в действующую систему категорирования.
Обучаемый должен научиться определять категорию помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности, в технологии которых обращаются горючие газы, жидкости и пыли. При этом необходимо овладеть методикой использования ЭВМ для расчетного определения категорий помещений и зданий.
Литература
Основная: [1],, [3], [4], [5], [6], [10].
Дополнительная: [11], [13], [25].
Вопросы для самопроверки
1. Основные принципы категорирования помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности.
2. Характеристика помещений категории А, Б, В1-В4, Г и Д.
3. Выбор расчетного варианта аварии при определении категории помещения.
4. Методика расчетного определения категории помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности.
3.7. Рекомендации и вопросы для самопроверки по теме «Производственные источники зажигания и способы обеспечения пожарной безопасности»
Производственными источниками зажигания могут являться открытый огонь; раскаленные продукты горения и нагретые ими конструкции; искры при работе топок и двигателей; искры, образующиеся при ударах твердых тел; теплота трения при работе подшипников и сальников машин и аппаратов, при наматывании волокнистых материалов на валы и т.п.; тепловые проявления химических реакций и электрической анергии.
Прежде всего необходимо усвоить, при каких обязательных условиях источник тепла может стать источником зажигания. Следует понять, почему пожары чаше возникают не от стационарных (постоянно действующих) точек с наличием открытого огня, а от открытого огня при ремонтных работах, использовании факелов, ламп, при курении и т.п. Надо знать, какие требования предъявляются к устройству производственных печей на открытых площадках и в производственных помещениях, требования, предъявляемые к устройству факельных установок, а также требования, предъявляемые при производстве огневых ремонтных работ.
Необходимо изучить причины, вызывающие интенсивное искрообразование при работе печей, нагаро- и искрообразование при работе карбюраторных и дизельных двигателей, а также мероприятия, предупреждающие возможность интенсивного искрообразования. Надо уметь нарисовать схемы искрогасителей, в которых улавливание искр осуществляется преимущественно за счет сил тяжести, центробежных, электрических и инерционных сил, а также такие, где гашение искр производится с помощью водяных и паровых завес.
При рассмотрении раскаленных продуктов горения как источника зажигания необходимо выяснить, какие условия способствуют перегреву поверхностей и какие существуют способы защиты разогретых поверхностей от возможного соприкосновения с ними горючих веществ.
Рассматривая механические искры, необходимо представлять, какова может быть их температура, запас тепловой энергии и время действия. При этом следует выяснить, почему механические искры воспламеняют не все газовоздушные смеси, а пыли − только в осевшем состоянии?
Следует выяснить, в каких производствах искры, образующиеся при ударе стальных инструментов, попадании металла и камней в машины с быстровращающимися механизмами, при поломках и авариях могут вызвать реальную опасность возникновения пожара. При изучении пожарно-профилактических мероприятий следует обратить внимание на устройство магнитных улавливателей (сепараторов) и камнеловушек, на их размещение и уход.
Рассматривая разогрев трущихся поверхностей как причину возможных пожаров, необходимо уметь определять работу сил трения, знать, от каких факторов зависит коэффициент трения. Необходимо знать формулу для определения температуры подшипника при его перегреве и условия, которые могут способствовать увеличению количества выделяющегося тепла и какие условия способствует его рассеиванию в окружающую среду. Мероприятия, обеспечивавшие нормальную работу подшипников, желательно подкреплять конкретными примерами. Изучая опасность перегрева приводных ремней и транспортных линий, следует изучить причины пробуксовок и меры по их устранению. Надо знать устройства, предотвращающие наматывание волокнистых материалов на вращающиеся валы машин.
Самовоспламенение и самовозгорание веществ при соприкосновении с воздухом, воспламенение химических веществ при взаимодействии с водой или при взаимоконтакте, а также воспламенение или взрыв нестойких химических веществ при их нагревании или механических воздействиях рассматриваются в курсе "Специальная химия". Поэтому при изучении этих вопросов следует обратить внимание на оценку пожарной опасности теплового проявления химических реакций путем определения температуры в зоне химических реакций, длительности процесса самовозгорания веществ и материалов. Надо уметь привести примеры наиболее опасных химических веществ (металлоорганические катализаторы, ацетилен, аммиачная селитра, сульфиды железа и т.п.), обладающих склонностью к самовоспламенению или самовозгоранию при контакте с воздухом, к термическому разложению при контакте с водой, друг с другом или при механическом воздействии.
