Пожарная безопасность технологических прцессов

При наличии массивных и высоких аппаратов на открытых площадках, как в данной технологической схеме:

десорберов и этажерок — к самовоспламенению могут привести разряды атмосферного электричества. По этой причине требуется предусмотреть молниеотвод.

2.6 Определение возможных причин и условий для распространения пожара.

В соответствии с рассмотренными данными, при розливе этанола А-76 из емкости или нарушении герметичности основных аппаратов и трубопроводов возможно возникновение пожара. В данной технологической схеме циркулирует сравнительно достаточно большое количество пожароопасных веществ, однако при их розливе возможно быстрое перекрытие трубопроводов и аппаратов и остановка циркуляции. Наиболее пожароопасные аппараты — емкости оборудованы аварийным сливом, активируемым при аварийной ситуации. Тем не менее, при розливе больших количеств этанола или выпуске газообразного этилена под давлением возможна их детонация с повреждением оборудования, стальной этажерки или капитального строения — здания цеха и компрессорной. Одновременно на установке с учетом максимального заполнения емкости может находиться 9,5 м³ рекуперированного этанола иликг.

Определим пожарную нагрузку помещения как количество теплоты, отнесенное к единице поверхности пола, которое может выделиться на открытой площадке с установленной емкостью (поз.

10) при пожаре:

где aи b — соответственно длина и ширина площадки с установленными на ней емкостями хранения этанола, 18 и 24 м. кДж/м2Возможная длительность пожара:

где Vвыг — массовая скорость выгорания, 0,05 кг/(м3 · с), сМаксимальную температуру пожара можно принять равной температуре взрыва, рассчитанной ранее и равной К при разгерметизации емкости, содержащей указанную массу пожароопасных веществ. В остальных десорбере количество пожароопасных веществ не превышает массу этанола в емкости, поэтому не рассматривается. Пожароопасность помещения газового компрессора рассмотрена отдельно в четвертом разделе курсового проекта. На производстве имеются «дышащие"емкости.Произведем расчет гравийногоогнепреградителя для защиты дыхательной линии, установленного согласно технологической схеме. Критический диаметр огнепреградителя определяется по формуле, где dкр — критический диаметр канала огнепреградителя, м;Рекр — критическое значение числа Пекле на пределе гашения пламени (принимают Рекр= 65);Тр, Рр — начальная (рабочая) температура (К) и давление (Па) горючей смеси;

теплопроводности горючей смеси, Вт/м К;R — универсальная газовая постоянная для смеси газов и паров, Па/(кг.

К);uН — нормальная скорость распространения пламени, 10м/с, сР — удельная теплоемкость горючей смеси при постоянном давлении, Дж/(кг.

К)Коэффициент теплопроводности для двухкомпонентной парогазовоздушной смеси определяют по формуле: = гг + (1- г) вгде г, в — коэффициенты теплопроводности компонентов горючей смеси, соответственно, для этанола и воздуха при 100С равны 0,17 и 0,251 Вт/(мК).г — объемная доля горючего в стехиометрической смеси, определяется из уравнения сгорания вещества в воздухе;, где n — количество молей веществ, вступивших в реакцию горения. Удельную теплоемкость горючей смеси при постоянном давлении находим из выражения:

где сгг- теплоемкость паров этанола, 1,43 кДж/(кг.К)сгв- теплоемкость воздуха, 1,005 кДж/(кг.К)кг/(Дж.К)Определим плотность паров этанола при t = 10 оС по формуле 2.26:кг/м3Универсальная газовая постоянная для смеси газов и паров;

мм.

Для обеспечения надежности гашения пламени фактический диаметр dф каналов огнепреградителя должен быть меньше критического, т. е.: где.

