КП ПБТП 33 вариант новый. Курсовой проект по дисциплине Пожарная безопасность технологических процессов
![]()
|
По результат проведенного анализа пожаровзрывоопасных свойств веществ, обращающихся в технологическом процессе можно сделать вывод, что наиболее опасным является толуол, так как оба рассматриваемых вещества это ЛВЖ, а у толуола наименьшая температура вспышки. 1.2 Изучение технологического процесса Изучение технологического процесса проводится с целью определения оборудования, участков или мест, где сосредоточены горючие материалы или возможно образование пыле- и парогазовоздушных горючих смесей. Описание технологического процесса (см. рис. 3): Процесс приготовления краски. В краскоприготовительном отделении цеха насосом 1 подается необходимое количество растворителя, которое отмеривается мерником 2 и сливается в лопастный аппарат-растворитель 3. Одновременно в аппарат-растворитель 3 из бункера 4 подается полуфабрикат краски, состоящий из 70% смолы и 30% растворителя. В аппарате 3 при непрерывной работе мешалки и при подогреве его горячей водой (до температуры 40ºС на автомобильном заводе и до 60ºС на тракторном заводе) происходит растворение и разбавление полуфабриката до требуемого готового состава краски. В состав краски, потребной для цеха автомобильного и тракторного заводов, входит 20% смолы и 80% растворителя. Приготовленная краска из аппарата 3 выбирается центробежным насосом 5, продавливается для очистки от твердых частичек через фильтр 6 и поступает в расходные емкости 7. Из емкостей 7 краска непрерывно циркулирует за счет насосов 8 по кольцевой линии 9 до окрасочной камеры 17 и обратно. ![]() Рис. 3. Технология окраски изделий: а - принципиальная технологическая схема; б – план и разрез цеха Характеристики оборудования и помещения согласно варианта представлены в задании. Деление технологического процесса на блоки и определение энергетического потенциала (оборудование согласно варианта): мерник растворителя. Энергетический потенциалы будет равен: ![]() ![]() Вывод: энергетический потенциал достаточно большой, следовательно, данный аппараты имеют высокую степень опасности взрыва. 1.3 Анализ возможности образования горючей среды внутри и снаружи технологического оборудования 1.3.1 Анализ возможности образования горючей среды внутри аппаратов Анализ возможности образования горючей среды внутри аппаратов проводится при следующих режимах работы технологического оборудования: - нормальный (процесс протекает при постоянных значениях технологических параметров); - особый (пуск, остановка). Технологические параметры процесса принимаются по технологическому регламенту производства. При проведении анализа возможности образования горючей среды внутри технологических аппаратов следует определить: - наличие опасных концентраций в аппаратах, имеющих паровоздушный объем; - наличие аппаратов и трубопроводов с горючими жидкостями и газами, работающими под вакуумом и давлением; - наличие аппаратов и трубопроводов, требующих частого отключения; - наличие продувки аппаратов и трубопроводов, как выполнена продувочная система; Анализ возможности образования ГС внутри мерника растворителей представлен в таблице 3. Таблица 3 Свойства горючей среды внутри аппаратов
1.3.2 Анализ возможности образования горючей среды снаружи аппаратов Расчет концентрации паров ЛВЖ и ГЖ при выходе из мерника растворителей Для расчета концентраций необходимо определить наиболее опасное вещество исходя из интенсивности испарения. Интенсивность испарения W рассчитывается по формуле: ![]() где ![]() ![]() ![]() для толуола: ![]() ![]() Тогда интенсивность испарения растворителя составит: для толуола: ![]() ![]() Количество горючих паров, выходящих из действующего аппарата, определяют по формуле: ![]() ![]() где GР – количество выходящих из открываемого аппарата паров, кг/цикл; Р0 – атмосферное давление, Па; VС – внутренний свободный объем оборудования, м3; φS – концентрация насыщенных паров жидкости, об. доли; М – молекулярная масса газа или пара, кг/моль; 8,31431 – универсальная газовая постоянная, Дж/(моль∙К). Концентрация насыщенного пара