Исключение образования горючей среды внутри производственного оборудования.

Предупреждение образования горючей паровоздушной среды внутри аппаратов с жидкостью при их нормальной работе могут обеспечивать следующие технологические решения:

1. Ликвидация свободного паровоздушного объема достигается:

1.1. полным заполнением аппарата жидкостью (к таким аппаратам можно отнести реакторы змеевикового типа, теплообменники, электродегидраторы и т. п., которые при нормальном режиме работы всегда работают при полном заполнении). (Здесь существует три опасных ситуации: перелив при переполнении аппарата жидкостью, разрушение аппарата и перелив при повышении температуры в полностью заполненном аппарате.);

1.2. хранением жидкости под защитным слоем воды (например, сероуглерод) или над слоем воды (например, нефтепродукты);

1.3. применением резервуаров с плавающей крышей (рис. 3); Кольцевой зазор между плавающей крышей и стенкой резервуара уплотняют специальным затвором. Горючая среда может образоваться только в кольцевом зазоре под уплотнением, а также при снижении уровня жидкости ниже предельного нижнего положения крыши, когда она опускается на опорные стойки.

1.4. применением резервуаров со стационарной крышей и плавающим понтоном (рис. 4); При эксплуатации резервуаров с понтонами необходимо иметь в виду, что их надпонтонное пространство хотя и значительно медленнее, чем с открытым зеркалом испарения, но все же постепенно насыщается парами находящейся в резервуаре жидкости. Нарастание концентрации даже у исправных резервуаров происходит тем быстрее, чем выше упругость насыщенных паров жидкости и больше интенсивность чередования операций слива–налива. Поэтому для предупреждения образования горючей концентрации в таких резервуарах надпонтонное пространство должно эффективно проветриваться с помощью специальных устройств естественного вентилирования - дефлекторов, вентиляционных проемов и т.п.

Рис. 3. Схема наземного резервуара с плавающей крышей:

1 - корпус; 2 - плавающая крыша; 3 – жидкость.

Рис. 4 Схема наземного резервуара с понтоном:

1 - корпус; 2 - понтон; 3 - дыхательный клапан; 4 - газовое (паровоздушное) пространство; 5 – жидкость.

1.5. применением емкостей с мягкими (эластичными) стенками обычно из резинотканевого материала, которые представляют собой замкнутую оболочку в виде подушки.

2. Обеспечение безопасного температурного режима работы аппарата - достигается автоматическим поддержанием такой рабочей температуры в аппарате, которая лежит за температурными пределами воспламенения, т. е. ниже нижнего (например, в емкостях с мазутом или дизельным топливом) или выше верхнего (например, в ректификационных колоннах, реакторах) пределов воспламенения.

T<Tнпв-DТ (1.10)

T>Tвпв+DТ (1.11)

Где DТ – температурный коэффициент запаса надежности; обычно принимают DТ= 10ºС.

3. Снижение концентрации горючих паров жидкости в паровоздушном пространстве обеспечивается:

3.1. применением высоко-стойких пен, эмульсий, полых микрошариков из полимерных материалов, плавающих на поверхности и препятствующих ее испарению (аналогично плавающему понтону);

3.2. введением в горючую жидкость добавок, снижающих в газовом пространстве парциальное давление ее паров и снижающих испаряемость жидкости. В качестве таких добавок могут быть применены, например, вода - для метилового, этилового и др. спиртов, ацетона и уксусной кислоты; четыреххлористый углерод-для нефтепродуктов и сероуглерода.

4. Флегматизация паровоздушного пространства аппаратов путем введения в него негорючих (инертных) газов.

Негорючие газы (азот, диоксид углерода, водяной пар, выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания и др.) снижают парциальную концентрацию кислорода в смеси, сужая пределы воспламенения. Кроме того, обладая определенной теплоемкостью, они способны отнимать часть тепла, которое пошло бы на нагрев исходной горючей смеси. Поэтому эффективность действия инертного компонента тем сильнее, чем выше его теплоемкость. При введении достаточного количества инертного газа в горючую смесь воспламенение ее становится невозможным. Следовательно, существует флегматизирующая концентрация инертного компонента, которая на практике может быть определена расчетным путем.

