Анализ пожарной опасности процесса адсорбирования бензола из паровоздушной среды

Курсовой проект

по дисциплине: «Пожарная безопасность технологических процессов»

на тему

Анализ пожарной опасности процесса адсорбирования бензола из паровоздушной среды

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 211 163 пожара (-3,7%);

погибли 15 924 человека (-7,0%), в том числе 597 детей (-14,8%);

получили травмы 13 646 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:

138 166 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:

72 997 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 см²с при 0 ^оС; теплота сгорания -3169,4 кДжмоль; теплота образования 82,9 кДжмоль; 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 МПас; максимальная нормальная скорость распространения пламени 0,478; скорость выгорания 11,2*10^-2 кгм²*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 кгм³;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

t_нвп — 10 ⁰С? t_раб? t_впв+15 ⁰С, гдеt_раб — рабочая температура жидкости в аппарате, ⁰С,

t_нпв, t_впв — соответственно нижний и верхний пределы воспламенения жидкости.

Для проверки условий образования взрывоопасных концентраций в аппаратах составляем таблицу 1.

Таблица 1

Примечание к таблице № 1: температурные пределы растворителя (бензола) взяты из описания технологического процесса и составляют: Т_нпв= -15°С, Т_впв =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. Т_раб > Т_нтпрп.

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:

G_д = V_ж??ц_s? [кг/цикл]

V_ж = объём поступающей в аппарат жидкости, м³

V_ж = е? V_ап

V_ж = 0,9?3,14?8?2² = 90,4 м³

V_ап — геометрический объём аппарата е — коэффициент заполнения Р_р — рабочее давление в аппарате, Па

t_р — рабочая температура, °С

8431,31 — универсальная газовая постоянная

константы Антуана для ацетона;

рабочая температура жидкости внутри аппарата, .

цs = Рs / Рр = 15 812 / 101 000 = 0,156 — концентрация насыщенного пара М — молекулярная масса пара

G_д = 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= ц_н25{1-(t_р-25)/1250}=0,0143*{1-(30−25)/1250}=0,0142

Определяем верхний концентрационный предел воспламенения при данной температуре:

ц= ц_в25{1+(t_р-25)/800}=0,08*{1+(30−25)/800}=0,0805

Определяем мольный объем при данной температуре:

V_t=30= V₀*{ (t_р+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.

V_вок=(43,6/0,0445)*2=1960 м³

2.Определяем количество паров, выходящих из резервуара при малом дыхании:

G_м = V_с?Р_р?[]?? [кг/цикл]

V_с — внутренний свободный объем оборудования, заполненный паром или газом под давлением, м³

V_с = 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:

ц₁= Рs / Рр = 9977 / 101 000 = 0,098

ц_ср= (ц₁+ц₂)/2=(0,156+0,098)/2=0,13об.доли

G_м = 10,08?101 325?[-]?? = 4,0 кг/цикл Определим объем взрывоопасной зоны вблизи места выхода паров из нормально работающего аппарата при малом дыхании:

V_вок=(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 из-за 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*0,16 632*53= 6,6 кг/час Где G-количество паров и газов, выходящих из аппарата кг/час;

Ккоэффициент, учитывающий степень износа производственного оборудования, принимается в пределах от 1 до 2;

С= 0,16 632 — коэффициент, зависящий от давления паров или газов в аппарате (табл.2.5)

V_с= V_ап— V_угл -внутренний (свободный) объем аппарата, м³;

V_ап=р*R²*H=3,14*1,6²*8=64,3 м^3,

V_угл= р*R²*H_угл=3,14*1,6²*1,4=11,3 м³

V_с= 64,3- 11,25=53 м³

Ммолекулярный 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

Gколичество жидкости, выходящей через сальники насоса, кг/ч

Dдиаметр вала насоса, м гудельный вес жидкости, кг/м³

Kкоэффициент 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.

Найдём 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:

Ш сверхрасчетные давления, возникающие при нарушении материального баланса и режима работы насоса;

Ш повышение сверхрасчетной температуры;

Ш накипи на отводящих трубопроводах;

Ш уменьшающих их сечение;

Ш гидравлические удары;

Ш вибрации:

Ш температурные перенапряжения.

v Химических:

Ш коррозия, происходит за счет воздействия кислорода воздуха и сероводорода От кислородной коррозии происходит образование ржавчины

4Fe + 3O₂2Fe₂O₃

Окисел Fe₂O₃ не обладает механической прочностью и легко отслаивается от металла. Сероводород при температуре 310^оС и выше разлагается, в результате чего происходит процесс диссоциации сероводорода с образованием элементарной серы и взаимодействия ее с металлом, например:

H₂SH₂+S (термическая диссоциация)

