Курсовой проект 50 страниц, 15 источников, 3 таблицы, 2 рисунка

• Название: Курсовой проект 50 страниц, 15 источников, 3 таблицы, 2 рисунка
• Дата: 25.11.2022
• Размер: 415.5 Kb.
• Имя файла: 1111.doc
• Тип: Курсовой проект; #812349
• страница: 4 из 8

3.3. Взрывопожарная и пожарная опасность. Категории производственных помещений, зданий, наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности

Внутри технологического оборудования при нормальных условиях для образования взрывоопасных концентраций должны выполняться два условия:

• 
  наличие паровоздушного пространства;
  
• 
  наличие жидкости при температуре, лежащей в интервале температурных пределов воспламенения:
  

,

где t_раб - рабочая температура жидкости в аппарате, 0С,_нпрп, t_впрп - соответственно нижний и верхний температурные пределы распространения пламени.

Для проверки условий образования взрывоопасных концентраций в аппаратах составляем таблицу 1.

Таблица 1. Оценка пожаровзрывоопасности среды внутри аппаратов.

№п/п	Наименование аппарата и вид жидкости	Наличие паровоздушного пространства	Рабочая температура, оС	Температурные пределы воспламенения		Заключение о горючести среды в аппарате
				tн оС	tв оС
1	2	3	4	5	6	8
1	Смеситель-растворитель	да	50	-20 26	6 51	Образуется ВОС, т.к. .
2	Насос центробежный циркуляционный	нет	50	-20 26	6 51	Пожарная опасность отсутствует, т.к. ВОС не образуется (отсутствует паровоздушное пространство).
3	Окрасочная камера	да	20	-20 26	6 51	Пожарная опасность отсутствует, т.к. .

Примечание к таблице №1: температурные пределы растворителя (ацетона) и глифталевой смолы взяты из описания технологического процесса и составляют: Т_нпв = -20 °С, Т_впв = 6 °С для первого и Т_нпв = 26 °С, Т_впв = 51 °С для второго вещества соответственно.

Из проведенного анализа делаем вывод, что при нормальном режиме работы в некоторых аппаратах данного технологического процесса образуется паровоздушное пространство, и возможность образования горючей среды существует, а именно, в смесителе-растворителе и в окрасочной камере.

Оценим взрывоопасные концентрации в аппаратах с горючими жидкостями путем сравнения их действительных концентраций с концентрационными пределами распространения пламени:

,

где φ_р - действительная (рабочая) концентрация горючего вещества, об. доли;

φ_н и φ_в - соответственно нижний и верхний концентрационные пределы распространения пламени при рабочей температуре, об. доли (% об. или кг/м³).

Определить значения величин φ_н и φ_в при температуре отличной от 25 ⁰С, можно по формулам:

,

,

где t_р - температура среды в аппарате, ⁰С.

Концентрационные пределы распространения пламени паровых смесей, состоящих из горючих и негорючих компонентов, оценивают по формуле:

,
где - концентрационный предел распространения пламени (нижний или верхний) смеси, об. доли;

- объемная доля 1-го горючего компонента в смеси;

- концентрационный предел распространения пламени (нижний или верхний) i-го компонента, об. доли;

- количество горючих компонентов в смеси.

Внутри смесителя-растворителя происходит растворение и разбавление полуфабриката при температуре 50 ˚С. В состав горючего вещества входят: ацетон - 80 %, глифталевая смола - 20% (нелетучие 42,8%, ксилол 57,2%).

Найдем концентрацию паров в аппарате.

Относительное объемное содержание компонентов в смеси: ацетон 80 %, глифталевая смола - 20 %, в т.ч. 11,44 % ксилола.

Подсчитаем концентрационные пределы распространения пламени для глифталевой смолы:

– для ксилола при температуре 25 ⁰С - об. доли; об. доли.
об. доли;

об. доли.

Найдем концентрационные пределы для краски в смесителе:

об. доли;

об. доли.

Так как температура в аппарате составляет 50 ˚С, пересчитаем концентрационные пределы с учетом температуры:
об. доли;

об. доли.

Взрывобезопасные условия эксплуатации аппаратов с перегретыми парами определяют из выражений:


Или
.

об. доли,

Или
об. доли.
Необходимо эксплуатировать данные аппараты выше или ниже концентрационных пределов распространения пламени.

В аппаратах с нагретыми жидкостями концентрация паров близка к насыщенной, т.е. . Здесь - концентрация насыщенного пара при рабочей температуре жидкости, определяемая по формуле:

где - давление насыщенного пара жидкости при рабочей температуре, Па;

- рабочее давление паровоздушной смеси в аппарате.

В аппаратах со смесями давление насыщенных паров компонентов над раствором определяют по закону Рауля (для идеальных растворов):
,
где - парциальное давление i-го компонентов над раствором, Па;

- давление насыщенного пара чистого i-го компонента при данной температуре, Па;

- мольная доля i-го компонента в растворе.

