Пожарная безопасность технологических процессов Часть 2 Пожарная безопасность оборудования и процессов взрывопожароопасных производств

МИНИСТЕРСТВО ПО ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

ПОЖАРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ Часть 2 ПОЖАРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ОБОРУДОВАНИЯ И ПРОЦЕССОВ ВЗРЫВОПОЖАРООПАСНЫХ ПРОИЗВОДСТВ

Минск 2008

УДК 614.841.34(07) ББК 38.96 П 46 Рассмотрено и рекомендовано к изданию редакционно-издательскими советами Командно-инженерного института и Института повышения квалификации и переподготовки кадров МЧС Республики Беларусь. Составители:

Артемьев В.П., доцент кафедры пожарной профилактики и предупреждения ЧС КИИ МЧС Республики Беларусь; Абдрафиков Ф.Н., старший преподаватель кафедры «Предупреждение ЧС» ИППК МЧС Республики Беларусь.

Рецензенты:

первый заместитель начальника Минского городского управления по чрезвычайным ситуациям Лихоманов Р.Ю.; начальник факультета заочного обучения командноинженерного института МЧС Республики Беларусь Врублевский А.В.

Рассматриваются вопросы обеспечения пожарной безопасности систем предотвращения пожара и противопожарной защиты взрывопожароопасных технологических процессов, применяемых на промышленных предприятиях Республики Беларусь. Пособие предназначено для курсантов и слушателей высших учебных заведений Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь По тематическому плану изданий учебно-методической литературы КИИ и ИППК МЧС Республики Беларусь.

Для курсантов и слушателей специальности 1-94 01 01 «Предупреждение и ликвидация чрезвычайных ситуаций».

ISBN 978-985-6839-48-4

ã Артемьев В.П., Абдрафиков Ф.Н., 2008 ã Командно-инженерный институт, Институт переподготовки и повышения квалификации МЧС Республики Беларусь, 2008

СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ ............................................................................................................ 6 ГЛАВА 1 ПОЖАРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ПРОЦЕССОВ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ ...................... 9 1.1 Пожарная безопасность процессов механической обработки металлов .. 9 1.1.1 Требования пожарной безопасности при проведении процессов механической обработки металлов.................................................................... 14 1.2 Пожарная безопасность процессов механической обработки древесины15 1.2.1 Требования по обеспечению пожарной безопасности при проведении процессов механической обработки древесины .............................................. 21 1.3 Пожарная безопасность процессов механической обработки пластмасс22 1.3.1 Требования по обеспечению пожарной безопасности при проведении процессов механической обработки пластмасс ............................................... 23 1.4 Пожарная безопасность процессов измельчения твердых горючих материалов............................................................................................................ 24 1.4.1 Требования пожарной безопасности процессов измельчения твердых горючих материалов ............................................................................................ 26 ГЛАВА 2 ПОЖАРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ПРОЦЕССОВ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ И ХРАНЕНИЯ ВЕЩЕСТВ И МАТЕРИАЛОВ.. 27 2.1 Пожарная безопасность процессов транспортирования твердых материалов............................................................................................................ 27 2.1.1 Требования пожарной безопасности процессов транспортирования твердых материалов ............................................................................................ 30 2.2 Пожарная безопасность процессов транспортирования горючих жидкостей ............................................................................................................. 31 2.2.1 Транспортирование жидкостей самотеком.............................................. 31 2.2.2 Транспортирование жидкостей насосами ................................................ 33 2.2.3 Требования пожарной безопасности процессов перемещения горючих жидкостей ............................................................................................................. 41 2.3 Пожарная безопасность процессов транспортирования горючих газов . 42 2.3.1 Требования пожарной безопасности для процессов перемещения горючих газов....................................................................................................... 46 2.4 Пожарная безопасность процессов хранения горючих газов ................... 47 2.4.1 Требования пожарной безопасности при хранении горючих газов...... 52 2.5 Пожарная безопасность для процессов хранения горючих жидкостей в резервуарах........................................................................................................... 55 2.5.1 Требования пожарной безопасности при хранении горючих жидкостей в резервуарах ........................................................................................................ 56 2.6 Пожарная безопасность при хранении твердых горючих материалов ... 58 2.6.1 Требования пожарной безопасности при хранении твердых горючих материалов............................................................................................................ 58 2.6 Пожарная безопасность технологических трубопроводов с горючими газами и горючими жидкостями ........................................................................ 61 2.6.1. Требования пожарной безопасности при эксплуатации технологических трубопроводов с горючими газами и горючими................ 61 3

ГЛАВА 3 ПОЖАРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ПРОЦЕССОВ НАГРЕВАНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ ВЕЩЕСТВ И МАТЕРИАЛОВ ............................................. 65 3.1 Пожарная безопасность процессов нагревания водяным паром .............. 65 3.1.1 Требования пожарной безопасности при проведении процессов нагревания водяным паром и эксплуатации теплообменных аппаратов ...... 71 3.2 Пожарная безопасность процессов нагревания высокотемпературными теплоносителями ................................................................................................. 72 3.2.1 Требования пожарной безопасности при проведении процессов нагревания веществ высокотемпературными теплоносителями.................... 74 3.3 Пожарная безопасность процессов нагревания пламенем и топочными газами .................................................................................................................... 75 3.3.1 Требования пожарной безопасности при проведении процессов нагревания в трубчатых печах ........................................................................... 78 3.4 Пожарная безопасность процессов охлаждения веществ и материалов .... 79 3.5.1 Требования пожарной безопасности при проведении процессов охлаждения ........................................................................................................... 82 ГЛАВА 4 ПОЖАРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ПРОЦЕССОВ СУШКИ ВЕЩЕСТВ И МАТЕРИАЛОВ ........................................................................... 83 4.1 Пожарная безопасность процессов тепловой сушки, применяемых на объектах промышленности................................................................................. 84 4.2.2 Требования пожарной безопасности к применяемым на объектах промышленности процессам тепловой сушки ................................................. 94 4.3 Пожарная безопасность процессов тепловой сушки, применяемой на объектах сельского хозяйства ............................................................................ 96 4.3.2 Требования пожарной безопасности к процессам тепловой сушки зерна ............................................................................................................................... 99 ГЛАВА 5 ПОЖАРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ПРОЦЕССОВ ОКРАСКИ ...... 101 5.1 Пожарная безопасность процессов окраски ............................................. 101 5.1.2 Требования пожарной безопасности при проведении процессов окраски................................................................................................................ 113 ГЛАВА 6 ПОЖАРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ МАССООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ ..................................................................................................... 118 6.1 Пожарная безопасность процессов сорбции ............................................ 118 6.1.1 Пожарная безопасность процессов абсорбции...................................... 118 6.1.2 Пожарная безопасность процессов адсорбции ...................................... 124 6.2 Пожарная безопасность процессов разделения горючих жидкостей ... 129 ГЛАВА 7 ПОЖАРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ .. ............................................................................................................................. 136 7.1 Пожарная безопасность химических реакторов ...................................... 136 7.1.1 Требования пожарной безопасности при устройстве и эксплуатации химических реакторов....................................................................................... 140 7.2 Пожарная безопасность экзотермических процессов ............................. 142 7.2.1 Требования пожарной безопасности при проведении экзотермических процессов ............................................................................................................ 148 7.3 Пожарная безопасность эндотермических процессов ............................. 149 4

7.3.2 Требования пожарной безопасности при проведении эндотермических процессов ............................................................................................................ 153 ГЛАВА 8 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПОЖАРНЫЙ НАДЗОР ЗА ОБЕСПЕЧЕНИЕМ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРОИЗВОДСТВ ....................................................................... 155 8.1 Надзор за соблюдением требований пожарной безопасности на стадии проектирования производств ........................................................................... 155 8.2 Надзор за соблюдением требований пожарной безопасности на стадии эксплуатации производств................................................................................ 160 ЛИТЕРАТУРА ...........................................Ошибка! Закладка не определена.

5

ВВЕДЕНИЕ Учебное пособие написано в соответствии с программой дисциплины «Пожарная безопасность технологических процессов» для высших учебных заведений МЧС Республики Беларусь. В пособии приводятся общие сведения о взрывопожароопасных технологиях производств, применяемых в Республике Беларусь, проводится анализ их пожарной опасности, и рассматриваются мероприятия по их противопожарной защите. К изучению предлагаются физические (нагревание веществ, разделение растворов на индивидуальные вещества, удаление влаги из веществ, создание необходимого давления или разрежения и др.) и химические (полимеризации, поликонденсации, гидрирования, хлорирования, пиролиза и др.) процессы. Каждой технологии свойственны ей признаки и характерная пожарная опасность, но, несмотря на различие, все технологии объединяет присутствие общих признаков (факторов) пожарной опасности. Такими факторами являются: горючая среда, источники зажигания и пути распространения пожара. В связи с этим и требования пожарной безопасности при проведении технологических процессов разделяются на общие и специфические. Общие требования пожарной безопасности присущие всем технологиям (регламентируют [21]): - технологическое оборудование при нормальных режимах работы должно быть пожаробезопасным, а на случай опасных неисправностей и аварий необходимо предусматривать защитные меры, ограничивающие ущерб от пожара; - режимы эксплуатации и обслуживания оборудования должны соответствовать паспортным данным, нормам технологического проектирования, правилам организации и ведения технологического процесса и регламенту проведения работ; - оборудование должно устанавливаться и использоваться в соответствии с требованиями норм и правил пожарной безопасности, стандартов, технических условий и технологической схемой; - расстановка оборудования должна обеспечивать свободные проходы и подходы к нему; - технологическое оборудование должно находиться в исправном состоянии, работать без рывков, заеданий или повышенного трения движущихся частей; - эксплуатация оборудования с неисправной или отключенной автоматикой, обеспечивающей пожарную безопасность технологического процесса, запрещается; - оборудование и тара для переработки и хранения легковоспламеняющихся и горючих веществ и материалов должны быть герметичны. Состояние уплотнений должно постоянно контролироваться и при повреждении, износе восстанавливаться; - оборудование с наличием горючих веществ и материалов должно быть надежно защищено от повреждений и аварий установкой защитных устройств, предусмотренных в нормативной документации на это оборудование; 6

- запрещается выполнять производственные операции на оборудовании и установках с неисправностями, которые могут привести к пожарам, а также при отключении контрольно-измерительных приборов, определяющих заданные режимы температуры, давления, концентрации и других технологических параметров горючих газов (далее – ГГ), паров горючих жидкостей; - технологическое оборудование должно проходить текущий и капитальный ремонт в соответствии с технологическими регламентами, техническими условиями и сроками, определенными графиком, утверждаемым руководством предприятия; - горючая среда, образуемая в процессе производства, должна быть изолирована от источников зажигания, а ее концентрация и температура должны быть такими, чтобы исключалось возможность образования взрывоопасных смесей, при этом необходимо учитывать коэффициенты безопасности, установленные по [4]. Конкретные противопожарные мероприятия должны отражаться в технологическом регламенте; - замена используемых в технологическом процессе веществ и материалов допускается только в обоснованных случаях, и после проверки ее возможности, исходя из условий обеспечения пожарной безопасности. При этом должны разрабатываться и выполняться необходимые противопожарные мероприятия; - расходное количество горючих веществ и материалов, используемое в технологическом процессе, разрешается хранить в помещении, непосредственно возле установок и оборудования в количестве не более одной загрузки. Транспортировка ЛВЖ и ГЖ (далее – горючих жидкостей) должна производиться в герметичной таре; - использование негорючих и трудногорючих веществ и материалов в технологических процессах допускается без ограничения, если они не являются окислителями и не способны самовозгораться; - для мойки, обезжиривания изделий (деталей) и испытания оборудования должны применяться негорючие технические жидкости и составы, а также безопасные в пожарном отношении установки и способы. Применение для этих целей горючих жидкостей возможно при обосновании и по согласованию с органами государственного пожарного надзора; - металлическую стружку, промасленные обтирочные материалы и горючие производственные отходы необходимо по мере накопления убирать в металлические ящики с плотно закрывающимися крышками и по окончании смены удалять из производственных помещений в специально отведенные места, участки; - для каждого помещения инструкцией о мерах пожарной безопасности и технологическим регламентом должно быть определено предельное количество горючих веществ и материалов, места их размещения; - администрация предприятия для каждого цеха (производственной операции) должна устанавливать порядок замены промасленной спецодежды на чистую; 7

- для контроля состояния воздушной среды в производственных и складских помещениях, в которых применяются, производятся или хранятся вещества и материалы, способные образовывать взрывоопасные концентрации газов и паров, должны устанавливаться автоматические газоанализаторы; - температура на наружной поверхности установок должна быть не более 80% температуры самовоспламенения веществ, обращающихся в технологическом процессе; - во взрывоопасных зонах должны применяться установки, оборудование и инструменты, не образовывающие искр при любых условиях эксплуатации; - оборудование и установки, используемые в технологическом процессе, должны соответствовать показателям пожаровзрывоопасности среды; - нагретые поверхности аппаратов и трубопроводов, если они представляют опасность воспламенения соприкасающихся с ними веществ или взрыва газов, паров и пыли, должны иметь теплоизоляцию для снижения температуры поверхности до безопасной величины (не более 80% температуры самовоспламенения вещества); - во взрывопожароопасных и пожароопасных зданиях и помещениях необходимо обеспечивать контроль за температурой нагрева и смазкой трущихся частей оборудования, не допуская повышения их температуры выше предусмотренной технологическим регламентом; - при обработке горючих веществ должна быть исключена возможность попадания в машины и аппараты с движущимися механизмами посторонних твердых предметов (частиц металла, камней и т.п.). Не допускается работа машин и аппаратов с отключенными или неисправными магнитными уловителями; - в местах пересечения противопожарных стен, перегородок, перекрытий и ограждающих конструкций различными инженерными и технологическими коммуникациями образовавшиеся отверстия и зазоры должны быть заполнены на всю толщину строительным раствором или другими негорючими материалами, обеспечивающими требуемый предел огнестойкости и дымогазонепроницаемость; - через склады и производственные помещения не должны прокладываться транзитные трубопроводы для транспортировки ГГ, ЛВЖ, ГЖ и горючих пылей, а через помещения с категориями А, Б и В также транзитные электросети; - необходимо регулярно проверять исправность огнепреградителей и производить чистку их огнегасящей насадки, а также контролировать исправность мембранных клапанов. Сроки проверки должны быть указаны в цеховой инструкции согласно нормативной документации на данные устройства. Специфические требования пожарной безопасности, учитывающие специфику производства, регламентируют ведомственные Правила пожарной безопасности Республики Беларусь и будут рассмотрены в следующих главах пособия.

8

ГЛАВА 1 ПОЖАРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ПРОЦЕССОВ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ На объектах промышленности процессы механической обработки твердых материалов используются с целью получить из заготовки изделия необходимой формы, размеров и требуемого качества поверхности (точности и шероховатости). Механической обработке подвергают металлы, древесину и пластмассы. 1.1 Пожарная безопасность процессов механической обработки металлов В процессах механической обработки заготовки металла подвергают пилению, строганию, фрезерованию, точению, долблению, шлифовке и высечке. Для проведения перечисленных видов работ применяются токарные, строгальные, фрезерные, шлифовальные, сверлильные и другие станки с соответствующим оборудованием (оснасткой). Наиболее распространенным видом механической обработки металлов является процесс их резания. Сущность процесса обработки металлов резанием заключается в снятии с заготовки металла (стружки). Этот вид обработки проводят на металлорежущих станках. В процессе обработки металлов резанием исходная заготовка и режущий инструмент получают рабочее движение от механизмов металлорежущих станков и перемещаются относительно друг друга. Наиболее распространенными видами механической обработки металлов резанием является точение, сверление, фрезерование, шлифование и др. Точение (токарная обработка) – это обработка поверхностей тел вращения резанием на токарных станках (рисунок 1.1), характеризуемая вращательным движением заготовки и поступательным движением режущего инструмента – резцов. Разновидности точения: обтачивание, растачивание, подрезание, разрезание. При точении заготовке сообщается главное движение резания, а резцу – движение подачи.

Рисунок 1.1 - Основные узлы токарновинторезного станка: 1 – передняя бабка; 2 – суппортная группа; 3 – резцедержатель; 4 – обрабатываемая заготовка; 5 – задняя бабка; 6 – ходовой винт; 7 – ходовой вал; 8 – фартук; 9 – коробка подач; 10 – станина.

Сверление – это распространенный метод получения отверстий резанием. Главное движение при сверлении – вращательное, а движение подачи – поступательное. Оба движения при сверлении отверстий на сверлильных станках (рисунок 1.2) сообщаются инструменту – сверлу (рисунок 1.3, а).

Рисунок 1.2 - Общий вид вертикально-сверлильного станка: 1 – привод; 2 – коробка скоростей; 3, 4 – плунжерный насос; 5 – коробка подач; 6 – колонна; 7 – механизм управления скоростями; 8 – электрооборудование; 9 – сверлильная головка; 10 – трубопровод охлаждения; 11 – штурвал механизма подач; 12 – механизм управления подачами; 13 – стол; 14 – основание; 15 – насос системы охлаждения; 16 – сверлильная головка.

Кроме сверл для обработки заготовок на сверлильных станках применяют также зенкеры (рисунок 1.3, б, в, г – используют для обработки отверстий, предварительно полученных литьем, ковкой или сверлением), развертки (рисунок 1.3, д, е – используют для окончательной обработки отверстий).

Рисунок 1.3 - Режущие инструменты для обработки отверстий на сверлильных станках. 10

Фрезерование – это процесс обработки изделий на фрезерных станках многолезвийным режущим инструментом – фрезой. Для обработки заготовок используют: цилиндрические, концевые, торцевые, фасонные, шпоночные фрезы, а при изготовлении зубьев шестерен – модельные дисковые, пальцевые или червячные. По сравнению с процессом точения процесс фрезерования имеет следующие особенности: в работе одновременно участвует несколько лезвий, поэтому фрезерование является более производительным способом обработки, чем точение; каждый зуб фрезы работает периодически, а корпус ее большей частью имеет значительную массу, что способствует лучшему охлаждению лезвий. Фрезе сообщается главное вращательное движение, а обрабатываемой детали – поступательное или вращательное движение подачи. Фрезерование проводят на фрезерных станках. Внешний вид консольного горизонтального фрезерного станка приведен на рисунке 1.4.

Рисунок 1.4 - Фрезерный консольный горизонтальный станок: 1 – хобот; 2 – шпиндель; 3 – подвеска; 4 – консоль; 5 – станина; 6 – каретка; 7 – стол.

Шлифование – это процесс обработки заготовок резанием при помощи шлифовального круга и является чистовой и отделочной операцией, обеспечивающей высокое качество обработанной поверхности и точность обработки – инструмента, имеющего форму тела вращения и состоящего из абразивных зерен и связующего их материала. При вращении круга наиболее выступающие из связки зерна, контактируя с заготовкой, снимают с ее поверхности тонкие стружки. Большинство из них, сгорая, образуют пучок искр. Шлифование осуществляется при больших скоростях резания (70 м/с и выше) снятием стружки с малой площадью сечения при этом температура в рабочей зоне может достигать 1500 оС. 11

Шлифование выполняют на шлифовальных станках, основные узлы которого показаны на рисунке 1.5. Шлифовальный круг 1 устанавливают и закрепляют на шпинделе шлифовальной бабки 3. Круг и заготовка 2 приводятся в движения электрическими или гидравлическими приводами, управляемыми оператором посредством пульта или панели 7. Горючую среду в процессах механической обработки металлов образовывают жидкости систем смазки режущего инструмента (водно-масляные эмульсии, индустриальные масла, керосин и др.); масла гидравлических систем станков и оборудования; смазки защищающие металл от коррозии; упаковочные материалы (ткань, бумага, древесина) и другие горючие вещества и материалы.

Рисунок 1.5 - Основные узлы круглошлифовального станка: 1 – шлифовальный круг, 2 – заготовка; 3 – шлифовальная бабка; 4 – задняя бабка; 5 – стол или суппорт; 6 – станина, 7 – панели, 8 – шпиндельная бабка; 9 – патрон; 10 – центр.

Основными источниками зажигания в процессах механической обработки металлов являются: - теплота трения, в результате чего происходит нагревание режущего инструмента, заготовки и отходов металла. Степень разогрева их зависит от скорости резания; величины подачи режущего инструмента; качества заточки инструмента и свойств обрабатываемого материала. При нормальных режимах обработки выделяющееся тепло не представляет опасности, т.к. оно почти все отдается в окружающую среду, а нагретые режущий инструмент и обрабатываемая деталь имеют низкую температуру. С повышением скорости резания и увеличением скорости подачи инструмента, снижением качества заточки режущего инструмента количество выделяющегося тепла увеличивается. В этом случае инструмент, деталь, стружка могут разогреваться до опасных температур, что может привести к воспламенению горючих материалов, находящихся в контакте с ними; 12

- нагрев и воспламенение приводных ремней оборудования при их проскальзывании; - искры удара в случае нарушения взаимного положения подвижных и неподвижных деталей механизмов; - теплота самовозгорания отходов металла и обтирочных материалов, пропитанных маслом; - искры и электрические дуги при механическом повреждении изоляции электрических кабелей, подключенных к электродвигателям станков; - тепловое проявление неисправного электрооборудования, осветительных и силовых сетей (короткие замыкания, перегрузки, большие переходные сопротивления); - открытый огонь при грубых нарушениях противопожарного режима (курение, применение факелов, паяльных ламп, сварочные и другие огневые ремонтные работы). Распространению пожара в цехах механической обработки металлов способствуют горючие конструкции зданий, технологические коммуникации, воздуховоды систем вентиляции, разлившиеся горючие жидкости и др. Особенности пожарной опасности процессов механической обработки магния, титана, циркония и их сплавов. Магний, титан, цирконий и их сплавы также подвергают точению, сверлению, фрезерованию, шлифованию. Для этого используется стандартное технологическое оборудование, применяемое для механической обработки металлов. Повышать пожарную опасность процессов механической обработки магния, титана, циркония и их сплавов будет способность их образовывать взрывоопасные смеси пыли с воздухом, склонность этих пылей к электризации и самовозгоранию в контакте с водой и маслами. Магний – это серебристо-белый металл. Удельный вес 1,74 г/см3, температура плавления 650 °С. Пыль магния с воздухом образует взрывоопасные смеси. НКПР пыли магния 20 г/м3. Пыль магниевых сплавов воспламеняется от маломощных источников зажигания, загорается даже от искры, горение носит взрывной характер. Во влажной среде, в контакте с маслом, пыль и стружки магния склонны к самовозгоранию. Пыль магния склонна к электризации. Магний реагирует с водой с выделением водорода. Титан – это серебристо-белый металл. Удельный вес 4,5 г/см3, температура плавления 1165 оС, химически стойкий. Пыль титана при повышенной температуре, особенно в виде тонкой стружки и в порошкообразном состоянии, легко реагирует с кислородом, галогенами, серой. Пыль титана склонна к самовозгоранию в контакте с маслами, во взвешенном состоянии взрывоопасна. Цирконий – это серебристо-белый металл. Удельный вес 6,45 г/см3, температура плавления 1852 оС. Твердый, химически стойкий. При горении разлагает воду, взвешенная в воздухе пыль взрывоопасна.

13

1.1.1 Требования пожарной безопасности при проведении процессов механической обработки металлов Специфические требования пожарной безопасности при проведении процессов механической обработки металлов (регламентируют [37]): - не допускается нарушать режим обработки, использования в работе неисправного и неправильно заточенного инструмента, а также станков, не приспособленных для обработки данного материала; - металлическую стружку, промасленные обтирочные материалы необходимо по мере накопления убирать в металлические ящики с плотно закрывающимися крышками и по окончании смены удалять из производственных помещений в специально отведенные места; - необходимо контролировать исправность и эффективность работы систем охлаждения и смазки станков. Специфические требования пожарной безопасности при механической обработке изделий из магниевых и титановых сплавов (регламентируют [37]): - обработка магниевых сплавов должна вестись только острым, правильно заточенным инструментом, исключающим возможность повышенного трения и загорания от перегрева (температура отводимой стружки не должна превышать 200 оС). Не допускается работать с подачей менее 0,06 мм или скоростью резания более 100 м/мин; - процесс механической обработки должен проводиться, как правило, без применения смазочно-охлаждающих жидкостей (в технически обоснованных случаях для охлаждения допускается применение минерального масла свободного от кислот и воды); - при мокром шлифовании следует применять масло или масляную смесь. Масло должно быть свободным от минеральных кислот и иметь температуру вспышки не ниже 150 оС; - станки и рабочие места должны очищаться от стружки и пыли не реже 2-3 раз в смену. Стружку и отходы магниевых сплавов следует собирать в специальную закрытую или герметичную тару, имеющую надпись «Отходы магния» и устанавливаемую на расстоянии не менее 6 м от станков; - уборка рабочих мест от магниевой стружки и пыли должна производиться способом, исключающим появление пыли и аэрозолей в воздухе рабочей зоны; - запрещается смешивать отходы магниевых сплавов с отходами других металлов. Загрязненная стружка должна собираться в отдельные металлические ящики с крышками и удаляться в отведенное для их сбора место; - спецодежда работающих по обработке магниевых сплавов должна систематически очищаться от осевшей магниевой пыли, проветриваться, храниться в металлических шкафах и стираться не реже одного раза в неделю; - отходы титановых сплавов должны храниться в герметичной таре в специально отведенном сухом помещении; 14

- промасленная мелкая стружка и пыль титановых сплавов по мере накопления должны утилизироваться на специально отведенной площадке; - взаимодействие магния с водой должно быть исключено на всех этапах технологического процесса производства; - подручники и кожухи шлифовальных станков, на которых производится обработка деталей из магниевых сплавов, должны быть изготовлены из цветного металла; - при шлифовании шлам титановой пыли следует удалять во влажном состоянии и высушивать в специально отведенном месте. Отходы титана в мелкоизмельченном состоянии, покрытые маслом, необходимо обезжиривать; - сушка и обезжиривание шлама титановой пыли осуществляются в соответствии с технологическими инструкциями, утвержденными руководством организации; - для шлифования и полирования деталей из магниевых сплавов необходимо использовать абразивные материалы, не содержащие искрообразующих включений. Запрещается: - обрабатывать детали из титаномагниевых сплавов на обдирочношлифовальных станках; - производить заточку инструментов и обработку изделий из черных металлов на станках, предназначенных для обработки изделий из магниевых сплавов; - удалять пыль из зоны обработки сжатым воздухом; - производить в помещениях работы, связанные с применением открытого огня; - пользоваться воздушно-пенными огнетушителями или водой на участке обработки магниевых сплавов. 1.2 Пожарная безопасность процессов механической обработки древесины Для проведения процессов механической обработки древесины (пиления, строгания, фрезерования, точения, долбления, шлифовки) применяются деревообрабатывающие станки, которые в зависимости от назначения делятся на следующие группы: для раскроя древесных материалов; черновой и чистовой обработки заготовок. Раскрой – это распиловка пиловочного сырья (кряжей, бревен), пиломатериалов (брусьев, досок) в продольном или поперечном направлении, а также удаление пороков древесины. Для раскроя используют лесопильные рамы, ленточнопильные и круглопильные станки. Лесопильные рамы применяют в основном для распиловки пиловочного сырья. В качестве режущего инструмента в лесопильных рамах используют рамные пилы.

15

В круглопильных станках режущий инструмент – круглые пилы, количество которых определяет тип станка: однопильный, двухпильный или многопильный. На ленточнопильных станках (рисунок 1.6, а) режущий инструмент – ленточная пила 2 (пильная лента), которая надевается на шкивы 1, 5 и натягивается с помощью грузового рычажного механизма 6. Распиливаемое бревно укрепляется на тележке 4, имеющей передвижные стойки с захватами 3.

а)

б) Рисунок 1.6 - Ленточнопильный станок: а - схема устройства; б - общий вид.

Ленточнопильные станки применяют и для продольной распиловки пиломатериалов на более тонкие сортаменты, а также для криволинейного раскроя. Принцип их действия такой же, как при раскрое – пиловочного сырья. В результате раскроя пиломатериалов получают черновые заготовки, которые подвергаются дальнейшей механической обработке, заключающейся в создании базовых поверхностей, обработке остальных поверхностей и кромок, торцовке заготовок на точный размер по длине. Эти операции осуществляют на круглопильных торцовочных и продольно-фрезерных станках. В круглопильных торцовочных станках (рисунок 1.7) пильный диск 1, защищенный металлическим кожухом 2, укрепляется на суппорте 3, который совершает возвратнопоступательные движения подачи и отвода пилы.

Рисунок 1.7 - Круглопильный торцовочный станок. 16

В зависимости от назначения продольно-фрезерные станки бывают фуговальные, рейсмусовые и четырехсторонние. Режущий инструмент на фрезерных станках – ножевой вал (ножевая головка), в котором укреплены плоские ножи. Общий вид фуговального станка и схема действия приведены на рисунке 1.8, (а, б). Станок имеет ножевой вал 1, расположенный между двумя плоскими столами: задним 2, находящимся на уровне режущих кромок ножей, и передним 3, уровень которого ниже на толщину снимаемого слоя. Вдоль столов с правой стороны установлена направляющая линейка 4, которая служит опорой для базирующей поверхности.

Рисунок 1.8 - Фуговальный станок: а - общий вид; б - схема устройства и работы.

Рейсмусовые станки (рисунок 1.9) имеют ножевой вал 2, расположенный над столом 5, по которому проходит заготовка. Своей базирующейся плоскостью, обработанной на фуговальном станке, она прижимается к столу и подающими валиками 1 и 3 проталкивается под ножевым валом. Холостые валики 4 служат для уменьшения сил трения между столом и заготовкой. Заданный размер заготовки устанавливается подъемом или опусканием стола.

Рисунок 1.9 - Рейсмусовый станок. Четырехсторонние продольно-фрезерные станки (рисунок 1.10) имеют четыре ножевых вала: нижний горизонтальный 5, расположенный первым по ходу подачи, формирует нижнюю базовую полость; два вертикальных 2 обра17

батывают кромки и верхний 1 придает заготовке заданную толщину. Заготовка подается на обработку валиками 4; для устранения ее вибрации установлены прижимные ролики 3.

Рисунок 1.10 - Четырехсторонний продольно-фрезерный станок. Полученные из древесины чистовые заготовки подвергаются следующим операциям: нарезанию шипов и проушин, выборке гнезд и отверстий, профилированию (фрезерованию), зачистке поверхности (циклеванию и шлифованию). Шипы и проушины на концах деталей формируются на шипорезных станках. Принцип действия таких станков и схема образования шипов показаны на рисунке 1.11 (а, б). Первыми по ходу подачи располагаются пильные головки 1, предназначенные для торцовки на определенный размер, затем – прорезные головки 2 для образования проушины и, наконец, шипорезные головки 3, образующие боковые грани шипа и его заплечиков.

Рисунок 1.11 – Шипорезный станок. а – общий вид шипорезного станка; б – схема образования шипов.

18

Высверливание сквозных и несквозных отверстий, образование пазов производится на сверлильных, сверлильно-пазовальных и цепнодолбежных станках, в которых режущими инструментами являются сверла, торцовые фрезы или фрезерные цепочки. Общий вид сверлильного одношпиндельного станка, на котором высверливают круглые отверстия, показан на рисунке 1.12. Деталь устанавливают на столе 1, а сверло закрепляют в шпиндельной головке 2.

Рисунок 1.12 - Общий вид сверлильного одношпиндельного станка. Обработка прямых и криволинейных поверхностей с выборкой пазов, гребней, фальцев и т.п., т.е. создание определенных профилей, осуществляется на фрезерных станках, в которых в качестве режущих инструментов применяются фрезы. На рисунке 1.13 (а, б) показаны схемы фрезерования криволинейных (а) и прямолинейных (б) поверхностей. Криволинейные поверхности образуются с помощью шаблона, называемого цулагой, кромка которого соответствует форме будущей детали. Шаблон-цулага 1 с зажатой заготовкой 2 надвигается на вращающуюся фрезу 3, которая обрабатывает заготовку по контуру шаблона. Плоские поверхности получаются путем точной установки заготовки по направляющим линейкам: передней 4 и задней 5, соединенных скобой 6, огибающей режущий инструмент.

Рисунок 1.13 - Схемы фрезерования. а – схема фрезерования криволинейных поверхностей; б – схема фрезерования прямолинейных поверхностей.

19

Окончательная механическая обработка древесины – это шлифование поверхности шлифовальной лентой, имеющей бумажную или тканевую основу, на которую наклеены абразивные зерна. В зависимости от способа закрепления ленты различают цилиндровые, дисковые и ленточно-шлифовальные станки. У цилиндровых станков лента закрепляется на образующей поверхности цилиндра, у дисковых – на торцовой поверхности плоского диска, у ленточных она натягивается на два или три шкива в виде бесконечного полотнища. На рисунке 1.14 (а, б) показаны общий вид и схема устройства ленточно-шлифовального станка. Шлифование деталей осуществляется двумя узкими лентами, движущимися в разные стороны на барабанах 2, вращающихся от индивидуальных электродвигателей 3.

Рисунок 1.14 - Шлифовальный станок. а – общий вид ленточно-шлифовального станка; б – схема устройства. Горючую среду в цехах механической обработки древесины составляют древесина, отходы древесины, масла и смазки в деревообрабатывающих станках. При механической обработке древесины выделяется значительное количество пыли и мелкой стружки, которые более пожароопасны, чем компактная древесина. Древесная пыль, образующаяся при работе шлифовальных станков, способна образовать взрывопожароопасные смеси с воздухом. Основными источниками зажигания в процессах механической обработки древесины являются: - теплота трения при перегревах подшипников вентиляторов, транспортеров, электродвигателей станков при нарушении режима их смазки, перекосах валов и пил, загрязнении поверхности пылью или отходами древесины, нагрев и воспламенение приводных ремней при проскальзывании. Теплота трения может явиться источником зажигания также при распиловке твердых пород древесины, наличии в ней сучьев, перегрузке и перекосах пил; - искры удара, которые образуются в случае нарушения взаимного положения подвижных и неподвижных деталей механизмов, а также при наличии в древесине металлических включений: гвоздей, кусочков металла и др.; 20

- искры и электрические дуги при механическом повреждении изоляции электрических кабелей, подключенных к электродвигателям станков; - тепловое проявление неисправного электрооборудования, осветительных и силовых сетей (короткие замыкания, перегрузки, большие переходные сопротивления), перегрузка электродвигателей станков; - искровые разряды статического электричества при работе пневмотранспорта; - удары молнии и ее вторичные проявления; - теплота самовозгорания древесных отходов, пропитанных маслом (при их скоплении под станками или длительном хранении), а также промасленных обтирочных материалов; - применение открытого огня (курение, огневые ремонтные работы). Распространению пожара в цехах механической обработки древесины способствуют: горючие конструкции зданий; древесина и отходы ее обработки; воздуховоды систем вентиляции; системы удаления отходов производства, конвейерные линии и технологические проемы. 1.2.1 Требования по обеспечению пожарной безопасности при проведении процессов механической обработки древесины Специфические требования по обеспечению пожарной безопасности при проведении процессов механической обработки древесины (регламентируют [24]): - помещения и оборудование должны регулярно очищаться от пыли, стружек, опилок и промасленных обтирочных материалов. Периодичность очистки от пыли высоко расположенных строительных конструкций, инженерных коммуникаций и светильников в помещениях должна определяться в зависимости от времени накопления пыли в опасном количестве и согласно цеховой инструкции о мерах пожарной безопасности; - уборка пыли в производственных помещениях со строительных конструкций, оборудования, инженерных коммуникаций и светильников должна производиться с помощью промышленных пылесосов во взрывозащищенном исполнении или специальной системой пневмоуборки, а при их отсутствии влажным способом, не допускающим пыления. Сжатый воздух для уборки использовать не допускается; - для удаления отходов деревообрабатывающие станки должны быть оборудованы исправными местными отсосами. Работа станков при выключенных системах вентиляции и пневмотранспорта не допускается; - для предотвращения осаждения отходов в воздуховодах местных отсосов и пневмотранспорта скорость движения воздуха при отсосе принимают не менее 15 м/с; - в пневмотранспортных и аспирационных системах, в бункерах должны исключаться застойные зоны, ведущие к отложению пыли; - системы транспортирования стружки и пыли должны исключать 21

просыпание материалов; - должен осуществляться контроль исправности электрооборудования и электропроводки, не допускается перегрузка электрооборудования станков; - необходим периодически осуществлять контроль температуры подшипников; - для работы должен применяться острый и правильно заточенный режущий инструмент; - в системах пневмотранспорта должны применяться вентиляторы во взрывобезопасном исполнении; - для предотвращения попадания металлических предметов в аспирационные и вентиляционные установки, удаляющие пожароопасные вещества, воздуховоды за местными отсосами должны быть оборудованы сетками с размером ячейки 10´10 мм или магнитными уловителями; - передача движения от электродвигателя к механизмам должна осуществляться при помощи клиновидных ремней. 1.3 Пожарная безопасность процессов механической обработки пластмасс Механическую обработку деталей при производстве изделий из пластмасс применяют с целью: изготовления более точных, чем при прессовании или литье деталей; изготовления деталей из листовых пластиков; удаления литников, облоя, грата, пленки в отверстиях; более экономичного изготовления деталей сложной конфигурации; изготовления деталей в условиях единичного и мелкосерийного производства. При механической обработке пластмасс различают следующие способы: разделительную штамповку, обработку пластмасс резанием. Разделительную штамповку применяют для изготовления деталей из листовых материалов. При этом выполняют следующие операции: вырубку, пробивку, отрезку, разрезку, обрезку, зачистку. Обработку пластмасс резанием применяют для отделки (удаления литников, облоя, пленки и др.) после горячего формообразования деталей и как самостоятельный способ изготовления деталей из поделочных пластмасс. При этом выполняют следующие операции: разрезку, точение, фрезерование, сверление, нарезание резьб, шлифование, полирование. Термопласты обрабатывают ленточными и дисковыми пилами, вырубают на штампах, а также фрезеруют и сверлят соответствующими инструментами. Для механической обработки изделий из реактопластов применяют шлифовальные круги, фрезы, резцы, сверла из твердых сплавов или инструментальной и быстрорежущей стали. Горючую среду в цехах механической обработки пластмасс составляют: обрабатываемые материалы, отходы производства, в том числе и взрывопожароопасная пыль.