5. Применение системы газовой обвязки емкостных аппаратов (резервуаров) с изменяющимся уровнем жидкости.

Это решение позволяет значительно снизить поступление атмосферного воздуха в паровоздушное пространство опорожняемого резервуара.

Для предупреждения образования горючей концентрации в аппаратах с газами используются следующие технические решения:

1. Поддержание рабочей концентрации горючего газа в смеси с окислителем за концентрационными пределами воспламенения с помощью систем автоматики; при этом условие опасности (1.8) преобразуется в условие безопасности:

φ < φн (1.12)

или

φ > φв (1.13)

2. Флегматизация негорючими (инертными) газами. Такое решение используется при наличии смеси горючего газа с окислителем, находящейся в пределах воспламенения или близкой к ним.

3. Поддержание в газовых коммуникациях избыточного давления, предотвращающего подсос наружного воздуха через неплотности.

4. Непрерывный автоматический контроль содержания опасной примеси в газе (окислителя в инертном газе, окислителя в смеси горючего и инертного газа, горючего в окислителе). Для контроля содержания опасной примеси аппараты и трубопроводы оборудуют стационарными автоматическими газоанализаторами и, кроме этого, предусматривают блокировку на узлах задвижек, исключающую попадание примеси в технологический газовый поток.

5. Стабилизация зоны горения горючей смеси в защищенном пространстве реактора путем выбора скорости и режима движения горючей смеси, предотвращающих «проскок» пламени (перемещение зоны горения) в незащищенное пространство реактора либо других аппаратов.

6. Аварийное преднамеренное изменение состава горючей смеси, обеспечивающее быстрый перевод ее в негорючее состояние. Это достигается путем использования инертного разбавителя или путем прекращения подачи одного из компонентов горючей смеси, в некоторых случаях – прекращением подачи сразу двух компонентов.

Для предупреждения образования горючей концентрации в аппаратах с пылями могут быть применены следующие технологические решения:

1. применение менее «пылящих» технологических процессов:
   1. вибрационный помол;
   2. измельчение с увлажнением;
   3. мокрые процессы обработки твердых и волокнистых веществ);
2. устройство систем местных отсосов (систем аспирации) от технологического оборудования;
3. флегматизация негорючими (инертными) газами и минеральными пылями. Например, введение инертных газов внутрь аппаратов в опасные периоды работы, использование их для пневматической транспортировки опасных пылевидных материалов, добавление к огнеопасной пыли минеральных веществ (мела, цемента и т.п.);
4. использование негорючих газов для пневматической транспортировки наиболее опасных пылей;
5. предупреждение оседания пылей на внутренних поверхностях аппаратов и трубопроводов. Это достигается:
   1. выбором оптимальной (выше скорости витания) скорости пневмотранспортирования пылевидных материалов,
   2. повышением класса чистоты при их обработке,
   3. использованием плавных поворотов, переходов диаметров и сопряжений поверхностей,
   4. принятием соответствующих уклонов (конусной части аппаратов не менее 60°, самотечных трубопроводных линий - не менее 45° к горизонту),
   5. использованием вибрационных устройств,
   6. предохранением образования конденсата (теплоизоляцией оборудования, размещением его в отапливаемых помещениях и т. п.).

Горючие газы, пары и жидкости выходят в производственное помещение или на открытую площадку, если применяются следующие технологические аппараты:

• аппараты с открытой поверхностью испарения;
• аппараты с дыхательными устройствами;
• аппараты периодического действия;
• аппараты с сальниковыми уплотнениями и т.п.
• Размеры образующихся наружных пожаровзрывоопасных зон определяются:
• свойствами обращающихся в производственном процессе веществ,
• количеством их, которое может выходить наружу за определенный промежуток времени;
• условиями выброса, растекания и рассеивания в окружающей среде.

1. Аппараты с открытой поверхностью испарения.

К аппаратам с открытой поверхностью испарения относят:

• окрасочные ванны;
• ванны для пропитки ткани и бумаги растворенными смолами;
• ванны для промывки и сушки деталей;
• открытые резервуары, емкости и т.п.

