Классификация и характеристика внутренних источников воспламенения. Производственные источники зажигания
ТЕПЛОВЫЕ ИСТОЧНИКИ ЗАЖИГАНИЯ.
ВОСПЛАМЕНЕНИЕ ГОРЮЧИХ СМЕСЕЙ ОТ НАГРЕТЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ, ФРИКЦИОННЫХ ИСКР, РАЗРЯДОВ СТАТИЧЕСКОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА.
Тепловыми источниками зажигания горючих смесей могут быть открытый огонь, раскалённые продукты горения, нагретые поверхности, разряды статического электричества, молнии.
Источниками открытого огня в производственных условиях являются технологические нагревательные печи, реакторы огневого действия, регенераторы с выжиганием органических веществ из негорючих катализаторов, печи для сжигания и утилизации отходов; факельные устройства для сжигания отходящих газов, аппараты для газовой резки и сварки металлов.
Открытый огонь может воспламенить во всех случаях горючие смеси газов и паров с воздухом, так как температура пламени (более 1000 °С) всегда превышает температуру самовоспламенения газов и паров.
Основной мерой противопожарной защиты от стационарных источников открытого огня является их изоляция от горючих газов и паров при авариях и повреждениях. Поэтому аппараты огневого действия располагают на открытых площадках на определённом расстоянии от потенциальных объектов воспламенения. При газосварочных работах необходимы специальные меры, применение защитных экранов для предотвращения разлета раскаленных частичек металла и т. п.
Нагретые поверхности технологического оборудования
Правила техники безопасности предусматривают установление допустимой температуры поверхности такого оборудования.
Предельно допустимая температура безопасного нагрева неизолированных поверхностей технологического (электрического) оборудования составляет 80 % от величины стандартной температуры самовоспламенения газов или паров жидкостей и не должна быть выше минимальной температуры самовоспламенения.
В технологических процессах с использованием горючих пылей и волокон температура поверхности оборудования, на которую могут осесть горючие пыли или волокна, должна быть не менее чем на 50°С ниже температуры тления пылей (для тлеющих пылей):
t пов. оборуд = t тления пыли – 50 о С
Для нетлеющих пылей:
t пов. оборуд ≤ 2/3 t самовоспл
Фрикционные искры (искры удара и трения).
Являются наиболее распространенными источниками зажигания горючих смесей во взрывоопасных производствах. Они образуются при трении или соударении рабочих органов технологических машин и механизмов, а также при выполнении обслуживающим персоналом некоторых технологических операций. При обработке абразивные частицы могут разогреваться до температуры видимого свечения. Такие частицы принято называть фрикционными искрами.
Фрикционные искры металлов в определенных условиях разогреваются до температуры, при которой происходит воспламенение частиц. В этом случае за очень малый промежуток времени выделяется количество тепла, достаточное для прогревания прилегающего к частице объема горючей газовой смеси до температуры самовоспламенения.
При окислении металлических частиц кислородом воздуха на поверхности частиц образуются оксидные плёнки.
Все металлы можно разделить на две группы.
К первой группе относятся металлы Li , Na , Mg , К и др., у которых отношение объемов оксида и металла меньше единицы.
Ко второй группе относятся F е, А l , Т i , С u и др., у которых отношение объемов оксида и металла больше единицы.
Основное влияние на скорость окисления таких частиц оказывает диффузия кислорода внутрь кристаллической решетки оксида.
Рассмотрим разогрев частиц металлов первой группы.
Частицы Mg размером 10 мкм разогреваются за счет реакции окисления до температуры 1381 К. Над поверхностью частицы появляется диффузионное пламя, которое существует до полного сгорания металла.
При трении и соударении частиц металлов второй группы, например пары сталь - сталь, максимальная температура отрывающихся частиц определяется температурой плавления железа или его оксидов, что приводит к поверхностному горению до полного сгорания металла.
Растворённые в металлах и образующиеся при горении углерода газы раздувают пузырёк жидкого оксида, в результате чего после выгорания всего металла и охлаждения оксида образуется полый пузырёк.
Схема окисления фрикционных частиц стали приведена на рис. ниже.
Определяющее влияние на разогрев частиц оказывает содержание кислорода в газовой среде. При увеличении содержания кислорода в 3 раза в смеси с азотом температура фрикционных частиц углеродистых сталей возрастает с 2100 К до 2600 К.
Схемы искрообразующих установок на производстве.
Исследования процессов искрообразования и поджигания горючих газовоздушных смесей проводят на экспериментальных установках, моделирующих реально существующие условия во взрывоопасных помещениях.
1 - установка копрового типа для испытания материалов;
2 - установка обстрела для испытания материалов, работающих в режиме одиночного соударения при больших скоростях относительного перемещения;
3 - маятниковый копер для испытания материалов, работающих в режиме одиночных скользящих соударений;
4 - установка для испытания материалов, работающих в режиме непрерывного трения;
5 - установка для испытания материалов, работающих в режиме быстрочередующихся ударов.