Кн — коэффициент запаса надежности, Кн=2 4. диаметр гранул принимают dгр = 34 dф. Примем значение диаметра гранул равным 3 мм. Помещение цеха, в котором расположена технологическая установка, а также расположенные на улице емкость хранения рекуперированного спирта и десорбер следует оборудовать стационарными системами пожаротушения. Итак, в соответствии с характеристиками используемого оборудования и обращающихся в процессе веществ, нами были рассчитаны важнейшие характеристики взрывопожаробезопасности. 3 ОСНОВНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ И ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА3.1Мероприятия и технические решения, направленные на предотвращение образования горючей среды внутри технологического оборудования.

Предотвращению образования горючей среды в закрытых аппаратах и емкостях с неподвижным уровнем жидкости способствуют следующие технические решения, оптимальные для решаемой задачи:

1) Ликвидация газового пространствприменением емкостей с гибкими внутренними оболочками. Однако данный способ нерационален применительно к рассматриваемой задаче [8, c.52]. 2) Поддержание безопасного температурного режима посредством систем контроля и регулирования. Рабочая температура поддерживается ниже нижнего или выше верхнего температурного предела воспламенения паров жидкости. Рекомендуется поддерживать температуру водно-этанольной смеси выше 60оС., что, в целом, реализовано на предприятии в десорбирующей колонне.

3) Введение негорючих (инертных) газов в газовое пространство аппарата — вытеснение и предотвращение испарения при помощи азота. Предотвращению образования горючей среды в закрытых аппаратах (адсорбере и насосе) с подвижным уровнем жидкости способствуют следующие технические решения:

а) заполнение всего рабочего объема (реализовано в насосе);б) введение негорючих (инертных) газов в газовое пространство аппарата (введение водяного пара в адсорбер).

в) контроль исправности и чистоты трубопроводов;

г) регулярная смазка и контроль трущихся деталей.

д) контроль и поддержание постоянства движения материальных потоков в системе при помощи автоматических приборов учета [11, c.74]. 3.2Мероприятия и технические решения, «направленные на предотвращение образования горючей среды в помещениях и на открытых технологических площадках1) Внедрение системы активного пожаротушения;

2) Поддержание оптимального температурного режима;

3) Введение молниезащиты для адсорберов.

3.3Мероприятия и технические решения, направленные на устранение причин и условий инициирования горения1) Внедрение системы активного пожаротушения;

2) Использование «дыхательных» клапанов для емкостей;

3) Поддержание оптимального температурного режима;

4) Поддержание оборудования в исправном состоянии, своевременное устранение неисправностей.

3.4Мероприятия и технические решения, направленные на предотвращение и ограничение распространения пожара1) Применение автоматических аварийных блокировок подачи пожаровзрывоопасных веществ в трубопроводы и аппараты;

2) Применение аварийных сливов из аппаратов для снижения массы пожаровзрывоопасных веществ (реализовано в емкостях).

3) Применение несгораемых и трудногорючих материалов для пола и стен (бетон, кирпич). Разделение отсеков помещения несгораемыми дверями. Итак, в соответствии с характеристиками используемого оборудования и обращающихся в процессе веществ, нами были подобраны основные мероприятия и технические решения по обеспечению пожарной безопасности технологического процесса. 4 ИНЖЕНЕРНЫЕ РАСЧЁТЫВ данном разделе курсового проекта произведем определение категории помещения по взрывопожарной и пожарной опасности. Определение категории помещений по взрывопожарной и пожарной опасности в соответствии с НПБ 105−03 [1] следует осуществлять путем последовательной проверки принадлежности помещений к категориям, приведенным в табл. 1 [1] - от высшей (А) к низшей (Д). В качестве расчетного критерия взрывопожарной опасности следует выбирать наиболее неблагоприятный вариант аварии, исходя из проведённого анализа пожарной опасности технологического процесса, в соответствии с вариантом задания на курсовую работу. Количество поступивших в помещение веществ определяется, исходя из следующих предпосылок:

а) происходит расчетная авария аппарата, содержащего наибольшее количество самого пожаровзрывоопасного вещества;

Принимаем, что происходит авария накопительной емкости.

б) все содержимое аппарата поступает в помещение;

Принимаем, что в результате аварии и разгерметизации компрессора произошла утечка и мгновенное испарение (при температуре 50оС и давлении 2,4 МПа) сжатого этилена из линии сжатого газа.

