Анализ возможности образования горючей среды в помещениях и на открытых площадках в случае аварии

Проведем анализ образования горючей среды в аппаратах и в помещениях в случае аварий в технологическом оборудовании.

Помещение 1. В данном помещении находится такое технологическое оборудование как: насос подачи растворителя, мерник растворителя и смеситель - растворитель.

Горючая среда может образоваться при:

1. нарушении корпуса аппарата;

2. нарушение герметичности уплотнений;

3. разрушение трубопроводов;

В данном случае горючую среду составит воздух (в качестве окислителя) и пары толуола.

Помещение 2. В данном помещении находится такое технологическое оборудование как: бункер полуфабриката, насос подачи краски и фильтр.

Горючая среда может образоваться при:

1. нарушении корпуса аппарата;

2. нарушение герметичности уплотнений;

3. разрушение трубопроводов.

В данном случае горючую среду составит воздух (в качестве окислителя) и пары толуола.

Помещение 3. В данном помещении размещается бак готовой краски и циркуляционный насос.

Горючая среда может образоваться при:

1. нарушении корпуса аппарата;

2. нарушение герметичности уплотнений;

3. разрушение трубопроводов.

В данном случае горючую среду составит воздух (в качестве окислителя) и пары толуола.

Помещение 4. В помещении находится сушильная камера, окрасочная камера и краскораспылители.

Горючая среда может образоваться при:

1. нарушении корпуса краскораспылителя;

2. нарушение герметичности уплотнений;

3. разрушение подводящих шлангов

В данном случае горючую среду составит воздух (в качестве окислителя) и пары толуола.

Расчетное обоснование пожарной опасности выхода горючих веществ из поврежденного технологического оборудования

Помещение 1

Наиболее неблагоприятным вариантом аварии будет являться полное разрушение смесителя-растворителя, так как данный технологический аппарат имеет значительно больший объем, по сравнению с остальным оборудованием, и в нем содержится 70 % толуола.

Поскольку для отключения трубопроводов используются ручные задвижки, то расчетное время отключения трубопроводов принимается равным 300 с (п.4.2.3 [4]). Коэффициент, учитывающий работу системы аварийной вентиляции, определяется по формуле:

где А - кратность вентиляции, ;

Т - время закрытия задвижек, с.

Объем жидкости, вышедшей из аппарата, определяется по формуле:

где V - объем аппарата, ;

- степень заполнения аппарата.

Объем жидкости, вышедшей из трубопровода до его отключения, определяется по формуле:

где q - расход трубопровода, м³/с;

Объем жидкости, вышедшей из трубопровода после его отключения, определяется по формуле:

,

где d - диаметр трубопровода, м;

L - длина трубопровода от аварийного аппарата до задвижек, м.

Масса толуола, поступившего в помещение при расчетной аварии, определяется по формуле:

Вывод: при полном разрушении смесителя-растворителя в помещении 1 за 300 секунд в свободный объем помещения выйдет 5663,6 кг толуола.

4.4 Определение возможности образования в горючей среде источников зажигания

Источники зажигания могут быть:

- постоянно действующие;

- потенциально возможные;

По природе проявления различают следующие группы источников зажигания:

- открытый огонь и раскаленные продукты сгорания;

- тепловое проявление механической энергии;

- тепловое проявление химических реакций;

- тепловое проявление электрической энергии.

Открытый огонь и раскаленные продукты горения.

1. печи с огневым обогревом;

2. заводские факелы;

3. огневые ремонтные работы;

4. курение и т.п.

Тепловые проявления механической энергии.

1. искры, образующиеся при ударах твердых тел;

2. искры образующиеся при работе инструментами ударного действия;

3. искры образующиеся при ударах подвижных (вращающихся) частей о неподвижные;

4. разогрев тел при трении.

Тепловые проявления химических реакций.

1. самовоспламенение веществ;

2. воспламенение веществ при взаимодействии с водой;

3. экзотермические реакции.

Тепловые появления электрической энергии.

1. электрические дуги и искры при коротком замыкании;

2. электрические искровые разряды в выключателях и щетках электродвигателей;

3. тепло, выделяющееся при перегрузках электрических сетей;

4. искры разрядов статического электричества;

Проведём анализ возможности образования источника зажигания от открытого огня в процессе окраски.

