Анализ пожарной опасности веществ и материалов, применяемых в технологическом процессе адсорбирования бензола из паровоздушной среды. Категорирование взрывопожароопасности помещения для разработки мероприятий по повышению пожаробезопасности техпроцесса.
Аннотация к работе
Естественно, что пожары и взрывы могут возникнуть как внутри аппаратов и устройств, так и вне аппаратов, т.е. в помещениях, на открытых этажерках и площадках. Процесс работы адсорбера состоит из следующих четырех фаз: адсорбция(поглощение),десорбция(продувка паром),сушка адсорбента и его охлаждение. Паровоздушная смесь подсасывается на установку центробежным вентилятором 3 и под избыточным давлением 400 мм.рт.ст. и температуре 20 градусов поступает по линии 4 в адсорбер 7. После процесса поглощения паров адсорбер 7 переключается на десорбцию, а адсорбер 8 после десорбции переключается на поглощение паров растворителя, то есть пропускают через него паровоздушную смесь. Взрывопожароопасные концентрации образуются при остановке работы аппаратов или трубопроводов в результате неполного удаления жидкостей, паров или газов из внутреннего объема системы, а при пуске аппаратов и трубопроводов - в результате недостаточного удаления воздуха.Пуск и остановку адсорбционной установки следует осуществлять после согласования с теми цехами, из которых производится отсос паров горючих растворителей. Адсорбционная установка должна обеспечивать непрерывный и полный отсос выделяющихся паров горючих растворителей от рабочих мест, оборудованных системами капсюляции. Запрещается подключать новые рабочие места, участки и цеха к линиям адсорбционной установки, если ее мощность не рассчитана на такое подключение. Подключение дополнительных объектов приведет к снижению эффективности действия работающих местных отсосов. Концентрацию паро-и газовоздушной смеси, поступающей к адсорберам, необходимо систематически контролировать.При эксплуатации технологических трубопроводов с горючими газами следует соблюдать «Правила устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов для горючих, токсичных и сжиженных газов», «Правила безопасности во взрывоопасных и взрывопожароопасных химических и нефтехимических производствах» и требования настоящего раздела Правил. Трубопроводы из керамики, стекла и пластических масс не разрешается использовать для транспортирования горючих жидкостей и газов без специального обоснования. Необходимо следить за тем, чтобы отверстия в местах прохождения трубопроводов через глухие стены были герметично заделаны. При прокладке межцеховых трубопроводов с горючими жидкостями и газами в каналах и траншеях (открытых и закрытых) надо следить за тем, чтобы в местах перехода траншей и каналов из одного помещения в другое через пожарную стену имелись исправные газонепроницаемые перемычки (диафрагмы) из несгораемых материалов. В закрытых лотках и туннелях, где имеются трубопроводы с пожаро-и взрывоопасными веществами, в местах наиболее вероятного скопления горючих паров и газов необходимо устанавливать газоанализаторы, автоматически сигнализирующие о создании опасных концентраций.Для предупреждения опасности, связанной с искровыми разрядами статического электричества, наряду с настоящими Правилами необходимо выполнять требования Правил защиты от статического электричества в производствах химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности. Мероприятия по защите от статического электричества должны осуществляться во взрыво-и пожароопасных зонах, отнесенных по ПУЭ к классам В-I, В-Іа, В-Іб, В-Іг, В-II, В-ІІА, П-1, П-II, в случае переработки и транспортирования веществ, имеющих удельное объемное электрическое сопротивление, равное или более 100000 Ом/м3. В случае переработки и транспортирования в электропроводном оборудовании без распыления и разбрызгивания веществ, имеющих удельное сопротивление менее 100000 Ом/м3, применения мер защиты от статического электричества не требуется. В зонах, указанных в п.7.5.2, не допускается использовать оборудование и устройства, работа которых сопровождается образованием зарядов статического электричества и искровыми разрядами, без защитных устройств, обеспечивающих непрерывную и полную нейтрализацию образующихся зарядов статического электричества или исключающих опасность его искровых проявлений. Для снижения интенсивности возникающих зарядов статического электричества и опасности искровых разрядов необходимо: а) очищать горючие газы, где это технологически возможно, от взвешенных жидких и твердых частиц.Мероприятия по молниезащите зданий и сооружений должны осуществляться в зависимости от степени опасности и вероятности поражения их молнией и соответствовать требованиям настоящих Правил и Указаний по проектированию и устройству молниезащиты зданий и сооружений. Требования к защите от электрической и электромагнитной индукции сочетаются, как правило, с требованиями к защите от статического электричества (см.также п. При эксплуатации молниезащитных устройств наряду с текущим и предупредительным ремонтами необходимо предусмотреть периодические осмотры (ревизии) с целью: а) проверки надежности электрической связи между токоведущими элементами; Объем предупредительного ремонта устройств молниезащиты должен быть определен к началу грозового сезона (март для южных и апрель для центральны
Введение
Научно-техническая революция, совершаемая в нашей стране, обусловливает ускоренное развитие всех отраслей промышленности и особенно - промышленности органического синтеза. Это связано с ускоренной разработкой и промышленным внедрением новых технологических процессов, основанных на использовании электроники и других достижений науки и техники. Однако внедрение новой технологии требует дальнейшего улучшения условий и охраны труда, повышения оснащенности предприятий современными средствами техники безопасности. Разработка эффективной противопожарной защиты предполагает знания общей методики анализа пожарной опасности, наличие глубокого понимания сущности технологии и пожароопасных свойств обращающихся в производстве веществ. Защита промышленных предприятий от пожаров и взрывов неразрывно связана с изучением пожаровзрывоопасности технологического процесса производства. Без выявления причин возникновения и распространения пожара или взрыва нельзя провести качественно пожарно-техническую экспертизу проектных материалов, пожарно-техническое обследование объектов, исследование имевших место пожаров и взрывов, разработать нормы и правила по вопросам пожаровзрывозащиты промышленных предприятий.
