Разработка системы противопожарной защиты.

Одним из способов обеспечения пожарной безопасности технологического процесса являются решения, снижающие количество горючих веществ в производстве.

Уменьшение количества горючих веществ и материалов, одновременно находящихся в технологическом процессе произ­водства, не только создает условия для ограничения возможности распространения пожара, но и снижает вероятность его возникновения.

Задача уменьшения. количества горючих веществ в произ­водстве решается на всех стадиях проектирования, начиная с выбора метода производства, разработки технологической схемы и проектных материалов, а также в период эксплуатации предприятия.

 Естественно, что такие решения не должны отрицательно влиять на производительность и качество выпускаемой продукции.

Количество обращающихся в производстве горючих веществ во многом зависит от выбора метода осуществления технологического процесса и его технологической схемы. Известно, что одно и тоже конечное вещество можно получить из различного сырья и различными способами. При обосновании предполагаемого нового метода производства какого-либо вещества учитывают не только его эффективность и экономичность, но и вопросы пожаро - взрывобезопасности.

Так, например, производство пентафена можно осуществлять, применяя большое количество толуола в качестве растворителя, но если изменить технологию производства и вместо амида натрия использовать едкий натрий, то толуол будет полностью исключен из технологического процесса производства, и оно станет экономичнее и безопаснее.

В результате этого отпадет потребность в ксилоле и необходимость ректификации. Процесс при той же или даже более благоприятной экономике будет менее пожароопасным, так как количество горючих веществ, образующихся в производстве, значительно уменьшится.

Из сказанного вытекает, что при всех прочих равных условиях для детальной разработки принимают такой метод производства, при котором будет использоваться менее пожаро - взрывоопасное сырье, когда расход сырья и других пожароопасных веществ на единицу получаемой продукции будет меньше, технологический процесс будет состоять из меньшего числа производственных операций, если снижается необходимость использования большого числа вспомогательных опера­ций и уменьшается количество образующихся побочных продуктов и отходов производства.

Примерную оценку пожаро - взрывоопасности технологического процесса рассматриваемых вариантов можно сделать, сравнив пожароопасные свойства веществ и определив для каждого из вариантов количество горючих веществ, приходящееся на единицу выпускаемой продукции. Чем меньше будет эта величина и ниже пожароопасные свойства веществ, тем предпочтительнее, данный вариант по условиям пожарной безопасности.

Во всех случаях вместо периодически действующих аппаратов и процессов целесообразно применять непрерывно действу­ющие, так как при одной и той же производительности в непрерывно действующих аппаратах содержится меньшее количество горючих веществ, и сами аппараты занимают меньшую площадь.

Большие возможности имеют проектные и научно - исследовательские организации для положительного решения вопроса об уменьшении количества горючих веществ не только при выборе способа производства, но и на стадии разработки прин­ципиальной технологической схемы.

Параллельно с разработкой технологической схемы произ­водства выполняются основные технологические расчеты.

Технологическая схема, как правило, должна исключать наличие таких аппаратов, как напорные баки, промежуточные емкости, емкостные мерники, рефлюксные емкости и подобные им емкостные аппараты с горючими, легковоспламеняющимися жидкостями и сжиженными газами. Вместо указанных аппара­тов используют автоматические регуляторы давления и расхода, мерники-дозаторы непрерывного действия, автоматические питатели и т. п. При невозможности полного исключения из технологической схемы аппаратов емкостного типа их количество и объемы сводят до минимума.

В некоторых случаях имеется возможность заменить горючие и легковоспламеняющиеся поглотители и растворители, а также теплоносители и хладоагенты менее пожароопасными или совсем негорючими веществами.

Вместо горючих сжиженных газов и легковоспламеняющихся жидкостей (пропана, аммиака, изопентана и т. п.), используемых для целей охлаждений аппаратов, целесообразно, если позволяют технологические требования, применять негорючие фреоны и рассолы. Стремятся использовать также менее пожароопасные катализаторы и инициаторы.

В некоторых случаях осуществление химической реакции требует разбавления реагирующих веществ каким-либо газом или паром для того, чтобы обеспечить течение химической реакции в нужном направлении, увеличить выход конечного продукта или уменьшить образование побочных продуктов. Нередко в качестве такого разбавителя используют водород.