Опираясь на характеристику производственных источников зажигания, следует уяснить существование направления пожарной безопасности.
Литература
Основная: [3], [4], [5].
Дополнительная: [13], [16], [17], [18], [20].
Вопросы для самопроверки
1. Условия, при которых нагретое тело или тепло химической реакции могут стать источником зажигания.
2. Область применения и пожарная опасность трубчатых печей и факельных установок, требования, предъявляемые к их устройству (ответ проиллюстрировать схемами).
3. Пожарная опасность огневых работ, меры профилактики при их организации.
4. Мероприятия, уменьшающие искрообразование при работе технологических печей и двигателей внутреннего сгорания.
5. Принципы, положенные в основу защитного действия искрогасителей и искроуловителей (ответ иллюстрировать схемами искроуловителей).
6. Высоконагретые продукты горения как производственный источник зажигания. Мероприятия пожарной безопасности.
7. Дайте характеристику воспламеняющей способности искры, образующейся при ударе твердых тел.
8. Определение количества тепла, отдаваемого искрой в критический объем при поджигании горючей среды.
9. Предупреждение образования искр при работе ударными инструментами.
10. Устройство и работа камнеловушек и магнитных сепараторов, уход за ними. Их схемы.
11. Напишите и объясните формулу для определения температуры подшипников в любой момент времени в аварийном режиме работы. Причины перегрева подшипников. Мероприятия, обеспечивающие нормальные условия работы сильнонагруженных подшипников.
12. Причины разогрева приводных ремней и транспортных лент, а также загорания волокнистых материалов при наматывании их на валы. Как предупредить эти виды опасности?
13. Вещества, самовоспламеняющиеся и самовозгорающиеся при соприкосновении с воздухом. Требования к их хранению.
14. Напишите формулы для определения длительности самовозгорания веществ и раскройте величины, входящие в них.
15. Вещества, воспламеняющиеся при взаимодействии с водой. Требования к их хранению.
16. Химические вещества, воспламенявшиеся при взаимоконтакте. Требования к их хранению.
17. Вещества, способные к воспламенению и взрыву при нагревании или механических воздействиях. Требования к их хранению.
3.8. Рекомендации и вопросы для самопроверки по теме «Предупреждение распространения пожара ограничением количества горючих веществ и материалов на производстве»
Анализ причин возникновения и развития пожаров доказывает необходимость создания в производственных помещениях таких условий, которые бы исключали возможность беспрепятственного развития пожара. Следует разобраться, какие из этих условий предусматриваются на стадии проектирования, а какие осуществляются в период повседневной эксплуатации предприятия.
Изучая материал этой темы, необходимо обратить внимание на то, какими способами и приемами добиваются уменьшения количества горючих материалов в производственных помещениях. Одним из важных приемов, обеспечивающих уменьшение количества горючих материалов в производственных помещениях, является изменение технологии, позволяющее заменить горючие вещества и материалы негорючими или менее опасными в пожарном отношении.
Важное значение имеет создание условий для эвакуации горючих жидкостей, материальных ценностей и оборудования при угрозе их уничтожения или повреждения огнем. Изучая вопрос об аварийном сливе ЛВЖ, ГЖ и сжиженных газов, надо уметь написать формулу для определения времени опорожнения самотеком одиночного аппарата с постоянным сечением по высоте, знать формулы для определения времени опорожнения аппарата под давлением инертной среды, аппаратов с переменным сечением по высоте, а также группы аппаратов.
Рассматривая аварийный выпуск горячих паров и газов из аппаратов, надо обратить внимание на требования к системам стравливания, уметь определить время аварийного выпуска, максимальную наземную концентрацию газов, а также минимально допустимую высоту вертикального газоотвода.
После осмысливания теоретического материала темы целесообразно решить несколько примеров из задачника.
Литература
Основная: [3], [4], [5].
Дополнительная: [18], [24].
Вопросы для самопроверки
1. Назовите условия, способствующие быстрому распространению возникшего пожара.
2. Основные мероприятия по ограничению количества горючих веществ и материалов, применяемые на стадии проектирования производств.
3. Способы уменьшения в период эксплуатации количества горючих веществ и материалов, одновременно находящихся в производственных помещениях в виде сырья, полуфабрикатов и готовой продукции.