в) происходит одновременно утечка веществ из трубопроводов, питающих аппарат в течение расчетного времени до срабатывания задвижек. Таким образом, сжиженный этилен продолжает поступать вчерез трубопровод со скоростью 100 м3/мин.Расчетное время определяется из НПБ 105−03 [1,2,3], исходя из того, что из-за отсутствия автоматической системы отключения запор задвижек в трубопроводе производится ручным способом. При ручном способе перекрытия задвижек время работы трубопроводов равно 300 с. Таким образом, в рабочее помещение из разгерметизированныхтрубопроводов поступит этилена:

где q — производительность компрессора, м3/мин,τ - время, с, 60 — переводной коэффициент из мин. в с. м3Определим массу выпущенного этилена:

кг.

Критерием оценки взрывопожарной и пожарной опасности помещения является избыточное давление взрыва. Для газообразного этилена избыточное давление взрыва определяется по формуле (1) НПБ 105−03.где Рmах

— максимальное давление взрыва стехиометрической газовоздушной или паровоздушной смеси в замкнутом объеме, принятое равным 900 кПа; Р0

— начальное давление, принятое равным 101 кПа; т — масса паров легковоспламеняющегося газа, кг; Z

— коэффициент участия горючего во взрыве, для легковоспламеняющихся и горючих газов, равный 0,5;Vcв

— свободный объем помещения, м3; Vж = V0. (1 — ε1)= a.b.h. (1 — ε1)где ε1 — коэффициент заполнения объема помещения, 0,4.м3г, п

— плотность газа или пара при расчетной температуре в помещении tp, равной 25 оС, кгм-3, вычисляемая по формуле:

где М — молярная масса, 28,05 кг.

кмоль-1; V0

— мольный объем, равный 22,413 м3кмоль-1; tp

— расчетная температура помещения, принятая равной 25 °C. кг/м3Сст

— стехиометрическая концентрация ГГ или паров ЛВЖ и ГЖ, % (об.), вычисляемая по формуле:

где β

— стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания:

С2Н4 + 3(О2 + 3,76N2) = 2CO2 + 2H2O + 11,28N2пC, пH, пO, пX

— число атомов С, Н, О и галоидов в молекуле горючего; Кн

— коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения. Допускается принимать Кн равным 3. Рассчитаем массу испарившегося сжиженного этилена. т = WFиТ, где W

— интенсивность испарения, кгс-1м-2; Для ненагретых выше температуры окружающей среды ЛВЖ при отсутствии данных допускается рассчитывать W по формуле где 

— коэффициент, принимаемый по табл. 3 в зависимости от скорости и температуры воздушного потока над поверхностью испарения. При скорости воздухообмена 0,04 м/с при t = 250С получим по таблице 3 НПБ 105−03методом линейной интерполяции:

Рн

— давление насыщенного газообращного этилена при расчетной температуре жидкости tp, равное атмосферному давлению или 101,3 кПа. Fи

— площадь испарения, м2, определяемая в соответствии с п. 7 в зависимости от массы жидкости тп, вышедшей в помещение. Согласно НПБ 105−03, 1 л сжиженного этилена разливается на площади 1 м² пола помещения. Площадь испарения 500этанола тогда равна 500 м², что превышает площадь помещения. Следовательно, Fи равна площади помещения: Fи = а .b Fи =24 .18 = 432м2кгс-1м-2т = .

432. 3600 = 1201,5 кг.

При этом с учетом установленной вентиляции, массу т горючих газов или паров легковоспламеняющихся или горючих жидкостей, нагретых до температуры вспышки и выше, поступивших в объем помещения, следует разделить на коэффициент К, определяемый по формуле:

К = АТ + 1, где, А — кратность воздухообмена, создаваемого аварийной вентиляцией, с-1; Т — продолжительность поступления горючих газов и паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей в объем помещения, принимается равной 3600 с. К = 0,0017. 3600 + 1 = 7,0 кг.