22

Для процессов механической обработки пластмасс характерны источники зажигания с природой происхождения свойственной процессам механической обработки древесины. Распространению пожара в цехах механической обработки пластмасс способствуют горючие конструкции зданий; пластмассы и их отходы; расплавы пластмасс; технологические проемы и коммуникации. 1.3.1 Требования по обеспечению пожарной безопасности при проведении процессов механической обработки пластмасс Специфические требования по обеспечению пожарной безопасности при проведении процессов механической обработки пластмасс (регламентируют [36]): - установки высокочастотного нагрева прессматериалов должны размещаться в металлических, хорошо экранированных шкафах. Установки должны быть снабжены блокировками, обеспечивающими при открывании дверей полное снятие напряжения со всех элементов, находящихся в открываемом отсеке; - сушильные камеры, пропиточные установки, автоклавы и другие нагревательные устройства должны иметь измерительные и регулирующие устройства, а также средства аварийной сигнализации; - бункеры и другие емкости, используемые для хранения сыпучих мелкодисперсных пожароопасных веществ и материалов, должны периодически осматриваться и при необходимости очищаться от остатков продукта и отложений пыли; - оборудование и аппараты, при работе которых происходит образование пыли (роторные машины, таблетировочные машины и др.) должны быть герметичными; - переработка полиформальдегида должна производиться при температуре, не превышающей температуру его плавления более чем на 10 ºС; - электропитание нагревателей стационарных прессформ и нагревательных плит должно иметь напряжение не более 36 В; - станины технологического оборудования, корпуса электродвигателей, конструктивные части электронагревательных приборов, а также металлические части, которые могут оказаться под напряжением, должны быть заземлены; - для отвода статического электричества, накапливающегося на работнике, должны быть устроены полы с повышенной электропроводностью (заземленные рабочие площадки); необходимо применять токопроводящую специальную обувь с подошвой из кожи, токопроводящей резины или с токопроводящими заклепками; - не допускается во время работы носить одежду из синтетических тканей, способных к электризации, не разрешается также носить кольца и браслеты, во избежание аккумуляции зарядов электричества; - работающим на электризующемся оборудовании, с электризующимися 23

материалами, а также на электризующихся полах следует периодически прикасаться к заземленным частям, находящимся в руке металлическим предметом. 1.4 Пожарная безопасность процессов измельчения твердых горючих материалов В химических, мукомольных, деревообрабатывающих, краскоприготовительных и других производствах находят применение процессы измельчения твердых материалов. Измельчение – это разрушение твердых тел до требуемых размеров. По размеру (крупности) измельченного продукта различают: грубое (300 - 100 мм), среднее (100 - 25 мм) и мелкое (25 - 1 мм) дробление; грубый (1000 - 500 мкм), средний (500 - 100 мкм), тонкий (100 - 40 мкм) и сверхтонкий (< 40 мкм) помол. Цель измельчения - получение продукта необходимой крупности и гранулометрического, или фракционного состава. Измельчение может быть сухим (как правило, при грубом и среднем дроблении) и мокрым (часто при мелком дроблении и помоле). Сухое измельчение проводят в воздушной среде или в инертных газах (при переработке окисляющихся, пожаро- и взрывоопасных, а также токсичных материалов). Мокрое измельчение (исходный материал смешивают с жидкостью, преимущественно с водой) применяют при обогащении руд методом флотации, при последующей обработке измельченного материала в виде суспензии (например, в производстве ТiO2), при повышенной влажности материала и наличии в нем комкующихся примесей, при необходимости исключить пылеобразование. В процессах измельчения используются способы раздавливания, раскалывания, удара и истирания. Для измельчения применяются измельчающие машины, которые делятся на дробилки и мельницы. Дробилками называются машины для крупного и среднего измельчения. Дробилки бывают четырех типов: щековые, конусные, валковые и роторные. На рисунке 1.15 показана схема щековой дробилки. В щековой дробилке материалы разрушаются в рабочей камере, состоящей из подвижной щеки, неподвижной щеки (дробящие плиты) и стенок корпуса. Подвижная щека совершает колебательные движения, надавливает на измельчаемый материал, подаваемый через загрузочное отверстие в рабочую камеру. При сближении подвижной дробящей плиты с неподвижной плитой происходит разрушение дробимого материала. Поверхность дробящих плит обычно выполняют рифлеными, а на стенки рабочей камеры устанавливают защитные пластины из чугуна либо износостойкой стали. Щековые дробилки относятся к агрегатам цикличного действия. Мельницы - это машины для мелкого и тонкого измельчения, а также для коллоидного размола. Они бывают со свободными и закрепленными мелющими телами и без них. К машинам со свободными мелющими телами (металлические, керамические и другие шары, стержни, скатанная кремневая галька и др.) относятся: тихоходные вращающиеся барабанные мельницы - шаровые, стержневые, галечные (для грубого, среднего и тонкого помола); быстроходные мель24

ницы – центробежно-шаровые, вибрационные, планетарные, магнитные, бисерные и др. (для тонкого и сверхтонкого помола).

Рис. 1.15 - Схема щековой дробилки: 1 – стенка корпуса; 2 – боковая щека; 3 – подвижная щека; 4 – ось; 5 – вал; 6 – шатун; 7 – ременная передача; 8 – электродвигатель; 9 – пружина; 10 – тяга; 11 – упор; 12,13 – распорная плита; 14,15 – дробящие плиты.

На рисунке 1.16 показана схема устройства барабанной шаровой мельницы. Такие мельницы загружены мелющими телами обычно на 35-40% объема, в межшаровом пространстве находится материал, который измельчается в результате совместного действия шаров и крупных кусков, а также взаимного истирания. Сухое тонкое измельчение и сухой размол горючих материалов является взрывопожароопасными процессами, т.к. готовый мелкодисперсный продукт способен легко взвихряться с образованием взрывоопасного аэрозоля, отложения пыли часто склонны к самовозгоранию.

Рисунок 1.16 - Схема барабанной шаровой мельницы: 1 – корпус, 2 – мелющие тела, 3 – футеровочные плиты, 4 – привод.

В процессе размола появляются такие источники зажигания, как фрикционные искры и разряды статического электричества. 25

1.4.1 Требования пожарной безопасности процессов измельчения твердых горючих материалов Специфические требования по обеспечению пожарной безопасности при проведении процессов измельчения твердых горючих материалов (регламентируют [22, 23]): - оборудование должно быть герметичным; - перед вальцевыми станками, дробилками и др. машинами ударного типа должны быть установлены магнитные заграждения; - подшипники оборудования и приводов должны регулярно смазываться и очищаться от пыли и излишков масла; - эксплуатируемое технологическое оборудование должно ежедневно очищаться от осевшей на них горючей пыли. Вопросы для самопроверки 1. Какие вещества образовывают горючую среду в цехах холодной обработки металлов? 2. Какие факторы влияют на степень разогрева металлов при их механической обработке? 3. Назовите требования пожарной безопасности в процессах механической обработки металлов. 4. Охарактеризуйте особенности пожарной опасности процессов механической обработки магния, титана, циркония и их сплавов. 5. Назовите специфические требования пожарной безопасности при механической обработке магния, титана, циркония и их сплавов. 6. Назовите причины образования пылевоздушных горючих концентраций в машинах измельчения твердых горючих материалов. 7. Дайте характеристику источников зажигания в процессах измельчения твердых горючих материалов (в машинах, системах аспирации и т.п.). 8. Назовите требования пожарной безопасности, исключающие возникновение пожаров и взрывов в процессах измельчения твердых горючих материалов. 9. Что составляет горючую среду при механической обработке древесины. 10. Перечислите источники зажигания в деревообрабатывающих производствах. 11. Назовите требования пожарной безопасности для процессов механической обработки древесины. 12. Охарактеризуйте пожарную опасность процессов механической обработки пластмасс. 13. Назовите требования пожарной безопасности для процессов механической обработки пластмасс.

26

ГЛАВА 2 ПОЖАРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ПРОЦЕССОВ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ И ХРАНЕНИЯ ВЕЩЕСТВ И МАТЕРИАЛОВ Многие производства промышленности и сельского хозяйства требуют бесперебойной подачи сырья, топлива, заготовок, удаления отходов производства и перемещения готовой продукции. Для этих целей применяются специальные транспортные системы, которые в зависимости от транспортируемых веществ, транспортные системы включают технологические трубопроводы, промежуточные емкости, насосы и насосные станции, компрессоры и компрессорные станции, транспортеры, элеваторы, бункеры, циклоны и другие технологические устройства. Транспортные системы с горючими веществами являются пожароопасными, т.к. они могут являться местом возникновения пожара и путями его распространения. 2.1 Пожарная безопасность процессов транспортирования твердых материалов В зависимости от вида транспортируемого материала различают устройства для перемещения сыпучих материалов и штучных грузов. К таким устройствам относятся транспортеры, элеваторы, самотечные и пневматические трубы. По режиму работы устройства для транспортировки могут быть непрерывными и периодическими, а по направлению транспортировки – горизонтальными, вертикальными и смешанными. Транспортеры и элеваторы по конструкции бывают: ленточные; пластинчатые; скребковые и винтовые. Наиболее широкое применение нашли ленточные горизонтальные или наклонные транспортеры. Общее устройство таких транспортеров показано на рисунке 2.1. Лента приводится в движение ведущим

Рисунок 2.1 – Схема устройства ленточного транспортера: 1 – ведущий барабан; 2 – ведомый барабан; 3 – загрузочное устройство; 4 – опорные ролики; 5 – лента; 6 – разгрузочное устройство; 7 – транспортируемый материал

барабаном с электроприводом через редуктор. Ведомый вал служит для натяжения ленты. Чтобы предотвратить провисание ленты, под ней устанавливают ряд опорных роликов. Разновидностью ленточных транспортеров являются вертикальные транспортеры, которые называют нориями или элеваторами. Нории (элеваторы) применяют для подъема материала на высоту до 40 м. Они представляет собой бесконечную цепь (ленту), на которой закреплены металлические ковши. Скорость движения (цепи) ленты до 1,5 м/с. Все устройство заключают в металлический кожух. Схема устройства нории (элеватора) приводится на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 – Схема устройства элеватора: 1 – кожух; 2 – цепь или лента; 3,5 – барабаны или цепные блоки; 4 – ковши.

Транспортеры размещают в помещениях, галереях, шахтах, под навесами или на открытых площадях. Пневматический транспорт применяют для транспортировки сыпучих материалов в потоке газа по трубам. Системы пневмотранспорта могут работать под разрежением (рисунок 2.3) или избыточным давлением (рисунок 2.4).

Рисунок 2.3 – Схема устройства пневматического транспорта, работающего под разрежением: 1 – приемное устройство; 2 – всасывающий трубопровод; 3 – циклон; 4, 6 – трубопровод; 5 – пылеулавливатель; 7 – вентилятор (вакуум – насос); 8 – выброс воздуха; 9 – шлюзовый затвор

28

Рабочим газом в системах пневмотранспорта в основном является воздух. Для транспортирования взрывопожароопасных материалов при необходимости может применяться инертный газ. Движение рабочего газа обеспечивается вентилятором, вакуум-насосом или компрессором. Скорость газа в системах пневмотранспорта находится в пределах от 8 до 35 м/с и выбирается так, чтобы скорость газа была выше скорости осаждения частиц, т.к. частицы материала должны перейти во взвешенное состояние и унестись потоком газа.

Рисунок 2.4 – Схема устройства пневматического транспорта, работающего под давлением: 1 – вентилятор; 2 – ресивер воздуха; 3 – бункер с материалом; 4 – нагнетательный воздуховод; 5 – циклон; 6 – пылеулавливатель; 7 – выброс воздуха; 8 – шлюзовый затвор.

Горючую среду в устройствах для транспортирования твердых материалов образуют: горючий транспортируемый материал; пыль, выделяемая в результате транспортировки материала; горючие отложения, образуемые перемещаемыми материалами; транспортерные ленты. На транспортерах и элеваторах находится значительное количество равномерно распределенного материала, но при нарушении режима работы, количество материала в каком-либо месте может резко увеличиться, например, в месте разгрузки при отказе разгрузочного устройства. Часть транспортируемого материала переходит в помещение в виде взвешенной пыли, а затем оседает на различных поверхностях. Часть же материала просыпается на пол. Выделение пыли наиболее интенсивно происходит в местах загрузки, пересыпания, разгрузки, при прохождении ленты через направляющие ролики. Для процессов транспортирования твердых материалов свойственны следующие источники зажигания: тепло трения и удара; тепловое проявление электрической, химической энергий (самовозгорание транспортируемых материалов); неосторожное обращение с огнем. Но все же основной причиной пожаров в устройствах для транспортирования является тепло, выделившееся в результате трения или удара (при перегрузке или заклинивании ленты происходит ее интенсивное нагревание, что может привести к ее воспламенению). Повышенную пожарную опасность представляют системы пневмотранспорта, в виду того, что транспортировка горючих материалов производится в особо опасном измельченном состоянии и есть возможность образования горючих концентраций пыли как в системах, так и объеме производственного поме29

щения. Системам пневмотранспорта свойственны источники зажигания от теплового проявления механической энергии, вызванного трением и ударом, а также от искровых разрядов статического электричества (особенно при транспортировке по трубам из неметаллических материалов). Системы пневмотранспорта способствуют распространению пожара, т.к. имеет значительную протяженность транспортных коммуникаций, переходят из помещения в помещение, в том числе через противопожарные преграды зданий и сооружений. При пожаре в длинных наклонных галереях или вертикальных шахтах возникает сильная тяга, способствующая интенсивному распространению пожара. 2.1.1 Требования пожарной безопасности процессов транспортирования твердых материалов Специфические требования по обеспечению пожарной безопасности процессов транспортирования твердых материалов (регламентируют [22]): - конвейеры должны иметь предохраняющие устройства, отключающие приводы при перегрузке; - конвейеры, транспортирующие порошкообразные пылящие материалы, а также материалы, выделяющие пары и газы, или материалы с высокой температурой, должны оборудоваться системами пылеподавления, вентиляции или аспирации и тепловой защитой в зависимости от физико-химических свойств материалов и конструкции конвейера; - при обосновании необходимо применять закрытые транспортеры; - при необходимости ленточные конвейеры должны быть оснащены магнитными металлоулавливателями (электромагнитными сепараторами) для удаления металлических включений в пунктах перегрузки. Конвейеры, оборудованные магнитными металлоулавливателями, должны иметь блокировку, исключающую пуск конвейера при отключенном металлоулавливателе; - необходимо осуществлять контроль натяжения цепей и транспортерных лент. Пробуксовка ленты конвейера должна устраняться соответствующей натяжкой ленты натяжными устройствами после очистки барабанов и ленты. Подсыпать канифоль и другие материалы в целях устранения пробуксовки ленты запрещается; - приводы наклонных пластинчатых конвейеров должны быть оборудованы автоматическими тормозными устройствами, исключающими обратный ход механизма при обрыве цепи; - недопустимы перегрузка, перекосы и завалы транспортерных лент как основные причины заклинивания транспортеров; - для предупреждения воспламенения транспортерной ленты приводные станции конвейеров должны быть оборудованы тепловыми датчиками, сблокированными с приводом конвейера; - для исключения перегрева подшипников необходимо своевременно контролировать их температуру и своевременно смазывать; 30

- все металлические части транспортеров должны быть заземлены; - конвейерные линии должны иметь исправные устройства отключения при аварийных ситуациях; - строительные конструкции и оборудование должны своевременно очищаться от отложений пыли. Специфические требования пожарной безопасности при работе пневмотранспорта (регламентируют 22, 23): - вентиляторы и компрессоры, приводящие в движение рабочую среду, должны быть правильно подобраны по характеристикам; - скорость движения газа в системах пневмотранспорта должна поддерживаться в пределах 8 – 35 м/с; - в качестве рабочего в отдельных случаях, необходимо использовать инертный газ; - должны применяться блокировки, прекращающие поступление в систему продукта при остановке компрессора или вакуум-насоса; - для контроля движения продукта необходимо применять специальные устройства и разрабатывать меры, исключающие забивку трубопроводов транспортируемым материалом; - воздуховоды, продуктопроводы, пылеуловители должны быть заземление не менее чем в двух местах; - в системах пневмотранспорта необходимо применять автоматические быстро действующие заслонки, ограничивающие распространение пожара; - трубопроводы и циклоны для сбора отходов должны быть оборудованы противовзрывными устройствами; - технологическое оборудование должно иметь устройство дистанционного отключения при пожаре; - циклоны для сбора горючих отходов производства необходимо размещать за пределами зданий. 2.2 Пожарная безопасность процессов транспортирования горючих жидкостей Применяемые в технологических процессах жидкости транспортируют по трубопроводам как внутри предприятия, так и вне его. Транспортирование жидкостей может производиться самотеком либо с помощью специальных устройств - насосов. 2.2.1 Транспортирование жидкостей самотеком Транспортирование жидкостей самотеком применяется в основном на периодически действующих производствах с напорными баками, на сливных линиях (линии сливо-наливных эстакад, аварийный слив, производственная канализация). Самотек возможен только в том случае, когда жидкость перемещает31

ся с более высокого уровня на более низкий и уклон потока обеспечивает необходимые расходы и давления жидкости. Схема самотечного трубопровода показана на рисунке 2.5.

Рисунок 2.5 – Схема самотечного трубопровода: А – А – участок трубы, работающий неполным сечением; Б – Б – участок трубы, работающий полным сечением (гидравлический затвор); 1 – напорный бак; 2 – самотечный трубопровод; 3 – приемная емкость.

Самотечные трубопроводы в некоторые периоды работы лишь частично заполнены жидкостью, т.е. работают неполным сечением, что является их характерной особенностью. Горючая среда, в этом случае, образуется в свободном объеме трубопровода над слоем жидкости, если между рабочей температурой и температурой вспышки транспортируемой жидкости выполняется соотношение: tр ≥ tвсп – ∆t,

(2.1)

tр – рабочая температура жидкости, оС; tвсп – температура вспышки горючей жидкости, оС; ∆t – коэффициент безопасности, оС. В таких условиях возникший пожар может распространиться на всю длину самотечного трубопровода и на технологические сооружения, с которыми он связан. Из наиболее часто встречающихся самотечных систем повышенную пожарную опасность имеют системы производственной канализации. Вместе с производственными и ливневыми стоками в канализацию могут попадать горючие жидкости, особенно при авариях и повреждениях оборудования. При нормальной эксплуатации производства сечения канализационных трубопроводов лишь частично заполнены горючими жидкостями и при выполнении условия (2.1) в их свободном объеме образуются горючие паровоздушные смеси. Организация самотека в производственных цехах обычно связана с устгде

32

ройством напорных баков, которые располагаются на высоте и являются аппаратами с переменным уровнем жидкости. Горючие паровоздушные смеси могут образоваться в паровом пространстве напорного бака и снаружи у дыхательных устройств при вытеснении горючих паров в атмосферу. 2.2.2 Транспортирование жидкостей насосами В насосах механическая энергия двигателя преобразуется в энергию транспортируемой жидкости вследствие повышения ее давления. По принципу действия насосы подразделяют на объемные и динамические. В объемных насосах энергия и давление повышаются в результате вытеснения жидкости из замкнутого пространства телами, движущимися возвратно-поступательно или вращательно. По форме движения рабочих органов их подразделяют на возвратно-поступательные (поршневые, плунжерные, диафрагменные) и вращательные, или роторные (шестеренные, винтовые и др.). В динамических насосах энергия и давление жидкости повышаются под действием центробежной силы, возникающей при вращении лопастных колес (например, в центробежных и осевых насосах), или сил трения (например, в струйных и вихревых насосах). Поэтому по виду силового действия на жидкость динамические насосы подразделяют на лопастные и насосы трения. Наиболее распространенными динамическими насосами являются лопастные. К данному виду насосов относятся центробежные и осевые. Работа этих насосов основана на общем принципе – силовом взаимодействии лопастей рабочего колеса с обтекающим их потоком перекачиваемой жидкости. Однако механизм этого взаимодействия у центробежных и осевых насосов различен, что, естественно, приводит к существенным различиям в их конструкциях и эксплуатационных показателях. Наиболее распространенным типом объемных насосов являются поршневые. Поршневой насос (рисунок 2.6) состоит из цилиндра 1, в котором с

Рисунок 2.6 – Горизонтальный поршневой насос простого действия. 33

помощью кривошипно-шатунного механизма 3 движется возвратнопоступательно поршень 2; при движении поршня слева направо (из крайнего левого положения а) в цилиндре возникает разрежение, вследствие чего всасывающий клапан 4 поднимается и жидкость из резервуара по всасывающему трубопроводу 6 поступает в цилиндр) и движется за поршнем. Нагнетательный клапан 5 при этом закрыт, так как на него действует сила давления жидкости, находящейся в нагнетательном трубопроводе 7. При ходе поршня справа налево (из крайнего правого положения б) в цилиндре создается избыточное давление, под действием которого закрывается (опускается) всасывающий клапан, а нагнетательный клапан 5 открывается, и жидкость поступает в нагнетательный трубопровод. Таким образом, в рассмотренном насосе за один оборот вала кривошипно-шатунного механизма (при этом поршень делает два хода – слева направо и справа налево) происходит одно всасывание и одно нагнетание. В зависимости от числа всасываний и нагнетаний за один оборот вала кривошипно-шатунного механизма или за два хода S поршня поршневые насосы подразделяют на насосы простого и многократного действия. Разновидностью поршневого насоса простого действия является диафрагменный (мембранный) насос (рисунок 2.7).

Рисунок 2.7 – Диафрагменный (мембранный) насос. В этом насосе цилиндр 3 и плунжер 4 отделены от перекачиваемой жидкости гибкой перегородкой-диафрагмой 5 из резины или специальной стали. При ходе плунжера вверх диафрагма под действием разности давлений по обе ее стороны прогибается вправо, открывается нижний клапан 2, и жидкость поступает в насос. При ходе плунжера вниз диафрагма прогибается влево, открывается верхний клапан 2 (нижний клапан при этом закрывается), и жидкость поступает в нагнетательный трубопровод.

34

Серьезным недостатком поршневых насосов простого действия является неравномерность их работы. Существенно снижается неравномерность в насосах многократного действия. В шестеренных насосах (рисунок 2.8) в корпусе 1 насоса установлены две шестерни 2 и 3, одна из которых – ведущая, приводится во вращение от электродвигателя. Между корпусом и шестернями имеются небольшие радиальные и торцовые зазоры. При вращении шестерен в направлении, указанном стрелками, вследствие создаваемого при выходе зубьев из зацепления разрежения жидкость из всасывающего патрубка 4 поступает в корпус. В корпусе жидкость захватывается зубьями шестерен, перемещается вдоль стенки корпуса по направлению вращения и поступает в нагнетательный патрубок 5. Шестеренные насосы обладают реверсивностью, т.е. при изменении направления вращения шестерен, области всасывания и нагнетания меняются местами.

Рисунок 2.8 – Шестеренный насос. Пластинчатые насосы (рисунок 2.9) состоят из ротора 1, расположенного эксцентрично в корпусе 2. В роторе имеются радиальные прорези, в которых

Рисунок 2.9 – Пластинчатый ротационный насос. свободно могут скользить пластины 3. При вращении ротора пластины под действием центробежной силы плотно прижимаются к внутренней поверхности корпуса. При этом серповидное рабочее пространство 4 разделяется на камеры 35

– всасывания и нагнетания. Объем камеры всасывания при движении пластины от всасывающего патрубка 5 увеличивается, в результате чего в этой камере создается разрежение, и жидкость всасывается в корпус насоса через патрубок 5. После прохождения пластиной точки а, объем камеры уменьшается, и жидкость поступает из насоса в нагнетательный патрубок 6. Подача жидкости роторными насосами, в том числе и пластинчатыми, весьма равномерна, ее можно регулировать изменением числа оборотов вала (ротора). К объемным насосам, которые перекачивают жидкость с помощью вытесняющей среды, относятся монтежю. Монтежю (рисунок 2.10) представляет собой резервуар 1, заполняемый самотеком перекачиваемой жидкостью с помощью трубопровода 2 (таким резервуаром может быть аппарат, в котором осуществляется тот или иной процесс); при этом вентиль на линии 4 открыт. Если жидкость самотеком подавать в корпус нельзя, открывается вакуумная линия 5; при этом все остальные линии, кроме линии 2 (т.е. 3, 4, 6), естественно, должны быть закрыты. Для перекачивания жидкости с помощью монтежю используют сжатый газ (обычно воздух), поступающий в резервуар через трубопровод 3. При этом перекрываются линии 2, 4, 5. Под действием давления сжатого газа жидкость перетекает из корпуса в нагнетательный трубопровод 6. После опорожнения монтежю перекрываются линии 3, 5, 6 и открывается линия 4 для сообщения резервуара с атмосферой. Таким образом, монтежю работает периодически. К достоинствам монтежю следует отнести простоту устройства, отсутствие движущихся деталей, легкость чистки. Поэтому монтежю применяется для перекачивания сравнительно небольших объемов химически агрессивных и загрязненных жидкостей.

Рисунок 2.10 – Монтежю. Наиболее распространенными динамическими насосами являются центробежные. Основным рабочим органом центробежного насоса (рисунок 2.11) является свободно вращающееся внутри спиралевидного (или улиткообразного) 36

корпуса 1 колесо 2, насаженное на вал 9. Между дисками колеса, соединяя их в единую конструкцию, находятся лопасти (лопатки) 3, плавно изогнутые в сторону, противоположную направлению вращения колеса. Внутренние поверхности дисков и поверхности лопаток образуют так называемые межлопастные каналы колеса, которые при работе насоса заполнены перекачиваемой жидкостью. Всасывание и нагнетание жидкости в центробежных насосах происходит равномерно и непрерывно под действием центробежной силы возникающей при вращении колеса. При переходе жидкости из канала рабочего колеса 2 в корпус 1 происходит резкое снижение скорости, в результате чего кинетическая энергия жидкости превращается в потенциальную энергию давления, т.е. происходит превращение скорости в давление, необходимое для подачи жидкости на заданную высоту. При этом в центре колеса создается разрежение, и вследствие этого жидкость непрерывно поступает по всасывающему трубопроводу в корпус насоса, а затем в межлопастные каналы рабочего колеса. Если перед пуском центробежного насоса всасывающий трубопровод 5 и корпус 1 не залиты жидкостью, то разрежения, возникающего в этом случае при вращении колеса, будет недостаточно для подъема жидкости в насос (вследствие зазоров между колесом и корпусом). Поэтому перед пуском центробежного насоса его необходимо залить жидкостью с помощью линии 4. Для того чтобы при этом жидкость не выливалась из насоса, на всасывающем трубопроводе устанавливают обратный клапан 6. Герметизация насоса осуществляется с помощью сальника 10.

Рисунок 2.11 – Центробежный насос: 1 – корпус, 2 – рабочее колесо; 3 – лопатки; 4 – линия для залива насоса перед пуском; 5 – всасывающий трубопровод, 6 – обратный клапан; 7 – фильтр; 8 – нагнетательный трубопровод; 9 – вал; 10 – сальник.

В осевых (пропеллерных) насосах (рисунок 2.12) рабочее колесо 1 с лопатками винтового профиля при вращении в корпусе 2 сообщает жидкости движение в осевом направлении. При этом поток несколько закручивается. Для пре37

образования вращательного движения жидкости на выходе из колеса в поступательное в корпусе 2 устанавливают направляющий аппарат 3.

Рисунок 2.12 – Осевой (пропеллерный) насос. Центробежные и осевые насосы обеспечивают плавную и непрерывную подачу перекачиваемой жидкости при достаточно высоких значениях коэффициента полезного действия. Относительно простое устройство обеспечивает их высокую надежность и достаточную долговечность. Отсутствие поверхностей трения, клапанов создает возможности для перекачивания загрязненных жидкостей. В вихревых насосах (рисунок 2.13) рабочее колесо представляет собой плоский диск с короткими радиальными прямолинейными лопатками 2, расположенными на периферии колеса. В корпусе 9 имеется кольцевая полость 4. Зазор между колесом и корпусом достаточно мал, что предотвращает переток жидкости из полости нагнетания в полость всасывания. При вращении рабочего колеса жидкость, находящаяся в межлопастных каналах 3, увлекается лопатками и одновременно под воздействием центробежной силы завихряется.

Рисунок 2.13 – Вихревой насос: 1 – рабочее колесо; 2 – лопатка; 3 – межлопастные каналы; 4 – кольцевой отвод; 5 и 6 – соответственно всасывающий и нагнетательный патрубки; 7 – разделитель потоков; 8 – вал рабочего колеса; 9 – корпус.

38

При этом один и тот же объем жидкости на участке от входа в кольцевую полость до выхода из нее, многократно попадает в межлопастные каналы, где каждый раз получает дополнительное приращение энергии, а, следовательно, и напора. Поэтому напор вихревых насосов в два-четыре раза больше, чем центробежных, при одном и том же диаметре колеса, т.е. при одной и той же угловой скорости. К достоинствам вихревых насосов следует отнести также простоту устройства и отсутствие необходимости заливки линии всасывания и корпуса перед каждым пуском насоса, т.к. эти насосы обладают самовсасывающей способностью. В струйных насосах (рисунок 2.14) рабочая жидкость (обычно вода или водяной пар) с большой скоростью из сопла 1 поступает в камеру смешения 2. При этом за счет поверхностного трения в камере смешения создается разрежение, достаточное для подъема жидкости из перекачиваемого резервуара в насос. Засасываемая жидкость быстро смешивается с рабочей, и смесь поступает вначале в конфузор 3, в котором скорость движения смеси плавно увеличивается, достигая в горловине 4 максимального значения. В диффузоре 5 скорость потока уменьшается, и кинетическая энергия движения переходит в потенциальную энергию давления, вследствие чего смесь поступает в нагнетательный трубопровод под напором.

Рисунок 2.14 – Струйный насос. I – рабочее тело (вода или пар); II – перекачиваемая жидкость; III – смесь.

Струйные насосы подразделяют на инжекторы (нагнетательные) и эжекторы (всасывающие). К достоинствам струйных насосов относятся простота устройства и отсутствие движущихся частей, а их недостаток – низкий коэффициент полезного действия (0,1 - 0,25). Струйные насосы можно применять только в том случае, если допустимы смешение рабочей и перекачиваемой жидкостей и низкий напор. Воздушные (газовые) подъемники (рисунок 2.15) насосы чаще называют эрлифтами или газлифтами. Они состоят из вертикальной подъемной трубы 3, погруженной под уровень перекачиваемой жидкости, линии 1 подачи газа (обычно воздуха) с распределителем (барботером) 2, с помощью которого газ в виде пузырьков поступает в трубу 3. Плотность образующейся при этом газожидкостной смеси ρсм значительно меньше плотности жидкости ρж, в результате чего смесь поднимается по трубе 3 над уровнем жидкости на высоту Нг. На 39

выходе из трубы при ударе об отбойник 4 газожидкостная смесь разделяется: воздух выделяется, а осветленная жидкость поступает в сборник 5. Газлифты применяют для подъема жидкостей из глубоких скважин, а также для взаимодействия газов и жидкости при ее интенсивной циркуляции в проведении ряда химико-технологических процессов. К достоинствам газлифтов следует отнести простоту их устройства, отсутствие движущихся частей, возможность подачи загрязненных жидкостей. Однако коэффициент полезного действия газлифтовых установок очень низок и составляет 0,15 – 0,2. При нормальной работе внутренний объем насосов полностью заполнен жидкостью и поэтому горючие смеси внутри насосов образоваться не могут. Пожарная опасность при эксплуатации насосов может возникнуть случаях появления неисправностей и повреждений в насосах, а также в периоды остановки насосов на ремонт. Неисправности и повреждения насоса в виде нарушения герметичности уплотнений или разрушения деталей могут быть вследствие вибрации, трения, износа, коррозии, ослабления соединений, перекоса валов, перегрева подшипников и т.д. Следствием неисправностей и повреждений может быть выход горючей жидкости в помещение насосной.

Рисунок 2.15 – Воздушный подъемник (эрлифт). Герметизация вала рабочего колеса центробежного насоса осуществляется чаще всего с помощью сальниковых уплотнений. Создать абсолютную герметичность сальников очень трудно. Из-за их износа и потери эластичности просачивание жидкости увеличивается. Для уменьшения утечки при перекачке горючих жидкостей применяют насосы с торцовыми уплотнениями. Устройство торцового уплотнения приводится на рисунке 2.16. Торцовое уплотнение представляет собой герметизирующее устройство, в котором герметичность достигается за счет плотного соприкосновения тщательно отшлифованных торцовых поверхностей неподвижной и вращающейся втулок. Торцовые уплотне40

ния обладают рядом преимуществ перед сальниковыми, т.к. в них малая утечка перекачиваемой жидкости и они способны создавать надежную герметичность вала при более высоких давлениях перекачиваемой жидкости; эти устройства не требуют систематического обслуживания, связанного с подтяжкой и регулированием.

Рисунок 2.16 – Схема торцового уплотнения: 1 – пружина; 2 – устройство передачи крутящего момента от вала к втулке; 3,6 – уплотняющий элемент; 4 – вращающаяся втулка; 5 – неподвижная втулка; 7 – стопор; 8 – вал колеса

2.2.3 Требования пожарной безопасности процессов перемещения горючих жидкостей Специфические требования пожарной безопасности для процессов перемещения горючих жидкостей (регламентируют [25, 26, 27]): - для перекачки горючих жидкостей следует применять бессальниковые насосы, а также насосы с торцовыми уплотнениями; - насосы по перекачке горючих жидкостей по возможности необходимо размещать на открытых площадках; - для ограничения растекания горючей жидкости, вокруг мест установки насосов, необходимо устраивать бортики высотой не менее 0,15 м; - со стороны нагнетания на всасывание и предохранительных клапанов на поршневых, шестеренных и винтовых насосах необходимо устраивать перепускные линии; - насосы должны иметь дистанционный пуск и отключение, размещаемые на безопасном расстоянии; - запорные устройства насосов, транспортирующих горючие жидкости должны располагаться, как в помещении, так и снаружи здания; - должен осуществляться контроль герметичности уплотнений; не допускается эксплуатация насосов с утечкой жидкостей через сальники; - для исключения вибраций насосы должны тщательно регулироваться и устанавливаться на фундаменты, отделенные от фундаментов здания; - должна контролироваться температура подшипников, подшипники 41

насосов должны своевременно смазываться; - насосы должны быть оснащены сигнализацией о нарушении параметров работы, влияющих на их безопасность. 2.3 Пожарная безопасность процессов транспортирования горючих газов Для сжатия и транспортирования газов применяют специальные машины, называемые компрессорами. Основными параметрами, характеризующими работу компрессора, являются производительность (Q), начальное (р1) и конечное (р2) давления, степень сжатия (c = p2/p1), мощность на валу компрессора (N). В зависимости от значения степени сжатия компрессионные машины подразделяют на вентиляторы, газодувки, компрессоры. Вентиляторы - это машины со степенью сжатия с < 1,15, которые применяются для транспортирования больших количеств газов при низких давлениях. Газодувки (1,15 < с < 3,0) применяются для транспортирования значительных количеств газов при существенных гидравлических сопротивлениях системы, в которой перемещается газ. Компрессоры (с > 3,0) применяются для создания высоких давлений. В зависимости от создаваемого рабочего давления все компрессоры делятся: на вакуумные (начальное давление газа ниже атмосферного), низкого (конечное давление газа 0,115 - 1,0 МПа), высокого (конечное давление 10 - 100 МПа) и сверхвысокого (конечное давление свыше 100 МПа) давления. По принципу сжатия компрессоры подразделяют на объемные и динамические. В объемных компрессорах сжатие происходит в результате периодического уменьшения объема, занимаемого газом. Их подразделяют на поршневые, мембранные и роторные. В динамических компрессорах сжатие происходит в результате непрерывного создания ускорений в потоке газа. Наибольшее распространение в группе объемных компрессоров получили поршневые и роторные компрессоры. Работа этих машин выполняется путем всасывания и вытеснения газовых сред твердыми телами – поршнями, пластинами, зубцами, движущимися в цилиндрах и корпусах специальных форм. Поршневые компрессоры по числу ступеней сжатия делят на одноступенчатые, двухступенчатые и многоступенчатые, а по характеру действия – на компрессоры простого (одинарного) и двойного действия. В поршневых компрессорах простого действия (рисунок 2.17, а) за один двойной ход поршня происходит одно всасывание и одно нагнетание, а в компрессорах двойного действия (рисунок 2.17, б) – два всасывания и два нагнетания. Одноступенчатые компрессоры изготовляют горизонтальными и вертикальными. Горизонтальные компрессоры обычно являются машинами двойного действия, а вертикальные – простого действия. В одноступенчатом горизонтальном компрессоре простого действия (рисунок 2.17, а) поршень 2 передвигается в цилиндре 1. С одной стороны ци42

линдр закрыт крышкой, имеющей всасывающий 3 и нагнетательный 4 клапаны. Поршень соединен непосредственно с шатуном 5 и кривошипом 6, на валу которого установлен маховик 7. При ходе поршня слева направо в пространстве между крышкой цилиндра и поршнем создается разрежение. Под действием разности давлений во всасывающей линии и цилиндре открывается клапан 3, и газ поступает в цилиндр. При ходе поршня справа налево всасывающий клапан закрывается, а находящийся в цилиндре газ сжимается поршнем до определенного давления р2, при котором открывается клапан 4, и газ выталкивается в нагнетательную линию. После этого цикл повторяется снова.

Рисунок 2.17 – Поршневые компрессоры простого действия: а – одноцилиндровый простого действия; б – одноцилиндровый двойного действия; в – двухцилиндровый простого действия.

В одноступенчатом компрессоре двойного действия (рисунок 2.17, б) имеется два всасывающих 3 и два нагнетательных 4 клапана. Устройство таких компрессоров сложнее, но производительность их практически в два раза больше, чем компрессоров простого действия (при одинаковых массе и занимаемой площади). Для охлаждения сжатого газа цилиндр, а иногда и крышки компрессоров снабжают водяными рубашками. Для увеличения производительности рассмотренных компрессоров их изготовляют многоцилиндровыми. На рисунке 2.17, (в) представлен компрессор с двумя цилиндрами, по существу являющийся сдвоенным компрессором простого действия с приводом от одного коленчатого вала и кривошипами, сдвинутыми друг относительно друга на угол 90 или 180°. Наряду с поршневыми компрессорами применяются роторные компрессоры одной из разновидностью которых являются компрессоры пластинчатого (шиберного) типа. Общее устройство такого компрессора представлено на рисунке 2.18. При вращении массивного ротора 2, в продольных пазах (прорезях) 43

4 которого могут свободно перемещаться пластины 3, газ захватывается в межлопастные пространства, переносится от всасывающего патрубка 5 к нагнетательному 6 и вытесняется в трубопровод.

Рисунок 2.18 – Роторный компрессор пластинчатого (шиберного) типа. В компрессорах с двухлопастными роторами (рисунок 2.19) на двух параллельных валах в корпусе 1 вращаются два ротора 2. Один из них приводится во вращение от электродвигателя, второй связан с зубчатой передачей, передаточное число которой равно единице. Роторы 2 плотно прилегают друг к другу и к стенкам корпуса 1, образуя две разобщенные камеры, в одной из которых происходит всасывание через патрубок 5, а в другой – нагнетание через патрубок 4, при поступлении в который газ сжимается и выталкивается в напорный трубопровод. Роторные компрессоры применяют при средних производительностях (до 5000 – 6000 м3/ч) и избыточном давлении до 1,0 МПа.

Рисунок 2.19 – Ротационный компрессор (газодувка) с двухлопастными роторами. К динамическим относятся центробежные, осевые и струйные компрессоры. Основными типами их являются вентиляторы, турбогазодувки и турбокомпрессоры. Центробежные компрессоры по принципу действия и характеристикам аналогичны центробежным насосам. В спиралевидном корпусе 1 центробежного вентилятора низкого давления (рисунок 2.20) вращается рабочее 44

колесо 2 с большим числом лопаток. Газ поступает по оси колеса через всасывающий патрубок 3, захватывается лопатками и выбрасывается из корпуса через нагнетательный патрубок 4. Рабочие колеса вентиляторов среднего и высокого давления имеют относительно большую ширину, лопатки их загнуты вперед.

Рисунок 2.20 – Центробежный вентилятор. Одноступенчатые турбогазодувки (рисунок 2.21) являются разновидностью вентиляторов высокого давления. В спиралевидном корпусе 1 вращается колесо 2 с лопатками внутри направляющего аппарата 3, в котором кинетическая энергия газа преобразуется в потенциальную энергию давления. Газ в турбогазодувку поступает через всасывающий патрубок 4, сжатый газ выходит через нагнетательный патрубок 5. В многоступенчатых турбогазодувках на валу устанавливают несколько колес с лопатками (обычно 3 – 4). Диаметры колес в многоступенчатой турбогазодувке постоянны, но ширина их снижается в направлении от первого колеса к последнему. Этим достигается возможность сжатия в каждой последующей ступени без изменения числа оборотов вала и формы лопаток рабочих колес. Степень сжатия в турбогазодувках не превышает 3 – 3,5.