В 2007 году оперативная обстановка с пожарами в Российской Федерации по сравнению с аналогичным периодом 2006 года характеризовалась следующими основными показателями: зарегистрировано 211163 пожара (-3,7%);
погибли 15924 человека (-7,0%), в том числе 597 детей (-14,8%);
получили травмы 13646 человек ( 1,6 %);
прямой материальный ущерб составил 8551,2 млн. руб. ( 1,6%).
В 2007 году в Российской Федерации ежедневно происходило 579 пожаров, при которых погибало 44 человека и 37 человек получали травмы. Огнем уничтожалось 160 строений, 24 единицы автотракторной техники и 8 голов скота. Ежедневный материальный ущерб составил 23,4 млн. рублей.
Усилиями подразделений ГПС на пожарах было спасено 98 тысяч 363 человека и материальных ценностей на сумму более 38,1 млрд. рублей.
В городах Российской Федерации в 2007 году зарегистрировано: 138166 пожаров (-4,3%);
погибли 8767 человек (-9,4%), в том числе 311 детей (-20%);
получили травмы 9627 человек ( 0,3%);
прямой материальный ущерб составил 5159,6 млн. руб. (-10,5%).
В сельской местности РФ в 2007 году зарегистрировано: 72997 пожаров (-2,5%);
погибло 7157 человек (-3,9%), в том числе 286 детей (-8,6%);
получили травмы 4019 человек ( 4,6%);
прямой материальный ущерб составил 3391,6 млн. руб. ( 28%).
Больше всего пожаров в 2007 году в Российской Федерации было зарегистрировано в жилом секторе. Их доля от общего числа пожаров по России составила 71%, а материального ущерба - 49,6%.
Снижение количества пожаров зарегистрировано на всех основных видах объектов: производственных зданиях (-5,9%); складах и базах производственных предприятий (-9,4%), складах, базах и торговых помещениях (-5,6 %); зданиях общественного назначения (-7,3%); сельскохозяйственных объектах (-6,3%), в т.ч. животноводческих помещениях (-27,5%), жилом секторе (-5,5%), кроме строящихся объектов, где отмечен рост количества пожаров на 13,1%.
Поэтому есть необходимость исследовать горючую среду и источники воспламенения имеющие присущие им определенные свойства, которые необходимо учитывать при анализе пожарной опасности.
Естественно, что пожары и взрывы могут возникнуть как внутри аппаратов и устройств, так и вне аппаратов, т.е. в помещениях, на открытых этажерках и площадках. Начавшийся пожар принимает большие масштабы и причиняет значительный ущерб, если имеются соответствующие условия для его распространения. Это также следует учитывать при анализе пожарной опасности производств.
Оценка пожаровзрывоопасности производственных объектов необходима для решения вопросов их безопасности и приведения в соответствие с фактическим и требуемым уровнями взрывопожарной безопасности с целью снижения пожаров и приносимого ими ущерба. Для профилактики аварийных ситуаций необходимо прогнозирование, позволяющее выявить места возможных аварий на объекте и разработать мероприятия по снижению негативных последствий.
Тем самым, целью данного курсового проекта является анализ пожарной опасности веществ и материалов, применяемых в технологическом процессе адсорбирования бензола из паровоздушной среды, выполнение категорирования взрывопожароопасности помещения с целью разработки мероприятий по повышению пожарной безопасности технологического процесса.
1. Описание технологического процесса пожарный безопасность адсорбирование бензол
Адсорбирование бензола из паровоздушной среды
Из паровоздушной смеси пары летучего растворителя можно выделить, используя метод адсорбции. Адсорбцией называют процесс поглощения одного или нескольких компонентов из газовой смеси или раствора твердым пористым веществом - адсорбентом. Адсорбция применяется главным образом при не больших концентрациях, поглощаемых вещества в исходных смесях, когда требуется достичь практически полного извлечения одного из веществ. Процессы адсорбции широко применяются в промышленности при очистке и осушке газов, паров, жидкостей, извлечении летучих растворителей из паровоздушных смесей, особенно для повторного использования жидкостей в производстве. Все они имеют принципиально одинаковое устройство. Установка предназначена для улавливания из паровоздушной смеси паров бензола при производстве искусственной кожи и паров бензина при производстве резинотехнических изделий. Технологические схемы адсорбционных процессов улавливания из паровоздушных смесей паров бензола и паров бензина принципиально не отличаются друг от друга.