2H₂S+O22H₂O+₂S (окисление)

Fe+SFeS (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:

Р_р.и.=Р_р-0.1=0,11−0,1=0,01 МПарабочее избыточное давление Р_р-рабочее (абсолютное)давление в аппарате Р_ср.и.=Р_р.и.+0,05=0,01+0,05=0,06 МПадавление срабатывания (избыточное) Р_ср=0,1+ Р_ср.и.=0,1+0,06=0,16 МПаабсолютное давление срабатывания клапана Определяем молекулярную массу продукта находящегося в аппаре:

М=?ц_i*М_i=78*0,95+29*0,05=75,5кгкмоль Определяем плотность среды в аппарате при давлении срабатывания предохранительного клапана и рабочей температуры:

с_t=120,27*{M*P_CP}t_p+273=120,27*{75.11*0.16}32+273=4,73 кгм³

Р_вх=0,1 МПадавление среды, в которую происходит стравливание избыточного давления, в нашем случаи в атмосферу.

Определяем отношение: Р_вх.и Р_ср.и

Р_вх.и= Р_вх-0,1=0,1−0,1=0 МПа Значит и отношение будет равно нулю.

Определяем пропускную способность предохранительного клапана:

К-показатель адиабаты среды, нашей паровоздушной смеси 1,1(справочное данное) По таблице XIX (9): 0,448 кгч Определяем необходимую площадь сечения предохранительного клапана: F={7.142*10^-4*G_max}б*B*v (Р_cp -Р_bx)* с_t

F={7.142*10^-4*3,65}.16*0,448*v (0,16 -0,1)* 4,73=0,0649 м².

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;

v — скорость распространения ударной волны, м/с

где:Е_ж — модуль упругости жидкости 1340 * 10⁶, Па;

Е_s — 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 0,12);

— расчетные температуры корпуса и труб, град;

— модули упругости для материала корпуса и труб при соответствующих им температурах, мПа;(для стальных труб составляет 21 000 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;

dсредний диаметр трубки, м;

zчисло трубок;

— давление среды соответственно в межтрубном и трубном пространствах, мПа.

Теплообменные аппараты с жестким соединением корпуса нельзя эксплуатировать когда

гденапряжения 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:

_t = Еt=1,210^-52,110⁶30=756 кг/см²

где _t — температурные напряжения, кг/см²;

— коэффициент линейного расширения, С^-1(для стальных труб _t = =1,210^-5С^-1);

Е — модуль упругости материала, кг/см²(для стальных труб Е = 2,110⁶).

t= 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/м^2.К, температура окружающей среды 25^оС, 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;

N — радиальная сила, действующая на подшипник, Н;

d — диаметр шейки вала, м;

n — число оборотов вала, 1/мин.

Определим максимальную температуру корпуса подшипника:

где:Т_п — максимальная температура подшипника, К;

Т_в — температура окружающей среды, К;

б — коэффициент теплообмена между поверхностью подшипника и средой, Вт/м^2.К;

F — поверхность корпуса подшипника, м².

На основании проведенного расчета делаем вывод, что температура подшипника не превышает температуру самовоспламенения бензола t_п=500 ⁰С, следовательно при попадании бензола на поверхность подшипника не произойдет воспламенение. Но для исключения перегрева подшипников, в непредвиденных обстоятельствах, необходимо осуществлять постоянный контроль, за смазкой подшипника.

Для предотвращения перегрева подшипников необходимо осуществлять следующие мероприятия:

— Применение смазочных материалов, предусмотренных технической документацией. Нормальная смазка предполагает использование того сорта масла и в том количестве, которое установлено правилами эксплуатации для данного подшипника, при строгом соблюдении сроков смазки;

— Контроль температуры нагрева подшипников. Для контроля за температурой подшипников можно покрывать их поверхность термочувствительными красками, изменяющими свой цвет при нагревании.

6.2 Открытые источники огня

Пожары, вызванные открытым огнем довольно частое явление. Это объясняется не только тем, что открытый огонь широко используется для производственных целей, при аварийных и ремонтных работах и поэтому нередко создаются условия для случайного контакта пламени с горючей средой, но и тем, что температура пламени, а также количество выделяющегося при этом тепла достаточно для воспламенения почти всех горючих веществ. Трубчатые печи с огневым обогревом характеризуются наличием горящего топлива, высоко нагретой теплообменной поверхностью и раскаленными конструктивными элементами топки. При сжигании газообразных веществ действительная температура горения колеблется в пределах 1200−1400⁰С.

При такой температуре аппаратов огневого действия всякие повреждения и аварии смежных аппаратов, сопровождающиеся выходом наружу, паров, газов или горючих жидкостей и распространением их в сторону печей, неизбежно приведут к возникновению вспышки и пожару. Для безопасного ведения процесса необходимо предусматривать паровую защиту.