Рисунок 2.21 – Турбогазодувка. 45

Турбокомпрессоры по устройству аналогичны турбогазодувкам, но создают более высокие степени сжатия. В них устанавливают большее число колес, чем в турбогазодувках, причем колеса имеют разный диаметр. Часто рабочие колеса турбокомпрессоров секционируют и располагают их в двух или трех корпусах. В пределах каждого корпуса колеса имеют одинаковый диаметр, но разную ширину. При сжатии ГГ взрывопожароопасные концентрации внутри компрессора не образуются, а могут возникнуть, если по каким-либо причинам внутрь компрессора поступит окислитель в количестве достаточном для разбавления газа до концентрационных пределов распространения пламени. Поступление окислителя (воздуха) в компрессор может произойти, когда образуются неплотности на стороне всасывания при давлении ниже атмосферного, если по какойлибо причине ликвидируется подпор со стороны всасывания. При незначительных неплотностях компрессора количество подсасываемого воздуха мало, поэтому опасность разбавления до взрывопожароопасных концентраций реальна лишь для газов с высоким верхним концентрационным пределом распространения пламени (водород, ацетилен). Наибольшая опасность возникает при подсосе концентрированного окислителя (кислорода) в процессе сжатия ГГ. Характерными источниками зажигания в компрессорах являются: тепловое проявление механической энергии (тепло удара, тепло трения, тепло сжатия); тепловое проявление электрической энергии (короткое замыкание, большое переходное сопротивление, перегрузка, искрение); тепловое проявление химической энергии (самовозгорание пропитанных маслом волокнистых материалов). Пожарную опасность представляют и воздушные компрессоры. Пожарная опасность их заключается в том, что внутри машин может образоваться горючая среда, т.к. там есть окислитель (воздух) и горючее вещество (смазочное масло). Основная причина взрывов воздушных компрессоров связана с самовозгоранием нагара масляных отложений, которые образуются в результате испарения, последующей конденсации и оседания в коммуникациях масел, применяемых для смазки цилиндров и механизмов движения. 2.3.1 Требования пожарной безопасности для процессов перемещения горючих газов Специфические требования пожарной безопасности для процессов перемещения ГГ (регламентируют [25, 30, 31]): - для компремирования и перемещения ГГ предусматриваются преимущественно центробежные компрессоры (в обоснованных случаях допускается применение поршневых или других типов компрессоров); - для защиты против опасных вибраций компрессоры устанавливают на отдельные фундаменты, отделенные от фундаментов и других конструкций здания; - допустимые значения скоростей, давлений, температур перемещаемых горючих продуктов устанавливаются разработчиком процесса и технологиче46

ского регламента с учетом взрывоопасных характеристик, физико-химических свойств транспортируемых веществ; - для компрессоров, перемещающих горючие продукты, должно предусматриваться их дистанционное отключение; - выбор конструкции и конструкционных материалов, уплотнительных устройств осуществляется в зависимости от свойств перемещаемой среды и требований действующих нормативных документов; - системы смазки механизма движения цилиндров и сальников должны иметь исправные блокировки по остановке двигателя компрессора при падении давления в системе смазки ниже допустимого; - для отделения жидкой фазы от перемещаемой газовой среды на всасывающей линии компрессора устанавливается сепаратор; - всасывающие линии компрессоров должны находиться под избыточным давлением. При работе этих линий под разрежением необходимо предусматривать контроль за содержанием кислорода в ГГ, а также подачу инертного газа в эти линии в случае повышения содержания кислорода в ГГ выше предельно допустимого значения и отключение привода компрессора. 2.4 Пожарная безопасность процессов хранения горючих газов В промышленных условиях ГГ хранят в газгольдерах, резервуарах и баллонах. Газгольдер – это инженерное сооружение, предназначенное для хранения, регулирования подачи газов в систему газоснабжения, в технологическое оборудование, а также для смешивания газов различных концентраций или составов. В зависимости от применяемого давления газгольдеры подразделяются на два класса: низкого (до 0,07 МПа) и высокого (от 0,07 до 3 МПа) давления. Газгольдеры низкого давления, как правило, являются газгольдерами постоянного давления и по своим технологическим и конструктивным особенностям могут быть подразделены на две группы: мокрые и сухие. Сухие газгольдеры могут быть переменного и постоянного объема. Сухие газгольдеры переменного объема сложны в эксплуатации, а также характеризуются повышенной пожарной опасностью, что ограничивает их применение. Мокрые газгольдеры по конструкции могут быть однозвеньевыми и многозвеньевыми. Однозвеньевой мокрый газгольдер (рисунок 2.22) состоит из неподвижного резервуара 2 наполненного водой, в котором установлен колокол (опрокинутый стакан) 3. Газ, расход которого регулируется задвижками 8, под колокол подается и отбирается из него по газопроводам 1, 7. При наполнении газгольдера колокол поднимается, а при опорожнении – опускается. Ролики 4 при этом скользят по направляющим шинам и устраняют качение и перекос колокола. Для защиты от поражений молнией предусматривается обеспечение газгольдеров молниезащитным устройством - 5. Многозвеньевые мокрые газгольдеры (рисунок 2.23) кроме колокола, имеет звенья (телескопы). В результате давления газа колокол поднимается и 47

тянет за собой телескопы, находящиеся в зацеплении с желобами. При поднятии колокола и звеньев, желоба заполняются водой и создают гидравлические затворы, обеспечивающие герметичность соединения подвижных элементов газгольдера. Если масса конструкций (колокола и звеньев) недостаточна для создания необходимого давления газа в газгольдере, применяют специальные грузы.

Рисунок 2.22 – Схема однозвенного мокрого газгольдера. Газовые вводы газгольдеров пропускают через специальные камеры, в которых размещают запорную арматуру, гидравлические затворы, задвижки для ручного сброса и предохранительные клапана сброса газа в атмосферу при переполнении газгольдеров, а также узлы управления системой отопления и задвижки трубопроводов негорючего газа для продувки газгольдеров и газовых вводов.

Рисунок 2.23 – Схема трехзвенного мокрого газгольдера: 1 – неподвижный резервуар; 2, 3 – направляющие; 4 – верхние ролики телескопов и колокола; 5 – специальный колпак против образования вакуума; 6 – грузы; 7 – колокол; 8 – нижние ролики телескопов и колокола; 9 – трубопровод.

48

Пожарная опасность газгольдеров заключается в возможности образования горючей среды как внутри газгольдера и его коммуникаций, так и в здании, где установлен газгольдер. Внутри заполненного газом газгольдера образование горючей среды невозможно, т.к. в газгольдере и газопроводах давление всегда выше атмосферного, это исключает проникновение в газгольдер воздуха. Подсос воздуха происходит лишь при вакууме, возникающем в результате полного опорожнения газгольдера, заклинивания колокола, интенсивной принудительной откачке газа в количестве, превышающем его поступление, либо растворение газа в воде при длительном его хранении. Причинами заклинивания колокола являются заклинивание роликов, сильное обледенение стенок газгольдера, а также усиленное потребление газа компрессорами или вентиляторами. Выход газа из газгольдеров в помещение или атмосферу возможен в результате: утечки газа через неплотности швов и гидрозатворы колокола и звеньев; утечки воды из резервуара или гидрозатворов; резкого повышения давления газа, которое может привести к выбросу воды и газа через затворы; наличия неплотностей во фланцевых соединениях и сальниках запорной арматуры; переполнения газгольдеров ГГ при неисправности систем автоматической блокировки для отключения установок нагнетания газа; сильных перекосов и заклинивания колокола и звеньев, которые приводят к одностороннему обнажению затворов. Причинами перекоса колокола могут быть неравномерная осадка фундамента, деформация колокола и телескопов, неравномерное расположение грузов, быстрое наполнение или опорожнение газгольдера, замерзание гидрозатворов или стенок газгольдера, заедание роликов при их движении по направляющим. Утечки газа могут происходить также при повышении давления в момент включения отдельных звеньев, т.к. начальный сдвиг с места колокола и звеньев требует большого добавочного усилия. Эти толчки увеличиваются при неточном монтаже роликов, плохой смазке и заедании их, при быстром наполнении газгольдера и перекосах. Взрывы и пожары газгольдеров могут происходить в момент их ремонта и в период пуска после ремонта (включение газгольдера в сеть и наполнение его газом). Горючая среда может образоваться при неполном удалении газа из системы, отсутствии или недостаточном времени продувки, негерметичном отключении коммуникаций от газгольдера. Основными источниками зажигания в газгольдерах могут быть: - искры механического происхождения, высекаемые при ударах подвижных частей газгольдеров об их неподвижные части, а также при проведении профилактических и ремонтных работ; - самовозгорание сульфидов железа образованных на стенках газгольдера; - разряды атмосферного и статического электричества; - сварочные и другие огневые ремонтные работы. Распространение пожара в газгольдерах происходит по парогазовоздушному облаку и характеризуется высокой скоростью развития по площади, скоротечностью процессов разрушения технологического оборудования, истечением ГГ, 49

значительным тепловым излучением и загазованностью прилегающей территории. Для хранения сжиженных горючих газов (далее – СГГ) применяют горизонтальные цилиндрические или шаровые резервуары (рисунок 2.24). Внутри резервуаров горючие концентрации не образуются из-за отсутствия воздуха, т.к. весь их свободный объем заполнен СГГ, находящимся под избыточным давлением. Горючие смеси ГГ с воздухом могут образоваться только при постановке резервуаров на ремонт и их первоначальном пуске.

Рисунок 2.24 – Резервуары для хранения сжиженных горючих газов: а – цилиндрический горизонтальный; б – сферический.

Основной опасностью является выход ГГ через неплотности и повреждения в резервуарах. При выходе наружу СГГ интенсивно испаряются и загазовывают большие территории. СГГ тяжелее воздуха, поэтому их пары скапливаются в низких местах, растекаются по земле в направлении ветра, образуя зоны взрывоопасных концентраций. СГГ имеют повышенную способность к электризации. Повреждения резервуаров СГГ наиболее часто происходят в результате образования повышенных давлений, вакуума и коррозии. Причинами повышения давления выше допустимых пределов в резервуарах СГГ могут являться их переполнение СГГ, неисправности предохранительных клапанов, нагревание корпуса резервуаров (теплотой пожара соседних установок, солнечными лучами и т.д.), заполнение более летучим газом, на который резервуар не рассчитан, образование льда и кристаллогидратов на дне резервуаров или в трубопроводах. Из всех резервуаров СГГ наименьшую опасность представляют изотермические низкотемпературные резервуары, в которых давление газа немного отличается от атмосферного. Однако нарушение их температурного режима может приводить к повышению давления и их повреждению. Источниками зажигания при хранении СГГ могут быть искры при разрядах статического или атмосферного электричества, использовании стального искрообразующего инструмента, неисправности электрооборудования, самовозгорании пирофорных соединений, открытый огонь. Распространение пожара в местах хранения СГГ происходит по парогазовоздушному облаку, поверхности разлившегося СГГ, трубопроводам промыш50

ленной канализации, через дверные, оконные и технологические проемы компрессорных и насосных. Пожары, возникающие на складах СГГ, характеризуются высокой скоростью развития по площади, скоротечностью процессов разрушения технологического оборудования, истечением больших количеств СГГ и загазованностью прилегающей территории. В баллонах газ может находиться в сжатом, сжиженном или растворенном состояниях и храниться под различным давлением. Так, сжатые газы (азот, водород, кислород, метан, окись углерода) хранят под давлением 15 МПа, сжиженные газы (углекислый газ, аммиак, хлор, пропан, пропилен, бутан, бутилен, природный сжиженный газ) – под давлением 0,65-12,5 МПа, в растворенном состоянии (ацетилен) под давлением 1,6 МПа. Баллон (рисунок 2.25) представляет собой вертикальный цилиндрический сосуд со сферическими днищами, состоящий из корпуса, днища с башмаком, горловины с обоймой, предохранительного колпака, вентиля с редуктором или регулятором давления и штуцера.

Рисунок 2.25 – Схема устройства баллона для газа: 1 – корпус; 2 – днище; 3 – башмак; 4 – горловина; 5 – обойма.

Сортамент баллонов по емкости, давлению и геометрическим параметрам охватывает более 500 типоразмеров, в том числе 125 типоразмеров малых и среднелитражных баллонов. Малолитражные баллоны выпускаются емкостью от 0,4 до 12 л и рассчитаны на давление 10, 15, 20 МПа, среднелитражные емкостью от 20 до 55 л на те же давления и крупнолитражные - емкостью от 80 до 500 л, рассчитанные на давление 10, 15, 20, 32 и 40 МПа. Пожарная опасность хранилищ баллонов характеризуется пожароопасными свойствами газов, хранящихся в баллонах, высокими давлениями газа, количеством баллонов, заполненных газами, возможностью создания горючих концентраций при утечках ГГ из баллонов и возможностью взрывов баллонов. Утечки газов из баллонов происходят при повреждении баллонов в результате их 51

переполнения, динамических воздействий, конструктивных дефектов, а также при неисправности вентилей. Обычно баллоны взрываются при отсутствии внутри их взрывоопасной концентрации, причем опасность взрыва не исключается, даже при хранении негорючих газов. Взрывы баллонов вызываются недоброкачественностью металла, коррозией, ударами (падение баллонов, удары их друг о друга), действием высоких и низких температур, а также самовоспламенением и электризацией газа. Источниками зажигания в местах хранения баллонов могут быть искры при ударах металла о металл, искры и теплота при неисправности электрооборудования, открытый огонь (применение паяльных ламп, курение и т.п.). Распространение возникшего пожара в местах хранения баллонов с газом происходит по газовоздушному облаку и характеризуется высокой скоростью развития по площади, скоротечностью процессов разрушения баллонов с газом, истечением большого количества ГГ, значительной тепловой радиацией и загазованностью прилегающей территории. 2.4.1 Требования пожарной безопасности при хранении горючих газов Специфические требования пожарной безопасности при хранении ГГ в газгольдерах (регламентируют [25]): - на газгольдерах должна обеспечиваться и контролироваться не реже двух раз в год герметичность корпуса, колокола, затворов; - средства сигнализации о перекосе колокола газгольдера, минимальном и максимальном количестве газа, а также автоматические устройства, прекращающие подачу газа в газгольдер и из него при достижении предельных значений должны содержаться в исправном состоянии; - верхняя часть газгольдеров, подвергающаяся нагреванию солнечными лучами, должна иметь цветовую окраску с коэффициентом отражения не менее 50%; - ГГ, поступающий в газгольдер должен контролироваться на содержание кислорода; - для предотвращения образования горючих концентраций внутри установки при пуске газгольдера продувают систему газгольдер-газопровод инертными газами; - для защиты от коррозии внутренние и наружные поверхности газгольдеров должны быть окрашены; - все газгольдеры должны быть оборудованы устройством для сброса (при их переполнении) газа в атмосферу или на факел; - контроль уровня воды в гидравлических затворах колокола и в бассейне газгольдера; - в холодное время должен быть обеспечен постоянный обогрев гидравлических затворов и бассейна газгольдеров, расположенных вне зданий. Для обогрева допускается применять только водяной пар; 52

- перед ремонтом газгольдер должен отключаться от системы с помощью заглушек и продут инертным газом. Специфические требования пожарной безопасности при хранении СГГ в резервуарах (регламентируют [25]): - на каждый резервуар с СГГ должна быть составлена технологическая карта, в которой указываются номер резервуара, его назначение, максимальный уровень налива (надземные резервуары должны заполняться сжиженными газами не более чем на 85% геометрического объема, а подземные - 90%), максимальный остаток, скорости наполнения и опорожнения, а также максимальная температура подогрева продукта, если в резервуаре хранится продукт, требующий подогрева; - в процессе эксплуатации резервуаров, емкостей с СГГ должен быть установлен контроль за их герметичностью, состоянием сифонных кранов, прокладок фланцевых соединений, сальниковых уплотнений; - для предотвращения воздействия солнечных лучей, наземные резервуары для хранения СГГ должны быть окрашены светлой краской; - резервуары перед первым заполнением, сжиженным газом должны продуваться инертным газом или парами сжиженного газа; - при освобождении резервуара от газа его необходимо продуть водяным паром или инертным газом до вытеснения всего сжиженного газа; - продувка резервуаров воздухом после опорожнения их от сжиженного газа категорически запрещается, так как при этом может произойти взрыв в результате самовоспламенения образовавшихся на стенках пирофорных отложений; - резервуары для сжиженных газов должны оснащаться указателями уровня жидкости, манометрами, предохранительными клапанами, незамерзающими дренажными клапанами; - на каждом резервуаре должны монтироваться не менее двух предохранительных клапанов. Каждый предохранительный клапан должен иметь отводы со свечой; - запорная и регулирующая аппаратура, устанавливаемая на трубопроводах для сжиженных газов, должна быть стальной. Специфические требования пожарной безопасности при хранении ГГ в баллонах (регламентируют [25]): - баллоны должны рассчитываться и изготовляться по нормативной документации, согласованной в установленном порядке; - на верхней сферической части каждого баллона должны быть выбиты: товарный знак изготовителя, номер баллона, фактическая масса порожнего баллона (кг), дата (месяц, год) изготовления и год следующего освидетельствования, рабочее давление Р, МПа (кгс/см2), пробное гидравлическое давление Рпр, МПа (кгс/см2), вместимость баллонов, л; - наружная поверхность баллонов должна быть окрашена в соответствии с таблицей 2.1; - при эксплуатации баллонов находящийся в них газ запрещается расхо53

довать полностью. Остаточное давление газа в баллоне должно быть не менее 0,05 МПа; - запрещается наполнять газом баллоны, у которых: истек срок назначенного освидетельствования и проверки пористой массы, поврежден корпус баллона, неисправны вентили, отсутствуют надлежащая окраска или надписи, отсутствует избыточное давление газа и установленные клейма; - перемещение баллонов должно производиться на специально приспособленных для этого тележках или при помощи других устройств, транспортировка и хранение баллонов должны производиться с навернутыми колпаками. Таблица 2.1 Окраска и надписи на баллонах со сжатым и сжиженным газом Наименование газа Азот Аммиак Аргон сырой Аргон технический

Окраска баллонов Черная Желтая Черная Черная

Аргон чистый Ацетилен Бутилен Нефтегаз Бутан, Пропан, Метан Водород

Серая Белая Красная Серая Красная

Воздух Гелий Закись азота Кислород Сероводород Сернистый ангидрид Углекислота Фосген Фреон-11 Фреон-12 Фреон-13 Фреон-22 Хлор Циклопропан Этилен Все другие горючие газы Все другие негорючие газы

Темнозеленая Черная Коричневая Серая Голубая Белая Черная Черная Защитная Алюминиевая Алюминиевая Алюминиевая Алюминиевая Защитная Оранжевая Фиолетовая Черная Черная

Текст надписи на баллоне Азот Аммиак Аргон сырой Аргон технический Аргон чистый Ацетилен Бутилен Нефтегаз Бутан, пропан, метан Водород Сжатый воздух Гелий Закись азота Кислород Сероводород Сернистый ангидрид Углекислота Фреон-11 Фреон-12 Фреон-13 Фреон-22 Хлор Циклопропан Этилен Все другие горючие газы Все другие негорючие газы

Цвет надписи на баллоне Желтый Черный Белый Синий

Цвет полосы на баллоне Коричневый Белый Синий

Зеленый Красный Желтый Красный Белый

Зеленый Черный -

Красный

-

Белый Белый Черный Черный Красный Белый

Красный Желтый

Желтый Черный Черный Черный Черный Черный Красный Белый

Красный Синий 2 красные 2 желтые Зеленый -

54

2.5 Пожарная безопасность для процессов хранения горючих жидкостей в резервуарах Для хранения горючих жидкостей применяются металлические, железобетонные и из синтетических материалов резервуары. Резервуар - это стационарный сосуд, предназначенный для хранения газообразных, жидких и других веществ. Наиболее распространены стальные резервуары. В соответствии с требованиями [19] применяются следующие типы стальных резервуаров: - вертикальные цилиндрические со стационарной крышей; - вертикальные цилиндрические с плавающей крышей; - вертикальные цилиндрические с понтоном; - горизонтальные. Резервуары могут устанавливаться подземно или наземно. Резервуары относятся к подземным (заглубленным в грунт или обсыпанным грунтом), если наивысший уровень жидкости в резервуаре ниже не менее чем на 0,2 м низшей планировочной отметки прилегающей площадки (в пределах 3 м от стенки резервуара), а к наземным - если они не удовлетворяют указанным выше условиям. Наибольшее распространение получили вертикальные стальные цилиндрические резервуары с плоскими, коническими и сферическими крышами и плоскими днищами. Общее устройство таких резервуаров приводится на рисунке 2.26.

Рисунок 2.26 – Схема устройства вертикального стального резервуара. Кроме вертикальных стальных цилиндрических резервуаров с плоскими, коническими и сферическими крышами и плоскими днищами применяют вертикальные стальные резервуары с плавающей крышей (рисунок 2.27) и понтоном (рисунок 2.28).

55

Рис. 2.27 – Схема устройства с плавающей крышей: 1 – стенка; 2 – опорные стойки; 3 – плавающая крыша; 4 – направляющие; 5 – маршевая лестница; 6 – катучая лестница.

Рис. 2.28 – Схема устройства резервуара с понтоном: 1 – маршевая лестница; 2 – кровля; 3 – понтон; 4 – опорные стойки; 5 – центральная стойка; 6 – направляющая; 7 – стенка.

Пожарная опасность резервуаров определяется пожароопасными свойствами хранимых горючих жидкостей, их значительными объемами, возможностью образования парогазовоздушного облака во время больших и малых «дыханий». Оценку горючести паровоздушной смеси в газовом пространстве резервуаров в зависимости от условий их эксплуатации производят по температурным либо концентрационным пределам распространения пламени горючих жидкостей, хранящихся в резервуаре. Источниками зажигания в резервуарах, при хранении в них горючих жидкостей, могут быть искры при разрядах статического или атмосферного электричества, использовании стального искрообразующего инструмента, неисправности электрооборудования, самовозгорании пирофорных соединений и открытый огонь. Распространение пожара в резервуарах с горючими жидкостями происходит по поверхности разлившейся горючей жидкости, трубопроводам промышленной канализации, технологическим проемам. Пожары, возникающие в резервуарах, характеризуются высокой скоростью развития по площади, скоротечностью процессов разрушения резервуаров, разливом больших количеств горючей жидкости на значительной площади. 2.5.1 Требования пожарной безопасности при хранении горючих жидкостей в резервуарах Специфические требования пожарной безопасности при хранении горючих жидкостей в резервуарах (регламентируют [19, 21, 26]): - в соответствии с проектом на резервуары устанавливается следующее оборудование: дыхательные клапаны; огневые предохранители; диски отражатели; приборы контроля и сигнализации; хлопушки; пеногенераторы; сифонный водоспускной кран; вентиляционные патрубки; люки-лазы; люк световой; люк замерный; приемо-раздаточные патрубки;

56

- дыхательная арматура, установленная на крыше резервуара, должна быть отрегулирована на проектное давление, а правильность ее работы проверена в соответствии с инструкциями по их эксплуатации; - основное оборудование и арматура должны подвергаться профилактическому осмотру в установленные сроки. Результаты осмотра и устраняемые неисправности заносят в журнал. Сроки осмотра: дыхательный клапан – в соответствии с инструкцией завода-изготовителя, но не реже двух раз в месяц в теплое время года и не реже одного раза в 10 дней при отрицательной температуре окружающего воздуха. При температуре окружающего воздуха ниже -30 °С (особенно при хранении нефтепродуктов с положительными температурами); гидравлический (предохранительный) клапан – в соответствии с инструкцией завода-изготовителя, но не реже двух раз в месяц в теплое время года и не реже одного раза в 10 дней при отрицательной температуре окружающего воздуха; огневой предохранитель – при положительной температуре воздуха один раз в месяц, а при отрицательной температуре один раз в 10 дней; пенокамеры и пеногенераторы один раз в месяц; прибор для измерения уровня – в соответствии с инструкцией завода-изготовителя, но не реже одного раза в месяц; - производительность наполнения (опорожнения) резервуара должна строго соответствовать пропускной способности установленных дыхательных и предохранительных клапанов или вентиляционных патрубков. При увеличении производительности наполнения (опорожнения) резервуаров необходимо дыхательную арматуру приводить в соответствие с новыми значениями производительности; - максимальный уровень продукта должен контролироваться сигнализаторами уровня, которых должно быть минимум два; - откос основания должен быть покрыт негорючим материалом; - каждая группа наземных резервуаров должна быть ограждена сплошным земляным валом шириной по верху не менее 0,5 м или стеной рассчитанными на гидростатическое давление разлившейся жидкости. Высота внешнего ограждения группы резервуаров должна быть на 0,2 м выше уровня расчетного объема разлившейся жидкости, но не менее 1 м для резервуаров вместимостью до 10000 м3 и 1,5 м для резервуаров вместимостью 10000 м3 и более; - для снижения пожарной опасности необходимо: обеспечивать полную герметизацию крыши, давление в резервуаре поддерживать равное проектному; максимально заполнять резервуар; окрашивать наружную поверхность резервуара светлыми эмалями и красками; применять теплоизоляцию резервуаров; - очистку резервуаров от пирофорных отложений необходимо проводить согласно графику, утвержденному руководителем предприятия, с соблюдением требований пожарной безопасности при выполнении этих видов работ; - резервуар принимается в эксплуатацию после испытания на герметичность и прочность с полностью установленным оборудованием после внешнего осмотра и проверки соответствия представленной документации и требований проекта.

57

2.6 Пожарная безопасность при хранении твердых горючих материалов Горючие твердые вещества хранят в штабелях и на стеллажах, как в специальных зданиях, помещениях и сооружениях, называемых складскими, так и на открытых площадках, в том числе и под навесами. Неправильное хранение горючих веществ может вызвать пожар и усиливать опасные факторы пожара. Для исключения таких проявлений должна учитываться совместимость хранения веществ и однородность средств тушения. Совместимость хранения определяется свойствами веществ и материалов. Вещества и материалы могут быть совместимыми или несовместимыми друг с другом при хранении. Несовместимыми называются вещества и материалы, взаимодействующие друг с другом с образованием опасных веществ. Однородность средств тушения исключает взаимодействие веществ и материалов с огнетушащими веществами при тушении пожара. Для исключения возможности возникновения пожара при хранении, вещества и материалы разделили на разряды безопасных, малоопасных, опасных и особоопасных. К безопасным относят негорючие вещества и материалы в негорючей упаковке. Эти вещества в условиях пожара не выделяют опасных продуктов разложения. К малоопасным относят горючие и трудногорючие вещества и материалы, которые не относятся к безопасным. К опасным относятся вещества и материалы со свойствами, которые могут привести к взрыву и пожару. К особоопасным относятся опасные вещества и материалы, которые несовместимы с веществами и материалами одной с ними категории. В зависимости от разряда вещества и материала назначаются условия его хранения. 2.6.1 Требования пожарной безопасности при хранении твердых горючих материалов Специфические требования пожарной безопасности при хранении твердых горючих материалов (регламентируют [21]): - в складах вещества и материалы хранят на стеллажах либо в штабелях; - между стеллажами и штабелями должны соблюдаться проходы шириной не менее 0,8 м; - проходы и места штабельного хранения в складах должны быть обозначены на полу ограничительными линиями; - при размещении материалов в складе должна учитываться совместимость хранения и однородность применяемых огнетушащих средств. Хранение веществ и материалов должно осуществляться в соответствии с таблицей 2.2; - несовместимые вещества и материалы должны храниться раздельно; - горючие вещества независимо от агрегатного состояния должны храниться отдельно от окислителей; - безопасные вещества и материалы могут храниться в помещениях или на площадках любого типа. 58

Таблица 2.2 Порядок хранения веществ и материалов Код груп пы 1 1 2

Характеристика веществ группы

2 3 Взрывчатые вещества, которые по своим свойствам 2.1, 2.2, 2.3, 3.3, 4.1, 4.2, 4.3, 5.1, 5.2, могут взрываться, вызвать пожар с взрывчатым дей- 6.1, 7, 8.1, 8.2, 8.3, 9.1, 9.2, 9.3. ствием. Газы сжатые, сжиженные и растворенные под давлением:

2.1

невоспламеняющиеся неядовитые газы;

2.2

ядовитые газы;

2.3

легковоспламеняющиеся газы;

2.4

легковоспламеняющиеся ядовитые газы.

3

3.1 3.2 3.3 4

4.1

4.2 4.3

Группы, с которыми не допускается совместное хранение

Легковоспламеняющиеся жидкости, смеси жидкостей, жидкости, содержащие твердые вещества в растворе или суспензии, которые выделяют легковоспламеняющиеся пары с температурой вспышки в закрытом тигле 61 оС и ниже: легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки в закрытом тигле ниже – 18оС; легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки в закрытом тигле от -18оС до 23оС; легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки в закрытом тигле от 23оС до 61оС включительно. Легковоспламеняющиеся вещества и материалы (кроме взрывчатых), способные во время хранения и перевозки легко загораться от внешних источников воспламенения, в результате трения, поглощения влаги, самопроизвольных химических превращений, при нагревании: легковоспламеняющиеся твердые вещества, способные легко загораться от внешних источников воспламенения и активно гореть; самовоспламеняющиеся вещества, которые в обычных условиях хранения и транспортировки могут самопроизвольно нагреваться и воспламеняться; вещества, выделяющие легковоспламеняющиеся газы при взаимодействии с водой.

1, 2.2, 2.3, 2.4, 3.1, 3.2, 3.3, 4.1, 4.2, 4.3, 5.1, 5.2, 6.1, 7, 8.1, 8.2, 8.3, 9.1, 9.2, 9.3 1, 2.1, 2.3, 3.1, 3.2, 3.3, 4.1, 4.2, 4.3, 5.1, 5.2, 6.1, 7, 8.1, 8.2, 8.3, 9.1, 9.2, 9.3 1, 2.1, 2.2, 2.4, 3.1, 3.2, 3.3, 4.1, 4.2, 4.3, 5.1, 5.2, 6.1, 7, 8.1, 8.2. 8.3, 9.1, 9.2, 9.3 1, 2.1, 2.3, 3.1, 3.2, 3.3, 4.1, 4.2, 4.3, 5.1, 5.2, 6.1, 7, 8.1, 8.2, 8.3, 9.1, 9.2, 9.3.

1, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 4.1, 4.2, 4.3, 5.1, 5.2, 6.1, 7, 8.1, 8.2, 8.3, 9.1, 9.2, 9.3 1, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 4.1, 4.2, 4.3, 5.1, 5.2, 6.1, 7, 8.1, 8.2, 8.3, 9.1, 9.2, 9.3 1, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 4.1, 4.2, 4.3, 5.1, 5.2, 6.1, 7, 8.1, 8.2, 8.3, 9.1, 9.2, 9.3.

1, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 3.1, 3.2, 3.3, 4.2, 4.3, 5.1, 5.2, 6.1, 7, 8.1, 8.2, 8.3, 9.1, 9.2, 9.3 1, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 3.1, 3.2, 3.3, 4.1, 4.3, 5.1, 5.2, 6.1, 7, 8.1, 8.2, 8.3, 9.1, 9.2, 9.3 1, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 3.1, 3.2, 3.3, 4.1, 4.2, 5.1, 5.2, 6.1, 7, 8.1, 8.2, 8.3, 9.1, 9.2, 9.3.

59

Продолжение таблицы 2.2 3

1 5.

2 Окисляющиеся вещества и органические перекиси, которые способны легко выделять кислород, поддерживать горение и при соответствующих условиях в смеси с другими веществами, вызывать самовоспламенение и взрыв:

5.1

окисляющиеся вещества, которые сами не горючи, но способствуют легкой воспламеняемости других веществ и выделяют кислород при горении;

1, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 3.1, 3.2, 3.3, 4.1, 4.2, 4.3, 5.2, 6.1, 7, 8.1, 8.2, 8.3, 9.1, 9.2, 9.3

5.2

органические перекиси и гидроперекиси, которые горючи, могут действовать как окисляющие вещества, опасно взаимодействовать с другими веществами. Ядовитые вещества, способные вызывать смерть, отравление или заболевание при попадании в организм или при соприкосновении с кожей и слизистой оболочкой: ядовитые вещества (чрезвычайно опасные и высокоопасные).

1, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 3.1, 3.2, 3.3, 4.1, 4.2, 4.3, 5.1, 6.1, 7, 8.1, 8.2, 8.3, 9.1, 9.2, 9.3.

6

6.1 7

Радиоактивные вещества (изотопы).

8.

Едкие и коррозионные вещества, которые вызывают повреждения кожи, поражения слизистых оболочек глаз и дыхательных путей, коррозию металлов и повреждения транспортных средств, могут вызвать пожар при взаимодействии с органическими материалами и химическими веществами:

8.1

кислоты;

8.2

щелочи;

8.3

разные едкие и коррозионные вещества.

9 9.1 9.2 9.3

Вещества с относительно низкой опасностью при хранении: твердые и жидкости горючие вещества с температурой вспышки более 61оС; вещества становящиеся едкими и коррозионными в присутствии влаги; слабоядовитые вещества и становящиеся ядовитыми или раздражающими при пожаре или при реакции с другими веществами.

1, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 3.1, 3.2, 3.3, 4.1, 4.2, 4.3, 5.1, 5.2, 7, 8.1, 8.2, 8.3, 9.1, 9.2, 9.3. 1, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 3.1, 3.2, 3.3, 4.1, 4.2, 4.3, 5.1, 5.2, 6.1, 8.1, 8.2, 8.3, 9.1, 9.2, 9.3.

1, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 3.1, 3.2, 3.3, 4.1, 4.2, 4.3, 5.1, 5.2, 6.1, 7, 8.2, 8.3, 9.1, 9.2, 9.3 1, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 3.1, 3.2, 3.3, 4.1, 4.2, 4.3, 5.1, 5.2, 6.1, 7, 8.1, 8.3, 9.1, 9.2, 9.3. 1, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 3.1, 3.2, 3.3, 4.1, 4.2, 4.3, 5.1, 5.2, 6.1, 7, 8.1, 8.2, 9.1, 9.2, 9.3. 1, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 3.1, 3.2, 3.3, 4.1, 4.2, 4.3, 5.1, 5.2, 6.1, 7, 8.1, 8.2, 8.3 1, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 3.1, 3.2, 3.3, 4.1, 4.2, 4.3, 5.1, 5.2, 6.1, 7, 8.1, 8.2, 8.3 1, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 3.1, 3.2, 3.3, 4.1, 4.2, 4.3, 5.1, 5.2, 6.1, 7, 8.1, 8.2, 8.3.

60

2.6 Пожарная безопасность технологических трубопроводов с горючими газами и горючими жидкостями Трубопроводы представляют собой системы, собранные из труб круглого сечения. Для управления работой и обеспечения нормальных условий эксплуатации трубопроводы снабжаются приборами для измерения температуры и давления среды, указателями расхода, запорной, регулирующей, предохранительной арматурой и, при необходимости, компенсаторами. Движение рабочей среды по трубопроводу обеспечивается работой насосов, компрессоров, вентиляторов, вакуум-насосов. В некоторых случаях для перемещения жидкостей используются самотечные трубопроводы, работающие за счет перепада уровней жидкости (сливные линии сливо-наливных эстакад, аварийные сливы, производственная канализация). В зависимости от условного давления технологические трубопроводы подразделяются на трубопроводы низкого (до 10 МПа) и высокого (более 10 МПа) давления. Пожарная опасность трубопроводов с ГГ и горючими жидкостями, работающих под давлением, обусловлена возможностью выхода горючих продуктов наружу из-за образования неплотностей и повреждений. Причинами образования неплотностей и повреждений могут быть: повышение давления в трубах сверх допустимых значений; коррозия материала труб продуктами и внешней средой; температурные деформации; вибрация и гидравлический удар. Кроме того, причинами появления неплотностей и повреждений являются неправильная подготовка трубопроводов к ремонту и пуску после ремонта: разъединение фланцев и снятие заглушек на трубопроводах с продуктами под давлением; отсутствие или неплотная установка заглушек; оставление дренажных устройств в открытом состоянии. Самыми опасными участками утечек в трубопроводах являются фланцевые соединения. При прокладке трубопроводов в каналах (технологических лотках) создаются условия для скрытого растекания горючих жидкостей и газов и быстрого распространения огня при пожаре. 2.6.1. Требования пожарной безопасности при эксплуатации технологических трубопроводов с горючими газами и горючими жидкостями Специфические требования пожарной безопасности при эксплуатации технологических трубопроводов с ГГ и горючими жидкостями (регламентируют [25, 27]): - прокладку технологических трубопроводов для перемещения ГГ и горючих жидкостей на территории объектов следует предусматривать наземным или надземным способом с размещением на эстакадах, этажерках, стойках, опорах, выполненных из негорючих материалов. Не допускается прокладка кабелей и трубопроводов систем противопожарной защиты совместно с указанными трубопроводами; 61

- технологические трубопроводы с ГГ и горючими жидкостями, соединяющие технологический блок (установку, цех) с межцеховыми трубопроводами, должны иметь отключающие устройства на входе и выходе из блока (установки, цеха); - с целью ликвидации высоких температурных напряжений в трубопроводе рекомендуется их самокомпенсация за счет устройства поворотов, изгибов, подвижных опор. Если это оказывается недостаточным, применяют компенсаторы (линзовые, лирообразные, сальниковые); - для уменьшения опасных вибраций трубопровода следует устанавливать буферные и акустические емкости непосредственно у источника пульсирующего давления (поршневого насоса, поршневого компрессора) или вблизи от него, а также уменьшать до минимума число поворотов трубопровода. Вибрирующие участки не должны иметь жесткого крепления к конструкциям здания; - в каналах необходимо предусматривать через каждые 80 м гравийные отсыпки (перемычки) длиной не менее 4 м с уклоном к специальным колодцам, присоединяемым к промышленной канализации через гидравлический затвор; - газопроводы, в которых возможно образование и скопление конденсата, должны оборудоваться отводными устройствами, которые защищаются от замерзания. Для выпуска газов из трубопроводов с горючими жидкостями предусматриваются продувочные трубки. Для продувки трубопроводов инертным газом или паром перед ремонтом предусматриваются продувочные штуцеры; - при прокладке трубопроводов сквозь обвалование резервуаров с горючими жидкостями в месте прохода труб должна обеспечиваться герметичность; - не допускается прокладка транзитных трубопроводов с ГГ и горючими жидкостями над и под наружными установками, зданиями, а также через них. Запрещена прокладка трубопроводов с горючими веществами через бытовые и административные помещения, электропомещения, помещения управления технологическими процессами, вентиляционные камеры и другие помещения аналогичного назначения; - при подключении нескольких аппаратов к общему коллектору необходимо предусматривать отключающие устройства на каждом трубопроводеотводе к аппарату; - прокладка технологических трубопроводов с ГГ, газовым конденсатом, горючими жидкостями допускается через стены, разделяющие смежные взрывопожароопасные помещения, только в особых случаях, вызванных требованиями технологического процесса, и при обосновании. В местах прохода через стены трубопроводы должны иметь герметизирующие устройства, выполненные из негорючих материалов и обеспечивающие возможность горизонтального перемещения трубопроводов. На трубопроводах со стороны ввода должна быть установлена отключающая арматура; - в закрытых лотках и тоннелях, где имеются трубопроводы с ГГ и горючими жидкостями, необходимо устанавливать газоанализаторы; - не допускаются к применению для перемещения ГГ и горючих жидко62

стей трубопроводы, выполненные из стекла и других хрупких материалов, а также надземные трубопроводы из горючих и трудногорючих материалов (фторопласт, полиэтилен, винипласт и др.); - при проектировании трасс технологических трубопроводов следует по возможности предусматривать минимальное количество разъемных соединений; - необходимо до минимума сокращать количество фланцевых соединений, соединяя трубы сваркой. Следует правильно выбирать материал для уплотнительных прокладок, контролировать герметичность фланцев; - не допускается располагать фланцевые соединения над рабочими площадками и местами, предназначенными для прохода людей и проезда транспорта; - в качестве прокладочных материалов для фланцевых соединений необходимо применять материалы, устойчивые к перемещаемым средам и отвечающие параметрам ведения технологического процесса; - следует предусматривать защищенную от разрушения теплоизоляцию технологических трубопроводов, выполняемую из негорючих материалов, а также защиту трубопроводов от коррозии, вторичных проявлений молнии и статического электричества; - над технологическими трубопроводами с горючими продуктами, проложенными под линиями электропередач, необходимо предусматривать защитные устройства, выполненные из негорючих материалов. Защитные устройства должны выступать за крайние провода линии электропередач не менее чем на 5 м; - в производственных цехах и на отдельных установках должны быть вывешены схемы трубопроводов с указанием расположения задвижек, которыми отключают поступление продукта при пожаре. Вопросы для самопроверки. 1. Назовите способы перемещения горючих жидкостей и СГГ. Виды насосов и приводов к ним. 2. Перечислите причины утечек горючих жидкостей из насосов. 3. Назовите меры безопасности, направленные на предотвращение выхода горючих жидкостей и СГГ из насосов. 4. Перечислите типы компрессоров для сжатия газов и приводов к ним. 5. Приведите классификацию компрессоров по степени сжатия и величине создаваемого ими давления. 6. Назовите причины образования горючих концентраций внутри компрессоров для сжатия ГГ при их эксплуатации. Меры пожарной безопасности. 7. Перечислите причины выхода ГГ при эксплуатации компрессоров для их сжатия. 8. Назовите источники зажигания в компрессорах и меры по их предотвращению.