Установки адсорбции летучих растворителей обеспечивают сокращение безвозвратных потерь и снижение пожарной опасности производства, то есть использование этих установок по сути является профилактическим мероприятием, вместе с тем что сами адсорбционные установки представляют значительную пожарную опасность. В качестве адсорбентов широко применяют активированный уголь. Сырьем для изготовления активированного угля служат древесина, торф, скорлупа ореха, плодовых косточек и т.д. Сырье предварительно обугливают, затем измельчают, смешивают со связующими органическими веществами(смолами), формуют, получая шарики, призмочки, кубики размером 3-5 мм. Эти заготовки помещают в автоклав и обрабатывают острым водяным паром при температуре 400-800 градусов. Активированный уголь склонен к самовозгоранию при контакте с воздухом, так как он поглощает быстрее кислород, чем азот. Чем больше температура обработки угля, тем меньше его склонность к самовозгоранию. Аппараты, в которых находится адсорбент, называют адсорберами. Адсорберы могут быть периодического действия (с неподвижным адсорбером) и непрерывного действия( с движущимся или кипящим слоем адсорбента). Адсорберы с неподвижным слоем угля могут быть вертикальные, горизонтальные и кольцевые. Процесс работы адсорбера состоит из следующих четырех фаз: адсорбция(поглощение),десорбция(продувка паром),сушка адсорбента и его охлаждение. Ввиду того, что при работе адсорберов фазы меняются и требуется частое переключение линий, предусматривают автоматическую систему управления задвижкам. Внутри цилиндрического корпуса адсорбера крепится горизонтальная керамическая решетка или вертикальная сетка. На решетку насыпается слой гравия с уменьшающимся по высоте диаметром зерен(чтобы не просыпался уголь) и затем слой активированного угля. Активированный уголь выдерживает в среднем до 1000 поглощений, после чего подлежит регенерации. Паровоздушная смесь и водяной пар для десорбции угля подводятся к аппарату по специально предназначенным для этого линиям. Если через адсорбер пропускать непрерывно паровоздушную смесь, спустя определенный период времени уголь насытится парами растворителя, и поглощение практически прекратится. Насыщенный уголь подлежит десорбции. Десорбцию осуществляют путем продувки угля водяным паром. Пары растворителя переходят из угля в водяной пар за счет разности концентраций. Кроме того, водяной пар, проходя через толщу угля, нагревает его.
При этом поглотительная способность угля снижается, а уловленный растворитель переходит с поверхности адсорбента в водяной пар. При продувке угля водяным паром первые порции конденсируются, отдавая тепло холодному углю и конструктивным элементам адсорбера. Следовательно, к моменту окончания продувки уголь в адсорбере разогревается и становится влажным, то есть непригодным для последующего поглощения. После окончания продувки водяным паром уголь необходимо высушить и охладить. В большинстве случаев установок фазы сушки и охлаждения угля совмещены с фазой адсорбции, в этом случае установка работает по двухфазному циклу. Ниже приведена схема и описание технологического процесса адсорбционной установки.
Процесс улавливания паров ЛВЖ(бензола) из паровоздушной смеси методом адсорбции:
а - принципиальная технологическая схема;
б - план и продольный разрез установки.
Поступающая на установку по линии 1 паровоздушная смесь(воздух с парами бензола) имеет концентрацию 20 г горючего вещества в 1 м3 воздуха. Паровоздушная смесь подсасывается на установку центробежным вентилятором 3 и под избыточным давлением 400 мм.рт.ст. и температуре 20 градусов поступает по линии 4 в адсорбер 7. Находящийся в адсорбере активированный уголь поглощает 90% паров горючего вещества из паровоздушной смеси, а воздух с остатком пара выбрасывается по линии 9 в атмосферу. В адсорбере 8 в этот момент (то есть когда в адсорбере 7 идет поглощение) происходит процесс десорбции - обратное извлечение из активированного угля паров растворителя. Для осуществления процесса десорбции в адсорбере по линии 10 подают водяной пар давлением 3 атмосферы. Смесь водяного пара и извлеченных из угля паров растворителя по линии 11 поступает в холодильник-конденсатор 12 на конденсацию. Охлаждение паров в конденсаторе происходит за счет подачи через трубки холодной воды. Полученный в холодильнике 12 конденсат, представляющий собой смесь горючей жидкости(бензола) и воды, поступает в отстойник 13 на разделении эмульсии путем ее расслаивания. Вода, как наиболее тяжелая, скапливается в нижней части отстойника и по трубе 18 отводится в канализацию. Горючая жидкость, как более легкая, из верхней части отстойника 13 насосом 15 подается в емкость растворителя 16. Емкость имеет дыхательную трубу 17. Несконденсирорвавшиеся пары из отстойника по линии 14 поступают снова в адсорбер на улавливание. После процесса поглощения паров адсорбер 7 переключается на десорбцию, а адсорбер 8 после десорбции переключается на поглощение паров растворителя, то есть пропускают через него паровоздушную смесь. Для сушки увлажненного после десорбции угля, пропускаемого через адсорбер, паровоздушная смесь подогревают некоторое время в кожухотрубчатом паровом подогревателе 6 до температуры 80 градусов. При аварийной ситуации на ректификационной станции паровоздушная смесь выбрасывается в атмосферу по трубе 5.От распространения пламени линии паровоздушной смеси защищены гравийными огнепреградителями 2, а для защиты их от разрушения при взрыве имеются мембранные предохранительные клапаны. Адсорберы расположены на открытой металлической этажерке, примыкающей к зданию второй степени огнестойкости, где размещены все остальные аппараты установки.
