Вопрос 3. Пожаровзрывоопасность аппаратов с лвж и гж. Меры пожарной безопасности.

Аппараты, резервуары и емкости с горючими жидкостями обычно не бывают заполнены до предела, т. е. имеют определенный свободный объем. Так как жидкости обладают свойством испаряться при любой температуре, то свободное пространство закрытых аппаратов постепенно насыщается парами. При наличии в этом пространстве воздуха (или другого окислителя) пары жидкости, смешиваясь с ним, могут образовать горючие смеси.

Концентрация в паровоздушном пространстве аппаратов с горючими однородными и неоднородными жидкостями близка к концентрации насыщенного пара.

Концентрация насыщенного пара при рабочей температуре жидкости φ_s определяется величиной давления насыщенного пара P_s и общего давления Р_общ в объеме паровоздушного пространства аппарата по формуле:

Величину можно определить по уравнению Антуана:

где А, В и - константы, зависящие от свойств жидкости;

- рабочее давление паровоздушной смеси в аппарату (абсолютное давление в герметичном аппарате или барометрическое давление в «дышащем» аппарате), Па.

Следовательно, концентрация насыщенных паров является функцией температуры φ_s=f(T), но не при любой температуре жидкости смесь ее паров с воздухом способна к воспламенению.

В некоторых случаях температура жидкости будет слишком мала для того, чтобы возникла пожароопасная концентрация паров, т. е. концентрация паровоздушной смеси в аппарате будет ниже нижнего предела воспламенения. В других случаях температура жидкости настолько повысится, что концентрация паровоздушной смеси в аппарате будет слишком богатой, т. е. выше верхнего предела воспламенения.

Отсюда вытекает, что обязательными условиями для образования взрывоопасных (горючих) концентраций паров в закрытых аппаратах и емкостях с жидкостями являются:

а) наличие паровоздушного пространства в аппарате;

б) наличие в аппарате горючей жидкости, рабочая температура которой находится в интервале между нижним и верхним температурными пределами воспламенения с учетом запаса надежности и при условии, что концентрация паров в свободном пространстве аппарата с пожароопасной жидкостью является насыщенной и остается неизменной во время его эксплуатации условие образования ВОК определяют следующим образом:

(8)

где t_раб —рабочая температура жидкости в аппарате, град;

t_нпв, t_впв — соответственно нижний и верхний температурные пределы воспламенения жидкости, град.

Обеспечить эксплуатацию аппаратов и емкостей без образования в них взрывоопасных концентраций паров позволяют следующие технически е решения.

1. Ликвидация паровоздушного объема. Если в емкостях и резервуарах даже с изменяющимся уровнем жидкостей не будет паровоздушного объема, то не будет условий и для образования пожароопасных концентраций. Ликвидировать паровоздушный объем можно тремя способами.

а) устройством хранилищ, в которых горючие жидкости находятся под защитным слоем воды или над слоем воды, как показано на рисунках (естественно, что таким способом можно хранить горючие жидкости, практически не смешивающиеся с водой, например сероуглерод, нефтепродукты);

б) применением резервуаров с плавающей крышей и плавающими понтонами. Плавающая на жидкости крыша представляет собой полый диск из стальных листов толщиной 2—5 мм. Чтобы сделать крышу незатопляемой, она разделена перегородками на ряд отсеков. Диаметр плавающей крыши меньше внутреннего диаметра резервуара. Имеющийся зазор между крышей и стенками резервуара уплотняют специальными затворами, обеспечивающими соответствующую герметичность при перемещениях крыши вверх и вниз.

в) устройством емкостей с эластичными, складывающимися стенками.

2. Применение высокостойких пен, эмульсий и полых микро-шариков, т. е. веществ и материалов, способных, не разрушаясь, плавать на поверхности горючей жидкости резервуара, создавая требуемой толщины слой и необходимую герметизацию с корпусом.

Полые микрошарики размером 10—120 мк изготовляют из карбамидных и фенолформальдегидных смол. Для защиты резервуара с бензином емкостью 100 м³ необходимо 36 кг полых микрошариков, емкостью 1000 м^г — 168 кг, 3000 ж³—460 кг, а 5000;и³— 610 кг шариков.

3. Создание температурных условий, исключающих образование взрывоопасных концентраций. При этом должны быть обеспечены постоянные условия работы аппарата с температурным режимом ниже нижнего или выше верхнего температурных пределов воспламенения.

В первом случае (t_раб<t_нпв—10°С) концентрация паров С_раб над жидкостью всегда будет меньше нижнего концентрационного предела воспламенения С_ипв. При необходимости это обеспечивается применением систем охлаждения и ограничением температуры подогрева аппаратов.

Во втором случае (t_раб>t_впв + 10°С) концентрация паров С_раб внутри аппаратов всегда будет больше верхнего концентрационного предела воспламенения С_впв

Если аппараты по условиям технологии нагреты до рабочих температур, превышающих верхний температурный предел воспламенения (например, ректификационные колонны, реакторы, варочные котлы), то нарушение температурного режима в сторону снижения температуры в таких аппаратах может вызвать образование взрывоопасных смесей. Следовательно, при рабочих температурах ниже или выше температурных пределов воспламенения паров жидкости необходимо систематически контролировать температурный режим, используя приборы автоматического контроля или автоматического регулирования температуры.

4. Введение негорючих газов в паровоздушный объем аппаратов или емкостей. Если в аппарате есть условия для образования взрывоопасной концентрации паров и нельзя изменить температурный режим работы, то обеспечить безопасность эксплуатации аппарата можно путем подачи в него какого-либо негорючего газа или водяного пара (если рабочая температура аппарата выше 100°С).

Как известно, добавки к горючей смеси инертных компонентов, на нагревание которых в процессе горения затрачивается тепло, понижают температуру и скорость горения смеси, а при введении достаточного количества инертного газа горение вообще невозможно. Негорючие газы — азот, углекислый газ, инертные газы, выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания, пары воды и др. — понижают концентрацию кислорода в смеси, сужая концентрационные пределы воспламенения.

Таким образом, взрывобезопасность аппарата или емкости можно обеспечить при помощи негорючего газа, контролируя его концентрацию или концентрацию кислорода в смеси, не допуская, чтобы их содержание выходило за пределы допустимых значений.

5. Введение в огнеопасную жидкость каких-либо добавок, снижающих парциальное давление, т. е. уменьшающих количество горючих паров в воздушном пространстве аппарата, резервуара.

В качестве таких добавок могут быть применены, например, вода — для метилового, этилового и пропилового спиртов, ацетона, уксусной кислоты; четыреххлористый углерод — для нефтепродуктов, сероуглерода и др. Практическое использование этого способа встречает затруднение, так как нередко приводит к изменению свойств жидкостей, требует увеличения объема аппаратов и т. п. Бо­лее перспективными, по-видимому, будут являться такие вещества, которые при добавке в небольших количествах образуют на поверхности горючей жидкости мономолекулярную пленку, препятствующую свободному испарению.

Вывод по вопросу.