63

9. Нарисуйте схемы устройства ленточного транспортера и элеватора (нории), объясните их работу. 10. Охарактеризуйте пожарную опасность транспортеров для перемещения горючих измельченных материалов. 11. Назовите требования пожарной безопасности при эксплуатации транспортеров. 12. Нарисуйте схему устройства пневмотранспорта, работающего под разрежением (избыточным давлением), объясните их работу. 13. Назовите причину образования горючих концентраций в системах пневмотранспорта. 14. Перечислите источники зажигания и назовите пути распространения пожара в системах пневмотранспорта. 15. Назовите требования пожарной безопасности, обеспечивающие безопасную работу систем пневмотранспорта. 16. Охарактеризуйте пожарную опасность технологических трубопроводов: причины повреждения, источники зажигания и пути распространения пожара. 17. Назовите требования пожарной безопасности при устройстве и эксплуатации трубопроводов.

64

ГЛАВА 3 ПОЖАРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ПРОЦЕССОВ НАГРЕВАНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ ВЕЩЕСТВ И МАТЕРИАЛОВ Проведение многих технологических процессов, осуществляемых в аппаратах, часто бывает связано с необходимостью подвода или отвода теплоты. Процессы подвода (отвода) теплоты называются тепловыми и являются одними из наиболее распространенных процессов в промышленности и сельском хозяйстве. Нагревание необходимо для ускорения химических реакций, концентрирования (выпаривания) растворов, перегонки, сушки и других процессов. Охлаждение применяется для конденсации паров, кристаллизации, разделения газовых смесей, сжижения газов и других процессах. Для нагревания веществ и материалов могут использоваться как прямые источники тепла, так и промежуточные теплоносители. В качестве прямых источников тепловой энергии на предприятиях используют топочные (дымовые) газы. Косвенный нагрев производят с использованием теплоносителей, к которым относятся: горячая вода; водяной пар; горячий воздух; топочные газы; высокотемпературные теплоносители; горячие продукты производства. Теплоноситель, должен обеспечивать достаточно высокую интенсивность теплопередачи. Поэтому он должен обладать высокими значениями плотности, теплоемкости и теплоты парообразования, низкой вязкостью. Теплоноситель отдает избыточное тепло и сам при этом охлаждается. Подвод тепла к нагреваемым продуктам осуществляют теплопроводностью, конвективным и радиационным теплообменом, индукцией, а чаще – комбинацией указанных способов. Прямое охлаждение веществ осуществляется с помощью холодильных агентов (хладагентов). Для охлаждения веществ применяются атмосферный воздух, вода, холодильные рассолы и антифризы, охлажденные насадки, холодные продукты производства. Хладагент, принимая тепло, охлаждает вещества и материалы. Отвод тепла от охлаждаемых продуктов осуществляют, в основном, теплопроводностью и конвективным теплообменом. В промышленности наиболее часто применяется нагрев веществ водяным паром, открытым огнем и высокотемпературными теплоносителями, а охлаждение – холодильными рассолами, воздухом и водой. 3.1 Пожарная безопасность процессов нагревания водяным паром Насыщенный водяной пар обычно применяют при давлениях до 1,0 – 1,2 МПа, что соответствует температурам нагревания до 190 °С. Применение этого способа нагревания обусловлено многими достоинствами насыщенного водяного пара как теплоносителя, среди которых необходимо отметить высокий коэффициент теплоотдачи; большое количество теплоты, выделяющейся при конденсации пара; равномерность обогрева; возможность тонкого 65

регулирования температуры нагревания путем изменения давления пара; возможность передачи пара на большие расстояния. Основной недостаток водяного пара, ограничивающий его практическое применение, – это значительное возрастание давления с увеличением температуры. Вследствие этого применение насыщенного пара в случаях, когда необходимо получение высоких температур при низком давлении, затруднительно. При нагревании насыщенным водяным паром различают «острый» и «глухой» пар. При нагревании «острым» паром (рисунок 3.1), пар вводят непосредственно в нагреваемый продукт. Этот способ нагрева используют в тех случаях, когда допустимо смешение нагреваемой среды с образующимся при конденсации пара конденсатом. При нагреве «острым» паром лучше используется энтальпия пара, т.к. паровой конденсат смешивается с нагреваемой жидкостью, в результате чего их температуры выравниваются. К тому же при вводе «острого» пара через барботер (трубу, закрытую с конца, расположенного у дна аппарата, и снабженную значительным числом мелких отверстий) происходит не только нагревание жидкости, но и интенсивное ее перемешивание.

Рисунок 3.1 – Устройства для обогрева жидких сред «острым» водяным паром: а – бесшумный сопловой подогреватель (1 – сопло; 2 - смешивающий диффузор); б – паровой барботер.

Нагревание «острым» паром в технологических процессах используют редко, т.к. в большинстве случаев смешение нагреваемой жидкости и конденсата пара недопустимо. На практике значительно чаще нагревание, насыщенным паром осуществляют через разделяющую стенку, так называемым «глухим» паром (рисунок 3.2). В этом случае водяной пар не соприкасается с нагреваемой средой, а теплоотдача от пара к среде идет через разделяющую стенку. При этом способе нагревания пар, соприкасаясь с более холодной стенкой, конденсируется на ней, и конденсат в виде пленки стекает по поверхности стенки. Пар практически всегда вводят в верхнюю часть аппарата, а образующийся конденсат отводят из его нижней части через конденсатоотводчик.

66

Рисунок 3.2 – Схема устройства нагревания «глухим» водяным паром: 1 – паровая рубашка; 2 – конденсатоотводчик; 3 – обводная линия; 4 – патрубок для слива продукта.

Для осуществления нагрева «глухим паром» применяются теплообменные аппараты или теплообменники. Теплообменные аппараты подразделяются в зависимости от формы поверхности, вида теплоносителей, способа передачи теплоты. В соответствии с последним показателем их можно классифицировать на поверхностные (рекуперативные), смесительные (контактные) и регенеративные. Наиболее значительную и важную группу теплообменных аппаратов, используемых в процессах нагревания, представляют собой поверхностные теплообменники. В поверхностных теплообменниках теплоносители разделены стенкой, причем теплота передается через поверхность этой стенки. Из поверхностных теплообменников наиболее распространены кожухотрубчатые. На рисунке 3.3 показан вертикальный кожухотрубчатый теплообменник с неподвижными трубными решетками 2, в которых закрепляются трубы 3. К кожуху 1 с помощью болтов 6 и прокладок 7 крепятся крышка 4 и днище 5. Теплоноситель I протекает по трубам, а теплоноситель II - по межтрубному пространству. Теплота от одного теплоносителя другому передается через поверхность стенок труб. Нагреваемый теплоноситель подается снизу, а охлаждаемый теплоноситель – сверху вниз противотоком. Такое движение теплоносителей способствует более эффективному переносу теплоты, т.к. при этом происходит совпадение направления движения каждого теплоносителя с направлением, в котором стремится двигаться данный теплоноситель под влиянием изменения его плотности при нагревании или охлаждении. Если разность температур труб и кожуха достаточно велика (больше 50 °С), то трубы и кожух удлиняются существенно неодинаково, что приводит к значительным напряжениям в трубных решетках, нарушению плотности соединения труб с трубными решетками, а это может привести к смешению теплоно67

сителей или деформации труб. Поэтому при разностях температур труб и кожуха более 50 °С и значительной длине труб применяют теплообменники нежесткой конструкции, в которых возможно перемещение труб по отношению к кожуху аппарата.

Рисунок 3.3 – Кожухотрубчатый теплообменник жесткой конструкции. На рисунке 3.4 представлены некоторые конструкции кожухотрубчатых теплообменников с компенсацией неодинаковости температурных удлинений труб и кожуха. На рисунке 3.4, (а) показана схема теплообменника с линзовым компенсатором 3 на корпусе. В этом аппарате температурные деформации компенсируются осевым сжатием или расширением компенсатора. Теплообменники с линзовыми компенсаторами применяют при небольших температурных деформациях (не более 10 – 15 мм) и невысоких давлениях в межтрубном пространстве (не более 0,5 МПа). Теплообменник с плавающей головкой (рисунок 3.4, б) применяют при значительных относительных перемещениях труб и кожуха, поскольку в нем одна из трубных решеток не соединена с кожухом и может свободно перемещаться вдоль оси при температурных удлинениях. В теплообменнике с U-образными трубами (рисунок 3.4, в) оба конца труб закреплены в одной трубной решетке, что позволяет трубам свободно удлиняться. В аппаратах этого типа, так же как и в аппарате с плавающей головкой, наружные стенки труб довольно легко очищать от накипи и загрязнений при выемке всей трубчатки из кожуха. Однако в этом аппарате усложняется монтаж труб, затруднена очистка их внутренних стенок.

68

Рисунок 3.4 – Кожухотрубчатые теплообменники с компенсацией неодинаковости температурных удлинений труб и кожуха: I, II – теплоносители; 1 – кожухи; 2 – трубы; 3 – линзовый компенсатор; 4 – плавающая головка.

Двухтрубные теплообменники часто называют теплообменниками типа «труба в трубе». Они представляют собой набор последовательно соединенных элементов, состоящих из двух концентрически расположенных труб (рисунок 3.5). Теплоноситель I движется по внутренним трубам 1, теплоноситель II – по кольцевому зазору между внутренними и наружными 2 трубами. Внутренние трубы 1 соединяются с помощью калачей 3, а наружные – с помощью соединительных патрубков 4. Поскольку сечения внутренней трубы и кольцевого зазора невелики, то в этих теплообменниках достигаются значительные скорости движения теплоносителей (до 3 м/с), что приводит к увеличению коэффициентов теплопередачи и тепловых нагрузок, замедлению отложения накипи и загрязнений на стенках труб.

Рисунок 3.5 – Двухтрубный теплообменник типа «труба в трубе». 69

Основным теплообменным элементом в змеевиковых теплообменниках является змеевик-труба. На рисунке 3.6, (а, б) показаны погружные теплообменники с одним (а) и несколькими (б) спиральными змеевиками I, по которым движется теплоноситель. Змеевики погружаются в жидкость (теплоноситель II), находящуюся в корпусе аппарата. Часто в погружных теплообменниках устанавливают змеевики из прямых труб 1 (рисунок 3.6, в), соединенных калачами.

Рисунок 3.6 – Аппараты с погружными теплообменниками. Широкое применение в технике находят теплообменники с наружными змеевиками (рисунок 3.7), применение которых позволяет проводить процесс при высоких давлениях (до 6 МПа).

Рисунок 3.7 – Аппарат с наружными змеевиками: 1 – корпуса аппаратов; 2 – змеевики; 3 – металлическая прокладка.

Для обогрева (охлаждения) сосудов для проведения химических реакций используют аппараты с греющей рубашкой (рисунок 3.8). Они работают под избыточным. Для обеспечения более интенсивной теплоотдачи от стенки к содержимому аппарата внутри него располагают механическую мешалку. Корпус 1 аппарата снабжен с наружной стороны рубашкой 2, в которую подают греющий агент или охлаждающий теплоноситель. Давление теплоносителя в рубашке может составлять 0,6 - 1,0 МПа. 70

Рисунок 3.8 – Аппарат с греющей рубашкой. При нормальном режиме работы внутренний объем всех типов теплообменников полностью заполнен теплоносителем и нагреваемым продуктом, что исключает образование горючей среды внутри таких аппаратов. Горючая среда может образоваться только в помещениях или на открытых площадках при повреждении теплообменников, по причине образования повышенных давлений, температурных воздействий и коррозии. 3.1.1 Требования пожарной безопасности при проведении процессов нагревания водяным паром и эксплуатации теплообменных аппаратов Специфические требования пожарной безопасности при проведении процессов нагревания водяным паром и эксплуатации теплообменных аппаратов (регламентируют [20, 25]): - теплообменные аппараты должны размещаться на открытых площадках с твердым покрытием и уклонами для смывания водой разлившегося продукта; - площадка для теплообменных аппаратов должна ограждаться сплошным бортиком высотой не менее 0,15 м; - теплообменные аппараты должны оборудоваться приборами контроля и регулирования температуры и давления; - при эксплуатации теплообменных аппаратов необходимо осуществлять контроль герметичности соединений; - очистка и продувка межтрубного и трубного пространства теплообменных аппаратов должна проводиться водяным паром; - пропитанная горючими веществами теплоизоляция теплообменных аппаратов должна своевременно заменяться; - планово-предупредительных осмотры и ремонт теплообменных аппаратов должны производиться согласно разработанному графику; - теплообменные поверхности аппаратов при их эксплуатации должны своевременно очищаться от отложений; 71

- при эксплуатации теплообменных аппаратов необходимо осуществлять контроль содержания горючих веществ в негорючем теплоносителе. Периодичность контроля должна быть указана в производственной инструкции; - не допускается снижение уровня нагрева горючей жидкости в теплообменном аппарате и оголения поверхности теплообмена во избежание ее перегрева; - необходимо соблюдать установленную периодичность контроля состояния трубок, трубной доски и межтрубного пространства кожухотрубных теплообменников. Отглушение неисправных трубок не должно влиять на нормируемые параметры технологического процесса; - разогрев (при пуске) и охлаждение (при остановке) теплообменных аппаратов должны производиться плавно, во избежание повреждения от температурных напряжений; - необходимо контролировать режимы остановки на ремонт и пуска после ремонта. Перед остановкой на ремонт из теплообменного аппарата должна полностью удаляться горючая жидкость. 3.2 Пожарная безопасность процессов нагревания высокотемпературными теплоносителями В производствах химической промышленности для нагрева веществ до температуры 200 - 400 °С используют установки с высокотемпературными теплоносителями (далее - ВТ). Установка для нагревания ВТ (рисунок 3.9) состоит из испарителя 1, в трубчатой системе которого испаряется жидкий ВТ за счет теплоты, выделяющейся при горении топлива, подаваемого через горелку 5. ВТ по трубопроводу поступают в рубашку аппарата 2, где они отдают теплоту конденсации нагреваемой в аппарате 2 среде. Резервуар 4 предназначен для хранения ВТ, из которого с помощью насоса 3, осуществляется заполнение ВТ всей системы.

Рисунок 3.9 – Схема обогрева аппарата периодического действия с использованием ВТ. 72

Циркуляция ВТ может осуществляться естественно либо принудительно. Схемы таких установок приводятся на рисунке 3.10.

Рисунке 3.10 – Схемы обогрева с естественной (а) и принудительной (б) циркуляцией высокотемпературных теплоносителей: 1 – печи для нагрева теплоносителя; 2 – теплообменники; 3 – циркуляционные контуры, перемещение жидкости в которых обеспечивается за счет разности ее плотностей в нагретой и охлажденной ветвях (а), или насосом – 4 (б).

ВТ разделяются на три основные группы: органические (далее – ВОТ), ионные и жидкометаллические. К группе ВОТ относятся индивидуальные органические вещества (этиленгликоль, глицерин, нафталин и его производные), продукты хлорирования дифенила и полифенолов и многокомпонентные ВОТ, в том числе ароматизированные и неароматизированные минеральные масла (компрессорное, цилиндровое). Наибольшее применение в технологических процессах в качестве ВОТ получила дифенильная смесь (26,5% дифенила, 73,5% дифенилового эфира), которая обладает высокой термической стойкостью вплоть до температуры кипения. Она не оказывает коррозирующего действия на сталь, поэтому выбор конструкционного материала при ее использовании не представляет трудностей. Смесь неядовитая, горит сильно коптящим пламенем, которую можно погасить струей водяного пара. Группу ионных высокотемпературных теплоносителей образуют кремнийорганические жидкости (силиконы) и расплавы солей или их смесей. Теплоносители данной группы обычно применяют в жидком состоянии, они отличаются малой токсичностью и агрессивностью по отношению к конструкционным материалам. Предельная температура, определяемая термической стойкостью этих теплоносителей, лежит в области 550 °С. Для нагревания при атмосферном давлении до температуры 500-540 °С применяют нитрит-нитратную смесь, содержащую 40% NaN02, 7% NaN03 и 53% KN03. В качестве жидкометаллических ВТ применяют литий, калий, ртуть, сплавы натрия и калия. В качестве ВТ эти металлы применяются в жидком и парообразном состояниях. Среди ВТ жидкие металлы имеют самую высокую термостойкость. Однако они оказывают наибольшее агрессивное воздействие на конструкционные материалы, поэтому верхний температурный предел при73

менения жидкометаллических теплоносителей определяется максимально допустимой температурой коррозионной стойкости материала по отношению к данному теплоносителю. Кроме того, пары металлических теплоносителей крайне ядовиты, что ограничивает их применение в технологических процессах. Основные показатели пожаровзрывоопасности ВТ приведены в таблице 3.1. Таблица 3.1 Основные показатели пожаровзрывоопасности ВТ Вид теплоносителя Дифенильная смесь (динил, даутерм) Ароматизированное масло АМТ-300 Мобильторм-600 Дитомилметан Дикумилметан Тетрахлордифенил Тетрафеноксилсилан Трифеноксисилоксибензол

t плав., о С

t кип. о С.

t всп. о С

t св. о С

НТПВ о C

ВТПВ о C

12

258

115

695

115

130

-30 -30 -30 -22 -7

345 350 293 336 340

176 173 136 151 223

330 340 500 425 704

170 165 107 126 -

229 225 138 198 -

48

436

250

-

-

-

22

450

259

-

-

-

Из таблицы 3.1 видно, что ВОТ в условиях эксплуатации нагреты значительно выше температуры вспышки, но ниже температуры самовоспламенения. Весь внутренний объем системы полностью заполнен жидкостью или ее парами, а рабочее давление всегда выше атмосферного. Поэтому взрывоопасные концентрации внутри аппаратов образовываться не могут. Горючая среда может образовываться в топках котлов и в помещениях при прогаре, коррозии и других повреждениях системы. 3.2.1 Требования пожарной безопасности при проведении процессов нагревания веществ высокотемпературными теплоносителями Требования пожарной безопасности при проведении процессов нагревания веществ ВТ (регламентируют [25]): - необходимо строго соблюдать рецептуру состава при приготовлении ВОТ; - не допускается хранение и приготовление нерасплавленных и жидких компонентов ВОТ в котельной с огневым обогревом; - при эксплуатации системы обогрева необходимо следить за циркуляцией теплоносителя, температурным режимом котла и теплообменных аппара74

тов. Скорость повышения температуры не должна превышать установленной в инструкции; - должно обеспечиваться удаление летучих веществ, образующихся при разложении ВОТ в процессе эксплуатации установок; - необходимо осуществлять контроль пожароопасных свойств в процессе эксплуатации установки обогрева ВОТ. При обогреве ароматизированным маслом температуру вспышки масла следует проверять не реже одного раза в два дня, а температуру самовоспламенения не реже одного раза в месяц; - во избежание перегрева жидкости, ее разложения и прогара теплообменной поверхности аппаратов, уровень теплоносителя в аппарате должен быть не ниже установленного предела; - системы обогрева должны быть оборудованы устройствами аварийного слива ВОТ. 3.3 Пожарная безопасность процессов нагревания пламенем и топочными газами В машиностроительной, металлургической, нефтяной и химической промышленности при перегонке нефти и мазута, термическом и каталитическом крекингах, пиролизе, дегидрировании, гидроочистке углеводородов, разгонке каменноугольных и древесных смол и т.п. для нагревания веществ до температур 1000 - 1100 °С применяется огневой обогрев (нагревание пламенем и топочными газами). Топочные газы также используются для нагрева промежуточных теплоносителей (горячей воды, водяного пара), которые затем используются в теплообменной аппаратуре в качестве теплоносителей. Для нагревания пламенем и топочными газами применяются трубчатые печи. Печи по принципу действия могут быть непрерывного или периодического действия; пламенного горения или беспламенного горения и могут работать на газообразном или жидком топливе. Все трубчатые печи имеют принципиально одинаковое устройство (рисунок 3.11). Основными элементами трубчатой печи являются каркас, кирпичная кладка; форсунки, горелки; трубы и двойники. Внутренний объем печи разделяется перевальной стенкой 10 на камеры А и Б. Камера А называется радиантной (передача тепла в ее пространстве осуществляется главным образом радиацией за счет теплового излучения пламени, горячих продуктов горения и раскаленных поверхностей стенок печи), а камера Б – конвекционной (передача тепла от топочных газов осуществляется конвекцией). Камера А представляет собой топку, в которой монтируются топливные форсунки. Количество форсунок зависит от мощности печи и может быть от 4 до 16 и более.

75

Рисунок 3.11 – Схема устройства трубчатой печи: 1 – корпус печи; 2 – радиантные трубы; 3 – конвекционные трубы; 4 – подача водяного пара в змеевик (против ококсования); 5 – кольцо из труб с отверстиями для создания паровой завесы; 6 – трубы для паротушения; 7 – предохранительные дверцы; потолочный экран; 9 – подвески; 10 – перевальная стенка; 11 – трубы паротушения; 12 – конвекционные трубы; 13 – крепление труб. В радиантной и конвекционной камерах размещены трубы теплообменной поверхности. Все трубы последовательно соединяются в один непрерывный змеевик. Трубы секций соединены последовательно фасонными отливками – так называемыми двойниками или ретурбендами, вынесенными в специальные короба. Двойники позволяют не только соединять концы двух соседних труб, но и производить очистку их внутренних поверхностей, а также заменять поврежденные трубы новыми, не нарушая соседних соединений. Двойники могут иметь различное устройство. Жидкое и газообразное топливо, подводимое к форсункам, сгорает в камере радиации, выделяя большое количество тепла. Из радиантной камеры дымовые продукты поступают в конвекционную камеру, а затем в боров и дымовую трубу. В зависимости от назначения печи температура в зоне сгорания топлива может доходить до 750 - 1400 °С. Температура дымовых продуктов при выходе из радиантной камеры колеблется около 800 - 900 °С, а при выходе из конвекционной камеры в боров она примерно на 150 - 200 °С выше температуры поступающего в печь сырья. Жидкость, подлежащая нагреву, насосами подается в трубы конвекционной камеры и, проходя последовательно все трубы, нагревается до заданной температуры. Пожарная опасность трубчатых печей характеризуется постоянной циркуляцией по змеевикам значительного количества горючей жидкости, нагреваемой до высокой температуры (выше температуры самовоспламенения) и находящейся под большим внутренним давлением, а также наличием в топочном пространстве источников открытого огня. Одновременно в змеевиках трубчатой печи может находиться до 3 - 15 т горючей жидкости, находящейся под большим давлением и при высокой температуре. При выходе наружу из печи продукт сразу же воспламенится, если его температура превышает температуру 76

самовоспламенения. В противном случае продукт может интенсивно испаряться и воспламенится после того, как пары его будут затянуты в топочное пространство. Растекаясь по площадке и попадая в траншеи и канализацию, горящий продукт приводит к распространению огня на соседние аппараты и даже на соседние установки. Попадая из змеевиков внутрь печи, продукт вызывает интенсивное горение, которое может привести к деформации труб змеевика, обрушению стен и свода, повреждению дымовых каналов и дымовой трубы. В этом случае огонь и дым будут выбиваться из всех отверстий наружу, и перегревать каркас, вызывая его деформацию. При эксплуатации трубчатых печей возможны: взрывы в топочном пространстве; пожары в топочном пространстве; пожары вне печи. Причины взрывов в топочном пространстве печей различны. Главным образом взрывы в топочном пространстве трубчатых печей могут происходить при розжиге форсунок. Пожары в топочном пространстве печей возникают чаще всего в результате прогара или разрыва труб. Повреждение труб змеевика представляет собой одну из наиболее сильных аварий печи. Трубопроводы, находящиеся в печи, подвержены неравномерному тепловому воздействию. Средняя температура в радиантной камере примерно равна 950 - 1000 °С, а в конвекционной камере – 500 - 600 °С. Следовательно, стенки радиантных труб нагреваются до более высокой температуры, чем стенки конвекционных труб. Высокая температура поверхности трубопровода вызывает термическое разложение прилегающих к ней слоев жидкости. В результате термического разложения образуется твердый пористый продукт – кокс, отлагающийся на поверхности трубы. Чем выше температура, тем интенсивнее коксообразование. Коксообразование в трубах зависит не только от температурного режима работы, но и от скорости движения продукта по трубам. Сильный химический или механический износ материала труб может привести к их разрыву даже при нормальном давлении и тем более это возможно при повышенных давлениях. Причиной усиленной коррозии металла с внешней стороны труб (со стороны топочного пространства) является нарушение нормального режима топки, т.е. работа с повышенным коэффициентом избытка воздуха, с избытком топлива или работа на повышенных температурных режимах против нормального. Усиленную коррозию металла с внутренней стороны труб, т.е. со стороны продукта, вызывает наличие в нагреваемой жидкости повышенного количества вредных химических примесей. Внутреннее давление в системе повышается при нарушении нормального режима работы насосов, подаче продукта поршневыми насосами в ококсованные змеевики, неисправности редукционного клапана и т.п. Интенсивное горение внутри топочного пространства, своего рода пожар, возникает также при попадании в печь горючей жидкости через газовые форсунки. При работе газовых форсунок, особенно в зимнее время, в газовой линии 77

может образоваться значительное количество конденсата, который вместе с газом будет поступать в топку. Попадание жидкости в топку вызывает выброс огня через имеющиеся проемы наружу и резкий скачок температуры в печи, что приводит к частичному ококсовыванию труб. Наличие открытого огня, раскаленной кладки и высокой температуры поверхности труб и двойников делают трубчатые печи весьма опасными и мощными источниками зажигания для соседних аппаратов с горючими веществами. Распространение пожара происходит: при аварии, когда под большим давлением выбрасывается наружу струя горячего продукта, которая сразу воспламеняется, или загазовывает территорию и, воспламенившись, дает вспышку в большом объеме воздуха, повреждая соседние аппараты; при повреждении коммуникаций, по излившемуся топливу, пропитанной мазутом теплоизоляции труб и загрязненной площадке перед форсуночным фронтом. 3.3.1 Требования пожарной безопасности при проведении процессов нагревания в трубчатых печах Требования пожарной безопасности процессов нагревания в трубчатых печах (регламентируют [25]): - при организации теплообменных процессов с огневым обогревом необходимо предусматривать меры и средства, исключающие возможность образования взрывоопасных смесей в нагреваемых элементах, топочном пространстве и рабочей зоне печи; - для противоаварийной зашиты топочного пространства нагревательные печи должны оснащаться системами регулирования заданного соотношения топлива, воздуха и водяного пара; блокировками, прекращающими поступление газообразного топлива и воздуха при снижении их давления ниже установленных параметров; средствами сигнализации о прекращении поступления топлива и воздуха при принудительной подаче в топочное пространство; средствами контроля за уровнем тяги и автоматического прекращения подачи топливного газа в зону горения при остановке дымососа или недопустимом снижении разрежения в печи, а при компоновке печных агрегатов с котламиутилизаторами – системами по переводу работы агрегатов без дымососов; средствами подачи в топочное пространство веществ, исключающих возможность взрыва; - не допускается эксплуатация печей с отключенными и неисправными системами противоаварийной защиты топочного пространства и нагревательных элементов; - противоаварийная защита нагреваемых элементов (змеевиков) нагревательных печей должна обеспечиваться: аварийным освобождением змеевиков печи от нагреваемого жидкого продукта при повреждении труб или прекращении его циркуляции; блокировками по отключению подачи топлива при прекращении подачи сырья; средствами дистанционного отключения подачи сырья и топлива в случаях аварий в системах змеевиков; средствами сигнализации о падении давления (расхода) в системах подачи сырья; 78

- необходимо следить за состоянием теплообменной поверхности печи и при опасности повреждения немедленно принимать меры, предотвращающие ее прогар или разрыв; - необходимо осуществлять надзор за состоянием кладки, труб, трубных подвесок и опор печи. В случае неисправности подвесок, деформации кладки, наличия свищей эксплуатация печи не допускается; - подтяжку зажимных болтов для уплотнения пробок двойников можно производить только после снижения давления в трубах до атмосферного; - устройства для опорожнения печей от нагреваемых горючих жидкостей при аварии и пожаре должны содержаться в исправном состоянии; - шкафы двойников трубчатых печей должны иметь исправные, плотно закрывающиеся металлические дверцы; - пуск печи необходимо производить, соблюдая установленную инструкцией последовательность операций; - к розжигу горелок допускается приступать только после продувки топливного газопровода инертным газом и внутреннего объема печи водяным паром; - на трубопроводах подачи жидкого и газообразного топлива на расстоянии не ближе 5 м от печи должна быть установлена задвижка, позволяющая одновременно прекращать подачу топлива ко всем форсункам; - для изоляции печей с открытым огневым процессом от газовой среды, при авариях на наружных установках или в зданиях, печи должны быть оборудованы паровой завесой, включающейся автоматически и дистанционно. При включении завесы должна срабатывать сигнализация; - между печами и открытыми взрывопожароопасными установками следует размещать закрытые здания с непожароопасной технологией, используемые в качестве защитных экранов. 3.4 Пожарная безопасность процессов охлаждения веществ и материалов Отдельные процессы химической технологии протекают в условиях, когда возникает необходимость отвода теплоты, например при охлаждении газов, жидкостей или при конденсации паров. Охлаждение осуществляют с помощью охлаждающих теплоносителей (охлаждающих агентов) в результате протекающего между ними и охлаждаемой средой теплообмена. Наиболее распространенными хладагентами являются вода и воздух, но наряду с ними используют и другие теплоносители – в частности, низкотемпературные жидкости. Охлаждение водой используют для достижения температур охлаждаемой среды на уровне 10 - 30 °С. При этом, достигаемая температура охлаждения зависит от начальной температуры воды. Охлаждение водой осуществляют главным образом в поверхностных и оросительных теплообменниках (холодильниках). Оросительный теплообменник (рисунок 3.12) представляет собой змеевик из размещенных друг над другом прямых труб 1, соединенных между собой калачами 79

2. Снаружи трубы орошают водой, которую подают в желоб 3 для равномерного распределения охлаждающей воды по всей длине верхней трубы змеевика. Отработанная вода поступает в корыто 4 для сбора воды. По трубам протекает охлаждаемый теплоноситель. Орошающая теплообменник вода при перетекании по наружным стенкам труб частично испаряется.

Рисунок 3.12 – Оросительный холодильник. Воздух применяют в смесительных теплообменниках-градирнях, являющихся основным элементом оборудования водооборотного цикла. Воду, используемую в процессах охлаждения различных технологических потоков на предприятиях промышленности, после прохождения через соответствующие теплообменные устройства собирают в сборник - накопитель, а затем подают для охлаждения на градирни. Градирни (рисунок 3.13) представляют собой полые башни, в которых сверху разбрызгивается теплая вода, а снизу вверх движется воздух (за счет естественной тяги или нагнетается вентилятором 5). Расположенная внутри градирни насадка 2 служит для увеличения поверхности контакта между водой и воздухом. Горячая вода в градирне охлаждается как за счет контакта с холодным воздухом, так и в результате так называемого испарительного охлаждения в процессе испарения части потока воды. Отходящая с градирен вода может быть повторно использована для охлаждения технологических потоков.

Рисунок 3.13 – Градирни с естественной (а) и принудительной (б) тягой: 1 – поддоны; 2 – слои насадки; 3 – распределители охлаждающей воды, 4 – полая часть градирни, 5 – осевой вентилятор; 6 – брызгоотбойник.

80

Достижение более низких температур охлаждения достигается с помощью низкотемпературных жидких хладагентов. К их числу относятся жидкий аммиак, фреоны (хладоны), диоксид углерода, холодильные рассолы (водные растворы хлоридов натрия, магния или кальция). Хладагенты циркулируют в специальных холодильных установках, где теплота от охлаждаемой среды отнимается при их испарении. Холодильные рассолы выполняют роль промежуточных теплоносителей между испарителем холодильной машины (источник холода) и охлаждаемой средой (потребитель холода). На рисунке 3.14 приведена схема охлаждения аппаратов с использованием холодильных рассолов.

Рисунок 3.14 – Схема охлаждения аппаратов холодильными рассолами. В контуре 1 такой установки холод производится с помощью парокомпрессионной холодильной машины. Из компрессора 3 сжатые пары хладагента поступают в конденсатор 2, в котором пары охлаждаются, и конденсируется жидкость. Жидкость через дросселирующий вентиль 1 подается в испаритель 4. В системе за дросселирующим вентилем давление резко снижается. Поэтому в испарителе жидкость начинает испаряться. Процесс испарения происходит с отбором тепла от хладоносителя, температура которого значительно снижается. Циркуляция хладоносителя в контуре 2 осуществляется с помощью насоса 6, который подает его в холодильники 5. Пары хладагента из испарителя 4 поступают на всасывание компрессора 3, и цикл повторяется. Горючую среду в теплообменных аппаратах процессов охлаждения будут образовывать горючие охлаждаемые вещества и горючие хладагенты. Горючая среда может образоваться в результате разгерметизации соединений и образования неплотностей при повреждении отдельных узлов теплообменников. Разгерметизация теплообменных аппаратов может произойти в результате образования повышенного давления; возникновения температурных перенапряжений и коррозии. Распространение пожара происходит по горючим твердым материалам, разлившейся горючей жидкости, теплоизоляции пропитанной продуктом, производственной канализации и незащищенным технологическим проемам.

81

3.5.1 Требования пожарной безопасности при проведении процессов охлаждения Специфические требования пожарной безопасности к процессам охлаждения (холодильникам) (регламентируют [25, 32, 33]): - емкости с хладагентами следует хранить в специальных складах, хранение их в машинных отделениях не допускается; - размещение холодильных установок с рассольным охлаждением камер допускается только в машинном отделении, в котором имеется выход наружу или через коридор отделенный от других помещений дверями; - подогрев баллонов с хладагентами для ускорения наполнения системы не допускается. Баллоны с хладагентом должны размещаться на расстоянии не ближе 3 м от отопительных приборов; - в противопожарных поясах холодильных камер не разрешается пробивать отверстия, пропускать трубы, устанавливать крепление, наклеивать горючие материалы; - в процессе эксплуатации помещений машинных и аппаратных отделений аммиачных холодильных установок не допускается уменьшать площадь оконных проемов, применять вместо обычного стекла стеклоблоки и стеклопрофилит, а также производить замену предусмотренной проектом негорючей изоляции холодильных камер на горючую; - во время профилактических осмотров оборудования машинных и аппаратных отделений аммиачных холодильных установок должны применяться для освещения переносные светильники во взрывозащищенном исполнении. Вопросы для самопроверки. 1. Нарисуйте схемы теплообменных аппаратов для обогрева «острым» и «глухим» водяным паром. 2. Дайте классификацию теплообменных аппаратов, опишите их устройство и объясните принцип действия кожухотрубчатых теплообменников. 3. Нарисуйте схему устройства трубчатой печи и объясните ее работу. 4. Охарактеризуйте пожарную опасность трубчатых печей. 5. Назовите требования пожарной безопасности, исключающие трубчатую печь как источник зажигания. 6. Приведите классификацию ВТ, охарактеризуйте их пожарную опасность. 7. Приведите схемы обогрева с естественной и искусственной циркуляцией ВТ, охарактеризуйте их пожарную опасность. 8. Приведите требования пожарной безопасности при использовании ВОТ. 9. Перечислите и охарактеризуйте основные способы охлаждения веществ. 10. Приведите основные требования пожарной безопасности при проведении процессов охлаждения. 82

ГЛАВА 4 ПОЖАРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ПРОЦЕССОВ СУШКИ ВЕЩЕСТВ И МАТЕРИАЛОВ Сушкой называется процесс удаления влаги из веществ (обычно твердых тел) путем ее испарения и отвода образующихся паров. Во всех случаях при сушке в виде пара удаляется легколетучий компонент (вода, органический растворитель). Процессы сушки применяются обычно или на конечной стадии технологического процесса с целью обеспечения высоких физикомеханических характеристик получаемых продуктов, или на промежуточных стадиях, если удаление растворителя необходимо по технологическим соображениям. По физической сущности сушка является процессом совместного тепломассопереноса и сводится к перераспределению и перемещению влаги под воздействием теплоты из глубины высушиваемого материала к его поверхности и последующему ее испарению. Процессы сушки проводят в установках, которые называются сушилками. Сушилки отличаются друг от друга по принципу действия (периодические, непрерывные); величине давления в сушильной камере (атмосферное, вакуум); транспортным устройствам (тележки, вагонетки, конвейеры) и т.д. Все виды сушилок имеют общие элементы устройство показанные на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1 – Общая схема устройства сушильной установки: 1 – побудители движения среды; 2 – подогреватели; 3 – сушильная камера; 4 – транспортные приспособления; 5 – рециркуляционная линия.

Сушилки могут работать с рециркуляцией (теплоноситель не выбрасывается наружу, а вентилятором вновь подается в сушильную камеру) или без его рециркуляции (отработанный теплоноситель выбрасывается в атмосферу). Сушилки с рециркуляцией теплоносителя применяются при необходимости создания мягких режимов сушки с целью получения материалов высокого качества или в целях экономии теплопотерь. Отношение количества воздуха, направляемого обратно в сушилку, к общему количеству воздуха, проходящего по сушилке, называется коэффициентом рециркуляции. 83

4.1 Пожарная безопасность процессов тепловой сушки, применяемых на объектах промышленности Тепловая сушка – это термический процесс удаления влаги из влажных материалов путем ее испарения и отвода образующихся паров. Тепловая сушка может производиться естественным и искусственным путем. По способу подвода теплоты к высушиваемому материалу сушилки бывают конвективные, терморадиационные, кондуктивные или контактные, высокочастотные и комбинированные (терморадиационно-конвективные, паровысокочастотные). Конвективные сушилки по конструкции могут быть камерными, тоннельными, шахтными, с псевдоожиженным (кипящим) слоем, распылительными, пневматическими, аэрофонтанными и дымогазовыми. Эти сушилки являются сушилками калориферного типа. Нагрев теплоносителя (газа или воздуха) в этих сушилках осуществляется в калориферах – приборах для нагревания теплоносителя, состоящих из системы гладких или пластинчатых труб, по которым идет горячая или перегретая вода, пар, нагретый воздух, дымовые газы, органические теплоносители. Для нагрева теплоносителя в калориферах также могут использоваться и электронагреватели (ТЭНы). Калориферы устанавливаются внутри или снаружи сушильной камеры. Камерные сушилки (рисунок 4.2) имеют прямоугольную камеру, в которую помещают высушиваемый материал. Циркуляция теплоносителя осуществляется принудительно с помощью вентиляторов (может применяться и естественная циркуляция). Подогрев теплоносителя осуществляется с помощью калориферов.