2.Анализ пожаровзрывоопасных свойств веществ, обращающихся в производстве
Бензол, С6Н6 - Физико-химические свойства: бесцветная жидкость; молярная масса 78,11;плотность 873,68 кг/м3 при температуре 25 ОС; температура плавления 5,5 ОС; температура кипения 80,1 ОС; плотность пара по воздуху 2,77;коэффицент диффузии пара в воздухе 0,0775 см2\с при 0 ОС; теплота сгорания -3169,4 КДЖ\моль; теплота образования 82,9 КДЖ\моль; растворимость в воде 0,18%(масс.) при температуре 25 ОС;
Пожароопасные свойства: легковоспламеняющаяся жидкость; температура вспышки -11 ОС; температура самовоспламенения 500 ОС; концентрационные пределы распространения пламени 1,43-8 %(об.); температурные пределы распространения пламени: нижний -15 ОС, верхний 13 ОС; минимальная энергия зажигания 0,22 МДЖ; максимальное давление взрыва 880 КПА; максимальная скорость нарастания давления 15,8 МПА\с; максимальная нормальная скорость распространения пламени 0,478; скорость выгорания 11,2*10-2 кг\м2*с; адиабатическая температура горения 2333 К; минимальная флегматизационная концентрация: углекислого газа 31%(об.), азота 45 %(об.). Средства тушения: воздушно-механическая пена, порошки.
Активированный уголь - горючий черный порошок; влажность 10%;плотность 2100 кг\м3;температура самовоспламенения 700 ОС; температура тления 182 ОС, самовозгорается при взаимодействии с воздухом. Средства тушения: вода в виде компактных или распыленных струй.
3.Оценка пожаровзрывоопасности среды внутри аппаратов при их нормальной работе
Внутри технологического оборудования при нормальных условиях для образования взрывоопасных концентраций должны выполняться два условия: · наличие паровоздушного пространства;
· наличие жидкости при температуре, лежащей в интервале температурных пределов воспламенения тнвп - 10 0С ? траб ? твпв 15 0С, гдетраб - рабочая температура жидкости в аппарате, 0С, тнпв, твпв - соответственно нижний и верхний пределы воспламенения жидкости.
Для проверки условий образования взрывоопасных концентраций в аппаратах составляем таблицу 1.
Таблица 1
Номер аппарата Наименование аппарата; жидкость Наличие паровоздушного пространства в аппарате Рабочая температура в аппарате, ? С Температурные пределы воспламенения для ЛВЖ и концентрационные пределы для ГГ Заключение о горючести среды в аппарате нижний верхний
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
1 Адсорбер угольный для улавливания паров бензола есть 32 -15 13 Среда негорючая, так как ТР T впв
2 Насос для откачки бензола центробежный нет 25 -15 13 Отсутствует паровоздушное пространство
3 Линия подачи воздуха с бензолом есть 18 -15 13 Среда горючая, так как T нпв <ТР< T впв
4 Линия выброса воздуха с остатками паров бензола в атмосферу есть 32 -15 13 Среда негорючая, так как ТР T впв
5 Адсорбер с процессом десорбции есть 32 -15 13 Среда негорючая, так как ТР T впв
6 Линия подачи водяного пара есть 142 - - Среда не горючая
7 Линия подачи смеси водяного пара и паров растворителя есть 32 -15 13 Среда негорючая, так как ТР T впв
8 Линия подачи конденсата, виде смеси ЛВЖ и воды нет 28 -15 13 Отсутствует паровоздушное пространство
9 Отстойник есть 30 -15 13 Среда негорючая, так как ТР T впв
10 Линия подачи бензола в емкость нет 30 -15 13 Отсутствует паровоздушное пространство
11 Холодильник-конденсатор есть 28 -15 13 Среда горючая, так как T нпв <ТР< T впв
12 Емкость растворителя (бензола) есть 30 -15 13 Среда негорючая, так как ТР T впв
13 Дыхательная линия емкости с бензолом есть 30 -15 13 Среда негорючая, так как ТР T впв
15 Линия подачи не сконденсировавшихся паров из отстойника в адсорбер есть 30 -15 13 Среда негорючая, так как ТР T впв
16 Кожухотрубчатый паровой подогреватель есть 60 -15 13 Среда негорючая, так как ТР T впв, 17 Линия выброса паровоздушной смеси в атмосферу есть 20 -15 13 Среда горючая, так как Тнпв<ТР<T впв
18 Гравийные огнепреградители есть 18 -15 13 Среда горючая, так как Тнпв<ТР<T впв
19 Центробежный вентилятор есть 18 -15 13 Среда горючая, так как Тнпв<ТР<T впв
Примечание к таблице №1: температурные пределы растворителя (бензола) взяты из описания технологического процесса и составляют: Тнпв= -15°С, Твпв =13°С .
