Учебник Пожарная безопасность технологических процессов Пожарнопрофилактическая подготовка
 Скачать 186.57 Kb.
|
|
6.3. Условия, способствующие распространению пожара Опыт эксплуатации производств, на которых соблюдаются правила пожарной безопасности показывает, что аварии не приводят к сложным и затяжным пожарам с тяжкими последствиями: человеческими жертвами и большим материальным ущербом. На таких предприятиях, как правило, отсутствуют условия развития начавшегося пожара, т.е. быстрого распространения огня по технологическим аппаратам и коммуникациям, по горючим веществам и материалам, по производственным помещениям. Распространению начавшегося пожара способствуют: скопление сверхнормативных количеств горючих веществ и материалов в складских помещениях и на производственных площадках; запоздалое обнаружение возникшего пожара и извещение пожарной охраны, отсутствие или неисправность средств и систем пожаротушения, неправильные действия людей по тушению пожара; внезапное появление в процессе пожара факторов, которые ускоряют его развитие; наличие путей, по которым возможно распространение пламени и раскаленных продуктов горения в соседние помещения и цеха, на смежные установки и производственные площадки. Большую опасность возникновения и развития пожара на действующем производстве представляет скопление горючих веществ и материалов (сырья, полуфабрикатов, готовой продукции, отходов). Для обеспечения бесперебойной и непрерывной работы предприятий создаются необходимые запасы сырья и полуфабрикатов, количество которых и места размещения определяются, с одной стороны, производственной потребностью, а с другой - пожарной безопасностью. Создание сверхнормативных и неучтенных запасов из-за плохой организации производства, нечеткой работы смешных предприятий-поставщиков сырья приводит к перегрузке рабочих мест горючими веществами, вызывает необходимости создания временных складов, которые не имеют необходимой противопожарной защиты. Переработка пластических масс, древесины, хлопка, сельскохозяйственных продуктов, обработка твердых горючих материалов сопровождаются образованием обрезков, стружки, опилок и других отходов непосредственно на рабочих местах. Здесь же появляются и источники зажигания: разряды статического электричества, теплота трения, фрикционные искры, проявляется склонность веществ к тепловому самовозгоранию. Все это вместе взятое создает повышенную угрозу пожара. Во многих отраслях промышленности широко используются всевозможные антифризы, антифрикционные жидкости и теплоносители, моющие средства, растворители и разбавители, приготовленные на основе легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, в процессах механической обработки и переработки материалов, обезжиривания изделий, приготовления клеевых и резиновых композиций, получения химических волокон и других материалов. В процессе пожара могут внезапно появиться факторы, которые способствуют его развитию и затрудняют тушение. Поступление дополнительных количеств горючих веществ и материалов в очаг пожара происходит при повреждении и разрушении аппаратов и трубопроводов. Оборудование разрушается из-за чрезмерного роста давления среды в аппаратах, нагревающихся в условиях пожара, взрыва горючих смесей или термического распада продуктов, появления температурных напряжений и деформаций, ухудшения механических свойств материала оборудования и потери устойчивости конструкций. Необходимо помнить, что использование на пожаре компактных струй воды может ускорить разрушение аппаратов при попадании их на высоконагретые поверхности. К характерным путям распространения пламени относятся: поверхность разливающихся пожароопасных жидкостей, отложения горючих материалов на полу помещения, поверхностях оборудования, воздуховодов и других поверхностях, отложения лаков, красок, полимерных материалов, пылей и других горючих веществ и материалов в коробах воздуховодов; паро-, газо- или пылевоздушные взрывоопасные смеси в производственных помещениях или на открытых площадках, свежеокрашенные поверхности изделий; твердые горючие материалы, полуфабрикаты и изделия (в том числе горючие строительные конструкции); теплоизоляция аппаратов и трубопроводов, пропитанная горючими жидкостями; трубопроводы, материалопроводы, канализационные