Рисунок 4.2 – Камерные сушилки с внутренними осевыми вентиляторами: 1 – осевые вентиляторы; 2 – калориферы; 3 – каналы для воздуха; 4 – штабель для высушиваемого вентилятора; 5 – направляющие экраны (щитки); 6 – тележка.

84

Тоннельные сушилки (рисунок 4.3) имеют тоннель (длинный коридор), в который поступает влажный материал (на тележках, в вагонах и т.п.). Воздух забирается вентилятором, прогоняется через калорифер и поступает в тоннель.

Рисунок 4.3 – Схема тоннельной сушилки: 1 – сушильная камера; 2,3 – шиберы для регулирования количества воздуха; 4 – вытяжная труба; 5 – жалюзийная камера; 6 – осевой вентилятор; 7 – калорифер; 8 – высушиваемый материал; 9 – двери. Шахтные (полочные) сушилки (рисунок 4.4) применяются для сушки сыпучих материалов (синтетических смол, полистирола, катализаторов и др.). Материал, подлежащий высушиванию, подается на верхнюю полку. Полка состоит из пластин, поворачивающихся на 90о. При одновременном повороте всех пластин материал пересыпается на нижележащую полку и далее периодически повторяется. Воздух вентилятором подается в калорифер, подогревается и затем поступает в сушилку, где проходит между полками. Из камеры воздух поступает в циклон, рукавный фильтр для очистки от пыли.

Рисунок 4.4 – Шахтная сушилка с опрокидывающимися полками: 1 – вентилятор; 2 – калорифер; 3 – поворачивающиеся полки; 4 – циклон; 5 – рукавный фильтр; 6 – шнек для выгрузки высушенного материала.

Сушилки с псевдоожиженным (кипящим) слоем (рисунок 4.5) использу85

ются для сушки сыпучих зернистых материалов, а также материалов, подверженных комкованию. Высушиваемый материал подается в камеру шнеком из бункера. Воздух вентилятором подается в калорифер, где нагревается и направляется в сушильную камеру. Проходя через слой высушиваемого материала, воздух переводит частицы во взвешенное состояние, высушивает их и направляет в циклонные установки и фильтры для очистки от пыли. Высушенный материал через питатель поступает на транспортер.

Рисунок 4.5 – Однокамерная сушилка с кипящим слоем: 1,8 – вентиляторы; 2 – калорифер; 3 – приемный бункер влажного материала; 4 – шнек; 5 - камера; 6 – циклон; 7 - батарейный циклон; 9 - конденсатор; 10 - пенный фильтр для очистки от пыли отработанного газа; 11 – сепаратор; 12 – сборник горючей жидкости; 13 – транспортер; 14 – питатель; 15 – распределительная решетка; 16 – керамический фильтр; 17 – линия инертного газа.

Для материалов, малочувствительных к нагреву, применяют двух- и трехсекционные ступенчато-противоточные сушилки с псевдоожиженным слоем (рисунок 4.6).

Рисунок 4.6 – Многоступенчатая противоточная сушилка с дополнительным подводом теплоты: 1 – распределительная решетка; 2 – корпус; 3 – переточная труба; 4 - затворы; 5 - змеевики.

86

За счет противотока материала и сушильного агента достигается более высокая степень насыщения газа влагой, но высушенный материал соприкасается с наиболее горячим теплоносителем. Для регулирования температуры нагрева в слой материала в секциях иногда помещают змеевики 5. В таких сушилках выгрузка высушенного материала (переход с одной ступени на другую) производится над слоем через специальные переточные трубы 3. Распылительные сушилки (рисунок 4.7) используют для сушки жидких и пастообразных материалов. В них материал диспергируют специальными устройствами и высушивают в потоке газообразного теплоносителя. Время пребывания материала в зоне сушки весьма мало, а высокая степень диспергирования, и, как следствие, большая интенсивность испарения влаги обеспечивают быстрое высушивание. Поэтому в распылительных сушилках можно использовать теплоноситель с высокой температурой. Высушенный продукт получается равномерного дисперсного состава, сыпучим и мелкодисперсным. Возможно совместное распыление и одновременное смешение двух и более компонентов. В распылительной сушилке

Рисунок 4.7 – Распылительная сушилка: 1 – вентилятор; 2 – калорифер; 3 – камера сушилки; 4 – диск; 5 – циклон; 6 – рукавный фильтр; 7 – шнек для выгрузки высушенного материала.

материал подается в камеру 3 с помощью диска 4 (или через форсунку). Сушильный агент движется параллельным током с материалом. Мелкие твердые частицы высушенного материала (размером до нескольких микрометров) осаждаются на дно камеры и отводятся шнеком 7. Отработанный сушильный агент после очистки от пыли в циклоне 5 и рукавном фильтре 6 выбрасывается в атмосферу. В конвективных сушилках с пневмотранспортом материала (рисунок 4.8) материалы сушат в процессе их транспортирования газообразным теплоносителем. Сушилки этого типа используют для сушки дисперсных материалов. Чаще всего сушилка представляет собой вертикально расположенную трубу, где в режиме, близком к режиму идеального вытеснения, газовзвесь перемещается обычно снизу вверх. Время пребывания материала в зоне сушки составляет несколько секунд. Скорость газа в трубе-сушилке выбирают в несколько раз 87

выше скорости витания частиц наиболее крупных фракций высушиваемого материала. Длина трубы в зоне сушки достигает 20 м, а скорость потока нагретого воздуха (или топочных газов) составляет 10 – 30 м/с. В пневматической сушилке материал шнековым питателем 3 подают в трубу-сушилку 4, где он увлекается потоком воздуха, который нагнетается вентилятором 1 и нагревается в калорифере 2. Воздух выносит высушенный материал в гравитационную камеру 5 (для предварительного отделения материала от отработанного воздуха) и затем попадает в циклон 6, где отделяется от частиц материала и выбрасывается в атмосферу.

Рисунок 4.8 – Пневматическая сушилка. Аэрофонтанные сушилки (рисунок 4.9) являются разновидностью пневматических сушилок. В этих сушилках высушиваемый материал витает в сушильной камере 4 в потоке сушильного агента. Вследствие конической формы камеры в верхней ее части происходит резкое снижение скорости газа и более тяжелые частицы материала при этом оседают, создавая циркуляцию твердой фазы. Частицы с низкой скоростью витания (высохшие) непрерывно уносятся из камеры и отделяются от газа в циклоне.

Рисунок 4.9 – Аэрофонтанная сушилка: 1 – вентилятор; 2 – калорифер; 3 – шнековый питатель; 4 – камера (рюмка); 5 – циклон.

88

Дымогазовые сушилки работают с использованием в качестве теплоносителя смеси дымовых газов с воздухом. Топочные газы получают в топках при сжигании твердого, жидкого или газообразного топлива. Их разбавляют воздухом до требуемой температуры. По конструкции эти сушилки бывают туннельные; камерные; шахтные; барабанные; кипящего слоя и др. На рисунке 4.10 показана схема барабанной дымогазовой сушилки, в которых высушиваемый материал поступает в барабан 7 из питателя-дозатора 5. Газы из топки 2 поступают в смесительную камеру 15, где смешиваются с воздухом, поступающим из трубы 4, и направляются в сушильный барабан 7. При вращении барабана высушиваемый материал перемешивается с помощью лопаток. Высушенный материал через затвор 9 попадает на транспортер 14. Отработанные газы направляются в циклон 5, а затем в скруббер 10 для очистки от пыли.

Рисунок 4.10 – Схема барабанной сушилки: 1 – вентилятор; 2 – топка; 3 – растопочная труба; 4 – воздухозаборная труба; 5 – питатель-дозатор; 6 – самотечная труба; 7 – сушилка; 8 – циклон; 9 – затворы; 10 – скруббер; 11 – насос; 12 – емкость; 13 – дымосос; 14 – транспортер; 15 – смесительная камера. В терморадиационных сушилках тепло, необходимое для высушивания материала, сообщается инфракрасными лучами. К материалу подводятся большие удельные потоки тепла, в десятки раз превышающие соответствующие потоки при конвективной сушке. Однако инфракрасные лучи нагревают только поверхностный слой материала (до 2 мм), поэтому терморадиационная сушка эффективна в основном при высушивании тонколистовых материалов или лакокрасочных покрытий. По виду источников энергии различают сушилки ламповые и панельные. Ламповые сушилки (рисунок 4.11) представляют собой камеру, в которой высушиваемый материал (изделие) передвигается на конвейере и облучается со всех сторон лампами накаливания. При сушке лакокрасочных покрытий металлических изделий температура воздуха принимается равной 100 - 110 °С, температура изделия 140 - 170 °С, температура лампового излучателя 350 - 380 °С. При сушке окрашенной древесины температура на ее поверхности колеблется в пределах 50 - 100 °С. В каче89

стве излучателей в панельных сушилках используют пустотелые панели (стальные, чугунные, керамические трубы или плиты), которые обогреваются электроэнергией или газом.

Рисунок 4.11 – Схема ламповой сушилки: 1 – подвижная панель; 2 – каналы для отвода паровоздушной смеси; 3 – рефлекторы; 4 – изоляционный кирпич; 5 – короб для подачи воздуха; 6 – отражательный экран.

На рисунке 4.12 приведена схема терморадиационной сушилки с газовым обогревом.

Рисунок 4.12 – Схема терморадиационной сушилки с газовым обогревом: 1 – камера сгорания; 2 – газовая горелка; 3 – эжектор; 4 – линия горячего воздуха; 5 – рециркуляционная линия; 6 – панель излучения; 7 – воздухоподогреватель; 8 – вентилятор; 9 – транспортер; 10 – высушиваемый материал.

Высушиваемый материал 10 с помощью транспортера продвигается под панелью излучения 6, в которую подают горячие продукты горения газа, поступающие из камеры сгорания 1. Тепло отходящих газов используют для нагрева 90

воздуха (в подогревателе 7), поступающего в горелки. Удаление паров из сушильной камеры осуществляется вентилятором. Высокочастотные (диэлектрические) сушилки применяются для сушки материалов, обладающих диэлектрическими свойствами (древесина, пластмассы и другие материалы). Высокочастотная сушилка (рисунок 4.13) состоит из лампового высокочастотного генератора 3 и сушильной камеры 6. Переменный ток из сети поступает в выпрямитель, затем в генератор, где преобразуется в переменный ток частотой 103 Гц...25 106 Гц. Этот ток подводится к пластинам

Рисунок 4.13 – Схема сушилки ТВЧ для измельченных материалов. конденсаторов 2 и 5, между которыми движется на ленте высушиваемый материал. Под действием электрического поля высокой частоты, ионы и электроны в материале меняют направление движения синхронно, с изменением знака заряда пластин конденсатора. Дипольные молекулы приобретают вращательное движение, а неполярные поляризуются за счет смещения их зарядов. Эти процессы, сопровождаемые трением, приводят к выделению тепла и нагреванию высушиваемого материала. Меняя напряженность электрического поля, можно регулировать скорость сушки. В петролатумных сушилках (рисунок 4.14) сушку осуществляют в среде гидрофобной жидкости. В качестве гидрофобной жидкости используют расплав петролатума (смесь парафина, церезина и высоковязких масел). Основные показатели пожаровзрывоопасности петролатума: tпл = 55 - 60 оС, tвсп = 240 оС, tсам = 340 оС. Подлежащую сушке древесину погружают в расплавленный и нагретый до температуры 120 - 130 оС петролатум, что приводит к интенсивному ее нагреванию и быстрому испарению воды. Нагревание и быстрое испарение воды приводит к возникновению избыточного давления из-за внутреннего сопротивления движению пара. Под действием возникающего градиента давления и влажности, влага перемещается из внутренних слоев древесины к внешним, в виде пара и жидкости. Выйдя из материала, влага в виде пузырьков нагретого пара поднимается через слой петролатума и выходит в окружающую среду. 91

Сушка в петролатуме позволяет сократить время сушки в 8 - 10 раз по сравнению с конвективной сушилкой.

Рисунок 4.14 – Установка для сушки в петролатуме: 1 – разгрузочная эстакада; 2 – расходное хранилище петролатума; 3 – контейнер; 4 – тельфер; 5 – ванна с петролатумом; 6 – паровые трубы для пеногашения; 7 – узкоколейный путь; 8 – глина; 9 – кирпич; 10 – шлак; 11 – паровые трубы. В контактных сушилках передача тепла от теплоносителя к высушиваемому материалу осуществляется через разделяющую стенку. Простейшими контактными сушилками периодического действия являются вакуумсушильные шкафы (рисунок 4.15). Вакуум - сушильный шкаф представляет собой цилиндрическую камеру, в которой размещены полые греющие плиты, обогреваемые «глухим» паром. Высушиваемый материал помещается в противнях. Выделяющаяся в процессе сушки влага отсасывается из сушилки вакуумным насосом. Вакуум - сушильные шкафы используют для сушки легковоспламеняемых, взрывоопасных и выделяющих горючие пары веществ.

Рисунок 4.15 – Установка с вакуум-сушильным шкафом: 1 – корпус (камера); 2 – противни с высушиваемым материалом; 3 – обогреваемые паром полки; 4 – конденсатор; 5 – вакуумный насос.

92

Разновидностью контактных сушилок непрерывного действия являются одновальцовые (рисунок 4.16, а) и двухвальцовые (рисунок 4.16, б) сушилки которые предназначены для сушки, например, пастообразных и жидких материалов при атмосферном давлении или в вакууме. Основной частью двухвальцовых сушилок, являются пустотелые, медленно вращающиеся навстречу друг другу вальцы 1. Сверху между вальцами непрерывно поступает высушиваемый материал. Греющий пар подают через полую цапфу (рисунок 4.16, в) внутрь каждого из вальцов, а паровой конденсат отводят через специальную сифонную трубку. Вальцы можно также обогревать горячей водой или высокотемпературными органическими теплоносителями. Материал покрывает вальцы тонкой пленкой,

Рисунок 4.16 – Вальцовые сушилки: а - одновальцовая; б - двухвальцовая, в - схема обогрева вальцов; 1 - вальцы; 2 - корыто; 3 - ножи; 4 - слой материала. толщина которой определяется величиной зазора между вальцами. Обычно ширина зазора не превышает 0,5 - 1 мм и регулируется путем перемещения ведомого вальца. Высушивание материала происходит интенсивно в тонком слое в течение одного неполного оборота вальцов. Пленка подсушенного материала 4 снимается ножами 3, расположенными вдоль образующей каждого вальца. Чем тоньше слой материала на вальцах, тем быстрее и равномернее он сушится. Однако вследствие малой продолжительности сушки часто требуется дополнительная сушка, осуществляемая в горизонтальных лотках с паровым обогревом (досушивателях), в которых вращаются валы с гребками. В одновальцовых сушилках (рисунок 4.16, а) в корыте 2 вращается один полый, обогреваемый изнутри барабан (валец) 1. Под ним имеется питающее устройство с мешалкой. Материал тщательно перемешивается в ванне питающего устройства и наносится тонким слоем (1 – 2 мм) на валец. В остальном работа одновальцовой сушилки не отличается от работы двухвальцовой. Пожарная опасность сушилок характеризуется наличием горючей среды в виде высушиваемых материалов, находящихся в камерах в подогретом состоянии. Характерными источниками зажигания, общими для большинства типов сушилок являются: искры удара и трения, теплота самовозгорания материалов, разряды статического и атмосферного электричества, разложение, окисление, обугливание и воспламенение пыли и отходов горючих материалов, осевших на 93

поверхности нагрева калориферов или соприкасающихся с нагревательными элементами камер, а также нарушение режима работы сушилок. Путями распространения пожара в сушилках могут быть горючие материалы; системы вентиляции; транспортные устройства; технологические проемы. Причинами образования горючих паро-и пылевоздушных концентраций в сушилках конвективного типа являются: увеличение интенсивности испарения; остановка вентилятора или уменьшение его производительности; работа сушилок с большим коэффициентом рециркуляции; повышение температуры сушки. Специфическими источниками зажигания в конвекционных сушилках являются: искры удара и трения; самовозгорание высушиваемых материалов и их отходов при контакте с калориферами; разряды статического электричества; искры в дымогазовых сушилках; длительное воздействие температуры на высушиваемый материал (из-за остановки транспортных устройств). Специфическими источниками зажигания в терморадиационных сушилках являются: лампы большой мощности; подача излишнего количества топлива в газовые горелки; остановка конвейера (при работающих нагревательных элементах); уменьшение предельно допустимого минимального расстояния между излучателями и высушиваемым материалом. Специфическими источниками зажигания в высокочастотных сушилках могут быть: электрический пробой и искрение между электродами и материалом по причине подачи повышенного напряжения на электроды и местный перегрев высушиваемого материала. Специфику пожарной опасности петролатумных сушилок обуславливает в первую очередь наличие петролатума. Наиболее опасны сушилки с огневым обогревом. У нагретых до высокой температуры стенок ванны петралатум разлагается, а газы разложения, скапливаясь в рабочей зоне, могут в смеси с воздухом образовывать взрывопожароопасные концентрации. В сушилках с огневым обогревом возможен перегрев ванны, что может привести к воспламенению петролатума. Распространение пожара происходит по разлившемуся петролатуму, отходам древесины. Пожарная опасность контактных сушилок характеризуется возможностью образования взрывопожароопасных концентраций внутри сушильного шкафа в случае нарушения процесса отсоса горючих паров при остановке вакуум-насоса. Источниками зажигания могут быть перегретые поверхности из-за нарушения режима подогрева вальцов. 4.2.2 Требования пожарной безопасности к применяемым на объектах промышленности процессам тепловой сушки Специфические требования пожарной безопасности при эксплуатации сушилок конвекционного типа (регламентируют [24, 25]): - при загрузке и эксплуатации сушилки не допускается превышать установленную предельно допустимую норму загрузки и предельно допустимую температуру сушки; - в процессе сушки веществ и материалов необходимо осуществлять 94

контроль концентрации паров в объеме сушильных камер газоанализаторами; - в сушилках с кипящим слоем должны обеспечиваться нормируемые давления и скорости движения газов; - загрузку тележек горючими материалами в сушилках периодического действия необходимо производить вне камеры; - при сушке волокнистых материалов не допускается наматывания волокон на валы питателей, транспортеров и вентиляторов и необходимо соблюдать минимальные зазоры между цапфами валов и подшипниками; - при сушке материалов в виде ленты (каучука, ткани, пропитанной полимерными материалами и др. материалов) необходимо соблюдать установленную технологическим регламентом скорость движения ленты; иметь исправную блокировку, обеспечивающую автоматическое отключение обогрева при остановке или обрыве ленты, следить за тем, чтобы ленты были расправлены; - при сушке измельченных материалов в виде крошки, волокнистой массы и других материалов, склонных к самовозгоранию, необходимо поддерживать установленную оптимальную толщину слоя; - для предотвращения возможности попадания горючих паров и пыли в помещение, необходимо контролировать герметичность системы; - для очистки отработанного воздуха от пыли необходимо устанавливать фильтры, циклоны и другие устройства, не допускать отложения пыли в воздуховодах, на стенках камер, в калориферах и др.; - необходимо предусматривать автоматическую блокировку для отключения нагревательных устройств, при уменьшении скорости движения или остановке транспортных устройств; - для исключения разрядов статического электричества металлические элементы сушилок должны быть заземлены; - сушильные установки должны быть оборудованы обособленными системами вентиляции; - для защиты сушильных камер от избыточного давления необходимо устанавливать предохранительные клапаны. Специфические требования пожарной безопасности при эксплуатации терморадиационных типов сушилок (регламентируют [24, 25]): - сушилки должны включаться в работу только при наличии исправных терморегуляторов, автоматически поддерживающих заданную температуру и отключающих источники теплоизлучения при превышении температуры; - должно предусматриваться автоматическое регулирование подачи топлива при изменении температуры в сушильных камерах; - при размещении материалов необходимо соблюдение предельно допустимых минимальных расстояний от ламп и панелей до высушиваемых материалов; - при эксплуатации сушилок должно исключаться попадание раскаленных спиралей и стекол поврежденных ламп на высушиваемый материал.

95

Специфические требования пожарной безопасности при эксплуатации высокочастотных типов сушилок (регламентируют [24, 25]): - сушилки должны быть оборудованы блокировками, автоматически отключающими электрическое напряжение при открывании дверей сушильной камеры; - интенсивность нагрева материала необходимо производить за счет увеличения токов высокой частоты; - для исключения искрения и местного перегрева отдельных участков высушиваемого материла необходимо соблюдать правила укладки. Материалы должны быть одинаковой длины, сорта, сечения и т.п.; - должно исключаться попадание капель конденсата (смолы) на пластины конденсаторов путем оклейки верхних пластин конденсаторов негорючими материалами; - электрическая часть сушилок должна размещаться изолированно от сушильных камер. Специфические требования пожарной безопасности при эксплуатации контактных сушилок (регламентирует [25]): - должен осуществляться контроль концентрации горючих паров в кожухе и линиях отсоса, влагосодержания сырья и температурного режима работы вальцов; - должна предусматриваться блокировка прекращающая подачу сырья в случае остановки вентилятора или вакуум-насоса. Специфические требования пожарной безопасности при эксплуатации петролатумных сушилок (регламентирует [24]): - ванны для петролатума должны быть оборудованы крышками и вытяжными зонтами; - должен осуществляться контроль за температурным режимом, работой топок и состоянием теплообменной поверхности в процессе работы петролатумной ванны с огневым обогревом; - трубчатые электронагреватели петролатума должны быть закрытого исполнения; - уровень петролатума после погружения контейнера с древесиной должен быть на 0,5 м ниже верхнего края ванны; - древесину, после выгрузки из ванны, необходимо выдерживать в наклонном состоянии 8 - 10 минут (для стекания петролатума). 4.3 Пожарная безопасность процессов тепловой сушки, применяемой на объектах сельского хозяйства В сельском хозяйстве тепловая сушка в основном используется для сушки зерна. Для этих целей применяют зерносушилки шахтного или барабанного типов, работающие на газообразном, жидком или твердом топливе. Сушилки могут быть как стационарными, так и передвижными. Сушильной камерой ста96

ционарной шахтной зерносушилки (рисунок 4.17), работающей на твердом топливе, служит вертикальная прямоугольная шахта, теплоносителем является смесь топочных газов с воздухом. Скорость движения зерна регулируют выпускным механизмом, размещаемым в нижней части шахты.

Рисунок 4.17 – Схема стационарной шахтной зерносушилки, работающей на твердом топливе: 1 – топка; 2, 11 – осадочные камеры; 3 – задвижка (шибер); 4 – растопочная труба; 5 – сушильная камера; 6 – камера для охлаждения зерна; 7 – вентилятор; 8 – патрубок для подачи воздуха; 9 – смесительная камера; 10 – циклон.

В барабанной сушилке (рисунок 4.18) зерно движется вдоль оси вращающегося барабана в потоке теплоносителя (смесь топочных газов с воздухом). Система сжигания жидкого топлива включает топливник, форсунки, шестеренный топливный насос и вентилятор.

Рисунок 4.18 – Схема стационарной барабанной зерносушилки: 1 – скребковый транспортер; 2 – топка; 3 – растопочная труба; 4 – самотечная труба; 5 – барабан, имеющий лопасти и полки; 6 – вентиляторы; 7 – охладительная колонка, состоящая из двух перфорированных вертикальных цилиндров; 8 – шлюзовой затвор.

Основным узлом зерносушилки является тепловой блок. Тепловой блок – это горизонтально расположенная сварная конструкция, состоящая из нескольких металлических обечаек. Внутренняя обечайка с обеих сторон торцов закрыта приваренными крышками. В передней крышке сделано отверстие 97

для установки форсунки. Ограниченное таким образом пространство является камерой сгорания. С помощью отверстий, сделанных в боковых стенках, камера сгорания соединяется с поверхностным кольцевым теплообменником. Приводами механизмов стационарных зерносушилок являются электродвигатели, а передвижных – электродвигатели или двигатели внутреннего сгорания. Пожарная опасность зерносушилок зависит от вида зерна, подаваемого на сушку (овес, просо, ячмень), наличия в нем сорных примесей (соломистые продукты, зерновая пыль, мякина и т.д.), которые загораются легче зерна. Зерновая пыль, выделяющаяся из зерна, кроме того, оседает на конструкциях помещений, элементах оборудования, что значительно повышает пожарную опасность зерносушилок. Зерносушилки связаны со сжиганием топлива, выделением искр и нагретых продуктов горения. Топливные газы на выходе из топки нагреты до температуры, в пределах 600 - 800 °С. Причинами пожаров в сушилках являются: попадание искр в высушиваемое зерно, подача в сушильные камеры перегретого теплоносителя, нарушение или прекращение подачи зерна в загрузочный бункер, уменьшение скорости или остановка достижения зерна, а также нарушение режима розжига сушилки. Наличие отложений пыли в сушильных камерах, и их длительный нагрев, иногда приводят к самовозгоранию пыли. Температура теплоносителя зависит от начальной влажности, вида зерна (продовольственное, семенное), конструкции зерносушилки и может быть, в пределах 70 - 110 °С. Температура теплоносителя регулируется степенью открывания заслонки на воздуховоде подачи холодного воздуха и поддувальной дверцы. Зерно в сушилках нагревают до температуры, в пределах 40 - 55 °С. Значительную пожарную опасность представляет начало розжига теплогенераторов. В это время происходит неполное горение топлива с выделением большого количества искр и копоти. Помимо воспламенения зерна в сушильных камерах, пожары в зерносушилках могут возникать от искр, образующихся при ударах ковшей норий о кожух, обрыве ковшей или транспортерных лент норий; теплоты трения при пробуксовке транспортерных лент, перегреве подшипников и т.д.; неисправности электрооборудования, а также искр, вылетающих из дымовых труб сушилок, выхлопных труб двигателей внутреннего сгорания. Распространение пожаров из сушилок в зерносклады или другие помещения и наоборот, может происходить через оконные, дверные и технологические проемы, включая проемы в противопожарных стенах, по поверхности разлившегося жидкого топлива при работе сушилок на жидком топливе, транспортным устройствам для перемещения зерна, отложениям пыли и других легкогорючих отходов, воздуховодам систем вентиляции. В сушилках, работающих на жидком топливе, могут происходить взрывы в топках в момент розжига при отсутствии или недостаточном времени продувки их объема перед розжигом, а также при внезапном обрыве факела пламени с последующим воспламенением поступающего топлива. 98

4.3.2 Требования пожарной безопасности к процессам тепловой сушки зерна Специфические требования пожарной безопасности при эксплуатации зерносушилок (регламентируют [22, 23]): - зерно, поступающее на сушку, должно быть очищено от сорняков, соломистых продуктов, зерновой пыли и другого мусора; - сушильные агрегаты должны периодически очищаться от остатков зерна, грубых кормов и пыли (через каждые сутки работы); - должна соблюдаться предельно допустимая норма запаса твердого топлива в сушилке, которая не должна превышать суточной потребности; - система подачи топлива из топливопроводов и другой арматуры должна быть герметичной; - должна осуществляться регулярная смазка подшипников и других трущихся частей механизмов; - сушильные агрегаты, работающие на жидком топливе, должны быть оборудованы, приборами автоматики безопасности, обеспечивающими отключение подачи топлива при затухании факела в топке, повышении температуры и падении давления воздуха перед форсункой, а топочные устройства, использующие жидкое и газообразное топливо – взрывными предохранительными клапанами; - должен осуществляться контроль за температурой нагрева зерна путем отбора проб через каждые два часа; регулирование температуры теплоносителя должно осуществляться приборами контроля; - должен соблюдаться режим эксплуатации топки и других устройств и систем безопасности. Вопросы для самопроверки 1. Нарисуйте общую принципиальную схему сушильной установки. 2. Дайте классификацию сушилок по способу подвода тепла, конструкции и величине давления. 3. Приведите общее устройство конвективных сушилок. Охарактеризуйте их достоинства и недостатки, объясните причины образования паровоздушных горючих концентраций и назовите меры по их предотвращению. 4. Назовите источники зажигания в конвективных сушилках и меры по их предотвращению. 5. Приведите общее устройство и принцип работы камерной и тоннельной калориферных сушилок, охарактеризуйте пожарную опасность и назовите требования пожарной безопасности. 6. Приведите общее устройство и принцип работы сушилки с «кипящим слоем». Охарактеризуйте особенности пожарной опасности и назовите требования пожарной безопасности. 7. Приведите общее устройство и принцип работы дымогазовой сушилки 99

с «кипящим слоем». Охарактеризуйте особенности пожарной опасности и назовите требования пожарной безопасности. 8. Приведите общее устройство и принцип работы терморадиационной сушилки. Охарактеризуйте особенности пожарной опасности и назовите требования пожарной безопасности. 9. Приведите общее устройство и принцип работы высокочастотной сушилки. Охарактеризуйте особенности пожарной опасности и назовите требования пожарной безопасности. 10. Приведите общее устройство и принцип работы контактных сушилок. Охарактеризуйте особенности пожарной опасности и назовите требования пожарной безопасности. 11. Приведите общее устройство и принцип работы петролатумной сушилки. Охарактеризуйте особенности пожарной опасности и назовите требования пожарной безопасности. 12. Приведите общее устройство и принцип работы зерносушилок. Охарактеризуйте особенности пожарной опасности и назовите требования пожарной безопасности.

100

ГЛАВА 5 ПОЖАРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ПРОЦЕССОВ ОКРАСКИ Окрасочные работы – это нанесение окрасочных составов на поверхности изделий с целью увеличения срока их службы и придания им соответствующего внешнего вида. Для покрытий применяются окрасочные составы трех разновидностей: - лакокрасочные материалы (далее – ЛКМ), содержащие летучие компоненты (органические растворители, вода); - составы, не содержащие летучих компонентов, изготовляемые на основе жидких мономеров, полимеров и наносимые в состоянии расплава; - порошковые составы (далее – ПС). Нанесение окрасочных составов на поверхности изделий осуществляется кистями, вальцами, воздушным распылением (пульверизацией), распылением в электрическом поле высокого напряжения, струйным обливанием с последующей выдержкой в парах растворителя, окунанием, распылением порошковых полимеров с последующей термообработкой изделий. 5.1 Пожарная безопасность процессов окраски Для процессов окраски ЛКМ свойственны следующие стадии: - приготовление рабочих составов ЛКМ; - подготовка поверхности изделий под окраску (удаление ржавчины, окалины, старых покрытий, обезжиривание и нанесение преобразователей ржавчины); - нанесение ЛКМ; - сушка лакокрасочных покрытий; - обработка поверхности лакокрасочных покрытий (шлифование, полирование). На стадии приготовления рабочих составов ЛКМ доводят до рабочей вязкости и фильтруют. Эти работы могут проводиться вручную, либо механизированным способом в отдельных помещениях, называемых краскоприготовительными отделениями. На некоторых предприятиях в краскоприготовительном отделении имеется участок, оборудованный краскотерками или другим оборудованием для приготовления нестандартных шпатлевок, замазок и некоторых лакокрасочных материалов, а также смесителями для густых паст. Смеситель для приготовления густых паст, шпатлевок и замазок (рисунок 5.1) представляет собой емкость с горизонтально вращающимися Z-образными лопастями 2, снабжен рубашкой 3 для подогрева паром или водой. Нагрев необходим при размешивании очень густых паст. Смеситель смонтирован на специальных поворотных приспособлениях 1 с червячной переда-

чей. При вращении передачи смеситель наклоняется и паста выгружается. Изготовляют такие же смесители, но с разгрузкой через отверстие в дне корпуса.

Рисунок 5.1 – Горизонтальный смеситель для густых паст Для приготовления некоторых ЛКМ применяется оборудование для их растирания. На рисунке 5.2, (а) изображена трехвалковая краскотерочная машина. Она предназначена для перетирания густых лакокрасочных паст и шпатлевок. Машина имеет три горизонтально расположенных валка. Каждый крайний валок движется в направлении, противоположном движению среднего валка. Подшипники среднего валка 2 (рисунок 5.2, б) закреплены на станке неподвижно, а подшипники переднего 1 и заднего 3 валков можно перемещать по направляющим станины. Для перемещения валков 1 и 3 с целью изменить зазоры между ними служат различные устройства. Пасту загружают в бункер 8 с боковыми щеками, препятствующими сползанию пасты с валков. Из бункера паста 9 поступает в щелевой зазор 2, образованный двумя вращающимися в противоположные стороны валками 1 и 3, которые захватывают пасту и продавливают ее через зазор. Валок, имеющий большее число оборотов, снимает пасту с поверхности валка, вращающегося с меньшей скоростью, и переносит ее в зазор 4, образованный последующими валками 3 и 5. С последнего валка 5 паста снимается специальным ножом 7 и по лотку стекает в бак 6.

Рисунок 5.2 – Внешний вид (а) и схема работы (б) краскотерочной машины. 102

Подачу ЛКМ к рабочим местам осуществляют в таре специальной конструкции или централизованным способом, схема устройства которого показана на рисунке 5.3.

Рисунок 5.3 – Схема централизованного приготовления и подачи лакокрасочных материалов: 1 – бак-смеситель для перемешивания; 2 – бак-раздатчик; 3 – бак; 4 – мерник; 5 – кран; 6 - рециркуляционный насос; 7 – шестеренный насос; 8 – баллоны с инертным газом

Воздушное распыление ЛКМ осуществляют краскораспылительными устройствами (рисунок 5.4), которые работают следующим образом. Очищенный в маслоотделителе 3 от воды и масла сжатый воздух под давлением 0,4 - 0,7 МПа по шлангу 2 поступает в краскораспылитель 1 и одновременно по шлангу 6 через редуктор давления в красконагнетательный бак 4. Под давлением сжатого воздуха ЛКМ по шлангу 5 поступает к краскораспылителю. В некоторых случаях (при значительном расходе ЛКМ) краскораспылитель подсоединяют непосредственно к трубе центральной системы подачи ЛКМ через редуктор понижения давления. В этом случае необходимость в красконагнетательном баке 4 отпадает. Если расход ЛКМ небольшой, то он подается самотеком из стакана, расположенного на корпусе краскораспылителя. К недостаткам метода пневматического распыления относят образование окрасочной пыли; необходимость интенсивного отсасывания загрязненного воздуха; большие потери ЛКМ (30 - 60%); повышенный расход растворителей для доведения ЛКМ до рабочей вязкости.

103

Рисунок 5.4 – Краскораспылительная установка. Нанесение лакокрасочных покрытий проводят в окрасочных камерах, которые по конструкции бывают тупикового (рисунок 5.5) и проходного (рисунок 5.6) типов. На промышленных предприятиях наибольшее распространение получили окрасочные камеры проходного типа.

Рисунок 5.5 – Распылительная камера тупикового типа: 1 – поворотный стол; 2 – корпус камеры; 3 – светильник; 4 – электромотор; 5 – вентилятор; 6 – воздухосборник; 7 – водоотделитель; 8 – гидрофильтр камеры; 9 – форсунки; 10 – краскоуловительная решетка; 11 – насос; 12 – ванна;13 – электродвигатель.

104

Рисунок 5.6 – Распылительная камера проходного типа: 1 – проем; 2 – окрашиваемое изделие; 3 – электросветильник; 4 – подвеска конвейера; 5 – вентилятор; 6 - трубопровод; 7 – сепаратор; 8 – форсунка; 9 – наклонный щиток; 10 – ванна; 11 – решетка.

Одной из разновидностей камеры проходного типа является камера с экранным гидрофильтром (рисунок 5.7).

Рисунок 5.7 – Распылительная камера с экранным гидрофильтром. Изделия, подаются в камеру на подвесном конвейере непрерывного действия, монорельс которого 1 крепится к перекрытию камеры. В торцовых стенах 7 камеры имеются проемы для прохода изделий и двери для входа рабоче105

го. Корпус камеры опирается на ванну 5, наполненную водой. Ванна перекрыта решетчатым настилом 6. К задней стенке корпуса примыкает гидрофильтр 4. Со стороны камеры на гидроофильтр навешен экран 3, омываемый водой. Он предназначен для первичной очистки отсасываемого воздуха от окрасочной пыли. Дальнейшая очистка происходит в шахте гидрофильтра. Из гидрофильтра воздух отсасывается двумя центробежными вентиляторами 2. В верхней части камеры находится короб 9 системы приточной вентиляции. Перед поступлением воздуха в камеру он очищается от пыли и подается в камеру через сетчатые фильтры 8, расположенные по всему потолку камеры, где дополнительно очищается. Камера оснащена красконагнетательным баком с мешалкой, настенным масло-, водоотделителем и краскораспылителем со шлангом. Способ окраски окунанием (рисунок 5.8) находит применение при конвейерной технологии, когда окрашенные изделия сразу подаются на сушку. Изделия окунают в ванну с помощью подъемных устройств.

Рисунок 5.8 – Схема установок для окраски окунанием: а – с ручным погружением изделий; б – с конвейерным погружением изделий; 1 – ванна; 2 – насос; 3 – карман; 4 – сточный лоток; 5 – изделие; 6 – конвейер.

Способ окраски струйным обливанием и обливанием с последующей выдержкой в парах растворителя (рисунок 5.9) заключается в том, что изделие обильно обливают краской и направляют в камеру или туннель, в которых находятся пары растворителя.

Рисунок 5.9 – Схема установки для окраски изделий струйным обливом: 1 – воздушные завесы; 2 – входной и выходной тамбуры; 3 – контур с соплами; 4 – камера облива; 5 – изделие; 6 – конвейер; 7 – паровой туннель; 8 – рециркуляционная вентиляция; 9 – насос; 10 – красочный бак.

106

Здесь лишняя краска с изделия стекает, а оставшаяся равномерно покрывает его поверхность. Этот способ окраски имеет ряд преимуществ по сравнению с другими: сокращаются расходы ЛКМ; имеется возможность применять конвейеры; создаются благоприятные условия для автоматизации процесса, в том числе и для автоматизации систем противопожарной защиты; резко уменьшается количество краски в системе (по сравнению с окраской окунанием), что способствует уменьшению масштабов возможного пожара. Суть способа окраска в электрическом поле высокого напряжения состоит в том, что при введении струи распыленной краски в электрическое поле высокого напряжения частицы ее электризуются и притягиваются к положительному электроду (или заряженной детали) и осаждаются на окрашиваемой поверхности равномерным слоем, с минимальными потерями. Принципиальная электрическая схема установки для окраски в электрическом поле приведена на рисунке 5.10.

Рисунок 5.10 – Принципиальная электрическая схема установки для окраски в электрическом поле: ОД – окрашиваемая деталь; Р – распылитель; АР – автоматический разрядник; Rогр – ограничительное сопротивление; V – вольтметр; R – реостаты; МА – миллиамперметр; ВУ – выпрямительное устройство; ТР – высоковольтный трансформатор; ИП – искровой предохранитель; АТр – вариатор.