Из проведенного анализа делаем вывод, что при нормальном режиме работы в аппаратах данного технологического процесса образуется паровоздушное пространство, и возможность образования горючей среды существует.
4. Пожаровзрывоопасность 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 открытой поверхностью испарения;
· аппараты периодически действующие.
Взрывопожароопасные концентрации образуются при остановке работы аппаратов или трубопроводов в результате неполного удаления жидкостей, паров или газов из внутреннего объема системы, а при пуске аппаратов и трубопроводов - в результате недостаточного удаления воздуха.
Непосредственными причинами образования взрывоопасных концентраций при остановке аппаратов являются: § неполное удаление из аппарата огнеопасных жидкостей
§ недостаточная продувка водяным паром или инертным газом внутреннего пространства аппаратов и трубопроводов от оставшихся жидкостей и паров
§ негерметичное отключение от подлежащих остановке аппаратов соединенных с ними трубопроводов с огнеопасными жидкостями или газами.
§ Просачиваясь через негерметичные задвижки, пары жидкостей постепенно накаливаясь, могут образовать взрывоопасные концентрации даже в полностью опорожненных и правильно продутых аппаратах и трубопроводах.
При выходе паровоздушной смеси из резервуара, в местах расположения дыхательных клапанов, образуется горючая концентрация паров с воздухом т.к. Траб > Тнтпрп.
В нашем случае паровоздушная смесь выходит из емкости с бензолом через дыхательную линию резервуара и выполняется условие: 30 > -25.
1.Определяем количество паров, выходящих из резервуара с бензолом за 1 цикл большого дыхания:
Gд = Vж? ?цs? [кг/цикл]
Vж = объем поступающей в аппарат жидкости, м3
Vж = е?Vап
Vж = 0,9?3,14?8?22 = 90,4 м3
Vап - геометрический объем аппарата е - коэффициент заполнения
Рр - рабочее давление в аппарате, Па тр - рабочая температура, °С
8431,31 - универсальная газовая постоянная константы Антуана для ацетона;
рабочая температура жидкости внутри аппарата, . цs = Ps / Рр = 15812 / 101000 = 0,156 - концентрация насыщенного пара
М - молекулярная масса пара
Gд = 90,4? ?0,156? = 43,6 кг/цикл
Определим объем взрывоопасной зоны вблизи места выхода паров из нормально работающего аппарата: ,
где нижний концентрационный предел распространения пламени пи данной температуре, кг/м3;
коэффициент безопасности.
Определяем нижний концентрационный предел воспламенения при данной температуре: ц= цн25{1-(тр-25)/1250}=0,0143*{1-(30-25)/1250}=0,0142
Определяем верхний концентрационный предел воспламенения при данной температуре: ц= цв25{1 (тр-25)/800}=0,08*{1 (30-25)/800}=0,0805
Определяем мольный объем при данной температуре: Vt=30= V0*{ (tp 273)/273}=22,4*{ (30 273)/273}=24,86 м3/Км
, где молярный объем паров ацетона при рабочей температуре;
нижний концентрационный предел воспламенения ацетона, об. доли.
Vвок=(43,6/0,0445)*2=1960 м3
2.Определяем количество паров, выходящих из резервуара при малом дыхании:
Gm = Vc?Рр?[ ]? ? [кг/цикл]
Vc - внутренний свободный объем оборудования, заполненный паром или газом под давлением, м3
Vc = 100,48 - 90,4 = 10,08 м3 ц1, ц2 - концентрация насыщенных паров жидкости при температурах t1 и t2 ц2=0,156- при температуре 30 градусов.
Определяем концентрацию насыщенных паров жидкости при температуре 20 градусов:
Определим объем взрывоопасной зоны вблизи места выхода паров из нормально работающего аппарата при малом дыхании: Vвок=(4,0/0,0445)*2=180 м3
В целях сокращения потерь паров жидкости и снижения пожаровзрывоопасности бензола в окрестностях емкости и других дышащих аппаратов целесообразно осуществлять следующие технические и организационные мероприятия: 1. Обеспечить постоянство объема газового пространства.
2. Осуществить термоизоляцию аппаратов.
3. Осуществить герметизацию газового пространства аппаратов дыхательными клапанами.
Это техническое решение позволяет прежде всего полностью устранить потери от выветривания паров из негерметичного газового пространства и, кроме того, сократить или исключить потери от малых дыханий.
4. Осуществить устройство систем улавливания и утилизации паров.
Для этой цели могут использоваться адсорбционные, абсорбционные, холодильные и компрессорные установки.
5. Вывести дыхательные трубы за пределы помещения.
Необходимо сами дышащие аппараты устанавливать в помещениях, а дыхательные трубы выводить за пределы помещения или присоединять к системе улавливания паров.
