Электротех. Лекция 14. Электробезопасность. Пожарная безопасность. 14 Электробезопасность
 Скачать 1.24 Mb.
|
v < 1 0 ^ O m - m м о ж н о перекачивать со скоростью до 10 м/с, сруДО 10^ Ом-м - до 5 м/с, а пpиpv>10^дoпycтимaя скорость транспортирования не должна превышать 1,2 м/с. Более точные значения определяются из документа «Допустимые скорости движения жидкостей по трубопроводам и истечения в ёмкости>х Для увеличения производительности технологического оборудования скорость ограничивают не на всех стадиях процесса, а только перед заполнением приёмных ёмкостей, бункеров и резервуаров. Слив осуществляют в релаксационные ёмкости, представляющие собой заземлённые участки трубопровода увеличенного диаметра и находящиеся у входа в приёмную ёмкость. Для сильно электризующихся жидкостей перед релаксационной ёмкостью могут быть установлены специальные нейтрализаторы статического электричества' (НСЭ) игольчатого или струнного типа. Метод контактных пар способен значительно ограничить генерацию зарядов СЭ. Материалы по диэлектрической проницаемости можно расположить в трибоэлектрический ряд в такой последовательности, что любой из них / приобретает отрицательный заряд при соприкосновении с последующим в ряду материалом и положительный - с предыдущим. При этом с увеличением расстояния в ряду между двумя материалами абсолютная величина заряда, возникающего между ними, возрастает. Весьма эффективным методом устранения опасной электризации является; антистатическая обработка, или применение специальных антистатических веществ, снижающих pvHp^ жидкостей, полимерных материалов на несколько порядков. Самым простым методом снижениярщерерабатываемых материалов является увлажнение поверхности перерабатываемого материала, поскольку влага служит хорошим проводником электрических зарядов и Г способствует их стеканию на заземлённые части технологического оборудования. Этот метод применим только для гидрофильных материалов, способных адсорбировать влагу. Для гидрофобных материалов, к которым относятся практически все полимерные материалы, увеличение влажности окружающей среды до 80...90 % не снижает их электризацию. В этом случае . для её устранения в них вводят различные антистатические агенты ■ (антистатики), которые в большинстве случаев являются поверхностно активными веществами (ПАВ). По характеру действия их делят на три группы: гигроскопичные, полярные и маслянистые (смазывающие), уменьшающие коэффициент трения. Первые адсорбируют влагу из атмосферы, образуя на поверхности перерабатываемого материала тонкий' проводящий слой влаги. Обычно это длинноцепочечные неионогенные (не диссоциирующее на ионы в водном растворе) соединения: высшие жирные спирты, амиды, амины, алкилфенолы и продукты их взаимодействия с оксидами этилена и пропилена. Недостаток их - слабая эффективность в сухой атмосфере (ф<40 % об). Полярные вещества также образуют г электропроводящий слой на поверхности материала. К ним относятся катионоактивные и анионоактивные вещества - от солей аминов и типичных аммониевых солей до гетероциклических соединений азота. Среди антистатиков они занимают ведущее место, их действие проявляется уже при малых концентрациях. Для снижения электризации жидкостей до безопасных уровней при перекачке жидкостей, топлив и растворителей на нефтяной основе, а также при приготовлении растворов полимеров (клеев) большое применение находят антистатические добавки (присадки). Это материалы -на основе металлов переменной валентности (олеатов хрома, кобальта, меди, f нафтенатов этих металлов и солей хрома). Электрическое сопротивдение твёрдых полимерных материалов (пластмасс, резин, пластиков) можно снизить, вводя в их состав различные марки электропроводящего углерода, поскольку введение металлических порошков или стоит слишком дорого,; или приводит к значительному ухудшению физико-химических показателей полимерных материалов. Другим направлением устранения зарядов статического электричества является применение нейтрализаторов статического электричества (НСЭ), которые используют как для твёрдых, мелкодисперсных, так и для жидких диэлектрических материалов, работающих по различному принципу. Так, для жидкостей принцип действия основан на увеличении их электропроводности под действием сильного электрического поля, для остальных же материалов принцип работы НСЭ состоит в отводе электростатических зарядов за счёт ионизации воздушного слоя между заряженной поверхностью и заземлёнными частями нейтрализатора или технологического оборудования. Молниезащита. Под молниезащитой понимают комплекс зашцтных устройств от молнии, обеспечивающих безопасность людей, сохранность сооружений, оборудования и материалов от взрывов, загораний и разрушений. При проектировании молниезащиты различают запщту от прямых ударов, молнии, электромагнитной индукции и от заноса высоких потенциалов через надземные и подземные металлические конструкции. Наиболее опасен прямой удар молнии, при котором её канал проходит через здание, сооружение и т. д. Сила тока молнии достигает 200 КА, напряжение - 150 MB, температура канала - 6 000...30 000°С. При этом воздух расширяется, образуя ударную воздушную волну, разрушающую здания и сооружения. Проявление молнии в виде электростатической и электромагнитной индукции заключается в действии электромагнитного поля молнии, ударяющей в объект или на расстоянии от него, и возникновении ЭДС. Эта ЭДС может вызвать искрение или сильное нагревание в местах с недостаточно плотными контактами между металлическими элементами конструкций, что может привести к пожару или взрыву (в зависимости от категории помещения). Молния опасна' высокими потенциалами, вызывающими поражение людей при прямом ударе, напряжением прикосновения и шага. Способ защиты от молнии выбирают в зависимости от назначения здания (сооружения), интенсивности грозовой деятельности в данном районе, ожидаемого количества поражений молнией в год. Среднегодовую грозовую деятельность в, часах определяют по карте, приведенной в СПЗ05-77, и «Инструкции по проектированию и устройству молниезащиты зданий И сооружений». в зависимости: от масштабов разрушения все сооружения делят на три категории: / категория- под воздействием молнии может возникнуть пожар (взрыв) с больпшми разрушениями и человеческими жертвами (классы В-1 и В-П по ПУЭ); здания I категории подлежат защите от прямых ударов молнии, вторичных воздействий и заноса высоких потенциалов через надземные и подземные металлические конструкции; II категория- сооружения, опасные в отношении взрыва, однако взрыв не может вызвать значительных разрушений и человеческих жертв, так как взрывоопасные и горючие вещества хранятся в специальной металлической таре (классы В-1а, В-16, В-1г, В-Па); здания II категории подлежат защите от прямых ударов, вторичных воздействий и заноса высоких потенциалов через надземные и подземные металлические конструкции в местностях со средней грозовой деятельностью 10 ч и более в году; III категория - сооружения, для которых прямой удар молнии предстаВляет опасность только в отношении разрушений и пожаров (классы П-1, П-Па, П- III). Здания III категории подлежат защите от прямых ударов молнии и от заноса высоких потенциалов по надземным конструкциям в местностях с грозовой деятельностью 20 ч и более в год. Для защиты от прямых ударов линейных молний применяют молниеотвод, состоящий из молниеприёмника, воспринимающего удар молнии, токоотвода, соединяющего молниеприёмник с землёй и заземлителя, отводящего ток молнии в землю. Молниеотвод создаёт определённую зону защиты - часть пространства, в пределах которого обеспечивается защита сооружений от прямых ударов молний. Молниеотводы могут быть стержневыми, тросовыми и сетчатыми, а также одиночными, двойными и многократными. Здания и сооружения I категории защищают отдельно стоящими или изолированными молниеотводами. На объектах II категории молниеотводы устанавливают непосредственно на самих объектах. Объекты III категории защищают молниеотводами любого типа. Металлическая кровля и стальные фермы могут быть использованы как молниеприёмники. Для защиты от прямых ударов мрлнии металлических наружных установок также примешют любые типы молниеотвода. Для запщты от действия электромагнитного поля необходимо все находящиеся в здании металлические предметы, а также вводы в здание всех коммуникаций заземлять. При этом импульсное сопротивление не должно превышать 1 Ом. Для защиты от заноса опасных потенциалов запрещается вводить в объекты I категории провода воздушных линий электропередачи и связи. Энергию разрешается подводить по кабелям с заземлением оболочек. Ввод воздушных линий внутрь объектов II категории при необходимости допускается, но нежелателен. В объекты III категории воздушные линии вводить разрешается. При этом заземляют штыри изоляторов и устанавливают защитные разрядники на вводе в здание. 14.2. Пожаровзрывобезопасность Физико-химические основы процессов горения (взрывов). Горение — сложное быстропротекающее химическое превращение, сопровождающееся выделением значительного количества тепла и (обычно) свечением. В большинстве случаев горение представляет собой экзотермическое окислительное взаимодействие горючего вещества с окислителем. К горению относят не только процессы взаимодействия веществ с кислородом (или другими окислителями), но и разложение взрывчатых веществ, соедийение ряда веществ с хлором и фтором, оксидов натрия и бария с диоксидом углерода и т. д. Химическая реакция горения всегда является сложной, т. е. состоит из ряда элементарных химических превращений. Химическое превращение при горении происходит одновременно с физическими процессами: переносом теплаи массы. Поэтому скорость горения всегда определяется как условиями тепло- и массопередачи, так и скоростью протекания химических реакций. Условия возникновения и виды горения.Всё разнообразие процессов горения может быть сведено к двум основным явлениям: возникновению и распространению пламени. Появлению пламени всегда предшествует процесс прогрессирующего самоускорения реакции, вызванный изменением внешних условий: появлением в горячей среде источника зажигания, нагревом смеси горючего с окислителем до некоторой критической температуры стенками аппарата или в результате адиабатического сжатия. Зажигание горючей смеси инициируется внешним источником зажигания (электрической или фрикционной искрой, высоко нагретой поверхностью, открытым пламенем). Если ограничиться рассмотрением зажигания газов искрой, то процесс может быть представлен в следующем виде: температура в канале электрической искры достигает 10 ООО °С. В этой зоне происходит термическая диссоциация и ионизация молекул, что приводит к интенсивному протеканию химических реакций. Однако, вызвав горение в зоне разряда, искра может не вызвать дальнейшего распространения пламени по смеси. Горючую смесь может зажечь только такая искра, в канале которой выделяется энергия, достаточная для обеспечения условий распространения пламени на весь объём смеси. Для этого надо, чтобы близлежащие слои горючей смеси успели воспламениться, прежде чем нагретый искрой объём остынет. При горении химически неоднородных горючих систем, т. е. систем, в которых горючее вещество и воздух не перемешаны и имеют поверхности раздела (твёрдые материалы и жидкости, струи газов и паров, поступающие в воздух), время диффузии окислителя к горючему веществу несоизмеримо больше времени, необходимого для протекания химической реакции. В этом случае процесс протекает в диффузионной области. Такое горение называют диффузионным. Все пожары представляют собой диффузионное горение. Если же время' физической стадии процесса оказывается несоизмеримо меньше времени, необходимого для протекания химической реакции, то можно принять, что время егорания химически неоднородной системы примерно равно времени протекания самой химической реакции. Скорость процесса практически определяется только скоростью химической реакции. Такое горение Г называют кинетическим, например, горение химически однородных горючих систем, в которых молекулы окислителя хорошо перемешаны с молекулами горючего вещества и не затрачивается время на смесеобразование (гомогенное горение). Поскольку скорость химической реакции при высокой температуре велика, горение таких смесей происходит мгновенно, в , виде . взрыва. Если продолжительность химической реакции и физическая стадия ' процесса горения соизмеримы, то горение протекает в промежуточной области, в которой на скорость горения влияют как химические, так и физические факторы. Пространство, в котором сгорают пары и газы, называется пламенем, или факелом. В случае когда горит заранее не подготовленная смесь паров или газов с воздухом, пламя называюг i диффузионным.