системы и другие транспортные коммуникации при наличии в них горючей среды. По открытым дверным и технологическим проемам в стенах и перекрытиях пожароопасные жидкости, горючие смеси, раскаленные продукты горения могут проникать в соседние помещения. . Причины образования горючей среды внутри технологических аппаратов и производственных помещений На промышленных предприятиях хранятся и перерабатываются разнообразные по химическим и пожароопасным свойствам жидкие, газообразные и твердые вещества. Каждая из этих групп веществ имеет свои особенности. Например, жидкости могут находиться и в герметически закрытых и в открытых емкостях, а газы, в том числе и сжиженные, — только в герметически закрытых аппаратах. Упругость пара жидкости над ее зеркалом в аппарате близка или равна давлению насыщенного пара при данной температуре, в то время как концентрация газов в аппаратах от температурного режима работы не зависит. Естественно, что наиболее опасными для производства являются случаи повреждений и аварий аппаратов. При повреждении аппаратов и трубопроводов с газами последние в силу своей большой текучести и диффузионной способности выходят наружу, смешиваются с воздухом и могут быстро образовать взрывоопасные концентрации в больших объемах. При повреждении аппаратов и трубопроводов с жидкостями происходит растекание и испарение жидкостей. При этом взрывоопасные смеси паров жидкости с воздухом могут образоваться только при определенных температурных условиях. Утечка жидкостей чаще всего приводит к возникновению пожаров и реже — к взрывам. Большинство твердых веществ обрабатывают открыто, т. е. без специальных укрытий и изоляции. В том случае, когда вещества самовозгораются на воздухе или процесс их обработки сопровождается образованием пыли и продуктов разложения, обработку твердых веществ осуществляют также изолированно от воздуха или в закрытых аппаратах с местными отсосами пыли. Следовательно, условия образования опасных концентраций в аппаратах с пылями несколько отличны от условий в аппаратах с парами и газами. Вместе с тем причины, вызывающие повреждение аппаратов и трубопроводов с огнеопасными газами, жидкостями и пылями, во многом аналогичны и могут рассматриваться совместно. После оценки пожаро- и взрывоопасности среды внутри производственных аппаратов необходимо установить, какие из этих аппаратов могут являться источниками выхода горючих веществ наружу. Горючие газы, пары и жидкости выходят из аппаратов и трубопроводов в производственное помещение или на открытую площадку не только при повреждениях и авариях, но и при наличии исправных аппаратов, имеющих открытую поверхность испарения жидкости или дыхательные устройства, если эксплуатируются аппараты периодического действия, с сальниковыми уплотнениями и т. п. Даже из герметически закрытых аппаратов, работающих под повышенным давлением, также происходят небольшие утечки из-за наличия неплотностей в швах, фланцевых соединениях и арматуре. При эксплуатации указанных аппаратов у мест выхода паров и газов могут образоваться горючие концентрации. Размеры зон воспламеняемых смесей, т.е. реальная опасность подобных аппаратов, определяются не только пожароопасными свойствами находящихся в них веществ, но и, главным образом, их количеством, которое может выходить наружу за определенный отрезок времени. Количество выходящих наружу веществ может быть найдено опытным путем или определено расчетом. Испарение с открытой поверхности происходит при хранении жидкостей в открытых резервуарах, наличии окрасочных ванн, пропитке в ваннах растворенными смолами тканей и бумаги, промывке и сушке деталей растворителями и т. п. С открытой поверхности испаряется жидкость и в том случае, когда она растекается ,при аварии аппаратов и трубопроводов. Взрывоопасная концентрация смеси паров с воздухом над поверхностью открытого аппарата образуется, если температура жидкости tраб будет выше температуры ее вспышки tвсп. С учетом коэффициента надежности это условно выражается соотношением: tраб ≥ tвсп - 10ºС. Размер образующейся взрывоопасной зоны паров определяется условиями испарения. Количество жидкости, испаряющейся со свободной поверхности, зависит от ее физических свойств, температурных условий испарения, площади зеркала испарения, времени испарения и