72971

Пожежна безпека виходу горючих речовин із нормально працюючого технологічного обладнання

Лекция

Безопасность труда и охрана жизнедеятельности

Горючі гази пари і рідини виходять з апаратів і трубопроводів у виробниче приміщення або на відкриті площадки не тільки при ушкодженнях та аваріях але і при нормальній експлуатації апаратів що мають свої конструктивні особливості.

Украинкский

2014-12-02

315 KB

0 чел.

PAGE  2

ЛЕКЦІЯ 8

пожежна безпека виходу горючих речовин із нормально працюючого технологічного обладнання

Навчальна мета: 1.Вивчити основні причини та умови утворення горючого середовища при виході горючих речовин із технологічного обладнання. Вивчити основні положення системи запобігання утворення горючого середовища при виході горючих речовин із апаратів з відкритою поверхнею випаровування та дихальними пристроями.

Виховна: 1.Показати значення розробки профілактичних заходів проти утворення горючого середовища в системі запобігання виникнення пожежі. Виховувати у курсантів та студентів  відповідальність за вибрану професію, підвищувати активність щодо отримання глибоких знань з дисципліни, виховувати дисципліну.

Термін : 80 хвилин

Місце проведення: аудиторія  за розкладом

Матеріальне забезпечення: 1.Плакати

                                              2. Комп’ютер, мультімедіа

                                3.Приклади пожеж, макети технологічних установок

Харків – 2014

Основна література:

  1.  Михайлюк О.П., Олійник В.В., Мозговий Г.О. Теоретичні основи пожежної профілактики технологічних процесів та апаратів. Навчальний посібник. - Харків, 2004.- с. 74-98.
  2.  Алексеев М.В. Основы пожарной  профилактики в технологических процессах производств.- М.ВИПТШ МВД СССР - 1972.-338 с.
  3.  Алексеев М.В., Волков О.М. и др. Пожарная  профилактика в технологических процессах производств. -М.: ВИПТШ МВД  СССР, 1976. -292 с.
  4.  Клубань В.С., Петров А.П., Рябиков В.С. Пожарная безопасность предприятий промышленности и агропромышленного комплекса М.: Стройиздат.- 1987.
  5.  Михайлюк О.П., Сирих В.М. Задачник Теоретичні основи пожежної профілактики технологічних процесів та апаратів.- Харків.- ХІПБ МВС України, 1998.- 119 с.

              

ПЛАН ЛЕКЦІЇ

     Вступ          10 хв.

  1.  Апарати з відкритою поверхнею випаровування.           30 хв.

2. Апарати з дихальними пристроями.               30 хв.

         Висновки            5 хв.

         Завдання на самопідготовку       5 хв.

Вступ

Після оцінки пожежо- і вибухонебезпеки середовища усередині технологічного обладнання необхідно встановити, при експлуатації яких апаратів можливий вихід горючих речовин назовні з утворенням горючого середовища.

Горючі гази, пари і рідини виходять з апаратів і трубопроводів у виробниче приміщення або на відкриті площадки не тільки при ушкодженнях та аваріях, але і при нормальній експлуатації апаратів, що мають свої конструктивні особливості. До таких апаратів відносяться апарати з відкритою поверхнею випаровування, апарати з дихальними пристроями, апарати періодичної дії та інші. Слід також зазначити, що невеличкі витікання відбуваються навіть із герметично закритих апаратів, що працюють під підвищеним тиском, через нещільності в прокладках, сальниках, зварних швах.

При експлуатації зазначених апаратів вибухонебезпечні суміші можуть утворюватися не тільки у місцях виходу парів та газів, але і у виробничих приміщеннях та на відкритих майданчиках. При цьому розміри пожежовибухонебезпечних зон визначаються властивостями речовин, що обертаються в технологічному процесі, кількістю їх, що може виходити назовні за певний відрізок часу, умовами викиду, розтікання та розсіювання у навколишньому середовищі.