рассчитывается по формуле: ![]() где РS – давление насыщенного пара жидкости при рабочей температуре, Па; РР – рабочее давление в аппарате, Па. Величину РS можно определить по уравнению Антуана: ![]() где А, В, СА – константы, зависящие от свойств жидкости, приведенные в справочной литературе [17]; tр – температура газа или пара, находящегося в аппарате, ˚С. 2) Объем зоны взрывоопасных концентраций VВОК, м3: ![]() ![]() 3) Определяем условие образования взрывоопасной концентрации: ![]() ВОК образуется локально. Результаты анализа представлены в виде таблицы 4. Таблица 4 Свойства горючей среды снаружи аппаратов
1.3.3 Анализ возможности образования горючей среды при аварийном режиме работы Взрывоопасная концентрация паров жидкости при аварийной ситуации определю расчетным путем. Масса жидкости, испарившейся с поверхности разлива: ![]() где: ![]() ![]() ![]() ![]() Интенсивность испарения рассчитывается по формуле: ![]() где: ![]() M – молекулярная масса толуола, согласно [11] M = 92,13 г/моль; Pн – давление насыщенного пара жидкости при рабочей температуре, 4,2 кПа.( раздел 1.3.2 ) ![]() ![]() Плотность паров жидкости рассчитывается по формуле: ![]() где: ![]() ![]() ![]() Средняя рабочая концентрация паров жидкости в помещении: ![]() где: ![]() ![]() ![]() Если ![]() ![]() Таблица 5 Свойства горючей среды при аварии
1.4 Анализ возможности образования источников зажигания в горючей среде Источник зажигания – это средство энергетического воздействия, инициирующее возникновение горения [1]. На производстве существует большое количество различных источников зажигания. По времени действия различают постоянно действующие (они предусмотрены технологическим регламентом при нормальном режиме работы оборудования) и потенциально возможные источники зажигания, возникающие при нарушении технологического процесса. Производственные источники зажигания характеризуются воспламеняющей способностью. По природе проявления различают следующие группы источников зажигания: 1. Открытый огонь и раскаленные продукты сгорания. 2. Тепловое проявление механической энергии. 3. Тепловое проявление электрической энергии. 4. Тепловое проявление химических реакций. Вероятные источники зажигания для помещения мерников растворителя представлены в таблице 6. Таблица 6 Наиболее вероятные источники зажигания
1.5 Анализ возможных путей распространения пожара Анализ возможных путей распространения пожара представлен в таблице 7. Таблица 7 Пути распространения пожара (аварии)
1.6 Классификация технологических сред по пожаровзрывоопасности и пожарной опасности Технологические среды по пожаровзрывоопасности подразделяются на следующие группы: 1) пожароопасные; 2) пожаровзрывоопасные; 3) взрывоопасные; 4) пожаробезопасные. Пожароопасной является среда, в которой возможно образование горючей среды, а также появление источника зажигания достаточной мощности для возникновения пожара. К пожаровзрывоопасным относится среда, где возможно образование смесей окислителя с горючими газами, парами легковоспламеняющихся жидкостей, горючими аэрозолями и горючими пылями, в которых при появлении источника зажигания возможно инициирование взрыва и (или) пожара. Среда относится к взрывоопасным, если возможно образование смесей воздуха с горючими газами, парами легковоспламеняющихся жидкостей, горючими жидкостями, горючими аэрозолями и горючими пылями или волокнами и, если при определенной концентрации горючего и появлении источника инициирования взрыва (источника зажигания) она способна взрываться. К пожаробезопасным средам относится пространство, в котором отсутствуют горючая среда и (или) окислитель[1]. Среда в которой проходит данный технологический процесс подходит под пожаровзрывоопасный, так как имеется наличие ВОК, которые при воздействии источника зажигания способны взрываться с дальнейшим воспламенением и развитием пожара по технологическому оборудованию. 