В качестве выпрямителей, предназначенных для получения постоянного тока высокого напряжения (130 кВ), могут применяться полупроводниковые селеновые или ламповые выпрямители. Положительный полюс от выпрямителя подается на землю и на окрашиваемые изделия, отрицательный - на распылители. Управляется установка дистанционно, с пульта управления. При электроокраске ЛКМ могут распыляться с помощью пневматических, электромеханических или электростатических распылителей. 107

Технологический процесс окраски изделия порошковым материалом состоит из следующих стадий: - подготовка поверхности к окраске (обезжиривание, удаление загрязнений и окислов); - нанесение слоя ПС на окрашиваемую поверхность; - формирование пленки покрытия (оплавление, отверждение, охлаждение, оплавление). Существуют различные способы получения покрытия на основе ПС. Однако наиболее распространенным является способ нанесения порошковых материалов в электрическом поле высокого напряжения. Способ нанесения порошковых материалов в электрическом поле высокого напряжения основан на использовании силового взаимодействия электрических полей с заряженными частицами порошка. Заряженные частицы порошка перемещаются к противоположно заряженному изделию и осаждаются на его поверхности. Из-за низкой электропроводности порошковых материалов, заряженные частицы длительно сохраняют заряд, поэтому нет необходимости в предварительном нагреве изделия. Различают три разновидности нанесения порошка в электрическом поле: с помощью пневмораспылителя или вращающейся чаши, в ионизированном псевдоожиженном слое, в облаке заряженных частиц. На рисунке 5.11 показана схема установки для нанесения порошка с помощью пневмораспылителя. Частицы порошка подаются на распылитель 3, к которому подведен постоянный ток высокого напряжения 4. Выходя из распылителя 3 частицы порошка заряжаются и под влиянием электрического поля направляются к противоположно заряженному изделию 2 и оседают на нем. Не осевшие частицы порошка улавливаются в рекуперационной системе 1 и возвращаются в питающее устройство установки 5 для дальнейшего использования. Напыленный на изделие в камере напыления 6, порошок сохраняет свой заряд в течение нескольких дней.

Рисунок 5.11 – Схема установки для нанесения порошковых материалов в электрическом поле. Горючую среду при проведении процессов окраски образуют применяемые ЛКМ, в составе которых находится до 80% легковоспламеняющихся растворителей (показатели пожаровзрывоопасности приведены в таблице 4.1), образующиеся при испарении растворителей пары, отложения ЛКМ и нанесенные на поверхность окрашенных изделий ЛКМ. Горючая среда может образоваться 108

в оборудовании, воздуховодах систем вентиляции, емкостях с ЛКМ, а также в производственных помещениях. Образованию горючей среды способствует образование окрасочного тумана и нарушение работы вентиляционных систем. ПС (показатели пожаровзрывоопасности приведены в таблице 4.2) также в смеси с воздухом могут образовывать взрывоопасные смеси. Источниками зажигания при окраске изделий и материалов могут являться: - теплота самовозгорания отложений лаков и красок (в окрасочных камерах, воздуховодах систем вытяжной вентиляции, вентиляторах), промасленных обтирочных материалов, а также отходов нитрокрасок при их хранении; - теплота химических реакций при использовании лаков с отвердителями, пластификаторами и т.п.; - искровые разряды статического электричества при распылении и перемещении по трубам ЛКМ, а также при работе транспортеров; - теплота трения подшипников вентиляторов, двигателей и других вращающихся механизмов при нарушении режима смазки, перекосе валов, загрязнении поверхности слоем отходов ЛКМ, чрезмерной затяжке; - искры удара и трения при повреждении вентиляторов, работе стальным инструментом и т.д.; - тепловые проявления неисправного электрооборудования, ударов молнии и ее вторичных проявлений, а также газосварочных работ. Специфическими источниками зажигания при окраске в электрическом поле высокого напряжения могут быть искры в результате разряда, которые возникают в случае внезапного значительного повышения напряжения в сети или при нарушении установленного расстояния между распылителем и окрашиваемым изделием в момент его раскачивания. Кроме того, искры могут образовываться в местах присоединения электропроводов к трансформатору, заземляющему устройству, на пульте управления, а также в других местах, где возможно нарушение изоляции, пробои или замыкание на корпусе при нарушении изоляции, пробое, замыкании на корпус и т.д. Распространение пожара при окраске изделий происходит по поверхности окрашенных изделий, отложениям ЛКМ на внутренних поверхностях окрасочных камер, воздуховодов, оборудования и конструкций, по воздуховодам систем вентиляции, поверхности разлившихся ЛКМ, транспортерам для перемещения изделий, через дверные, оконные и технологические проемы.

109

Таблица 4.1 Показатели пожаровзрывоопасности растворителей Температура, °С Растворитель

1 Толуол (С6Н5СН3) Уайт-спирит Циклогексанон (С6Н10О)

Плотность, г/см3

Нижний концентрационный предел распространения пламени самовоспла- объемный, % мг/л менения

Температурные пределы распространения пламени (воспламененижний верхний

кипения

вспышки

2

3

4

5

6

7

8

9

0,872

110,6

4–7

547

1,3

48,2

0

30

140 155–156

35 40

270 452

1,4 1,1

– 44

35 31

68 57

0,76–0,82 0,948

Этилацетат СН3СООС2Н5

0,901

77,2

-4

400

2,3

12,7

-5

5

Этанол (С2Н5ОН)

0,806

78,4

11

432

2,6

49

9

32

Этилцеллозольв (С2Н5ОСН2СН2ОН) 646 (10% бутилацетона, 7% ацетона, 50% толуола, 15% бутанола, 8% этилцеллозольва)

0,935

135,1

40–49

245

1,8

66

19

39

0,83

–

-7

403

1,87

60,2

-9

16

647 (41,3% толуола, 29,8% бутилацетата, 21,2% этилацетата, 7,7% бутанола) 648 (50% бутилацетата, 20% толуола, 20% бутанола и 10% этанола)

0,87

–

5

424

1,61

52,6

4

33

13

388

1,65

57,5

10

40

0,851

110

Продолжение таблицы 4.1 1

2

3

4

5

6

7

8

9

649 (50% ксилола, 30% этилцеллозольва, 20% бутилацетата) 651 (90% уайт-спирита, 10% бутанола)

0,886

–

25

383

1,76

57,5

22

50

0,81

-

29

247

1,58

46,2

27

50

Р-4 (62% толуола, 26% ацетона, 12% бутилацетата) Р-5 (40% ксилола, 30% ацетона, 30% бутилацетата)

0,913

-

-7

550

1,65

48

-9

19

0,851

-

-1

497

1,83

59,6

-3.

24

Р-40 (50% толуола, 30% этилцеллозольва, 20% ацетона)

0,871

-

-7

415

1,54

43,7

-7

17

РДВ (50% толуола, 18% бутилацетата, 10% бутанола, 10% этанола, 9% этилацетата и 3% ацетона)

0,856

-

2

424

1,83

55,7

-2

27

РКБ-1 (50% бутанола, 50% ксилола)

0,836

-

25

376

1,54

46

22

48

РКБ-2 (95% бутанола, 5% ксилола) РС-1 (30% бутилацетата, 60% толуола, 10% ксилола)

0,816

-

34

346

1,79

45,7

30

55

0,869

-

9

490

1,38

50,2

5

36

РС-2 (70% уайт-спирита, 30% ксилола) РЭ-1 (50% ксилола, 20% ацетона, 15% этанола или гидролизного, 15% изобутилового спирта)

0,802

-

30

382

1,46

46,7

28

53

0,835

-

14

455

2,04

57,2

9

39

111

Таблица 4.2 Показатели пожаровзрывоопасности порошковых полимерных материалов Наименование, марка порошкового материала Полиэтилен НД Полиэтилен ВД Эпоксидные краски: П-ЭП-177 П-ЭП-219 П-ЭП-971 П-ЭП-91 П-ЭП-61 П-ЭП-135 П-ЭП-134 Поливинилбутиральная краска П-ВЛ-212 Полиэфирная краска П-ПЭ-1130У Поливинилхлоридная краска П-ХВ-716 Полиамид ПА-12АП Пентапласт (А-1,А-2,А-4) Фторопласты: Ф-2М-Д Ф-З-Б

Нижний концентрационный предел распространения пламени, г/м3 36-42 45

Температура воспламенения, о С 280 245

Температура самовоспламенения, о С 340-352 435

20 20 45 25 20 20

325 290 375 360 310

415 475 465 525 440 430

-//-//-//-//-//-//-//-

25,5

-

325

-//-

35

316

396

-//-

100

215

650

-//-

25

395

410

-//-

225

335

425

-//-

595

Трудногорючие

340

Группа горючести Горючие То же

112

5.1.2 Требования пожарной безопасности при проведении процессов окраски Специфические требования при проведении процессов окраски ЛКМ (регламентируют [7, 21]): - окраска с применением покрытий на нитрооснове, бензине и других горючих жидкостей, должна производиться в отдельных помещениях или на обособленных производственных участках, обеспеченных эффективными средствами пожаротушения и путями эвакуации; - не допускается применение ЛКМ и растворителей неизвестного состава. На каждой бочке, банке, бидоне и другой таре с ЛКМ, растворителями и т.п., должна быть наклейка или бирка с точным названием и обозначением этих материалов; - ЛКМ к рабочим местам должны подаваться в готовом к употреблению виде в закрытой таре, а при потреблении более 200 кг в смену – централизованным способом, по трубам; - окрасочные работы должны производиться только при действующей приточной и вытяжной вентиляции с местными отсосами от окрасочных шкафов, ванн, камер и кабин с устройством огнепреградителей и огнезадерживающих заслонок; - вентиляционные агрегаты окрасочных камер должны быть сблокированы с устройствами, подающими ЛКМ или сжатый воздух к краскораспылителю: при прекращении работы вентиляции отключается подача краски, останавливается движение конвейера; - вытяжную вентиляцию окрасочных шкафов, камер и кабин не разрешается эксплуатировать без водяных оросителей (гидрофильтров) или других эффективных устройств для улавливания частиц горючих красок и лаков; - воздуховоды вентиляционных систем, окрасочные кабины должны своевременно очищаться от горючих материалов (для облегчения очистки камер от осадков красок и лаков их следует покрывать тонким слоем тавота или составом ПС - 40); - при пневматическом распылении, во избежание излишнего туманообразования, необходимо контролировать правильность работы краскораспылителей; - пролитые на пол ЛКМ и растворители следует немедленно убирать при помощи опилок, воды и др. Мытье полов, стен и оборудования горючими растворителями запрещается; - во избежание искрообразования при очистке поверхности от отложений нитрокрасок скребки должны быть изготовлены из цветного металла; - в окрасочных цехах, краскоприготовительных отделениях не допускается производить работы, связанные с применением открытого огня и искрообразованием; - тара из-под ЛКМ должна быть плотно закрыта, и храниться на специальных площадках вдали от производственных помещений. 113

Специфические требования пожарной безопасности при проведении процессов окраски ЛКМ в электрическом поле высокого напряжения (регламентируют [21, 34]): - окрашивание изделий в электрическом поле высокого напряжения должна производиться в специальной электроокрасочной камере, оборудованной вытяжной механической вентиляцией; - размеры электроокрасочных камер при автоматической работе электростатических распылителей определяются размерами изделия с учетом способа его подвешивания, а также числом и расположением электростатических распылителей. Наименьшее допустимое расстояние от ограждений камеры до токоведущих частей, находящихся под номинальным напряжением выше 35 кВ (до 120 кВ), должно быть не менее 0,8 м; - на рабочем месте пульта управления электроокрасочной установки должны находиться: принципиальная схема установки; монтажная схема установки; рабочая инструкция по безопасной эксплуатации; эксплуатационный журнал; - в ограждении электроокрасочной камеры открытые проемы должны быть только для прохода транспортных средств с изделиями. Для визуального наблюдения за процессом ограждение частично остекляют; - в электроокрасочных камерах при автоматической работе центробежных электростатических распылителей вытяжная вентиляция осуществляется через вертикально расположенные (по четырем углам камеры) воздуховоды с отверстиями по всей высоте камеры. Суммарная площадь отверстий в каждом воздуховоде должна быть не более 50% от площади сборного воздуховода. Объем отсасываемого воздуха должен быть достаточным для разбавления выделяющихся паров растворителей до концентрации, не превышающей 20% НКПР; - высоковольтное оборудование электроокрасочной камеры должно снабжаться токоограничительным сопротивлением, при котором рабочий ток не должен превышать 2,5 мА; - для снятия остаточного заряда с высоковольтного оборудования, после выключения высокого напряжения, электроокрасочные камеры снабжаются автоматическими и ручными разрядниками; - конструкция подвесок для изделий на конвейере должна быть выполнена таким образом, чтобы окрашиваемые изделия во время работы не раскачивались; - электроокрасочная камера, стойки для электрораспылителей, вентиляционная система и другие металлические конструкции, не находящиеся под напряжением, заземляются. Заземление подвергается периодическому осмотру и проверке не реже одного раза в месяц; - при электроокраске изделий нитроцеллюлозными, полиэфирными и полихлорвиниловыми эмалями электроокрасочная камера должна оборудоваться искропредупреждающим устройством, сблокированным с источником высокого напряжения и автоматической предупредительной сигнализацией. Для 114

других ЛКМ камеры должны оборудоваться искрогасящими устройствами (защита от искровых разрядов между распылителем и изделием по низкой стороне напряжения); - в электроокрасочных установках необходимо иметь защитную блокировку, которая исключает: пуск конвейера ранее, чем через 5-15 с после появления звукового сигнала; включение системы распыления при выключенной вентиляции, неподвижном конвейере или включенном высоком напряжении; включение высокого напряжения при выключенной вентиляции; - для аварийного отключения электроокрасочной камеры и конвейера устанавливаются аварийные кнопки «Стоп», расположенные вне пульта, но вблизи камеры. Расположение аварийных кнопок должно быть известно всему персоналу, обслуживающему участок электроокрашивания; - следует регулярно осматривать краскодозирующие устройства электроокрасочных камер и не допускать течи ЛКМ; - цилиндр трансформатора, кожух кенотрона, опорные и проходные изоляторы и другое оборудование электроокрасочной камеры следует очищать от пыли не реже двух-трех раз в неделю; - подвески для деталей при конвейерном производстве следует очищать по мере загрязнения, но не реже 2 раз в неделю; - контактные соединения шинопровода и пускорегулирующую аппаратуру к электроокрасочной камере следует проверять не реже 1 раза в месяц; - очистка внутри электроокрасочной камеры после каждой смены должна производиться при отключенном высоком напряжении, но работающей вентиляции. Специфические требования пожарной безопасности при окраске ПС (регламентируют [8, 21]): - порошковые материалы должны соответствовать требованиям нормативно-технических документов; - при использовании в одном технологическом цикле жидких лакокрасочных и порошковых материалов оборудование для окрашивания порошковыми материалами отделяют пыленепроницаемыми ограждениями с пределом огнестойкости ЕI 45, К0; - блокировка вентиляционных систем должна обеспечивать до начала, и после окончания процесса распыления не менее чем двукратный обмен воздуха по отношению к объему камер; - производительность вентилятора должна обеспечивать в технологическом оборудовании и воздуховодах вытяжной вентиляции концентрацию аэровзвеси порошкового материала менее 50% его НКПР; - системы воздуховодов от установок окрашивания ПС к оборудованию рекуперации должны быть оснащены пламеотсекательными устройствами; - не допускается местные отсосы воздуха от распыляющих устройств и печей формирования покрытий объединять общей вытяжной вентиляцией; - температура внутренних поверхностей печей отверждения не должна быть более 80% температуры самовоспламенения порошкового материала; 115

- количество ПС, хранимого в цехе окрашивания, должно быть не более суточной нормы; - камеры окрашивания и рекуперации должны быть оборудованы датчиками и форсунками общецеховой автоматической системы пожаротушения; - ПС, осевший на поверхности оборудования и в помещении, удаляют с помощью пылесоса во взрывозащищенном исполнении (при работающей вентиляции, допускается влажная уборка). Периодичность очистки устанавливают в зависимости от производительности и запыленности оборудования; - для предотвращения образования зарядов статического электричества все единицы оборудования должны быть заземлены. Сопротивление заземления должно быть не более 10 Ом. Проверку заземления проводят не реже одного раза в месяц; - для исключения или снижения пожаро- и электроопасности разрядов статического электричества, которые могут возникнуть при распылении, транспортировке, рекуперации ПС, необходимо выполнять требования [9, 34]; - температура поверхности оборудования и ограждений рабочих мест не должна быть более 45 °С. Специфические требования пожарной безопасности при сушке окрашенных ЛКМ изделий (регламентируют [21, 34]): - сушильные камеры должны оборудоваться вытяжной вентиляцией, исключающей возможность образования в них взрывоопасных концентраций и препятствующей выходу воздуха, загрязненного парами растворителя, из сушилок в помещения; - в сушильных камерах допускается рециркуляция воздуха при условии, что концентрация взрывоопасных веществ в воздухе не превышает 50% НКПР; - нагревательные приборы сушильных камер необходимо защищать от попадания на них капель ЛКМ с окрашенных изделий; - если сушка окрашенных изделий по технологическим условиям, или вследствие больших габаритов изделий, не может производиться в вытяжных камерах или шкафах, она должна быть организована на участке, оборудованном вентиляцией, с обеспечением соответствующего воздухообмена в помещении, и средствами автоматического пожаротушения; - в конвекционных и терморадиационных сушильных камерах вентиляционные установки должны быть сблокированы с устройствами для подачи теплоносителя и конвейером (при отключении вентиляции подача теплоносителя должна прекращаться и конвейер остановиться); - в терморадиационных сушильных камерах с газовым обогревом следует предусматривать автоматическое зажигание газа, контроль наличия пламени, автоматическую регулировку подачи и давления газа, а также температуры излучаемых панелей и воздуха в сушилке; - в целях безопасности должна быть сблокирована работа соответствующих приборов, механизмов и конвейера (конвейера с горелками, вытяжного вентилятора с устройствами для подачи и зажигания газа и др.); - сушильные камеры должны быть оборудованы датчиками температур. 116

Регулирование температуры внутри сушильной камеры должно осуществляться автоматически; - температура наружных стенок камер должна быть не более 45 оС, тепловая изоляция сушильных камер должна выполняться из негорючих материалов; - нагревательные элементы сушильных камер должны быть надежно защищены от соприкосновения с окрашиваемыми изделиями и от попадания на них красок; - сушильные камеры с газовым обогревом допускается применять при расположении горелок на расстоянии не менее 5 м от открытых проемов окрасочного оборудования; - использование горелок инфракрасного излучения (беспламенное горение газа) и открытых спиралей, а также наличие электрических контактов внутри камер не допустимо; - радиационные сушилки должны быть оборудованы системами блокировки, автоматически отключающими нагрев элементов при аварийной остановке вентилятора; - контрольно-измерительная аппаратура и приборы сушильных камер должны располагаться в удобных местах для наблюдения за их показаниями. Вопросы для самопроверки 1. Приведите классификацию материалов, применяемых в процессах окраски, охарактеризуйте их пожароопасные свойства. 2. Опишите процесс окраски распылением ЛКМ: сущность, достоинства и недостатки, нарисуйте схему установки для окраски воздушным распылением. 3. Охарактеризуйте пожарную опасность окраски распылением и перечислите требования пожарной безопасности при окраске изделий этим способом. 4. Охарактеризуйте сущность процесса окраски окунанием, нарисуйте схему окрасочной камеры и опишите ее работу. 5. Назовите условия образования горючей среды при окраске окунанием и перечислите требования пожарной безопасности при окраске этим способом. 6. Опишите процесс окраски обливанием с выдержкой в парах растворителей и охарактеризуйте пожарную опасность процесса. 7. Опишите процесс окраски в электрическом поле высокого напряжения, нарисуйте принципиальную схему установки, опишите достоинства и недостатки. 8. Опишите процесс окраски ПС и охарактеризуйте пожарную опасность процесса. Перечислите основные требования пожарной безопасности к окрасочным производствам с применением ПС. 9. Перечислите основные требования пожарной безопасности к окрасочным производствам с применением ЛКМ. 117

ГЛАВА 6 ПОЖАРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ МАССООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ Процессами массообмена называют такие процессы, в которых основную роль играет перенос вещества из одной фазы в другую. Массообменные процессы используются в промышленности для решения задач разделения жидких и газовых гомогенных смесей, их концентрирования, а также для защиты окружающей природной среды (прежде всего для очистки сточных вод и отходящих газов). Из массообменных процессов наибольшее распространение получили процессы сорбции и ректификации. 6.1 Пожарная безопасность процессов сорбции Сорбция - это поглощение газов, паров и растворенных веществ твердыми телами и жидкостями. Ее применяют для разделения газовых и паровых смесей. Различают следующие виды сорбции: - абсорбция – процесс поглощения паров или газов из газовых или парогазовых смесей жидкими поглотителями – абсорбентами; - адсорбция – процесс поглощения одного или нескольких компонентов из газовой смеси или раствора твердым веществом – адсорбентом; - хемосорбция – поглощение одного вещества другими, сопровождающиеся химической реакцией; - капиллярная конденсация – процесс конденсации паров в капиллярах твердого вещества. Поглотители, применяемые для осуществления процессов сорбции, называют сорбентами. В основе сорбционных процессов лежит избирательная способность к поглощению отдельных компонентов смеси. Обратный процесс (процесс выделения вещества из поглотившей его фазы) называется десорбцией. 6.1.1 Пожарная безопасность процессов абсорбции В промышленности абсорбцию применяют для: - получения готового продукта (например, абсорбция S03 в производстве серной кислоты, абсорбция НCl с получением хлороводородной кислоты, абсорбция оксидов азота водой в производстве азотной кислоты и т.д.); - выделения ценных компонентов из газовых смесей (например, абсорбция бензола из коксового газа; абсорбция ацетилена из газов крекинга или пиролиза природного газа и т.д.); - очистки газовых выбросов от вредных примесей (например, очистка топочных газов от S02, очистка от фтористых соединений газов, выделяющихся при производстве минеральных удобрений и т.д.) и осушки газов.

Абсорбция может быть физическая и химическая (хемосорбция). При физической абсорбции поглотитель (абсорбент) и поглощаемый газ (абсорбтив) химически не взаимодействуют друг с другом, а при химической – абсорбтив образует с абсорбентом химическое соединение. В качестве абсорбентов применяют воду, этаноламиновые, мышьяково-содовые, медно-аммиачные растворы, различные органические продукты и другие жидкости. Физическая абсорбция обычно обратима. На этом свойстве абсорбционных процессов основано выделение поглощенного газа из раствора – десорбция. Десорбцию газа проводят отгонкой его в токе инертного газа или водяного пара в условиях подогрева абсорбента или снижения давления над абсорбентом. Отработанные после хемосорбции абсорбенты обычно регенерируют химическими методами или нагреванием. Сочетание абсорбции и десорбции позволяет многократно применять поглотитель и выделять поглощенный газ в чистом виде. Аппараты, в которых проводят процессы абсорбции, называют абсорберами, В абсорберах обеспечивается развитая поверхность контакта. По способу образования поверхности контакта абсорберы можно подразделить на четыре группы: пленочные; насадочные; тарельчатые; распыливающие. Насадочные абсорберы (рисунок 6.1) представляют собой колонны 1, заполненные насадкой – твердыми телами различной формы. Насадка 3 укладывается на опорные решетки 4, имеющие отверстия или щели для прохождения газа и стока жидкости, которая достаточно равномерно орошает насадку 3 с помощью распределителя 2 и стекает по поверхности насадочных тел в виде тонкой пленки вниз.

Рисунок 6.1 – Насадочные абсорберы: а – со сплошным слоем насадки; б – с секционной загрузкой насадки; в – эмульгационная насадочная колонна:1 – корпуса; 2 – распределители жидкости; 3 – насадка; 4 – опорные решетки; 5 – перераспределитель жидкости; 6 – гидравлические затворы; 7 – насадка; 8 – сетка, фиксирующая насадку; 9 – гидравлический затвор; 10 – опорная решетка; 11 – распределитель газа.

119

В промышленности используют разнообразные по форме и размерам насадки (рисунок 6.2), изготовленные из различных материалов (металл, керамика, пластические массы и др.).

Рисунок 6.2 – Виды насадок для абсорберов: 1 – шарообразные тела; 2 – кольца Рашига; 3 – хордовая насадка. Все насадки должны удовлетворять следующим требованиям: хорошо смачиваться орошающей жидкостью; оказывать малое гидравлическое сопротивление газовому потоку; создавать возможность для высоких нагрузок аппарата по жидкости и газу; иметь малую плотность; равномерно распределять орошающую жидкость; быть стойкой к агрессивным средам и обладать высокой механической прочностью. В качестве насадки наиболее широко применяют тонкостенные кольца Рашига. Для работы абсорбера насадки необходимо равномерно орошать, для этих целей применяют специальные устройства – оросители, которые подразделяют на струйчатые и разбрызгивающие. Тарельчатые абсорберы представляют собой вертикальные цилиндрические колонны, внутри которых на определенном расстоянии друг от друга по высоте колонны размещаются горизонтальные перегородки – тарелки. Тарелки служат для развития поверхности контакта фаз при направленном движении этих фаз (жидкость течет сверху вниз, а газ проходит снизу вверх) при многократном взаимодействии жидкости и газа. Тарелки могут быть колпачковыми, ситчатыми, клапанными и другими. Устройство одного из перечисленных типов абсорберов (с колпачковыми тарелками) приводится на рисунке 6.3, (а, б). Жидкость в этих абсорберах подается на верхнюю тарелку, движется вдоль тарелки от одного сливного устройства к другому, перетекает с тарелки на тарелку и удаляется из нижней части абсорбера. Газ поступает в нижнюю часть абсорбера, проходит через прорези колпачков (в других абсорберах – через отверстия, щели и т.д.) – рисунок 6.3, (в, г) и затем попадает в слой жидкости на тарелке. При этом газ в жидкости распре120

деляется в виде пузырьков и струй, образуя в ней слой пены, в которой происходят основные процессы массо- и теплопереноса. Пройдя через все тарелки, газ уходит из верхней части аппарата.

Рисунок 6.3 – Устройство колонны и колпачковых тарелок: а – колонна с тарелками; б – две соседние тарелки; в – капсульный колпачок; г – формы капсульных колпачков; 1 – тарелки; 2 – газовые (паровые) патрубки; 3 – круглые колпачки; 4 – переточные перегородки (или трубы) с порогами; 5 – гидравлические затворы; 6 – корпус колонны.

В распыливающих абсорберах контакт между фазами достигается распыливанием или разбрызгиванием жидкости в газовом потоке. Эти абсорберы подразделяют на следующие группы: полые (форсуночные) распыливающие абсорберы, в которых жидкость распыляется на капли форсунками; механические распыливающие абсорберы, в которых жидкость распыляется вращающимися деталями. Устройство одного из перечисленных типов абсорберов (форсуночного) приводится на рисунке 6.4. В этих абсорберах газ движется снизу вверх, а жидкость подается через расположенные в верхней части колонны 1 форсунки 2 с направлением факела распыла обычно сверху вниз. Распыливающие полые абсорберы применяются для улавливания хорошо растворимых газов. 121

Рисунок 6.4 – Устройство полых распыливающих абсорберов: а - вертикального с верхним распылом жидкости; б - вертикального с распылом жидкости по высоте аппарата; в - горизонтального с перекрестным током; 1 - корпуса; 2 - форсунки; 3 - коллектор орошающей жидкости; 4 – брызгоотбойник; 5 – газораспределительная решетка.

Для выделения поглощенного газа (абсорбтива) из абсорбента и получения его в чистом виде, а также для повторного использования абсорбента в процессе абсорбции проводят процесс десорбции. Для проведения процесса десорбции используют три следующих метода: отгонку в токе инертного газа или водяного пара; отгонку под действием подводимой к абсорбенту теплоты; отгонку при снижении давления над абсорбентом. Схемы промышленных абсорбционных установок можно разделить на две основные группы: с однократным использованием абсорбента (т.е. десорбция поглощенных компонентов не производится); с многократным использованием абсорбента (т.е. с десорбцией). На рисунке 6.5 представлена схема абсорбционной установки с десорбцией абсорбента и его рециркуляцией. Абсорбент из последнего по ходу жидкости абсорбера 1 поступает в сборник 2, откуда его насосом 5 через теплообменник 8 подают в десорбер 9, в котором освобождают от поглощенного газа. Из десорбера регенерированный абсорбент проходит через теплообменник 8, отдает теплоту абсорбенту, поступающему на десорбцию, и затем через холодильник 10 возвращается на орошение первого по ходу жидкости абсорбера.

122

Рисунок 6.5 – Схема противоточной многоступенчатой абсорбционной установки с генерацией поглотителя и рециркуляцией жидкости по ступеням: 1 – абсорберы; 2-4 – сборники; 5–7 – насосы; 8 – теплообменник; 9 – десорбер; 10 – холодильники.

При нормальной работе абсорберов концентрация газопаровой фазы не находится в пределах воспламенения, т.к. абсорбтив чаще всего совсем не содержит кислорода или его количество настолько мало, что практически он не будет влиять на возможность образования горючих концентраций. Исключение составляют такие случаи, когда на поглощение в абсорберы поступают пароили газовоздушные смеси. Оценивая опасность концентрации в промежуточных емкостях, т.е. в емкостях, где находится насыщенный поглощаемым компонентом абсорбент, необходимо учитывать не только наличие в них паров самого абсорбента, но и того поглощенного пара или газа, который будет выделяться из абсорбента. Концентрация смеси будет в пределах воспламенения, если: jн £ j р £ jв

(6.1)

где j р – рабочая концентрация в аппарате, % об;

j н , j в – соответственно нижний и верхний концентрационные пределы распространения пламени, % об. При заполнении промежуточных емкостей насыщенным абсорбентом не исключается возможность образования местных горючих концентраций в местах выброса паровоздушной смеси наружу через дыхательные клапаны. При осуществлении процессов абсорбции специфическим источником зажигания является самовозгорание пирофорных соединений, которые откладываются на стенках аппаратов. Другие группы источников зажиганий, как правило, отсутствуют. Развитию пожара способствует развитая сеть вентиляции и канализации. 123

Пожар может быстро принять крупные масштабы, т.к. в результате аварии возможен выход наружу большого количества горючей жидкости и паров. Пар выходящий наружу может привести к образованию взрывоопасных концентраций в объеме помещений или на территории открытых площадок. Специфические требования пожарной безопасности при проведении процессов абсорбции (регламентируют [20, 25]): - основные аппараты абсорбционных установок следует размещать на открытых площадках; - на открытых установках в зимнее время спускные и дренажные линии, а также участки трубопроводов подачи замерзающих жидкостей (воды, щелочи и других жидкостей) должны иметь исправное утепление; - абсорберы перед пуском должны быть осмотрены, проверена исправность и готовность к работе всех связанных с ними аппаратов и трубопроводов, исправность контрольно-измерительных приборов, регуляторов температуры и давления в колонне, измерителей уровня жидкости в нижней части колонны, рефлюксных емкостях и емкостях остатка; - приборы автоматического контроля уровня жидкости в сепараторах должны быть в исправном состоянии. При отсутствии стационарных приборов, должен осуществляться лабораторный контроль с периодичностью, определенной в производственных инструкциях. 6.1.2 Пожарная безопасность процессов адсорбции Процессы адсорбции применяют для осветления растворов, очистки газов и жидкостей от примесей, улавливания газов и паров из смесей, улавливания паров летучих растворителей из смесей, умягчения воды, извлечения из растворов следов металлов, очистки сахарных сиропов, лекарств и т.п. Основными промышленными адсорбентами являются пористые тела, обладающие большим объемом микропор. Свойства адсорбентов определяются природой материала, из которого они изготовлены, и пористой внутренней структурой. Адсорбенты характеризуются своей поглотительной, или адсорбционной способностью, определяемой максимально возможной концентрацией адсорбтива в единице массы или объема адсорбента. Величина поглотительной способности зависит от типа адсорбента, его пористой структуры, природы поглощаемого вещества, его концентрации, температуры, а для газов и паров – от их парциального давления. Максимально возможную при данных условиях поглотительную способность адсорбента условно называют равновесной активностью. По химическому составу все адсорбенты можно разделить на углеродные и неуглеродные. К углеродным адсорбентам относятся активные (активированные) угли, углеродные волокнистые материалы, а также некоторые виды твердого топлива. Неуглеродные адсорбенты включают в себя силикагели, активный оксид алюминия, алюмогели, цеолиты и глинистые породы.

124

Активные угли обычно используют для поглощения органических веществ в процессах очистки и разделения жидкостей и газов (паров). Эти адсорбенты получают сухой перегонкой ряда углеродсодержащих веществ (древесины, каменного угля, костей животных, косточек плодов и др.) с целью удаления летучих соединений. После этого уголь активируют, например прокаливают его при температуре 850 - 900 °С, что приводит к освобождению пор от смолистых веществ и образованию новых микропор. Активацию проводят также экстрагированием смол из пор органическими растворителями, окислением кислородом воздуха и другими способами. Удельная поверхность активных углей очень высока и составляет 6·105 – 17·105 м2/кг, а их насыпная плотность 200 - 900 кг/м3. Активные угли применяют в виде частиц неправильной формы размером 1 - 7 мм, цилиндров диаметром 2 - 3 мм и высотой 4 - 6 мм и порошка с размером частиц менее 0,15 мм. К основным недостаткам активных углей относятся их горючесть, склонность к самовозгоранию и невысокая механическая прочность. Силикагель – это обезвоженный гель кремниевой кислоты (SiO2·nН20) применяют в процессах осушки газов и жидкостей, при разделении органических веществ в газовой фазе и в хроматографии. Силикагель получают обработкой раствора силиката натрия серной кислотой (иногда хлороводородной) или растворами солей, имеющих кислую реакцию. Образовавшийся гель промывают водой и сушат до конечной влажности 5 - 7%. Удельная поверхность силикагеля составляет 4·105 - 7,7·105 м2/кг, насыпная плотность – 400 - 800 кг/м3. Силикагели негорючи. Алюмогели получают термической обработкой гидроксида алюминия – А1(ОН)3 при температурах 600 - 1000 оС. Поры полученного сорбента (92% А1203) имеют диаметр 1 - 3 нм, удельную поверхность 2·105 - 4·105 м/кг; насыпная плотность такого сорбента 600 кг/м3. Алюмогели используют для осушки газов, очистки водных растворов и минеральных масел, применяют в качестве катализаторов и их носителей. Цеолиты представляют собой природные или синтетические минералы, которые являются водными алюмосиликатами, содержащими оксиды щелочных и щелочноземельных металлов. Адсорбционные поверхности цеолитов соединены между собой окнами определенного диаметра, через которые могут проникать только молекулы меньшего размера. На этом основано разделение смесей с разными по размеру молекулами, что послужило причиной называть цеолиты молекулярными ситами. Для разделения газовых смесей применяют цеолиты в виде шариков или гранул размером от 1 до 5 мм, а для разделения жидких смесей – в виде мелкозернистого порошка. Цеолиты используют для глубокой осушки газов и жидкостей, в процессах очистки и разделения смесей веществ с близкой молекулярной массой, а также в качестве катализаторов и их носителей. Для очистки жидкостей от примесей в качестве адсорбентов применяют природные глинистые породы. Для активации глины обрабатывают серной или

125

хлороводородной кислотами и получают адсорбент с удельной поверхностью пор порядка (1,0 - 1,5)·105 м2/кг. При адсорбции частицы газа или пара концентрируются на поверхности адсорбента под влиянием молекулярных сил притяжения. Из смеси газов и паров адсорбент в первую очередь и в значительно большем количестве поглощает тот компонент, который имеет более высокую температуру кипения (при данной температуре имеет меньше давление насыщенного пара). Основными факторами, влияющими на протекание процесса адсорбции, являются: свойства адсорбента, температура и давление газовой смеси, свойства поглощаемых веществ и их концентрация в газовой смеси. Аппараты, в которых проводится процесс адсорбции, называются адсорберами. Адсорберы могут быть: периодического и непрерывного действия. В промышленности применяются вертикальные и горизонтальные адсорбционные аппараты периодического действия с неподвижным и подвижным (псевдоожиженным) слоем адсорбента. Адсорбционные аппараты периодического действия с неподвижным слоем адсорбента (рисунок 6.6) имеют корпус 1, в котором на опорнораспределительной решетке 2 находится слой адсорбента. Исходная газовая смесь проходит через слой адсорбента сверху вниз. При десорбции водяным паром, пар подают через нижний штуцер, конденсат отводится через штуцер в днище, а пар вместе с десорбированным веществом уходит через штуцер в крышке. Загрузка и выгрузка адсорбента производятся через люки 4 и 3.

Рисунок 6.6 - Адсорберы с неподвижным слоем адсорбента: а - вертикальный; б - горизонтальный; 1 - корпуса; 2 - опорно-распределительные решетки; 3 - люки для выгрузки адсорбента; 4 - люки для загрузки адсорбента.

Адсорбер с псевдоожиженным слоем адсорбента (рисунок 6.7) состоит из ряда секций, расположенных в цилиндрическом корпусе 1. Секции разделены распределительными решетками 2. Адсорбент входит в аппарат через верхнюю 126

трубу и далее по переточным трубам 3 движется противотоком по отношению к сплошной фазе, подаваемой снизу и отводимой сверху. Отвод твердой фазы из аппарата производится с помощью затвора-регулятора 4.

Рисунок 6.7 - Адсорбер с псевдоожиженным слоем адсорбента: 1 - корпус; 2 - распределительные решетки; 3 - переточная труба; 4 - затвор-регулятор. Процесс работы адсорберов состоит из следующих четырех фаз: адсорбция (поглощение), десорбция (продувка паром), сушка адсорбента и его охлаждение. Адсорбционная установка для обеспечения непрерывности действия имеет не менее двух адсорберов, в одном из которых протекает адсорбция, а во втором - десорбция. Схема такой рекуперационной установки приводится на рисунке 6.8.

Рисунок 6.8 - Схема рекуперационной адсорбционной установки: 1, 2 - адсорберы; 3 - конденсатор водяного пара и паров десорбированного вещества; 4 – калорифер; 5 – конденсатоотводчик.

