АГРЕГАТ АГРЕГАТ
Рисунок 3.19 Напірний бак з «дихальною»
трубою: 1 – резервуар з ЛЗР; 2 – «дихальна»
лінія; 3 – вогнеперешкоджувач;
4 – наповнювальна і витратна лінії;
5 – переливна труба Апарати періодичної дії
До апаратів періодичної дії відносяться змішувачі, розчинники синтетичних смол та інших речовин, клейомішалки, екстрактори тощо. При всіх інших однакових умовах апарати періодичної дії мають набагато більшу пожежну небезпеку в порівнянні з апаратами безперервної дії. Через нестабільність параметрів періодичні процеси недостатньо механізовані та автоматизовані, що в багатьох випадках ускладнює забезпечення необхідної безпеки та вибухозахисту.
Апарати періодичної дії перед початком робочого циклу завантажуються речовинами, у процесі роботи виникає необхідність брати проби оброблюваних речовин на аналіз, а по закінченні процесу апарат повинен розвантажуватися.
Експлуатація таких апаратів пов’язана з необхідністю відкривання люків, кришок,
завантажувальних і розвантажувальних пристосувань і виходом при цьому назовні певної кількості горючих речовин з утворенням у приміщеннях або на відкритих майданчиках горючого середовища.
Типовим апаратом періодичної дії є змішувач, який використовується для приготування гумового клею. Розвантаження готової маси здійснюється перекиданням апарата при відкритій кришці. Відкривання кришки змішувача призводить до виходу парів ЛЗР назовні, утворенню місцевих небезпечних концентрацій поблизу апарата, а також і всередині його при надходженні туди повітря.
Пожежна небезпека таких апаратів зумовлюється не тільки пожежонебезпечними властивостями речовин, що використовуються, але і кількістю парів ЛЗР та ГР, що виходять з апаратів за нормальних умов експлуатації.
Кількість парів рідини, що виходить з апарата, визначається залежно від характеру операції, що виконується. Так, операція завантаження апаратів супроводжується витісненням парів, відкривання люків (кришок) – скиданням надлишкового тиску або проникненням в апарат повітря (якщо апарат працював під вакуумом), розвантаження в тару – випаровуванням з відкритої поверхні.
Кількість горючих парів, що виходять з апарата назовні при відкриванні люків або іншого пристрою для завантаження – розвантаження продукту, визначається виходячи з того, що об’єм пароповітряного простору апарата перед завантаженням не змінюється (тобто V1=V2=Vв), тиск під час відкривання кришки буде змінюватись від РР до РАТМ, температура в апараті не змінюється (тобто Т1=Т2=ТР), звідки і концентрація парів рідини не зміниться і буде дорівнювати 1=2=S, отже:
n R М
М Pбар
Pp Тр
s Vв
Gр 1
,
де Gр – кількість парів, що виходять з апарата при відкриванні, кг/цикл;
Vв – внутрішній вільний об’єм апарата, заповнений парою або газом під тиском, м3; s – концентрація насичених парів, об. частки, % об; Pp – робочий тиск в апараті, Па; Pбар – атмосферний (барометричний) тиск, Па;
M – молекулярна маса парів або газу, кг/кмоль;R= 8314,31 – універсальна газова стала, Дж/кмольК.
Розвантаження продуктів з апаратів у тару (іноді з розливом рідини) також супроводжується виходом парів або газів, кількість яких можна визначити, припускаючи, що відбувається випаровування з вільної поверхні в нерухоме та рухоме середовища.
Процес завантаження горючих речовин в апарати супроводжується витісненням назовні певної кількості газоповітряної суміші. Кількість парів, що виходять, можна визначити як для апаратів, де можливі втрати при великих
«диханнях».
Таким чином, при експлуатації періодично діючих апаратів горюче середовище утворюється в період їх розвантаження або при відборі проб через люки та кришки (надходження у приміщення парів або газів), а також при завантаженні (витіснення назовні газоповітряної суміші).
Заходи із запобігання утворенню горючого середовища при експлуатації апаратів періодичної дії:
Замінити періодично діючі апарати, якщо це можливо за умовами технологічного процесу, герметичними апаратами безперервної дії.
Герметизувати завантажувальні та розвантажувальні пристрої.
Розвантаження апаратів від готової продукції доцільно здійснювати не відкритим способом, а розвантажувальними трубами у приймальні бункери або в закриту тару.
Апарати з відкритим завантаженням та вивантаженням необхідно обладнувати системою витяжки парів і газів із його внутрішнього об’єму з подальшим заповненням вакууму подачею інертного газу.
Захищати внутрішній об’єм апарата інертним газом протягом всього періоду роботи.
Місця виходу парів та газів (кришки, що відчиняються, люки для відбору проб тощо) обладнувати місцевими витяжними пристроями.
При зупинці апаратів на тривалий період зачищати їх від залишків продукту, продувати інертним газом або заповнювати водою.
