Анализ пожарной опасности процесса адсорбирования бензола из паровоздушной среды

Все вышеперечисленные причины рассматриваем для каждого аппарата своего варианта задания.

Образование повышенного  давления в аппаратах

Повышение давления в адсорбере с паровоздушной смесью может быть в результате нарушения температурного режима, подачи растворителя под большим давлением, переполнения аппарата паровоздушной смесью, неисправности защитных и контрольно-измерительных приборов. Предохранительный клапан установлен в верхний части адсорбера. Размеры и количество предохранительных клапанов выбирают с таким расчетом, чтобы в аппарате не могло образоваться давление на 0,5 атмосферы больше, чем рабочее давление для адсорбера с давлением рабочим 1,1 атмосферы. Предохранительные клапаны регулируют на давление ,на которое они должны сработать. Определяем параметры предохранительного клапана:

Р_р.и.=Р_р-0.1=0,11-0,1=0,01 МПа- рабочее избыточное давление

Р_р-рабочее(абсолютное)давление в аппарате

Р_ср.и.=Р_р.и.+0,05=0,01+0,05=0,06 МПа- давление срабатывания (избыточное)

Р_ср=0,1+ Р_ср.и.=0,1+0,06=0,16 МПа- абсолютное давление срабатывания клапана

Определяем  молекулярную массу продукта находящегося в аппаре:

М=∑φ_i*М_i=78*0,95+29*0,05=75,5кг\кмоль

Определяем  плотность среды в аппарате при  давлении срабатывания предохранительного клапана и рабочей температуры:

ρ_t=120,27*{M*P_CP}\t_p+273=120,27*{75.11*0.16}\32+273=4,73 кг\м³

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

Определяем  отношение: Р_вх.и\ Р_ср.и

Р_вх.и= Р_вх-0,1=0,1-0,1=0 МПа

Значит и  отношение будет равно нулю.

Определяем  пропускную способность предохранительного клапана:

К-показатель адиабаты среды, нашей паровоздушной  смеси 1,1(справочное данное)

По таблице XIX (9): 0,448 кг\ч

Определяем  необходимую площадь сечения предохранительного клапана: F={7.142*10^-4*G_max}\α*B*√( Р_cp -Р_bx)* ρ_t

F={7.142*10^-4*3,65}\0.16*0,448*√ ( 0,16 -0,1)* 4,73=0,0649 м².

В нашем случае на адсорберах установлены предохранительные клапаны, полностью соответствующие по расчетным параметрам к данным адсорберам.

Образование динамических воздействий в аппаратах

Воздействию гидравлических ударов  чаще всего подвержены  трубопроводы  и насосы. Гидравлические удары могут  возникнуть в результате  быстрого закрывания или открывания вентилей на трубопроводах, при больших пульсациях  подаваемой насосами жидкости, при  резком изменении  давлении на каком-либо  из участков трубопровода.

Определим силу гидроудара при закрытии задвижки в стальном трубопроводе      d= 50 мм и толщиной стенки 3,5 мм.

По трубопроводу протекает бензол со скоростью 1,2 м/с и объемным весом   873,6 кг/м³

Приращение  давления в трубопроводе при гидравлическом ударе определяют по формуле Н.Е. Жуковского:

,

где:  – плотность жидкости, кг/м³;

 – уменьшение скорости  движения при торможении струи,  м/с;

v – скорость распространения ударной волны, м/с 

,

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

Е_s – модуль упругости материала трубопровода 2* 10¹¹, Па;

d – внутренний диаметр трубопровода, м;

– толщина стенки трубы, м.

  .

.

Приращение  давления на 0,396 МПа сверх нормы может привести к повреждению трубопровода и к истечению бензола.

Вибрации трубопроводов

Вибрация наблюдается  у трубопроводов, находящихся под  давлением, и недостаточно хорошо закрепленных, у аппаратов, соединенных с поршневыми насосами и компрессорами. Наблюдается  вибрация у недостаточно закрепленных наружных аппаратов и от воздействия ветра.

Наибольшая опасность  от вибрации возникает  в том случае, когда число колебаний возмущающей  силы по своему значению будет приближаться к числу собственных колебаний  системы или отличаться от него в  целое число раз. При этом наблюдается  так называемое явление резонанса.

Меры борьбы с вибрациями - устранение или уменьшение действия возмущающих сил. Практически это  достигается уменьшением пульсации  при работе насосов (замена поршневых  насосов центробежными, установка «воздушных»  колпаков и т.п.), гашением  колебаний путем  применения различного рода прокладок, и тому подобных устройств, а также прочным креплением трубопроводов и аппаратов, подверженных вибрации.

Химический  износ материала (коррозии) аппаратов

Под химическим износом понимают уменьшение толщины и прочности стенок аппаратов в результате химического взаимодействия материала с обрабатываемыми веществами или с внешней средой.

Находящиеся в аппаратах  и трубопроводах вещества, имеющиеся  в них химические примеси, используемые катализаторы, инициаторы и ингибиторы, а также среда, окружающая аппараты, могут химически взаимодействовать с материалом корпуса, вызывая его разрушение.

Разрушение металла  от действия на него соприкасающейся  с ним среды называется коррозией.

Разрушающему действию коррозии подвержены наиболее слабые места производственной аппаратуры – швы, разъемные соединения, прокладки, места изгибов и поворотов  труб и т.п.