 

 

Рекомендации при размещении аппаратов технологического процесса производства.

 

Учитывая вопросы экономики и возможность снижения пожаро - взрывоопасности производства, технологические аппараты и сооружения стремятся размещать на открытых площадках и этажерках во всех случаях, когда это возможно по климатическим условиям и по условиям эксплуатации технологического оборудования. Размещая аппараты, как в зданиях, так и на открытых площадках, добиваются таких решений, чтобы производственные коммуникации между аппаратами, сооружениями, установками и цехами были как можно проще, меньшей длины, с меньшим количеством встречных потоков и т. п. Рациональное размещение производственных аппаратов и трубопроводов снижает количество горючих газов, а также требуемую мощ­ность насосов и компрессоров. При необходимости использования в технологической схеме емкостей со сжиженными газами их, как правило, не размещают в зданиях, а выносят на открытые площадки или на промежуточные склады.

Одним из направлений, используемых для ограничения масштабов возможного пожара, является ограничение производственных площадей зданий и открытых установок.

Площадь отдельно стоящих открытых установок также ограничивается в зависимости от максимальной высоты оборудования или этажерки и вида обрабатываемого продукта.

Склады для хранения горючих материалов разделяют противопожарными стенами на отсеки, позволяющие в случае возникновения пожара ликвидировать его с минимальным ущербом.

Несмотря на наличие технических мер защиты, и контроля засостоянием аппаратов и трубопроводов все же могут быть повреждения и аварии. При авариях и повреждениях аппаратов и трубопроводов с горючими жидкостями они растекаются по территории объекта, по полу производственных помещений, стекают из верхних этажей в нижележащие, с площадки на площадку этажерок затекают в приямки, траншеи, каналы и т.д. Подобного родаопасность можно снизить за счет использований техническихсредств, позволяющих быстро отключать поврежденные участки,тем самым снижать количество выходящих наружу веществ, атакже за счет устройства различного рода препятствий, ограничивающих свободное растекание жидкостей.

 

Аварийное отключение поврежденных аппаратов и трубопроводов.

Своевременность и быстрота принимаемых мер по локализации повреждения зависят от возможностей быстрого обнаружения факта и места повреждения, а также от наличия устройств и приспособлений, позволяющих быстро прекратить поступлений горючего веществ, а к месту аварии.

Повреждение на том или ином участке тёхнологического процесса обнаруживается находящимся там обслуживающим персоналом или оператором из помещения КИП по резким отклонениям процесса от заданных параметров. Так, например повреждение трубопровода или аппарата можно установить по резкому снижению давления, увеличению скорости движения продукта, резкому увеличению расхода продукта в линии, а при наличии стационарных газоанализаторов по нарастанию концентраций горючих паров или газов в воздухе сверх допускаемых величин.

Выявленные места повреждений быстро отключают с помощью задвижек ручного и дистанционного действия, а также автоматически действующими задвижками, отсекателями потока, обратными клапанами и т. п. Большое значение имеет хорошо продуманное расположение отключающих устройств и выбор способа приведения их в действие. Этому вопросу уделяют серьезное внимание при разработке планов ликвидации аварий на предприятиях. Для каждого цеха составляется схема основных коммуникаций с указанием мест расположения задвижек, рубильников и других устройств, предназначенных для ликвидации аварии, с нумерацией очередности их использо­вания.

На вводах в цехи трубопроводов с горючими сжатыми и сжиженными газами обязательно устанавливают запорную арматуру с дистанционным управлением, а на вводах трубопроводов для легковоспламеняющихся и горючих жидкостей при диаметре труб более 400 м устанавливают арматуру с дистан­ционным управлением, при меньшем диаметре - может быть ручное управление задвижками. На внутрицеховых обвязочных трубопроводах количество и размещение запорной арматуры выбирают с таким расчетом, чтобы обеспечивать возможность надежного отключения каждого отдельного агрегата или аппарата. Необходимость применения дистанционного управления запорной арматуры или применение автоматически действующих отключающих устройств определяют исходя из условий технологического процесса и обеспечения его пожаро- и взрывобезопасности.

