Если в аппаратах находится горючий газ в смеси с воздухом или кислородом, необходимо производить оценку условия пожаровзрывобезопасности в соответствии с ГОСТ 12.1.044-89.

Если аппараты или трубопроводы полностью заполнены жидкостью, и в них нет паровоздушного объема то, следовательно, в аппаратах не могут образоваться взрывоопасные концентрации (кроме периодов пуска и остановки). Почти всегда аппараты заполнены газами без наличия воздуха, рабочая концентрация газа 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. В этом случае также необходимо произвести расчет времени продувки аппарата инертным газом в период пуска и остановки.

Если аппараты заполнены жидкостью и горючим газом, опасность среды надо оценивать так же, как для аппаратов с наличием газов

Если в технологических аппаратах образуется взрывоопасная концентрация, то необходимо предложить меры профилактики, обеспечивающие выполнение условия пожаровзрывобезопасности.

2.4. Пожаровзрывоопасность аппаратов, при эксплуатации которых возможен выход горючих веществ наружу при нормальной работе

К аппаратам, при эксплуатации которых возможен выход горючих веществ наружу при нормальной работе относятся аппараты с переменным уровнем жидкости («дышащие»), аппараты с открытой поверхностью испарения; аппараты, периодически действующие.

Следует определить, имеются ли такие аппараты в технологической схеме.

Аппараты с переменным уровнем жидкости. Здесь, прежде всего, нужно указать, является ли пожаровзрывоопасным выброс паровоздушной смеси через дыхательную трубу. Если он опасен, следует определить, какое количество паров будет выходить наружу за один цикл «большого дыхания» или «малого дыхания» и какой размер зоны взрывоопасной смеси с воздухом может при этом образоваться. Затем следует сделать общий вывод (с учетом пожаровзрывоопасности сооружений, экономики и опасности выброса паров для окружающей среды), выяснить меры, принятые для снижения указанной опасности, и, если их недостаточно, рекомендовать дополнительные.

Для аппаратов с открытой поверхностью испарения производится расчет высоты взрывоопасной зоны над поверхностью испарения. Необходимо предложить решения по исключению образования взрывоопасных зон при эксплуатации данных технологических аппаратов.

2.5. Анализ возможных причин повреждений технологических аппаратов

Аппараты и трубопроводы могут повреждаться при образовании повышенного давления; появления динамических воздействий; образования высоких температурных напряжений в материале стенок или от изменения прочностных свойств материала в результате воздействия высоких и низких температур; коррозии материала стенок или эрозии (механического истирания стенок).

Эту общую схему анализа причин повреждений студент должен применить к конкретным аппаратам своего варианта курсовой работы, причем можно идти двумя путями: либо все вышеназванные причины повреждений аппаратов рассматривать для каждого аппарата своего варианта задания, либо каждую причину повреждений рассматривать для всех аппаратов, а затем переходить к следующей причине. При этом необходимо количественно оценивать возможность повреждения оборудования при помощи расчетных методик.

Независимо от избранного варианта анализа необходимо предлагать, соответствующие меры зашиты от выявленных повреждений. В качестве примера рассмотрим схему, когда названные причины повреждений рассматриваются применительно ко всем аппаратам варианта курсовой работы.

Образование повышенного давления в аппаратах. При исследовании возможности образования повышенного давления в аппаратах следует:

- установить, есть ли причины, приводящие к нарушению материального баланса (увеличение производительности насоса, неисправность редуктора, увеличение интенсивности закачки, образование пробок в расходной линии, увеличение сопротивления дыхательной линии, уменьшение расхода продукта потребителем при неизменном его поступлении, перекрытие расходных линий задвижками, переполнение емкостей при отсутствии переливных линий или автоматики и т.п.). Если какие-либо из этих причин могут иметь место, их надо указать в работе и пояснить, почему именно эти причины характерны для данного случая;

- установить, могут ли быть явления, вызывающие повышение температурного режима работы аппарата (повышение температуры поступающего в аппарат вещества, повышение температуры подогрева аппарата, ухудшение процесса охлаждения аппарата, увеличение скорости экзотермических реакций и т.п.). Если какие-либо из этих явлений реально могут иметь место, их следует указать. При этом можно показать расчетом, на сколько может повыситься давление в аппаратах с жидкостями или газами при повышении температуры на определенную величину;

- установить, может ли быть явление, приводящее к нарушению нормального процесса конденсации паров (уменьшение или прекращение подачи охлаждающей среды, загрязнение теплообменной поверхности). Если это явление может иметь место, пояснить его и определить величину приращения давления;

- установить, могут ли быть причины, приводящие к попаданию в высоконагретые аппараты легкокипящих жидкостей. Если это возможно, объяснить и подтвердить расчетом, к каким последствиям это может привести.