Значительную пожарную опасность представляют собой огневые ремонтные и монтажные работы. Пожарная опасность обусловлена не только открытым пламенем, но и наличием раскаленного и расплавленного металла. При газовой сварке температура пламени дуги при использовании угольных электродов составляет 3200−3900⁰С, стальных электродов 2400—2600⁰С. При попадании на горючие материалы искры воспламеняют их. При проведении огневых работ снаружи аппарата должно выполняться условие:

ц_б<ПДВК= ц_нкпрп/2

ПДВК= ц_нкпрп/2=0,0142/2=0,0071 об. доли

ц_б<0,0071, при проведении огневых работ снаружи аппаратов необходимо строго соблюдать данное условие, во избежании пожаров и взрывов.

6.3 Тепловое проявление химической реакции

По условиям технологии, находящиеся в десорбере, адсорбере, насосах и емкости, жидкости нагреты до температуры, не превышающей температуру их самовоспламенения. Появление неплотностей в аппаратах и трубопроводах и соприкосновение с воздухом выходящего наружу продукта, нагретого до температуры самовоспламенения, сопровождается его загоранием. При протекании процесса адсорбции происходит выделение теплоты, которая может служить источником самовоспламенения активированного угля в адсорбере, рассчитаем теплоту по формуле Трутона:

Акоэффициент, для активированного угля 218*10⁴ Дж/(моль*К),

t_к— температура кипения бензола.

Поэтому особое внимание необходимо уделять теплоотводу в адсорберах и соблюдение температурного режима, так как данное количество теплоты может подвергнуть активированный уголь к самовозгоранию.

6.4 Тепловое проявление электрической энергии

Также источником воспламенения может быть тепловое проявление электрической энергии. Источники воспламенения от теплового проявления электрической энергии могу возникнуть при несоответствии электрооборудования (электродвигателей, силовых электрических сетей) характеру воздействующей на него среды; в случае несоблюдения правил устройства и эксплуатации электрооборудования; при неисправностях и повреждениях, вызываемых механическими причинами, а также действием химически активных веществ, влаги и т. п. Тепловое действие электрического тока может проявиться в виде электрических искр и дуг, чрезмерного перегрева двигателей, контактов, отдельных участков электрических сетей и электрического оборудования, а также аппаратов при перегрузках и больших переходных сопротивлениях, в виде перегрева в результате теплового проявления токов индукции и самоиндукции, при искровых разрядах статического и атмосферного электричества, в результате нагревания вещества и материалов от диэлектрических потерь энергии.

Перегрузка электрических сетей и машин вызывается увеличением механической нагрузки на электродвигатели, а также подключением к электрическим сетям дополнительных токоприемников, на которые сети не рассчитаны. Увеличение силы тока в сетях и машинах приводит к выделению большого количества тепла, воспламенений изоляции. Опасные последствия перегрузки наблюдаются при неправильно выбранной или неисправной защите сетей плавкими вставками или автоматами.

Переходные сопротивления возникают чаще всего в местах, где провода и кабели некачественно присоединяются к машинам и аппаратам или токопроводящие жилы соединяются друг с другом холодной скруткой, а также в местах плохого контакта. В местах переходных сопротивлений выделяется значительное количество тепла. От нагрева мест переходных сопротивлений могут загореться электроизоляция, а также рядом находящиеся горючие вещества. Индукционное и электромагнитное воздействие атмосферного электричества способствует появлению значительных электрических потенциалов на производственном оборудовании, трубопроводах, строительных конструкциях. Отсутствие или неисправность систем заземления аппаратов и конструкций, могут привести к образованию опасных искровых разрядов.

7. Возможные пути распространения пожара Пожары на установках для улавливания ЛВЖ протекают в сложных условиях с быстрым распространением огня на соседние аппараты и участки, и, зачастую сопровождается взрывами оборудования с последующим повреждением рядом стоящего оборудования, а также повреждением трубопроводов с поступающим на переработку ГГ, ЛВЖ и ГЖ и в таких случаях пожары принимают характер катастрофы с огромным материальным ущербом.

Наличие больших объемов легковоспламеняющихся, горючих жидкостей и горючих газов приводит к тому, что пожар на установке может принять значительные размеры.

Условиями распространения горения на установке являются: разливы по территории установки горючих и легковоспламеняющихся жидкостей; разветвленная сеть промышленной канализации при неэффективности гидравлических затворов в колодцах; отсутствие аварийных сливов из емкостных аппаратов, линий стравливания газовоздушных смесей из аппаратов; разветвленная сеть трубопроводов при отсутствии на них гидравлических затворов.

