Онлайн учебник по охране труда
Глава 18. Основы профилактики взрывов и пожаров > 18.2. Пожаровзрывобезопасность технологии и оборудования

Пожаровзрывобезопасность технологии и оборудования

18.2.1. Активные способы защиты

Пожаровзрывобезопасность технологических процессов и оборудования достигается:

  • исключением образования внутри аппаратов и оборудования горючей среды;
  • исполнением, применением и режимом эксплуатации аппаратов и оборудования;
  • не превышением допустимых величин - температуры и количества горючих веществ, концентрации кислорода или другого окислителя в смеси;
  • обеспечением необходимой концентрации флегматизатора в воздухе;
  • применением устройств аварийного сброса давления;
  • использованием оборудования, рассчитанного на давление взрыва;
  • применением средств пожаротушения и взрывоподавления;
  • надежностью системы контроля, управления и противоаварийной защиты производственного процесса.

Снижение опасных концентраций горючих веществ должно достигаться устройством отсосов из мест их образования и скопления.

Исключение образования внутри аппаратов и оборудования горючей среды достигается применением твердых или газообразных флегматизаторов горения. В качестве флегматизаторов горения применяются негорючие порошки, азот, диоксид углерода или другие инертные газы, добавление которых делает смесь негорючей.

Допустимая безопасная температура нагрева поверхностей аппаратов и оборудования составляет 80% от температуры самонагревания горючих пылей, склонных к самовозгоранию, и 80% от температуры самовоспламенения пылей, не склонных к самовозгоранию.

Расчет аппаратов и оборудования на взрывоустойчивость следует производить по максимальному давлению взрыва горючих пылей.

Самой эффективной мерой обеспечения пожаро,- и взрывозащиты является замена пожаровзрывоопасных процессов на безопасные путем исключения пожаро- и взрывоопасных веществ и материалов из обращения еще на стадии проектирования производства. Однако осуществить это на практике удается крайне редко. Более приемлема замена отдельных пожаро- и взрывоопасных операций на менее опасные. Комплексное решение этих двух задач дает наибольший социальный и экономический эффект.

На практике пожаро- и взрывозащита технологического процесса в значительной степени достигается за счет правильного выбора промышленных площадок, строительных конструкций производственных зданий и способов пожаровзрывозащиты оборудования.

В промышленности широко используют как активные, так и пассивные средства взрывозащиты. К числу активных мер относятся: контроль за накоплением взрывоопасных паров в помещениях; аварийное вентилирование помещений при образовании в них взрывоопасной среды; флегматизация взрывоопасной среды в помещениях; применение предохранительных  |конструкций, ослабляющих разрушительное действие взрыва, подавление возникшего взрыва.

Активные средства взрывозащиты срабатывают в момент возникновения взрыва по сигналу газоанализатора, локализуют и подавляют очаг взрыва еще до достижения им разрушительной силы.

Действие активных средств защиты направлено:

  • на подавление взрыва при его зарождении путем введения в  очаг взрыва огнегасящего вещества, что осуществляется с помощью автоматических систем подавления взрыва (АСПВ);
  • создание инертной зоны в трубопроводах и в соседних аппаратах для предотвращения распространения взрыва;
  • блокирование аппарата, в котором произошел взрыв, с помощью отсекающих устройств;
  • автоматическое прекращение работы оборудования.

При выборе методов и средств активной взрывозащиты необходимо знать основные пожаро- и взрывоопасные свойства веществ, механизм горения и параметры, характеризующие взрыв, химический состав горючих технологических сред и их рабочие физические параметры, объем оборудования, скорость движения горючих сред и т. п.

Принцип действия систем подавление взрыва с помощью АСПВ состоит в обнаружении очага взрыва высокочувствительным датчиком и быстром введении в защищаемый аппарат распыленного огнетушащего вещества, прекращающего процесс развития взрыва.

Высокочувствительный датчик (индикатор взрыва), через блок управления 5 приводит в действие исполнительные устройства 3 и 6, впрыскивающие в полость аппарата огнетушащую жидкость. В качестве исполнительных устройств системы могут быть также использованы пламеотсекатели 4, препятствующие распространению пламени по технологическим коммуникациям в другие аппараты. На схеме показан простейший пример взрывозащиты одного аппарата. АСПВ можно использовать и для защиты всей производственной линии, включающей ряд аппаратов.

В комплект устройства АСПВ может входить несколько индикаторов взрыва, и, наоборот, на один индикатор взрыва может приходиться несколько взрывоподавляющих устройств. Все зависит от конкретных условий.

