Оценка возможности образования горючей среды внутри технологического оборудования

Применяемые в различных технологиях аппараты и трубопроводы с пожаровзрывоопасными веществами при определенных условиях могут явиться местом возникновения пожара или взрыва. Для выявления возможности возникновения горения внутри технологического оборудования необходимо, прежде всего, оценить возможность образования в нем горючей среды. Под горючей средой понимается смесь горючего вещества с окислителем в таких соотношениях, при которых возможно возникновение и дальнейшее развитие горения.

Для оценки возможности образования горючей среды внутри технологического оборудования необходимо знать основные режимные параметры (рабочую температуру, давление, концентрацию), а для аппаратов с жидкостями необходимо также иметь сведения о наличии свободного объёма. Эта информация содержится в технологической документации.

Полученные данные рекомендуется сводить в общую таблицу (см. табл. 2.2), которая впоследствии может быть использована при вынесении заключения о возможности образования в аппаратах горючей среды.

Условия образования горючей среды в аппаратах с горючими газами, жидкостями, твердыми материалами и пылями несколько отличаются.

Аппараты с газами чаще всего заполняются чистыми горючими газами без примесей окислителя. Такие аппараты всегда находятся под избыточным давлением, поэтому поступление воздуха в них не­возможно, а следовательно, невозможно и образование горючей среды.

В редких случаях по условиям технологии в аппарат необходимо подавать смесь горючего газа с воздухом или кислородом (например, при получении водорода конверсией метана или при получении ацети­лена путем

Таблица 2.2 ― Анализ пожарной опасности аппаратов

термоокислительного пиролиза природного газа). В таких ситуациях возможность образования горючей среды оценивают путем сравнения рабочей концентрации j_р с нижним и верхним концентраци­онными пределами распространения пламени. Горючая среда будет иметь место, если выполняется условие:

. (2.3)

В закрытых аппаратах с жидкостями горючая среда может образоваться только в том случае, когда над поверхностью (зеркалом) жидкости имеется свободный объем. При этом любая жидкость, находящаяся в аппарате, будет испаряться, и ее пары постепенно распределятся в свободном пространстве. Если в свободном пространстве аппарата имеется воздух или любой другой окислитель, то пары жидкости, смешиваясь с ним, могут образовать горючую среду.

Наличие над зеркалом жидкости свободного пространства является необходимым, но не достаточным условием для образования горючей среды. Для того чтобы выяснить наличие в аппарате горючей паровоздушной смеси, необходимо, как и в случае с газами, проверить условие (2.3).

Однако при этом следует учитывать, что концентрация паров по высоте свободного пространства распределяется неравномерно. Над поверхностью жидкости она близка к концентрации насыщения, а у крыши аппарата её значения минимальны. Даже на одной и той же высоте в различные промежутки времени от начала испарения концентрация будет отличаться. Это обусловлено, прежде всего, особенностями протекания процесса диффузии паров в свободное пространство аппарата. То есть для технологического оборудования с горючими жидкостями характерно то, что в свободном пространстве может присутствовать лишь некоторая область концентраций, которая находится между нижним и верхним концентрационными пределами воспламенения. Высота расположения зоны опасных концентраций с течением времени изменяется. С методиками расчётного определения концентрации паров в свободном пространстве аппаратов с жидкостями можно ознакомиться в специальной литературе [61, 62].

Для аппаратов с неподвижным уровнем жидкости (например, для аппаратов непрерывного действия) оценка возможности образования горючей среды может быть облегчена. Эксплуатация таких аппаратов характеризуется неизменными значениями рабочей концентрации при постоянной температуре и давлении в аппарате. Учитывая это, оценку возможности образования горючей среды можно провести путем сравнения рабочей температуры жидкости t_р со значениями температурных пределов распространения пламени. Горючая среда в аппара­тах с неподвижным уровнем жидкости будет образовываться в том случае, если выполняется условие:

(2.4)

Условие (2.4) можно также использовать и для аппаратов с подвижным уровнем жидкости в период их заполнения после простоя. Это обусловлено тем, что при подъеме уровня жидкости в аппарате насыщенная концентрация паровоздушной смеси над зеркалом жидкости не изменяется. В случае же опорожнения таких аппаратов состояние насыщения свободного пространства парами жидкости нарушается за счет поступления дополнительного количества воздуха через дыхательную арматуру. При этом концентрация паров над зеркалом жидкости уменьшается и может стать опасной. Поэтому оценку возможности образо­вания горючей среды в период опорожнения аппаратов производят только по условию (2.3).