Теперь, когда все величины, входящие в уравнение 3.3 известны, определим избыточное давление взрыва этанола:> 5 кПаТаким образом, в соответствии с НПБ 105−03, нами была определена категория помещения компрессорной станции этилена в соответствии с характеристиками веществ и материалов, находящихся (обращающихся) в помещении и применяемого оборудования (линий и газовых компрессоров высокого давления). Наиболее взрывопожароопасным материалом являются газообразный этилен, а наиболее опасной аварийной ситуацией является разгерметизация трубопровода сжатого этилена. Категория помещения, установленная в соответствии с расчетами: А взрывопожароопасная.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе нами былпроведен комплексный анализ взрывопожарной безопасности цеха адсорбции паров этанола из парогазовой смеси с поливиниловым спиртом. В первом разделе курсового проекта была подробно рассмотрена сущность технологического процесса абсорбционногоулавливанияи рекуперации паров этанола из газовой смеси этилена и этанола. Во втором разделе курсового проекта был проведен анализ пожарной опасности абсорбера (поз.

5), газового компрессора этилена (поз.

7) и горизонтальной емкости-сборника рекуперированного этанола (поз.

10). В частности, в рамках проведенного анализа технологического оборудования было установлено, что наибольшую опасность представляют компрессор сжижения этилена высокого давления (2,4 МПа) и накопительные емкости для этанола объемом 10 м³. В соответствии с проведенными инженерными расчетами, в третьем разделе работы были подобраны соответствующие для данного технологического процесса мероприятия и технические решения по обеспечению пожарной безопасности технологического процесса. В заключительной части данной работы расчетным путем по методике, изложенной в НПБ 105−03, проведено определениевзрывопожароопасности помещения с газовым компрессором и линиями высокого давления, возвращающими этилен в производственный процесс. Так как избыточное давление взрыва парогазовой смеси, образующейся при утечке этанола из накопительных емкостей, составляет кПа, что значительно больше 5 кПа, то помещение компрессорной станции этилена относится к категории А: «взрывопожароопасное помещение».СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫСПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫНПБ 105−03. Нормы пожарной безопасности. Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности. — М.: МЧС России, 2003. — 20 с. ГОСТ 12.

1.004−91.ССБТ. Пожарная безопасность. Общие требования.-М.: Госстандарт России, 1992.-78с.ГОСТ 12.

1.044−84. СТ СЭВ 1495−79. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения. — М.: Издательство стандартов, 1985.

— 30 с. Алексеев М. В., Волков О. М., Шатров Н. Ф. Пожарная профилактика технологических процессов производств. — М.: ВИПТШ МВД СССР, 1986. — 476 с. Андросов А. С., Салеев Е. П. Примеры и задачи по курсу. Теория горения и взрыва.

Учебное пособие. — М.: Издательство ГПС МЧС России, 2005. — 86 с. Борисов А. Ф. Инженерные расчеты систем безопасности труда и промышленной экологии [Текст]: учебное пособие для вузов.

— Н. Новгород: Вента-2, 2000. -.

130 с. Ветошкин А. Г. Процессы и аппараты газоочистки. Учебное пособие. — Пенза: Изд-во ПГУ, 2006.

— 202 с. Гайнуллина Е. В. Теория горения и взрыва: информационно-справочный материал. — Екатеринбург: УрИ ГПС МЧС России, 2010. — 52 с. Описание существующих методов очистки воздуха от вредных газообразных примесей [Электронный ресурс] - Режим доступа:

http://www.air-cleaning.ru/d_method_rev.phpПожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения: Справ. изд.: в 2 частях. Ч.

2 / А. Я. Корольченко, Д. А. Корольченкои др. — М.: Химия, 2004. -.

774 с. Пожарная безопасность технологических процессов: Методические рекомендации по выполнению курсовых проектов / Под общей ред. В. С. Артамонова. СПб.: Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, 2012. —.

103 с. Семенова И. В. Промышленная экология. Учебник для студ. высш. учеб. заведений. — М.: Издательский центр «Академия», 2009. — 528 с.