Исследования процессов искрообразования и поджигания, горючих газопаровоздушных смесей проводятся на экспериментальных установках, моделирующих реально существующие условия во взрывоопасных помещениях на рис. установка 5: монтируется во взрывной камере, продуваемой горючей смесью. Стол камеры служит для крепления пластин, изготовленных из исследуемых материалов. Включается привод, и механизмом подъема закрепленная на столе пластина прижимается к вращающейся детали.
Скорость скольжения (V, м/с) определяется из уравнения:
где d - диаметр вращающегося элемента,
f - частота соударений, с -1 .
Число соударений n подсчитывается по формуле:
где S - количество «ударников» на вращающемся элементе;
τ - время работы механизма, с.
Вероятность Р воспламенения исследуемой горючей смеси при соударении различных материалов определяется как отношение количества поджиганий к количеству соударений n :
Испытываемые материалы считаются искробезопасными по отношению к данной горючей газовой смеси, если максимальное значение вероятности зажигания горючей смеси Р не превышает 10 -5 для любого состава горючей смеси.
В целях обеспечения фрикционной искробезопасности технологических процессов промышленность выпускает вентиляторы с применением защитных покрытий деталей проточной полости.
Во время проведения технологических операций и ремонтных работ во взрывоопасных зонах используется искробезопасный инструмент, выполненный из материалов, не дающих искр.
Наибольшее распространение получили искробезопасные бериллиевые бронзы. Ударные инструменты, выполненные из таких материалов не образуют искр, так как энергия соударения расходуется на пластическую деформацию материала инструмента.
Разряды статического электричества (СЭ)
Под СЭ принято понимать электрические заряды, находящиеся в состоянии относительного покоя, распределенные на поверхности или в объеме диэлектрика или на поверхности изолированного проводника.
Электризацией сопровождаются процессы, протекающие в аппаратах с интенсивным механическим воздействием: смесителях, дробилках, мельницах, пневмотранспортных системах и т. п.
Электризация отдельных частиц диспергированных материалов происходит при их соударении друг с другом и со стенками технологических аппаратов.
Основная опасность электризации - возможность воспламенения горючей смеси искровыми разрядами СЭ.
Токи электризации, как правило, не превышают десятков микроампер. Они не могут вызвать поражение человека. Однако разряды СЭ между телом человека и заряженным объектом вызывают испуг, сопровождающийся непроизвольными некоординированными движениями, что может привести к несчастному случаю.
Искровой разряд СЭ воспламеняет горючую смесь, если выделяющаяся в разряде энергия равна или больше минимальной энергии зажигания горючей смеси.
Защита от СЭ должна осуществляться во взрывоопасных зонах, классификация которых приведена в Правилах устройства электроустановок (ПУЭ). Вне взрывоопасных зон защита осуществляется в случае, если СЭ отрицательно влияет на здоровье человека, технологический процесс или качество продукции.
Источники зажигания, которые встречаются в условиях производства, очень разнообразные по причинам их возникновения, происхождения, а также по своим параметрам.
Чтобы обнаружить возможность появления в ГС источников зажигания и оценить, насколько предусмотренные мероприятия защиты предотвращают их появлене, необходимо рассмотреть все виды потенциальных источников зажигания.
Источники зажигания условно классифицируются:
открытый огонь и раскаленные продукты горения;
тепловые проявления химических реакций;
тепловые проявления механической энергии;
тепловые проявления электрической энергии.
Технологический процесс иногда ведут с использованием установок, где применяется открытое пламя для обработки металлов и других веществ, а также происходит утилизация отходов или сушка разных веществ с применением в качестве теплоносителей продуктов сгорания.
Раскаленные продукты горения, образующиеся в топках печей, котлов, ДВС и других агрегатов имеют температуру больше 1000°С, которой достаточно для зажигания практически любой среды (горючей пыли, волокнистых материалов, газо-паровоздушной смеси).
К тепловым проявлениям химических реакций относятся все химические реакции, которые протекают с выделением тепла в количестве, достаточном для нагрева применяемых веществ и материалов до температуры самовоспламенения.
К тепловым проявлениям механической энергии относятся искры, образующиеся при трении и ударах, а также тепло, выделяющееся при сжатии газов.
К тепловым проявлениям электрической энергии относятся искры КЗ, нагрев в местах больших переходных сопротивлений и при перегрузках, разряды атмосферного и статического электричества и другие.
Пример: В результате попадания дождевой воды в помещение склада шелкового комбината произошла химическая реакция натрия, который хранился в 55 барабанах гидросульфата (окислитель для отбеливания тканей). Вследствие химической реакции была загазована территория комбината и создалась угроза распространения отравляющего облака на близлежащий жилой массив. От влияния тепла, которое выделилось при этом, через 2 часа в складе возник пожар. Была организованна эвакуация людей с 2 жилых домов. Горение на составе было ликвидировано с помощью огнетушащего порошка.
Условия и пути распространения пожара
Развитие пожара может происходить при наличии соответствующих условий. К ним относятся: наличие в производственных помещениях запасов горючих веществ и материалов, наличие горючих конструкций, зданий и элементов технологического оборудования, позднее обнаружение пожара и несвоевременное сообщение о нем, отсутствие или неисправность первичных и стационарных систем пожаротушения, неквалифицированные действия при тушении пожара.