Горючая концентрация смеси паров с воздухом над поверхностью таких аппаратов образуется, если температура жидкости в нем выше температуры вспышки ее паров. Т.е. условие опасности будет иметь вид:

(1.14)

Количество жидкости, испаряющейся со свободной поверхности, зависит от:

• физических свойств этой жидкости;
• температурных условий;
• площади и времени испарения;
• подвижности воздуха.

1.1. Испарение горючих жидкостей в неподвижную среду.

При испарении горючих жидкостей в неподвижный воздух затрудняется рассеивание паров, создаются благоприятные условия для скопления паров у мест их выделения с образованием местных пожароопасных концентраций.

Практический интерес представляют:

• концентрация пара по высоте над поверхностью испаряющейся жидкости;
• возможные размеры зоны взрывоопасности;
• количество испаряющейся жидкости.

Интенсивность испарения с открытой поверхности жидкости в неподвижную среду определяют по формуле:

(1.15)

1.2. Испарение горючих жидкостей в подвижную среду.

Молекулярная диффузия паров жидкости в неподвижный воздух протекает весьма медленно.

Испарение жидкостей в подвижную среду протекает за счет:

• молекулярного движения;
• движения воздуха;
• более интенсивного теплообмена;

При конвективной диффузии над поверхностью жидкости образуется небольшой толщины пограничный слой с насыщенной концентрацией паров, затем происходит резкий перепад концентрации и в последующих слоях воздуха, т.е. выше пограничного слоя, вследствие интенсивного перемешивания воздуха при движении концентрация пара будет примерно одинаковой.

Интенсивность испарения с открытой поверхностью жидкости в движущуюся среду оценивают по эмперической формуле:

(1.16)

2. Аппараты с дыхательными устройствами.

Нормальная эксплуатация значительного числа аппаратов требует сообщения соответствующими устройствами их внутреннего объема с окружающей средой. Сообщение осуществляется через дыхательные трубы, люки и т.д.

Рис. 5. Схема большого дыхания резервуара:

а - до начала заполнения; б - в период заполнения (выдох); 1 - наполнительная линия; 2 - корпус; 3 - дыхательный клапан; 4 - уровень жидкости;

Пары жидкости поступают в атмосферу в результате больших и малых «дыханий» и обратного выдоха.

Большим дыханием называют вытеснение паров наружу (или подсос воздуха внутрь аппаратов) при изменении уровня жидкости в аппаратах.

Малым дыханием называется вытеснение паров наружу (или подсос воздуха внутрь аппаратов), вызываемое изменением температуры газового пространства по влиянием изменения температуры среды.

Обратным выдохом называется вытеснение паров наружу, вызываемое насыщением газового пространства емкости парами жидкости после предшествующего опорожнения емкости.

При выходе паровоздушной смеси из аппарата около него образуется горючая концентрация паров, если температура жидкости равна или больше величины нижнего температурного предела распространения пламени. Т.е. условие опасности будет иметь вид:

(1.17)

Размер наружной опасной зоны зависит от:

• количества выходящих паров;
• свойств паров;
• конструкции емкости и ее дыхательного устройства;
• состояния окружающей среды (главным образом скорости движения и вертикального распределения температуры воздуха).

Практический интерес вызывает определение:

• массы паров при большом и малом «дыханиях»;
• радиуса зоны взрывоопасных концентраций вокруг мест выброса паров.

Количество горючих паров, выходящих из сообщающихся с атмосферой аппаратов при их заполнении жидкостью (при большом дыхании), определяется по формуле:

(1.18)

Количество горючих паров, выходящих из сообщающихся с атмосферой аппаратов при изменении температуры в газовом пространстве (при малом дыхании), определяется по формуле:

(1.19)

Поступление (подсос) воздуха в аппарат при его дыхании может привести к разбавлению богатой смеси до горючей концентрации.

По мощности одноразового выброса и образующимся при этом наружным пожаровзрывоопасным зонам более опасными являются большие дыхания.