Біля місць розташування періодично діючих апаратів (особливо з відкритим розвантаженням і завантаженням) повинні знаходитись стаціонарні установки пожежогасіння локальної дії.
Апарати, що працюють під тиском
При експлуатації закритих апаратів, що знаходяться під тиском, навіть при їх справному стані завжди є вихід горючих речовин через прокладки, шви, рознімні з’єднання тощо. Це пояснюється тим, що навіть при найбільш точній обробці не можливо досягти абсолютної непроникності на стику двох поверхонь, оскільки існує велика кількість капілярних каналів, через які відбуватиметься витікання газів та рідин.
Значна пожежна небезпека властива для апаратів, які мають механізми, що рухаються (колеса насосів та компресорів, лопаті мішалок, гвинти шнеків тощо), вали або штоки, що проходять через корпус апарата з відповідними сальниковими ущільненнями. Добитися належної герметизації таких апаратів дуже важко, тому при їх роботі завжди трапляються витоки горючих речовин назовні.
Інтенсивність виходу парів та газів із працюючого під тиском герметичного обладнання через капілярні канали в прокладках, сальниках, зварних швах та інших місцях на апаратах і трубопроводах можна визначити за такою формулою:
Тр М Vв Кр КЗ
Ip ,
де Ip – інтенсивність виходу парів або газів з апарата, що працює під тиском, кг/с; КЗ – коефіцієнт, що враховує ступінь спрацювання обладнання, змінюється в межах від 1 (для нового обладнання) до 2 (для спрацьованого обладнання); Кр – коефіцієнт, що залежить від тиску середовища в апараті, довідкові дані; Vв – внутрішній вільний об’єм обладнання, заповнений парою або газом під тиском, м3.
Таким чином, інтенсивність виходу парів або газів з апаратів в основному буде залежати від його режиму роботи та стану з'єднань.
Для визначення маси парів або газів, що виходять з працюючих під тиском герметичних апаратів за певний період роботи обладнання використовують формулу
Ip mp ,
де mp – маса парів або газів, що виходять з апаратів, що працюють під тиском, кг;
Iр – інтенсивність виходу парів або газів з апарата, що працює під тиском, кг/с; – час роботи апарата, с.
Кількість парів або газів, які виходять через сальникові ущільнення поршневих насосів для перекачування горючих рідин у холодному стані, визначається за формулою:
р р
н d А Р
G 0,007
де Gн – кількість парів рідини, що просочується через сальники насоса, кг/цикл;
А – емпіричний коефіцієнт, який приймається для насосів, що перекачують бензин або гас 1, а для насосів, що перекачують високолеткі рідини – 2;
Рр – робочий тиск насоса, МПа; τр – час роботи апаратів, год.
Кількість парів або газів, які виходять через сальникові ущільнення відцентрових насосів для перекачування горючих рідин, визначається за формулою:
p p
н d p P
G 1,38106 де πр – густина рідини, кг/м3.
Вихід горючих парів або газів при нормальному герметичному ущільненні апаратів, як правило, не створює реальну пожежну небезпеку завдяки швидкому розсіюванню парів (газів) при наявності повітрообміну. Це враховується при проєктуванні припливно-витяжної вентиляції на об'єктах.
Однак у місцях виходу парів та газів можливе утворення локальних пожежонебезпечних концентрацій.
Концентрацію горючих речовин у виробничому приміщенні з врахуванням того, що інтенсивність їх виходу з апаратів відносно мала, а самі речовини рівномірно розподіляються у всьому об’ємі приміщення, можна визначити за формулами:
за відсутності повітрообміну в приміщенні:
Vв m д
,
за наявності повітрообміну в приміщенні:
в А V
m д
3600 ,
де д – дійсна концентрація горючих речовин у приміщенні, кг/м3; m – сумарна маса горючих речовин, що надходять у приміщення з апаратів, кг;À – кратність вентиляції, год -1.
Заходи для запобігання утворенню горючого середовища при експлуатації апаратів, що перебувають під надлишковим тиском:
застосовувати зварювання, пайку, развальцювання, різноманітні склади для нерознімних з'єднань, що склеюють і цементують;
застосовувати зносостійкі прокладочні матеріали, що легко деформуються (фібру, гуму, азбест, пароніт, синтетичні полімерні матеріали) на різноманітних з'єднаннях;
застосовувати безсальникові та мембранні насоси і компресори для перекачування ЛЗР та скраплених газів;
застосовувати насоси із торцевими ущільненнями або сальниковими ущільненнями з протитисненням. У цьому випадку герметичність ущільнень у радіальному напрямку досягається завдяки щільному стику старанно відшліфованих торцевих поверхонь (нерухомої та обертальної) втулок.
встановлювати системи місцевої витяжки парів біля місць можливого виходу парів та газів, зблокованих із системами пуску агрегатів.