Итак, в общем случае возможность образования горючей среды в закрытых аппаратах с горючими и легковоспламеняющимися жидкостями может быть оценена путем:

1) проверки наличия над зеркалом жидкости свободного паровоздушного объема;

2) сравнения рабочей концентрации паров жидкости с концентрационными пределами воспламенения;

3) сравнения рабочей температуры жидкости в аппарате со значениями температурных пределов воспламенения.

В технологическом оборудовании с твердыми горючими веществами и материаламигорючая среда может образоваться при тепловом воздействии на последние или в результате их саморазогрева. Как известно, сами твердые горючие вещества и материалы не способны образовывать в смеси с воздухом горючую среду. Однако в процессе их нагрева до некоторых температур может начаться процесс разложения с выделением летучих. Так, в процессе пиролиза древесины при температурах 150 – 275 ^оС происходит разложение менее термостойких ее компонентов с выделением окиси углерода, уксусной кислоты, метана, водорода и других веществ. Выделяющиеся продукты разложения в смеси с окислителем при определенных условиях могут образовывать горючую смесь. В таких случаях оценку возможности образования горючей среды в технологическом оборудовании производят, как и в случае газами, по условию (2.3).

Технологические аппараты с горючими пылями характеризуются значительной пожарной опасностью. При работе мельниц, дробилок, хлопковых разрыхлителей, центробежных классификаторов, систем пневмотранспорта образуется очень большое количество пыли. Пыли в таких аппаратах могут находиться во взвешенном в воздухе состоянии (аэрозоль) и в осевшем состоянии (аэрогель). В первом случае пожарная опасность пылей рассматривается как для газов и паров, во втором случае ─ как для твердых веществ и материалов.

Взвешенная в воздухе пыль может образовывать взрывоопасные концентрации. Для оценки возможности образования горючей среды внутри технологического оборудования с пылевидными материалами на практике используют значение нижнего концентрационного предела распространения пламени j_н. Верхние концентрационные пределы для пылей настолько велики, что практического значения для оценки пожарной опасности не имеют. Кроме того, пылевоздушные смеси в большей степени, чем паро- и газовоздушные, склонны к расслоению. Поэтому в оборудовании даже при очень высоких концентрациях всегда могут образовываться локальные зоны с концентрацией ниже ВКПР.

При определении рабочей (фактической) концентрации пыли внутри технологического оборудования необходимо учитывать массу взвешенной и осевшей пыли. Горючая среда в аппаратах с пылями будет образовываться в том случае, если выполняется условие:

(2.5)

Взрывы и пожары внутри технологического оборудования часто возникают в периоды неустановившегося режима работы. К таким периодам относятся пуск аппаратов в эксплуатацию и их остановка для профилактического осмотра или ремонта. В эти периоды опасность образования горючей среды внутри технологического оборудования очень высока. Так период пуска оборудования характеризуется поступлением горючих компонентов в объем аппаратов, заполненных воздухом, и выходом аппаратов на заданный рабочий режим. При этом концентрация горючих веществ в аппаратах увеличивается и может стать горючей, если превысит значение НКПР.

Причинами образования горючей среды при остановке технологического оборудования являются:

· снижение температурного режима в аппаратах с рабочей температурой жидкости, превышающей значение ВТПР. При этом температура, снижаясь, войдет в температурную область воспламенения;

· поступление наружного воздуха через дыхательную арматуру при опорожнении аппаратов или через открытые люки при их разгерметизации;

· неполное удаление из аппаратов горючих веществ;

· негерметичное отключение аппаратов от трубопроводов с горючими веществами. При этом горючие вещества через неплотности будут попадать в аппарат, и образовывать в смеси с воздухом горючую смесь.

Все эти особенности необходимо учитывать при оценке возможности образования горючей среды внутри технологического оборудования и разработке пожарно-профилактических мероприятий.

После проведённого анализа возможности образования горючей среды внутри каждого технологического аппарата необходимо дать соответствующее заключение и сделать запись в графе 6 таблицы 2.2.