Важным преимуществом АСПВ (по сравнению, например, с устройствами для сброса давления взрыва — мембранами, клапанами) является отсутствие выбросов в атмосферу токсичных и пожаро- и взрывоопасных продуктов, горючих газов и открытого огня.

Взрыв в замкнутом объеме сопровождается повышением температуры и давления, световым излучением, а также ионизацией газа, и обнаружить взрыв в аппарате можно по любому из этих проявлений. Индикатор взрыва АСПВ как раз и является устройством, преобразующим один из указанных параметров в электрический сигнал. В качестве индикаторов взрыва применяют три типа датчиков — датчик максимального давления и максимальной скорости нарастания давления, а также оптические датчики. Первый из них срабатывает при достижении установленного предела давления, второй — подает импульс в случае достижения установленной скорости нарастания давления. Оптический датчик фиксирует появление излучения, соответствующего спектру пламени горючего вещества. Это наиболее быстродействующий датчик, однако, он имеет довольно сложную конструкцию и может давать ложное срабатывание от случайного источника света соответствующего спектра.

Оросители предназначены для продолжительного введения огнетушащего вещества в полость защищаемого аппарата или трубопровода с целью охлаждения продуктов сгорания и предотвращения повторного воспламенения в аппарате или распространения пламени по трубопроводу.

При подаче электрического командного импульса на пироустройство разрушается мембрана, и огнетушащее вещество через распылитель попадает в полость защищаемого аппарата или трубопровод.

В комплект АСПВ входят быстродействующие пламеотсекатели, являющиеся его основным исполнительным органом. Масштабы разрушения и материального ущерба в результате взрыва в аппарате могут быть значительно снижены, если не допустить распространения пламени по технологическим коммуникациям в другое оборудование производства. Для этой цели и служат, в частности, пламеотсекатели. На рис. 18.2 представлены схемы песчаного и мембранного пламеотсекателей.

Принцип действия песчаного пламеотсекателя состоит в следующем. При подаче электрического импульса воспламеняется пирозаряд 2. Образующиеся при этом газы разрушают мембраны 3 и с большой скоростью выбрасывают песок вниз. Под действием потока песка опорные лепестки, размещенные в пакете 5, отгибаются и перекрывают оба сечения патрубка 4, а песок заполняет всю нижнюю полость. Время срабатывания конструкции составляет не более 0,03—0,2 с (при величине условного прохода 100— 350 мм).

Пламеотсекатели не обеспечивают герметичного перекрытия трубопроводов, однако полностью исключают прохождение пламени. По сравнению с огнепреградителями они имеют ряд преимуществ: не создают дополнительного гидравлического сопротивления и эффективны в условиях сильно запыленных и загрязненных сред.

В качестве огнетушащих веществ для АСПВ за рубежом широко применяют бром-, хлор- и фторпроизводные метана и этана. В отечественной системе «Радуга» в качестве огнетушащего вещества используют воду.

Для подавления взрывов нашли применение также порошковые составы на основе карбонатов и бикарбонатов натрия и калия, аммониевых солей фосфорной, серной, борной и щавелевой кислот, а также комбинированные составы.

Флегматизация взрывоопасной среды основана на разбавлении взрывоопасной среды до состояния, в котором она не способна распространять пламя.

Флегматизирующее устройство представляет собой автоматический быстродействующий огнетушитель, который срабатывает по сигналу индикатора взрыва. При этом освобождается выходное отверстие и флегматизирующая смесь под давлением вытесняющего газа вспрыскивается в защищаемый объем.

Для блокирования взрыва используют отсекающие устройства, в частности быстродействующие отсечные клапаны (отсекатели), которые приводятся в действие от детонатора по сигналу индикатора взрыва.

Отсекатели и флегматизирующие устройства устанавливают на вводных и выводных коммуникациях потенциально взрывоопасного аппарата. Обычно отсечные клапаны обеспечивают защиту наиболее «слабых» аппаратов технологической нитки. Время срабатывания отсекателя определяется длиной трубопровода от взрывоопасного аппарата до установленного отсекателя.

Часто при возникновении взрыва в одном из аппаратов для предотвращения серьезных аварийных ситуаций требуется немедленное прекращение работы всей технологической линии. В этом случае от индикатора взрыва срабатывает специальное устройство, которое автоматически прекращает работу всей технологической нитки или отдельной группы аппаратов.

Как правило, этот способ применяют в сочетании с другими активными методами взрывозащиты.