При возможности образования повышенного давления в аппарате проверить, защищен ли он предохранительным клапаном. Если клапана нет, необходимо предложить оборудовать аппарат предохранительным клапаном и расчетом определить площадь его сечения.

Образование динамических воздействий в аппаратах. При исследовании возможности образования динамических воздействий в аппаратах необходимо выяснить возможность возникновения гидравлических ударов и указать причины их возникновения. Если гидравлические удары специфичны, следует определить приращение давления в системе в случае образования гидроударов.

Образование температурных напряжений или уменьшение прочностных свойств материала стенок аппаратов. При исследовании возможности образования температурных напряжений или уменьшения прочностных свойств материала стенок аппаратов следует установить:

- есть ли в аппаратах жестко соединенные конструкции (например, кожухотрубчатые теплообменники, жестко закрепленные трубопроводы и т.д.). Если указанные варианты оборудования имеют место, то необходимо количественно оценить возможность повреждения аппаратов и предложить решения по исключению повреждения оборудования:

- могут ли на материал стенок аппаратов (в данном случае) действовать высокие температуры (например, температура пламени печей). Если такая угроза имеется, определить расчетом температуру стенки аппарата в месте возможного прогара);

- представляет ли опасность действие низких температур на аппараты, размещенные на открытых площадках. Если аппараты выполнены из стати и не имеют теплоизоляции, предложить соответствующую защиту.

При исследовании причин, приводящих к химическому износу материла (коррозии), следует установить:

- обладает ли коррозионными свойствами продукт, находящийся в аппарате;

- имеет ли продукт коррозионные примеси: сернистые соединения, хлористые соли, кислоты и др;

- может ли продукт, взаимодействуя с водой, разлагать с образованием слабых кислот.

По всем выявленным характерным причинам повреждений следует проверить наличие средств защиты и при необходимости предложить дополнительные.

2.6. Анализ характерных технологических источников зажигания

При выяснении возможности появления характерных технологических источников зажигания следует:

• установить, есть ли на данном производстве аппараты, работа которых связана с использованием открытого огня, например, трубчатые печи, огневые реакторы и т.п. Рассмотреть, как они расположены по отношению к соседним аппаратам, предусмотрены ли меры, исключающие контакт горючих веществ с факелом пламени при авариях на установке. Если отсутствует защита, предложить ее;

• установить, имеются ли нагретые поверхности аппаратов, т.е. поверхности, температура которых превышает 80% температуры самовоспламенения веществ, обращающихся в производстве;

• выявить, может ли иметь место опасное тепловое проявление химических реакций;

• наличие в аппаратах веществ, нагретых до температуры, превышающей температуру их самовоспламенения: наличие веществ или отложений на стенках, способных самовозгораться при соприкосновении с воздухом, а также способных воспламениться при взаимоконтакте с воздухом или при соприкосновении с водой; указать, какие мероприятия следует осуществить, чтобы исключить подобные источники зажигания;

• выявить возможность образования источников зажигания от теплового проявления механической энергии:

• при наличии насосов: перегревы подшипников;

• при наличии компрессоров: не только перегрев подшипников, но и перегрев газа от теплоты адиабатического сжатия;

• при наличии конвейеров, аппаратов с мешалками, при использовании скребковых инструментов для очистки поверхности, при открывании люков (световых и замерных) на аппаратах, искры от механических ударов и т.п.;

• установить возможность появления источников зажигания от теплового проявления электрической энергии: при наличии перемещения диэлектриков – разряды статического электричества; при наличии массивных и высоких аппаратов на открытых площадках (резервуары, колонны и т.п.) – разряды атмосферного электричества.