1. Апарати з відкритою поверхнею  випаровування

На практиці з таким випаровуванням зустрічаються у тому випадку, якщо рідина розлилась на підлозі, а також при зберіганні рідин у відкритих резервуарах, при фарбуванні виробів, просочуванні тканин і паперу розчиненими смолами, промиванні та сушінні деталей розчинниками тощо.

1.1. Пожежна небезпека апаратів із відкритою поверхнею випаровування рідини

Кількість горючої рідини, що випаровується із відкритої поверхні випаровування буде залежати від її фізичних властивостей, температурних умов випаровування, площі поверхні випаровування, часу випаровування а також рухомості повітря.  

Горюча концентрація пароповітряної суміші над відкритою поверхнею утворюється, якщо виконується умова (1.1.) для пожежонебезпечних рідин або умова (1.2) для всіх класів горючих речовин (газів, рідин, пилу та волокон).

,                                                        (1.1)

де  - робоча температура рідини , оС; 

- температура спалаху рідини, оС.

,                                                 (1.2)

де  - нижня концентраційна межа поширення полум'я,  %;

- фактична (робоча) концентрація горючої речовини,  %.

Для практичного використання цієї умови числове значення  визначають за проектом або технологічним регламентом, а - за довідником або розрахунками.

При визначенні пожежної небезпеки велике значення має вид випаровування рідини. Розрізняють випаровування у нерухоме та рухоме середовище.

При випаровуванні в нерухоме середовище (молекулярна дифузія) розсіювання парів ускладнено, створюються більш благосприятливі умови для накопичення парів у місць їх виділення з утворенням місцевих пожежонебезпечних концентрацій. Практичний інтерес викликає закон розподілу концентрації пари по висоті над поверхнею рідини в залежності від температури та тривалості випаровування, можливих розмірів зон вибухонебезпеки та кількості рідини, що випаровується.

Над відкритою поверхнею випаровування рідини закон зміни концентрації пари (по висоті) можна зобразити параболою n-го порядку (рис.1.1).

Концентрація пари змінюється від насиченої концентрації  (біля поверхні рідини) до 0 (на деякій відстані від неї). Ця відстань у кожному окремому випадку буде визначатися властивостями рідини та тривалістю випаровування.  Якщо початок координатної сітки сполучити з точкою, де концентрація парів дорівнює нолю, тобто =0, тоді , де y - координата точки, у якій визначається концентрація пари; a – стала, що визначається з граничної умови . При - закон розподілу концентрації пари по висоті буде мати вигляд:

,                                                                     (1.3)

де n - показник ступеня кривої зміни концентрації парів. Для нафти та нафтопродуктів, при випаровуванні в умовах молекулярної дифузії близький до 2 (аналогічна закономірність приймається і для інших рідин).

                                        

Рис. 1.1. Зміна концентрації пари по вертикалі при випаровуванні рідини у нерухоме середовище.

Провівши певні розрахунки одержимо висоту небезпечної зони-  над поверхнею рідини:

, [м];                                (1.4)

де Dt - коефіцієнт дифузії пари рідини в повітрі за нормальних умов, ;

- тривалість випаровування, с;

- концентрація насичених парів, об. частки.

Кількість рідини, що випаровується з відкритої  поверхні у нерухоме середовище за будь-який відрізок часу визначається за формулою

[кг];                                     (1.5)

де - маса рідини, що випаровується з відкритої поверхні в нерухоме середовище, кг;

- густина пари рідини при робочій температурі, ;

- площа поверхні випаровування, ;

- коефіцієнт дифузії пари за робочою температурою, .

Величину коефіцієнта дифузії пари або газу в повітря при робочій температурі  можна визначити за формулою

,                                                (1.6)

де  - значення коефіцієнта дифузії за нормальних умов (То=273K, Ро=1.105 Па)), , наведені в довідковій літературі;

n - показник ступеня, що залежить від фізико-хімічних властивостей речовини, знаходимо у довідковій літературі.

