2. Анализ пожаровзрывоопасных свойств веществ обращающихся в производстве

Пользуясь справочными материалами устанавливаем пожаровзрывоопасные свойства вещества:

- для жидкости - химический состав, температура кипения, плотность жидкости и ее паров, температуру вспышки, температурные и концентрационные пределы распространения пламени, температуру самовоспламенения, склонность к самовозгоранию, способность к электризации, теплоту сгорания, токсичность, тушащие средства;

- для газов - химический состав, плотность, концентрационные пределы распространения пламени, температуру самовоспламенения, теплоту сгорания, скорость горения, токсичность, тушащие средства;

- для твердых веществ - химический состав, температуру самовоспламенения, склонность к самовозгоранию, теплоту сгорания, скорость горения, токсичность продуктов термического разложения и горения, способность к плавлению при нагревании и горении, огнетушащие средства (для пыли указать величину нижнего концентрационного предела распространения пламени).

В технологическом процессе производства полиэтилена обращаются такие вещества, как бензин Б-70, циклогексан, тетрахлортитан, триэтилалюминий, этилен, полимер.

Вещество - циклогексан:

формула - С₆Н₁₂; tплавл ( tкип ) - 6,5 ^оС ( 80,7 ^оС); tсамовоспл - 259 ^оС, tвсп - 17 ^оС; р - 773 кг/м³; ТПВ: tн - 17 ^оС; tв - 20 ^оС; КПВ: цн - 1,3 %; цв - 7,8 %; Mr - 84,16; склонность к горючести - ЛВЖ; коэф. диффузии пара в воздухе - 0,0646 см²/с; теплота образования - 123,13 кДж/моль; теплота сгорания - 3689 кДж/моль; растворимость - в воде не растворим; миним. энергия зажигания - 0,22 МДж; макс. Рвзрыва - 858 кПа; норм. скорость распространения пламени - 0,436 м/с. средства тушения - табл. 1, гр.1 [8].

Вещество - четырехлористый титан:

формула - TiCl₄; tкип - 76,6 ^оС; tсамовоспл - 635 ^оС; р - 1600 кг/м³; теплота образования - 195 кДж/моль.

Вещество - триэтилалюминий

формула - (С₂Н₅)₃Al; tкип - 89,3 ^оС; tсамовоспл - 310 ^оС; tвсп - 12 ^оС; р - 726 кг/м³; ТПВ: tн - 12 ^оС; tв - 14 ^оС; КПВ: цн - 1,2 %; цв - 8 %; Mr - 101,19; склонность к горючести - ЛВЖ; коэф. диффузии пара в воздухе - 0,0588 см²/с; теплота образования - 98,7 кДж/моль; теплота сгорания - 3703 кДж/моль; растворимость - в воде; миним. флегм.конц.: N2 - 44,8; миним. энергия зажигания - 0,75 МДж; макс. Рвзрыва - 870 кПа; макс. скор. нарастания давления - 31 МПа/с; норм. скорость распространения пламени - 0,388 м/с; миним. взрывоопасное содержание О2 - 11,4 %. средства тушения - табл. 1, гр. 2 [8]..

Вещество - этилен:

формула - С₂Н₄; tкип - 103,3 ^оС; tсамовоспл - 435 ^оС; р - 0,974 кг/м³; КПВ: цн - 2,7 %; цв - 34 %; Mr -28,05; склонность к горючести - горючий газ; коэф. диффузии пара в воздухе - 0,13 см²/с; теплота сгорания - 1318 кДж/моль; растворимость - в воде плохая; миним. флегм. конц.: СО2 - 42 %; N2 - 52 %; миним. энергия зажигания - 0,12 МДж; макс. Рвзрыва - 830 кПа; макс. скор. нарастания давления - 37,7 МПа/с; миним. взрывоопасное содержание О2, при разбавлении СО2 - 10,5 %; N2 - 10%, средства тушения - табл. 1, гр.7 [8].