127

Исходную газовую смесь подают в адсорбер 1, заполненный активным углем. После насыщения слоя в адсорбере 1 его переключают на стадию десорбции, а исходную смесь направляют в адсорбер 2. Адсорбент регенерируют острым динамическим водяным паром, подаваемым в нижнюю часть адсорбера. Динамический пар уносит пары адсорбата в конденсатор 3. Конденсат адсорбата в смеси с водой идет далее на разделение. Сушку адсорбента производят горячим воздухом, подаваемым в адсорбер через калорифер 4. Охлаждают адсорбент атмосферным воздухом, подаваемым по обводной линии. Пожарная опасность процесса адсорбции характеризуется наличием горючей жидкости в производственных цехах и на самой рекуперационной станции, возможностью образования взрывоопасных концентраций паров горючей жидкости у рабочих мест, в линиях транспортировки паровоздушных смесей и в объеме адсорберов, наличием активированного угля, который может гореть и в определенных условиях самовозгораться. Общее количество горючей жидкости находящейся в аппаратах рекуперационной станции, может доходить до 10 тонн и более. Количество угля на станциях средней производительности достигает 10 - 12 тонн. Следует учитывать, что внутри объемов адсорберов взрывоопасная концентрация паров горючей жидкости может образоваться даже в том случае, когда поступающая в них паровоздушная смесь будет иметь концентрацию значительно ниже НКПР. Такое явление возможно при повышении температуры угля. Источниками зажигания при проведении процессов адсорбции могут быть искры удара и трения (повреждение лопастей вентиляторов, износ подшипников и др.); теплота самовозгорания активированного угля. Распространение пожара происходит по технологическим коммуникациям, транспортирующим паровоздушные смеси. Специфические требования пожарной безопасности при проведении процессов адсорбции, (регламентируют [20, 25]): - адсорбционная установка должна обеспечивать непрерывный и полный отсос выделяющихся паров горючих жидкостей от всех рабочих мест; - линии паро-, газовоздушной смеси адсорбционной установки должны быть снабжены исправными огнепреградителями. Число огнепреградителей, их вид и размеры огнегасящей насадки должны соответствовать проекту. Эксплуатировать установку без огнепреградителей или с огнепреградителями, не соответствующими проекту, не допускается; - в воздуховодах должен осуществляться контроль скорости движения паровоздушных смесей (поддерживается в пределах 10 - 12 м/с); - не допускается загрязнение внутренней поверхности трубопроводов твердыми горючими материалами; - адсорберы должны быть оборудованы устройствами для затопления водой (подключаются к водопроводной сети); - активированный уголь должен применяться только стандартный, с количеством пыли в нем не более 1% по массе;

128

- должен проводиться регулярный контроль температуры в различных точках толщи активированного угля (критическая температура не более 60 оС); - оптимальная высота слоя активированного угля должна выдерживаться в пределах 1 - 1,5 м – для вертикальных и 0,5 - 0,8 м – для горизонтальных адсорберов; - для исключения случаев самовозгорания отработанный активированный уголь после выгрузки необходимо смачивать водой; - фильтры на адсорбционных установках или циклоны для улавливания из транспортируемой среды твердых примесей должны быть исправными и регулярно очищаться. 6.2 Пожарная безопасность процессов разделения горючих жидкостей Для разделения жидких гомогенных горючих смесей на компоненты, получения сверхчистых жидкостей и для других целей применяется процесс перегонки. Перегонка является одним из важнейших технологических процессов разделения и очистки жидкостей и СГГ в химической, нефтехимической, фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности. Перегонка представляет собой процесс, в котором разделяемая горючая жидкость нагревается до кипения, а образующийся пар отбирается и конденсируется. В результате получают жидкость – конденсат, состав которой отличается от состава начальной смеси. Повторяя много раз процессы испарения конденсата и конденсации, можно практически полностью разделить исходную смесь на чистые составные части (компоненты). Процесс перегонки основан на том, что жидкости, составляющие смесь, обладают различным давлением (упругостью) пара при одной и той же температуре. Поэтому состав пара, а, следовательно, и состав жидкости, получающейся при конденсации пара, будут несколько отличаться от состава начальной смеси: легколетучего или низкокипящего компонента (далее – НК) в паре будет содержаться больше, чем в перегоняемой жидкости. В неиспарившейся жидкости концентрация труднолетучего или высококипящего (далее – ВК) компонента увеличивается. Перегонку подразделяют на два основных вида: простую перегонку (или дистилляцию) и ректификацию. Под простой перегонкой понимают процесс однократного частичного испарения исходной жидкой смеси и конденсации образующихся при этом паров. Простую перегонку применяют для разделения смесей, представляющих собой легколетучее вещество с некоторым содержанием весьма труднолетучих веществ. Обычно простую перегонку используют для предварительного разделения, очистки веществ от примесей, смол, загрязнений. При этом сконденсированные пары называют дистиллятом, а оставшуюся жидкость – остатком. Простую перегонку проводят периодически. При периодической перегонке жидкость постепенно испаряется, и образующиеся при этом пары непрерывно удаляются из системы и конденсируются с получением 129

дистиллята. При этом содержание НК в кубовой (исходной) жидкости уменьшается, что приводит к снижению содержания НК в дистилляте – в начале процесса содержание НК максимально, а в конце – минимально. Простую перегонку можно проводить при атмосферном давлении или под вакуумом. Для получения нужных фракций (или разного состава дистиллята) применяют фракционную, или дробную, перегонку в установке, схема которой приведена на рисунке 6.9. Исходную смесь загружают в куб 1, имеющий змеевик для нагревания и кипячения этой смеси. Образующиеся пары конденсируются в теплообменнике-конденсаторе 2, дистиллят в нем же охлаждается до заданной температуры и поступает в один из сборников 3. После окончания процесса перегонки остаток сливают из куба 1 и вновь загружают в него исходную смесь.

Фракции дистиллята Рисунок 6.9 - Схема установки для простой перегонки Ректификация – это наиболее полное разделение смесей жидкостей, целиком или частично растворимых друг в друге. Процесс ректификации заключается в многократном взаимодействии паров с жидкостью – флегмой, полученной при частичной конденсации паров. Основными типами аппаратов для проведения процесса ректификации являются ректификационные колонны (далее – РК), которые по устройству могут быть с тарелками и насадками. По устройству РК принципиально не отличаются от тарельчатых и насадочных абсорберов, рассмотренных в разделе 6.1. В отличие от абсорберов, для снижения потерь теплоты РК покрывают тепловой изоляцией. Основной отличительной особенностью РК является то, что для проведения ректификации они должны быть снабжены соответствующей теплообменной аппаратурой (кипятильником, подогревателем, конденсатором-дефлегматором, холодильниками дистиллята и кубового остатка). Кипятильники (подогреватели) предназначены для обеспечения образования восходящего по РК потока пара, и могут быть встраиваемыми внутрь колонны (рисунок 6.10, а) или выносными (рисунок 6.10, б), а конденсаторы130

дефлегматоры – для получения флегмы за счет частичной конденсации выходящей паровой фазы. Варианты расположения дефлегматоров приводятся на рисунке 6.11.

а)

б)

Рисунок 6.10 - Варианты расположения кипятильников: а - встроенного; б - выносного.

а) б) Рисунок 6.11 - Варианты расположения дефлегматоров: а - подачей флегмы самотеком; б - подачей флегмы насосом.

Процессы ректификации проводят на установках непрерывного или периодического действия. В установке непрерывного действия (рисунок 6.19) необходимо, чтобы поступающая на разделение смесь соприкасалась со встречным потоком пара с несколько большей концентрацией ВК, чем в жидкой смеси. Поэтому исходную смесь подают в то место РК 3, которое соответствует этому условию. Место ввода исходной смеси, нагретой до температуры

Рисунок 6.12 - Схема ректификационной установки непрерывного действия: 1 - емкость для исходной смеси; 2 - подогреватель; 3 - колонна; 4 - кипятильник; 5 - дефлегматор; 6 - делитель флегмы; 7 - холодильник; 8 - сборник дистиллята; 9 - сборник кубового остатка. кипения в подогревателе 2, называют тарелкой питания, или питательной тарелкой. Тарелка питания делит колонну на две части: верхнюю – укрепляющую 131

и нижнюю – исчерпывающую. В укрепляющей части происходит обогащение поднимающихся паров НК, а в исчерпывающей – удаление НК. Поток пара, поднимающегося по РК, поддерживается испарением части кубовой жидкости в кипятильнике 4, поток жидкости, текущей по колонне сверху вниз, возвратом части флегмы, образующейся при конденсации выходящих из колонны паров в дефлегматоре 5. При непрерывной ректификации многокомпонентных смесей в установке должна быть не одна колонна, а больше, т.к. в одной колонне можно разделить смесь только на два продукта. Периодически действующие ректификационные установки применяют, как правило, для разделения жидких смесей в тех случаях, когда использование непрерывно действующих установок нецелесообразно. Обычно это характерно для технологических процессов, в которых количества подлежащих разделению смесей невелики и требуется определенное время для накопления этих продуктов перед разделением или в условиях часто меняющегося состава исходной смеси. Периодическую ректификацию проводят на установках, схема которой показана на рисунке 6.13.

Рисунок 6.13 - Схема установки для проведения периодической ректификации. Исходную смесь периодически загружают в куб-кипятильник 1, снабженный подогревателем 2, в который подается теплоноситель, например насыщенный водяной пар и доводят до кипения. Образующиеся пары поднимаются по колонне 3, в которой происходит противоточное взаимодействие этих паров с жидкостью (флегмой), поступающей из дефлегматора 4. Часть конденсата после делителя потока 5 возвращается в колонну в виде флегмы, другая часть – дистиллят Р – через холодильник 6 собирается в сборниках 7 в виде отдельных фракций. Процесс ректификации заканчивают обычно после того, как будет достигнут заданный средний состав дистиллята. Таким образом, колонна 3 является аналогом укрепляющей части колонны непрерывного действия, а куб выполняет роль исчерпывающей части. 132

Пожарная опасность процессов ректификации определяется пожароопасными свойствами веществ и режимом работы РК (температура, давление). Большинство колонн работает под небольшим давлением 0,12...0,7 МПа. При нормальных режимах работы, в РК работающих под избыточным давлением, образование горючей смеси невозможно. Горючие концентрации внутри РК могут образовываться в периоды остановки на ремонт и пуска колонн после ремонта. При авариях или неисправностях возможно: в колоннах, работающих под давлением – выход и воспламенение продукта, если продукт нагрет до температуры самовоспламенения и выше, а в колоннах, работающих под вакуумом – подсос воздуха и образование взрывоопасных концентраций внутри колонны. Причины образования неплотностей и повреждений в РК: повышение давления, температурные и механические воздействия, химический износ оборудования. Повышение давления является следствием нарушений материального и энергетического балансов, процесса нормальной конденсации паровой фазы, попадания в высоконагретые РК жидкостей с низкой температурой кипения. Источниками зажигания в процессах ректификации могут быть: огневые работы; самовоспламенение нагретого продукта; самовозгорание пирофорных отложений; нагретые поверхности РК и другого оборудования. Пожар на ректификационной колонне может быстро принять крупные масштабы, т.к. в результате аварии возможен выход наружу большого количества горючей жидкости и ее паров. Пары горючей жидкости выходящие наружу могут привести к образованию взрывоопасных концентраций в объеме помещений или на территории открытых площадок. Распространению пожара способствуют системы производственной вентиляции и канализации. Специфические требования пожарной безопасности при проведении процессов ректификации (регламентируют [20, 25]): - на открытых площадках ректификационное оборудование должно размещаться группами с учетом их пожарной опасности; - перед пуском должны быть осмотрены, проверена исправность и готовность к работе всех связанных с РК аппаратов и трубопроводов, исправность контрольно-измерительных приборов, регуляторов температуры и давления в колонне, измерителей уровня жидкости в нижней части колонны, приемниках ректификата, рефлюксных емкостях и емкостях остатка; - РК, установленные на открытых площадках, должны быть оборудованы стационарной или полустационарной системой пожаротушения (колонны для разделения СГГ, а также колонные аппараты высотой 40 м и более) должны быть обеспечены стационарными системами водяного или воздушно-пенного охлаждения и тушения; - приборы автоматического контроля уровня жидкости в сепараторах должны быть в исправном состоянии. При отсутствии стационарных приборов, должен осуществляться лабораторный контроль с периодичностью, определенной в производственных инструкциях; - колонны необходимо оборудовать предохранительными клапанами. 133

Выброшенная через клапан флегма должна отводиться в дренажные системы; - поврежденные участки теплоизоляции РК и их опор должны своевременно исправляться. Теплоизоляция должна быть чистой, исправной и выполнена так, чтобы при утечках не могли образоваться скрытые течи жидкости по корпусу; - при разгонке полимеризующихся жидкостей необходимо принимать меры против образования и отложения полимеров в колонне (подача ингибиторов) и периодически производить очистку от отложений; - перед открытием нижнего люка РК в аппарат необходимо подать пар или иметь наготове подключенный к паровой гребенке шланг; - при переключении линий должно исключаться попадание в колонну воды или других низкокипящих жидкостей; - после промывки и продувки колонны должно производиться полное удаление воды и конденсата; - при подаче острого пара в РК должно производиться его освобождение от конденсата, образующегося в паровой линии; - во избежание проявления высоких температурных напряжений в стенках аппаратов ректификационной установки, которые могут возникнуть под воздействием атмосферных осадков либо при пожаре, трубопроводы на прямых участках необходимо оборудовать температурными компенсаторами; защищать теплоизоляцией опорные металлические конструкции (опоры, юбки, этажерки и др.); - на открытых установках в зимнее время спускные и дренажные линии, а также участки трубопроводов подачи замерзающих жидкостей (воды, щелочи и других жидкостей) должны иметь исправное утепление; - ремонтные работы в колонне могут производиться лишь после полного удаления продукта и продувки РК паром. Вопросы для самопроверки 1. Объясните сущность процесса абсорбции. 2. Перечислите абсорбенты, наиболее часто используемые в технологических процессах производств, охарактеризуйте их свойства. 3. Нарисуйте схемы насадочного и тарельчатого абсорберов, объясните их работу. 4. Дайте оценку пожарной опасности абсорбционных установок и приведите требования пожарной безопасности к процессам абсорбции. 5. Объясните процессы адсорбции: распространенность, сущность, факторы, влияющие на протекание процесса адсорбции. 6. Перечислите широко используемые адсорбенты и охарактеризуйте их свойства. 7. Какие виды адсорберов вы знаете, нарисуйте схему одного из них, объясните фазы их работы. 8. Охарактеризуйте пожарную опасность адсорбционных установок. 134

9. Назовите способы осуществления процессов десорбции, охарактеризуйте их пожарную опасность. 10. Назовите требования пожарной безопасности, направленные на предотвращение образования горючих концентраций в адсорберах и линиях транспорта паровоздушной смеси. 11. Перечислите источники зажигания в процессах адсорбции и рекуперации и меры по предотвращению самовозгорания угля в адсорберах. 12. Назовите возможные пути распространения пожара на адсорбционных установках и меры по их предотвращению. 13. Назовите способы осуществления процессов десорбции, охарактеризуйте их пожарную опасность. 14. Объясните сущность процессов разделения горючих жидкостей простой перегонкой и ректификацией. 15. Объясните устройство и работу РК, приведите виды колонн. 16. Нарисуйте принципиальную схему непрерывно действующей ректификационной установки, объясните ее работу. 17. Охарактеризуйте особенности пожарной опасности процессов ректификации. 18. Перечислите источники зажигания на ректификационных установках. 19. Приведите основные требования пожарной безопасности при проведении процессов ректификации.

135

ГЛАВА 7 ПОЖАРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ Основными процессами большинства технологических схем производства химической промышленности являются процессы химического превращения веществ. Эти процессы сопровождаются выделением (экзотермические) или поглощением (эндотермические) тепла. Для обеспечения оптимальных условий и безопасных режимов работы технологического оборудования необходимо применение специальных систем охлаждения (процессы окисления, хлорирования, гидрохлорирования, гидрирования, полимеризации и поликонденсации) или нагрева (процессы дегидрирования, пиролиза) В большинстве случаев химические процессы протекают в присутствии катализаторов и инициаторов. Применяемые в реакторах катализаторы и инициаторы весьма разнообразны по составу. Это металлы, соли, кислоты, щелочи, металлоорганические соединения, перекиси, гидроперекиси, диазосоединения и др. Основными аппаратами химических технологий являются химические реакторы. 7.1 Пожарная безопасность химических реакторов Химический реактор – это аппарат для проведения химических реакций. Химические реакторы классифицируются по способу организации процесса; тепловому режиму; режиму движения реакционной среды; фазовому состоянию исходных реагентов; конструктивному оформлению теплообменных устройств. По способу организации процесса различают реакторы периодического, полунепрерывного и непрерывного действия. В реакторах периодического действия исходное сырье (реагенты) загружают через определенные промежутки времени. После осуществления химических превращений продукты реакции выгружают из реактора. По окончании разгрузки реактора и его повторной загрузки процесс повторяется. Таким образом, в реакторах периодического действия все его стадии (загрузка, реакция, разгрузка), протекают в одном месте (в одном аппарате), но в разное время. В реакторах полунепрерывного (комбинированного) действия один из исходных реагентов загружается непрерывно, другой – периодически. Иногда реагенты поступают в реактор периодически, продукты реакции выгружаются непрерывно. В реакторах непрерывного действия, поступление исходных реагентов, сама химическая реакция и выгрузка продуктов реакции, производятся одновременно и непрерывно, но разобщены в пространстве, то есть осуществляются в различных частях одного аппарата. По тепловому режиму реакторы бывают изотермические, адиабатические, реакторы с программированным тепловым режимом. 136

Реакторы, в которых процесс протекает при постоянной температуре во всех точках реакционного объема, называют изотермическими. Достичь постоянства температуры в реальных условиях весьма затруднительно, поэтому для большинства реакторов наиболее характерным является политропический режим, т.е. частичный отвод тепла реакции или подвод тепла извне. Для отвода и подвода тепла используют соответствующие тепло и хладагенты. Реакторы, работающие без теплообмена с окружающей средой, называются адиабатическими. Все тепло, выделяемое (или поглощаемое) в реакторе, аккумулируется реакционной смесью. Эти реакторы просты по конструкции, у них нет теплообменных устройств. Для создания адиабатического режима используют теплоизоляцию. В реакторах с программированным тепловым режимом теплообмен осуществляется в соответствии с заданной программой изменения температуры по высоте реактора или в определенных точках реакционного объема (в определенные промежутки времени). По режиму движения реакционной среды различают реакторы вытеснения и реакторы с перемешиванием (при непрерывном действии реактора). Реактор вытеснения (рисунок 7.1) характеризуется тем, что в нем все частицы заполняющего продукта движутся в заданном направлении, не перемешиваясь с движущимися впереди и сзади частицами и полностью вытесняя, подобно поршню, находящиеся впереди частицы потока. Время пребывания всех частиц реакционной среды в аппаратах идеального вытеснения одинаково. Состав реакционной смеси изменяется постепенно, по длине (высоте) реактора, вследствие протекания химической реакции.

Рисунок 7.1 - Реактор вытеснения трубчатого типа: 1 – корпус; 2 – катализатор; 3 – теплоноситель (хладагент); 4 – исходные продукты; 5 – продукты реакции.

Реакторы с перемешиванием (рисунки 7.2, 7.3), характеризуются тем, что поступающие в них реагенты интенсивно перемешиваются с помощью мешалки. Реагенты непрерывно подаются в реактор, а продукты реакции непрерывно 137

выводятся. Поступающие в такой реактор частицы вещества мгновенно смешиваются с уже находящимися в нем частицами. В результате во всех точках реакционного объема выравниваются параметры, характеризующие протекающий процесс.

Рисунок 7.2 - Схема реактора со скребковой мешалкой: 1 – корпус; 2 – мешалка; 3 – рубашка для подогрева и охлаждения.

Рисунок 7.3 - Схема реактора со спиралевидной мешалкой: 1 – спираль большого диаметра; 2 – спираль малого диаметра; 3 – рубашка охлаждения.

По фазовому состоянию исходных реагентов реакторы бывают гомогенные и гетерогенные. Гомогенным называют реактор, если в нем реагирующие вещества находятся в одной фазе, например, только в жидкой или только в газообразной, а гетерогенным – если в реакторе реагирующие вещества находятся в различных агрегатных состояниях. По конструктивному оформлению теплообменных устройств различают реакторы с рубашкой, с внутренними змеевиками, с наружным (внутренним) теплообменником и с двойными трубками. Система теплообмена может быть непрерывной и ступенчатой. На рисунке 7.4 показаны наиболее распространенные теплообменные устройства, применяемые в реакторах смешения, а на рисунке 7.5 – в реакторах вытеснения.

а)

б)

в)

г)

Рисунок 7.4 Схемы теплообменных устройств в реакторах смешения: а – аппарат с рубашкой; б – аппарат с внутренним змеевиком; в – аппарат с наружным теплообменником; г – аппарат с внутренним теплообменником; 1 – исходное вещество; 2 – теплоноситель; 3 – продукты реакции.

138

Непрерывный отвод (подвод) тепла осуществляется через теплообменную поверхность по всей высоте реактора. При ступенчатом отводе (подводе) тепла реактор делится на адиабатические секции с промежуточным охлаждением (подогревом).

Рисунок 7.5 - Схемы теплообменных устройств в реакторах вытеснения: а – внутренний теплообменник; б – наружный теплообменник; в – двойные трубки; г, д – кожухотрубчатые теплообменники; е – внутренние змеевики; 1 – теплоноситель (хладагент); 2 – исходное вещество; 3 – катализатор; 4 – продукты реакции.

В реакторах помимо химических, идут и физические процессы, с помощью которых создаются оптимальные условия для осуществления химических реакций (поддерживаются определенная температура, давление, скорость перемешивания и др.). Поэтому химические реакторы соединяются с другими технологическими аппаратами (компрессорами, насосами, теплообменниками, сепараторами). Машины и аппараты, соединенные между собой в определенной последовательности, образуют технологическую схему. При этом аппараты, расположенные до реактора, предназначены для подготовки и подачи исходных реагентов в реактор, а расположенные после реактора – для выделения целевого продукта, получаемого в результате химических превращений. Пожарную опасность химических реакторов определяют физикохимические и пожароопасные свойства исходных реагентов и продуктов реакции; свойства реакционной среды и применяемых катализаторов (инициаторов); параметры проходящего в реакторе процесса, (давление, температура, объемная или массовая скорость); тип и конструктивные особенности реактора. Горючая среда в период нормального ведения технологического процесса в реакторе не образуется, т.к. в исходных реагентах и продуктах реакции отсутствует окислитель. Горючая среда может образоваться в периоды загрузки или выгрузки, при замене отработанного катализатора, если нарушается безопасное соотношение между горючим и окислителем при подаче их в реактор. Катализаторы могут быть взрывопожароопасными и стать источниками зажигания. Органические соединения обладают большой химической активностью, самовоспламеняются на воздухе, реагируют с взрывом с водой и другими веществами. Для увеличения поверхности контакта катализатора с веществом его наносят на пористую основу (активированный уголь, силикагель, керамику и др.), обладающую развитой поверхностью. Катализаторы, приготовленные на 139

основе активированного угля склонны к самовозгоранию. Пути распространения пожара: при нормальном ходе технологического процесса выход ГГ, паров и жидкостей из реакторов исключен, т.к. они закрыты герметично. Выход горючих веществ в производственное помещение или на открытую площадку возможен только в случае повреждений либо возникновения аварий. Повреждения (аварии) реакторов могут произойти при нарушении материального баланса в реакторе, увеличении скорости химической реакции (приводит к значительному повышению давления и температуры в реакторе) и снижении механической прочности стенок реактора. 7.1.1 Требования пожарной безопасности при устройстве и эксплуатации химических реакторов Основные требования пожарной безопасности при устройстве и эксплуатации химических реакторов (регламентируют [20, 25]): - эксплуатация реакторов с отключенными или неисправными контрольно-измерительными и регулирующими приборами, средствами и системами противоаварийной защиты не допускается; - в реакторном отделении не допускается приготовление растворов взрывопожароопасных компонентов. Эта операция должна производиться в специально оборудованном помещении; - загрузку порошкообразных взрывопожароопасных веществ необходимо осуществлять при исправной системе местных отсосов или использовать эти вещества в виде предварительно подготовленных суспензий; - не допускается эксплуатация реакторов и других аппаратов при заполнении гидравлических затворов ниже требуемого уровня; - отбор проб из реакторов через неисправные пробоотборные устройства не допускается; - при использовании металлоорганических катализаторов необходимо контролировать содержание кислорода и влаги в исходном сырье, инертном газе с периодичностью, установленной технологическим регламентом; - для предотвращения повышения давления в контактных аппаратах, питающихся через испарители, не допускается попадание в них неиспарившейся жидкости; - в реакторах, в которых происходит перемешивание взрывопожароопасных веществ, необходимо обеспечить надежную работу мешалок и контролировать герметичность сальниковых уплотнений вала мешалок. При остановке мешалки или нарушении герметичности вала мешалки реактор должен быть остановлен; - в реакторах с использованием твердого катализатора (в виде зерен, стружки и т.п.) и необходимостью перемешивания массы, мешалку после остановки не допускается включать повторно без предварительной разгрузки аппарата от твердого катализатора; - в жидкостных реакторах не допускается превышение регламентиро140

ванного уровня жидкости. Устройства, регулирующие высоту слоя жидкости, должны быть исправными; - при отводе избыточного тепла реакции за счет испарения воды или др. жидкости не допускается снижение уровня испаряемой жидкости ниже установленной нормами; - при использовании сжиженного газа в качестве хладагента не допускается отключать охладительные устройства реактора от общей системы охлаждения без предварительного слива сжиженного газа; - при включении в работу системы охлаждения реакторов со сжиженным газом арматуру на линии его подачи необходимо открывать постепенно во избежание переохлаждения стенок аппаратов и их повреждения; - состояние стенок реакторов с агрессивными средами должно контролироваться путем осмотра и замера величины износа металла; - при возможности отложения твердых продуктов на внутренних поверхностях оборудования и трубопроводов, их забивки, в том числе и устройств аварийного слива из технологических систем, предусматриваются контроль за наличием этих отложений и меры по их безопасному удалению; - дозировка компонентов в реакционных процессах должна быть преимущественно автоматической и осуществляться в последовательности, исключающей возможность образования внутри аппаратуры взрывоопасных смесей или неуправляемого хода реакций; - использование остаточного давления среды в реакторе периодического действия для передавливания реакционной массы в другой аппарат допускается в отдельных, обоснованных случаях; - аппаратура жидкофазных процессов оснащается системами контроля и регулирования в ней уровня жидкости и (или) средствами автоматического отключения подачи этой жидкости в аппаратуру при превышении заданного уровня или другими средствами, исключающими возможность перелива; - реакционные аппараты взрывоопасных технологических процессов с перемешивающими устройствами, как правило, оснащаются средствами автоматического контроля за надежной работой и герметичностью уплотнений валов мешалок, а также блокировками, предотвращающими возможность загрузки в аппаратуру продуктов при неработающих перемешивающих устройствах в тех случаях, когда это требуется по условиям ведения процесса и обеспечения безопасности. Средства контроля и системы блокировок определяются при проектировании; - реакционная аппаратура, в которой отвод избыточного тепла реакции при теплопередаче через стенку осуществляется за счет испарения охлаждающей жидкости (хладагента), оснащается средствами автоматического контроля, регулирования и сигнализации уровня хладагента в теплообменных элементах; - при разработке реакционных процессов получения или применения продуктов, характеризующихся высокой взрывопожароопасностью (ацетилена, этилена при высоких параметрах, пироксидных, металлоорганических соединений и др.), склонных к термическому разложению или самопроизвольной спон141

танной полимеризации, саморазогреву, а также способных самовоспламеняться или взрываться при взаимодействии с водой и воздухом, должны предусматривать дополнительные меры пожарной безопасности с учетом этих свойств; - при применении в реакционных процессах веществ и материалов, способных к самовозгоранию в среде воздуха, должны предусматриваться меры, исключающие или тормозящие процесс их окисления (предотвращение воздействия на них воздуха, уменьшение поверхности окисления посредством уплотнения массы, принудительное охлаждение, введение ингибиторов, тормозящих процесс окисления); - при применении катализаторов, в том числе металлоорганических, которые при взаимодействии с кислородом воздуха и (или) водой могут самовозгораться и (или) взрываться, необходимо предусматривать меры, исключающие возможность подачи в систему сырья, материалов и инертного газа, содержащих кислород и влагу в количествах, превышающих предельно допустимые значения; - для исключения возможности перегрева участвующих в процессе веществ, их самовоспламенения или термического разложения с образованием взрывопожароопасных продуктов в результате контакта с нагретыми элементами аппаратуры определяются и регламентируют температурные режимы, оптимальные скорости перемещения продуктов, предельно допустимое время пребывания их в зоне высоких температур и другие меры; - вскрытие реакторов при их остановке допускается после стравливания избыточного давления, слива горючей жидкости, удаления горючих паров и газов, продувки внутреннего объема инертным газом; - выгрузку катализатора из аппарата можно производить только после его регенерации (пассивации) и продувки инертным газом; - выгрузка отработанного катализатора, в составе которого могут быть самовоспламеняющиеся продукты разложения, должна производиться в герметически закрытые бункеры, в которые должен подаваться инертный газ; - для образующихся в процессе производства отходов должны быть определены и регламентироваться способы их обработки, утилизации или уничтожения. 7.2 Пожарная безопасность экзотермических процессов К экзотермическим процессам относятся процессы хлорирования, гидрохлорирования, гидрирования, полимеризации, поликонденсации и др. Процессы хлорирования (гидрохлорирования) связаны с введением атома хлора в органические соединения. Введением хлора в органические соединения получают мономеры, которые используют для производства пластических масс, химических волокон, синтетических каучуков, растворители, ядохимикаты, а также промежуточные продукты органического синтеза. В качестве исходных продуктов в промышленных процессах хлорирования и гидрохлорирования ис142

пользуют горючие углеводородные газы (метан, этан, этилен, пропилен, ацетилен и др.) и горючие жидкости (бензол, толуол, фенол и др.). Так, хлорированием этилена получают дихлорэтан. Реакция получения дихлорэтана имеет вид: СН2=СН2+Сl2àСlСН2-СН2Сl+Q

(7.1)

Дихлорэтан - это горючая жидкость с температурой вспышки 27 оС. Применяется в качестве растворителя и сырья для получения хлористого винила, полисульфидного каучука и др. Гидрохлорированием ацетила получают хлористый винил. Реакция получения хлористого винила имеет вид: СНºСН+НСlàСН2=СНСl+Q

(7.2)

Хлористый винил - это ГГ, пределы распространения пламени в воздухе 3,6 - 33% (об.). Применяется как сырье для получения полимерных материалов. Условия осуществления процессов хлорирования (гидрохлорирования) в промышленности весьма разнообразны. Их осуществляют в присутствии катализаторов (инициализаторов) при нормальном или повышенном давлениях и высокой температуре. В качестве катализаторов чаще всего используют галогениды металлов (FеСl3, АlСl3, НgСl2), а в качестве инициатора – перекись бензоила. Процессы протекают в жидкой или парообразной фазе. Конечные и промежуточные продукты в большинстве случаев являются также горючими жидкостями (дихлорэтан, хлорбензол, дихлорэтилен) и сжиженными газами (хлористый винил, хлористый метил и т.д.) Хлор, применяемый в процессах хлорирования (гидрохлорирования), является сильным окислителем, поддерживает горение многих веществ, образует взрывчатые смеси с органическими веществами, обладает токсичностью. Хлористый водород и хлор вызывают коррозию оборудования. В качестве хладагентов, помимо воды, применяются ГГ: аммиак, водород, этилен. Для отдельных процессов хлорирования (гидрохлорирования) необходим первоначальный подогрев реагентов до 200 - 500 оС. Для нагрева используют ВТ, в том числе органические, водяной пар, топочные газы. Пожарная опасность процессов хлорирования (гидрохлорирования) характеризуется горючей средой, которую составляют пары органических веществ и углеводородные газы, и образующие с хлором взрывоопасные смеси. Для проведения процессов хлорирования (гидрохлорирования) используют реакторы вытеснения непрерывного действия трубчатого или камерного типа с изотермическим или адиабатическим режимом. Повышение температуры в реакционном объеме реактора, которое приводит к повышению скорости реакции, делает реакцию неуправляемой и носит взрывной характер. Причины повышения температуры: прекращение или уменьшение подачи хладагента, загрязнение теплообменной поверхности, подача хладагента с завышенной начальной 143

температурой. При проведении процесса газофазного хлорирования могут иметь место реакции разложения продуктов. При этом образуются газообразные продукты и пары, что может быть причиной повышения давления в реакторе. В газофазных процессах может быть термическое разложение углеводородов с образованием сажи и смолистых продуктов, которые загрязняют поверхности твердого катализатора и увеличивают гидравлическое сопротивление системы. Сажу и смолистые вещества периодически выжигают. Специфическими источниками зажигания в процессах хлорирования являются: нарушение температурного режима и местные перегревы. Они представляют большую опасность при газофазном гидрохлорировании органических веществ, склонных к взрывному разложению. На поверхности твердого неподвижного перегретого катализатора могут возникнуть локальные очаги процесса разложения, которые распространяются на весь реакционный объем. Так, ацетилен и особенно продукты его полимеризации при повышенных температурах разлагаются с взрывом. Высокие температуры наблюдаются в тех зонах реакционного объема, которые наиболее удалены от поверхности теплоотвода. Увеличение температуры в слое неподвижного катализатора от стенки до оси реактора достигает 300 оС и более. Гидрирование - это процесс непосредственного присоединения водорода к углеродосодержащим веществам. Процессы гидрирования используются в промышленности при получении растворителей, синтетических смол, поверхностноактивных веществ, моторных топлив, технических смазок. Так, гидрогенизацией оксида углерода получают метанол. Реакция получения метанола имеет вид: СО+2Н2«СН3ОН+Q

(7.3)

Принципиальная технологическая схема процесса гидрирования представлена на рисунке 7.6. Исходное сырье после испарения и подогрева смешивается с водородом, и смесь подается в реактор гидрирования. Образующиеся продукты гидрирования и избыток водорода поступают на разделение. Путем конденсации от продуктов реакции отделяют водород, направляя его (после соответствующей очистки) в узел смешения с сырьем или на сжигание. Из жидкой фазы, отделяя побочные вещества, получают необходимые продукты гидрирования. Процессы гидрирования проводятся при повышенной температуре (повышается активность катализатора) и давлении, в избытке водорода (увеличивает выход продукта). Процессы гидрирования проводят, как в жидких, так и в парогазовых фазах.

144

Рисунок 7.6 – Принципиальная технологическая схема процесса гидрирования: 1 - исходное сырье; 2 - испарение; 3 - смешение с водородом; 4 - реактор; 5 - выделение водорода из реакционной смеси; 6 - разделение продуктов гидрирования; 7 - побочные продукты; 8 - продукты гидрирования; 9 - избыточный воздух; 10 - циркуляционный водород. Для проведения процессов гидрирования применяются реакторы (рисунок 7.7) трубчатого или колонного типов с неподвижным слоем катализатора.

Рисунок 7.7 - Реактор периодического действия для жидкофазного гидрирования: 1 – исходное сырье; 2 – выносной холодильник; 3 – продукты реакции.

В реакторе катализатор размещается в специальной катализаторной коробке с перфорированным дном. Холодный водород или реакционная смесь подаются в кольцевое пространство между корпусом реактора и катализаторной коробкой для снятия части тепла и предохранения корпуса от действия высоких температур. Кроме того, по высоте коробки в нескольких местах вводится холодный водород. Таким образом, реакторы гидрирования заполнены парами горючей жидкости в смеси с водородом, находящимся под давлением. Горючую среду в процессах гидрирования образуют горючие жидкости, которые используются в качестве сырья или получаются в результате техноло145

гического процесса. Особую опасность представляют горючие жидкости, нагретые в условиях производства до температуры самовоспламенения и более (для нагрева используют ВОТ). Технологическое оборудование, нагретое до температуры более 200 оС и находящееся под давлением газообразного водорода, подвергается активной водородной коррозии. К специфическим источникам зажигания, которые могут возникать в процессе гидрирования, следует отнести разряды статического электричества и самовозгорание пирофорных соединений при контакте их с воздухом, например, при замене катализатора. Пути распространения пожара в реакторах гидрирования связаны с возможностью появления неплотностей, повреждений, при повышении давления в реакторе и с выходом наружу паров горючей жидкости и водорода с самовоспламенением их при контакте с воздухом. Причины повышения давления: нарушение температурного режима (перегрев исходного сырья, ухудшение теплоотвода из реакционной зоны); сжатие и измельчение катализатора, что ведет к повышению гидравлического сопротивления; прогар труб, ведущий к авариям и пожару; попадание в реактор жидкого продукта. Полимеризация - это процесс получения полимерных соединений (полимеров) из низкомолекулярных веществ (мономеров), при этом взаимодействие молекул мономера (или мономеров) не сопровождается выделением побочных низкомолекулярных соединений. В качестве исходных веществ для реакций полимеризации применяются ненасыщенные соединения, имеющие двойные или тройные связи (этилен, ацетилен, винилхлорид, стирол, бутадиен и их производные). При полимеризации происходит разрыв двойной связи, в результате чего молекула реагирует с другими молекулами. Процессы полимеризации используют для получения пластмасс, каучуков и других веществ. Поликонденсация - это процесс образования полимеров, при котором взаимодействие молекул мономеров сопровождается выделением побочных низкомолекулярных соединений (воды, спирта, хлористого водорода и др.). Поликонденсация используется для получения полимеров, синтетических смол, кремнийорганических полимеров. В качестве исходных веществ для реакций поликонденсации применяют низкомолекулярные вещества, содержащие реакционноспособные группы (гидроксильные, карбонильные, аминогруппы и др.). В процессах полимеризации и поликонденсации в качестве катализаторов используют металлоорганические соединения, обладающие повышенной химической активностью, могут самовоспламеняться на воздухе (диэтилаллюминийхлорид, триизобутилаллюминий), а в качестве инициаторов - органические перекиси и гидроперекиси (перекись бензоила, перекись водорода, гидроперекись изопропилбензола). Процессы полимеризации (поликонденсации) в промышленности осуществляются тремя основными способами: блочным (рисунок 7.8), эмульсионным и полимеризацией в растворе. Блочная полимеризация протекает в среде полимеризующегося мономера в присутствии инициатора и под воздействием тепла 146

или только под воздействием тепла – термическая полимеризация. Полимеру не дают остыть и выдавливают их реактора в виде ленты или жилки, которую после охлаждения измельчают, получая полимер в виде гранул.

Рисунок 7.8 – Принципиальная технологическая схема блочной полимеризации: 1 – подача исходного мономера; 2 – смеситель; 3 – подача инициатора; 4 – полимеризатор; 5 - выдавливание ленты или жилки полимера; 6 – грануляция; 7 – готовый полимер; 8 – добавки (краситель, регулятор и др.).

Если исходный мономер твердое вещество, его предварительно расплавляют, а затем смешивают с инициатором и другими добавками. В некоторых случаях (например, при получении полистирола) осуществляют предварительную полимеризацию мономера (на 30%), а затем смесь полимера и мономера поступает во вторую стадию полимеризации, на которой полимеризуется почти весь мономер. Блочной полимеризацией получают полистирол, полиэтилен высокого давления и другие вещества. Эмульсионная полимеризация осуществляется в водной среде или в среде углеводородного растворителя. Мономер, водорастворимый инициатор, стабилизатор и другие добавки распределяются при интенсивном перемешивании в воде, в присутствии эмульгатора, образуя эмульсию. На скорость процесса эмульсионной полимеризации влияют: рН среды, температура, количество инициатора, скорость и интенсивность перемешивания. После окончания процесса эмульсию разрушают, добавляя кислоты или другие электролиты. Эмульсионной полимеризацией получают поливинилхлорид, полистирол. Полимеризация в растворе проводится в среде растворителя, растворяющего мономер и полимер или только мономер. В первом случае продукт полимеризации представляет собой раствор полимера. В твердом виде полимер получают путем удаления из раствора растворителя и остатков мономера. Это достигается обработкой полимера горячей водой и водяным паром. Если полимер отделяется от воды, он высушивается и гранулируется, а если полимер не растворяется в применяемом растворителе, то по мере образования он выпадает из раствора в твердом виде в осадок и отделяется фильтрованием. Горючую среду в процессах полимеризации составляют горючие жидкости (стирол, хлоропрен); ГГ (этилен, пропилен), в том числе СГГ (бутадиен, хлористый винил); горючие твердые вещества (фенол, капролактам), инициаторы и катализаторы. Специфические источники зажигания: тепловое проявление химических процессов, в том числе самовозгорание металлоорганических соединений, тепло химических реакций, нагретые конструкции оборудования (температура при 147

проведении реакции полимеризации колеблется в пределах 0 - 300 оС, а давление – 150 - 200 МПа). Пути распространения пожара: взрыв, растекание мономеров, растворителей, расплавленных полимеров, горение их на больших площадях с выделением токсичных продуктов разложения. 7.2.1 Требования пожарной безопасности при проведении экзотермических процессов Специфические требования пожарной безопасности при проведении экзотермических процессов (регламентируют [20, 25]). - оборудование, работающее под избыточным давлением должно быть освидетельствовано; - операции по приготовлению растворов пожаро- и взрывоопасных инициаторов (катализаторов) следует производить в изолированном помещении; - при использовании металлоорганических катализаторов для предупреждения опасности их разложения необходимо систематически контролировать содержание свободного кислорода и влаги в исходном сырье и используемом инертном газе, осуществлять строгий контроль исправности теплообменной поверхности систем водяного охлаждения или обогрева; - дозирование сырья и водорода необходимо производить с помощью системы автоматического регулирования, при нарушениях технологических параметров процесса гидрирования должна срабатывать сигнализация; - повышение и понижение температуры в толстостенных реакторах необходимо проводить плавно, в соответствии с установленным графиком; - в процессе работы должны постоянно контролироваться основные параметры процесса и режима работы реакторов: температура, количество и соотношение поступающих в аппарат исходных веществ; температура и количество подаваемого хладагента (теплоносителя); температура в различных точках реакторов и давление; - реакторы должны быть оборудованы мембранными взрывными клапанами; - работа мешалок и сальниковых уплотнений, уровень жидкости, используемый в системе охлаждения, должны постоянно контролироваться; - теплообменные поверхности необходимо своевременно очищать от полимерных соединений и осуществлять контроль за образованием полимерных пробок, - толщину стенок аппаратов необходимо контролировать путем периодического осмотра и замера величины износа материала; - отработанный катализатор, склонный к самовозгоранию, необходимо выгружать из реактора в герметически закрытые бункеры, находящиеся под защитой инертного газа.