Для ацетона Па при Т=323 К (приложение 2 табл. 1 [6]).

Для ксилола Па при Т = 327,6 К (приложение табл. 2 [8]);
Па при Т = 313,2 К.

Па.

Относительное массовое содержание компонентов в растворе и мольные доли компонентов для бинарных растворов производим по формулам:
;

.

Для ацетона:
;

.

Для ксилола:
;

.
Тогда:
Па;

Па.
Суммарное давление насыщенного пара над раствором:

Па.
Концентрация насыщенного пара над раствором:
об. доли.

Вывод: так как , то взрывоопасная концентрация смеси в смесителе-растворителе не образуется. Так как концентрация смеси выше верхнего предела распространения пламени, следовательно при разбавлении смеси воздухом при уменьшении уровня жидкости в смесителе-растворителе возможно образование взрывоопасных концентраций. В результате вспышки взрывоопасных паров может произойти взрыв, в результате которого наступит повреждение как самого аппарата, так и соседнего технологического оборудования, и конструкций здания в целом с последующим крупным пожаром. Максимальное давление взрыва для данного вида жидкости определяем по формуле:
,
где 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 (по уравнению реакции горения)
С₃H₆О+ 4(O₂+ 3,76N₂) 3CO₂+3H₂O+4^.3,76N₂ - ацетон,

С₈H₁₀+ 10,5(O₂+ 3,76N₂) 8CO₂+5H₂O+10,5^.3,76N₂ - ксилол.

m = (3+3+4^.3,76) ^.0,8 + (8+5+10,5^.3,76) ^.0,2 = 27,33 молей;= (1+4+4^.3,76) ^.0,8 + (1+10,5+10,5^.3,76) ^.0,2 = 26,23 молей

Тогда:
МПа.
Вывод: в аппарате смеситель-растворитель следует предусмотреть защиту от взрыва: взрывные клапаны, предохранительные мембраны, разрывные мембраны.

Вывод: оценив пожарную опасность аппаратов при их нормальной работе мы пришли к следующим выводам. Горючая среда имеется в аппарате смеситель-растворитель, т.к в нем имеется свободное паровоздушное пространство. Так как по условиям технологического процесса мы не можем изменить рабочую температуру в аппарате.

Предлагаю следующие мероприятия:

• 
  ведение негорючих (инертных) газов в паровоздушное пространство аппарата;
  
• 
  уменьшение скорости изменения уровня жидкости путем увеличения числа одновременно работающих аппаратов;
  
• 
  полное заполнения аппарата;
  
• 
  исключение или сокращение входа атмосферного воздуха в опорожняемый аппарат путем устройства газовой обвязки синхронно работающих аппаратов;
  
• 
  оснастить емкость смесителя-растворителя не менее чем двумя датчиками уровня, т.к его вместимость более 3,5 м³, один из которых предназначается для сигнализации верхнего предельного уровня.
  

Предлагаю заменить торцевое уплотнение центробежного насоса на двойное торцевое уплотнение, предусмотреть резервирование данных насосов. Оснастить насос по перекачке ацетона устройством блокировки, исключающий пуск или прекращающий работу насоса при отсутствии перемещаемой жидкости в его корпусе или отклонениях ее уровней в приемной и расходной емкостях от предельно допустимых значений, средствами предупредительной сигнализации при нарушении параметров процесса, влияющих на безопасность. Установить запорную арматуру, устанавливаемую на нагнетательном и всасывающем трубопроводах насоса, которая должна быть к нему максимально приближена и находиться в зоне, удобной для обслуживания. На нагнетательном трубопроводе установить клапан обратного действия или другого устройства для предотвращения перемещения транспортируемого вещества обратным ходом. В качестве затворной жидкости использовать нейтральные к перекачиваемой среде жидкости. Применение ЛВЖ для этих целей не допускается.

Центробежные насосы с двойным торцовым уплотнением оснастить системами контроля и сигнализации давления (утечки) затворной жидкости, а также блокировками, отключающими насосы в случае возникновения падения давления (утечки) при индивидуальной для каждого насоса системе подачи затворной жидкости.

Пожаровзрывоопасность аппаратов, при эксплуатации которых возможен выход горючих веществ наружу без повреждения их конструкций. К таким названным аппаратам относятся:

• 
  аты с переменным уровнем жидкости (дышащие)
  
• 
  аппараты с открытой поверхностью испарения;
  
• 
  аппаратыаппар, периодически действующие.
  

Эксплуатация аппаратов с переменным уровнем жидкости требует сообщения соответствующими устройствами их внутреннего объема с окружающей средой.

Взрывопожароопасные концентрации образуются при остановке работы аппаратов или трубопроводов в результате неполного удаления жидкостей, паров или газов из внутреннего объема системы, а при пуске аппаратов и трубопроводов - в результате недостаточного удаления воздуха.