Вещество - бензин А-76:

формула - С₇Н₂₀,; tвсп, - 35 ^оС; tсамрвоспл, - 375 ^оС; ТПВ: tн - - 35 ^оС; tв - 17 ^оС; склонность к горючести - ЛВЖ; средства тушения - табл. 1, гр. 2 [8]..

Таблица 4.

Вывод: в данной технологической схеме есть аппараты, в которых рабочая температура превышает верхний предел распространения пламени (ап.№2, №6), так же имеются аппараты, в которых присутствуют вещества, рабочая температура которых находится между нижним и верхним температурным пределом распространения пламени (ап. №10).

3. Оценка пожаровзрывоопастности среды при нормальной работе аппаратов

В технологических схемах присутствуют:

- аппараты с горючими жидкостями, причем уровень жидкости может изменяться при наполнении или расходе продукта;

- аппараты, полностью заполненные жидкостью (например, насосы, трубопроводы);

- аппараты с горючими газами;

- аппараты, внутри которых находятся одновременно горючая жидкость и газ.

Поэтому вначале следует выяснить, есть ли в заданной технологической схеме аппараты с переменным уровнем горючей жидкости. Это обычно резервуары, вертикальные и горизонтальные емкости, мерники и другие подобные им аппараты. В таких аппаратах над поверхностью жидкости всегда есть паровоздушное пространство, концентрация паров в котором может быть ниже нижнего предела распространения пламени (воспламенения) или в пределах воспламенения (взрыва), или выше верхнего предела распространения пламени (воспламенения) (3).

Чтобы установить, какая концентрация паров будет в паровоздушном объеме аппарата при нормальной рабочей температуре, нужно сравнить эту температуру с температурными пределами распространения пламени и сделать соответствующие выводы. Внутри аппаратов с горючими газами или перегретыми парами горючие (взрывоопасные) концентрации (ВОК) образуются в том случае, если в них попадает воздух или подается окислитель (кислород, воздух, хлор и др.) при выполнении соотношения

, (1)

где цр - действительная (рабочая) концентрация горючего вещества, об.доли; цн и цв - соответственно нижний и верхний концентрационные пределы распространения пламени при рабочей температуре, об.доли.

Если в аппарате в какие-то периоды образуется взрывоопасная концентрация, опасность ее нужно подтвердить расчетом величины давления, которая образуется при взрыве (см.2). Опасность образования взрывоопасной концентрации внутри аппарата подтверждаем расчетом величины давления, которая образуется при взрыве.

, (2)

где Р₀ - начальное давление взрывоопасной смеси, МПа (рабочее давление в аппарате);

Т₀ - начальная температура взрывоопасной смеси, К;

Т_взр - определяется нижними и верхними температурными пределами воспламенения, К;

?n_i - число молей продуктов горения после взрыва (берется из конечной части уравнения горения);

?n_см - число молей газовой смеси до взрыва (берется из исходной части уравнения горения).

Уравнение горения:

n1 * [горючий газ] + n2 * [кислород] = nсм * [продукты горения]. (3)

Например, реакции горения, используемые в данной курсовой работе:

Четыреххлористый титан TiCl₄ + О₂ = ТiO₂ + 2Cl₂

Триэтилалюминий: 2 Al (С₂Н₅)₃ + 21О₂ = 12СО₂ + 15Н₂О + Al₂O₃;

Циклогексан: С₆Н₁₂ + 9О₂ = 6СО₂ + 6 Н₂О;

Этилен: С₂Н₄ + ЗО₂ =2СО₂ + 2Н₂О;

Бензин: С₇Н₂₀+ 12О₂= 7СО₂ + 10Н₂О.

Таким образом, записываются реакции горения всех веществ, находящихся в аппаратах технологической схемы процесса заданного производства и производятся расчеты давлений взрыва веществ.

Расчетная часть

Расчет давления взрыва в аппарате в зависимости от вещества

Четыреххлористый титан TiCl4 + О2 = ТiO2 + 2Cl2 Триэтилалюминий: 2 Al (С2Н5)3 + 21О2 = 12СО2 + 15Н2О + Al2O3;

Циклогексан: С6Н12 + 9О2 = 6СО2 + 6 Н2О;

Этилен: С2Н4 + ЗО2 =2СО2 + 2Н2О;

Бензин: С7Н20+ 12О2= 7СО2 + 10Н2О.