Испарение паров легковоспламеняющихся жидкостей и газов будет создавать газовоздушную смесь, которая при ветреной погоде будет перемещаться к возможному очагу пожара.

7.1 Расчет аварийного слива

Анализируя работу установки для улавливания паров бензола из паровоздушной смеси методом адсорбции, рассматривая каждое оборудование в отдельности, устройство оборудования, режимы работы, видно, что все аппараты, участвующие в данном процессе не имеют аварийного слива (исходные данные).

Из выше изложенного следует вывод, что расчет аварийного слива не требуется.

7.2 Расчет огнепреградителя

определяем стехиометрический коэффициент при кислороде в уравнении сгорания:

определяем концентрацию горючего компонента в семи:

С_ст=100/(1+4,84*7,5)=2,68

Определяем удельную газовую постоянную:

R=8314,31/=8314,31/0,95*78+0,0,05*29=110

Нормальная скорость горения :0,478 м/с;(справочное данное) Коэффициент теплопроводности л=0,158 Вт/(м*К);(справочное данное) Удельная теплоемкость С_р=1733,89 Дж/(кг*К); (справочное данное) Давление рабочее р_р=400 мм.рт.ст.,

1 Па= 0,0075 мм.рт.ст.

р_р=400,0075=53 333,3 Па Определяем критический диаметр каналов в слое гравия:

d_кр={65*R*(t_p+273)*л}U_n*C_p*P_p;

d_кр={65*110*(20+273)*0,158}, 478*1733,89*53 333,3=7,4*10^-3 м Определяем фактический диаметр каналов в слое гранул:

d= d_крК_б,

где К_б=2-коэффициент безопасности

d= 7,4*10^-32=3,7*10^-3м Определяем диаметр гранул (гравия) насадки огнепреградителя по таблице Р.1 ГОСТ 12.3.047−98:с помощью метода интерполяции:

d_гр=6,25*10^-3 м Вывод: Установленный огнепреградитель на линии подачи паровоздушной смеси бензола с воздухом полностью соответствует по своему конструктивному строению типу огнепреградителя полученного расчетным путем, так как полученный требуемый диаметр гравия составляет 6,25*10^-3 м, что больше фактического диаметра гравия на установленном огнепреградители 5*10^-3 м.

8. Определение категории производственного помещения сепараторов и насосов

8.1 Выбор варианта аварии оборудования помещения сепараторов и насосов

Поскольку в помещении сепараторов и насосов нет аппаратов периодического действия, аппаратов с открытой поверхностью испарения, а также емкостей с ЛВЖ и ГЖ, то наиболее вероятным вариантом аварии будем считать разрушение трубопровода или повреждение конструкции насоса.

Расчет объёма бензола вышедшего из оборудования при аварии.

По заданию производительность насоса подачи бензола в помещение сепараторов и насосов составляет 0,44 м³/мин. Отключение насоса и перекрывание задвижек осуществляется автоматически. Расчетное время отключения трубопроводов при автоматическом отключении составит 120 с.

Объём вышедшей из оборудования краски составляет 2014 л, в который, согласно технологическому регламенту входит 20% смолы и 80% бензола. Т. е. объём вышедшего из оборудования растворителя (бензола) равен:

Расчет массы бензола, испарившегося с поверхности разлива.

Так как площадь помещения окрасочной камеры равна 9 м², а площадь разлива краски составит (считаем 1 литр на 1 м² пола) 2014 м², то вышедшая из оборудования краска растечется на площадь всего пола помещения окрасочной камеры.

где W — интенсивность испарения;

F_и — площадь испарения (9 м²);

Т — время испарения (300 с)

8.4 Расчет избыточного давления взрыва для паров ЛВЖ

Где: Р_max — максимальное давление взрыва стехиометрической паровоздушной смеси в замкнутом объеме, определяемое экспериментально или по справочным данным в соответствии с требованиями Р₀ — начальное давление, кПа (допускается принимать равным 101 кПа)

Z — коэффициент участия горючего во взрыве, который может быть рассчитан на основе характера распределения газов и паров в объеме помещения согласно приложению. (Допускается принимать значение Z по табл. 2 НПБ 105−03);

К_н коэффициент, учитывающий не герметичность помещения и не адиабатичность процесса горения. Допускается принимать К_н равным 3.

Р₀ — начальное давление, кПа (допускается принимать равным 101 кПа);

т — масса паров легковоспламеняющихся (ЛВЖ) и горючих жидкостей (ГЖ), вышедших в результате расчетной аварии в помещение.

V_св — свободный объем помещения, м³;

При этом массу m 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=(6/3600)*120+1=1,2, при наличии вентиляции