Характер випаровування у рухоме середовище (конвективна дифузія) істотно відрізняється від випаровування в нерухоме середовище (молекулярна дифузія). При конвективній дифузії маса переходить із однієї фази в іншу не тільки внаслідок молекулярного руху, але і в результаті руху повітря, а також більш інтенсивного теплообміну. За рахунок цього збільшується кількість рідини, що випаровується. У цьому випадку над поверхнею рідини утворюється невеликий приграничний прошарок із насиченою концентрацією пари, потім відбувається різкий перепад концентрації. В прошарках, що знаходяться вище приграничного прошарка (внаслідок інтенсивного перемішування середовища при рухові), концентрація пари буде приблизно однаковою.       

Кількість  рідини , що випаровується  у рухоме середовище mв час

, [кг] ,                                      (1.7)

де  - коефіцієнт, що залежить від температури та швидкості руху повітря (довідкові дані);

- площа поверхні випаровування, ;

М – молекулярна маса рідини, кг/кмоль;

Рs – тиск насичених парів за температури випаровування рідини, Па;

τ - час випаровування, с.

1.2. Основні напрямки зниження пожежної небезпеки виробництв при наявності апаратів із відкритою поверхнею випаровування

Зниження пожежовибухонебезпеки виробництв при наявності апаратів із відкритою поверхнею випаровування забезпечується  такими технічними рішеннями:

  •  Проектування (або заміна) технологічних схем таким чином, щоб весь процес, у тому числі завантаження і розвантаження матеріалу, здійснювався ізольовано від навколишнього середовища (апарати з відкритою поверхнею випаровування у всіх випадках, де дозволяє технологія, повинні замінятися закритими).
  •  Заміна ЛЗР негорючими або менш пожежонебезпечними рідинами.

Нариклад, використання в процесах миття й знежирення вузлів і деталей, лужних та синтетичних миючих засобів, хлористого метилену, трихлоретилену, а також застосування ультразвукового методу знижирення і очистки та інші.

  •  Вибір найбільш раціональної форми відкритого апарата, що дозволяє мати мінімальну величину поверхні випаровування.
  •  Улаштування систем відсмоктування й уловлювання парів рідини, що виділяються при випаровуванні, безпосередньо біля апаратів.
  •  Наявність спеціальних пристроїв захисту на випадок пожежі (кришки для закривання апаратів, аварійний злив рідини, локальна установка пожежогасіння).
  •  Підтримання робочої температури рідини нижчою за температуру спалаху рідини .

,                                                                    (1.8)

2. Апарати з дихальними пристроями

Апарати з дихальними пристроями являють собою закриті ємності, внутрішній обєм яких сполучається з атмосферою за допомогою дихальних пристроїв (дихальних труб, відкритих люків, клапанів тощо.)

 Такі апарати застосовують у тих випадках, коли робота апарата за умовами технології потребує зміни рівня рідини. До них відносяться резервуари та інші ємкісні апарати для прийому і зберігання ЛЗР та ГР, мірники, дозатори тощо.

2.1 Пожежна небезпека апаратів із дихальними пристроями

Пожежна небезпека апаратів з дихальними пристроями обумовлюється кількістю парів горючої рідини, що виходить в атмосферу або в приміщення через дихальні клапани або відкриті люки в результаті так званих малих та великих дихань”.

Велике дихання - витиснення парів рідини назовні або підсмоктування повітря усередину апаратів при зміні в ньому рівня рідини.

Мале дихання - витиснення парів назовні або підсмоктування повітря усередину апарата при зміні температури в його газовому просторі під впливом зміни температури середовища.

Треба мати на увазі, що потрапляння повітря в апарат при його “диханні” може привести до розбавлення багатої суміші парів до вибухонебезпечної концентрації.  