Аппарат №2

Четыреххлористый титан л(t)=

Триэтилалюминий л(t)=

л(t)=

Циклогексан л(t)=

л(t)=

Бензин л(t)=

л(t)=

Аппарат №6

Четыреххлористый титан л(t)=

Триэтилалюминий л(t)=

л(t)=

Циклогексан л(t)=

л(t)=

Этилен л(t)=

Бензин л(t)=

л(t)=

Аппарат №10

Этилен л(t)=

График зависимости давления взрыва от интенсивности

Вывод: Был произведён расчёт давления взрыва в аппаратах в зависимости от вещества. По графику зависимости были определены интенсивности взрыва (л)

4. Основные показатели надежности и техногенного риска

Понятие о надежности работы человека при взаимодействии техническими схемами.

Под надежностью понимают свойство объекта выполнять и сохранять заданные функции в течение определенного времени при заданных условиях работы. Надежность любой технической системы оценивают через следующие показателям:

1) Безотказность - это свойство объекта непрерывно сохранять свое работоспособное состояние в течении некоторого времени или некоторой наработки;

2) Долговечность - это свойство объекта сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния, при установленной системе технического обслуживания и ремонта;

3) ремонтопригодность - это свойство объекта сохранять и восстанавливать свое работоспособное состояние путем проведения ремонта, профилактики, технического обслуживания;

4) сохраняемость - это свойство объекта сохранять значение параметров, которые характеризуют способность изделия выполнять заданные ему функции, а также срока хранения продукции, после хранения и во время.

Показатели надежности и безопасности риска.

К показателям надежности и безопасности (как составной части надежности) относят количественные характеристики надежности, которые вводят и определяют согласно правилам статистической теории надежности, теории вероятностей и математической статистики. Область применения этой теории ограничена крупносерийными объектами, которые изготавливают и эксплуатируют в статистически однородных условиях и к совокупности которых применимо статистическое истолкование вероятности.

Применение статистической теории надежности к уникальным и малосерийным (таковыми являются, как правило, потенциально опасные объекты) объектам ограничено. Эта теория применима для единичных восстанавливаемых или ремонтируемых объектов, в которых допускаются многократные отказы, для описания которых применяют модель потока случайных событий (в том числе редких событий, когда проводится анализ критических или аварийных отказов). Статистическую теорию применяют также к уникальным и малосерийным объектам, которые, в свою очередь, состоят из объектов массового производства.

В этом случае расчет показателей надежности и безопасности объекта проводят методами статистической теории по известным показателям надежности и безопасности компонентов и элементов.

Статистическую теорию надежности и безопасности можно рассматривать как составную часть общего подхода к расчетной оценкe надежности и безопасности технических объектов, при которой отказы рассматриваются как результат взаимодействия объекта как физической системы с другими объектами и окружающей средой. При этом большинство показателей надежности полностью сохраняют смысл и при таком общем подходе к расчетной оценке надежности и безопасности.

Рассматривая отказ как случайное событие, удобной мерой надежности технических объектов следует признать вероятность безотказной работы системы (и соответственно мерой безопасности - вероятность безаварийной работы).

Вероятность безотказной работы - вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ объекта не возникает.

Вероятность безотказной работы определяется в предположении, что в начальный момент времени (начало исчисления наработки) объект находился в работоспособном состоянии. Обозначим через / время или наработку объекта. Возникновение первого отказа - случайное событие, а наработка от начального момента до возникновения этого события т - случайная величина.

Вероятность безотказной работы объекта в интервале времени от 0 до t включительно определяют как

P (t) = P {ф > t} (4)

Здесь Р { ф > t} - вероятность события, заключенного в скобки. Очевидно, что эта величина является функцией времени или наработки P(t). В технической литературе эту функцию называют функцией надежности.