148

7.3 Пожарная безопасность эндотермических процессов К эндотермическим процессам относятся процессы дегидрирования, пиролиза и другие. Дегидрирование - это химический процесс отщепления атомов водорода от органических соединений. Дегидрированием получают мономеры для производства синтетических каучуков, пластических масс, ионообменных смол и других веществ. Дегидрированием парафиновых и олефиновых углеводородов получают высокооктановые бензины, ароматические и диеновые углеводороды. Процессы дегидрирования в промышленных условиях проводятся при относительно высоких температурах (от 200 оС до 600 – 650 оС), в присутствии катализатора и при подводе тепла в зону реакции. Для увеличения выхода продукта процесс осуществляют при давлениях, близких к атмосферному или под вакуумом. Понижение давления достигается введением разбавителей (водяного пара, азота, водорода, двуокиси углерода и др.), которые снижают парциальное давление исходных продуктов. Дегидрирование парафиновых углеводородов проводят в парогазовой фазе, по принципиальной технологической схеме приведенной на рисунке 7.9, на поверхности твердых катализаторов (окиси хрома, никеля) при температуре 530 – 560 °С. Исходное сырье испаряют, превращают в перегретый пар и подают в реакторы дегидрирования.

Рисунок 7.9 – Принципиальная технологическая схема дегидрирования парафиновых углеводородов: 1 - испарение углеводородного сырья; 2 - сероочистка; 3 - нагревание; 4 - реактор с кипящим слоем катализатора; 5 - очистка от катализаторной пыли и смол; 6 - выделение газов (Н2, СО, СН4, С2Н8,); 7 - выделение конечного продукта (олефинов); 8 - возвращение предельных углеводородов на дегидрирование. После проведения реакции смесь газов (контактный газ) очищают от пыли катализатора и охлаждают. При этом тяжелые углеводороды конденсируются и отделяются в сепараторах. Дальнейшее разделение газов осуществляется абсорбцией и ректификацией. Катализатор через определенное время требует регенерации, которая осуществляется путем подачи воздуха для выжигания смолистых отложений и кокса. Регенерацию проводят в специальных регенераторах, соединенных с реакторами. Процессы дегидрирования осуществляются преимущественно в реакторах с «кипящим» слоем катализатора (рисунок 7.10). Катализатор находится на 149

распределительных решетках. Перегретые пары (газы) пропускают снизу вверх через решетки с такой скоростью, чтобы частицы катализатора пришли в движение, а весь слой перешел из неподвижного в подвижное (взвешенное) состояние. При таком состоянии слой напоминает кипящую жидкость.

Рисунок 7.10 - Схема реактора с «кипящим» слоем катализатора: 1 – подача исходной смеси; 2 – подача свежего катализатора; 3 – реактор; 4 – циклон; 5 – линия продуктов реакции; 6 – отработанный катализатор; 7 – распределительные решетки.

В «кипящем» слое происходит мгновенное выравнивание температуры, интенсифицируются процессы тепломассообмена, активность катализатора повышается. Этот способ имеет существенный недостаток – унос катализатора из реактора (особенно мелких частиц). Улавливание пыли осуществляется в циклонах и электрофильтрах. Использование двухаппаратной системы «реактор – регенератор» (рисунок 7.11), позволяет непрерывно осуществлять процессы дегидрирования и восстановления катализатора.

Рисунок 7.11 - Схема реактора с кипящим слоем и регенератора для восстановления активности катализатора: 1 – регенератор; 2 – линия регенерационных газов; 3 - батарейный циклон; 4 – продукты реакции на разделение; 5 – реактор; 6 – отпарная колонна; 7 – горячий воздух; 8 – подача водяного пара; 9 – подача восстановленного катализатора в реактор; 10 –подача сырья.

150

Горючую среду в процессах дегидрирования составляют горючие продукты, заполняющие реактор, и соединенный с ним регенератор, в который подается воздух, пары и газы. При повышении давления в реакторе горючие пары и газы могут попасть в регенератор, при повышении давления в регенераторах воздух может перейти в реактор (в обоих случаях могут образоваться взрывоопасные смеси). Причины повышения давления: - попадание воды из котла-утилизатора в систему отвода продуктов горения из регенератора; - прекращение подачи воды в конденсаторы холодильники или при внезапном отключении компрессоров; - образование пробок в линиях транспорта катализатора может нарушить работу системы «реактор – регенератор» и обусловить попадание газов в регенератор; - недостаточная подача горячего воздуха в регенератор или сильное загрязнение катализатора горючими отложениями (происходит с образованием окиси углерода, которая с воздухом образует взрывоопасные концентрации). Температура при проведении процессов дегидрирования колеблется в пределах 0 – 300 оС, давление в пределах 150 – 200 МПа. Потому характерным источником зажигания будут тепловое проявление химических процессов и нагретые поверхности оборудования. Пути распространения пожара: взрыв, растекание горючих жидкостей, горение их на больших площадях. Пиролиз - это разложение органических соединений, сопровождающееся их деструкцией. Пиролиз происходит под действием высоких температур (более 700 оС) и осуществляется в газопаровой фазе без доступа воздуха. Принципиальная технологическая схема пиролиза углеводородов приведена на рисунке 7.12. Пиролиз может сопровождаться процессом полимеризации.

Рисунок 7.12 – Принципиальная технологическая схема пиролиза углеводородов: 1 – углеводородное сырье; 2 – испарение; 3 – сероочистка; 4 – подогрев; 5 – пиролиз в реакторе «трубчатая печь»; 6 – подача водяного пара; 7 – процесс закалки; 8 - охлаждение пирогаза и выделение смолы; 9 – сжатие компрессорами; 10 - освобождение от легких смол и паров воды; 11 – газоразделение (низкотемпературная ректификация и абсорбция; 12 – готовая продукция; 13 – возврат тяжелых УВ на пиролиз.

151

Под действием высоких температур углеводороды разлагаются с образованием предельных и непредельных углеводородов с более низким молекулярным весом. Сырьем для пиролиза являются продукты переработки нефти, попутные газы нефтедобычи и газы, выделяющиеся из нефти, природные углеводороды. Например, при пиролизе пропана получаются этилен и метан, пропилен, ацетилен и другие углеводороды. Реакция пиролиза этилена имеет вид: С3Н8 à С2Н4+СН4

(7.4)

При пиролизе происходит целый комплекс превращений, из которых можно выделить две основные группы реакций: - первичные реакции (реакции, связанные с распадом исходного сырья, ведущие к образованию значительного количества непредельных углеводородов); - вторичные реакции (реакции синтеза новых углеводородов, образующихся в результате взаимодействия продуктов первичного распада). Первичные реакции протекают при высоких температурах (чем меньше молекулярный вес углеводорода, тем более высокая температура необходима для его разложения). Так, метан разлагается при температуре 900 °С; этан – выше 600 °С; пропан – выше 500 °С. Вторичные реакции при пиролизе протекают по механизму дегидрирования, полимеризации и поликонденсации. Пиролиз осуществляется в реакторах полного вытеснения (трубчатых печах) показанном на рисунке 7.13. Перед пиролизом жидкость испаряют, пары и газы очищают от сернистых соединений, подогревают и подают в змеевик печи. Пиролизный газ на выходе из реактора подвергают резкому охлаждению (закалке), чтобы прекратить реакцию, затем окончательно охлаждают, отделяют тяжелые (жидкие) углеводороды и осуществляют разделение, выделяя целевые продукты.

Рисунок 7.13 - Схемы трубчатых печей для пиролиза легких углеводородов: а – с вертикальной конвекционной камерой; б – с вертикальной радиантной камерой: 1 – подача сырья; 2 – трубы змеевика; 3 – выход пиролизного газа; 4 – горелки.

152

Горючую среду в процессах пиролиза составляют углеводородные газы, которые используются в трубчатых печах и нагретые значительно выше температуры самовоспламенения (при повышении температуры резко возрастает скорость и глубина пиролиза). Увеличение температуры на 15-20 оС сверх оптимального значения (800 оС) ускоряет пиролиз бутана, пропана и этана примерно в 2 раза. При высокой температуре увеличивается скорость реакций распада углеводородов до углерода и водорода, что сопровождается интенсивным коксообразованием. Увеличение содержания тяжелых углеводородов в сырье без соответствующей корректировки температуры может привести к интенсивному образованию кокса и прогару труб. Специфические источники зажигания: открытый огонь пиролизных печей, раскаленные поверхности труб реакторов и кладка печей, самовозгорание сульфидов железа и др. Путями распространения пожара, как правило, являются газовоздушные смеси. 7.3.2 Требования пожарной безопасности при проведении эндотермических процессов Специфические требования пожарной безопасности при проведении процесса дегидрирования (регламентируют [20, 25]): - конструкции реактора должны быть изготовлены из специальных стойких к коррозии и эрозии материалов; - подача исходного сырья должна регулироваться автоматически; - температурный режим, состояние циклонов, уровнемеров катализатора, электрофильтров необходимо контролировать постоянно; - скорость подачи воздушного потока должна регулироваться таким образом, чтобы исключался унос катализаторной пыли; - для разбавления взрывоопасных концентраций окиси углерода необходимо устройство систем подачи азота в регенератор; - дымовые газы должны контролироваться на содержание окиси углерода. Специфические требования пожарной безопасности при проведении процесса пиролиза (регламентируют [20, 25]): - подача сырья в змеевик должна регулироваться автоматически; - для исключения коксообразования необходимо разбавление сырья паром; - трубы змеевиков должны быть изготовлены из высококачественных жаростойких сталей; - во избежание перегрева сырья в трубчатых подогревателях необходимо автоматически регулировать ее температуру, а также температуру пиролизного газа на выходе его из закалочных аппаратов; - печи пиролиза должны быть оборудованы стационарными системами паротушения и паровой завесой. 153

Вопросы для самопроверки 1. Объясните назначение и сущность процесса хлорирования, нарисуйте схему реактора, охарактеризуйте пожарную опасность и назовите требования пожарной безопасности при проведении процесса хлорирования. 2. Объясните назначение и сущность процесса гидрохлорирования, охарактеризуйте пожарную опасность и назовите требования пожарной безопасности при проведении процесса гидрохлорирования. 3. Охарактеризуйте пожарную опасность и назовите требования пожарной безопасности процесса полимеризации, приведите примеры реакций полимеризации, перечислите основные способы полимеризации. 4. Охарактеризуйте пожарную опасность и назовите требования пожарной безопасности при проведении процессов полимеризации. 5. Объясните назначение и сущность процесса дегидрирования, приведите примеры реакций дегидрирования. 6. Начертите схему реактора с «кипящим» слоем катализатора, охарактеризуйте пожарную опасность и назовите требования пожарной безопасности к реакторам с «кипящим» слоем катализатора. 7. Объясните назначение и сущность процесса пиролиза углеводородов, охарактеризуйте пожарную опасность и назовите требования пожарной безопасности пери проведении процессов пиролиза углеводородов.

154

ГЛАВА 8 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПОЖАРНЫЙ НАДЗОР ЗА ОБЕСПЕЧЕНИЕМ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРОИЗВОДСТВ В Республике Беларусь органом, осуществляющим надзор за обеспечением пожарной безопасности промышленных предприятий, в том числе и технологических процессов производств, является государственный пожарный надзор (далее – ГПН). Органы ГПН при осуществлении надзора руководствуются [1, 2] и надзорную деятельность за обеспечением пожарной безопасности технологических процессов производств органы ГПН осуществляют по двум направлениям: на стадии проектирования (при рассмотрении проектной документации проектируемых производств) и на стадии эксплуатации предприятий (при проведении пожарно-технических обследований). 8.1 Надзор за соблюдением требований пожарной безопасности на стадии проектирования производств Проектная документация на строительство объектов производственного назначения - это система взаимоувязанных документов, разработанных в соответствии с нормативной документацией, служащая основой для строительства объектов. Разработка проектной документации на строительство объектов промышленности выполняется разработчиками, имеющими лицензию на право проектирования данного вида объектов. Разработка проектной документации разработчиками, не имеющими лицензии на право выполнения проектных работ для строительства объектов на территории Республики Беларусь (при наличии у них профессиональных полномочий, полученных в другой стране), может выполняться с обязательным участием в качестве генпроектировщика разработчика, имеющего лицензию Республики Беларусь. Основанием для разработки проектной документации является решение соответствующего органа исполнительной власти о предварительном согласовании места размещения объекта, на основе утвержденных (одобренных) обоснований инвестиций в строительство или иных предпроектных материалов, договора, задания на проектирование, материалов инженерных изысканий и заключения органа ГПН. При проектировании объектов строительства учитываются решения, принятые в утвержденной градостроительной документации – региональных планах, генеральных планах городов, других поселений и территорий, детальных планах части поселений жилых, промышленных и других функциональных зон. При проектировании особо сложных и уникальных зданий и сооружений заказчиком совместно с соответствующими научно-исследовательскими и специализированными 155

организациями разрабатываются специальные технические условия, отражающие специфику их проектирования, строительства и эксплуатации. В проектную документацию согласно [18] входят: при двухстадийном проектировании – архитектурный проект и строительный проект, при одностадийном – строительный проект с выделенной утверждаемой архитектурной частью. Архитектурный проект строительства объектов производственного назначения, состоит из следующих разделов: - общая пояснительная записка; - генеральный план и транспорт; - технологические решения; - организация и условия труда работников. Управление производством и предприятием; - архитектурно-строительные решения; - инженерное оборудование, сети и системы; - организация строительства; - охрана окружающей среды, экологический паспорт объекта; - инженерно-технические мероприятия гражданской обороны; - мероприятия по предупреждению чрезвычайных ситуаций; - сметная документация (по объектам бюджетного финансирования либо по заданию заказчика); - эффективность инвестиций (по заданию заказчика). Основные чертежи: - принципиальные схемы технологических процессов; - технологические планировки по корпусам (цехам) с указанием размещения оборудования и транспортных средств; - схемы грузопотоков. Сведения о технологическом процессе проектируемого производства содержатся в разделе «Технологические решения», который содержит: - данные о производственной программе; краткая характеристика и обоснование принятых решений по технологии производства, данные о трудоемкости (станкоемкости) изготовления продукции, механизации и автоматизации технологических процессов; состав и обоснование применяемого оборудования, в том числе импортного; решения по применению малоотходных и безотходных технологических процессов и производств, повторному использованию тепла и уловленных химреагентов; число рабочих мест и их оснащенность; характеристика межцеховых и цеховых коммуникаций; - предложения по организации контроля качества продукции; - решения по организации ремонтного хозяйства; - данные о количестве и составе вредных выбросов в атмосферу и сбросов в водные источники (по отдельным цехам, производствам, сооружениям); 156

- технические решения по предотвращению (сокращению) выбросов вредных веществ в окружающую среду; оценка возможности возникновения аварийных ситуаций и решения по их предотвращению; - вид, состав и объем отходов производства, подлежащих утилизации и захоронению; - топливно-энергетический и материальный балансы технологических процессов; - потребность в основных видах ресурсов для технологических нужд. Во введении объясняют выбор метода производства, его мощность в целом, технологические особенности, мощность устанавливаемых агрегатов, обосновывают новизну и полноту решаемых вопросов, а также общие представления о пожаровзрывоопасности производства, а также дают характеристику исходного сырья, вспомогательных материалов, готовой продукции, отходов производства (с указанием основных физико-химических констант, пожаровзрывоопасных и токсичных свойств). Затем описывается технологическая схема (по стадиям процесса) с приборами контроля и регулирования, указывается последовательность операций, связи машин и аппаратов, их характерные особенности; основные технологические показатели (температура, давление, концентрация); приводятся решения по утилизации отходов, обезвреживанию сточных вод и выбросу паров и газов в атмосферу. Значительное место в пояснительной записке отводят материальным и тепловым расчетам оборудования, выбору, расчету и описанию основных технологических аппаратов. Материальные расчеты производятся на одну тонну готового продукта или в пересчете на часовую производительность. Приводятся таблицы материальных балансов по основным аппаратам, схема материальных потоков. На основании материальных расчетов определяют количество стандартного и нестандартного оборудования в соответствии с выбранной мощностью, режимом работы, кинетикой процессов, материальными потоками, теплотехническими расчетами, нормами производительности и пробегов оборудования. Здесь же приводится краткое описание основных аппаратов. Расчету и описанию подлежат все основные, стандартные и нестандартные аппараты и машины, предусмотренные технологической схемой и отличающиеся по производительности и конструкции от ранее запроектированных и работающих в промышленности. При выборе конструкций аппаратов, определении их размеров стремятся найти оптимальный их объем, минимальное количество типов и размеров. Графический материал включает принципиальную технологическую схему и чертежи компоновки технологического оборудования, т.е. планы, поперечные и продольные разрезы зданий и наружных установок с размещением оборудования по этажам и основным площадкам. На планах и разрезах указывают привязку оборудования к осям здания, размеры разрывов между оборудованием, проходы, площадки для обслуживания, лестницы; на аппаратах и машинах – позиции, принятые на технологической схеме, приводится экспликация оборудования. Для стандартного оборудования указывают каталог или номенклатуру завода-изготовителя. 157

Раздел «Технологические решения» дает возможность понять существо процесса. Как он осуществляется, позволяет установить, какие вещества обращаются в производстве, при каких параметрах, какие аппараты представляют наибольшую пожаровзрывоопасность, в каких аппаратах имеются горючие концентрации паров или газов, из каких аппаратов даже без повреждения можно ожидать выход наружу горючих веществ, установить характерные причины возможных повреждений. Указание об имеющихся средствах защиты дает возможность критически оценить их и при недостаточности предложить дополнительные средства. Если для решения каких-либо вопросов технологической схемы недостаточно, привлекают рабочие чертежи аппаратов, компоновочных узлов, планы и разрезы установок, схемы прокладки трубопроводов и т.п. Материал раздела «Технологические решения» работниками ГПН используется для оценки пожарной опасности аппаратов (при определении возможных причин их повреждения, образования источников зажигания), их конструктивного устройства и имеющихся средств защиты, проверки соблюдения противопожарных норм при размещении производственного оборудования в зданиях, на открытых этажерках и площадках; определения предельной площади застройки, изоляции пожаровзрывоопасных участков производства от неопасных, наличия защиты от растекания жидкостей при авариях, правильности размещения подсобных и вспомогательных помещений. Используя планы и разрезы зданий и открытых этажерок, можно проверить соответствие предусмотренных путей эвакуации людей на случай пожара требованиям пожарной безопасности. Проектные материалы на соответствие их требованиям пожарной безопасности проверяются органами ГПН по всем составным частям проекта. Однако проверка начинается, как правило, с рассмотрений технологической части, т.к. технология производства, ее специфические особенности, определяют технические решения всех других частей проекта. При работе с проектами должна соблюдаться определенная последовательность, при которой каждый предыдущий этап работы следует рассматривать как подготовительную стадию для последующих этапов. При рассмотрении проектов следует придерживаться определенной системы. Весь процесс рассмотрения проекта делится на следующие этапы: I – подготовка к рассмотрению проекта; II – рассмотрение проекта; III – оформление предписания по результатам проверки проекта. Подготовка к рассмотрению проекта заключается в подборе соответствующих нормативных документов и ознакомлении с ними, изучении необходимых вопросов (например, пожаровзрывоопасности производства) по литературным источникам и в предварительном ознакомлении с проектными материалами. На втором этапе в определенной последовательности рассматривают проектные материалы, одновременно выявляются допущенные нарушения нормативных документов при проектировании. 158

При проверке соблюдении требованиям пожарной безопасности в проекте обычно используют метод сопоставления предусмотренных технических решений с решениями, определяемыми соответствующими техническими нормативными правовыми актами и на основании такого сопоставления устанавливают соответствие проектных решений нормативным требованиям пожарной безопасности. Эта работа в объеме технологической части проекта предусматривает проверку: 1. Правильности определения категории производственных помещений, зданий по взрывопожарной и пожарной опасности и наружных установок по пожарной опасности, а также класса взрывоопасных (пожароопасных) зон; 2. Соответствия требованиям пожарной безопасности предусмотренной системы предотвращения пожара, в том числе: Экспертиза соответствия способов по исключению горючей среды, включающая проверку соответствия: - применяемых веществ требованиям пожарной безопасности; - количества горючих веществ и материалов, одновременно находящихся в помещениях или непосредственно у оборудования; - способов транспортирования и подачи горючих жидкостей к рабочим местам; - пожаробезопасности технологического оборудования; - способов мойки и обезжиривания изделий; - способов удаления пожароопасных отходов; - необходимость и места установки автоматических газоанализаторов и их пробоотборных устройств (защита автоматических газоанализаторов от воздействия местных перегревов, сильных потоков воздуха, электромагнитных полей, вибрации, механических повреждений; величина порога срабатывания автоматических газоанализаторов; наличие дистанционной передачи показаний на щиты средств измерения и автоматизации; наличие системы сигнализации (световой и звуковой) при неисправности системы автоматики); - способов изоляции горючей среды от источников зажигания; - устройств аварийного слива горючих жидкостей (аварийного выпуска горючих паров и газов). Экспертиза соответствия способов исключения источников зажигания от теплового проявления механической, химической, электрической энергий, открытого огня, искр и нагретых поверхностей. 3. Соответствия требованиям пожарной безопасности предусмотренной системы противопожарной защиты технологического оборудования, в том числе: - огнепреграждающих устройств в оборудовании; - средств, предотвращающих (ограничивающих) разлив и растекание горючих жидкостей при авариях (неисправностях) технологического оборудования; - устройств аварийного отключения и переключения установок и коммуникаций; 159

- правомерности принятых архитектурно-планировочных решений с учетом технологической связи и пожарной опасности производственных участков, расположения людей, технологического оборудования и материальных ценностей; - размещения пожароопасного оборудования в изолированных помещениях; - расстановки технологического оборудования с учетом обеспечения безопасности людей, в том числе обеспечение минимальных размеров путей эвакуации; - мест размещения аварийных задвижек и вентилей на трубопроводах, транспортирующих горючих жидкостей; - прокладки технологических коммуникаций. При рассмотрении проектных материалов рабочие записи с анализом соответствия проектных материалов нормативным требованиям рекомендуется вести в виде таблицы 8.1. Таблица 8.1 Анализ соответствия проектных материалов требованиям технических нормативных правовых актов № п/п

Что проверяется

Принято по Требуется проекту по ТНПА

Ссылка на ТНПА

Выводы

Предварительные выводы по каждому вопросу обобщаются, а затем излагаются в предписании ГПН на имя руководителя проектной организации. 8.2 Надзор за соблюдением требований пожарной безопасности на стадии эксплуатации производств Основной формой надзора за соблюдением требований пожарной безопасности на стадии эксплуатации производств являются пожарно-технические обследования (далее – ПТО). Задача ПТО – определение соответствия технологии производств требованиям пожарной безопасности. ПТО включает подготовительный, проверочный и заключительный этапы. В подготовительный этап входит: планирование сроков проведения ПТО, определение должностных лиц, участвующих в ПТО, распределение между ними обязанностей, предварительное ознакомление с предприятием, изучение соответствующих технических нормативных правовых актов, изучение материалов о пожарах и авариях, имевших место на данном предприятии, материалов предыдущих ПТО (по наблюдательным делам), организацию совещаний членов комиссии по проведению обследования, разработки плана и маршрута проведения обследования. 160

ПТО технологического оборудования непосредственно в производственных цехах и на участках проводится на втором этапе. Обследование технологии производства, как правило, осуществляется по технологической цепочке от сырья до готовой продукции. При проверке соблюдения требованиям пожарной безопасности в действующем производстве обычно используют метод сопоставления имеющихся решений с решениями, определяемыми соответствующими техническими нормативными правовыми актами и на основании такого сопоставления устанавливают соответствие имеющихся решений нормативным требованиям пожарной безопасности (проводится анализ системы предотвращения пожара, системы противопожарной защиты и организационнотехнических мероприятий). Анализ системы предотвращения пожара включает проверку эффективности устройств, предупреждающих образование горючей среды; определение возможности образования в горючей среде (или внесения в нее) источников зажигания, а системы противопожарной защиты – систем противоаварийной защиты, средств пожаротушения и пожарной техники, автоматических установок пожарной сигнализации и пожаротушения. Проверка эффективности устройств, предупреждающих образование горючей среды, включает: оценку эффективности устройств, предупреждающих выход взрывопожароопасных веществ из аппаратов без их повреждения и оценку эффективности устройств, предупреждающих образование взрывопожароопасных сред внутри производственного оборудования. Оценка эффективности устройств, предупреждающих образование горючей среды, проводится с целью выявления, какие из аппаратов могут явиться источниками выхода горючих веществ в помещение и образования локальных взрывопожароопасных сред. Для оценки эффективности и достаточности имеющихся устройств защиты такого оборудования, необходимо провести анализ среды в местах возможного образования взрывопожароопасных концентраций, для чего следует: - определить места возможного выхода ГГ и паров в помещение и составить схему точек отбора проб; - подобрать газоанализаторы, обеспечивающие необходимую точность анализа; - взять пробы и провести анализ; - провести сравнительный анализ полученных данных с величиной НКРП; - оценить эффективность имеющихся устройств защиты. У оборудования изучается наличие и конструкция: - систем улавливания ГГ и паров; - систем продувки аппарата инертным газом; - дыхательных устройств; - предохранительных устройств; - устройств ручного стравливания паров и газов; - устройств контроля заполнения аппаратов жидкостями; 161

- приборов контроля и регулирования температуры, давления и состава технологической среды; - способов уплотнения сальников; - средств контроля и защиты для предупреждения перегрева подвижных частей машин и аппаратов (подшипников, валов и т.п.); - исполнения электрооборудования; - устройств защиты электросетей и электрооборудования от возможных повреждений; У аппаратов периодического действия, загрузка и разгрузка которых сопровождаются открытием крышек и люков, проверяется наличие и эффективность: - системы отсоса горючих паров и системы продувки аппарата инертным газом; - местных отсосов от участков загрузки и разгрузки и проботборных люков; - системы блокировки, не допускающей загрузку и разгрузку аппарата без продувки и при не работающей вентиляции (местный отсос). У аппаратов и емкостей, оснащенных дыхательными устройствами, предохранительными клапанами, устройствами ручного стравливания проверяется наличие и эффективность отводных линий. При эксплуатации открытых емкостей, заполненных ГГ и горючими жидкостями, проверяется наличие и эффективность: - систем улавливания газов и паров (местные отсосы); - устройства против переполнения и растекания жидкостей; - приборов контроля и регулирования температуры; - крышек для закрытия емкостей в нерабочее время и при пожаре. У насосов, предназначенных для перекачки горючих жидкостей и СГГ и компрессоров проверяется: - надежность и эффективность принятых способов уплотнения сальников; - определяется необходимость устройства местных отсосов; - при наличии отсосов - проверяется невозможность включения агрегатов в работу без работающей вентиляции. При наличии аппаратов и оборудования, работающих под вакуумом или в которых по условиям технологического процесса имеются смеси горючих веществ с окислителем, необходимо определить: - возможность и условия образования в аппарате горючих смесей; - фактические концентрации ГГ в смесях; - необходимость контроля состава среды в аппарате; - необходимость в автоматических средствах предупреждения об образовании смесей; - возможность локализации горючих смесей; - надежность и эффективность имеющихся средств защиты. 162

Оценку эффективности устройств, предупреждающих образование взрывопожароопасных сред внутри производственного оборудования, проводят при наличии аппаратов и оборудования, работающих под вакуумом или в которых, по условиям технологического процесса, имеются смеси горючих веществ с окислителями. Большая часть закрытых аппаратов и оборудования технологических процессов производств, в которых используются ГГ и жидкости, заполнены смесями, не содержащими окислителей, работают под избыточным давлением и не требуют специальных устройств для предотвращения образования взрывопожароопасных смесей внутри их. При наличии аппаратов и оборудования, работающих под вакуумом или в которых, по условиям технологического процесса, имеются смеси горючих веществ с окислителями, необходимо определить: - возможность и условия образования пожаровзрывоопасных смесей; - фактические концентрации ГГ в смесях (путем взятия проб на анализ или по показаниям стационарных газоанализаторов); - как ведется постоянный контроль за составом среды и что показывают данные контроля; - имеются ли автоматические средства, предупреждающие образование взрывопожароопасных смесей; - как локализуется опасность, если взрывопожароопасная смесь образовалась; - какова надежность и фактическая эффективность имеющихся средств защиты. Чтобы выявить возможность образования в горючей среде (или внесения в нее) источников зажигания и оценить, насколько предусмотренные меры защиты обеспечивают их предотвращение, следует рассмотреть все виды производственных источников зажигания. При наличии производственных источников открытого огня необходимо установить, какие технические решения предусматриваются, чтобы аппарат или устройство сами по себе не были причиной возникновения пожара, оценить их эффективность и надежность. При наличии аппаратов и газопроводов, имеющих высокую температуру наружной поверхности стенок, необходимо определить возможность воспламенения горючих смесей участками, не имеющими теплоизоляции. Для того чтобы выявить возможные источники зажигания от теплового проявления химических реакций необходимо: - установить перечень веществ и материалов, которые по условиям технологического процесса нагреваются выше температуры самовоспламенения и при аварийных выбросах из аппаратов способны воспламеняться при контакте с воздухом; - определить, применяются ли в технологическом процессе вещества, способные воспламеняться при контакте с водой или другими веществами;

163

- выявить наличие в технологическом процессе веществ, разлагающихся с воспламенением при нагреве, ударе, трении или самовозгорающихся на воздухе при нормальных условиях; - проанализировать возможность образования и накопления пирофорных отложений; - установить какие технические решения предусмотрены для исключения этих источников зажигания, их эффективность и достаточность. Для выявления источников зажигания от теплового проявления механической энергии необходимо определить: - как защищены от попадания металла и камней в машины и аппараты с вращающимися механизмами (мешалки, мельницы, дробилки, шнеки и т.п.), а при наличии в них горючей среды оценить эффективность и надежность применяемой защиты; - во всех ли взрывоопасных зонах предусмотрено применение искробезопасного инструмента; - какие средства контроля и защиты предусмотрены для предупреждения перегрева подвижных частей машин и аппаратов (подшипников, валов и др.). Для оценки возможности зажигания горючих смесей от теплового проявления электрической энергии (искры и дуги размыкания, короткие замыкания, токи перегрузки, перегрев электрических контактов, нагрев элементов оборудования индукционными токами и токами высокой частоты, удары молнии и разряды статического электричества) необходимо: - определить соответствие применяемого электрооборудования характеру воздействия на него среды и классу взрывоопасных и пожароопасных зон рассматриваемых помещений согласно ПУЭ; - исключить возможность проникания газов и паров из взрывоопасных зон в помещения с нормальной средой, в которых используется электрооборудование в общепромышленном исполнении, и предусмотреть соответствующие меры защиты; - оценить, как электросети и машины защищены от возможных повреждений, способных вызвать короткое замыкание; - оценить, как предотвращаются искровые разряды статического электричества при перемешивании, ударах, измельчении, перемещении, распылении и др. воздействиях на материалы и вещества, являющиеся диэлектриками. Проверка эффективности системы противопожарной защиты технологического оборудования включает оценку: - средств, предотвращающих или ограничивающих разлив и растекание жидкостей при пожаре; - устройств аварийного отключения и переключения установок и коммуникаций; - огнепреграждающих устройств в оборудовании; - строительных и технологических конструкций с регламентированными пределами огнестойкости и распространения огня. 164

Проверка эффективности организационно-технических мероприятий включает: - паспортизацию веществ, материалов, изделий, технологических процессов в части обеспечения пожарной безопасности; - организацию обучения работающих правилам пожарной безопасности на производстве; - порядок хранения веществ и материалов, тушение которых недопустимо одними и теми же средствами, в зависимости от их физико-химических и пожароопасных свойств; - основные виды, количество, размещение и обслуживание пожарной техники; - действий работников предприятия по эвакуации при пожаре и обеспечения персонала средствами коллективной и индивидуальной защиты от опасных факторов пожара. На третьем, заключительном этапе обрабатываются и анализируются результаты всей проверки. Выявленные нарушения требований пожарной безопасности систематизируются. На их основе и с учетом требований технических нормативных правовых актов формулируются мероприятия пожарной безопасности, которые отражаются в предписании ГПН. Вопросы для самопроверки 1. Задачи и методика проведения проверки проектных материалов органами ГПН. 2. Назовите состав раздела «Технологические решения» технического проекта строительства промышленных объектов. 3. Назовите основные этапы рассмотрения проектной документации органами ГПН. 4. Перечислите основные вопросы, подлежащие проверке при рассмотрении технологической части проекта. 5. Перечислите основные этапы проведения ПТО технологических процессов производств. 6. Какие виды деятельности включает подготовительный этап ПТО технологических процессов производств. 7. Назовите основные виды деятельности органов ГПН при проведении проверочного этапа ПТО технологических процессов производств. 8. Какие виды деятельности включает заключительный этап ПТО технологических процессов производств. 9. На какие вопросы необходимо обратить внимание при проверке систем предотвращения пожара и противопожарной защиты технологических процессов производств. 10. На какие вопросы необходимо обратить внимание при проверке организационно-технических мероприятий при проведении ПТО технологических процессов производств. 165

ЛИТЕРАТУРА 1. Закон Республики Беларусь от 15 июня 1993 года №2403 – ХХ. О пожарной безопасности. 2. Положение по осуществлению государственного пожарного надзора, утвержденное Постановлением Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь от 25 июня 2003 г. № 26. 3. ГОСТ 12.1.004-91. Пожарная безопасность. Общие требования. 4. ГОСТ 12.1.044-89. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения. 5. ГОСТ 12.1.010-76. Взрывобезопасность. Общие требования. 6. ГОСТ 12.1.041-83. Пожаровзырывобезопасность горючих пылей. Общие требования. 7. ГОСТ 12.3.005-75. Работы окрасочные. Общие требования безопасности. 8. ГОСТ 9.410-88. Покрытия порошковые полимерные. Типовые технологические процессы. 9. ГОСТ 12.1.018-93. Пожаровзрывобезопасность статического электричества. Общие требования. 10. ГОСТ 3.101-81. Единая система технологической документации. Общие положения. 11. ГОСТ 21.404-85. Автоматизация технологических процессов. Обозначения условные приборов и средств автоматизации в схемах. 12. СТБП 11.05.03-2006. Пожарная безопасность технологических процессов. Методы оценки и анализа пожарной безопасности. Общие требования. 13. СТБ 11.0.02-95. Система стандартов пожарной безопасности. Пожарная безопасность. Общие термины и определения. 14. СТБ 11.4.01-95. Система стандартов пожарной безопасности. Легковоспламеняющиеся и горючие жидкости. Обеспечение пожарной безопасности при хранении, перемещении и применении на промышленных предприятиях. 15. НПБ 5-2005. Категорирование помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности. 16. НПБ 16-2000. Аппараты теплогенерирующие, работающие на различных видах топлива. Требования пожарной безопасности. Методы испытаний. 17. СНиП 3.05.05-84. Технологическое оборудование и технологические трубопроводы. 18. СНБ 1.03.02-96. «Состав, порядок разработки и согласования проектной документации в строительстве». 19. СНБ 3.02.01-98. Склады нефти и нефтепродуктов. 20. ВУПП-88. Ведомственные указания по противопожарному проектированию предприятий, зданий, сооружений нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. 21. ППБ 1.01-94. Общие правила пожарной безопасности Республики Беларусь для промышленных предприятий. 166

22. ППБ 2. 01-94. Правила пожарной безопасности Республики Беларусь для предприятий переработки и хранения зерна. 23. ППБ-04-76. Общесоюзные правила пожарной безопасности для объектов сельскохозяйственного производства. 24. ППБ 2.07-2000. Правила пожарной безопасности Республики Беларусь для объектов лесозаготовительного, деревообрабатывающего, целлюлознобумажного и лесохимического производств. 25. ППБ 2.08-2000. Правила пожарной безопасности республики Беларусь для химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств. 26. ППБ 2.11-2001. Правила пожарной безопасности Республики Беларусь для объектов хранения, транспортирования и отпуска нефтепродуктов. 27. ППБ 2.20-2004. Правила пожарной безопасности Республики Беларусь при эксплуатации магистральных нефтепроводов. 28. ППБВ-85. Правила пожарной безопасности в газовой промышленности. 29. Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением. 30. Правила устройства и безопасной эксплуатации стационарных компрессорных установок, воздухопроводов и газопроводов. 31. Правила устройства и безопасной эксплуатации поршневых компрессоров, работающих на взрывоопасных и токсичных газах. 32. Правила охраны труда и безопасности аммиачных холодильных установок. 33. Правила устройства и безопасной эксплуатации фреоновых холодильных установок. 34. Правила и нормы техники безопасности, пожарной безопасности и производственной санитарии для окрасочных цехов. 35. Правила защиты от статического электричества в производствах химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности. 36. РД ПБ 02260.01.04-2006. Пожарная безопасность организаций машиностроения. Часть 2. Производство изделий из пластмасс. 37. РД ПБ 02260.01.04-2006. Пожарная безопасность организаций машиностроения. Часть 4. Механообрабатывающее производство. 38. Белов С.В. Безопасность производственных процессов. Справочник. – М., 1985. 39. Алексеев М.В. и др. Пожарная профилактика технологических процессов производств. – М., 1986. 40. Алексеев М.В. Основы пожарной профилактики технологических процессов производств. – М., 1972. 41. Клубань В.С. и др. Пожарная безопасность предприятий промышленности и агропромышленного комплекса. – М., 1987. 42. Зозуля М.В. и др. Пожарная профилактика в промышленности и сельском хозяйстве. – М., 1974. 43. Козлачков В.И. и др. Обеспечение пожарной безопасности объектов народного хозяйства. Часть I. Система предотвращения пожаров. - Мн., 1992. 167

44. Абросимов А.А. и др. Автоматизированные системы пожаровзрывобезопасности нефтеперерабатывающих производств. – М., 2000. 45. Горячев С.А. Основы технологии, процессов и аппаратов пожаровзрывоопасных производств. – М., 2002. 46. Абдрафиков Ф.Н., Артемьев В.П. Пожарная безопасность технологических процессов. Ч.1. Анализ пожарной опасности и защиты технологических процессов производства. – Мн., 2007.

168

Учебное издание

Пожарная безопасность технологических процессов В двух частях Часть 2 Пожарная безопасность оборудования и процессов взрывопожароопасных производств

Составители: Артемьев Валерий Павлович Абдрафиков Фаат Нурлыгаянович

Ответственный за выпуск Редактор Компьютерный набор В.П. Артемьев, Ф Н. Абдрафиков Компьютерная верстка Подписано в печать 2008 г. Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Гарнитура Тimes. Отпечатано на ризографе. Усл. печ. л. . Уч.-изд. л. Тираж экз. Заказ № Государственное учреждение образования «Командно-инженерный институт» МЧС Республики Беларусь. ЛИ № 02330 /0133406 от 14.12.2004г. 220118 г. Минск, ул. Машиностроителей,25. Тел./факс: (017) 240-35-57 Государственное учреждение образования «Институт переподготовки и повышения квалификации» МЧС Республики Беларусь. ЛИ № 2004г 222131 пос. светлая Роща Борисовского района Тел./факс: (0177)76-08-21 Отпечатано с оригинал-макета заказчика в типографии УП «ЦНИИТУ» ЛП № 02330/0056675 от 29.03.2004г. 220033 г. Минск, пр. Партизанский,2, корп.4

169