Анализ пожарной опасности процесса адсорбирования бензола из паровоздушной среды

МИНИСТЕРСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ПО ДЕЛАМ ГРАЖДАНСКОЙ  ОБОРОНЫ, ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ И

ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ  СТИХИЙНЫХ БЕДСТВИЙ

 

УРАЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ

ГОСУДАРСТВЕННОЙ ПРОТИВОПОЖАРНОЙ СЛУЖБЫ

 

 

Кафедра: Пожарная безопасность технологических процессов

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине: «Пожарная безопасность технологических процессов»

на тему: «Анализ пожарной опасности процесса адсорбирования бензола из паровоздушной среды»

 

 

 

Вариант № 097

    Выполнил слушатель:   5 курса 544 учебной группы

    мл. лейтенант внутренней службы

      Жаворонков А.С.

 

 

   Научный руководитель: ст. преподаватель кафедры

Пожарная безопасность            технологических процессов                          подполковник вн. службы

       Солдатов И.В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Екатеринбург 2008

 

 

 

 

Содержание.

                                                                                                                                

	Введение	3-5
1.	Краткое описание технологического процесса	6-10
2.	Анализ пожаровзрывоопасных  свойств веществ, обращающихся в производстве	11
3.	Оценка пожаровзрывоопасности  среды внутри аппаратов при их нормальной работе	12-14
4	Пожаровзрывоопасность аппаратов, при эксплуатации которых  возможен выход горючих веществ  наружу без повреждения их конструкции	14-20
5	Анализ причин повреждения  аппаратов и трубопроводов, разработка необходимых средств защиты	20-27
6	Анализ возможности  появления характерных технологических  источников зажигания	27-32
7.	Возможные пути распространения  пожара	32-34
8	Расчет категории производственного помещения по взрывопожарной и пожарной опасности	34-37
9	Пожарно-профилактические мероприятия. Вопросы экологии	37-49
10.	Выводы	50
11.	Литература	51

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Научно-техническая революция, совершаемая в нашей стране, обусловливает ускоренное развитие всех отраслей промышленности и особенно - промышленности органического синтеза. Это связано с ускоренной разработкой и промышленным внедрением новых технологических процессов, основанных на использовании электроники и других достижений науки и техники. Однако внедрение новой технологии требует дальнейшего улучшения условий и охраны труда, повышения оснащенности предприятий современными средствами техники безопасности. Разработка эффективной противопожарной защиты предполагает знания общей методики анализа пожарной опасности, наличие глубокого понимания сущности технологии и пожароопасных свойств обращающихся в производстве веществ. Защита промышленных предприятий от пожаров и взрывов неразрывно связана с изучением пожаровзрывоопасности технологического процесса производства. Без выявления причин возникновения и распространения пожара или взрыва нельзя провести качественно пожарно-техническую экспертизу проектных материалов, пожарно-техническое обследование объектов, исследование имевших место пожаров и взрывов, разработать нормы и правила по вопросам пожаровзрывозащиты промышленных предприятий.

В 2007 году оперативная обстановка с пожарами в Российской Федерации по сравнению с аналогичным периодом 2006 года характеризовалась следующими основными показателями:

зарегистрировано 211163 пожара (-3,7%);

погибли 15924 человека (-7,0%), в том числе 597 детей (-14,8%);

получили травмы 13646 человек (+1,6 %);

прямой материальный ущерб составил 8551,2 млн. руб. (+1,6%).

В 2007 году в Российской Федерации ежедневно происходило 579 пожаров, при которых погибало 44 человека и 37 человек получали травмы. Огнем уничтожалось 160 строений, 24 единицы  автотракторной техники и 8 голов  скота. Ежедневный материальный ущерб  составил 23,4 млн. рублей.

Усилиями подразделений  ГПС на пожарах было спасено 98 тысяч 363 человека и материальных ценностей  на сумму более 38,1 млрд. рублей.

В городах Российской Федерации в 2007 году зарегистрировано:

138166 пожаров (-4,3%);

погибли 8767 человек (-9,4%), в том числе 311 детей (-20%);

получили травмы 9627 человек (+0,3%);

прямой материальный ущерб составил 5159,6 млн. руб. (-10,5%).

В сельской местности  РФ в 2007 году зарегистрировано:

72997 пожаров (-2,5%);

погибло 7157 человек (-3,9%), в том числе 286 детей (-8,6%);

получили травмы 4019 человек (+4,6%);

прямой материальный ущерб составил 3391,6 млн. руб. (+28%).