Аналогично можно определить вероятность безаварийной работы:

S(t) = S { T > t } (5)

Рассматривая аварию как отказ из-за перехода объекта в предельное состояние (устанавливаемого из соображений безопасности), а наработку (или время) от начального момента до достижения предельного состояния как ресурс T (или срок службы). Функцию S(t) в этом случае называют (по аналогии с функцией надежности) функцией безопасности [1].

В более общем случае, когда состояние объекта характеризуется набором параметров (например, вектором u (t) с допустимой по условиям безопасности областью значений этих параметров ? (рис. 1)), функция безопасности S(t) определяется вероятностью случайного события, состоящего в том, что на отрезке времени [0, t] ни разу не возникнет аварийная ситуация (т.е. параметры u (t) не выйдут за пределы допускаемой области ?, ограниченной поверхностью ?s):

S(t) = S{u (t1) є ?, t1 є [0, t]}.

Функция безопасности S(t) связана с функцией распределения H(t) и плотностью распределения h(t) случайной величины Т соотношениями

H(t) = 1 - S(t), h{t) = dH(t)/dt = -dS{t)/dt.

Дополнение функции безопасности S(t) до единицы (т.е. функция распределения случайной величины Т в теории вероятностей)

1 - S(t) = H(t) (6)

в теории безопасности и риска называется функцией риска или техническим риском.

Как видно из формулы (4), гамма-процентные показатели равны квантилям соответствующих распределений. Задаваемые значения у для критических отказов должны быть весьма близки к 100%, чтобы сделать критические отказы практически невозможными событиями.

Для прогнозирования потребности в запасных частях, а также для расчета пополнения и обновления парков машин, приборов и установок могут потребоваться гамма-процентные показатели при более низких значениях у.

Статистические оценки для гамма-процентных показателей могут быть получены на основе статистических оценок либо непосредственно, либо после аппроксимации эмпирических функций подходящими аналитическими распределениями. Необходимо иметь в виду, что экстраполирование эмпирических результатов за пределы продолжительности испытаний (наблюдений) может привести к значительным ошибкам. Привлечение дополнительной информации о физической природе аварийных ситуаций для их моделирования позволяет разрешать указанные проблемы.

Интенсивность технического риска л(t) (аналог интенсивности отказов в теории надежности) определяют по формуле:

л(t) = h(t)/[ 1 - H(t)] = -S(t)/S(t). (7)

Все вышеприведенные характеристики взаимосвязаны, что иллюстрируется табл. 5.

Интенсивность технического риска л(t) является важной характеристикой в теории безопасности, так как она определяет вероятность того, что после безотказной работы до момента времени t авария произойдет в последующем отрезке времени ?t. Этот показатель и его приближенные статистические оценки широко используются при анализе безопасности и риска объектов в процессе эксплуатации.

Таблица 5. Расчетные зависимости между показателями безопасности и технического риска

Понятие о надежности работы человека при взаимодействии техническими схемами.

Техническая система - совокупность объектов взаимодействующих между собой таким образом, чтобы обеспечить выполнение заданной функции.

Компоненты системы - это ее составляющие или подсистемы. Любая техническая система имеет иерархическую структуру, т.е. ступенчатую. Системы постоянно функционируют в пространстве и во времени и делятся на статистические и динамические. Статистическая - система с одним возможным состоянием. Динамическая - система со множеством состояний, в котором с течением времени происходит переход из одного состояния в другое.

Виды ошибок, которые допускаются на различных стадиях взаимодействия в системе мониторинга:

Ошибки проектирования. Данный вид обуславливается неудовлетворительным качеством проектирования.

Операторские ошибки. Данный вид возникает при неправильном выполнении обслуживающим персоналом установленных действий.

Ошибки изготовления. Он включает в себя: ошибки на производстве вследствие плохого качества работы, неправильно выбранного им материала, и вследствии изготовления изделия с отклонениями от конструкторской документации.

Ошибки технического обслуживания. Они возникают в процессе эксплуатации оборудования и обычно вызваны некачественным ремонтом оборудования.

Ошибки контроля. Они связанны с ошибочным приемом информации и ее переработки.

Ошибки обращения. Он возникает вследствие неправильного хранения изделий и их неправильной транспортировки.

