В выводах должно быть сказано о том, какая работа проделана и к каким результатам она привела.
В конце пояснительной записки приводится список использованной литературы.
Объем пояснительной записки не должен превышать 20-25 стандартных листов А4.
Помимо пояснительной записки курсовая работа предполагает выполнение одного чертежа – карты пожарной опасности.
Карта должна наглядно показать все основные моменты пожарной опасности производства, имеющуюся и предлагаемую защиту.
Чертежи должны быть выполнены карандашом, аккуратно, на стандартном листе чертежной бумаги.
Центральную часть листа должна занимать технологическая схема процесса (вместо схемы можно дать план и размеры установки), а вокруг нее, на свободных местах листа бумаги, показать в виде катких письменных пояснений:
Основные пожароопасные свойства обращающихся веществ;
Характерные причины повреждений аппаратов;
Специфические источники зажигания;
Возможные пути распространения начавшегося пожара.
Аппараты, которые рассматриваются в работе, следует показать на технологической схеме более толстыми линиями, условными знаками, или любым другим способом.
На аппаратах должна быть показана имеющаяся защита, а также защита, предлагаемая автором. Защита, предлагаемая автором, отмечается более толстыми линиями или цветными линиями.
Должна быть также указана категория взрывопожароопасности производства и класс по ПУЭ.
Пример выполнения курсовой работы
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Воронежский государственный архитектурно-строительный университет»
Кафедра пожарной и промышленной безопасности
В соответствие с № ПБ 04-08 выполняется курсовая работа
на тему: «Противопожарная защита технологического процесса установки получения стирола из этилбензола»
Руководитель работы__________________
Разработал студент гр._________________
На первом листе пояснительной записки указывается:
В соответствии с номером (пишется номер зачетной книжки студента, выполняющего курсовую работу) зачетной книжки выполняется курсовая работа на тему «Противопожарная защита технологического процесса установки получения стирола из этилбензола».
Анализу пожарной опасности подлежат следующие аппараты:
Резервуар этилбензола:
Объем 1000 м3; степень заполнения -0,9; температура рабочая - 200 С; давление рабочее 1, 01 атм; имеет дыхательный клапан, огнепреградитель. Материал Ст-3 (кипящей плавки).
Реактор огневой трубчатого типа:
Размер топочного пространства – в плане 2х3 м, высота – 4м, диаметр трубок – 37 мм, длина трубок- 3 м, количество трубок – 150 шт., топливо природный газ; температура в топочном пространстве -9000С, давление рабочее 2 атм, производительность реактора по этилбензолу – 1500кг/ч.
Ректификационная колонна:
Диаметр - 2м; высота 10 м; рабочая температура верха колонны- 45 0С; температура низа колонны – 1000С; рабочее давление – верхняя часть вакуум, 730 мм рт. ст., нижняя часть – вакуум 700 мм рт.ст. Подогреватель низа колонны – выносной трубчатый: теплоноситель – водяной пар. Свободный объем колонны – 0,8; производительность по ректификату 1000 кг/ч.
Насос центробежный:
Насос центробежный, вакуум-компрессор – давление в испытательной линии – 1,5 атм; Рабочая температура –200С, диаметр всасывающей линии – 100мм, диаметр нагнетательной 50 мм; уплотнение вала – сальник, диаметр вала – 30 мм, производительность насоса -5л/с, производительность компрессора – 280 м3/ч.
Помещение насосной станции и вакуумных компрессоров:
Ширина здания-6м, длина -16 м, высота -4 м; воздухообмен вентиляции – 10 л/ч; расстояние от насоса до задвижек – 4м; отключение задвижек – автоматическое. Скорость воздуха в помещении 0,5 м/с. Здание II степени огнестойкости. Стационарная система пожаротушения отсутствует.
Стирол является сырьем для производства большого количества пластмассовых изделий и синтетического каучука, поэтому его производства из года в год увеличивается.
Стирол представляет собой ароматический углеводород (C6H5CH=CH2), наличие двойной связи, в молекуле которого определяет его способность к полимеризации. Получают стирол чаще всего путем дегидрирования этилбензола при температуре 5500С в присутствии катализатора в виде некоторых металлов. Реакция дегидрирования имеет следующий вид: C6H5CH2CH3 → C6H5CH=CH2 +Н2 – Q, надо отметить над стрелочкой, что реакция идет при температуре 5500С, под стрелочкой - отметить присутствие катализатора.
Реакция эндотермическая. Если условно считать, что весь этилбензол вступает в химическую реакцию и при этом не получается других побочных продуктов разложения, то технологическая схема будет иметь вид показанный на рисунке.