Контроль за накоплением горючих газов и паров осуществляют с помощью специальных газоанализаторов и газосигнализаторов. Наибольшее распространение получили термохимические приборы, принцип действия которых основан на каталитическом окислении горючих примесей в воздухе в специальной камере, являющейся одним из плеч равновесного моста Уитстона. За счет выделяющейся при окислении горючих примесей теплоты плечо (электрическая спираль) нагревается, увеличивается его электрическое сопротивление, что приводит к разбалансировке моста. По величине разбаланса определяют содержание горючих примесей в воздухе.

Аварийное вентилирование помещений является одним из наиболее распространенных традиционных способов предупреждения образования взрывоопасных сред. Основным показателем работы системы вентиляции является кратность воздухообмена. Вентиляция обеспечивает равномерное распределение горючих примесей в пространстве и вместе с тем предотвращает возможность образования локальной взрывоопасной среды. Допустимый объем взрывоопасной среды определяется величиной развиваемого локальным облаком, образующимся при выгорании избыточного давления, которое не должно превышать 5 кПа. Этому условию соответствует объем локального облака со средней концентрацией на уровне нижнего концентрационного предела распространения пламени, равный примерно 5 % от объема помещения. Согласно расчетам ПДК горючих примесей с учетом запаса надежности (50%) составляет 3,5% нижнего предела распространения пламени.


18.2.2. Пассивные способы защиты

К пассивным средствам взрывозащиты технологического оборудования относится один из самых распространенных способов — применение предохранительных устройств, т.е. предохранительных мембран и клапанов и дыхательной арматуры. Установка предохранительных конструкций, применяемых для взрывозащиты технологического оборудования и помещений, служит для ослабления разрушительного действия взрыва за счет своевременного сброса из объекта защиты избыточного давления. Все эти устройства срабатывают при повышении давления сверх установленных пределов.

Предохранительные мембраны. Они представляют собой специально ослабленную часть защищаемого аппарата и срабатывают при заданном давлении. Предельная простота конструкции, высокое быстродействие, малая инерционность, полная герметизация сбросного отверстия до срабатывания мембраны — эти существенные преимущества предохранительных мембран обусловливают их широкое применение. Предохранительные мембраны обычно изготавливают из тонколистового проката пластичных материалов — алюминия, нержавеющей стали, меди, латуни, полиэтиленовой и фторопластовой пленок и др.

По характеру разрушения различают разрывные, ломающиеся, срезные, хлопающие и специальные предохранительные мембраны.

Разрывная мембрана представляет собой тонкостенный сплошной либо с прорезями купол, форма которого близка к сферическому. Разрывные мембраны устанавливают вогнутой поверхностью в направлении давления, оказываемого средой. Срабатывание мембраны происходит при разрыве купола.

Хлопающие мембраны эффективно используются для защиты периодически вакуумируемых аппаратов. Выпуклой стороной такая мембрана обращена внутрь защищаемого аппарата. При повышении давления сферический купол теряет устойчивость, резко, с хлопком выворачивается в обратную сторону, ударяется о крестообразный нож и разрезается им. Нашли применение и хлопающие мембраны без разрезных ножей, которые припаивают или приклеивают к зажимному кольцу.

Ломающиеся мембраны используют для защиты аппаратов, работающих в условиях динамических и пульсирующих нагрузок. Известны срезные мембраны, которые при срабатывании срезаются по острой кромке прижимного кольца и полностью освобождают проходное сечение для выхода газа. Хрупкие мембраны разрушаются принудительно ударным механизмом. Отрывные мембраны чаще всего имеют вид колпачка с проточкой, образующей ослабленное сечение.

Химическое оборудование, и в особенности аппараты для проведения периодических технологических процессов, часто подвергаются вакуумированию, а некоторые технологические процессы протекают в условиях постоянного вакуума, поэтому разрывные предохранительные мембраны должны выдерживать многократное вакуумирование без разрушения и больших пластических деформаций.

При выборе мембраны необходимо учитывать давление в аппарате, конкретные условия работы оборудования и требования, предъявляемые к его взрывобезопасности. Мембрана должна срабатывать при давлении, на 20—30 % превышающем рабочее давление.

Помимо мембран для обеспечения безопасной работы аппаратов применяют предохранительные клапаны пружинного, откидного и других типов.

Предохранительный клапан автоматического действия предназначен для выпуска из емкостей и трубопроводов излишнего количества газа, пара или жидкости при превышении давления сверх установленных пределов.

Предохранительные клапаны устанавливают в местах, доступных для осмотра, монтажа и демонтажа. Между сосудом и предохранительным клапаном не разрешается устанавливать запорные приспособления для отключения клапана от сосуда. Отрицательно сказывается на работе клапанов обмерзание запорной тары в '" зимних условиях, забивка ее твердыми отложениями в кристаллических и полимеризующихся средах, ослабление герметичности.