При нормальном режиме работы в технологическом процессе невозможно образование открытого огня и раскаленных продуктов сгорания. Такая опасность существует только в период проведения ремонтных работ при применении электросварки и газосварки, резки, пайки. Пожарная опасность этих работ определяется наличием открытого пламени, раскаленных огарков электродов и нагретых до высоких температур поверхностей технологического оборудования в местах обработки пламенем.

Проведём анализ возможности образования источника зажигания от проявления механической энергии в процессе окраски. Данный источник зажигания может возникнуть в следующих аппаратах:

Насос подачи растворителя: нагрев подшипников при перегрузке валов и чрезмерной затяжке подшипников. Нагрев корпуса насоса в следствие трения о него рабочего колеса при нарушении его креплений.

Смеситель-растворитель: нагрев корпуса насоса в следствие трения о него рабочего колеса при нарушении его креплений.

Насос подачи краски: нагрев подшипников при перегрузке валов и чрезмерной затяжке подшипников. Нагрев корпуса насоса в следствие трения о него рабочего колеса при нарушении его креплений.

Насос циркуляционный: нагрев подшипников при перегрузке валов и чрезмерной затяжке подшипников. Удары твёрдых тел с образованием искр.

Проведём анализ возможности образования источника зажигания от энергии проявления химической реакции в процессе окраски.

В данном процессе основное обращающееся вещество - толуол. Оно не является самовозгорающимся, при нормальной работе оборудования не вступает в химические реакции с водой, кислородом воздуха. А температура самовоспламенения слишком велика, чтобы получить её в условиях данного процесса. Следовательно, данный источник зажигания не характерен для процесса окраски.

Проведём анализ возможности образования источника зажигания от проявления электрической энергии в процессе окраски:

Насос подачи растворителя: возможно возникновение искр в электродвигателе и дуг коротких замыканий.

Насос подачи краски: возможно возникновение искр в электродвигателе и дуг коротких замыканий.

Насос циркуляционный: возможно возникновение искр в электродвигателе и дуг коротких замыканий.

Смеситель-растворитель: возможно возникновение искр в электродвигателе и дуг коротких замыканий.

Возможности образования в горючей среде источников зажигания представлены в таблице 5.1.

Таблица 5.1 Определение возможности образования в горючей среде источников зажигания

Примечание:

Знак "+" обозначает применяемость для данного оборудования, знак "-" не применяемость показателя.

4.5 Расчёт категории помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности

Исходя из характеристик применяемых веществ, категория категория каждого помещения определяется путём последовательной проверки принадлежности помещения от высшей (А) к низшей (Д), в зависимости от величины избыточного давления взрыва и удельной пожарной нагрузки в помещениях.

Характеристика пожарной опасности помещений

Параметры помещений приведены в таблице 2. Максимальная температура воздуха принята 35 єС. Свободный объём помещения принимаем равным 80% от объёма помещения.

Таблица 2 - Характеристика пожарной опасности помещений

Пожароопасные характеристики обращающихся веществ

Основные пожароопасные характеристики веществ и материалов, обращающихся в помещениях и наружной установке, приведены в таблице 3. Свойства обращающихся веществ определены по справочным данным [2].

Таблица 3 - Основные пожароопасные характеристики веществ.

4.6 Расчёт категории первого помещения

При расчете значений критериев взрывопожарной опасности в качестве расчетного следует выбирать наиболее неблагоприятный вариант аварии. Для данного помещения принимаем наихудший вариант - полное разрушение смесителя растворителя. В таком случае объём разлившегося вещества будет определяться по формуле:

V_А1 = V₁+V₂+V₃+V₄+V₅, (1)

где V₁ - объём разлившейся жидкости из аппарата, м³; V₂ - объём подводящего трубопровода c растворителем, м³; V₃ - объём подводящего трубопровода c полуфабрикатом, м³ V₄ - объём отводящего трубопровода, м³; V₅ - объём жидкости, поданной насосом до закрытия задвижки, м³.

(2)

где V_а - объём аппарата, м³; е - степень заполнения аппарата; w_p - доля растворителя, %.

(3)

где d - диаметр трубопровода, м.

(4)

где S₂ - площадь сечения подводящего трубопровода, м²; l₂ - расстояние до запорной арматуры на подводящей линии, м.