Непосредственными причинами образования взрывоопасных концентраций при остановке аппаратов являются:

• 
  неполное удаление из аппарата огнеопасных жидкостей
  
• 
  недостаточная продувка водяным паром или инертным газом внутреннего пространства аппаратов и трубопроводов от оставшихся жидкостей и паров
  
• 
  негерметичное отключение от подлежащих остановке аппаратов соединенных с ними трубопроводов с огнеопасными жидкостями или газами.
  

Просачиваясь через негерметичные задвижки, пары жидкостей постепенно накаливаясь, могут образовать взрывоопасные концентрации даже в полностью опорожненных и правильно продутых аппаратах и трубопроводах.

Смеситель-растворитель с мешалкой и водяным обогревом. Это дышащий аппарат с подвижным уровнем жидкости периодического действия.

Выход горючих веществ без повреждения оборудования возможен через дыхательную систему во время большого и малого дыханий, а также по причине небольших утечек горючих веществ через прокладки, швы, разъёмные соединения и др. места

Взрывоопасная концентрация паров в "дышащем" аппарате с подвижным уровнем жидкости образуется при выполнении условия (с небольшой переоценкой опасности (с запасом)):

_р t_{всп (з.т)} ,
где t_{всп (з.т)} - температура вспышки в закрытом тигле.

В нашем случае в аппарате обращаются ацетон и ксилол:

для ацетона t_раб = 50 ˚С > t_всп = -18 ˚С, для ксилола t_раб = 50 ˚С > t_всп = 26 ˚С,

т.е. в аппарате возникает взрывоопасная концентрация. Выходящие пары через дыхательное устройство будут образовывать зону взрывоопасной концентрации.

Образование паровоздушной смеси, способной к горению, возможно также и снаружи аппаратов данного технологического производства при их нормальной работе и при неисправности вытяжной вентиляции.

Насос центробежный циркуляционный.

Это герметичный аппарат периодического действия, работающий под давлением.

В герметичных аппаратах с горючими жидкостями взрывоопасные концентрации паров образуются при выполнении двух условий:

1. Имеется свободное пространство, в которое попадает воздух или по условиям ведения технологического процесса подается окислитель.

2. Выполняется соотношение: .

При нормальных условиях работы, в нашем случае, отсутствует свободное пространство. Взрывопожароопасные концентрации могут образовываться при остановке работы аппарата.

Для предотвращения образования взрывоопасной концентрации паров смеси в помещении необходимо:

• 
  герметизация соединений;
  
• 
  при остановке аппаратов производить очистку и продувку водяным паром;
  
• 
  устройство локальных установок автоматического пожаротушения.
  

Возможны следующие основные комбинации нарушений, приводящие к повреждению технологического оборудования:

• 
  превышение расчетных нагрузок при сохранении расчетной прочности оборудования;
  
• 
  снижение расчетной прочности оборудования при сохранении расчетных нагрузок;
  
• 
  одновременное нарушение расчетных нагрузок и расчетной прочности оборудования.
  

Причины повреждений технологического оборудования принято классифицировать следующим образом:

• 
  повреждения в результате механических воздействий;
  
• 
  повреждения в результате температурных воздействий;
  
• 
  повреждения в результате химических воздействий.
  

Наиболее характерным механическим воздействием является чрезмерное внутреннее давление, возникающее в аппарате при:

• 
  переполнении аппарата жидкостями;
  
• 
  нарушении материального баланса (поток веществ входящих в систему не соответствует потоку веществ выходящих из системы), возможно при неполном открытии задвижек, а также при несоответствии производительности насосов и компрессоров расходу продукта;
  
• 
  наличии в аппарате и трубопроводах отложений и пробок;
  
• 
  из-за отсутствия условий своевременного удаления вытесняемой паровоздушной смеси (при наполнении аппарата). Чаще всего это происходит при загрязнении или обледенении огнепреградителя, когда пропускная способность дыхательной системы не соответствует скорости налива;
  
• 
  нарушении температурного режима работы вследствие перегрева жидкостей, что обусловлено отсутствием или неисправностью контрольно-измерительных приборов, недосмотром обслуживающего персонала, воздействием высоконагретых соседних аппаратов, повышением температуры окружающей среды и т. п.
  

Повреждение технологического оборудования может произойти в результате образования не предусмотренных расчетом температурных перенапряжений в материале стенок аппаратов и трубопроводов, а также в результате ухудшения механических характеристик металлов при низких или высоких температурах.

Температурные перенапряжения в материале аппаратов наступают, когда есть препятствия линейному изменению отдельных элементов или конструкции в целом.

Температурные напряжения наблюдаются при жестком креплении трубопроводов, наличии в аппаратах биметаллических конструкций или конструктивных элементов, находящихся под воздействием неодинаковых температур, в толстостенных конструкциях и при местных изменениях температур в материале аппарата.