Чтобы жидкий стирол подвергнуть воздействию высокой температуры, его сначала нужно подготовить, т.е. испарить и пары перегреть. Поэтому этил бензол из резервуара 1 насосом 2 подают в испаритель 3, для подогрева до температуры 1360С и испарения, а затем в трубчатый перегреватель 4, где за счет теплоты топочных продуктов реактора пары этилбензола перегреваются до температуры 250-3000С. С такой температурой пары этилбензола поступают в реактор 5. Проходя по трубкам реактора, которые заполнены катализаторной массой и с наружной стороны обогреваются продуктами горения природного газа, пары этилбензола нагреваются до температуры реакции и расщепляются с образованием паров стирола, водорода и некоторого количества более тяжелых смол. Образовавшиеся продукты реакции необходимо охладить, отделить стирол от водорода и окончательно его очистить. Поэтому смесь паров и газа из реактора поступает в систему холодильников-конденсаторов 6, где за счет воды из холодильного рассола происходит охлаждение смеси и конденсация паров. Водород и другие газообразные продукты разложения отделяются от жидкости в сепараторе и вакуум-насосом 7 отводятся на последующую утилизацию. Жидкий стирол с примесями (стирол-сырец) поступает в промежуточную емкость 8. Чтобы из стирола-сырца получить чистый стирол, его надо освободить от растворенных в нем примесей. Это осуществляется путем ректификации, но нужно снизить температурный режим перегонки, чтобы избежать нежелательного интенсивного химического процесса полимеризации. Снижение температурного режима ректификации осуществляют созданием в колонне глубокого вакуума. Таким образом, стирол-сырец из емкости 8 подают насосом через нагреватель 9 в ректификационную колонну 10.
Колонна работает при вакууме в верхней части 730 мм рт. ст., а в нижней 70 мм рт.ст., при температуре соответственно - 450С и 1000С. Выходящие из колонны пары стирола охлаждается в конденсаторе-холодильнике 11. Часть жидкого стирола из сепаратора 12 подается в колонну на орошение, а остальная часть поступает в емкость готовой продукции 14. Вакуум в колонне создается за счет интенсивной конденсации паров в холодильнике-конденсаторе и мощного отсоса газообразных продуктов и несконденсировавшихся паров вакуум-насосом 13.
Из нижней части ректификационной колонны отводятся на охлаждение и дальнейшее использование, находившейся в стироле примеси-смолы.
Для снижения способности стирола к полимеризации (как в процессе ректификации, так и при дальнейшем хранении и транспортировке) к стиролу-сырцу перед перегонкой по линии 17 добавляют небольшое количество ингибитора – обычно - гидрохинона.
II. Анализ
пожарной опасности технологического
процесса и требуемые меры защитыарная
защита
технологическогопческогопп
Как видно из технологической схемы в рассматриваемых аппаратах находятся: этилбензол, стирол, водород и используется, как топливо природный газ. Их пожароопасные свойства следующие.
Этилбензол: C6H5CH2CH3 – бесцветная жидкость, легче воды, в воде не растворим, температура кипения 1360С; объемная масса 870 кг/м3. Температура вспышки +200С. Пары этилбензола с воздухом образуют взрывоопасные концентрации в пределах 0,9-3,9 % (об.). Нижний температурный предел распространения пламени +180С, верхний - +450С. Температура самовоспламенения равна 5530С. Горит этил бензол с выделением большого количества сажи. Является диэлектриком. Пары и продукты разложения этил бензола токсичны.
Стирол: C6H5CH=CH2 – прозрачная жидкость, имеющая эфирный запах, легче воды и в воде не растворим. Объемная масса стирола 906 кг/м3. Температура кипения 1420С. Температура вспышки +300С. Температурные пределы распространения пламени: нижний - +250С, верхний - +600С. Концентрационные пределы распространения пламени: нижний -1,0%, верхний- 6% (об.). Температура самовоспламенения 4900С. Теплота сгорания -4438,8 кДж/моль. Скорость выгорания 38 кг/м2. Диэлектрик. Горит с большим выделением сажи. Продукты испарения и разложения токсичны.
Таким образом, обращающиеся жидкости хотя и имеют высокие температуры кипения, но относятся в ЛВЖ, при горении выделяется большое количество тепла и, следовательно, могут быть высокие температуры пожара. Продукты разложения и испарения опасны для организма человека. Горят сильно коптящим пламенем.
Водород: Н2 – бесцветный горючий газ, не имеющий запаха. Удельная масса 0,09 кг/м3. Теплота горения -241,6 кДж/моль. Температура самовоспламенения 5100С. Концентрационные пределы распространения пламени: нижний 4%, верхний 75%. Минимальная энергия зажигания 0,017 МДж. Максимальное давление при взрыве 6,7 кг/см2.
Является одним из самых легких и взрывоопасных газов, обладает большой диффузионной способностью, скапливается в верхних частях помещения. Горит бесцветным пламенем.