Больше всего пожаров  в 2007 году в Российской Федерации  было зарегистрировано в жилом секторе. Их доля от общего числа пожаров по России составила 71%, а материального ущерба – 49,6%.

Снижение количества пожаров зарегистрировано на всех основных видах объектов: производственных зданиях (-5,9%); складах и базах производственных предприятий (-9,4%), складах, базах и  торговых помещениях (-5,6 %); зданиях общественного назначения (-7,3%); сельскохозяйственных объектах (-6,3%), в т.ч. животноводческих помещениях (-27,5%), жилом секторе (-5,5%), кроме строящихся объектов, где отмечен рост количества пожаров на 13,1%.

 Поэтому есть необходимость исследовать горючую среду и источники воспламенения имеющие присущие им определенные свойства, которые необходимо учитывать при анализе пожарной опасности.

Естественно, что пожары и взрывы могут возникнуть как  внутри аппаратов и устройств, так и вне аппаратов, т.е. в помещениях, на открытых этажерках и площадках. Начавшийся пожар принимает большие масштабы и причиняет значительный ущерб, если имеются соответствующие условия для его распространения. Это также следует учитывать при анализе пожарной опасности производств.

Оценка пожаровзрывоопасности  производственных объектов необходима для решения вопросов их безопасности и приведения в соответствие с  фактическим и требуемым уровнями взрывопожарной безопасности с целью  снижения пожаров и приносимого ими ущерба. Для профилактики аварийных ситуаций необходимо прогнозирование, позволяющее выявить места возможных аварий на объекте и разработать мероприятия по снижению негативных последствий.

Тем самым, целью данного курсового  проекта является анализ пожарной опасности веществ и материалов, применяемых в технологическом процессе адсорбирования бензола из паровоздушной среды, выполнение категорирования взрывопожароопасности помещения с целью разработки мероприятий по повышению пожарной безопасности технологического процесса.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Описание  технологического процесса.

Адсорбирование бензола из паровоздушной  среды.

Из паровоздушной смеси  пары летучего растворителя можно выделить, используя метод адсорбции. Адсорбцией называют процесс поглощения одного или нескольких компонентов из газовой смеси или раствора твердым пористым веществом – адсорбентом. Адсорбция применяется главным образом при не больших концентрациях, поглощаемых вещества в исходных смесях, когда требуется достичь практически полного извлечения одного из веществ. Процессы адсорбции широко применяются в промышленности при очистке и осушке газов, паров, жидкостей, извлечении летучих растворителей из паровоздушных смесей, особенно для повторного использования жидкостей в производстве. Все они имеют принципиально одинаковое устройство. Установка предназначена для улавливания из паровоздушной смеси паров бензола при производстве искусственной кожи и паров бензина при производстве резинотехнических изделий. Технологические схемы адсорбционных процессов улавливания из паровоздушных смесей паров бензола и паров бензина принципиально не отличаются друг от друга. Установки адсорбции летучих растворителей обеспечивают сокращение безвозвратных потерь и снижение пожарной опасности производства, то есть использование этих установок по сути является профилактическим мероприятием, вместе с тем что сами адсорбционные установки представляют значительную пожарную опасность. В качестве адсорбентов широко применяют активированный уголь. Сырьем для изготовления активированного угля служат древесина, торф, скорлупа ореха, плодовых косточек и т.д.. Сырье предварительно обугливают, затем измельчают, смешивают со связующими органическими веществами(смолами), формуют, получая шарики, призмочки, кубики размером 3-5 мм. Эти заготовки помещают в автоклав и обрабатывают острым водяным паром при температуре 400-800 градусов. Активированный уголь склонен к самовозгоранию при контакте с воздухом, так как он поглощает быстрее кислород, чем азот. Чем больше температура обработки угля, тем меньше его склонность к самовозгоранию. Аппараты, в которых находится адсорбент, называют адсорберами. Адсорберы могут быть периодического действия(с не подвижным адсорбером) и непрерывного действия( с движущимся или кипящим слоем адсорбента).Адсорберы с неподвижным слоем угля могут быть вертикальные, горизонтальные и кольцевые. Процесс работы адсорбера состоит из следующих четырех фаз: адсорбция(поглощение),десорбция(продувка паром),сушка адсорбента и его охлаждение. Ввиду того, что при работе адсорберов фазы меняются и требуется частое переключение линий, предусматривают автоматическую систему управления задвижкам. Внутри цилиндрического корпуса адсорбера крепится горизонтальная керамическая решетка или вертикальная сетка. На решетку насыпается слой гравия с уменьшающимся по высоте диаметром зерен(чтобы не просыпался уголь) и затем слой активированного угля. Активированный уголь выдерживает в среднем до 1000 поглощений, после чего подлежит регенерации. Паровоздушная смесь и водяной пар для десорбции угля подводятся к аппарату по специально предназначенным для этого линиям. Если через адсорбер пропускать непрерывно паровоздушную смесь, спустя определенный период времени уголь насытится парами растворителя, и поглощение практически прекратится. Насыщенный уголь подлежит десорбции. Десорбцию осуществляют путем продувки угля водяным паром. Пары растворителя переходят из угля в водяной пар  за счет разности концентраций. Кроме того, водяной пар, проходя через толщу угля, нагревает его. При этом поглотительная способность угля снижается, а уловленный растворитель переходит с поверхности адсорбента в водяной пар. При продувке угля водяным паром первые порции конденсируются, отдавая тепло холодному углю и конструктивным элементам адсорбера. Следовательно, к моменту окончания продувки уголь в адсорбере разогревается и становится влажным, то есть непригодным для последующего поглощения. После окончания продувки водяным паром уголь необходимо высушить и охладить. В большинстве случаев установок фазы сушки и охлаждения угля совмещены с фазой адсорбции, в этом случае установка работает по двухфазному циклу. Ниже приведена схема и описание технологического процесса адсорбционной установки.

