пожарная безопасность технологических прцессов

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 3
1 КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА 4
2 АНАЛИЗ ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ РАССМАТРИВАЕМОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА 12
2.1 Анализ пожаровзрывоопасных свойств обращающихся веществ 12
2.2 Оценка возможности образования горючей среды внутри технологического оборудования 15
2.3 Оценка возможности образования горючей среды при выходе веществ наружу из технологического оборудования 21
2.4 Анализ причин повреждения аппаратов и трубопроводов, разработка необходимых средств защиты 25
2.5 Анализ возможных причин и условий самопроизвольного возникновения горения и зажигания горючих смесей 31
2.6 Определение возможных причин и условий для распространения пожара. 33
3 ОСНОВНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ И ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА 37
3.1 Мероприятия и технические решения, направленные на предотвращение образования горючей среды внутри технологического оборудования 37
3.2 Мероприятия и технические решения, «направленные на предотвращение образования горючей среды в помещениях и на открытых технологических площадках 38
3.3 Мероприятия и технические решения, направленные на устранение причин и условий инициирования горения 38
3.4 Мероприятия и технические решения, направленные на предотвращение и ограничение распространения пожара 38
4 ИНЖЕНЕРНЫЕ РАСЧЁТЫ 39
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 44
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 45

При наличии массивных и высоких аппаратов на открытых площадках, как в данной технологической схеме:десорберов и этажерок – к самовоспламенению могут привести разряды атмосферного электричества. По этой причине требуется предусмотреть молниеотвод.2.6 Определение возможных причин и условий для распространения пожараВ соответствии с рассмотренными данными, при розливе этанола А-76 из емкости или нарушении герметичности основных аппаратов и трубопроводов возможно возникновение пожара.В данной технологической схеме циркулирует сравнительно достаточно большое количество пожароопасных веществ, однако при их розливе возможно быстрое перекрытие трубопроводов и аппаратов и остановка циркуляции. Наиболее пожароопасные аппараты – емкости оборудованы аварийным сливом, активируемым при аварийной ситуации.Тем не менее, при розливе больших количеств этанола или выпуске газообразного этилена под давлением возможна их детонация с повреждением оборудования, стальной этажерки или капитального строения – здания цеха и компрессорной.Одновременно на установке с учетом максимального заполнения емкости может находиться 9,5 м3 рекуперированного этанола иликгОпределим пожарную нагрузку помещения как количество теплоты, отнесенное к единице поверхности пола, которое может выделиться на открытой площадке с установленной емкостью(поз.10) при пожаре:где aи b – соответственно длина и ширина площадки с установленными на ней емкостями хранения этанола, 18 и 24 м. кДж/м2Возможная длительность пожара:где Vвыг - массовая скорость выгорания, 0,05 кг/(м3 · с), сМаксимальную температуру пожара можно принять равной температуре взрыва, рассчитанной ранее и равной К при разгерметизации емкости, содержащей указанную массу пожароопасных веществ. В остальных десорбере количество пожароопасных веществ не превышает массу этанола в емкости, поэтому не рассматривается. Пожароопасность помещения газового компрессора рассмотрена отдельно в четвертом разделе курсового проекта.На производстве имеются «дышащие»емкости.Произведем расчет гравийногоогнепреградителя для защиты дыхательной линии, установленного согласно технологической схеме.Критический диаметр огнепреградителя определяется по формуле:,где dкр - критический диаметр канала огнепреградителя, м;Рекр - критическое значение числа Пекле на пределе гашения пламени (принимают Рекр= 65);Тр, Рр - начальная (рабочая) температура (К) и давление (Па) горючей смеси; - коэффициент теплопроводности горючей смеси, Вт/м К;R – универсальная газовая постоянная для смеси газов и паров, Па/(кгК);uН – нормальная скорость распространения пламени, 10м/с,сР – удельная теплоемкость горючей смеси при постоянном давлении, Дж/(кгК)Коэффициент теплопроводности для двухкомпонентной парогазовоздушной смеси определяют по формуле: = гг + (1- г) вгде г, в - коэффициенты теплопроводности компонентов горючей смеси, соответственно, для этанола и воздуха при 100С равны 0,17 и 0,251 Вт/(мК).