Если дистанционное управление размещают в производственном помещении или на открытой этажерке и площадке, то его необходимо дублировать из безопасного места. Контрольно - измерительные приборы, фиксирующие снижение давления в системе ниже установленной величины, как и при увеличении давления сверх установленного, должны обеспечивать автоматиче­скую остановку насосов или компрессоров. Это снизит количество выходящего наружу продукта за тот период времени, пока выявляется место аварии и производится отключение поврежденного участка. Повторное включение насоса или компрессора до выяснения и устранения причин его остановки может привести к тяжелым последствиям.

На одном измагистральных нефтепроводов произошла автоматическая остановка насоса при резком падении давления продукта в линии. Оператор насосной станции предположил, что падение давления произошло за счет уменьшения подачи продукта с предыдущей станции, поэтому включил насос повторно и подключил к линии второй насос, забирающий нефть из пристанционного резервуарного парка. Давление в линии удалось поднять, но через некоторое время оно снова упало. При выяснении обстоятельств оказалось, что на линии за насосной станцией произошло повреждение трубопровода. Когда жидкость стала выходить наружу, линейное сопротивление уменьшилось, давление в трубопроводе упало, и насос автоматически остановился. Повторное включение первого насоса и подключение к линии дополнительного насоса, питающегося из самостоятельного источника, усугубил аварию. В результате нефтью была залита большая территория в следствии чего возник пожар.

В некоторых случаях для отключения при аварии аппарата и трубопроводов используют автоматически действующие движки и отсекатели потока. Импульсом для их срабатывания является также резкое снижение давления или увеличение скорости движения продукта в трубопроводе.

 

 

Рис. 5 Автоматически закрывающийся мембранный клапан.

1 - диафрагма; 2 - хлопушка; 3 - защелка;4 - мембрана; 5 - трубки;

6 - шток с пружинами; 7 - трубопровод; 8 – корпус клапана.

 

На рис. 5 показан клапан, автоматически перекрывающий трубопровод при понижении или повышении давления сверх установленной величины, а также при превышении потоком заранее установленной скорости движения. Перепад давления у диафрагмы трубопровода воздействует на мембрану клапана, которая связана с защелкой, удерживающей хлопушку клапана. При увеличении перепада давления или возрастании расхода мембрана прогибается вверх, освобождает защелку и хлопушка перекрывает сечение трубопровода. Недостатком такого клапана является возможность возникновения гидравлического удара при резком перекрытии трубопровода. В практике применяются клапаны такого же типа, но с приводомот мембраны, а от соленоида.

 

Кроме автоматически действующих задвижек и хлопушек, используют также скоростные клапаны - прерыватели потока жидкости при аварии трубопроводов.

При нормальном расходе жидкости по трубе, а, следовательно, и при нормальной скорости движения прерыватели потока свободно пропускают жидкость. При увеличении расхода и ско­рости в 1,5—2 раза клапаны срабатывают и перекрывают сечение трубопровода. Скоростные клапаны-прерыватели потока могут быть пружинными и поплавковыми. Клапаны могут устанавливаться на вертикальных и горизонталь­ных линиях.

 

 

Устройства против растекания жидкости.

 

Характер растекания жидкости при авариях аппаратов и трубопроводов, а также величина залитой жидкостью площади определяются многими факторами: количеством излившейся жидкости, ее вязкостью, температурой жидкости и среды, интенсивностью излива жидкости, высотой падения струи, наличием уклона площадки или пола, состоянием поверхности и т. п. Естественно, что учесть все это и расчетным путем определить возможную площадь растекания жидкости весьма трудно.

Практика показала, что, например, разливаясь по бетонной горизонтальной площадке, 1 л авиационного топлива марки Т-1 при температуре 18°С занимает площадь 0,8 м²_,а то же количество минерального масла (вязкость при 18°С равна 30 см²/сек) заливает площадь 0,2 м² .

Отсюда видно, что при значительных количествах выходящей наружу жидкости могут быть залиты большие участки террито­рии. При уклонах местности жидкость будет распространяться преимущественно в одном направлении и на большую длину.

На одной из нефтебаз разрыв вновь смонтированного резер­вуара с бензином емкостью 600 м² привел к растеканию жидкости по склону местности на расстояние более 700 м .

Для ограничения свободного растекания горючей жидкости при повреждениях и авариях аппаратов устраивают обвалования, стенки, бортики, пороги, лотки и т. п.