При малих та великих диханнях може утворюватися горюча пароповітряна суміш біля дихальних пристроїв, якщо температура рідини дорівнює або більша за величину нижньої температурної межі поширення полум'я:

,                                                                       (2.1)

За потужністю одноразового викиду і розмірами зовнішніх пожежонебезпечних зон, що утворюються при цьому, більш небезпечними є великі дихання.

Розмір зовнішньої небезпечної зони залежить від кількості парів, що виходять, їхніх властивостей, конструкції ємності та її дихального пристрою, а також від стану навколишнього середовища (головним чином швидкості руху та вертикального розподілу температури повітря).

Кількість парів горючої рідини, що виділяються з апаратів при їх диханні, можна визначити розрахунком, якщо прийняти, що концентрація парів рідини за даною температурою  у всіх точках пароповітряного простору ємності або апарата однакова і дорівнює концентрації насичених парів.

Нехай в апараті з дихальним пристроєм знаходиться легкозаймиста рідина, рівень та температура якої змінюються. Припустимо, що обєм  газового простору змінюється від  до , температура і тиск від  до  та від  до  відповідно, молярна концентрація парів від  до , концентрація повітря від () до (). Кількість парів, що витискується  можна визначити, якщо знати обєм витиснутого повітря та концентрацію пари у ньому.

З рівняння газового стану  (2.2.) визначаємо кількість повітря в апараті за рівнянням 2.3:

                                                      РV=GRT                                         (2.2)

                                                

                                                                                        (2.3)

де G - кількість повітря, кг;

    Р – тиск в апараті, Па;

    V  - об’єм газу в апараті, м3;

     T – температура в апараті, К;

      - газова стала повітря, дорівнює  ,

  1.   - молярна концентрація повітря в апараті, кг/м3. 

      Тоді кількість повітря в апараті до початку процесу:

                                                        

                                                        P1V1( 1-1)  =G1RT1,

звідки:

                                                                                            (2.4)

і відповідно кількість повітря в кінці процесу дорівнює:

                                                        

                                                       P2 V 2( 1- 2)  =G 2RT 2

                                               (2.5)

Тоді маса витиснутого з апарата повітря дорівнює

                         (2.6)

Разом із повітрям з апарата будуть виходити пари рідини. За законом Дальтона обєми компонентів газової суміші пропорційні їх обємним концентраціям, тобто відношення обєму повітря та парів у суміші приблизно визначається відношенням їхніх середніх концентрацій:

                                              (2.7)

Враховуючи також, що маса парів та газів в однаковому обємі пропорційна їхнім молекулярним масам M, одержимо відношення маси повітря та парів у суміші, що витискується:

                                               (2.8)

звідки:

.                                               (2.9)

Підставляючи (2.6) у (2.8), одержимо масу парів, що витискується з апарата при зміні умов середовища:

                      (2.10)

Враховуючи значення газової сталої повітря після відповідних перетворень одержимо наступну формулу:

                                  

При великому диханні .

Тоді кількість парів горючої рідини, що виділяються з апаратів при великому диханні визначається за формулою: 

[кг/цикл]                        (2.11)

При малому диханні рівень рідини не змінюється, а отже і обєм пароповітряного простору V залишається незмінним, тоді . Тиск в ємності Рр також залишається незмінним, тому що надлишок пароповітряної суміші, що утворюється при її розширенні за рахунок нагрівання, видаляється через дихальну систему. Якщо за весь час малого дихання температура рівномірно змінюється від t1 до t2 , отже рівномірно змінюється і концентрація насичених парів від 1 до 2. Таким чином, .