Процесс улавливания  паров ЛВЖ(бензола) из паровоздушной смеси методом адсорбции:

 

 

а - принципиальная технологическая  схема;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б – план и продольный разрез установки.

 

Поступающая на установку по линии 1 паровоздушная смесь(воздух с парами бензола) имеет концентрацию 20 г горючего вещества в 1 м³ воздуха. Паровоздушная смесь подсасывается на установку центробежным вентилятором 3 и под избыточным давлением 400 мм.рт.ст. и температуре 20 градусов поступает по линии4 в адсорбер7. Находящийся в адсорбере активированный уголь поглощает 90% паров горючего вещества из паровоздушной смеси, а воздух с остатком пара выбрасывается по линии 9 в атмосферу. В адсорбере 8 в этот момент (то есть когда в адсорбере 7 идет поглощение) происходит процесс десорбции - обратное извлечение из активированного угля паров растворителя. Для осуществления процесса десорбции в адсорбере по линии 10 подают водяной пар давлением 3 атмосферы. Смесь водяного пара и извлеченных из угля паров растворителя по линии 11 поступает в холодильник-конденсатор 12 на конденсацию. Охлаждение паров в конденсаторе происходит за счет подачи через трубки холодной воды. Полученный в холодильнике 12 конденсат, представляющий собой смесь горючей жидкости(бензола) и воды, поступает в отстойник 13 на разделении эмульсии путем ее расслаивания. Вода, как наиболее тяжелая, скапливается в нижней части отстойника и по трубе 18 отводится в канализацию. Горючая жидкость, как более легкая, из верхней части отстойника 13 насосом 15 подается в емкость растворителя 16.Емкость имеет дыхательную трубу 17.Несконденсирорвавшиеся пары из отстойника по линии 14 поступают снова в адсорбер на улавливание. После процесса поглощения паров адсорбер 7 переключается на десорбцию, а адсорбер 8 после десорбции переключается на поглощение паров растворителя, то есть пропускают через него паровоздушную смесь. Для сушки увлажненного после десорбции угля, пропускаемого через адсорбер, паровоздушная смесь подогревают некоторое время в кожухотрубчатом паровом подогревателе 6 до температуры 80 градусов. При аварийной ситуации на ректификационной станции паровоздушная смесь выбрасывается в атмосферу по трубе 5.От распространения пламени линии паровоздушной смеси защищены гравийными огнепреградителями 2, а для защиты их от разрушения при взрыве имеются мембранные предохранительные клапаны. Адсорберы расположены на открытой металлической этажерке, примыкающей к зданию второй степени огнестойкости, где размещены все остальные аппараты установки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.Анализ пожаровзрывоопасных  свойств веществ, обращающихся в производстве

