Оценка пожаровзрывоопасности среды внутри аппаратов при их нормальной работе

 

В технологической схеме могут быть аппараты с горючими жидкостями, причем уровень жидкости может изменяться при наполнении или расходе продукта. Могут быть аппараты, полностью заполненные жидкостью (например, насосы, трубопроводы), аппараты с горючими газами и аппараты, внутри которых находятся одновременно горючая жидкость и газ. Поэтому вначале следует выяснить, есть ли аппараты с переменным уровнем горючей жидкости. Это обычно резервуары, вертикальные и гори зонтальные емкости, мерники и другие подобные им аппараты. В таких аппаратах над поверхностью жидкости всегда есть паровоздушное пространство, концентрация паров в котором может быть ниже нижнего предела распространения пламени (воспламенения), в пределах воспламенения (взрыва) или выше верхнего предела распространения пламени (воспламенения). Взрывоопасная концентрация паров в паровоздушном объеме аппарата при нормальной рабочей температуре образуется при выполнении условия:

 

t_нп ≤ t_р ≤ t_вп, (1)

 

где t_нп и t_вп – нижний и верхний температурные пределы распростране-ния пламени, соответствующие нижнему и верхнему концентрационным пределам распространения пламени;

t_р – рабочая температура жидкости.

Результаты оценки пожарной опасности целесообразно оформить в виде таблицы.

Следует также показать, как будет изменяться концентрация паров внутри аппарата при понижении уровня жидкости (в период её расхода), когда в аппарат начнёт поступать свежий воздух через дыхательную трубу и разбавлять паровоздушную смесь. Если в аппарате в какие-то периоды образуется взрывоопасная концентрация, опасность её можно подтвердить расчётом величины давления, которое образуется при взрыве, и внутреннего напряжения в стенке сосуда.

Величина давления, образующегося при взрыве, может быть определена по формуле:

(2)

где р_взр и р_р – конечное давление взрыва и начальное рабочее давление в аппарате перед взрывом;

T_взр и T_нач – температура продуктов горения при взрыве и начальная температура горючей смеси;

m, n – количество молей в продуктах горения и в исходной смеси (определяется по уравнению реакции горения).

Следует посмотреть, предусмотрена ли защита против этой опасности, и, если таковой нет, решить, следует ли предлагать какие-либо мероприятия для предотвращения её. Если автор курсовой работы придет к заключению, что необходима защита аппарата инертным газом, требуемое время продувки аппарата инертным газом определяется по формуле:

(3)

 

где V – свободный объем аппарата, м³;

q – расход инертного газа, м³/с;

φ_к − предельно-допустимая концентрация горючего вещества (газа или пара) в аппарате, об. доли; φ_к может быть определена по формуле:

φ_к = φ_ип / 20, об. доли (4)

Если аппараты или трубопроводы полностью заполнены жидкостью, в них нет паровоздушного объема и, следовательно, в них не могут образовываться взрывоопасные концентрации (кроме периодов пуска и остановки). Если в аппаратах находится горючий газ, а также, если в аппарате с ЛВЖ или ГЖ давление выше или ниже атмосферного, оценка горючести внутренней среды производится сравнением величины рабочей концентрации газа с концентрационными пределами распространения пламени:

 

φ_н ≤ φ_р ≤ φ_В, (5)

 

где φ_н и φ_В – соответственно нижний и верхний концентрационные пределы распространения пламени;

φ_р – рабочая (фактическая) концентрация горючего газа или пара.

Когда аппараты заполнены газами или парами без наличия воздуха, то рабочая концентрация газа или пара в аппарате будет равна 100 %. Следовательно, она практически всегда выше верхнего концентрационного предела распространения пламени, т.е. опасность взрыва (взрывоопасная концентрация) отсутствует. Однако она может возникать в периоды остановки и пуска;

Если аппараты заполнены жидкостью и сжиженным горючим газом, опасность среды надо оценивать так же, как для аппаратов с наличием газов. Если в аппаратах (например, сушилках, окрасочных камерах и т. п.) имеется смесь воздуха с насыщенными или перегретыми парами, оценку взрывоопасности внутренней среды следует производить не по температурным пределам распространения пламени, а путем сравнения действительной концентрации паров с нижним концентрационным пределом распространения пламени. Если концентрация окажется в пределах распространении пламени, следует предложить меры, обеспечивающие снижение концентрации до безопасных пределов. Меры пожарной профилактики описаны в работах [4, 5, 6].