4. Замена горючих веществ на негорючие. Примеры замены горючих веществ в различных производствах.
5. Способы уборки рабочих мест и помещений цеха от горючих отходов производства.
6. Аварийный слив огнеопасных жидкостей. Требования, предъявляемые к аварийным емкостям и системам слива.
7. Определение продолжительности аварийного слива огнеопасной жидкости из емкостной аппаратуры.
8. Написать формулу для определения продолжительности аварийного опорожнения аппарата, постоянного по высоте сечения, при сливе самотеком.
9. Напишите и объясните формулу для определения времени аварийного опорожнения аппарата, постоянного по высоте сечения, под давлением инертной среды.
10. Перекачка горючих жидкостей из опасной зоны в менее опасную. Требования к этому способу эвакуации жидкостей.
11. Определение времени аварийного выпуска горючих паров и газов.
12. Напишите и объясните формулу для определения максимальной наземной концентрации при аварийном стравливании газа через газоотвод (свечу).
13. Напишите и объясните формулу для определения минимальной высоты газоотвода, обеспечивающей безопасную концентрацию на уровне его основания.
14. Требования к устройству газоотводов систем аварийного выпуска газов.
3.9. Рекомендации и вопросы для самопроверки по теме «Предупреждение распространения пожара по производственным коммуникациям»
Виды производственных коммуникаций и условия распространения пожара по ним. Защита коммуникаций огнепреградителями. Виды огнепреградителей.
Сухие огнепреградители: сущность защитного действия, определение критического диаметра канала, схемы устройства, требования к размещению и эксплуатации.
Жидкостные огнепреградители (гидравлические затворы): сущность защитного действия, схемы устройства, область применения, особенности их использования на газовых и жидкостных линиях.
Огнезащита газоходов и воздуховодов автоматическими задвижками и заслонками. Особенности огнезащиты газоходов при образовании в них горючих отложений.
Огнезащитные устройства на коммуникациях, по которым транспортируются измельченные вещества и материалы.
Огнепреграждающие устройства, устанавливаемые в траншеях, лотках, тоннелях.
Литература
Основная: [3], [4], [5], [20].
Дополнительная: [12], [16], [17], [18], [13], [22], [23].
Вопросы для самопроверки
1. Условия, при которых огонь может распространяться по газовым, воздушным, жидкостным и пылевоздушным линиям.
2. Влияние на скорость распространения пламени концентрации смеси, диаметра линии, температуры. Классификация защитных устройств против распространения пламени на технологических коммуникациях.
3.Сущность защитного действия огнепреградителя. Виды огнепреградителей, их устройство.
4. Написать формулу для определения критического диаметра отверстий огнепреградителя.
5. Требования к устройству огнепреградителей и уходу за ними.
6. Напишите и объясните формулу для определения гидравлического сопротивления огнепреградителей.
7. Гидравлические затворы, применяемые на жидкостных линиях, в лотках и на производственной канализации: устройство, принцип действия и требования к ним.
8. Гидравлические затворы, применяемые на газовых линиях: устройство, принцип действия и требования к ним.
9. Затворы из измельченных материалов: схемы и принцип действия.
10. Задвижки и шиберы как средство против распространения пламени и дыма. Классификация автоматически действующих задвижек.
11. Защита линий от образования в них отложений твердых горючих веществ. Устройство и работа гидрофильтров, масляных фильтров, циклонов.
12. Защита трубопроводов от образования конденсатных отложений. Мероприятия пожарной профилактики при очистке воздуховодов.
13. Изоляция производственных помещений, соединенных между собой открытыми лотками.
3.10. Рекомендации и вопросы для самопроверки по теме «Предупреждение распространения пожара при взрыве технологической среды в оборудовании»
Взрыв технологической среды в оборудовании – причина быстрого распространения пожара на производстве. Способы защиты технологического оборудования от разрушения при взрыве. Взрывные предохранительные устройства: виды, принцип действия, определение проходного сечения. Размещение взрывных предохранительных устройств и уход за ними.
Активные методы защиты аппаратов от разрушения при взрыве технологической среды с использованием систем автоматического подавления реакции взрыва.
Аварийное отключение поврежденных аппаратов и трубопроводов. Защитные устройства и преграды, ограничивающие растекание пожароопасных жидкостей при авариях.