Тоді кількість горючих парів,  що виходять із апарата при зміні температури середовища у газовому просторі можна визначити за формулою:   

[кг/цикл],                   (2.12)

У залежності від режиму роботи апаратів із дихальними пристроями основна частка втрат може припадати на великі або малі дихання. Масу парів, що виділяються у виробниче приміщення або на відкриту площадку з “дихаючих” апаратів визначають за формулою

,                                                   (2.13)

де  - маса пари, що надходить у приміщення з апарата, кг;

- кількість пари, що надходить у приміщення (за один цикл “великого” або “малого” дихання), кг/цикл;

- кількість циклів (операцій) на протязі години, ;

- тривалість роботи апарата, с.

Утворення локальних вибунонебезпечних концентрацій на прилеглій місцевості або в обємі всього приміщення може виникнути переважно при великих диханнях, коли відбувається потужний викид суміші в атмосферу при значній концентрації в ній горючих парів. Примірний обєм зони вибухонебезпечних концентрацій (ВНК) поблизу дихаючих патрубків можна визначити за наступною формулою:

,                                                (2.14)

де - обєм місцевої зони ВНК, ;

- нижня концентраційна межа поширення полум'я, ;

- сумарна маса горючих речовин, що находять до приміщення з апаратів, кг;

- коефіцієнт запасу надійності, дорівнює 2.

Найбільш пожежонебезпечними апаратами з дихальними пристроями є нафтопромислові резервуари, резервуари нафтопроводів, проміжні резервуари, а також резервуари змішування бензинів на нафтопереробних заводах, експлуатація яких супроводжується великою загазованістю території. При цьому найбільш небезпечними технологічними режимами є заповнення резервуарів нафтопродуктами, що легко випаровуються після їх тривалого простоювання та наповнення резервуарів гарячим нафтопродуктом або нафтою, що містить велику кількість газу.

Згідно досліджень [    ] максимальний горизонтальний розмір небезпечної зони поблизу підземного залізобетоного резервуара з врахуванням швидкості вітру (менше 1 м/с) можна визначити за формулою:

                                              

де х – розмір (радіус) пожежовибухонебезпечної зони;
                      
Vн – витрата суміші через дихальний клапан;

                п – початкова концентрація парів в суміші;

              н – нижня концентраційна межа поширення полумя

2.2. Пожежна безпека при експлуатації апаратів із дихальними пристроями

З метою скорочення втрат пари рідини і підвищення рівня пожежної безпеки при експлуатації апаратів із дихальними пристроями доцільно здійснювати такі технічні та організаційні заходи:

  1.  Ліквідувати пароповітряний простір у резервуарах. Це досягається застосуванням резервуарів із понтоном або з плаваючою покрівлею. Втрати від випаровування  з таких резервуарів скорочуються до 90 - 95 %. Якщо V1=V2=V=0, тоді GМ=0 і GВ=0
  2.  Забезпечити сталість обєму газового простору. Якщо V1= V20, тоді  V2- V1=0, GВ=0. За допомогою газозрівнювальної газової обв’язкидвох або більше резервуарів з однаковими рідинами за умов синхронізації операцій спорожнення або наповнення обв’язаних резервуарів
  3.  Здійснити термоізоляцію резервуарів. Тоді Т1= Т2, 1=2 і GМ=0. Для цього використовують влаштування підземних резервуарів
  4.  Фарбування резервуарів світлими  променевідбиваючими фарбами. Серебриста (алюмінієва) фарба майже в два рази знижує втрати в порівнянні з чорною фарбою.
  5.  Зрошувати резервуари водою за допомогою розпорошувачів. Охолодження дахів та стінок резервуарів у місцевостях із жарким кліматом призводить до зниження втрат у два рази.
  6.  Здійснити улаштування систем уловлювання та утилізації парів. Застосування сорбційних процесів, холодильних та компресорних установок
  7.  Вивести дихальні труби за межі приміщення.
  8.  Герметизація газового простору резервуарів дихальними клапанами. Це дозволяє зменшити втрати від великих дихань, різко знизити втрати від малих дихань і навіть ліквідувати їх зовсім.