Аппарат, в котором может произойти взрыв или протекает быстрая неуправляемая реакция, следует защищать путем установки совмещенного клапана, состоящего из мембраны и откидного клапана. В этом случае мембрана быстро срабатывает при взрыве в аппарате с большим пропускным сечением, а откидной клапан защищает сосуд от возможного превышения давления.

С целью предотвращения распространения пламени по производственным коммуникациям применяют сухие огнепреградители, жидкостные предохранительные затворы, затворы из твердых; измельченных материалов, автоматически закрывающиеся задвижки и заслонки, водяные завесы, а также быстродействующие пламеотсекатели.

Огнепреградитель сухого типа устанавливают на пожароопасном технологическом аппарате или трубопроводе. Он свободно пропускает поток газопаровоздушной смеси или жидкости через пламегасящий элемент и способствует локализации пламени.

Огнепреградители классифицируют по типу пламегасящего элемента, месту установки и времени сохранения работоспособности при воздействии пламени. По типу пламегасящего элемента огнепреградители подразделяются на сетчатые, кассетные, с пламегасящим элементом из гранулированного материала и с пламегасящим элементом из пористого материала.

По месту установки они подразделяются на резервуарные или концевые (когда длина трубопровода, сообщающегося с атмосферой, не превышает трех его внутренних диаметров) и коммуникационные (встроенные). По времени сохранения работоспособности при воздействии пламени огнепреградители разделяют на два класса: I класс — не менее 1 ч, II класс —  менее 1ч.

Различающиеся по устройству огнепреградители имеют один и тот же принцип защитного действия, основанный на гашении пламени в узких каналах в результате потери теплоты, поступающей из зоны реакции к стенкам каналов. Насадка огнепреградителя разбивает движущуюся горючую смесь на тонкие струйки, что резко увеличивает тепловыделение, и распространение пламени прекращается.

Пламегасящая способность огнепреградителей зависит от геометрических размеров пламегасящего элемента (диаметра каналов и их высоты), которые определяются свойствами среды и классом огнестойкости огнепреградителя.

Основными элементами конструкции огнепреградителя являются корпус, пламегасящий элемент и присоединительные штуцеры.

В качестве пламегасящего элемента в сухих огнепреградителях используют насадки из гранулированных тел (шарики, кольца, гравий) и волокон (асбестовое волокно, стеклянная вата), кассеты с прямыми узкими каналами, сетчатые элементы, а также элементы из пористых металлокерамических и металловолокнистых материалов.

В насадочных огнепреградителях насадка жестко фиксируется в корпусе сетками или более прочными решетками. Все элементы огнепреградителя должны обладать достаточной механической прочностью, чтобы выдерживать давление, возникающее при детонации, и иметь минимальное гидравлическое сопротивление при прохождении газа через огнепреграждающий элемент. Это достигается установкой предохранительных клапанов и выбором оптимального соотношения между толщиной слоя насадки и площадью поперечного сечения огнепреградителя.

С помощью сухих огнепреградителей защищают дыхательные линии резервуаров, мерников, промежуточных емкостей, напорных баков и аналогичных аппаратов с горючими жидкостями, температура которых близка или выше температуры вспышки, а также паровоздушные линии рекуперационных установок, линии газовой обвязки резервуаров с легковоспламеняющими жидкостями и т. п.

Жидкостные предохранительные затворы. Это защитные устройства, гашение пламени в которых происходит в момент барботажа горящей газообразной смеси через слой жидкости. Конструкции гидрозатворов весьма разнообразны.

Эффективность работы гидрозатвора обеспечивается определенной высотой слоя жидкости, через который проходит горящая смесь, а также степенью дробления газового потока на пузырьки или струйки. Прекращению горения способствует насыщение горящей смеси парами жидкости, через которую смесь барботируют. Это связано с уменьшением уровня жидкости, что необходимо учитывать для обеспечения надежной и эффективной работы гидрозатвора. Кроме того, гидрозатворы должны надежно задерживать распространение взрывной волны.

Гидрозатворы устанавливают на линиях производственной канализации, трубопроводах аварийного слива жидкостей, переливных линиях мерников и резервуаров, наполнительных и расходных линиях подземных резервуаров, газовых ацетиленовых линиях и т.д.

Аварийный слив. Аварийный слив с автоматизированной системой пуска используют для экстренной эвакуации горючей жидкости из технологических аппаратов и емкостей. Слив может осуществляться самотеком или под давлением инертной средой. Выдавливание инертной средой более эффективно, так как требует меньшей затраты времени. В качестве инертной среды используют азот, водяной пар и диоксид углерода.