В соответствии с правилами пожарной безопасности отдельно стоящие наземные или полуподземные резервуары и группы резервуаров с огнеопасными жидкостями и сжиженными газами ограждаются с учетом рельефа местности сплошным земляным валом высотой по расчету, но не менее 1 м и шириной в верхней части не менее 0,5 м или сплошной несгораемой стенкой высотой также не менее 1 м . Вал и стенка рассчитываются на гидростатическое давление разлившихся жидкостей. В местах перехода людей через вал или стенку устраивают стационарные лестницы-переходы, а места прохода трубопроводов уплотняют глиняными замками.

Группы аппаратов емкостного типа (электродегидраторы, отстойники и т. п.) также ограждаются валом или стенкой.

Отдельно стоящие резервуары с горючими жидкостями и сжиженными газами, а также резервуарные парки располагают преимущественно на более низких отметках территории по отношению к промышленным установкам, предприятиям и населенным пунктам. Если же резервуары размещены на более высоких отметках (уклон местности более 0,01%) по отношению к смежным объектам и находятся от них на расстоянии меньше 400 м , то предусматривают сооружение одного из следующих дополнительных защитных устройств, предотвращающих возможный разлив жидкостей при аварии:

второго земляного вала или ограждающей стены на расстоя­нии не ближе 20 м от основного обвалования, рассчитанного на удержание 50% объема жидкости наибольшего резервуара. В качестве второго обвалования можно использовать внутризаводские автодороги, приподнятые до необходимых отметок;

отводящих каналов (траншей) шириной по верху не менее 2 м , глубиной не менее 1 м на расстоянии не менее 20 м от основного обвалования. На противоположной по отношению к резервуару стороне канала устраивают небольшой вал; открытого земляного амбара емкостью не менее объема наибольшего резервуара в парке и шириной не более 40 м , на расстоянии не менее 20 м от основного обвалования. Для направления жидкости в амбар предусматривают дополнительное обвалование или кювет с валом.

Если производственные аппараты с огнеопасными жидкостями или сжиженными газами размещены на наружных этажерках или группы аппаратов установлены на открытой площадке (группы теплообменников, ректификационных и абсорбционных колонн, сепараторов и т. п.), то для защиты от растекания жидкостей при авариях по периметру площадок на расстоянии около 1 м от аппаратов устраивают бортики высотой не менее 0,2 м .

Междуэтажные площадки этажерок и промежуточные площадки помещений, где расположены емкостные аппараты со сжиженными газами, ЛВЖ, горючими жидкостями, а также проемы в междуэтажных площадках и в местах провисания аппаратов защищают от растекания жидкостей по периметру бортиками высотой не менее 0,15 м .

При отсутствии сплошного настила на площадках под аппа­ратами устраивать бортовое ограждение нет необходимости.

Если производственное помещение или открытая установка имеет значительную площадь и на ней сравнительно равномерно размещено большое количество аппаратов с огнеопасными жидкостями (поэтому устройство бортиков у каждого аппарата или для группы аппаратов нецелесообразно), то появляется необходимость разделения всей производственной площади бортиками на противопожарные отсеки. В пределах выделенного отсека ограничивается разлив жидкости и размер возможной площади горения.

Чтобы жидкость не попадала через дверные проемы из помещения наружу или в смежные помещения, устраивают пороги с пандусами высотой не менее 15 см . С такой же целью в туннелях для прокладки трубопроводов через 60 м устраивают пороги.

Растекание излившейся на территории жидкости может быть ограничено также устройством лотков, желобов и канав, располагаемых с учетом естественного уклона местности.

Устройства против растекания жидкостей следует содержать в исправности. Валы, бортики и пороги, поврежденные при производстве ремонта или монтажа оборудования, должны быть восстановлены до пуска оборудования в эксплуатацию.

 

Защита аппаратов от разрушения при взрыве.

 

Взрыв горючих смесей в аппаратах и трубопроводах может привести к их разрушению, при этом возможно повреждение соседних аппаратов, электрооборудования, а в некоторых случаях и строительных конструкций. По имеющимся данным, более 30% всех взрывов сопровождаются возникновением пожаров, а в некоторых случаях воздействие теплоты пожара является причиной взрыва аппаратов, баллонов, емкостей.