1.7 Анализ возможных причин повреждений аппаратов Повреждения аппаратов и трубопроводов являются следствием сложных одновременно протекающих физико-химических процессов. Чаще всего повреждение подготавливается постепенно совместным действием механических и химических причин, которые проявляются при нарушении установленного технологического регламента или отсутствии систематического контроля за действительным состоянием оборудования. Повреждения аппаратов и трубопроводов могут носить местный, т.е. локальный характер (образование трещин, свищей, сквозных отверстий от коррозии, прогары теплообменной поверхности и т.п.), но может, происходит и полное разрушение. В первом случае через образовавшиеся отверстия почти под постоянным давлением продукт в виде струй пара, газа или жидкости будет выходить наружу. Во втором случае все содержимое аппарата сразу выйдет наружу, и, кроме того, будет продолжаться истечение жидкости из соединенных с ним трубопроводов. Повреждения технологического оборудования происходят вследствие следующих причин: повышения фактических нагрузок при сохранении расчетной прочности оборудования; снижения фактической прочности оборудования при сохранении расчетных нагрузок; одновременного роста фактических нагрузок и снижения фактической прочности оборудования. В свою очередь, повреждения технологического оборудования происходят в результате следующих воздействий на материал оборудования: повреждения в результате механических воздействий; повреждения в результате температурных воздействий; повреждения в результате химических воздействий[11]. Повреждения технологического оборудования в результате механических воздействий. Под механическими воздействиямипонимают такие воздействия, которые возникают в результате превышения фактических нагрузок на оборудование при сохранении его расчетной прочности. Для данного ТП: Чрезмерное внутреннее давление (перегрева жидкостей, образование отложений на стенках трубопроводов и агрегатах, нарушение материального баланса, отсутствие контроля за показателями ТП). Повреждения технологического оборудования в результате температурных воздействий. Температурные перенапряжения в материале аппаратов наступают, когда есть препятствия линейному изменению отдельных элементов или конструкции в целом. Как правило, 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. Повреждения технологического оборудования в результате химических воздействий. Коррозия материалов, из которых изготовлено технологическое оборудование, под действием транспортируемых веществ и атмосферного воздуха. 1.8 Расчет критериев пожарной опасности технологического процесса 1) Расчет параметров испарения горючих не нагретых жидкостей. 1. Интенсивность испарения W, кг/(с·м2), определяют по справочным и экспериментальным данным. Для не нагретых выше температуры окружающей среды ЛВЖ, при отсутствии данных допускается рассчитывать W по формуле: ![]() где h - коэффициент, принимаемый по таблице 8 в зависимости от скорости и температуры воздушного потока над поверхностью испарения; М - молярная масса, г/моль; Рн - давление насыщенного пара при расчетной температуре жидкости tp, определяемое по справочным данным или расчетным путем, кПа. Таблица 8 Значение коэффициента h
Давление насыщенного пара, если неизвестно справочное значение, определяют по формуле: ![]() ![]() где А, В, СА – стехиометрические коэффициенты Антуана. 2) Расчет количества поступающих в помещение веществ при полном разрушении технологического оборудования. 1. Массу горючих веществ mв, выходящих наружу при полном разрушении аппарата, определяют по формуле: ![]() ![]() где mап - масса веществ, выходящих из разрушенного аппарата, кг; mтр1 и mтр2 - масса веществ, выходящих из трубопроводов соответственно до момента отключения задвижек или других запорных устройств и после их закрытия, кг. Для аппаратов с жидкостями массу горючих веществ mж определяют по формуле: ![]() ![]() где Vап - геометрический внутренний объем аппарата, м3; ε - степень (коэффициент) заполнения аппарата; qiнqik - производительность соответственно i-го насоса или компрессора (или пропускная способность i-го трубопровода), питающего аппарат, м3/с; τi - продолжительность отключения i-го побудителя расхода, с; n- Число побудителей расхода, питающих аппарат; 1jтр и fjтр - соответственно длина (м) и сечение (м2) j-го участка трубопровода (от аварийного аппарата до запорного устройства), из которого происходит истечение жидкости или газа; ρж и ρг - соответственно плотность жидкости или газа при рабочей температуре среды в аппарате, кг/м3; k - Число участков трубопроводов, примыкающих к аварийному аппарату. Все необходимые значения принимаются согласно задания к курсовой работе. Длительность отключения насоса или компрессора принимается равной 120 (при автоматическом отключении побудителя расхода или запорного устройства на трубопроводе) или 300 с (при ручном отключении). 