Быстрому распространению пожара будет оказывать содействие: наличие технологических отверстий в противопожарных препятствиях, применение транспортных систем в виде конвейеров, норий, самоточних труб, пневмотранспорта, отсутствие огнезадерживающих устройств, работающая вентиляция.
В производственных условиях самыми распространенными источниками воспламенения являются:
а) искры, образующиеся при коротких замыканиях, и нагревания участков электросетей и электрооборудования, возникающие при их перегрузках или при появлении больших переходных сопротивлений.
Токи коротких замыканий могут достигать больших величин. Они способны образовать электрическую дугу, что приводит к плавлению проводов, воспламенению изоляции, а также сгораемых предметов, веществ и материалов, находящихся поблизости. Короткие замыкания могут возникать при неправильном подборе и монтаже электросетей и электрооборудования, износе, старении и повреждении изоляции электропроводов и оборудования.
Перегрузки электрических сетей, машин и аппаратов возникают при токовой нагрузке, которая в течение длительного времени превышает величины, допускаемые нормами. Перегрузки возникают также в результате нарушения нормативных требований при проектировании электроснабжения и несоблюдения правил эксплуатации;
б) тепло, выделяющееся при трении во время скольжения подшипников, дисков, ременных передач, а также при выходе газов под высоким давлением и с большой скоростью через малые отверстия;
в) искры, образующиеся при ударах металлических деталей друг о друга или об абразивный инструмент, как, например, удары Лопастей вентилятора о кожух, образование искр при обработке металлов абразивным инструментом и т. п.;
г) тепло, выделяющееся при химическом взаимодействии некоторых веществ и материалов, например, щелочных металлов с водой, окислителей с горючими веществами, а также при самовозгорании веществ, например, промасляной обтирочной ветоши или спецодежды;
д) искровые разряды статического электричества;
е) пламя, лучистая теплота, а также искры, образующиеся, например, при плавке металла и заливке литейных форм, при работе термических печей, закалочных ванн;
ж) искры, образующиеся при электро- и газосварочных работах.
Возникновение пожара возможно предотвратить путем осуществления соответствующих инженерно-технических мероприятий при проектировании и эксплуатации технологического оборудования, энергетических и санитарно-технических установок, а также соблюдением установленных правил и требований пожарной безопасности.
Важнейшими пожарно-профилактическими мероприятиями являются:
правильный выбор электрооборудования и способов его монтажа с учетом пожароопасности окружающей среды, систематический контроль исправности защитных аппаратов и устройств на электрооборудовании, постоянный надзор за эксплуатацией электроустановок и электросетей силами электротехнического персонала;
предупреждение перегрева подшипников, трущихся деталей и механизмов путем своевременной и качественной смазки, контроля за температурой и т. д.;
оборудование эффективной вентиляции, исключающей возможность образования в помещении взрывоопасной смеси, и обеспечение нормальной работы вентиляции в окрасочных и сушильных камерах и других аппаратах;
создание условий, обеспечивающих пожарную безопасность при работе с нагретыми до высокой температуры изделиями и расплавленным металлом, при сварочных и других огневых работах;
изолирование огнедействующих производственных установок и отопительных приборов от сгораемых конструкций и материалов, а также соблюдение режима их эксплуатации;
обеспечение надежной герметизации производственного оборудования и турбопроводов с огнеопасными продуктами и немедленное устранение неисправностей при выявлении утечек продуктов в окружающую среду;
запрещение хранения, транспортирования и содержания на рабочих местах огнеопасных жидкостей и растворов в открытых емкостях (в ведрах, открытых баках и т. п.);
изоляция самовозгорающихся веществ от других веществ и материалов, выполнение правил безопасного их хранения и систематическое контролирование состояния этих веществ;
предупреждение появления искровых разрядов статического электричества при обработке материалов или использовании жидкостей, склонных к электризации;
своевременное удаление промасленных обтирочных материалов и огнеопасных производственных отходов в специальные отведенные для этого места;
проведение разъяснительной работы среди рабочих и служащих по соблюдению правил пожарной безопасности.
При разработке и осуществлении мероприятий по устранению причин возникновения пожаров особое внимание следует уделять пожароопасным производственным цехам и участкам (лакокрасочных покрытий, деревообработки и др.). В этих цехах и на участках необходимо широко применять приборы и аппараты автоматического регулирования параметров, которые влияют на снижение пожарной опасности технологического процесса производства.
1 Разряд атмосферного электричества
- Прямой удар молнии. Опасность прямого удара молнии заключается в контакте горючей среды с каналом молнии, температура в котором достигает 30 000 °С при силе тока 200 000 А и времени действия около 100 мкс.
- Вторичное воздействие молнии. Опасность вторичного воздействия молнии заключается в искровых разрядах, возникающих в результате индукционного и электромагнитного воздействия атмосферного электричества на производственное оборудование, трубопроводы и строительные конструкции.
- Занос высокого потенциала. Занос высокого потенциала в здание происходит по металлическим коммуникациям не только при их прямом поражении молнией, но и при расположении коммуникаций в непосредственной близости от молниеотвода.