Процесс коррозии может  протекать двумя путями: прямым химическим взаимодействием и в результате электрохимических реакций, сопровождающихся протеканием электрического тока между отдельными участками металла.

Химическая коррозия наблюдается в среде жидких диэлектриков или газов, нагретых до высоких температур. Это окислительно-восстановительный химический процесс, не связанный с протеканием электрического тока между отдельными участками металла.

Электрохимическая коррозия происходит в том случае, когда  поверхность металла соприкасается  каким-либо электролитом. Контакт металла  с электролитом вызывает появление многочисленных микрогальванических пар, в результате действия которых возникает электрический ток и один из металлов переходит в раствор.

Исходя из основных закономерностей  коррозионных процессов, используют следующие  направления борьбы с ней:

- применение коррозионно-устойчивых  металлов;

- изоляция металлов  от агрессивной среды защитными  покрытиями;

- уменьшение коррозионной  активности среды;

- использование неметаллических  химически стойких материалов;

- катодная и протекторная защита.

Образование температурных  напряжений или уменьшение прочностных  свойств материала стенок аппарата

 В аппаратах, где  протекают процессы теплообмена,  могут наблюдаться такие случаи, когда некоторые конструктивные  элементы, жестко заделанные по  концам, в процессе эксплуатации имеют  неодинаковую температуру. Это относится к кожухотрубчатым  теплообменникам, которые имеются в данном технологическом процессе.

Силу, возникающую между  жестко соединенными частями аппарата, за счет температурных напряжений  можно определить по формуле:

  ,

     Где  - коэффициенты линейного расширения для материала корпуса и труб, при соответствующих температурах, 1/град (для стальных труб принимаются равным 0,000012);

- расчетные температуры корпуса и труб, град;

- модули упругости для материала  корпуса и труб при соответствующих  им температурах, мПа;(для стальных труб составляет 21000 мПа)

, - площадь поперечного сечения корпуса и труб, см².

Кроме силы , на жестко соединенные части аппарата  действует сила Р, вызванная давлением среды в межтрубном и трубном пространствах, т.е.

,

Где D – расчетный диаметр трубной решетки, м;

d- средний диаметр трубки, м;

z- число трубок;

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

Теплообменные аппараты с жестким соединением корпуса  нельзя эксплуатировать когда 

где - напряжения максимальные в материале корпуса и трубок, мПа;

- предел текучести  материала  корпуса и труб, мПа.

Делать вывод о недопустимости  жесткого соединения корпуса и трубок кожухотрубчатого парового подогревателя невозможно, так как неизвестны  пределы текучести материалов корпуса и труб.

Если согласно расчету  окажется, что жесткое соединение корпуса и трубок  теплообменника недопустимо, необходимо применять  аппараты, имеющие температурные  компенсаторы. Наиболее  часто теплообменные  аппараты оборудуют линзовыми компенсаторами и компенсаторами  типа «плавающая головка».

Снижение температурных напряжений достигается путем  уменьшения разности  температур  между  отдельными конструктивными  элементами и подбора соответствующих  материалов при конструировании  отдельных узлов аппаратов с примерно одинаковыми  коэффициентами линейного расширения.  

Также температурные  напряжения возникают в трубопроводах, которые определяются по формуле:

s_t = aЕDt=1,2´10^-5´2,1´10⁶´30=756 кг/см²

где s_t - температурные напряжения, кг/см²;

a - коэффициент линейного расширения,°С^-1(для стальных труб a_t =     =1,2´10^-5°С^-1);

Е - модуль упругости материала, кг/см²(для стальных труб Е = 2,1´10⁶).

Dt= t₁- t₂=60-30=30 - изменение температуры, °С.

6. Анализ характерных технологических источников зажигания

 

Производственные источники  зажигания делятся на следующие  группы:

1. Открытый огонь и продукты сгорания;
2. Тепловое проявление химических реакций;
3. Тепловое проявление механической энергии;
4. Тепловое проявление электрической энергии.

6.1. Тепловое проявление механической энергии

       Наиболее опасными по возможности перегрева являются подшипники скольжения сильно нагруженных и высокооборотных валов. К увеличению сил трения, а, следовательно, и количество выделяющегося тепла могут привести нарушение качества смазки рабочих поверхностей, загрязнения, перекосы, перегрузка двигателя насосов и чрезмерная затяжка подшипников.

Рассчитаем температуру  подшипника на валу насоса по перекачке бензола, диаметр вала 0,035 м. Коэффициент теплообмена между поверхностью подшипника и средой 150 Вт/м^2.К, температура окружающей среды 25^оС, коэффициент трения 0,15, число оборотов вала 3000 1/мин. сила действующая на подшипник 3000 Н, поверхность подшипника 0,08 м²

Определим мощность сил  трения

     

где: f – коэффициент трения;

N – радиальная сила, действующая на подшипник, Н;

d – диаметр шейки вала, м;

n – число оборотов вала, 1/мин.

Определим максимальную температуру корпуса подшипника:

     

где: Т_п – максимальная температура подшипника, К;

Т_в – температура окружающей среды, К;

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

F – поверхность корпуса подшипника, м².

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

          Для предотвращения перегрева подшипников необходимо осуществлять следующие мероприятия:

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

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

6.2.Открытые  источники огня

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