Всш. такая смесь образуется в пламени в процессе горения, - пламя кинетическое. В условиях пожара газы, жидкости и твёрдые вещества горят диффузионным ; пламенем. Наиболее характерным свойством возникновения очага пламени является его способность к самопроизвольному распространению по горючей смеси. В понятие распространенце пламени объединены разнообр^ные явления, ; сопровождаюпщеся образованием дефлаграционных (распространяющихся с дозвуковой скоростью) и детонационных (распространяющихся со сверхзвзчсовой скоростью) пламён. Дефлаграционные пламёна, в свою очередь, подразделяются на ламинарные и турбулентные. Для объяснения процессов, приводящих к возникновению горения и развитию процессов ^ горения, предложены так называемые тепловая и цепная теории. Тепловой взрыв. Под тепловым взрывом (или тепловым самовоспламенением) понимают процесс развития химических реакций, протекающих с достаточно большим выделением тепла, характеризующихся , достаточно высокой энергией активации и заканчивающихся появлением, пламени. Основной идеей тепловой теории является представление о наличии обратной связи между химической реакцией и выделяемым ею теплом. В ходе протекания экзотермического превращения выделяется тепло, пропорциональное скорости реакции, и вещество разогревается. При этом, в зависимости от интенсивности химической реакции и условий теплообмена с * внешней средой, возможны следующие варианты развития процесса: • если реакция идёт достаточно медленно и, значит, скорость тепловыделения невелика, стенки реакционного сосуда успевают выделяющееся тепло отводить в окружающую среду. В результате этого при некоторой температуре, лишь немного превышающей температуру окружающей среды, устанавливается тепловое равновесие между реагирующей системой и внешней средой; • если начальная температура реагирующей системы достаточно высокд и выделяющееся тепло не успевает отводиться во внешнюю среду, наблюдается процесс быстрого повышения температуры реагирующей системы, заканчивающийся появлением пламени. Этот процесс мы воспринимаем как самовоспламенение или взрыв. Тепловой взрыв возникает тем легче, чем выще скорость тепловыделения и больше температура сгорания. Анализ экспериментальных данных свидетельствует о том, что в одних случаях самовоспламенение носит тепловой характер, а в других - цепной. Цепной взрыв представляет собой разновидность автокаталитических реакций. Характерной особенностью цепного самовоспламенения является его автокатализ не конечными продуктами реакции (СО 2 И НгЬ), а образующимися в результате промежуточных химических превращений свободными радикалами. К самовоспламенению и взрыву даже в изотермических условиях могут приводить разветвлённые цепные реакции. Отличие разветвлённых цепных реакций от других типов автокаталитических процессов заключается в периодическом возникновении реакций, в которых вместо одного активного атома или радикала возникает два или несколько новых. Показатели пожаровзрывоопасности веществ и материалов. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов - совокупность свойств, характериззчопщх их способность к возникновению и распространению горения. Следствием горения может быть пожар или взрыв. Всего показателей пожаровзрывоопасности более двадцати. Но нам будет достаточно рассмотреть наиболее часто применяющиеся (см. ГОСТ 12.1.044- 89 «Пожаровзрывоопасность веществ и материалов»). Группа горючести - классификационная характеристика способности веществ и материалов к горению. По горючести вещества и материалы подразделяются на три группы: • негорючие (несгораемые) - вещества (материалы), не способные к горению. Негорючие вещества могут быть пожаровзрывоопасными (например, окислители или вещества, выделяющие горючие продукты при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом); • трудногорючие (трудносгораемые) - вещества и материалы, способные гореть при воздействии источника зажигания, но не способные самостоятельно гореть после его удаления; • горючие (сгораемые) - вещества и