2 Электрическая искра (дуга).
- Термическое действие токов короткого замыкания. Проводник нагревается током короткого замыкания и при определенных условиях происходит воспламенение изоляции.
- Электрические искры (капли металла). Искры образуются при коротком замыкании электропроводки, электросварке и при плавлении электродов электрических ламп накаливания общего назначения.
3 Электрические лампы накаливания общего назначения. Температура нагрева колбы электрической лампочки зависит от мощности лампы, ее размеров, расположения в пространстве и продолжительности контакта с горючей средой. Так, например, температура колбы фотолампы мощностью 40 Вт на 15-й составляет 150 °С, а 275 Вт – 550 °С.
4 Искры статического электричества. Статическая электризация возникает в потоке органических жидкостей, при разбрызгивании жидкостей, в струе пара или газа, при трении твердых разнородных тел и тому подобных процессах.
5 Механические (фрикционные) искры. Механизмом образования механических (фрикционных) искр является переход механической энергии в тепловую энергию. При этом можно выделить искры удара и искры трения. К первой группе искр можно отнести искры, образующиеся при ударе металла о металл; при ходьбе в обуви, подбитой металлическими набойками или гвоздями и т.п. Ко второй группе можно отнести искры, образующиеся при переработке твердых кусковых материалов или волокнистых и пылевидных материалов с твердыми инородными включениями (камнями, кусками металла и пр.).
6 Открытое пламя и искры двигателей (печей). Открытое пламя и высоконагретые продукты сгорания топлива используются для нагрева веществ до высоких температур и проведения химических реакций, для получения тепловой, электрической энергии, а также механической работы в различных аппаратах и установках (печах, реакторах, котлах, двигателях и т.д.), при электро- и газосварке, пайке.
7 Нагрев веществ, отдельных узлов и поверхностей технологического оборудования. Кроме нагрева газов в компрессоре, заслуживает внимания и другие виды нагрева элементов технологического оборудования. К ним следует отнести:
нагрев электрических контактов при возникновении повышенных переходных сопротивлений;
нагрев подшипника скольжения при отсутствии смазки и принудительного охлаждения;
несоответствие электрической защиты приборов и оборудования действующим нормативам;
нагрев электропривода при возникновении перегрузки и т.п.
8 Самовозгорание веществ. К веществам, склонным к самовозгоранию, относятся каменный и древесный уголь, сажа, фрезерный торф, сено, силос, а также волокнистые и пористые материалы, пропитанные растительными маслами и животными жирами, скипидаром, олифой. К ним также можно отнести губчатые металлы (алюминий, титан, магний, никель и др.),
Самовозгорание представляет собой процесс низкотемпературного окисления материалов, который заканчивается тлением или пламенным горением.
9 Неосторожность при обращении с бытовыми источниками огня;
10 Нарушение правил пожарной безопасности при эксплуатации оборудования, при выполнении различного вида работ;
11 Технологические аварии;
12 Взрывы;
13 Поджоги.
Динамика развития пожара. Развитие пожара зависит от многих факторов: физико-химических свойств горящего материала; пожарной нагрузки, под которой имеется в виду масса всех горючих и трудногорючих материалов, находящихся в горящем помещении; скорости выгорания пожарной нагрузки; газообмена очага пожара с окружающей средой и с внешней атмосферой и т.п.
Имеются общие схемы развития пожара . Они включают несколько основных фаз (экспериментальные данные для помещения размером 5х4х3 м при отношении площади оконного проема к площади пола, равном 25; пожарной нагрузке 50 кг/м 2 - древесные бруски):
I фаза (10 мин)-начальная стадия, включающая переход возгорания в пожар (1-3 мин) и рост зоны горения (5-6 мин).
В течение первой фазы происходит преимущественно линейное распространение огня вдоль горючего вещества или материала. Горение сопровождается обильным дымовыделением, что затрудняет определение места очага пожара. Среднеобъемная температура повышается в помещении до 200 °С (темп увеличения среднеобъемной температуры в помещении 15 °С в 1 мин). Приток воздуха в помещение сначала увеличивается, а затем медленно снижается. Поэтому очень важно в этот период развития пожара обеспечить изоляцию данного помещения от наружного воздуха. Не рекомендуется открывать или вскрывать окна и двери в горящее помещение. В некоторых случаях (при достаточном обеспечении герметичности помещения) наступает самозатухание пожара и нет необходимости вызывать пожарные подразделения при первых признаках пожара (дым, пламя). Если очаг пожара виден, необходимо, по возможности, принять меры к тушению пожара первичными средствами пожаротушения до прибытия пожарных подразделений.
Продолжительность 1 фазы составляет 2-30 % от общей продолжительности пожара.
II фаза (30-40 мин) -стадия объемного развития пожара. Бурный процесс, температура внутри помещения поднимается до 250-300 °С, начинается объемное развитие пожара, когда пламя заполняет весь объем помещения, и процесс распространения пламени происходит уже не поверхностно, а дистанционно, через воздушные разрывы. Разрушение остекления происходит через 15-20 мин от начала пожара. Из-за разрушения остекления приток свежего воздуха резко увеличивает развитие пожара. Темп увеличения среднеобъемной температуры - до 50 °С в 1 мин. Температура внутри помещения повышается с 500-600 до 800-900 °С. Максимальная скорость выгорания составляет 10-12 мин. Стабилизация пожара происходит на 20-25 минуте от начала пожара и продолжается 20-30 мин.
