Анализ пожарной опасности процесса адсорбирования бензола из паровоздушной среды

 

Примечание к таблице  №1: температурные пределы растворителя (бензола) взяты из описания технологического процесса и составляют: Т_нпв= -15°С, Т_впв =13°С .

Из проведенного анализа  делаем вывод, что при нормальном режиме работы в аппаратах данного технологического процесса образуется паровоздушное пространство, и возможность образования горючей среды существует.

4. Пожаровзрывоопасность  аппаратов,

при эксплуатации которых возможен выход горючих  веществ

наружу без  повреждения их конструкции

К таким аппаратам относятся:

• аппараты с переменным уровнем жидкости (дышащие)
• аппараты с открытой поверхностью испарения;
• аппараты периодически действующие.

Взрывопожароопасные концентрации образуются при остановке  работы аппаратов или трубопроводов  в результате неполного удаления жидкостей, паров или газов из внутреннего объема системы, а при  пуске аппаратов и трубопроводов - в результате недостаточного удаления воздуха.

Непосредственными причинами  образования взрывоопасных концентраций при остановке аппаратов являются:

• неполное удаление из аппарата огнеопасных жидкостей
• недостаточная продувка водяным паром или инертным газом внутреннего пространства аппаратов и трубопроводов от оставшихся жидкостей и паров
• негерметичное отключение от подлежащих остановке аппаратов соединенных с ними трубопроводов с огнеопасными жидкостями или газами.
• Просачиваясь через негерметичные задвижки, пары жидкостей постепенно накаливаясь, могут образовать взрывоопасные концентрации даже в полностью опорожненных и правильно продутых аппаратах и трубопроводах.

        При выходе паровоздушной смеси из резервуара, в местах расположения дыхательных клапанов, образуется горючая концентрация паров с воздухом т.к. Т_раб > Т_нтпрп. В нашем случае паровоздушная смесь выходит из емкости с бензолом через дыхательную линию резервуара и выполняется условие: 30 > -25.

1.Определяем количество  паров, выходящих из резервуара с бензолом за 1 цикл большого дыхания:

G_δ = V_ж· ·φ_s· [кг/цикл]

V_ж = объём поступающей в аппарат жидкости, м³

V_ж = ε·V_ап

V_ж = 0,9·3,14·8·2² = 90,4 м³

V_ап – геометрический объём аппарата

ε – коэффициент заполнения

Р_р – рабочее давление в аппарате, Па

t_р – рабочая температура, °С

8431,31 – универсальная  газовая постоянная

 константы Антуана для ацетона;

 рабочая температура  жидкости внутри аппарата, .

φs = Рs / Рр = 15812 / 101000 = 0,156 – концентрация насыщенного пара

М – молекулярная масса  пара

G_δ = 90,4· ·0,156· = 43,6 кг/цикл

Определим объем взрывоопасной  зоны вблизи места выхода паров из нормально работающего аппарата:

, где

нижний концентрационный предел распространения пламени пи данной температуре, кг/м³;

 коэффициент безопасности.

Определяем нижний концентрационный предел воспламенения при данной температуре:

φ= φ_н25{1-(t_р-25)/1250}=0,0143*{1-(30-25)/1250}=0,0142

Определяем верхний концентрационный предел воспламенения при данной температуре:

φ= φ_в25{1+(t_р-25)/800}=0,08*{1+(30-25)/800}=0,0805

 

Определяем мольный объем при  данной температуре:

V_t=30= V₀*{ (t_р+273)/273}=22,4*{ (30+273)/273}=24,86 м³/Км

 

, где

 молярный объем паров ацетона при рабочей температуре;

 нижний концентрационный  предел воспламенения ацетона,  об. доли.

V_вок=(43,6/0,0445)*2=1960 м³

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

G_м = V_с·Р_р·[ ]· · [кг/цикл]

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

V_с = 100,48 – 90,4 = 10,08 м³

φ₁, φ₂ – концентрация насыщенных паров жидкости при температурах t₁ и t₂

φ₂=0,156- при температуре 30 градусов.