Пожарная опасность возникает только при нарушении установленного давления, повышении температурного режима, появлении неплотностей и повреждений, а также в периоды пуска и остановки технологического оборудования, т. е. когда внутрь аппаратов может попадать воздух или когда жидкости и их пары будут выходить наружу.
При эксплуатации закрытых аппаратов и емкостей, находящихся под давлением, даже при их исправном состоянии всегда происходят небольшие утечки горючих веществ через прокладки, швы, разъемные соединения и другие места. В данном технологическом процессе к таким аппаратам относится адсорбер. Это объясняется тем, что даже при самой тщательной обработке прилегающих друг к другу поверхностей нельзя создать абсолютную проницаемость. При соприкосновении двух поверхностей изза незначительных выпуклостей образуется большое количество каппилярных каналов, по которым будет происходить истечение газов и жидкостей. Величина утечки будет зависеть главным образом от режима работы аппарата и состояния уплотнений. Подсчет таких потерь весьма затруднителен. Для ориентировочного определения утечки паров и газов на работающих под давлением герметичных аппаратов можно воспользоваться формулой Н.Н. Репина, для адсорбера: =1,5*0,16632*53 = 6,6 кг/час
Где G-количество паров и газов, выходящих из аппарата кг/час;
К- коэффициент, учитывающий степень износа производственного оборудования, принимается в пределах от 1 до 2;
С= 0,16632 - коэффициент, зависящий от давления паров или газов в аппарате (табл.2.5 )
Vап=р*R2*H=3,14*1,62*8=64,3 м3, Vугл= р*R2*Нугл=3,14*1,62*1,4=11,3 м3
Vc= 64,3- 11,25=53 м3
М- молекулярный вес газов ил паров, находящихся под давлением в аппарате;
- температура паров или газов, находящихся под давлением, °К
Зная интенсивность утечек вещества через прокладки и соединения, можно было бы определить время образования взрывоопасной концентрации но так как адсорберы расположены не в помещении ,а на этажерки, поэтому расчет производить не надо.
Утечки из нормально герметизированных аппаратов, работающих под давлением, происходят хотя и непрерывно, но обычно не вызывают реальной пожарной опасности, так как выходящие наружу маленькие струйки газа или пара чаще всего рассредоточены по поверхности аппарата и при наличии воздухообмена сразу же рассеиваются и отводятся от места их выделения.
Значительное количество аппаратов, работающих под давлением, имеют движущиеся механизмы(лопасти мешалок, колеса насосов, компрессоров), валы или штоки которых проходят через корпус аппарата с соответствующими сальниковыми уплотнениями. Создать надлежащую герметичность сальников очень трудно, поэтому при работе аппаратов с наличием сальниковых уплотнений всегда наблюдается утечка паров, газов, жидкостей. Утечка через сальники центробежных насосов при перекачки легких жидкостей определяется по формуле: G=0,005*D*г*K , где
G- количество жидкости, выходящей через сальники насоса,кг/ч
D- диаметр вала насоса, м г -удельный вес жидкости, кг/м3
K- коэффициент испаряемости жидкости
Н-давление рабочее насоса, м.вод.ст.
G=0,005*0,035*873,68*1* =0,6 кг/ч, Зная интенсивность утечек вещества через сальниковые уплотнения, можем определить время образования взрывоопасной концентрации в помещении мерников.
Найдем свободный объем помещения:
Определим концентрацию горючих паров в помещении насосов и сепараторов при наличии воздухообмена:
Проверяем условие взрывобезопасности: ; 0,16<0,045- условие не выполняется.
Предельно допустимое значение по условием взрывобезопасности действительной концентрации горючего вещества в помещении : .
Вывод: необходимо увеличить кратность воздухообмена вентиляции в помещении насосов и сепараторов для уменьшения действительной концентрации до нормируемого значения, то есть меньше 2,84*10-3.
Для уменьшения потерь при перекачке ЛВЖ рекомендуется применять бессальниковые или мембранные насосы. При использовании сальниковых насосов следует применять насосы с торцевыми уплотнениями или сальниковые уплотнения с противодавлением, а также другие конструкции сальниковых устройств, сводящих до минимума пропуск перекачиваемого продукта. Поэтому в целях пожарной безопасности необходимо заменить сальниковое уплотнение в насосе по перекачке бензола на торцевое.
5.Анализ причин повреждения аппаратов и трубопроводов, разработка необходимых средств защиты
Самую большую опасность для производства представляют повреждения и аварии технологического оборудования и трубопроводов, в результате которых значительное количество горючих веществ выходит наружу, вызывая опасное скопление паров ЛВЖ, ГГ, загазованность открытых территорий, разлив жидкости на большие площади.