III фаза - затухающая стадия пожара. Догорание в виде медленного тления, после чего через некоторое время (иногда весьма продолжительное) пожар догорает и прекращается.
Температурное поле внутреннего пожара неравномерно в объеме помещения. Так, при горении бензина на площади 2 м 2 в помещении объемом 100 м 3 на 15 минуте в зоне горения температура составила 900 °С, а в самой удаленной точке 200 °С. При этом у потолка температура достигала 800 °С и более, по центру высоты помещения - 500 °С, у пола - 200 °С.
Нагретые продукты горения преимущественно концентрируются в верхней части помещения, что особенно характерно для помещений с высокими потолками. Поэтому в условиях задымленного помещения наилучшая видимость и соответственно наименьшая концентрация отравляющих веществ у припольного пространства.
Условия распространение пожара. После возникновения горение может распространяться, при этом образуются изолированные очаги - очаги, непосредственно не связанные с основной зоной горения. Образуются они за счет передачи теплоты на смежные постройки, сооружения, части здания радиацией, конвекцией, теплопроводностью, при попадании горящих углей, искр на горящие материалы вне зоны горения (рис.5).
Рассмотрим основные ситуации, в которых возможно образование вторичных изолированных очагов.
1 Конвекция (от лат. Convectio – привнесение, доставка) – перемещение микроскопических частей среды (газа, жидкости), приводящих к массо- и теплообмену. Конвекция - явление, состоящее в теплопередаче путем движения теплоносителей, т.е. жидкостей или газов. Нагретый теплоноситель может перемещаться или быть перемещаем в более холодную зону, где он отдаст свое тепло для нагрева этой зоны. Причиной возникновения естественной конвекции является перемещение нагретых и холодных частиц, происходящее вследствие разной их плотности.
Конвективные потоки с высокой температурой нагревают на путях своего распространения конструкции, предметы и материалы, что может вызвать их воспламенение, а также деформацию и разрушение негорючих элементов и частей здания.
Мощные вихревые конвективные потоки свойственны крупным пожарам. Радиус разноса (разлёта) горящих частиц может достигать до 100 м метров, а иногда и больше. По литературным данным, на пожарах лесоскладов и лесобирж при площади пожара до 3000 м 2 радиус разлета горящих головней может быть до 440 м, а при площади горения 25 000 м 2 наблюдался разлет горящих частиц на расстояние до 2 км (!).
2 Тепловая радиация (от лат. Radio – испускаю лучи, излучаю) – перенос лучистого теплового потока от горящего объекта к не горящему. Радиация представляет собой перенос тепла через пространство при помощи электромагнитных волн. При этом образование вторичного очага пожара происходит, если тепловой поток, воздействующий на второй объект, превысит критические значения, необходимые для загорания обращенных к горящему объекту материалов и конструкций. Недаром существуют требования к противопожарным разрывам между зданиями и сооружениями.
3 Роль кондукции (теплопроводности) в появлении вторичных очагов пожара можно проиллюстрировать примерами пожаров, когда через конструкцию здания проходят нагретые до высокой температуры трубы отопления, что приводит к загоранию материалов и изделий в соседнем помещении.
4 Возможно образование вторичных очагов за счет стекания горящей жидкости, расплавленных полимерных материалов. Например, если газообразные продукты сгорания из комнаты выходят в соседнее помещение, где на потолке установлены люминесцентные светильники с экранами из органического стекла. Стекло, расплавляясь и стекая на пол, может образовать там множественные вторичные очаги. В городах имели место случаи, когда при ремонте кровли многоэтажного здания загорался битум на крыше; расплавленный горящий битум стекал вниз по внутренним водосточным трубам, которые в домах отдельных серий сделаны из полимерных материалов, и в результате вторичные очаги пожара возникали на отдельных этажах здания.
27 августа 2000 г. загорелась Останкинская телевизионная Башня в Москве. Горение возникло в стальной части башни между отметками 454-478 м и распространилось, несмотря на предпринимаемые меры, на 380 м вниз. Во многом это произошло благодаря полиэтиленовым оболочкам фидеров (волноводов); полиэтилен плавился, стекал вниз и горел, обеспечивая активное развитие пожара в необычном (противоположном конвективным потокам) направлении.
(инициаторов горения)
Внутренние (скрытые) источники тепловой энергии – окислительные экзотермические реакции, приводящие к самовозгоранию (самовоспламенению). Воспламенение (загорание) произойдет, если время теплового воздействия внешнего или внутреннего источника теплоты на горючую смесь будет не менее периода, необходимого для развития реакции с формированием фронта пламени, способного к дальнейшему самопроизвольному распространению.