подвижности воздуха. В технологических процессах производств нередко применяются аппараты периодического действия. К таким аппаратам относятся растворители синтетических смол и других веществ, ксантогенераторы, клеемешалки, смесители, экстракторы, фильтрпрессы и т. п. При всех прочих равных условиях аппараты периодического действия представляют большую пожарную опасность по сравнению с аппаратами непрерывного действия. Аппараты периодического действия перед началом рабочего цикла загружаются твердыми или жидкими горючими веществами, в процессе работы появляется необходимость брать пробы обрабатываемых веществ на анализ, а по окончании процесса аппарат должен разгружаться и готовиться для последующего цикла работы. Таким образом, эксплуатация даже герметично закрытых аппаратов периодического действия сопряжена с необходимостью открывания люков, крышек, загрузочных и разгрузочных приспособлений и выходом пои этом наружу определенного количества горючих веществ. Открывание крышки смесителя при разгрузке, загрузке аппарата приведет к выходу паров ЛВЖ наружу, образованию местных пожароопасных концентраций вблизи аппарата, а также и внутри аппарата при поступлении в него воздуха. Процесс загрузки горючих веществ в аппарат сопровождается вытеснением наружу орпределенного количества газовоздушной смеси. При этом если аппарат загрузочной трубой соединен с бункером, находящимся в другом помещении пары огнеопасной жидкости, вытесняемые при загрузке такого аппарата, могут попадать в бункер и из него в помещение, создавая опасность взрыва. При эксплуатации закрытых аппаратов и емкостей, находящихся под давлением, даже при их исправном состоянии всегда происходят небольшие утечки горючих веществ. Это объясняется тем, что даже при самой тщательной обработке прилегающих друг к другу поверхностей нельзя создать абсолютную непроницаемость. Величина утечки будет зависеть главным образом от режима работы аппарата и состояния уплотнителей. Утечки из нормально герметизированных аппаратов, работающих под давлением, происходят хотя и непрерывно, но обычна не вызывают реальной пожарной опасности, так как выходящие наружу маленькие струйки газа или пара чаще всего рассредоточены по поверхности аппарата и при наличии воздухообмена, сразу же рассеиваются и отводятся от места их выделения. Значительное количество аппаратов, работающих под давлением, имеют движущиеся механизмы (лопасти мешалок, колеса насосов и компрессоров, винты шнеков и т. п.), валы или штоки которых проходят через корпус аппарата с соответствующими сальниковыми уплотнениями. Уплотнения вращающихся валов и штоков, совершающих возвратно-поступательное движение, должны создавать небольшое трение, быть износоустойчивыми, обладать требуемой герметичностью и возможностью легкой замены. Создать надлежащую герметичность сальников очень трудно, поэтому при работе аппаратов с наличием сальниковых уплотнений всегда наблюдается утечка паров, газов или жидкости. Наибольшую опасность для производства представляют повреждения и аварии технологического оборудования и трубопроводов, в результате которых значительное количество горючи: веществ выходит наружу, вызывая опасное скопление паров и газов в помещениях, загазованность открытых территорий, разлив жидкостей на большие площади. Последствия повреждения или аварии будут зависеть от размеров аварии, а также пожароопасных свойств выходящих наружу веществ, от их температуры и давления. При эксплуатации производственных аппаратов возможны не только повреждения прокладок, сальников, швов и т. п., но и повреждение материала корпуса и даже полное разрушение аппаратов с выходом наружу большого количества жидкостей и газов. Если в поврежденных аппаратах или трубопроводах горючие вещества нагреты выше температуры самовоспламенения, то при выходе наружу и соприкосновении с воздухом произойдет их -загорание и образуется устойчивый факел горящего газообразного продукта или разлившейся жидкости. При этом воспламенение может сопровождаться небольшим хлопком. Такое же явление будет наблюдаться, когда в непосредственной близости от участка повреждения находятся источники открытого огня или аппараты с температурой поверхности, равной или выше температуры самовоспламенения попадаемого на них продукта. Если же выходящее из