2. Время полного испарения жидкости τп, разлившейся на полу производственного помещения при аварии технологического оборудования, определяют по формуле: ![]() где WИ - интенсивность испарения жидкости (кг/м2·с). FИ - площадь испарения (м2), принимается из следующего выражения: ![]() где Fр - площадь разлившейся жидкости, м2; fр - удельная площадь разлива жидкости, м-1; Vж - объем разлившейся жидкости, м3; Vж = mж /ρж (здесь ρж - плотность разлившейся жидкости, кг/м3); Fп - площадь пола помещения, в котором произошла авария, м2; а и b - длина и ширина помещения, м. Величину fр принимают по п. А.1.2 (г) СП 12.13130.2009 «Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности», исходя из того обстоятельства, что 1 л смесей и растворов, содержащих 70% и менее (по массе) растворителей, разливается на площади 0,5 м2, а остальных жидкостей - на площади 1 м2. По расчетам, проведенным ранее площадь розлива больше площади помещения, поэтому площадь испарения равна площади помещения. 3. Объем зоны, в которой может образоваться взрывоопасная концентрация паров при испарении разлившейся жидкости, определяют по формуле: ![]() где ![]() Кб – коэффициент запаса надежности, обычно принимается равным 2. Масса паров жидкости: ![]() Для перерасчета концентрации паров или газов, в том числе концентрационных пределов распространения пламени, из объемных (мольных долей) в килограммы в кубическом метре используют формулу: ![]() где φН* - нижний концентрационный предел распространения пламени, кг/м3; φН – нижний концентрационный предел распространения пламени, об.доли; М - молекулярная масса пара или газа, кг/кмоль; Vt– молекулярная масса пара или газа (м3/кмоль) при рабочих условиях, определяемый по формуле: ![]() где VO= 22,4135 м3/кмоль – молярный объем паров или газов при нормальных условиях (VO≈22,4 м3/кмоль); РО = 1,01325 ·105 Па – давление при нормальных физических условиях (РО ≈ 1 ·105 Па или РО = 760 мм рт. ст.). В технических расчетах величину РО можно принимать равной барометрическому давлению (РО ≈ Рбар)[5]. 1.9 Расчет категории производственного помещения по взрывопожарной и пожарной опасности Обоснование расчетного варианта аварии При определении избыточного давления взрыва в качестве расчетного варианта аварии принимается разгерметизация одного мерника растворителя и утечка растворителя из напорного и отводящего трубопроводов при работающем насосе с последующим разливом растворителя на пол помещения. Происходит испарение толуола и бутил-ацетата с поверхности разлившегося растворителя. За расчетную температуру принимается tp = 27 °С. Произведем расчет количества растворителей, поступающих в помещение при разгерметизации емкости (расчет по наиболее опасному растворителю). Плотность паров определяется по формуле: для толуола: ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Объем поступившей в помещение при расчетной аварии жидкости, м3, определется по формуле: ![]() где ![]() ![]() ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Тогда: ![]() ![]() Масса паров, поступивших в помещение при испарении разлитой жидкости, определяется по формуле: ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Определим площадь испарения ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Интенсивность испарения W рассчитывается по формуле: ![]() где ![]() ![]() ![]() для толуола: ![]() ![]() Тогда интенсивность испарения растворителя составит: для толуола: ![]() Находим массу паров по наиболее опасному компоненту – толуолу: ![]() Определим коэффициент участия паров растворителя во взрыве Z. Значения расчетных параметров принимаются либо по толуолу, либо по бутил-ацетату, исходя из наиболее неблагоприятных последствий взрыва. Средняя концентрация паров растворителя в помещении ![]() ![]() Таким образом, ![]() ![]() Стехиометрическая концентрация паров растворителя Сст, исходя из химической брутто-формулы, рассчитывается ![]() где β - стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания (nc nн nо nх) – соответственно число атомов С, Н, О и галоидов в молекуле горючего) для толуола: ![]() ![]() Избыточное давление ![]() ![]() ![]() где Рmax — максимальное давление, развиваемое при сгорании стехиометрической газовоздушной или паровоздушной смеси в замкнутом объеме, определяемое экспериментально или по справочным данным. При отсутствии данных допускается принимать Рmax равным 900 кПа; Р0 — начальное давление, кПа (допускается принимать равным 101 кПа); Кн – коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения. Допускается принимать Кн равным трем. Расчетное избыточное давление взрыва более 5 кПа, следовательно помещение мерников и растворителей относится к категории А, согласно п.5.1 [5], ст. 16 [1]. Разработка мероприятий и технических решений по обеспечению пожарной безопасности технологических процессов Разработка мероприятий, направленных на предотвращение пожара Постановление Правительства Российской Федерации от 16 сентября 2020 г. №1479 «О утверждении Правил противопожарного режима в Российской Федерации». Правила противопожарного режима в Российской Федерации. 1.Руководитель организации в соответствии с технологическим регламентом обеспечивает выполнение работ по очистке вытяжных устройств (шкафов, окрасочных, сушильных камер и др.), аппаратов и трубопроводов от пожароопасных отложений. При этом очистку указанных устройств и коммуникаций, расположенных в помещениях производственного и складского назначения, необходимо проводить для помещений категорий А и Б по взрывопожарной и пожарной опасности не реже 1 раза в квартал, для помещений категорий В1 - В4 по взрывопожарной и пожарной опасности не реже 1 раза в полугодие, для помещений других категорий по взрывопожарной и пожарной опасности - не реже 1 раза в год. Дата проведения очистки вытяжных устройств, аппаратов и трубопроводов указывается в журнале учета работ. 2. Все операции, связанные с вскрытием тары, проверкой исправности и мелким ремонтом, расфасовкой продукции, приготовлением рабочих смесей пожароопасных жидкостей (нитрокрасок, лаков и других горючих жидкостей) должны производиться в помещениях, изолированных от мест хранения. Пожароопасные работы 1. При проведении окрасочных работ необходимо: а) производить составление и разбавление всех видов лаков и красок в изолированных помещениях у наружной стены с оконными проемами или на открытых площадках, осуществлять подачу окрасочных материалов в готовом виде централизованно, размещать лакокрасочные материалы в цеховой кладовой в количестве, не превышающем сменной потребности, плотно закрывать и хранить тару из-под лакокрасочных материалов на специально отведенных площадках; б) оснащать электрокрасящие устройства при окрашивании в электростатическом поле защитной блокировкой, исключающей возможность включения распылительных устройств при неработающих системах местной вытяжной вентиляции или неподвижном конвейере; в) не превышать сменную потребность горючих веществ на рабочем месте, открывать емкости с горючими веществами только перед использованием, а по окончании работы закрывать их и сдавать на склад, хранить тару из-под горючих веществ в специально отведенном месте вне помещений. 2. Помещения и рабочие зоны, в которых применяются горючие вещества (приготовление состава и нанесение его на изделия), выделяющие пожаровзрывоопасные пары, обеспечиваются естественной или принудительной приточно-вытяжной вентиляцией. Кратность воздухообмена для безопасного ведения работ в указанных помещениях определяется проектом производства работ. Запрещается допускать в помещения, в которых применяются горючие вещества, лиц, не участвующих в непосредственном выполнении работ, а также производить работы и находиться людям в смежных помещениях. 3. Промывать инструмент и оборудование, применяемое при производстве работ с горючими веществами, необходимо на открытой площадке или в помещении, имеющем вытяжную вентиляцию. 4. При проведении огневых работ необходимо: а) перед проведением огневых работ провентилировать помещения, в которых возможно скопление паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, а также горючих газов; б) обеспечить место проведения огневых работ первичными средствами пожаротушения (огнетушителем, ящиком с песком емкостью 0,5 куб. метра, 2 лопатами, ведром с водой); в) плотно закрыть все двери, соединяющие помещения, в которых проводятся огневые работы, с другими помещениями, в том числе двери тамбур-шлюзов, открыть окна; г) осуществлять контроль за состоянием парогазовоздушной среды в технологическом оборудовании, на котором проводятся огневые работы, и в опасной зоне; д) прекратить огневые работы в случае повышения содержания горючих веществ или снижения концентрации флегматизатора в опасной зоне или технологическом оборудовании до значений предельно допустимых взрывобезопасных концентраций паров (газов). 5. Способы очистки помещений, а также оборудования и коммуникаций, в которых проводятся огневые работы, не должны приводить к образованию взрывоопасных паро- и пылевоздушных смесей и к появлению источников зажигания. 6. На проведение огневых работ (огневой разогрев битума, газо- и электросварочные работы, газо- и электрорезательные работы, бензино- и керосинорезательные работы, паяльные работы, резка металла механизированным инструментом) на временных местах (кроме строительных площадок и частных домовладений) руководителем организации или лицом, ответственным за пожарную безопасность, оформляется наряд-допуск на выполнение огневых работ по установленной форме ППР в РФ №390. Разработка мероприятий, направленных на противопожарную защиту СП 1.13130.2020. Cистемы противопожарной защиты. Эвакуационные пути и выходы. 9.1.1 Не менее двух эвакуационных выходов должны иметь: помещения категорий А и Б с численностью работающих в наиболее многочисленной смене более 5 чел., категории В - более 25 чел. или площадью более 1000 м2; открытые этажерки и площадки, предназначенные для обслуживания оборудования, при площади пола яруса более 100 м2 - для помещений категорий А и Б и более 400 м2 - для помещений других категорий. 9.1.2 Не менее двух эвакуационных выходов должны иметь этажи категорий А и Б при численности работающих в наиболее многочисленной смене более 5 чел., категории В - 25 чел. 9.1.3 Ширина эвакуационных выходов из помещений и зданий должна быть не менее 1,2 м при числе эвакуирующихся более 50 чел. 9.1.4 В помещениях категорий А, Б и В1, в которых производятся, применяются или хранятся легковоспламеняющиеся жидкости, полы следует выполнять из негорючих материалов или материалов группы горючести Г1. 9.1.5 Ширина горизонтальных участков путей эвакуации и пандусов в свету должна быть не менее 1,2 м - для общих коридоров, по которым могут эвакуироваться из помещений более 50 чел. 9.1.6 При устройстве в зданиях категорий А и Б лестничной клетки типа Л1 выходы в поэтажный коридор из помещений категорий А и Б должны предусматриваться через тамбур-шлюзы с постоянным подпором воздуха. 9.1.7 Пути эвакуации должны проходить вне зоны опасного воздействия при раскрытии легкосбрасываемых конструкций и срабатывании иных устройств сброса давления, предназначенных для взрывозащиты помещений категорий А и Б и наружных установок категорий АН и БН. 9.2.8 Внутренние этажерки и площадки должны иметь, как правило, не менее двух открытых стальных лестниц. Допускается проектировать одну лестницу при площади пола каждого яруса этажерки или площадки, не превышающей 100 м2 для помещений категорий А и Б. Эвакуационные выходы с площадок и ярусов этажерок, площадь которых на любой отметке превышает 40% площади этажа, при наличии на них постоянных рабочих мест следует предусматривать через лестничные клетки. Допускается один из эвакуационных выходов предусматривать на лестницу 3-го типа. |