Бензол, С₆Н₆ –

Физико-химические свойства: бесцветная жидкость; молярная масса 78,11;плотность 873,68 кг/м³ при температуре 25 ^оС; температура плавления 5,5 ^оС; температура кипения 80,1 ^оС; плотность пара по воздуху 2,77;коэффицент диффузии пара в воздухе 0,0775 см²\с при 0 ^оС; теплота сгорания -3169,4 кДж\моль; теплота образования 82,9 кДж\моль; растворимость в воде 0,18%(масс.) при температуре 25 ^оС;

Пожароопасные свойства: легковоспламеняющаяся жидкость; температура вспышки -11 ^оС; температура самовоспламенения 500 ^оС; концентрационные пределы распространения пламени 1,43-8 %(об.); температурные пределы распространения пламени: нижний -15 ^оС, верхний 13 ^оС; минимальная энергия зажигания 0,22 МДж; максимальное давление взрыва 880 КПа; максимальная скорость нарастания давления 15,8 МПа\с; максимальная нормальная скорость распространения пламени  0,478; скорость выгорания 11,2*10^-2 кг\м²*с; адиабатическая температура горения 2333 К; минимальная флегматизационная    концентрация: углекислого газа 31%(об.), азота 45 %(об.). Средства тушения: воздушно-механическая пена, порошки.

Активированный  уголь- горючий черный порошок; влажность 10%;плотность 2100 кг\м³;температура самовоспламенения 700 ^оС; температура тления 182 ^оС, самовозгорается при взаимодействии с воздухом. Средства тушения: вода в виде компактных или распыленных струй.

 

 

 

 

 

 

3.Оценка пожаровзрывоопасности среды внутри аппаратов

при их нормальной работе

Внутри технологического оборудования при нормальных условиях для образования взрывоопасных концентраций должны выполняться два условия:

• наличие паровоздушного пространства;
• наличие жидкости при температуре, лежащей в интервале температурных пределов воспламенения

t_нвп – 10 ⁰С ≤ t_раб ≤ t_впв+15 ⁰С,

где t_раб – рабочая температура жидкости в аппарате, ⁰С,

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

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

 

                    Таблица 1

Номер аппарата	Наименование аппарата; жидкость	Наличие паровоздушного пространства в аппарате	Рабочая температура  в аппарате, º С	Температурные пределы воспламенения  для ЛВЖ и концентрационные пределы  для ГГ		Заключение о горючести среды в аппарате
				нижний	верхний
1.	2.	3.	4.	5.	6.	7.
1	Адсорбер угольный для  улавливания паров бензола	есть	32	-15	13	Среда      негорючая, так как  TР T впв
2	Насос для откачки  бензола центробежный	нет	25	-15	13	Отсутствует     паровоздушное    пространство
3	Линия подачи воздуха с бензолом	есть	18	-15	13	Среда      горючая, так как T нпв <TР<T впв
4	Линия выброса воздуха с остатками паров бензола в атмосферу	есть	32	-15	13	Среда      негорючая, так  как  TР T впв
5	Адсорбер с процессом  десорбции	есть	32	-15	13	Среда      негорючая, так как  TР T впв
6	Линия подачи водяного пара	есть	142	-	-	Среда не горючая
7	Линия подачи смеси водяного пара и паров растворителя	есть	32	-15	13	Среда      негорючая, так как TР T впв
8	Линия подачи конденсата, виде  смеси ЛВЖ и воды	нет	28	-15	13	Отсутствует     паровоздушное    пространство
9	Отстойник	есть	30	-15	13	Среда      негорючая, так как TР T впв
10	Линия подачи бензола в емкость	нет	30	-15	13	Отсутствует     паровоздушное    пространство
11	Холодильник-конденсатор	есть	28	-15	13	Среда      горючая, так как T нпв <TР<T впв
12	Емкость растворителя (бензола)	есть	30	-15	13	Среда      негорючая, так как  TР T впв
13	Дыхательная линия емкости  с бензолом	есть	30	-15	13	Среда      негорючая, так как  TР T впв
15	Линия подачи не сконденсировавших-ся паров из отстойника в адсорбер	есть	30	-15	13	Среда      негорючая, так  как  TР T впв
16	Кожухотрубчатый паровой  подогреватель	есть	60	-15	13	Среда      негорючая, так как TР T впв,
17	Линия выброса паровоздушной  смеси в атмосферу	есть	20	-15	13	Среда      горючая, так как Tнпв<TР<T впв
18	Гравийные огнепреградители	есть	18	-15	13	Среда      горючая, так как Tнпв<TР<T впв
19	Центробежный вентилятор	есть	18	-15	13	Среда      горючая, так как Tнпв<TР<T впв