Литература
Основная: [4], [6], [7].
Дополнительная: [17], [20].
Вопросы для самопроверки
1. Дайте характеристику аварии как одной из причин возникновения пожара.
2. Мероприятия по предупреждению развития пожара на производстве.
3.Определение давления при взрыве парогазовоздушных и пылевоздушных смесей в аппаратах.
4. Стравливание избыточного количества продуктов горения при взрыве. Виды мембранных взрывных клапанов.
5. Напишите и объясните формулу для определения площади сбросного отверстия взрывных мембран при докритическом и критическом режиме истечения продуктов взрыва.
6. Определение толщины разрывной мембраны.
7. Конструктивные требования, предъявляемые к установке взрывных мембран и предохранительных клапанов.
ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ
Пример 1. Дать заключение о горючести следующих веществ, обращающихся в технологическом процессе: ацетилен, уксусная кислота, трифторхлорметан. для решения задачи использовать метод Элея. Рассчитать нижний концентрационный предел воспламенения заданных веществ, сравнить полученные значения со справочными материалами.
Решение.
а) Рассчитаем показатель горючести для ацетилена (С2Н2), используя формулу Элея:
К=4·2+1·2=10
К >2,1, следовательно, вещество является горючим.
нижний концентрационный предел распространения пламени:
Сравним с табличными: 2,5 % об
Рассчитаем показатель горючести для уксусной кислоты (СН3СООН):
К=4·2+1·4-2·2=8
К >2,1, следовательно, вещество является горючим.
нижний концентрационный предел:
Сравним с табличными: 4 % об
б) Рассчитаем показатель горючести для трифторхлорметана(СF3Сl):
К=4·1-3·3-2·1= -7
К < 0 – вещество не горит
Пример 2. Показать, что внутри емкости с диэтиловым эфиром при 10 0С образуется взрывоопасная концентрация пара.
Решение.
По справочнику Баратова находим температурные пределы распространения пламени диэтилового эфира
Подставляем численные значения величин в выражение:
Условие образования взрывоопасных концентраций выполняется. Следовательно, в паровоздушном пространстве емкости при 10 0С образуется взрывоопасная концентрация пара диэтилового эфира.
Пример 3. Определить область распространения пламени пропилового спирта при 100 0С.
Решение.
Согласно ГОСТ 12.1.044-89 (приложение 4) [5] нижний и верхний пределы распространения пламени в диапазоне температур от 25 до 150 0С вычисляют по следующим формулам:
где φн25, φв25 – нижний и верхний концентрационные пределы распространения пламени при температуре 25 0С, значения которых взяты из справочника Баратова для данного вещества, об. доли.
Находим по справочнику для пропилового спирта: φн25=2,3 % об;
φв25 =13,6 % об.
Определяем нижний концентрационный предел распространения пламени пропанола при температуре 100 0С:
Определяем верхний концентрационный предел распространения пламени пропанола при температуре 100 0С:
Таким образом, область распространения пламени спирто - воздушной смеси, нагретой до 100 0С составит (2,2-14,9) % об.
Пример 4. Определить являются ли условия эксплуатации аппарата с бензолом взрывобезопасными? В аппарате вещество хранится при 25 0С.
Решение.
В аппаратах с длительно хранящимися и особенно нагретыми жидкостями концентрации паров близка к насыщенной, т.е. φр = φs. В свою очередь, концентрация насыщенного пара при рабочей температуре жидкости может быть определена по формуле:
где Рр – рабочее давление паровоздушной смеси в аппарате (абсолютное давление в герметичном аппарате или барометрическое давление Рбар в «дышащем» аппарате), Па.
PS – давление насыщенного пара жидкости при рабочей температуре, Па.
Величину давления насыщенного пара бензола определяем по уравнению Антуана:
где А, В и СА – константы, зависящие от свойств жидкости, приведены в справочной литературе А = 6,10906; В = 1252,776; СА = 225,178 [25].
Отсюда концентрация насыщенного пара составляет:
Определяем значения концентрационных пределов воспламенения по справочнику Баратова:
φНКПРП = 1,43 % об; φВКПРП = 8 % об.
Взрывобезопасные условия эксплуатации аппаратов с горючими газами и перегретыми парами определяют из выражений:
Поскольку рабочая концентрация не входит в диапазон опасных концентраций можно сделать вывод, что условия эксплуатации данного аппарата являются взрывобезопасными.