2.7. Возможные пути распространения пожара

При подготовке данной главы следует указать, какие масштабы может принять возникший пожар, как быстро он может распространиться, какую опасность представит для аппаратов, зданий и сооружений, каковы могут быть последствия. После такой общей характеристики следует:

1. установить, какое количество горючих веществ может находиться в установке или в производственном помещении, какая удельная загрузка, а, следовательно, возможная длительность и примерная температура пожара. Выяснить, есть ли возможность уменьшения количества горючих веществ при аварии и пожаре, установить наличие аварийных сливов и аварийного стравливания горючих газов и т.п.;

2. установить, возможно, ли растекание горючих жидкостей (в случае аварии или пожаре) по территории или помещению. Какие меры предусмотрены для ограничения свободного растекания жидкостей;

3. установить, возможно, ли образование на данной производственной территории газового облака (при аварии аппаратов), каковы пути его распространения, какие меры необходимо принять для снижения этой опасности;

4. выявить, имеются ли на данном предприятии такие коммуникации, по которым может распространяться огонь при пожаре; дыхательные линии; линии паровоздушных смесей; линии с горючими жидкостями, работающие неполным сечением или периодического действия: воздуховоды вентиляции с наличием горючих отложений на внутренней поверхности и т.п. При отсутствии соответствующей защиты по указанным выше направлениям, предложить ее. Затем следует произвести расчет критического диаметра огнепреградителя для защиты дыхательной или другой линии, которая требует защиты;

5. установить, в каких помещениях, и для каких аппаратов следует устраивать стационарные системы пожаротушения. Проверить имеются ли они на данном производстве. При необходимости защиты аппаратов или помещений стационарными системами пожаротушения предложить их.

2.8. Определение категории производственного объекта по взрывопожароопасности

Определение категории производственного объекта по взрывопожароопасности следует производить исходя из особенностей технологического процесса и условий эксплуатации технологического оборудования.

Если технологические аппараты размещены на открытой производственной площадке, то необходимо определить категорию наружной установки по пожарной опасности согласно НПБ 105-03. Данные нормы устанавливают методику определения категорий наружных установок производственного и складского назначения по пожарной опасности. По пожарной опасности наружные установки подразделяются на категории: А_н, Б_н, В_н, Г_н, Д_н.

Категории пожарной опасности наружных установок определяется исходя из вида находящихся в наружных установках горючих веществ и материалов, их количества и пожароопасных свойств, особенностей технологического процесса.

Определение категорий наружных установок следует осуществлять путем последовательной проверки их принадлежности к категориям, приведенным в таблице 1 – от высшей (А_н) к низшей (Д_н). Категорирование наружных установок следует производить путем расчета индивидуального риска или расчетом избыточного давления взрыва газо- паро- или пылевоздушных смесей, либо определением интенсивности теплового излучения на расстоянии 30 м от наружной установки. При определении категории прогнозируют полное разрушение установки, а также учитывают утечку веществ из трубопроводов по прямому и обратному потоку в течение времени, необходимого для отключения трубопровода.

В случае размещения технологического оборудования в помещении необходимо определить категорию производственного помещения по взрывопожарной и пожарной опасности по НПБ 105-03. Определение категории следует производить путем последовательной проверки принадлежности помещений к категориям, приведенным в таблице 1 НПБ 105-03 – от высшей (А) к низшей (Д). В качестве расчетного критерия взрывопожарной опасности следует выбирать наиболее неблагоприятный вариант аварии, исходя из проведенного анализа пожарной опасности технологического процесса, в соответствии с заданием на курсовой проект.

Количество поступивших в помещение веществ определяется, исходя из следующих предпосылок:

а) происходит расчетная авария аппарата, содержащего наибольшее количество самого пожаровзрывоопасного вещества;

б) все содержимое аппарата поступает в помещение;

в) происходит одновременно утечка веществ из трубопроводов, питающих аппарат в течение расчетного времени.

Расчетное время определяется из НПБ 105-03, исходя из того, что при наличии автоматической системы отключения оно не обеспечено резервированием ее элементов, а при отсутствии автоматической системы отключения трубопроводов производится ручным способом.

Критерием уценки взрывопожарной и пожарной опасности помещений является избыточное давление взрыва, которое определяется для индивидуальных веществ, а также для смесей по НПБ 105-03.

Работу аварийной вентиляции следует учитывать, если она обеспечена резервными вентиляторами, автоматическим пуском при превышении предельно допустимой взрывобезопасной концентрации и электроснабжением по первой категории надежности (ПУЭ), при условии расположения устройств для удаления воздуха в непосредственной близости от места возможной аварии.

Если рассматриваемый производственный объект относится к нефтехимической или химической промышленности, то необходимо определить категорию взрывоопасности технологических блоков (стадий) согласно «Общим правилам взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств» (ПБ-09-540-03). Различают 3 категории взрывоопасности: I, II, III. Величина категории взрывоопасности зависит от агрегатного состояния обращающихся веществ, их количества и от рабочих параметров технологического процесса.