г - объемная доля горючего в стехиометрической смеси, определяется из уравнения сгорания вещества в воздухе;,где n - количество молей веществ, вступивших в реакцию горения.Удельную теплоемкость горючей смеси при постоянном давлении находим из выражения:где сгг– теплоемкость паров этанола, 1,43 кДж/(кг.К)сгв– теплоемкость воздуха, 1,005 кДж/(кг.К)кг/(Дж.К)Определим плотность паров этанола при t = 10 оС по формуле 2.26:кг/м3Универсальная газовая постоянная для смеси газов и паров;ммДля обеспечения надежности гашения пламени фактический диаметр dф каналов огнепреградителя должен быть меньше критического, т.е.: гдеКн - коэффициент запаса надежности, Кн=2 4 .диаметр гранул принимают dгр = 34 dф.Примем значение диаметра гранул равным 3 мм.Помещение цеха, в котором расположена технологическая установка, а также расположенные на улице емкость хранения рекуперированного спирта и десорбер следует оборудовать стационарными системами пожаротушения. Итак, в соответствии с характеристиками используемого оборудования и обращающихся в процессе веществ, нами были рассчитаны важнейшие характеристики взрывопожаробезопасности. 3 ОСНОВНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ И ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА3.1Мероприятия и технические решения, направленные на предотвращение образования горючей среды внутри технологического оборудованияПредотвращению образования горючей среды в закрытых аппаратах и емкостях с неподвижным уровнем жидкости способствуют следующие технические решения, оптимальные для решаемой задачи:1) Ликвидация газового пространствприменением емкостей с гибкими внутренними оболочками. Однако данный способ нерационален применительно к рассматриваемой задаче [8, c.52].2) Поддержание безопасного температурного режима посредством систем контроля и регулирования. Рабочая температура поддерживается ниже нижнего или выше верхнего температурного предела воспламенения паров жидкости. Рекомендуется поддерживать температуру водно-этанольной смеси выше 60оС., что, в целом, реализовано на предприятии в десорбирующей колонне.3) Введение негорючих (инертных) газов в газовое пространство аппарата – вытеснение и предотвращение испарения при помощи азота.Предотвращению образования горючей среды в закрытых аппаратах (адсорбере и насосе) с подвижным уровнем жидкости способствуют следующие технические решения:а) заполнение всего рабочего объема (реализовано в насосе);б) введение негорючих (инертных) газов в газовое пространство аппарата (введение водяного пара в адсорбер).в) контроль исправности и чистоты трубопроводов;г) регулярная смазка и контроль трущихся деталей.д) контроль и поддержание постоянства движения материальных потоков в системе при помощи автоматических приборов учета [11, c.74].3.2Мероприятия и технические решения, «направленные на предотвращение образования горючей среды в помещениях и на открытых технологических площадках1) Внедрение системы активного пожаротушения;2) Поддержание оптимального температурного режима;3) Введение молниезащиты для адсорберов.3.3Мероприятия и технические решения, направленные на устранение причин и условий инициирования горения1) Внедрение системы активного пожаротушения;2) Использование «дыхательных» клапанов для емкостей;3) Поддержание оптимального температурного режима;4) Поддержание оборудования в исправном состоянии, своевременное устранение неисправностей.3.4Мероприятия и технические решения, направленные на предотвращение и ограничение распространения пожара1) Применение автоматических аварийных блокировок подачи пожаровзрывоопасных веществ в трубопроводы и аппараты;2) Применение аварийных сливов из аппаратов для снижения массы пожаровзрывоопасных веществ (реализовано в емкостях).3) Применение несгораемых и трудногорючих материалов для пола и стен (бетон, кирпич). Разделение отсеков помещения несгораемыми дверями.Итак, в соответствии с характеристиками используемого оборудования и обращающихся в процессе веществ, нами были подобраны основные мероприятия и технические решения по обеспечению пожарной безопасности технологического процесса. 