Для аварийного слива предусмотрены специальные резервуары подземного или полуподземного типа, расположенные на безопасном нормируемом расстоянии вне здания. В качестве аварийных следует использовать резервуары закрытого типа, защищенные дыхательными трубами с установленными на них огнепреградителями. Днище резервуара должно иметь коническую форму для удаления скапливающегося в нем водяного конденсата. Чтобы исключить возможность взрыва при сливе высоконагретых жидкостей в аварийный резервуар и образования взрывоопасных концентраций паров с воздухом, перед сливом емкость продувают инертным газом или водяным паром. Линию аварийного слива прокладывают с наклоном к дренажной емкости и защищают от распространения по ней пламени с помощью гидравлического затвора. Установка задвижек по длине аварийного слива не допускается. Монтируют лишь задвижку, отключающую аппарат. Рекомендуется предусматривать автоматическое включение аварийных задвижек и блокирование их устройством для аварийной остановки аппаратов.

Допустимая продолжительность аварийного режима слива, исходя из условий безопасности, устанавливается в пределах 10-30 мин.

Иногда, например, при остановке аппаратов на профилактический осмотр или ремонт, в частности на складах огнеопасных жидкостей, предусматривают перекачку огнеопасных жидкостей в другие аппараты и емкости, находящиеся в менее опасной зоне. При этом жидкость можно перекачивать насосами, под давлением инертных газов, а в некоторых случаях (в зависимости от температуры вспышки жидкости) сжатым воздухом.

При возникновении пожара бывает необходим не только аварийный слив жидкостей, но и сброс из аппаратов паров и газов. При аварии газы сбрасывают в атмосферу по специальным аварийным стравливающим линиям или через предохранительные клапаны.

Линии для аварийного сброса газа могут быть самостоятельными для каждого аппарата или объединенными в общий коллектор. Автономные стравливающие линии и линии от коллекторов выходят за пределы производственного помещения и располагаются на 2—3 м выше конька крыши наиболее высокого из прилегающих зданий и сооружений. Высота свечи должна обеспечивать своевременное рассеивание стравливаемого газа в воздухе, не вызывая взрыва или отравления.

При наличии большого числа емкостей и аппаратов, из которых возможен выброс газа через предохранительные клапаны и стравливающие линии устраивают специальные цеховые или общезаводские факельные установки для его сжигания. В факельной установке имеется защищенный от задувания ветром «маяк» (постоянно горящий язык пламени), специально подпитываемый от другого источника газа. Этот «маяк» обеспечивает воспламенение газа.

Чтобы избежать попадания в магистральную линию конденсата или жидкости из аппаратов, устанавливают сепараторы. Для предупреждения возможности проскока пламени горящего газа внутрь трубы на всех газовых линиях индивидуального стравливания и вблизи ствола факела в доступных для осмотра и ремонта местах размещают огнепреградители.

 При транспортировке по трубопроводам измельченных твердых сгораемых материалов в случае появления огня возможно его распространение навстречу движению горючего вещества. Для ликвидации этого на трубопроводах устанавливают сухие затворы.

Сухой затвор, заполняющий все сечение трубы, исключает возможность образования воздушного пространства, а, следовательно, и возможность распространения пламени.

Чаще всего для этих целей применяют шнековые питатели, на валу которых перед выходным патрубком снято несколько витков. С помощью такого устройства во внутреннем объеме шнека образуется пробка из транспортируемого материала.

Аналогичного типа преграды могут создавать и специальные устройства, выполненные в виде крыльчатки с заслонками, а также бункеры, заполненные твердым материалом.

Автоматически действующие задвижки и заслонки устанавливают на воздуховодах, в местах прохода труб через глухие стены из одного помещения в другое, перед вентиляторами. Они перекрывают сечение трубы и тем самым прекращают движение смеси, а, следовательно, и распространение пламени.

Проскок пламени предотвращается в том случае, если задвижка плотно перекрывает сечение трубы еще до приближения к ней фронта горения.

Эффективность срабатывания задвижек и заслонок повышает автоматически действующий привод. Сигнал датчика, реагирующего либо на повышение температуры, либо на излучение, либо на проявление дыма, передается на исполнительный механизм, который приводит в действие задвижку или шибер. Автоматически действующие задвижки или заслонки оснащены вращающимся или падающим шибером.

В заслонках с вращающимся шибером плотность закрывания достигается с помощью небольшого груза или специального противовеса, закрепленного на оси шибера. В задвижках с падающим шибером уплотнение обеспечивается опусканием шибера, перекрывающего сечение трубы.

Добавить комментарий