Пример 5. Пересчитать значение нижнего концентрационного предела распространения пламени ацетона из об. долей в кг/м3. Рабочее давление паровоздушной смеси в аппарате – атмосферное, температура 50 0С.
Решение.
По справочнику Баратова находим значения нижнего концентрационного предела воспламенения и молекулярную массу ацетона 
Молярный объем пара при рабочих условиях определяем по формуле:
где V0 – молярный объем паров (или газов) при нормальных условиях,
V0 = 22,4135 ≈ 22,4 нм3/кмоль;
Р0 – давление при нормальных физических условиях, Р0=1,01325∙105 Па.
Нижний концентрационный предел распространения пламени ацетона определяем по формуле:
;
Пример 6. Определить нижний концентрационный предел распростра-нения пламени бытового (топливного) газа, имеющего следующий состав (средний) в % об:
Метан – 74,2; этан – 15,1; пропан – 8,5; бутан – 0,6;
Азот – остальное.
Решение.
По справочнику [16] находим значения нижних концентрационных пределов распространения пламени компонентов газа:
для метана φн = 5,28 %;
для этана φн = 2,9 %;
для пропана φн = 2,3 %;
для бутана φн = 1,8 %.
Нижний концентрационный предел распространения пламени бытового газа определяем по формуле:
;
или 4,2 % об.
Пример 7. Вычислить массовый состав газовой смеси, содержащей по объему 20 % СО2; 30 % О2 и 50 % N2.
Решение.
Формула пересчета объемного состава смеси в массовый имеет следующий вид:
,
где φi и Сi – соответственно объемная и массовая доли i -го компонента в растворе;
Мi – молекулярная масса i- го компонента в растворе, кг/кмоль;
n – число компонентов в растворе.
Найдем содержание углекислого газа в смеси в массовых концентрациях:
масс. долей.
Аналогично рассчитаем для других компонентов смеси:
масс. долей.
масс. долей.
Таким образом, объемный состав газовой смеси будет следующий: 27,2 % СО2; 29,6 % О2 и 43,2 % N2.
Пример 8. Азотно-водородная смесь имеет массовый состав 82 % N2, 18 % Н2. Определить объемный состав и среднюю плотность смеси, если плотность азота 1,251 кг/м3, плотность водорода 0,0898 кг/м3.
Решение.
Формула пересчета объемного состава смеси в массовый имеет следующий вид:
Таким образом, найдем содержание азота в смеси в объемных долях:
об. долей.
Аналогично найдем для водорода:
об. долей.
Плотность смеси газов можно определить по формуле:
ρсм= φ1ρ1+ φ2ρ2+ φ3ρ3+…
Находим плотность азотно-водородной смеси:
Таким образом, объемный состав смеси будет следующим 24,6 % N2, 75,4 % Н2. Средняя плотность смеси составит 0,375 кг/м3.
Пример 9. Исходя из условий безопасного ведения технологического процесса, определить расход окислителя (кислорода), подаваемого в аппарат для приготовления смеси с бутаном. Производительность смесителя составляет 0,5 м3/с по бутано–кислородной смеси. Давление в смесителе близко к атмосферному, температура процесса 25 0С.
Решение.
По справочнику [16] находим значения нижнего и верхнего концентрационных пределов распространения пламени смеси бутана с кислородом: φн = 1,8 % об, φв = 49 % об. Взрывобезопасные концентрации бутана при эксплуатации смесителя определяем по формулам:
или 
Подставляя значения получим:
Отсюда концентрация кислорода составит:
Объемная концентрация компонента есть отношение объема данного компонента к объему, занимаемому всей смесью:
где Gок – объемный расход кислорода, м3/с;
Gг – объемный расход горючего вещества, м3/с;
Выразим из формулы значение объемного расхода кислорода и подставим значение концентрации кислорода:
Но по условию 
Тогда 
Подставляем найденные взрывобезопасные значения рабочих концентраций бутана в полученное выражение и определяем расход кислорода:
или
Взрывобезопасность технологического процесса (при заданной производительности смесителя по бутано – кислородной смеси) обеспечивается при выполнении следующих условий:
– расход кислорода должен превышать 0,493 м3/с или
– расход кислорода должен быть менее 0,227 м3/с.