(5)

где S₃ - площадь сечения подводящего трубопровода с полуфабрикатом, м²; l₃ - расстояние до запорной арматуры на подводящей линии, м.

(5)

где

S₃ - площадь сечения отводящего трубопровода с полуфабрикатом, м²; l₃ - расстояние до запорной арматуры на отводящей линии, м.

(6)

где q - расход подводящей линии, м³/с; Т - время срабатывания запорной арматуры, с.

Масса разлившегося вещества будет определяться по формуле:

(7)

где - плотность вещества, кг/м³.

Давление насыщенных паров определяем по следующей формуле:

(8)

где А, В, С_А - константы уравнения Антуана [2]; t_p - температура среды, С.

Определяем интенсивность испарения по формуле:

(9)

где - коэффициент, зависящий от скорости и температуры воздушного потока над поверхностью испарения; М - молярная масса вещества, кг/кмоль.

По условию аварии в помещение выливается V_А1= 8,9 м³ жидкости, которая разливается на площади 445 м², т.к.1 л жидкости разливается на 0,5 м².

Площадь ограничения розлива найдём по формуле:

(10)

где S_{пом -} площадь помещения, м²; k - коэффициент ограничения розлива, %.

Т.к. площадь ограничения розлива меньше площади розлива, принимаем, что площадь испарения равна площади ограничения розлива (F_исп=S_обв).

Масса испарившейся жидкости, поступившей в помещение:

(11)

где Т_исп - время испарения, с.

Определяем плотность паров вещества при расчётной температуре по формуле:

(12)

где - молярный объем, м³/кмоль.

Определяем стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания по следующей формуле:

= n_c + (13)

где n_с, n_н, n_о, n_х - число атомов С, Н, О и галоидов в молекуле вещества.

Определяем стехиометрическую концентрацию паров вещества по формуле:

(14)

Избыточное давление взрыва определяем по формуле:

Р = (Р_max - Р_о)

(15)

где

P_max - максимальное давление взрыва стехиометрической паровоздушной смеси в замкнутом объеме, кПа; P₀ - атмосферное давление; Z - коэффициент участия горючего во взрыве; К_н - коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения; V_СВ - свободный объем помещения, м³.

Вывод: помещение 1 относится к категории А, т.к. в нём хранится легковоспламеняющаяся жидкость с температурой вспышки менее 28 ^оС в таком количестве, что может образовывать взрывоопасные парогазовоздушные смеси, при воспламенении которых развивается расчетное избыточное давление взрыва в помещении, превышающее 5 кПа.

4.7 Расчёт категории второго помещения

Для данного помещения принимаем наиболее неблагоприятный вариант аварии - полное разрушение бункера полуфабриката.

В таком случае объём разлившегося вещества будет определяться:

V₁ = 2,78.0,84.0,2 = 0,467 м^3,S₂= 0,00785 м^2,V₂ = 0,00785.3,3.0,2 = 0,00518 м^3,V_А2 = 0,467 + 0,00518 = 0,47 м³.

По условию аварии в помещение выливается V_А2=0,47 м³ жидкости, которая разливается на площади 235 м², т.к. 1 л жидкости разливается на 0,5 м².

Масса разлившегося вещества будет определяться по формуле (7):

0,47.866,9 = 407,4 кг.

Определяем интенсивность испарения по формуле (9):

Площадь ограничения розлива найдём по формуле (10):

Т.к. площадь обвалования меньше площади розлива, то принимаем, что площадь испарения равна площади ограничения розлива (F_исп=S_обв).

Масса испарившейся жидкости, поступившей в помещение определяется по формуле (11):

Избыточное давление взрыва определяем по формуле (15):

Р

Вывод: второе помещение относится к категории А, т.к. в нём хранится легковоспламеняющаяся жидкость с температурой вспышки менее 28 ^оС в таком количестве, что может образовывать взрывоопасные парогазовоздушные смеси, при воспламенении которых развивается расчетное избыточное давление взрыва в помещении, превышающее 5 кПа.

4.8 Расчёт категории третьего помещения

Для данного помещения принимаем наиболее неблагоприятный вариант аварии - полное разрушение бака готовой краски. В таком случае объём разлившегося вещества будет определяться: