Вопрос 2 «Дышащие» аппараты с пожароопасными жидкостями.

Нормальная эксплуатация значительного числа аппаратов требует сообщения соответствующими устройствами их внутреннего объема с окружающей средой.

Количество паров огнеопасных жидкостей, поступающих в помещение из аппаратов, сообщающихся с атмосферой через дыхательные трубы или открытые люки, зависит не только от физических свойств жидкости, но и от числа малых и больших дыханий.

Большим дыханием называют вытеснение паров наружу или подсос воздуха внутрь аппаратов при изменении уровня жидкости в них.

Малым дыханием называют вытеснение паров наружу или подсос воздуха внутрь аппаратов, вызываемые изменениями температуры газового пространства под влиянием из­менения температуры внешней среды.

Следует иметь в виду, что поступление воздуха в аппарат при его дыхании может привести к разбавлению богатой смеси паров до горючей концентрации.

При выходе паровоздушной смеси из аппарата около дыхательной трубы образуется горючая концентрация паров, если температура жидкости будет равна или больше величины нижнего температурного предела воспламенения с учетом коэффи­циента надежности, т. е. если

Величина зоны опасных концентраций будет зависеть от количества выходящих паров, их свойств и состояния окружающей среды (скорость движения и температура воздуха).

Количество паров огнеопасной жидкости, которое может теряться при дыхании аппаратов, можно определить расчетом.

Если считать, что концентрация паров во всех точках паровоздушного пространства емкости или аппарата одинакова и равна насыщенной концентрации при данной температуре, то к определению потерь жидкости за счет вытеснения паровоздуш­ной смеси из аппарата можно подойти следующим образом [19], [20].

Пусть в аппарате (рис. 2.4) с дыхательным устройством находится легковоспламеняющаяся жидкость, уровень которой и температура изменяются. Допустим, что

объем газового пространства за определенный период изменился от V₁ до V₂, температура и давление в газовом пространстве от t₁ и Р₁ до t₂ и Р₂, объемная концентрация паров жидкости от С₁ до С₂.

Количество паров жидкости, которое выходит из сообщающегося с атмосферой аппарата при его «дыхании», определяют по формуле:

где - количество выходящих из аппарата паров жидкости за один цикл «дыхания», кг/цикл;

и - объем газового пространства соответственно в начале и конце «дыхания», м ;

- концентрация насыщенных паров жидкости соответственно при температурах , об. доли;

- давление среды в аппарате соответственно в начале и конце «дыхания», Па;

- средняя концентрация насыщенного пара в аппарате, об. доли;

8314,31 Дж/(кмоль ) – универсальная газовая постоянная.

Полученное уравнение рассмотрим применительно к боль­шому и малому дыханиям.

1. Определение потерь при большом дыхании. Предположим, что перед наполнением резервуара или мерника (рис. 2.5) в нем находится объем жидкости V₁, а в конце заполнения объ­ем жидкости в резервуаре будет равен V₂. Наполнение почти всегда происходит при неизменяющейся температуре t_раб и постоянном давлении в емкости Р_раб

Таким образом и .

Имея это в виду количество горючих паров, выходящих из сообщающегося с атмосферой («дышащего») аппарата за один цикл «большего дыхания», определяют по формуле

где - количество выходящих паров из заполняемого жидкостью аппарата, кг/цикл;

- объем поступающей в аппарат жидкости, м ; величину можно определить, зная геометрический объем аппарата и степень его заполнения ;

- рабочее давление в аппарате, Па.

2. Определение потерь при малом дыхании. При малом дыхании (рис. 2.6) уровень жидкости не изменяется, следовательно объем паровоздушного пространства V резервуара (мерника) остается неизменным. Давление в емкости Р_раб также остается

н еизменным, так как избыток паровоздушной смеси, образующийся при ее расширении от нагревания, удаляется через дыхательную систему. Если за весь период малого дыхания температура равномерно изменяется от t₁ до t₂, следовательно равномерно изменяется и концентрация насыщенных паров от C₁ до C₂. Таким образом, Р₁ = Р₂ = Р_раб и V₁ = V₂ = V.

Количество горючих паров, выходящих из сообщающегося с атмосферой («дышащего») аппарата при «малом дыхании», определяют по формуле:

где - количество выходящих из аппарата паров при изменении температуры среды в газовом пространстве, кг/цикл.

Если температура за период малого дыхания изменяется неравномерно, то весь период делят на небольшие отрезки времени, находят изменение температуры и соответствующие потери паров за каждый промежуток времени в отдельности, а затем определяют общий итог. Естественно, что малые дыхания имеют место главным образом у резервуаров и емкостей, расположенных вне помещений.

Вблизи дыхательных патрубков аппаратов и открытых поверхностей испарения пожароопасных жидкостей образуются местные зоны ВОК, объем которых оценивают по формуле:

где - объем местной зоны ВОК, м ;

- нижний концентрационный предел распространения пламени, кг/м ;

- коэффициент запаса надежности, обычно принимаемый равным 2.

Безопасные условия эксплуатации «дышащих» аппаратов и

способы обеспечения пожарной безопасности.