Пример 10. Определить концентрацию насыщенного пара бутилового спирта (С4Н9ОН), находящегося в «дышащем» аппарате при температуре 50 0С.
Решение.
Концентрация насыщенного пара определяется по формуле:
,
где Рр – рабочее давление паровоздушной смеси в аппарате, Рр = 105 Па,
Рs – давление насыщенного пара компонента при данной температуре.
Давление насыщенного пара определяем по уравнению Антуана:
Константы уравнения А, В, Са выбираем из справочной литературы [25]:
А=8,72232; В=2664,684; Са=279,638.
При этом получаем следующее выражение:
И тогда концентрация насыщенного пара бутилового спирта составит:
или 4,35 % об.
Пример 11. Определить концентрацию насыщенных паров бензола и толуола над раствором бензола в толуоле при 60 0С и атмосферном давлении в аппарате. В растворе содержится 30 кг бензола и 65 кг толуола.
Решение.
Прежде всего, необходимо определить содержание компонентов в растворе в массовых долях:
,
;
.
Определяем содержание компонентов в растворе в мольных долях:
,
В аппаратах часто находятся не индивидуальные пожароопасные жидкости, а их растворы. В этом случае давление насыщенных паров компонентов над раствором определяют по закону Рауля «парциальное давление компонента в паре над раствором пропорционально мольной доле данного компонента в растворе»:
,
где Хi - мольная доля i -того компонента в растворе, кмоль/кмоль;
Рsi – давление насыщенного пара данного компонента, Па.
Определим сначала давление насыщенного пара каждого компонента при данной температуре:
В соответствии с законом Рауля найдем парциальное давление каждого компонента в паре над раствором:
Определим содержание бензола в парах над раствором:
Аналогично определим содержание толуола в парах над раствором:
.
Пример 12. Определить нижний температурный предел распространения пламени этилового спирта при атмосферном давлении.
Решение.
Из пособия [25] находим константы уравнения Антуана и значение нижнего концентрационного предела распространения пламени:
А=7,81158; В=1918,508; Са=252,125; φнкпрп = 3,6 % об.
Нижний температурный предел распространения пламени этиленгликоля определяем по формуле:
;
Пример 13. Какое минимальное количество осевшей пыли полипропилена должно скопиться в циклоне, чтобы при ее завихрении могла образоваться взрывоопасная концентрация во всем объеме аппарата. Объем циклона 0,8 м3.
Решение.
Нижний концентрационный предел распространения пламени полипропилена, определенный по справочнику Баратова, равен φНКПРП=40 г/м3.
Концентрацию пыли, которая может перейти во взвешенное состояние, определяем из выражения:
Выразим массу осевшей пыли, приняв концентрацию пыли в циклоне равной нижнему концентрационному пределу распространения пламени:
Следовательно, взрывоопасная концентрация пыли образуется в циклоне, если в нем скопится 32 г полипропилена.
Пример 14. В технологическом процессе сыпучий материал - полинак, склонный к тепловому самовозгоранию, собирается в бункере-накопителе, образуя на его плоском днище кучу конической формы. Днище аппарата имеет хорошую теплоизоляцию. Найти удельную поверхность материала, необходимую для определения условий теплового самовозгорания, если известно, что диаметр основания кучи составляет 4 м, а ее высота 1,4 м.
Решение.
В связи с тем, что нижняя плоскость кучи соприкасается с хорошо теплоизолированным днищем бункера-накопителя и не принимает участия в теплообмене с окружающей средой, в теплообмене будет участвовать только ее боковая поверхность.
Определяем площадь боковой поверхности конуса и его объем по формулам:
где r – радиус основания конуса, r = 2 м;
h – высота конуса, h = 1,4 м.
Определяем удельную поверхность материала по формуле:
Пример 15. Через помещение, в котором обращается сероуглерод, проложен теплоизолированный паропровод системы отопления. Показать опасность появления источника зажигания при повреждении теплоизоляции на участке паропровода, если давление греющего пара составляет 0,2 МПа.
Решение.
Рассматриваемое нагретое тело (незащищенный участок трубопровода) является постоянно действующим тепловым источником, а по количеству выделяемого тепла значительно превышает минимальную энергию зажигаемого сероуглерода Wmin = 0,009 МДж. Поэтому пожарную опасность данного нагретого тела (высоконагретого участка трубопровода) достаточно характеризовать его температурой.