Ошибка вследствие неправильной организации устройства на работу.

Ошибка управления коллективом.

Критерии оценки деятельности операторов.

Критерии быстродействия:

Топ= a+b*H=a+(H/Von) (8)

Критерий быстродействия - это время решения поставленной задачи (время момента реакции человек на поступивший сигнал до момента окончания).

а- скрытое время реакции( промежуток времени от момента появления сигнала до реакции человек).

b - время переработки одной единицы информации.

Von - скорость переработки информации в единицу времени.

Она характеризуется временем в течении которого человек постигает смысл информации. Оно зависит от психологических особенностей, от типа поставленной задачи эргономических особенностей.

Вероятность безошибочного выполнения операций j-ro вида:

Pj= (NjCотдj)/ Nj*Xj= Сотдj/ (Nj*Tj) (9)

Nj- общее количество выполняемых человек операций.

Cотдj общее количество допущенных оператором ошибок.

Tj- время выполнения операций j-ro вида.

Xj- интенсивность отказов при ошибочном действии операторов при выполнении им j-ой операции.

Коэффициент готовности:

Коп=1-(Тб/Т) (10)

Т- общее время работы человека-оператора.

Тб- время в течении которого человек не может применять поступившую к нему информацию.

Восстанавливаемость оператора:

Рв=Рк*Робн*Рн

Вероятность исправлений допущенных им ошибок.

Рк - вероятность выдачи сигнала контрольной системы.

Робн - вероятность обнаружения сигнала оператора.

Рн - вероятность исправления ошибочных действий при повторном выполнении их операций. Данный показатель позволяет оценить возможность самоконтроля.

Своевременность действий оператора:

Pсв=(N-Nнс)/N (11)

N-общее количество выполненное человеком задач.

NHC- количество несвоевременно выполненных задач.

Критерии точности:

ДА=АИ + А0П (12)

Точность- это степень отклонения измеряемого оператором параметры системы от истинного или заданного значения.

Количественно этот показатель оценивается погрешностью оператор устанавливает или реагирует на параметр.

Аи - истинное значение параметра.

Аоп - измеряемое (определяемое) значение параметра.

Точность оператора зависит от:

характера сигнала

сложности поставленной им задачи

условий темпа работы

персональное (функциональное) состояние нервной системы человека

Оценка надежности системы человека - машина может производится

различными методами:

аналитический;

экспериментальный;

имитационный;

Оценка надежности системы "человек-машина":

Если компенсация ошибок оператора и отказов техники невозможна:

P1(to, t)= PT(to, t)*P0(t) (1*)

P1(to, t)- вероятность безотказной работы технических средств в интервал времени от t0 до1, 0<t<8

P0(t) - вероятность безотказной работы оператора в течении времени t при условии что техника работает безотказно.

t0- общее время эксплуатации системы.

t- рассматриваемый период работы

Вероятность при мгновенной компенсации ошибок оператора:

P2(to,t)=Pt(t0,t) {P0(t)+[ 1 -Po(t)]} (2*)

Вероятность при компенсации только отказов технической системы:

P3(to,t)=Po(t)[PT(to,t)+Pk(to,t,д)] (3*)

Pk(to,t,д) - вероятность безотказной работы в течении времени от t0 до времени д, при условии, что отказ системы произошел в какой-то интервал времени д, t0 ? д ? (to+t)

Вероятность с компенсацией ошибок и отказов технических средств:

P4(t0,t)= {P0(t)+ [l-Po(t)]}*[PT(to,t)/P1(t0,t)] (4*)

Для систем "человек-машина" важным критерием является оценка вероятности безотказного, безошибочного протекания технического процесса в промежуток времени t. Такое выполнение технического процесса возможно в следующих случаях:

Технические средства работают исправна (3*).

Произошел отказ технического средства, но при этом оператор безошибочно и своевременно выполнил требуемые действия по ликвидации аварийной ситуации (2*).

Оператор допустил ошибочные действия, своевременно их исправил и за промежуток времени от t0 до t отказа системы не произошло (4*).