3.3. Горюче середовище при пошкодженнях і аваріях технологічних апаратів
Найбільш небезпечними для виробництва є пошкодження та аварії технологічного обладнання, в результаті яких значна кількість горючих речовин виходить назовні, створюючи високі концентрації парів і газів у приміщенні, загазованість відкритих територій, розлив рідини на великі площі.
Наслідки пошкоджень чи аварій залежатимуть від розмірів руйнувань, пожежонебезпечних властивостей речовин, їх температури та тиску.
Якщо в пошкоджених апаратах горючі рідини нагріті вище температури самозаймання, то при виході назовні та контакті з повітрям вони займаються.
Якщо рідина нагріта нижче температури спалаху, то при виході її назовні утворяться вибухонебезпечні концентрації парів і газів з повітрям як місцевих, так і в приміщенні чи на території відкритих майданчиків.
Розробляючи технологічне обладнання враховують процеси, які в ньому відбуваються, у такий спосіб, щоб за нормальних умов експлуатації небезпека не виникала. Однак аварійні ситуації трапляються. Під «аварією» розуміють пошкодження будь-якого апарата, машини під час роботи, руху.
Аварія – небезпечна подія техногенного характеру, яка спричинила загибель людей чи створює на об’єкті або території загрозу життю та здоров’ю людей і призводить до руйнування будівель, споруд, обладнання і транспортних засобів, порушення виробничого або транспортного процесу чи завдає шкоди довкіллю. У більшості випадків аварії незалежно від їх характеру, є наслідком помилок, допущених на стадіях розробки, проєктування, виготовлення, монтажу, експлуатації, обслуговування та ремонту виробничого обладнання.
Аварії на об’єктах (підприємствах) залежно від територіального поширення поділяють на три рівні: А, Б, В.
На рівні «А» аварія характеризується розвитком в межах одного структурного підрозділу підприємства;
На рівні «Б» аварія характеризується поширенням за межі структурного підрозділу і розвитком в межах території підприємства;
На рівні «В» аварія характеризується розвитком і переходом за межі території підприємства, можливістю впливу уражувальних та інших небезпечних чинників аварії на населення розташованих поблизу населених пунктів та на інші підприємства, а також довкілля.
Кожна аварія пов’язана або з локальним пошкодженням технологічного обладнання, або з повним руйнуванням апарата.
Місцевий, тобто локальний, характер пошкоджень – це утворення тріщин, наскрізних отворів від корозії, прогари теплообмінної апаратури тощо. В такому випадку, через утворені отвори і майже під постійним тиском, речовини, у вигляді струменів пари, газу чи рідини, будуть виходити назовні. При повному пошкодженні все, що міститься в апараті, зразу вийде назовні і, крім цього, продовжуватиметься витікання газу чи рідини із з’єднаних з ним трубопроводів.
Для всіх аварій (незалежно від місця і причини) методи визначення витрати і тривалості витікання, кількості речовини, яка вийшла назовні, динаміки утворення та росту розмірів зовнішньої небезпечної зони є однаковими.
Масу речовин, які виходять назовні при локальних пошкодженнях апаратів, визначають за формулою:
mл = f t ,
де – коефіцієнт витрат, який змінюється в межах 0,45 - 0,85; при витіканні через отвір круглої форми в тонких стінках рідин, в’язкість яких становить 0,5- 1,5 МПас, приймають =0,64; f – переріз отвору, через який речовина виходить назовні, м2 ; – швидкість витікання рідини з отвору, м/с; t – густина речовини, кг/м3; – тривалість витікання, с.
Площу пошкодженої ділянки апарата чи трубопроводу слід приймати з врахуванням їх конструктивних особливостей, а також причин і характеру пошкодження.
Тривалість витікання речовин з пошкодженого апарата складається з часу від початку витікання до моменту виявлення пошкодження 1 , тривалості підготовчих до припинення витікання операцій 2 і тривалості операцій із припинення витікання 3 тобто: 1 2 3.
Швидкість витікання речовин через отвори круглої форми визначається за законами гідравліки. Отвори, форма яких не є круглою, повинні бути приведені до круглого перерізу.
Швидкість витікання рідини через отвір у трубопроводі або корпусі апарата при постійному тиску обчислюють за формулою:
Hпр
g
2
,
де g = 9,81 м/с2 – прискорення сили тяжіння; Hпр– приведений напір, під дією якого проходить витікання рідини через отвір, м.
При витіканні самопливом Hпр= Н (Н – висота стовпа рідини, м) (рис.
3.20а); при роботі апарата під тиском (рис. 3.20б):
Н Р
g H
ПР Р Н
Р
. .
,
де РР.Н. – надлишковий тиск середовища в апараті над поверхнею рідини, Па; РР
– абсолютний робочий тиск середовища в апараті, Па; р – густина рідини при робочій температурі, кг/м3.
а б