Так как в системах отопления используется насыщенный водяной пар, то его температуру и, следовательно, максимальную температуру незащищенного участка паропровода определяем по давлению пара (см. приложение):
tн.т = 120 0С.
По справочнику находим температуру самовоспламенения паров сероуглерода: tсв=102 0С.
Видно, что температура трубопровода превышает температуру самовоспламенения сероуглерода. Таким образом, можно сделать вывод, что на производстве имеется опасность появления источника зажигания в виде участка паропровода с поврежденной теплоизоляцией.
Пример 16. В производственном помещении с температурой воздуха 20 0С работает высоконагруженный механизм, в котором радиальная сила на каждый подшипник достигает 4800 Н. Поверхность теплообмена подшипника 0,15 м2. Определить, насколько возрастает максимальная температура подшипников при повышении нагрузки на них. Диаметр шейки вала 0,08 м, частота его вращения 0,5 с-1. Материал трущихся тел: сталь-бронза.
Решение.
Оцениваем величину коэффициента теплообмена по формуле:
при tп > 60 0С 
;
при tп ≤ 60 0С 
Для этого ориентировочно принимаем температуру подшипника tп = 40 0С:
Вт/(м2∙К).
Рассчитав коэффициент теплообмена, находим максимальную температуру подшипника при нормальной нагрузке по формуле:
где tП – максимальная температура подшипника, 0С;
tВ – температура окружающей среды (воздуха), 0С;
Qтр – мощность сил трения в подшипнике, Вт, величину мощности сил трения определяют по формуле:
,
f – коэффициент трения стали о бронзу при наличии смазки, f = 0,1.
| Материал трущихся деталей | Коэффициента трения скольжения | |
| насухо | со смазкой | |
| Сталь-сталь | 0,15 | 0,05-0,1 |
| Сталь-чугун | 0,18 | 0,05-0,12 |
| Сталь-бронза | 0,15 | 0,1 |
| Чугун-чугун | 0,15 | 0,07-0,12 |
| Чугун-бронза | 0,15-0,2 | 0,07-0,12 |
| Бронза-бронза | 0,2 | 0,07-0,1 |
| Резина-чугун | 0,8 | 0,5 |
N – реальная сила, действующая на подшипник, Н;
d – диаметр шейки вала, м;
n – частота вращения вала, c-1.
0С.
Так как найденное значение tП/ значительно (более чем на 5 %) отличается от принятого tП = 40 0С, то уточняем значение коэффициента α,
приняв tП// = (40+56,4)/2 = 48,2 0С
Вт/(м2∙К).
Максимальная температура подшипника
0С.
И в этом случае ошибка Ө = (52,4 - 48,2)/48,2·100 = 8,7 % также превышает 5 %.
Продолжив расчет аналогично, находим tП = 51,6 0С. В этом случае ошибка составит:
Ө = 100∙(52,4-51,6)/51,6 = 1,6 %,
что не превышает допускаемой для технических расчетов ошибки вычислений, равной 5 %. Следовательно, максимальная температура подшипников механизма при нормальной нагрузке достигает 51,6 0С.
Аналогично определяем максимальную температуру подшипников при повышенной в 2 раза нагрузке, которая составит 77,8 0С.
Таким образом, максимальная температура подшипников данного механизма при повышении нагрузки на них возрастает на:
∆t = 77,8 - 51,6 = 26,2 0С.
Пример 17. В картер воздушного одноступенчатого компрессора было залито масло индустриальное 20. Конечное давление сжатия в компрессоре составляет 0,55 МПа, а начальная температура воздуха 35 0С. Оценить взрывопожарную опасность процесса сжатия воздуха в случае нарушения режима охлаждения компрессора.
Решение.
По справочнику [16] находим температуру вспышки масла индустриального 20: tвсп = 158 0С.
Определяем показатель политропы процесса сжатия воздуха:
n = 0,9∙k = 0,9·1,4 = 1,26,
где k – показатель адиабаты для воздуха, k=1,4.
Определяем максимальную температуру процесса сжатия воздуха в компрессоре по формуле:
где tк и tн – соответственно конечная и начальная температура газа, 0С;
Рк и Рн – соответственно конечное и начальное давление газа в компрессоре, МПа;
n – показатель политропы; n ≈ 0,9∙k (здесь 
показатель адиабаты – см. табл. 5 приложения).