Разрушение и повреждение аппаратов, вызванные взрывом, способствуют быстрому распространению пожара, увеличению его масштабов. Взрывы осложняют действия подразделений по пожаротушению и ликвидации аварий, являются причиной травм людей. Все это обусловливает необходимость эффективной защиты аппаратов от разрушения при возможном взрыве.

Масштабы возможных разрушений при взрыве аппарата зависят от многих факторов, основными из которых являются химические свойства вещества, концентрация его в смеси с воздухом, объем аппарата, давление и температура смеси до взрыва.

Характерным признаком взрыва является быстрое нарастание давления в аппарате. Так, при горении паро- и газовоздушных стехиометрических смесей (без явления детонации) давление в сосудах по сравнению с начальным возрастает в 8— 10 раз, а при горении пылевоздушных смесей — в 4—6 раз.

Длительность горения смеси при взрыве, т. е. время дости­жения максимального давления, зависит от скорости горения смеси и объема аппарата, в котором происходит взрыв. Для аппаратов и емкостей сравнительно небольшого объема длительность взрыва газо- и паровоздушных смесей находится в пределах 0,05—0,3 сек, а пылевоздушных смесей 0,25—0,8 сек.

Для защиты аппаратов от разрушения при взрыве необходимо создать условия для своевременного стравливания из них образующихся продуктов горения. 

Стравливание продуктов взрыва производят так, чтобы в аппарате не образовалось давление выше установленной величины. Устройство для стравливания избыточного давления, образующегося при взрыве, принципиально отличается от обычных предохранительных» клапанов, которые предназначены для защиты от повышенного давления, образующегося при нарушении технологического режима без взрыва. В последнем случае давление нарастает сравнительно медленно, предохранительный клапан успевает сработать и отвести избыток газов из аппарата.

При взрыве давление нарастает очень быстро, следовательно, так же быстро надо отводить газы. Чтобы давление при взрыве не было выше тех величин, на которые, рассчитаны стенки аппарата, применяют взрывные предохранительные клапаны мембранного типа иди взрывные клапаны в виде откидных дверец. Наиболее широко применяют взрывные мембранные клапаны. Ими защищают аппараты рекуперационных установок, аппараты производств, связанных с приготовлением пылевидного топлива и порошковой продукции, ацетиленовые генераторы и ацетиленопроводы, электрофильтры для улавливаний горючих пылей и очистки горючих газов и другие опасные по взрыву аппараты, емкости и трубо­проводы.

Откидными клапанами защищают радиантные камеры печей, газогенераторы и т. п. Мембраны устанавливают на аппаратах и трубопроводах с учетом наиболее вероятного направления распространения взрывной волны. Исходя из характера разрушения, мембраны разделяются на следующие виды: разрывные, срезные, ломаю­щиеся, выщелкивающие, отрывные.

 

Система мгновенного подавления химической реакции взрыва.

 

Несмотря на распространенность системы защиты аппаратов от разрушения при взрыве, ее нельзя назвать достаточно прогрессивной, так как в этом случае не предотвращается сам взрыв.

Второй способ защиты аппаратов от разрушения более активен. Он заключа­ется в подавлении начавшейся химической реакции взрыва, т. е. взрывное горение прекращается до того, как давление повысится до опасного предела. Известно, что время достижения максимального давления при взрыве углеводородных смесей достигает 50—100 м/сек без учета периода индукции. Нарастание давления от начала его появления до 1 атм. длится 10—20 м/сек. В дальнейшем скорость нарастания давления быстро возрастает. Если уловить первоначальный момент нарастания давления, химическую реакцию можно затормозить и погасить быстрым введением какого-либо инертного вещества.

Подавляющее устройство состоит из пиропатрона и разрывного сосуда с огнегасительной жидкостью. После взрыва пиропатрона, при улавливании соответствующего импульса датчиком, огнегасительное или ингибирующее вещество под давлением распыляется внутрь защищаемого объема. В качестве таких веществ используют воду, четыреххлористый углерод, хлорбромметан, порошковые составы и другие вещества. Перспектива таких устройств защиты от взрыва бесспорна.

 

Рис.1 Схема устройства для подавления начавшейся химической реакции взрыва.

/ - аппарат; 2 - датчик; 3 - устройство для подачи ингибитора; 4 - электронный прибор; 5- блок питания; 6 - место.

 

 

 

3. Экспертиза архитектурно-строительной части.