Аварии при эксплуатации технологического оборудования возникают в результате воздействий: v Механических: O сверхрасчетные давления, возникающие при нарушении материального баланса и режима работы насоса;
O повышение сверхрасчетной температуры;
O накипи на отводящих трубопроводах;
O уменьшающих их сечение;
O гидравлические удары;
O вибрации: O температурные перенапряжения. v Химических: O коррозия, происходит за счет воздействия кислорода воздуха и сероводорода
От кислородной коррозии происходит образование ржавчины
4Fe 3O2®2Fe2O3
Окисел Fe2O3 не обладает механической прочностью и легко отслаивается от металла. Сероводород при температуре 310ОС и выше разлагается, в результате чего происходит процесс диссоциации сероводорода с образованием элементарной серы и взаимодействия ее с металлом, например: H2S®H2 S (термическая диссоциация)
2H2S O2®2H2O 2S (окисление)
Fe S®FES (коррозия)
Сернистые соединения представляют собой пористые вещества, не обладающие большой механической прочностью, и легко отслаиваются от железа. Разрушение материала стенок трубопроводов и аппаратов образуется и за счет электрохимической коррозии, наиболее часто встречающийся. Одной из разновидности, которой является атмосферная коррозия. В присутствии влаги на поверхностях трубопроводов и аппаратов образуется тонкая пленка с растворенными в ней воздухом и примесями, присутствующими в атмосфере. Эта пленка влаги и является электролитом. В результате электрохимического воздействия электролита на металл происходит растворение последнего, что приводит к утоньшению металла и снижению его механической прочности. Проведем несколько проверочных расчетов на возможность разрушения аппаратов или трубопроводов.
Все вышеперечисленные причины рассматриваем для каждого аппарата своего варианта задания.
Образование повышенного давления в аппаратах
Повышение давления в адсорбере с паровоздушной смесью может быть в результате нарушения температурного режима, подачи растворителя под большим давлением, переполнения аппарата паровоздушной смесью, неисправности защитных и контрольно-измерительных приборов. Предохранительный клапан установлен в верхний части адсорбера. Размеры и количество предохранительных клапанов выбирают с таким расчетом, чтобы в аппарате не могло образоваться давление на 0,5 атмосферы больше, чем рабочее давление для адсорбера с давлением рабочим 1,1 атмосферы. Предохранительные клапаны регулируют на давление ,на которое они должны сработать. Определяем параметры предохранительного клапана: Рр.и.=Рр-0.1=0,11-0,1=0,01 МПА- рабочее избыточное давление
Рр-рабочее(абсолютное)давление в аппарате
Рср.и.=Рр.и. 0,05=0,01 0,05=0,06 МПА- давление срабатывания (избыточное)
Рср=0,1 Рср.и.=0,1 0,06=0,16 МПА- абсолютное давление срабатывания клапана
Определяем молекулярную массу продукта находящегося в аппаре: М=?ці*Мі=78*0,95 29*0,05=75,5кг\кмоль
Определяем плотность среды в аппарате при давлении срабатывания предохранительного клапана и рабочей температуры: ст=120,27*{M*PCP}\tp 273=120,27*{75.11*0.16}\32 273=4,73 кг\м3
Рвх=0,1 МПА- давление среды, в которую происходит стравливание избыточного давления, в нашем случаи в атмосферу.
В нашем случае на адсорберах установлены предохранительные клапаны, полностью соответствующие по расчетным параметрам к данным адсорберам.
Образование динамических воздействий в аппаратах
Воздействию гидравлических ударов чаще всего подвержены трубопроводы и насосы. Гидравлические удары могут возникнуть в результате быстрого закрывания или открывания вентилей на трубопроводах, при больших пульсациях подаваемой насосами жидкости, при резком изменении давлении на каком-либо из участков трубопровода.
Определим силу гидроудара при закрытии задвижки в стальном трубопроводе d= 50 мм и толщиной стенки 3,5 мм.
По трубопроводу протекает бензол со скоростью 1,2 м/с и объемным весом 873,6 кг/м3 Приращение давления в трубопроводе при гидравлическом ударе определяют по формуле Н.Е. Жуковского: , где: - плотность жидкости, кг/м3;
- уменьшение скорости движения при торможении струи, м/с;
Es - модуль упругости материала трубопровода 2* 1011, Па;
d - внутренний диаметр трубопровода, м;
- толщина стенки трубы, м.
.
.
Приращение давления на 0,396 МПА сверх нормы может привести к повреждению трубопровода и к истечению бензола.
Вибрации трубопроводов
Вибрация наблюдается у трубопроводов, находящихся под давлением, и недостаточно хорошо закрепленных, у аппаратов, соединенных с поршневыми насосами и компрессорами. Наблюдается вибрация у недостаточно закрепленных наружных аппаратов и от воздействия ветра.
Наибольшая опасность от вибрации возникает в том случае, когда число колебаний возмущающей силы по своему значению будет приближаться к числу собственных колебаний системы или отличаться от него в целое число раз. При этом наблюдается так называемое явление резонанса.
Меры борьбы с вибрациями - устранение или уменьшение действия возмущающих сил. Практически это достигается уменьшением пульсации при работе насосов (замена поршневых насосов центробежными, установка «воздушных» колпаков и т.п.), гашением колебаний путем применения различного рода прокладок, и тому подобных устройств, а также прочным креплением трубопроводов и аппаратов, подверженных вибрации.
Химический износ материала (коррозии) аппаратов
Под химическим износом понимают уменьшение толщины и прочности стенок аппаратов в результате химического взаимодействия материала с обрабатываемыми веществами или с внешней средой.