0С,
При прогреве компрессора до такой температуры в паровоздушном пространстве картера, заполненного маслом индустриальным 20, образуется ВОК, так как
(tK = 164,8 0С > (tвсп = 158 0С).
Пример 18. Рассчитать давление насыщенного пара и среднюю молярную массу двухкомпонентной жидкости, в состав которой входят растворитель ТРД и ксилол. Известно, что концентрация ТРД в растворе составляет 0,6 мольных долей. Температура жидкости 20 0С.
Решение.
Давление насыщенного пара многокомпонентной жидкости можно рассчитать по закону Рауля для многокомпонентных систем:
где Р1, Р2,… Pi – давление насыщенного пара при данных условиях для каждого компонента смеси, определяемое по уравнению Антуана;
N1, N2, N3… Ni – мольная доля каждого компонента в смеси.
Давление насыщенного пара каждого компонента при температуре 20 0С составит:
– для ТРД – 16 кПа;
– для ксилола – 0,798 кПа.
Концентрация каждого компонента в смеси составит:
– для ТРД – 0,6 м.д.;
– для ксилола – 0,4 м.д.
Рассчитываем давление насыщенного пара для заданной двухкомпонентной жидкости:
Среднюю молярную массу смеси можно рассчитать, используя величины молярной массы и молярной доли каждого компонента:
где М1 – молярная масса растворителя ТРД, М1 = 141кг/кмоль;
М2 – молярная масса ксилола, М2 = 106 кг/кмоль.
Отсюда молярная масса смеси равна:
кг/кмоль.
Пример 19. Определить категорию помещения насосной станции по взрывопожарной и пожарной опасности.
– дизельное топливо марки 3 (ГОСТ 305-82),
– плотность жидкости, 
ж = 804 кг/м3,
– молярная масса, М = 172,3 кг/кмоль,
– рабочая температура жидкости, tP = 20°С.
Характеристика помещения:
– длина, l = 9 м,
– ширина,b = 6 м,
– высота, h = 3,6 м,
– наличие АУПТ - нет,
– температура воздуха в помещении = 20 0С.
Характеристика оборудования:
– производительность насоса, qH = 140 м3/час,
– время отключения задвижек, τоткл = 300 сек.,
– трубопровод размерами: длина, lтр = 1 м, диаметр, d = 200 мм,
Решение.
Согласно НПБ 105-03 [7] при расчете значений критериев взрывопожарной опасности в качестве расчетного следует выбирать наиболее неблагоприятный вариант аварии или период нормальной работы аппаратов, при котором во взрыве участвует наибольшее количество веществ или материалов, наиболее опасных в отношении последствий взрыва.
Количество поступивших в помещение веществ, которые могут образовать взрывоопасные паровоздушные смеси, определяем исходя из следующих предпосылок:
– происходит авария трубопровода, по которому транспортируется дизельное топливо;
– все содержимое трубопровода поступает в помещение.
Длительность аварии принята равной 1 ч.
Согласно НПБ 105-03 количественной мерой взрывоопасных паровоздушных смесей принимается избыточное давление взрыва, составляющее 5 кПа.
Масса паров жидкости, которая будет участвовать во взрыве, рассчитывается по формуле:
где W – интенсивность испарения, кг/(с·м2),
Fи – площадь испарения с поверхности разлива, м2;
τ – продолжительность испарения, τ = 3600 с;
η – коэффициент, принимаемый по табл. 3 НПБ105-03 в зависимости от скорости и температуры воздушного потока над поверхностью испарения, η =1,0.
Для определения поверхности испарения необходимо знать, какой объем жидкости выходит из трубопровода и объем жидкости, поступающий в помещение за счет работы насоса до полного отключения задвижек:
где lтр – длина трубопровода, из которого происходит истечение жидкости,
lтр = 1 м;
fтр – сечение трубопровода, из которого происходит истечение жидкости,
fтр = 0,785·d2 = 0,785·0,22 = 0,0314 (м2);
qн – производительность насоса, qн =140 м3/ч= 0,039 м3/с;
τоткл – продолжительность отключения побудителя расхода, τоткл =300 с;
Согласно НПБ 105-03 площадь испарения при разливе на по