В целях сокращения безвозвратных потерь горючих жидкостей с выбрасываемой наружу паровоздушной смесью, имею­щих место при больших и малых дыханиях, и снижения пожаровзрывоопасности процесса целесообразно осуществлять технические и организационные мероприятия, позволяющие обеспечивать:

- уменьшение или полную ликвидацию паровоздушного объема,

- увеличивать рабочее давление резервуаров,

-соединять дыхательные линии резервуаров с одинаковыми продуктами в единую замкнутую систему,

- производить улавливание паров,

- защищать емкости от колебаний температуры.

Уменьшение или ликвидация объема паровоздушного пространства резервуаров. Из формул и видно, что если объем газового пространства аппарата будет равен нулю, то и потери паров в процессе заполнения резервуара жидкостью, а также при изменении температуры (при достаточно хорошей герметизации затворов плавающих крыш и понтонов) будут приближаться к нулю. Технические решения, позволяющие эксплуатировать резервуары и емкости без наличия в них паровоздушного пространства, освещены ранее.

Хранение легковоспламеняющихся жидкостей в емкостях к резервуарах под избыточным давлением. Избыточное давление позволяет уменьшить потери от больших дыханий, резко снизить потери от малых дыханий и даже сократить их совсем. Для определения величины избыточного давления Р₂, при котором будут отсутствовать потери паров от малых дыханий, достаточно приравнять нулю уравнение (2.37):

Поскольку произведение не может быть равно нулю и V₁ = V₂ 0, то давление, при котором будут отсутство­вать потери, составит:

(2.40)

Для создания избыточного давления на дыхательных линиях резервуаров и емкостей устанавливают дыхательные клапаны тарельчатые (рис. 2.7) или мембранные (рис. 2.8). Естественно, что эффективность дыхательных клапанов зависит от величины их рабочего давления.

Практика эксплуатации резервуаров показывает, что клапаны низкого давления (от 50 до 200 мм вод. ст.) дают сравнительно небольшой эффект, сокращая потери от испарения примерно на 3—10%. Поэтому в настоящее время проектируются и строятся емкости с рабочим давлением 2000 мм рт. ст. и более.

Наружные емкости и резервуары должны быть оборудованы непримерзающими дыхательными клапанами (рис. 2.9). На дыхательной линии между резервуаром с ЛВЖ и клапаном устанавливают огнепреградитель.

Устройство наземных хранилищ с газоуравнительными обвязками, соединяющими между собой паровоздушные объемы резервуаров и емкостей с одинаковыми продуктами (рис. 2.10). На случай отсутствия синхронизации между расходом и заполнением емкостей, а также приема избытка паровоздушной смеси; при повышении температуры система газоуравнительной обвязки имеет газосборник.

Вытесняемая из резервуаров паровоздушная смесь поступает в газосборники, а при опорожнении резервуаров или их охлаждении паровоздушная смесь движется в обратном направлении.

Чтобы не произошло распространения огня, паровоздушные линии у каждого резервуара и газосборника защищают огнепреградителями. При отсутствии газосборника коллектор паровоздушной смеси соединяют с общей воздушной трубой, имеющей дыхательный клапан и огнепреградитель.

Улавливание паров легковоспламеняющихся жидкостей возвращающими абсорберами или адсорберами. Действие абсорбе­ра или адсорбера (рис. 2.11) основано на поглощении паров жидкости соответствующим аб­сорбентом или адсорбентом при выходе паровоздушной смеси из резервуара наружу и отдаче их обратно при засасывании атмосферного воздуха в резервуар. Уменьшение потерь при этом не превышает 40%. Могут быть и другие варианты улавливания паров, выходящих из резервуаров и емкостей при дыхании.

Использование средств защиты, позволяющих снизить амплитуду колебаний температуры резервуаров и емкостей при нагревании их внешним источником тепла. К таким средствам относятся:

• предохранительная окраска поверхности светлыми лучеотражающими составами. Окраска серебристого цвета (алюминие­вая) почти в 2 раза снижает потери по сравнению с окраской черного цвета;

• орошение резервуаров водой посредством специальных рас­пылителей, монтируемых па крыше резервуаров. Охлаждение крыши и стенок резервуара в местностях с жарким климатом приводит к снижению потерь в 2 раза;

• теплоизоляция поверхности резервуара или экранирование

• солнечных лучей (экранирующие защитные ограждения, лиственные породы деревьев).

Вывод дыхательных труб за пределы помещения. При размещении дышащих аппаратов (мерники, напорные баки, емкости промежуточные и т. п.) в помещениях дыхательные трубы выводятся за его пределы (рис. 2.12) или присоединяются к об­щецеховой системе по улавливанию паров. Обычно дыхательные трубы выводятся на 2 м выше уровня крыши и защищаются огнепреградителями, чтобы предупредить возможное проникновение пламени внутрь емкости при воспламенении паров от внешних источников воспламенения. При наличии нескольких емкостей допускается объединение дыхательных линий в единую магистраль. Огнепреграднтели устанавливаются па всех линиях между аппаратами и магистралью.

Вывод по вопросу.

Таким образом, средства производственной автоматики, обеспечивая без непосредственного участия человека нормальный ход технологического процесса, способны также исключать аварии, пожары и взрывы.