Находящиеся в аппаратах и трубопроводах вещества, имеющиеся в них химические примеси, используемые катализаторы, инициаторы и ингибиторы, а также среда, окружающая аппараты, могут химически взаимодействовать с материалом корпуса, вызывая его разрушение.
Разрушение металла от действия на него соприкасающейся с ним среды называется коррозией.
Разрушающему действию коррозии подвержены наиболее слабые места производственной аппаратуры - швы, разъемные соединения, прокладки, места изгибов и поворотов труб и т.п.
Процесс коррозии может протекать двумя путями: прямым химическим взаимодействием и в результате электрохимических реакций, сопровождающихся протеканием электрического тока между отдельными участками металла.
Химическая коррозия наблюдается в среде жидких диэлектриков или газов, нагретых до высоких температур. Это окислительно-восстановительный химический процесс, не связанный с протеканием электрического тока между отдельными участками металла.
Электрохимическая коррозия происходит в том случае, когда поверхность металла соприкасается каким-либо электролитом. Контакт металла с электролитом вызывает появление многочисленных микрогальванических пар, в результате действия которых возникает электрический ток и один из металлов переходит в раствор.
Исходя из основных закономерностей коррозионных процессов, используют следующие направления борьбы с ней: - применение коррозионно-устойчивых металлов;
- изоляция металлов от агрессивной среды защитными покрытиями;
- уменьшение коррозионной активности среды;
- использование неметаллических химически стойких материалов;
- катодная и протекторная защита.
Образование температурных напряжений или уменьшение прочностных свойств материала стенок аппарата
В аппаратах, где протекают процессы теплообмена, могут наблюдаться такие случаи, когда некоторые конструктивные элементы, жестко заделанные по концам, в процессе эксплуатации имеют неодинаковую температуру. Это относится к кожухотрубчатым теплообменникам, которые имеются в данном технологическом процессе.
Силу, возникающую между жестко соединенными частями аппарата, за счет температурных напряжений можно определить по формуле:
, Где - коэффициенты линейного расширения для материала корпуса и труб, при соответствующих температурах, 1/град (для стальных труб принимаются равным 0,000012);
- расчетные температуры корпуса и труб, град;
- модули упругости для материала корпуса и труб при соответствующих им температурах, МПА;(для стальных труб составляет 21000 МПА)
, - площадь поперечного сечения корпуса и труб, см2.
Кроме силы , на жестко соединенные части аппарата действует сила Р, вызванная давлением среды в межтрубном и трубном пространствах, т.е.
, Где D - расчетный диаметр трубной решетки, м;
d- средний диаметр трубки, м;
z- число трубок;
- давление среды соответственно в межтрубном и трубном пространствах, МПА.
Теплообменные аппараты с жестким соединением корпуса нельзя эксплуатировать когда где - напряжения максимальные в материале корпуса и трубок, МПА;
- предел текучести материала корпуса и труб, МПА.
Делать вывод о недопустимости жесткого соединения корпуса и трубок кожухотрубчатого парового подогревателя невозможно, так как неизвестны пределы текучести материалов корпуса и труб.
Если согласно расчету окажется, что жесткое соединение корпуса и трубок теплообменника недопустимо, необходимо применять аппараты, имеющие температурные компенсаторы. Наиболее часто теплообменные аппараты оборудуют линзовыми компенсаторами и компенсаторами типа «плавающая головка».
Снижение температурных напряжений достигается путем уменьшения разности температур между отдельными конструктивными элементами и подбора соответствующих материалов при конструировании отдельных узлов аппаратов с примерно одинаковыми коэффициентами линейного расширения. Также температурные напряжения возникают в трубопроводах, которые определяются по формуле: st = AEDT=1,2?10-5?2,1?106?30=756 кг/см2 где st - температурные напряжения, кг/см2;
a - коэффициент линейного расширения,°С-1(для стальных труб at = =1,2?10-5°С-1);
Е - модуль упругости материала, кг/см2(для стальных труб Е = 2,1?106).
Dt= t1- t2=60-30=30 - изменение температуры, °С.
6.
Анализ характерных технологических источников зажигания
Производственные источники зажигания делятся на следующие группы: 1. Открытый огонь и продукты сгорания;
2. Тепловое проявление химических реакций;
3. Тепловое проявление механической энергии;
4. Тепловое проявление электрической энергии.
6.1 Тепловое проявление механической энергии
Наиболее опасными по возможности перегрева являются подшипники скольжения сильно нагруженных и высокооборотных валов. К увеличению сил трения, а, следовательно, и количество выделяющегося тепла могут привести нарушение качества смазки рабочих поверхностей, загрязнения, перекосы, перегрузка двигателя насосов и чрезмерная затяжка подшипников.
Рассчитаем температуру подшипника на валу насоса по перекачке бензола, диаметр вала 0,035 м. Коэффициент теплообмена между поверхностью подшипника и средой 150 Вт/м2.К, температура окружающей среды 25ОС, коэффициент трения 0,15, число оборотов вала 3000 1/мин. сила действующая на подшипник 3000 Н, поверхность подшипника 0,08 м2
Определим мощность сил трения где:f - коэффициент трения;