ЗАВДАННЯ НА САМОПІДГОТОВКУ:

  1.  Михайлюк О.П., Олійник В.В., Мозговий Г.О. Теоретичні основи пожежної профілактики технологічних процесів та апаратів. Навчальний посібник. - Харків, 2004.- с. 74-98.

2. Михайлюк О.П., Сирих В.М. Задачник Теоретичні основи пожежної профілактики технологічних процесів та апаратів.- Харків.- ХІПБ МВС України, 1998.-  с.18-26. Розв’язати задачу 2.2. с.26.

цію підготувал:  к.ф.-м.н., доцоцент                                                                                      О.О. Тесленко

Текст лекції затверджений на засіданні

ПМК кафедри ППТПВ

Протокол № 1 від 28.08.2014 р.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

74565. Квадратичне програмування 597.5 KB
  Метод розв’язування задач квадратичного програмування. Система має ненульовий розв’язок якщо. Метод розв’язування задач квадратичного програмування Зазначимо що відомим з теорії аналізу функцій є таке твердження: від’ємно означена квадратична форма є угнутою а додатно означена – опуклою...
74566. Научное знание в Древней Греции 60 KB
  Определение математики как универсального языка способствовало развитию принципов рационального типа мышления. Важнейшей вехой на пути создания математики как теоретической науки были работы пифагорейской школы. Греческие ученые развили прежде всего процедурную и операционную стороны математики выработав понятие доказательства утверждений. Связи между этими двумя областями возникающей математики были двухсторонними.
74567. Научное знание в эпоху Средневековья 43.63 KB
  Все это методологически подготовило формирование опытной науки. На ранних этапах средневековья центрами научнофилософской мысли были монастыри и храмы но с появлением университетов именно они стали центрами развития философии и науки. Их деятельность объективно способствовала развитию науки в экспериментальном направлении. В целом он обосновывал идею опытной науки.
74568. Развитие науки в период Нового времени 98.15 KB
  Предпосылки развитию науки формировались во всех сферах жизни общества. Обществу становилась все более ясной практическая польза науки как и взаимная заинтересованность научных исследований в новых общественных отношениях. Этот период можно с полным правом назвать веком науки и научной революции.
74569. Современный этап в развитии науки 38.56 KB
  Как известно XIX век – это период дисциплинарного оформления науки. Дифференциация научного знания приведшая к появлению новых научных дисциплин со своим предметом и специфическими средствами познания продолжала оставаться ведущей тенденцией развития науки того времени. Сформировались образ науки как дисциплинарно организованного знания и дисциплинарный подход ориентированный на изучение специфических частных закономерностей и явлений.
74570. Возникновение науки, основные стадии её исторической 36.5 KB
  Наука была всегда с момента зарождения человеческого общества т. Наука начинает отсчет с египетской цивилизации. Наука возникла в Древней Греции т. Наука возникла в Западной Европе в 1214 веках поскольку появился интерес к опытному знанию и математике.
74571. Научное знание Древнего Египта 41 KB
  Цивилизация Древнего Египта того времени располагала глубокими знаниями в области математики медицины географии химии астрономии и других областях. За тысячи лет до талантливых мужей Эллады жрецы Древнего Египта в совершенстве изучили и овладели секретами которые мы заново открываем в наш стремительный век.
74572. Горные породы 734 KB
  Горные породы различаются по цвету структуре текстуре минеральному составу и форме залегания. Текстура характеризует относительное расположение и распределение составных частой породы. Минералы образующие горные породы называются породообразующими.
74573. МАГМАТИЗМ 431.5 KB
  Подъем магмы и прорыв ее в вышележащие горизонты происходят вследствие так называемой инверсии плотностей при которой внутри литосферы появляются очаги менее плотного но мобильного расплава. В зависимости от характера движения магмы различают магматизм интрузивный и эффузивный. Преобладающим компонентом магмы является кремнезем.