Определяем концентрацию насыщенных паров жидкости при температуре  20 градусов:

φ₁= Рs / Рр = 9977 / 101000 = 0,098

 

φ_ср= (φ₁+φ₂)/2=(0,156+0,098)/2=0,13об.доли

G_м = 10,08·101325·[ - ]· · = 4,0 кг/цикл

Определим объем взрывоопасной  зоны вблизи места выхода паров из нормально работающего аппарата при малом дыхании:

V_вок=(4,0/0,0445)*2=180 м³

 

В целях сокращения потерь паров жидкости и снижения пожаровзрывоопасности бензола в окрестностях емкости и других дышащих аппаратов целесообразно осуществлять следующие технические и организационные мероприятия:

1. Обеспечить постоянство  объема газового пространства.

2. Осуществить термоизоляцию  аппаратов.

3. Осуществить герметизацию  газового пространства аппаратов  дыхательными клапанами.

Это техническое решение позволяет прежде всего полностью устранить потери от выветривания паров из негерметичного газового пространства и, кроме того, сократить или исключить потери от малых дыханий.

4. Осуществить устройство  систем улавливания и утилизации  паров.

Для этой цели могут использоваться адсорбционные, абсорбционные, холодильные и компрессорные установки.

5. Вывести дыхательные  трубы за пределы помещения.

Необходимо сами дышащие  аппараты устанавливать в помещениях, а дыхательные трубы выводить за пределы помещения или присоединять к системе улавливания паров.

Пожарная  опасность возникает только при  нарушении установленного давления, повышении температурного режима, появлении неплотностей и повреждений, а также в периоды пуска и остановки технологического оборудования, т. е. когда внутрь аппаратов может попадать воздух или когда жидкости и их пары будут выходить наружу.

При эксплуатации закрытых аппаратов и емкостей, находящихся  под давлением, даже при их исправном  состоянии  всегда происходят небольшие  утечки горючих веществ через прокладки, швы, разъемные соединения и другие места. В данном технологическом процессе к таким аппаратам относится адсорбер. Это объясняется тем, что даже при самой тщательной обработке прилегающих друг к другу поверхностей нельзя создать абсолютную проницаемость. При  соприкосновении двух поверхностей  из-за незначительных выпуклостей образуется большое количество каппилярных каналов, по которым будет происходить  истечение газов и жидкостей. Величина утечки будет зависеть  главным образом от режима работы  аппарата и состояния уплотнений. Подсчет таких потерь весьма затруднителен.

Для ориентировочного определения утечки паров и газов  на работающих под давлением герметичных  аппаратов можно воспользоваться  формулой Н.Н. Репина, для адсорбера:

=1,5*0,16632*53 = 6,6 кг/час

Где  G-количество паров и газов, выходящих из аппарата кг/час;

        К- коэффициент, учитывающий степень  износа  производственного оборудования, принимается в пределах от 1 до 2;

         С= 0,16632 - коэффициент, зависящий от  давления паров или газов в  аппарате (табл.2.5 )

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

V_ап=π*R²*H=3,14*1,6²*8=64,3 м^3,

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

V_с= 64,3- 11,25=53 м³

         М- молекулярный  вес газов ил паров, находящихся  под давлением в аппарате;

        - температура паров или газов, находящихся под давлением, °К

Зная интенсивность утечек вещества через прокладки и соединения, можно было бы определить время образования взрывоопасной концентрации но так как адсорберы расположены не в помещении ,а на этажерки, поэтому расчет производить не надо.

      Утечки  из нормально герметизированных аппаратов, работающих под давлением, происходят хотя и непрерывно, но обычно не вызывают реальной пожарной опасности, так как выходящие наружу  маленькие струйки газа или пара чаще всего рассредоточены по поверхности аппарата и при наличии воздухообмена сразу же рассеиваются и отводятся от места их выделения.