4 ИНЖЕНЕРНЫЕ РАСЧЁТЫВ данном разделе курсового проекта произведем определение категории помещения по взрывопожарной и пожарной опасности.Определение категории помещений по взрывопожарной и пожарной опасности в соответствии с НПБ 105-03 [1] следует осуществлять путем последовательной проверки принадлежности помещений к категориям, приведенным в табл. 1 [1] – от высшей (А) к низшей (Д). В качестве расчетного критерия взрывопожарной опасности следует выбирать наиболее неблагоприятный вариант аварии, исходя из проведённого анализа пожарной опасности технологического процесса, в соответствии с вариантом задания на курсовую работу.Количество поступивших в помещение веществ определяется, исходя из следующих предпосылок:а) происходит расчетная авария аппарата, содержащего наибольшее количество самого пожаровзрывоопасного вещества;Принимаем, что происходит авария накопительной емкости.б) все содержимое аппарата поступает в помещение;Принимаем, что в результате аварии и разгерметизации компрессора произошла утечка и мгновенное испарение (при температуре 50оС и давлении 2,4 МПа) сжатого этилена из линии сжатого газа.в) происходит одновременно утечка веществ из трубопроводов, питающих аппарат в течение расчетного времени до срабатывания задвижек.Таким образом, сжиженный этилен продолжает поступать вчерез трубопровод со скоростью 100 м3/мин.Расчетное время определяется из НПБ 105-03 [1,2,3], исходя из того, что из-за отсутствия автоматической системы отключения запор задвижек в трубопроводе производится ручным способом. При ручном способе перекрытия задвижек время работы трубопроводов равно 300 с.Таким образом, в рабочее помещение из разгерметизированныхтрубопроводов поступит этилена:где q – производительность компрессора, м3/мин,τ – время, с,60 – переводной коэффициент из мин. в с.м3Определим массу выпущенного этилена:кгКритерием оценки взрывопожарной и пожарной опасности помещения является избыточное давление взрыва. Для газообразного этилена избыточное давление взрыва определяется по формуле (1) НПБ 105-03.где Рmах - максимальное давление взрыва стехиометрической газовоздушной или паровоздушной смеси в замкнутом объеме, принятое равным 900 кПа; Р0 - начальное давление, принятое равным 101 кПа; т - масса паров легковоспламеняющегося газа,кг; Z - коэффициент участия горючего во взрыве, для легковоспламеняющихся и горючих газов, равный 0,5;Vcв - свободный объем помещения, м3; Vж = V0. (1 – ε1)= a.b.h. (1 – ε1)где ε1 – коэффициент заполнения объема помещения, 0,4.м3г,п - плотность газа или пара при расчетной температуре в помещении tp,равной 25 оС, кгм-3, вычисляемая по формуле:где М - молярная масса, 28,05кг.кмоль-1; V0 - мольный объем, равный 22,413 м3кмоль-1; tp - расчетная температура помещения, принятая равной 25°С. кг/м3Сст - стехиометрическая концентрация ГГ или паров ЛВЖ и ГЖ, % (об.), вычисляемая по формуле:где β - стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания:С2Н4 + 3(О2 + 3,76N2) = 2CO2 + 2H2O + 11,28N2пC, пH, пO, пX - число атомов С, Н, О и галоидов в молекуле горючего; Кн - коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения. Допускается принимать Кн равным 3.Рассчитаем массу испарившегося сжиженного этилена. т = WFиТ,                                                      где W - интенсивность испарения, кгс-1м-2; Для ненагретых выше температуры окружающей среды ЛВЖ при отсутствии данных допускается рассчитывать W по формуле                               где  - коэффициент, принимаемый по табл. 3 в зависимости от скорости и температуры воздушного потока над поверхностью испарения. При скорости воздухообмена 0,04 м/с при t = 250С получим по таблице 3 НПБ 105-03методом линейной интерполяции:Рн - давление насыщенного газообращного этилена при расчетной температуре жидкости tp, равное атмосферному давлению или 101,3 кПа.Fи - площадь испарения, м2, определяемая в соответствии с п. 7 в зависимости от массы жидкости тп, вышедшей в помещение.Согласно НПБ 105-03, 1 л сжиженного этилена разливается на площади 1 м2 пола помещения. Площадь испарения 500этанола тогда равна 500 м2, что превышает площадь помещения. Следовательно, Fи равна площади помещения:Fи = а .b                                                    Fи =24 .18 = 432м2кгс-1м-2т = .432. 