Анализ пожарной опасности процесса адсорбирования бензола из паровоздушной среды

При такой температуре  аппаратов огневого действия всякие повреждения и аварии смежных аппаратов, сопровождающиеся выходом наружу, паров, газов или горючих жидкостей и распространением их в сторону печей, неизбежно приведут к возникновению вспышки и пожару. Для безопасного ведения процесса необходимо предусматривать паровую защиту.

Значительную пожарную опасность представляют собой огневые  ремонтные и монтажные работы. Пожарная опасность обусловлена не только открытым пламенем, но и наличием раскаленного и расплавленного металла. При газовой сварке температура пламени дуги при использовании угольных электродов составляет 3200-3900⁰С, стальных электродов 2400-2600⁰С. При попадании на горючие материалы искры воспламеняют их. При проведении огневых работ снаружи аппарата должно выполняться условие:

φ_б<ПДВК= φ_нкпрп/2

ПДВК= φ_нкпрп/2=0,0142/2=0,0071 об.доли

φ_б<0,0071, при проведении огневых работ снаружи аппаратов необходимо строго соблюдать данное условие, во избежании пожаров и взрывов.

6.3. Тепловое  проявление химической реакции

По условиям технологии, находящиеся в десорбере, адсорбере, насосах и емкости, жидкости нагреты до температуры, не превышающей температуру их самовоспламенения. Появление неплотностей в аппаратах и трубопроводах и соприкосновение с воздухом выходящего наружу продукта, нагретого до температуры самовоспламенения, сопровождается его загоранием. При протекании процесса адсорбции происходит выделение теплоты, которая может служить источником самовоспламенения активированного угля в адсорбере, рассчитаем теплоту по формуле Трутона:

,

А- коэффициент, для активированного  угля 218*10⁴ Дж/(моль*К),

t_к- температура кипения бензола.

Поэтому особое внимание необходимо уделять теплоотводу в адсорберах и соблюдение температурного режима, так как данное количество теплоты может подвергнуть активированный уголь к самовозгоранию.

 

6.4. Тепловое проявление электрической энергии

Также источником воспламенения  может быть тепловое проявление электрической энергии. Источники воспламенения от теплового проявления  электрической энергии могу возникнуть при несоответствии электрооборудования (электродвигателей, силовых электрических сетей)  характеру воздействующей на него среды; в случае несоблюдения  правил устройства  и эксплуатации электрооборудования; при неисправностях и повреждениях, вызываемых механическими причинами, а также действием химически активных веществ, влаги и т.п. Тепловое действие электрического тока  может проявиться в виде электрических искр и дуг, чрезмерного перегрева двигателей, контактов,  отдельных участков электрических сетей и электрического оборудования, а также аппаратов при перегрузках и больших переходных сопротивлениях, в виде перегрева в результате теплового проявления токов  индукции  и самоиндукции, при искровых разрядах статического и атмосферного электричества, в результате нагревания вещества и материалов от диэлектрических потерь энергии.

Перегрузка электрических  сетей и машин вызывается увеличением механической нагрузки на электродвигатели, а также подключением к  электрическим сетям дополнительных токоприемников, на которые  сети не рассчитаны. Увеличение силы тока в сетях и машинах приводит к выделению большого количества тепла, воспламенений изоляции. Опасные последствия  перегрузки наблюдаются при неправильно выбранной  или  неисправной защите сетей плавкими вставками или автоматами.

Переходные сопротивления возникают чаще всего в  местах, где провода и кабели некачественно присоединяются к машинам и аппаратам или  токопроводящие жилы соединяются  друг с  другом холодной скруткой, а также в местах плохого контакта. В местах переходных  сопротивлений  выделяется значительное  количество тепла. От нагрева мест переходных сопротивлений могут загореться электроизоляция, а  также  рядом  находящиеся горючие  вещества.

Индукционное и электромагнитное воздействие атмосферного электричества способствует появлению значительных электрических потенциалов на производственном оборудовании, трубопроводах,  строительных конструкциях. Отсутствие или  неисправность систем заземления аппаратов и конструкций, могут привести  к  образованию опасных искровых разрядов.

7. Возможные пути распространения  пожара

Пожары на установках для улавливания ЛВЖ протекают в сложных условиях с быстрым распространением огня на соседние аппараты и участки, и, зачастую сопровождается взрывами оборудования с последующим повреждением рядом стоящего оборудования, а также повреждением трубопроводов с поступающим на переработку ГГ, ЛВЖ и ГЖ и в таких случаях пожары принимают характер катастрофы с огромным материальным ущербом.