Пути и скорость распространения пламени и развития пожара определяются видом технологического процесса, агрегатным состоянием горючих материалов, размерами производства, техническим состоянием оборудования, уровнем и надежностью противопожарной защиты т.д. и т.п. Это 3-ий фактор ПО, который в каждом отдельном случае требует специального анализа и конкретизации.
2.4. В течение 12-13 мин. преподаватель дает пояснения об образовании горючей среды и технических решения по предупреждению возникновения этой опасности в различных аппаратах, в производственных помещениях и на открытых технологических площадках, где обращаются горючие жидкости, газы или твердыми материалы (пыль, порошки, волокна).
Различные технологические аппараты с пожаровзрывоопасными веществами при определенных условиях могут явиться местом возникновения пожара или взрыва. Для выявления возможности возникновения горения внутри технологического оборудования необходимо, прежде всего, оценить возможность образования в нем горючей среды.
Для оценки возможности образования горючей среды внутри технологического оборудования необходимо знать основные режимные параметры (рабочую температуру, давление, концентрацию и др.). Эти данные содержатся в технологической документации и являются определяющими при оценке возможности образования горючей среды. К технологической документации относятся технологическая часть проекта (на стадии проектирования производства) и технологический регламент (на стадии эксплуатации производства).
Условия образования горючей среды в аппаратах с веществами различного агрегатного состояния (газ, жидкость, твердое – пыль, порошок, волокно) несколько отличаются и в каждом отдельном случае имеют свои особенности, которые вы рассмотрите на практических занятиях и семинаре.
В закрытых аппаратах с жидкостями горючая среда может образоваться только в том случае, когда над поверхностью (зеркалом) жидкости имеется свободный объем. Сам факт и скорость образования ГС будет зависеть от наличия в этом пространстве окислителя (например, кислород воздуха), от вида (ЛВЖ или ГЖ) и физико-химических свойств жидкости, условий проведения технологического процесса.
Наличие над зеркалом жидкости свободного пространства является необходимым, но не достаточным условием для образования горючей среды. Достаточным условием является уровень концентрации паров, находящийся в концентрационных пределах РП, т.е.
Для аппаратов с неподвижным уровнем жидкости (например, для аппаратов непрерывного действия) оценка возможности образования горючей среды может быть сделана по температуре. При этом, необходимо чтобы рабочая температура жидкости t р была соизмерима со значениями температурных пределов распространения пламени и выполнялось условие:
. (2.2)
Итак, возможность образования горючей среды в закрытых аппаратах с ГЖ и ЛВЖ может быть оценена путем:
Проверки наличия над зеркалом жидкости свободного паровоздушного объема;
Сравнения рабочей концентрации паров жидкости с концентрационными пределами воспламенения;
Сравнения рабочей температуры жидкости в аппарате со значениями температурных пределов воспламенения.
Основными направлениями защиты от образования горючей среды в аппаратах с горючими и легковоспламеняющимися жидкостями являются:
1. Ликвидация свободного паровоздушного объема одним из следующих способов:
· полное заполнение аппаратов жидкостью;
· хранение горючих и легковоспламеняющихся жидкостей под защитным слоем специальных ПАВ или устройств (плавающая крыша, понтон и др.);
· применение резинотканевых резервуаров.
2. Обеспечение безопасного температурного режима работы аппаратов , то есть поддержание рабочей температуры t р ниже нижнего или выше верхнего температурных пределов воспламенения (с учетом коэффициентов безопасности):
(t н - 10) ³ t р ³ (t в + 15). (2.3)
3. Использование негорючих (инертных) газов для заполнения свободного пространства аппаратов и передавливания горючих жидкостей.
4. Применение систем соединяющих между собой паровоздушные пространства различных емкостных аппаратов , позволяющих снизить концентрацию кислорода в паровоздушной смеси менее 16 % об., когда горение паров становится невозможным.
Аппараты с газами . Такие аппараты всегда находятся под избыточным давлением, поэтому поступление воздуха в них невозможно, а, следовательно, невозможно и образование горючей среды.
Для предупреждения образования горючей среды внутри аппаратов с ГГ необходимо предусматривать следующие мероприятия и технические решения:
· поддерживать рабочую концентрацию горючего газа в смеси с окислителем за пределами области воспламенения, то есть ниже нижнего и выше верхнего пределов распространения пламени;
· применять системы автоматической подачи негорючих (инертных) газов в объем аппаратов для разбавления (флегматизации) горючей смеси.
· обеспечивать непрерывный автоматический контроль и сигнализацию об опасности содержания в ГГ окислителя или же горючего газа в окислителе.
· предусматривать системы автоматической блокировки, обеспечивающие прекращение подачи одного из компонентов горючей смеси, а в некоторых случаях сразу двух компонентов, при опасных отклонениях концентрации от рабочих параметров.
В технологическом оборудовании с твердыми горючими веществами и материалами горючая среда может образоваться при тепловом воздействии на них, в результате их самонагревания, при механической обработке до пылевидного состояния или получения волокон, порошка и т.п.