материалы, способные самовозгораться, а также возгораться при воздействии источника зажигания и самостоятельно гореть после его удаления. Горючие жидкости с температурой вспыпзки не более 61 °С, зафлегматизированные смеси, не имеющие вспышки, относятся к легковоспламеняющимся (ЛВЖ). Особо опасными называют ЛВЖ с температурой вспышки не более 28°С. Температура вспышки - наименьшая температура конденсированного вещества, при которой над её поверхностью образуются пары, способные вспыхивать в воздухе от источника зажигания; устойчивое горение при этом не возникает. Значение температуры вспышки применяется ^ при характеристике: пожарной опасности жидкости. Температура вспышки жидкостей, принадлежащих к одному и тому же классу, закономерно зависит от физических свойств членов гомологического ряда. Она повышается с увеличением молекулярной массы, температуры кипения и плотности. Так, метиловый спирт имеет М=32 и ^всп 8°С, а последний член ряда, Н-амиловый спирт, -?всп=40°С. Температура воспламенения - наименьшая температура вещества, при которой вещество выделяет горючие пары и газы с такой скоростью, что при воздействии на них источника зажигания наблюдается воспламенение. Температура самовоспламенения - самая низкая температура вещества, при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций, заканчивающихся пламенным горением. Нижние (верхние) концентрационные пределы распространения пламени (НКПРП и ВКПРП) - минимальное (максимальное) содержание горючего вещества в однородной смеси с окислительной средой, при которой возможно распространение пламени по смеси на любое расстояние от источника зажигания. Невозможность воспламенения горючей смеси при концентрации ниже НКПРП объясняется малым количеством горючего вещества и избытком воздуха. Смесь, имеющая небольшое количество горючего и избыток воздуха, характеризуется минимальной скоростью распространения пламени, низкой температурой горения (до 1 300 °С) и небольшим давлением взрыва (0,3 МПа). При концентрации горючего в смеси выше НКПРП горение проходит с большой скоростью, давление при взрыве повышается. Верхний концентрационный предел распространения пламени (ВКПРП) характеризуется избытком горючего и малым количеством воздуха. Концентрационная область распространения пламени различных газо- и паровоздушных смесей неодинакова. Наибольшую область имеют оксид этилена, водород, а наименьшую - пропан, бутан. Чем ниже НКПРП и ,: больше концентрационная область распространения пламени, тем большую ; пожарную опасность они представляют. Зная область распространения пламени в процессе применения и хранения газов и горючих жидкостей, можно поддерживать такой режим, при котором концентрации горючего будут выше верхнего или ниже нижнего КП. Концентрационная область сильно зависит от температур и давлений в аппаратах и хранилиш;ах.; Поскольку НКПРП большинства горючих газов сравнительно невелик, переработка таких газов при концентрациях, меньших НКПРП, малоэффективна. Для взрывоопасных смесей с ВКПРП до 15...30% об. целесообразно переобогащение смеси горючим и поддержание такой концентрации на заданном уровне в течение всего цикла технологического f процесса. Например, для смесей углеводородов от метана до гексана с ; кислородом при нормальных условиях ВКПРП составляет 61...40 % об, для смесей с воздухом максимальное взрывоопасное содержание горючего составляет 15.. .7 % об. Для газовых смесей заметное изменение области воспламенения наблюдается : при пониженном давлении; при этом происходит её сокращение вплоть до смыкания нижней и верхней границ области воспламенения. Ниже этого давления воспламенение смеси любого состава невозможно. При повышении температуры на каждые 100 °С НКПРП снижается на 10 % ; от первоначальной величины, ВКПРП увеличивается на 15 %. В тех случаях,, когда по технологическим (или экономическим) причинам процесс нужно вести при такой концентрации горючего газа с воздухом, которая находится в области распространения пламени, в смесь вводят флегматизаторы, в присутствии которых смесь становится негорючей. В качестве инертных флегматизаторов применяют азот, аргон, диоксид углерода, водяной пар, продукты сгорания топлива (НгО, СО |