Наличие больших  объемов легковоспламеняющихся, горючих  жидкостей и горючих газов приводит к тому, что пожар на установке может принять значительные размеры.

Условиями распространения  горения на установке являются: разливы  по территории установки горючих и легковоспламеняющихся жидкостей; разветвленная сеть промышленной канализации при неэффективности гидравлических затворов в колодцах; отсутствие аварийных сливов из емкостных аппаратов, линий стравливания газовоздушных смесей из аппаратов; разветвленная сеть трубопроводов при отсутствии на них гидравлических затворов.

Испарение паров  легковоспламеняющихся жидкостей  и газов будет создавать газовоздушную  смесь, которая при ветреной погоде будет перемещаться к возможному очагу пожара.

7.1. Расчет аварийного слива

Анализируя работу установки для  улавливания паров бензола из паровоздушной смеси методом адсорбции, рассматривая каждое оборудование в отдельности, устройство оборудования, режимы работы, видно, что все аппараты, участвующие в данном процессе не имеют аварийного слива (исходные данные).

Из выше изложенного следует  вывод, что расчет аварийного слива не требуется.

7.2. Расчет огнепреградителя

определяем стехиометрический коэффициент при кислороде в уравнении сгорания:

     

определяем концентрацию горючего компонента в семи:

 

С_ст=100/(1+4,84*7,5)=2,68

Определяем  удельную газовую постоянную : R=8314,31/ =8314,31/0,95*78+0,0,05*29=110

Нормальная скорость горения :0,478 м/с;( справочное данное)

Коэффициент теплопроводности λ=0,158 Вт/(м*К);( справочное данное)

Удельная теплоемкость С_р=1733,89 Дж/(кг*К); ( справочное данное)

Давление рабочее р_р=400 мм.рт.ст.,

1 Па= 0,0075 мм.рт.ст.

р_р=400\0,0075=53333,3 Па

Определяем критический  диаметр каналов в слое гравия:

d_кр={65*R*(t_p+273)*λ}\U_n*C_p*P_p;

d_кр={65*110*(20+273)*0,158}\0,478*1733,89*53333,3=7,4*10^-3 м

Определяем фактический  диаметр каналов в слое гранул:

d= d_кр\К_б, где

К_б=2-коэффициент безопасности

d= 7,4*10^-3\2=3,7*10^-3м

Определяем диаметр  гранул(гравия) насадки огнепреградителя по таблице Р.1 ГОСТ 12.3.047-98:с помощью метода интерполяции:

d_гр=6,25*10^-3 м

Вывод: Установленный огнепреградитель на линии подачи паровоздушной смеси бензола с воздухом полностью соответствует по своему конструктивному строению типу огнепреградителя полученного расчетным путем, так как полученный требуемый диаметр гравия составляет 6,25*10^-3 м, что больше фактического диаметра гравия на установленном огнепреградители 5*10^-3 м.

8. Определение категории  производственного помещения сепараторов и насосов

8.1Выбор варианта аварии оборудования помещения сепараторов и насосов

Поскольку в помещении сепараторов и насосов  нет аппаратов периодического действия, аппаратов с открытой поверхностью испарения, а также емкостей с ЛВЖ и ГЖ, то наиболее вероятным вариантом аварии будем считать разрушение трубопровода или повреждение конструкции насоса.

• Расчет объёма бензола вышедшего из оборудования при аварии.

По заданию производительность насоса подачи бензола в помещение сепараторов и насосов составляет 0,44 м³/мин. Отключение насоса и перекрывание задвижек осуществляется автоматически. Расчетное время отключения трубопроводов при автоматическом отключении составит 120 с.

Объём вышедшей из оборудования краски составляет 2014 л, в который, согласно технологическому регламенту входит 20% смолы и 80% бензола. Т.е. объём вышедшего из оборудования растворителя (бензола) равен:

• Расчет массы бензола, испарившегося с поверхности разлива.

Так как площадь помещения окрасочной камеры равна 9 м², а площадь разлива краски составит (считаем 1 литр на 1 м² пола) 2014 м², то вышедшая из оборудования краска растечется на площадь всего пола помещения окрасочной камеры.

, где W – интенсивность испарения;

   F_и – площадь испарения (9 м²);

    Т – время  испарения (300 с)

8.4 Расчет избыточного давления взрыва для паров ЛВЖ.   

  

Где: Р_max – максимальное давление взрыва стехиометрической паровоздушной смеси в замкнутом объеме, определяемое экспериментально или по справочным данным в соответствии с требованиями

Р₀ – начальное давление, кПа (допускается принимать равным 101 кПа)

Z – коэффициент участия горючего во взрыве, который может быть рассчитан на основе характера распределения газов и паров в объеме помещения согласно приложению. (Допускается принимать значение Z по табл. 2 НПБ 105-03);

К_н коэффициент, учитывающий не герметичность помещения и не адиабатичность процесса горения. Допускается принимать К_н равным 3.