поврежденных аппаратов или трубопроводов горючее вещество нагрето ниже температуры самовоспламенения, но выше температуры вспышки (для жидкостей), то неизбежно произойдет образование горючих концентраций паров или газов с воздухом. При этом могут образоваться не только местные, но и во всем объеме производственного помещения или на территории открытых площадок взрывоопасные концентрации. Повреждения аппаратов и трубопроводов могут носить местный, т. е. локальный, характер (образование трещин, свищей, сквозных отверстий от коррозии, прогары теплообменной поверхности, выжимание прокладок фланцевых соединений и т. п.), но может происходить и полное разрушение аппарата или трубопровода. В первом случае через образовавшееся отверстие 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 газа или жидкости из соединенных с ним трубопроводов. 2. Причины образования горючей среды внутри производственных помещений Условия работы технологических аппаратов разнообразны. Материал аппаратов, трубопроводов, их арматура и прокладка испытывают постоянное воздействие обрабатываемых веществ, нередко нагретых до высоких температур и находящихся под высоким давлением. На аппараты воздействует также окружающая среда, которая часто, особенно в химических производствах, обладает агрессивными свойствами. Материал аппаратов и толщина стенок при проектировании подбираются таким образом, чтобы они могли противостоять воздействию обрабатываемых веществ, температуры, внутреннего давления и внешней среды. Следовательно, аварии и повреждения могут возникнуть от недостатков конструктивного характера (неудачный подбор материала, неправильный расчет) или, эксплуатационного характера (нарушение принятых режимов работы аппаратов) или при действии обеих причин одновременно. Определить истинную причину повреждения не всегда бывает просто, так как кажущаяся на первый взгляд очевидной причина повреждения в действительности может являться следствием ряда других взаимосвязанных между собой явлений. Естественно, что предупредительные мероприятия должны быть направлены на предотвращение действительных причин повреждений и аварий. Чтобы несколько облегчить процесс исследования причин повреждений аппаратов, необходимо изучить наиболее характерные из них. Рассмотреть эти причины одновременно и во взаимосвязи почти невозможно, поэтому мы рассмотрим их в отдельности. Причины повреждений производственного оборудования можно разделить на три группы: повреждения, возникающие в результате механических воздействий на материал аппаратов и трубопроводов; повреждения, возникающие в результате температурных воздействий на материал аппаратов и трубопроводов; повреждения, возникающие в результате химического износа материала. Механическая прочность технологического оборудования является необходимым условием для обеспечения его безопасной эксплуатации. Прочность технологического оборудования обеспечивается правильным подбором материала с учетом характера и величин внешних нагрузок, действующих на аппарат. При этом всегда сходят из самых неблагоприятных условий работы аппарата. При проектировании и изготовлении аппаратов принимают все меры к тому, чтобы предотвратить возможность их повреждения вследствие недостаточной механической прочности. Вместе с тем на промышленных предприятиях нередко наблюдаются повреждения и аварии аппаратов и трубопроводов. Это происходит по многим причинам, в том числе и в результате воздействия не предусмотренных расчетом нагрузок, наличия скрытых внутренних дефектов материала, отсутствия или неисправности эффективных средств защиты аппаратов от перегрузок, а также некачественного технического надзора за оборудованием в процессе его эксплуатации. В результате не предусмотренного расчетом механического воздействия материал корпуса аппарата или трубопровода может испытывать чрезмерно высокие внутренние напряжения, способные вызвать не только образование неплотностей в швах и разъемных соединениях, но и полное разрушение аппарата или трубопровода по наиболее слабому сечению. Причинами появления высоких внутренних напряжений могут являться завышенные против нормы внутренние давления в аппаратах (от нарушения материального баланса, теплового расширения веществ, прекращения конденсации паров и т. п.) и нагрузки динамического