Значительное количество аппаратов, работающих под давлением, имеют движущиеся механизмы(лопасти мешалок, колеса насосов, компрессоров), валы или штоки которых проходят через корпус аппарата с соответствующими сальниковыми уплотнениями. Создать надлежащую герметичность сальников очень трудно, поэтому при работе аппаратов с наличием сальниковых уплотнений всегда наблюдается утечка паров, газов, жидкостей. Утечка через сальники центробежных насосов при перекачки легких жидкостей определяется по формуле:

G=0,005*D*γ*K

, где

G- количество жидкости, выходящей через сальники насоса,кг/ч

D- диаметр вала насоса, м

γ –удельный вес жидкости, кг/м³

K- коэффициент испаряемости жидкости

Н-давление рабочее насоса, м.вод.ст.

G=0,005*0,035*873,68*1*

=0,6 кг/ч,

Зная интенсивность утечек вещества через сальниковые уплотнения, можем  определить время образования взрывоопасной концентрации в помещении мерников.

 

Найдём свободный объем помещения:

 

Определим концентрацию горючих паров в помещении насосов и сепараторов при наличии воздухообмена:

Проверяем условие взрывобезопасности: ; 0,16<0,045- условие не выполняется.

Предельно допустимое значение по условием взрывобезопасности действительной концентрации горючего вещества в помещении :

.

Вывод: необходимо увеличить  кратность воздухообмена вентиляции в помещении насосов и сепараторов  для уменьшения действительной концентрации до нормируемого значения, то есть меньше 2,84*10^-3.

Для уменьшения потерь при  перекачке ЛВЖ  рекомендуется  применять бессальниковые или мембранные насосы. При использовании сальниковых  насосов следует применять насосы с торцевыми уплотнениями или  сальниковые уплотнения с противодавлением, а также другие конструкции сальниковых устройств, сводящих до минимума пропуск перекачиваемого продукта. Поэтому в целях пожарной безопасности необходимо заменить сальниковое уплотнение в насосе по перекачке бензола на торцевое.

5.Анализ причин повреждения аппаратов и трубопроводов, разработка необходимых средств защиты

Самую большую  опасность для производства представляют повреждения и аварии технологического оборудования и трубопроводов, в результате которых значительное количество горючих веществ выходит наружу, вызывая опасное скопление паров ЛВЖ, ГГ,  загазованность открытых территорий, разлив жидкости на большие площади.

Аварии при эксплуатации технологического оборудования возникают в результате воздействий:

• Механических:
• сверхрасчетные давления, возникающие при нарушении материального баланса и режима работы насоса;
• повышение сверхрасчетной температуры;
• накипи на отводящих трубопроводах;
• уменьшающих их сечение;
• гидравлические удары;
• вибрации:
• температурные перенапряжения.
• Химических:
• коррозия, происходит за счет воздействия кислорода воздуха и сероводорода

От кислородной коррозии происходит образование ржавчины

4Fe + 3O₂®2Fe₂O₃

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

H₂S®H₂+S (термическая диссоциация)

2H₂S+O2®2H₂O+₂S (окисление)

Fe+S®FeS (коррозия)

Сернистые соединения представляют собой пористые вещества, не обладающие большой механической прочностью, и легко отслаиваются от железа. Разрушение материала стенок трубопроводов и аппаратов образуется и за счет электрохимической коррозии, наиболее часто встречающийся. Одной из разновидности, которой является атмосферная коррозия. В присутствии влаги на поверхностях трубопроводов и аппаратов образуется тонкая пленка с растворенными в ней воздухом и примесями, присутствующими в атмосфере. Эта пленка влаги и является электролитом. В результате электрохимического воздействия электролита на металл происходит растворение последнего, что приводит к утоньшению металла и снижению его механической прочности. Проведем несколько проверочных расчетов на возможность разрушения аппаратов или трубопроводов.