Метан: СН4 – является основной составляющей частью природного газа. Это бесцветный газ, с удельной массой 0,72 кг/м3. Легче воздуха в два раза. Теплота горения -802кДж/моль. В воде не растворим. Температура самовоспламенения 5370С. Концентрационные пределы распространения пламени: нижний 5%, верхний 15% (об.). Минимальная энергия зажигания 0,28 мДж. Горит синеватым пламенем.
Метан, хотя и менее опасен по сравнению с водородом, но также с воздухом образует взрывоопасные концентрации. Требует более мощных, чем водород источников зажигания. От механических искр при обычных температурах не воспламеняется.
2.Оценка взрывопожароопасности внутри аппаратов при их нормальной работе, в периоды остановки и пуска
При нормальной работе
Резервуар с этилбензолом является резервуаром с переменным уровнем жидкости. Следовательно, в аппарате имеется паровоздушное пространство. Чтобы оценить опасность этой среды, надо сравнить рабочую температуру жидкости с ее температурными пределами распространения пламени (воспламенения). Смесь будет взрывоопасна, если ТНТПВ ≤Траб ≤ ТВТПВ.
Рабочая температура жидкости в резервуаре (по заданию) Траб =200С, ТНТПВ=180С, ТВТПВ=590 С.
Следовательно, 180С < 200С <590С.
Так как рабочая температура жидкости даже без учета коэффициентов запаса надежности находится в области нижнего температурного предела распространения пламени, ниже верхнего температурного предела распространения пламени, то концентрация паров в резервуаре взрывоопасна.
Итак, мы установили, что концентрация паров в резервуаре взрывоопасна, то возможность взрыва в данном случае не исключается.
Определим, какое давление образуется при взрыве паров этилбензола.
Давление при взрыве можно определить по формуле:
Рвзр. = Ро (Твзр./То)·(m/n),
где Рвзр.- давление при взрыве паров, кг/см2;
Ро – рабочее давление в резервуаре, кг/см2
Твзр. и То – соответственно температура при взрыве и рабочая температура в резервуаре, оК;
m и n – количество молей до взрыва и после взрыва.
По заданию Ро =1,01 атм (кг/см2); То =273+20 =293К
Температуру при взрыве Твзр. Можно определить расчетом или принять в пределах 160-1700 К (с учетом тепловых потерь). Примем температуру Твзр=1700 К.
Для определения m и n напишем реакцию горения этилбензола:
С6Н5СН2СН3 + 10,5О2 +10,5·3,76N2 = 8СО2 + 5Н2О + 10,5·3,76N2
n = 1+10,5+10,5·3,76=50,98 m=8+5+39,48=52,48
Следовательно, Рвзр.=1,01·1700/293·(52,48/50,98)=1,01·5,80·1,03=6,03 кг/см2 (0,6 МПа).
При взрыве паров образуется давление, опасное для корпуса резервуара.
Увеличение давления в 6 раз против нормального и динамичность его воздействия приведет к разрушению корпуса резервуара.
Защиты от этой опасности резервуар не имеет. Из возможных вариантов (защита инертным газом, изменение температурных условий хранения) наиболее целесообразным применение резервуаров с плавающей крышей, которые не будут иметь паровоздушного объема.
Реактор трубчатого типа – по трубкам реактора непрерывно циркулирую перегретые пары этилбензола и продуктов его разложения без наличия воздуха. Следовательно, внутри реактора взрывоопасной смеси не может быть. В топочном производстве при нормальной работе идет процесс горения топлива. Взрывоопасной смеси тоже не может быть.
Ректификационная колонна – внутренний объем колонны заполнен только парами стирола и кипящей жидкостью. Воздуха в колонне нет, следовательно, концентрация в колонне не взрывоопасна, она выше верхнего предела распространения пламени.
Вакуум-компрессор – весь внутренний объем компрессора заполнен газом без наличия воздуха, следовательно, взрывоопасная концентрация отсутствует.
Следовательно, во всех аппаратах кроме резервуара, концентрация не взрывоопасная, она равна 100% горючего вещества, а в резервуаре концентрация паров этилбензола находится в пределах взрываемости (в области воспламенения).
В периоды остановки и пуска
При остановке во всех аппаратах может быть наличие взрывоопасной концентрации паров и газов в результате неполного слива жидкости, стравливания газов или при недостаточно-качественной продувке от остатков горючих веществ и при неполном отключении аппаратов от связанных с ними труб.
Опасность при пуске аппаратов также связана с возможностью образования взрывоопасных смесей первых порций горючего вещества с воздухом, если он не удален из аппарата.
Правильность остановки и пуска аппаратов (реактора, ректификационной колонны и др.) предполагает помимо других мер безопасности обязательную продувку водяным паром или негорючим газом.