характера, на которые аппарат не рассчитан. Опасность повреждения емкостных аппаратов периодического действия может возникнуть в период их заполнения. Отсутствие . регулирующих приборов, а также измерителей уровня жидкостей или давления газов, недостаточный контроль за процессом наполнения могут явиться причиной переполнения аппаратов, образования в них повышенного давления и повреждения корпуса. Неоднократно случаи образования повышенного давления наблюдались при подаче газа в газгольдеры, когда подвижную часть газгольдера вследствие перекоса или обледенения заклинивало. Указанные причины при отсутствии автоматических систем прекращения подачи газа в газгольдер приводили к выбросу газа наружу через гидравлический уплотняющий затвор. Чтобы не допустить переполнения аппаратов жидкостями или газами, осуществляют контроль за операциями наполнения, а аппараты и емкости оборудуют соответствующими приборами контроля и защиты. Повышенные давления нередко образуются при увеличении сопротивления в линиях за насосами, компрессорами или аппаратами. Это происходит при неполном открывании задвижек, а также при уменьшении сечения линий в результате отложений на стенках солей, грязи, кокса, полимеров, кристаллогидратов и т. п. Значительное количество аварий, сопровождающихся взрывами и пожарами, происходит при пуске компрессоров с закрытыми задвижками на выкидных газовых линиях. Уменьшение внутреннего сечения трубопровода может произойти в результате различного рода отложений. Так, например, при низких рабочих температурах или низкой температуре внешней среды в газовых и жидкостных линиях с наличием увлажненных углеводородных продуктов возможно образование ледяных и кристаллогидратных пробок. Нередко происходит скопление и замерзание воды в дренажных линиях, что приводит к переполнению аппаратов, емкостей и повышению в них давления. Отложения в трубах могут происходить в результате образования твердых продуктов термического разложения органических веществ (ококсование труб) и образования полимерных соединений (особенно при нарушении температурного режима и уменьшении скоростей движения продукта). В трубопроводах могут быть также отложения механических примесей и солей, содержащихся, в транспортируемом продукте. Повышение давления в газовых линиях нередко происходит из-за попадания в них жидкости (газовый дистиллят, водяной конденсат), образующей пробки в коленах, изгибах и наиболее низких участках. В мерниках, резервуарах и других емкостных аппаратах повышенное давление может образоваться из-за отсутствия условий для своевременного удаления вытесняемой паровоздушной смеси при наполнении аппаратов жидкостью. Весьма опасным случаем является образование повышенных давлений в аппаратах и трубопроводах при нагревании находящихся в них жидкостей и газов выше установленного предела. Это может произойти при отсутствии или неисправности контрольно-измерительных приборов, недосмотре обслуживающего персонала, а в некоторых случаях от лучистой энергии соседних аппаратов и даже от повышения температуры окружающей среды. При повышении рабочей температуры давление в аппаратах возрастает за счет объемного расширения веществ и увеличения упругости паров и газов. Следует различать два вида аппаратов, в которых указанные явления будут сказываться по-разному, — это аппараты, полностью изолированные, и аппараты, соединенные с другими. Естественно, что наиболее опасными будут первые аппараты, так как в них при одинаковом нагреве давление нарастает значительно интенсивнее и до более высоких пределов, чем во вторых. При заполнении аппаратов, емкостей и баллонов жидкостью могут произойти случаи их переполнения. При этом жидкость займет весь объем аппарата и парового пространства в нем не будет. В сплошь наполненных аппаратах и емкостях, особенно если они герметично отключены от других аппаратов и емкостей, жидкости, нагреваясь, стремятся увеличиваться в объеме, но этому препятствуют стенки аппаратов. Так как жидкости практически не сжимаются, то нагревание их даже до невысоких температур вызывает очень большие внутренние давления, приводящие к повреждениям и разрыву стенок. То же получается при нагреве емкостей и баллонов, сплошь заполненных сжиженными газами. На практике было немало случаев, когда неправильное