3600 = 1201,5кгПри этом с учетом установленной вентиляции, массу т 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,                                               где А - кратность воздухообмена, создаваемого аварийной вентиляцией, с-1; Т - продолжительность поступления горючих газов и паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей в объем помещения, принимается равной 3600 с.К = 0,0017. 3600 + 1 = 7,0 кгТеперь, когда все величины, входящие в уравнение 3.3 известны, определим избыточное давление взрыва этанола:> 5 кПаТаким образом, в соответствии с НПБ 105-03, нами была определена категория помещения компрессорной станции этилена в соответствии с характеристиками веществ и материалов, находящихся (обращающихся) в помещении и применяемого оборудования (линий и газовых компрессоров высокого давления). Наиболее взрывопожароопасным материалом являются газообразный этилен, а наиболее опасной аварийной ситуацией является разгерметизация трубопровода сжатого этилена.Категория помещения, установленная в соответствии с расчетами: А взрывопожароопасная.ЗАКЛЮЧЕНИЕВ данной работе нами былпроведен комплексный анализ взрывопожарной безопасности цеха адсорбции паров этанола из парогазовой смеси с поливиниловым спиртом.В первом разделе курсового проекта была подробно рассмотрена сущность технологического процесса абсорбционногоулавливанияи рекуперации паров этанола из газовой смеси этилена и этанола.Во втором разделе курсового проекта был проведен анализ пожарной опасности абсорбера (поз.5), газового компрессора этилена (поз.7) и горизонтальной емкости-сборника рекуперированного этанола (поз.10). В частности, в рамках проведенного анализа технологического оборудования было установлено, что наибольшую опасность представляют компрессор сжижения этилена высокого давления(2,4 МПа) и накопительные емкости для этанола объемом 10 м3.В соответствии с проведенными инженерными расчетами, в третьем разделе работы были подобраны соответствующие для данного технологического процесса мероприятия и технические решения по обеспечению пожарной безопасности технологического процесса.В заключительной части данной работы расчетным путем по методике, изложенной в НПБ 105-03, проведено определениевзрывопожароопасности помещения с газовым компрессором и линиями высокого давления, возвращающими этилен в производственный процесс.Так как избыточное давление взрыва парогазовой смеси, образующейся при утечке этанола из накопительных емкостей, составляет кПа, что значительно больше 5 кПа, то помещение компрессорной станции этилена относится к категории А: «взрывопожароопасное помещение».СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫСПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫНПБ 105-03. Нормы пожарной безопасности. Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности. – М.: МЧС России, 2003. – 20 с.ГОСТ 12.1.004-91.ССБТ. Пожарная безопасность. Общие требования.–М.: Госстандарт России, 1992.-78с.ГОСТ 12.1.044-84. СТ СЭВ 1495-79. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения. –М.: Издательство стандартов, 1985. – 30 с.Алексеев М.В., Волков О.М., Шатров Н.Ф. Пожарная профилактика технологических процессов производств. – М.: ВИПТШ МВД СССР, 1986. – 476 с.Андросов А.С., Салеев Е.П. Примеры и задачи по курсу. Теория горения и взрыва. Учебное пособие. –М.: Издательство ГПС МЧС России, 2005. – 86 с.Борисов А.Ф. Инженерные расчеты систем безопасности труда и промышленной экологии [Текст]: учебное пособие для вузов. – Н. Новгород: Вента-2, 2000. – 130 с.Ветошкин А.Г. Процессы и аппараты газоочистки. Учебное пособие. - Пенза: Изд-во ПГУ, 2006. – 202 с.Гайнуллина Е.В. Теория горения и взрыва: информационно-справочный материал. – Екатеринбург: УрИ ГПС МЧС России, 2010. - 52 с.Описание существующих методов очистки воздуха от вредных газообразных примесей [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.air-cleaning.ru/d_method_rev.phpПожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения: Справ. изд.: в 2 частях. Ч. 2 / А.Я. Корольченко, Д.А. Корольченкои др. – М.: Химия, 2004. – 774 с.Пожарная безопасность технологических процессов: Методические рекомендации по выполнению курсовых проектов / Под общей ред. В.С. Артамонова. СПб.: Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, 2012. — 103 с. Семенова И.В. Промышленная экология. Учебник для студ. высш. учеб. заведений. — М.: Издательский центр «Академия», 2009. — 528 с.