Сами твердые горючие вещества и материалы не способны образовывать в смеси с воздухом горючую среду. Если же их нагреть до некоторых критических температур, то может начаться процесс разложения с выделением летучих. Так, в процессе пиролиза древесины при температурах 150 - 275 о С происходит ее разложение менее с выделением окиси углерода, уксусной кислоты, метана, водорода и других газообразных веществ. Выделяющиеся продукты разложения в среде окислителя при определенных условиях могут образовывать горючую смесь. В таких случаях оценку возможности образования горючей среды в технологическом оборудовании производят, как и в случае с ЛВЖ, ГЖ или ГГ, по условию (2.1).
Основными мерами защиты от образования горючей среды в аппаратах с твердыми горючими веществами и материалами, которые подвергаются тепловому воздействию или склонны к самонагреванию, являются:
· применение систем автоматического контроля за температурой материала и температурой в аппарате;
· применение систем автоматического регулирования температуры в аппаратах;
· применение систем автоматического контроля концентрации горючих продуктов термического разложения в аппарате.
· применение систем автоматической подачи негорючих (инертных) газов в объем аппаратов для разбавления горючей смеси.
Технологические аппараты с горючими пылями (порошками, волокнами) характеризуются значительной пожарной опасностью. При работе мельниц, дробилок, хлопковых разрыхлителей, центробежных классификаторов, систем пневмотранспорта образуется очень большое количество пыли. Пыль в таких аппаратах может находиться во взвешенном состоянии (аэрозоль) и в осевшем состоянии (аэрогель). В первом случае пожарная опасность пылей рассматривается как для газов и паров, во втором случае ― как для твердых веществ и материалов.
Повышенную опасность для технологического оборудования представляет осевшая пыль. Обладая развитой поверхностью контакта с окислителем, она в отложившемся состоянии может самовозгораться, а при взвихрении образовывать горючую концентрацию. Это обстоятельство обуславливает характерную особенность циклического протекания пылевых взрывов. Сначала, как правило, происходит первичный взрыв (вспышка) небольшой мощности в локальной зоне технологического оборудования. Образующаяся при этом взрывная волна приводит к взвихрению оставшейся пыли и образованию горючей пылевоздушной смеси в значительно большем объеме. Происходит повторный взрыв, который часто приводит к разрушению оборудования и образованию горючей концентрации уже в объеме производственного цеха. Мощность последнего взрыва может оказаться достаточной для разрушения всего здания, в котором размещается производство. Такое развитие событий характерно для аварийных ситуаций на зернофабриках, мукомольных заводах и элеваторах,
Для предупреждения образования горючей среды внутри технологического оборудования с горючими пылями (порошками, волокнами) необходимо предусматривать следующие мероприятия и технические решения:
1. Применять, по возможности, менее пылящие технологические процессы (мокрые способы обработки, измельчение с увлажнением, вибрационный помол).
2. Использовать инертные газы или минеральные (неорганические) пыли для разбавления (флегматизации) пылевоздушного пространства аппаратов.
3. Применять инертные газы для пневматической транспортировки
взрывоопасных пылей.
4. Оборудовать системы аспирации (местные отсосы) у пылящего технологического оборудования.
· Исключать возможность оседания горючей пыли на внутренних поверхностях аппаратов и трубопроводов.
5. Оборудовать аппараты и трубопроводы специальными лючками, обеспечивающими доступ для очистки внутренних поверхностей от отложений пыли.
В производственных помещениях и на открытых технологических площадках горючие паро-, газо- и пылевоздушные смеси образуются в двух случаях:
1. При выходе горючих веществ из нормально действующих технологических аппаратов, что, как правило, допускается технологическим регламентом.
2. При выходе горючих веществ из поврежденного по каким-либо причинам технологического оборудования (аварийная ситуация).
При нормальных режимах работы оборудования горючая среда на технологических участках может образовываться в том случае, если по условиям технологии применяются:
Аппараты с открытой поверхностью испарения (окрасочные ванны, ванны для пропитки изделий, ванны для промывки и обезжиривания деталей, закалочные ванны и т. п.). Горючая концентрация паров жидкости в смеси с воздухом над поверхностью таких аппаратов будет образовываться когда рабочая температура жидкости t р выше ее температуры вспышки:
(2.5)
Для предупреждения образования горючей среды при использовании аппаратов с открытой поверхностью испарения необходимо предусматривать следующие мероприятия и технические решения:
· использовать по возможности закрытые (герметичные) аппараты;
· заменять ЛВЖ и ГЖ на пожаробезопасные жидкости и составы;
· поддерживать рабочую температуру горючей жидкости ниже температуры вспышки (с учетом коэффициента безопасности):
t р < (t всп – 10) (2.6)
· производить выбор наиболее рациональной формы открытого аппарата, позволяющей иметь минимальную величину поверхности испарения;
· использовать системы местных отсосов или улавливания выделяющихся при испарении паров жидкости непосредственно у аппаратов.
Аппараты с дыхательными устройствами. Данные аппараты представляют собой закрытые емкости, внутренний объем которых сообщается с окружающей средой через дыхательные устройства (дыхательные трубы, клапана и т.п.). К таким аппаратам относятся резервуары, мерники, дозаторы и другие емкости, работа которых по условиям технологии требует изменения уровня жидкости (демонстрация слайда 10).