заполнение бочек и цистерн жидкостями, а также емкостей и баллонов сжиженными газами при последующем нагревании заканчивалось авариями. Основой некоторых широко распространенных производств являются процессы испарения горючих и легковоспламеняющихся жидкостей. К таким процессам относятся: перегонка и ректификация растворов на атмосферных и вакуумных установках, концентрирование и упаривание растворов, испарение растворителей из растворов твердых веществ и т. п. Во всех указанных технологических операциях испарение жидкостей сочетается с последующей конденсацией полученного пара. Нарушение нормального процесса конденсации паров может привести к образованию повышенного давления в системе. Если конденсация пара уменьшится или прекратится совсем, а процесс парообразования будет продолжаться, то количество пара в колонне, конденсаторе и приемнике конденсата будет возрастать. При этом давление в аппаратах увеличится, кроме того, часть несконденсировавшегося пара будет выходить наружу через открытую воздушку на емкости конденсата. Если в аппарат с высокой рабочей температурой по какой-либо причине попадет жидкость, температура кипения которой значительно ниже температуры в аппарате, то произойдет интенсивное испарение жидкости и повышение давления. Вода или другая низкокипящая жидкость может попасть в высокотемпературные аппараты вместе с поступающим продуктом, через неплотности теплообменной поверхности холодильников, находящихся внутри аппаратов, при неправильном переключении линий, а также в виде конденсата из паровых технологических и продувочных линий. Последнее имеет место в том случае, когда острый пар подается в недостаточно прогретые аппараты, если пар обводнен или паровая линия перед пуском пара в аппарат не освобождалась от конденсата. Наблюдались случаи, когда в аппаратах после промывки или испытания оставалась часть воды и высоконагретый продукт подавался без предварительного ее испарения. Многие химические процессы протекают с выделением значительного количества тепла, с образованием побочных продуктов в виде паров и газов. Избыточное тепло, а также избыточные газообразные продукты своевременно отводят из аппарата, за счет чего в нем поддерживается нормальное рабочее давление. При эксплуатации производственного оборудования неплотности и повреждения могут появиться в результате образования не предусмотренных расчетом температурных напряжений в материале стенок аппаратов и трубопроводов, а также в результате изменения механических свойств металлов под воздействием температуры. Опасные температурные напряжения в материале возникают при резких изменениях рабочей температуры аппарата или окружающей среды, под влиянием неравномерного воздействия температуры на конструктивные элементы аппарата, а также при действии изменяющейся или неодинаковой температуры на жестко закрепленные конструкции и узлы аппаратов. Общее внутреннее напряжение, появляющееся в материале от действия полезной нагрузки и от температурных воздействий, может превысить пределы текучести, прочности и вызвать появление необратимых деформаций, разрывы стенок аппарата, трубопровода. Механические свойства металла могут измениться в худшую сторону при действии на аппарат не предусмотренных расчетом как высоких, так и низких температур. При этом даже нормальные рабочие нагрузки могут привести к появлению необратимых деформаций и повреждению аппаратов или трубопроводов. Под химическим износом понимают уменьшение толщины или прочности стенок аппаратов в результате химического взаимодействия материала с обрабатываемыми веществами или с внешней средой. Находящиеся в аппаратах и трубопроводах вещества, имеющиеся в них химические примеси, используемые катализаторы, инициаторы или ингибиторы, а также среда, окружающая аппараты, могут химически взаимодействовать с материалом корпуса, вызывая его разрушение. Разрушение металла от действия на него соприкасающейся с ним среды называется коррозией. За последние четверть века борьба с коррозией приобрела особо важное значение, так как все шире и шире применяются высокие температуры и давления, большие скорости, агрессивные среды и т. п. Защита производственной аппаратуры от коррозии, является своего рода инженерно-техническим мероприятием, снижающим пожарную опасность процесса. |