 Р₀ – начальное давление, кПа (допускается принимать равным 101 кПа);

 т – масса паров легковоспламеняющихся (ЛВЖ) и горючих жидкостей (ГЖ), вышедших в результате расчетной аварии в помещение.

V_св – свободный объем помещения, м³;

При этом массу m горючих газов или паров легковоспламеняющихся или горючих жидкостей, нагретых до температуры вспышки и выше, поступивших в объем помещения, следует разделить на коэффициент К, определяемый по формуле

К = АТ + 1=(6/3600)*120+1=1,2,  при наличии вентиляции

где А – кратность воздухообмена, создаваемого аварийной вентиляцией, с^-1; Т – продолжительность поступления горючих газов и паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей в объем помещения, с.

т =759/1,2=632,5 кг

_г,п – плотность газа или пара при расчетной температуре t_p, кг/м³, вычисляемая по формуле

    

Где: М – молярная масса, кг× кмоль^-1;

v₀ – мольный объем, равный 22,413 м^3× кмоль^-1;

t_p — расчетная температура, °С. В качестве расчетной температуры следует принимать максимально возможную температуру воздуха в данном помещении в соответствующей климатической зоне или максимально возможную температуру воздуха по технологическому регламенту с учетом возможного повышения температуры в аварийной ситуации;

С_ст — стехиометрическая концентрация паров ЛВЖ и ГЖ, % (об.), вычисляемая по формуле

С₆Н₆+7,5О₂=6СО₂+3Н₂О

для расчета примем следующие значения:

P_max=880 кПа         

t_р=30                                                                                                   Z=0,3,     V_св= 0,8*10*28*10=2240 м³,

 К_н=3,          Р₀=101кПа,

С_ст=100/(1+4,84*7,5)=2,68

 

плотность газа или пара при расчетной температуре t_p

ρ_г.п=78/22,413(1+0,00367*30)= 3,13 кг/ м³

 

 

расчет избыточного  давления взрыва для паров ЛВЖ бензола

 

∆Р = (880-101)*(632,5*0,3/2240*3,13)*(100/2,68)*1/3 = 262,2 кПа

 

Вывод: так как избыточное давление взрыва 262,2 кПа превышает допустимую по НПБ105-95, т.е. 5 кПа и температура вспышки ЛВЖ бензола составляет -11 градусов, что менее 28 градусов, то данное помещение относится к категории А.

 

9. Пожарно-профилактические мероприятия. Вопросы экологии.

На основании  анализа пожарной опасности технологического процесса, с учетом режимов работы технологического оборудования проведем пожарно-профилактические мероприятия.

ВНЭ 5-79

4.7. ПРОЦЕССЫ  АДСОРБЦИИ ПРИ УЛАВЛИВАНИИ ГОРЮЧИХ  РАСТВОРИТЕЛЕЙ

4.7.1. Пуск и остановку  адсорбционной установки следует  осуществлять после согласования  с теми цехами, из которых производится  отсос паров горючих растворителей.

4.7.2. Адсорбционная установка  должна обеспечивать непрерывный  и полный отсос выделяющихся  паров горючих растворителей от рабочих мест, оборудованных системами капсюляции.

4.7.3. Запрещается подключать  новые рабочие места, участки  и цеха к линиям адсорбционной  установки, если ее мощность  не рассчитана на такое подключение.  Подключение дополнительных объектов приведет к снижению эффективности действия работающих местных отсосов.

4.7.4. Концентрацию паро- и газовоздушной смеси, поступающей  к адсорберам, необходимо систематически  контролировать. Величину рабочей  концентрации и пределы ее  колебаний следует указать в технологических инструкциях.

4.7.5. Нельзя допускать  загрязнения внутренней поверхности  трубопроводов твердыми горючими  отложениями или жидким конденсатом.  Фильтры или циклоны для улавливания  из транспортируемой смеси твердых  примесей должны быть исправны и регулярно очищаться. Участки линий, где наблюдается образование конденсата, должны быть утеплены и иметь уклон для стекания жидкости.

4.7.6. Линии паро- или  газовоздушной смеси необходимо  надежно защищать огнепреградами. Число огнепреградителей, их вид и размеры огнегасящей насадки должны соответствовать проектным данным. Не разрешается эксплуатировать установку без огнегасителей или с огнепреградителями, не соответствующими проекту.