Лектор поясняет рисунок. Слайд остается на экране до демонстрации следующего по тексту слайда:
Слайд 10. Схема большого дыхания резервуара:
а – до начала заполнения; б – в период заполнения; 1- наполнительная линия; 2 – корпус; 3 – дыхательный клапан; 4 – уровень жидкости; 5 – расходная линия.
На практике различают малое и большое дыхание аппаратов. Под большим дыханием понимается вытеснение паров наружу или подсос воздуха внутрь аппарата при изменении в нем уровня жидкости (при наполнении и опорожнении). Под малым дыханием понимается вытеснение паров наружу или подсос воздуха внутрь аппарата при изменении температуры в его газовом пространстве. При этом уровень жидкости остается неизменным. Образование горючей среды у дыхательных устройств возможно, если рабочая температура жидкости в аппарате больше или равна НТПР:
(3.7)
В этих случаях для предупреждения образования горючей среды снаружи аппаратов необходимо:
· герметизация внутреннего объема аппаратов путем установки специальных дыхательных клапанов;
· применение газоуравнительных систем, соединяющих между собой паровоздушные объемы различных емкостных аппаратов, за счет чего исключается выход паров в окружающее пространство;
· устройство систем улавливания и утилизации вытесняемых через дыхательные устройства паров (адсорбционные, абсорбционные, холодильные и другие установки);
· применение плавающих крыш и понтонов;
· снижение количества выбросов от малых дыханий, возникающих вследствие нагрева аппаратов от солнечной радиации (окраска аппаратов в светлые тона, орошение, устройство теплоизоляции);
· вывод дыхательных труб за пределы помещения.
Аппараты, периодически открываемые для выгрузки и загрузки веществ. Оценка возможности образования горючей среды в объеме помещений или локальных зонах в таких случаев может быть произведена путем сравнения фактической концентрации горючих веществ j ф со значением нижнего концентрационного предела распространения пламени j н. Горючая среда будет образовываться, если выполняется условие:
(2.8)
Для предотвращения образования горючей среды вследствие эксплуатации аппаратов периодического действия на практике необходимо предусматривать следующие меры:
· заменять по возможности аппараты периодического действия на герметичные аппараты непрерывного действия;
· максимально герметизировать загрузочные и разгрузочные устройства аппаратов;
· предусматривать системы местных отсосов горючих газов, паров и пылей у мест их сосредоточенного выхода из аппаратов (открываемые крышки, люки для взятия проб и т.п.).
Герметичные аппараты, работающие под избыточным давлением. При эксплуатации таких аппаратов даже при их исправном состоянии могут происходить небольшие утечки горючих веществ через прокладки, швы, разъемные соединения, уплотнения валов, плунжеров и т.п. Причины нарушения герметичности запланировано разобрать на практических занятиях для конкретных аппаратов и процессов.
Для уменьшения количества утечек при эксплуатации герметичных аппаратов необходимо:
· применять сварку, пайку и развальцовку для неразъемных соединений;
· использовать легкодеформируемые и износоустойчивые прокладочные материалы (фибру, резину, асбест, паронит и т.п.) для разъемных соединений;
· применять по возможности вместо сальниковых уплотнений торцевые уплотнения;
· оборудовать местные отсосы у мест установки сальниковых уплотнений;
· проводить проверку технологического оборудования на герметичность перед пуском, после ремонта, обслуживания, длительного простоя, а также через определенные периоды эксплуатации, оговоренные технологической инструкцией.
Наибольшую пожарную опасность технологическое оборудование представляет в случае аварийных ситуаций , когда нарушается его нормальный режим работы и происходит повреждение аппаратов и коммуникаций . Вероятность возникновения аварийных и чрезвычайных ситуаций связанных с пожарами или приводящих к ним на промышленных объектах будет сведена в будущем к минимуму, если Вы отнесетесь с пониманием и ответственностью к изучению дисциплины ПБТП в совокупности с другими предметами курса подготовки инженеров пожарной безопасности.
Таким образом, пожарная безопасность технологических процессов определяется свойствами горючей среды (фактор-1), особенностями источников воспламенения (фактор-2) и путями распространения пожара (фактор-3). Для инженерных решений по обеспечению ПБ производства необходимо:
Знать и понимать сущность процессов, происходящих в тех или иных аппаратах, принцип их работы;
Уметь предвидеть причины, которые могут привести к разрушению оборудования;
Знать способы и приемы, позволяющие устранить нежелательные явления.
Задача курса «Пожарная безопасность технологических процессов» - научить видеть и предвидеть возможные пожаровзрывоопасные ситуации. Однако просто видеть и понимать суть происходящих явлений недостаточно, необходимо уметь управлять ими, принимать правильные решения. Только в этом случае может состояться специалист в области пожарной безопасности.
Подробно этот предмет Вы будете изучать на 4-5 курсах, но базой для его успешного освоения помимо данной лекции и вводных практических занятий являются фундаментальные дисциплины: химия, физика, математика; специальные дисциплины: теоретические основы процессов горения, термодинамика и теплопередача, гидравлика, пожарная тактика и др. Добросовестное их изучение – залог успешного освоения курса ПБТП.