2.2 Оценка пожаровзрывоопасности среды внутри аппарата при их нормальной работе

Внутри технологического оборудования при нормальных условиях для образования взрывоопасных концентраций должны выполняться два условия:

· наличие паровоздушного пространства;

· наличие жидкости при температуре, лежащей в интервале температурных пределов воспламенения:

,

где t_раб - рабочая температура жидкости в аппарате, 0С,

t_нпрп, t_впрп - соответственно нижний и верхний температурные пределы распространения пламени.

Для проверки условий образования взрывоопасных концентраций в аппаратах составляем таблицу 1.

Таблица 1. Оценка пожаровзрывоопасности среды внутри аппаратов.

Примечание к таблице №1: температурные пределы растворителя (ацетона) и глифталевой смолы взяты из описания технологического процесса и составляют: Т_нпв = -20 °С, Т_впв = 6 °С для первого и Т_нпв = 26 °С, Т_впв = 51 °С для второго вещества соответственно.

Из проведенного анализа делаем вывод, что при нормальном режиме работы в некоторых аппаратах данного технологического процесса образуется паровоздушное пространство, и возможность образования горючей среды существует, а именно, в смесителе-растворителе и в окрасочной камере.

Оценим взрывоопасные концентрации в аппаратах с горючими жидкостями путем сравнения их действительных концентраций с концентрационными пределами распространения пламени:

,

где ц_р - действительная (рабочая) концентрация горючего вещества, об. доли;

ц_н и ц_в - соответственно нижний и верхний концентрационные пределы распространения пламени при рабочей температуре, об. доли (% об. или кг/м³).

Определить значения величин ц_н и ц_в при температуре отличной от 25 ⁰С, можно по формулам:

,

,

где t_р - температура среды в аппарате, ⁰С.

Концентрационные пределы распространения пламени паровых смесей, состоящих из горючих и негорючих компонентов, оценивают по формуле:

,

где - концентрационный предел распространения пламени (нижний или верхний) смеси, об. доли;

- объемная доля 1-го горючего компонента в смеси;

- концентрационный предел распространения пламени (нижний или верхний) i-го компонента, об. доли;

- количество горючих компонентов в смеси.

Внутри смесителя-растворителя происходит растворение и разбавление полуфабриката при температуре 50 ?С. В состав горючего вещества входят: ацетон - 80 %, глифталевая смола - 20% (нелетучие 42,8%, ксилол 57,2%).

Найдем концентрацию паров в аппарате.

Относительное объемное содержание компонентов в смеси: ацетон 80 %, глифталевая смола - 20 %, в т.ч. 11,44 % ксилола.

Подсчитаем концентрационные пределы распространения пламени для глифталевой смолы:

· для ксилола при температуре 25 ⁰С - об. доли; об. доли.

об. доли;

об. доли.

Найдем концентрационные пределы для краски в смесителе:

об. доли;

об. доли.

Так как температура в аппарате составляет 50 ?С, пересчитаем концентрационные пределы с учетом температуры:

об. доли;

об. доли.

Взрывобезопасные условия эксплуатации аппаратов с перегретыми парами определяют из выражений:

Или

.

об. доли,

Или

об. доли.

Необходимо эксплуатировать данные аппараты выше или ниже концентрационных пределов распространения пламени.

В аппаратах с нагретыми жидкостями концентрация паров близка к насыщенной, т.е. . Здесь - концентрация насыщенного пара при рабочей температуре жидкости, определяемая по формуле:

где - давление насыщенного пара жидкости при рабочей температуре, Па;

- рабочее давление паровоздушной смеси в аппарате.

В аппаратах со смесями давление насыщенных паров компонентов над раствором определяют по закону Рауля (для идеальных растворов):

,

где - парциальное давление i-го компонентов над раствором, Па;

- давление насыщенного пара чистого i-го компонента при данной температуре, Па;

- мольная доля i-го компонента в растворе.

Для ацетона Па при Т=323 К (приложение 2 табл. 1 [6]).

Для ксилола Па при Т = 327,6 К (приложение табл. 2 [8]);

Па при Т = 313,2 К.

Па.

Относительное массовое содержание компонентов в растворе и мольные доли компонентов для бинарных растворов производим по формулам:

;

.

Для ацетона:

;

.

Для ксилола:

;

.

Тогда:

Па;

Па.

Суммарное давление насыщенного пара над раствором:

Па.

Концентрация насыщенного пара над раствором:

об. доли.

Вывод: так как , то взрывоопасная концентрация смеси в смесителе-растворителе не образуется. Так как концентрация смеси выше верхнего предела распространения пламени, следовательно при разбавлении смеси воздухом при уменьшении уровня жидкости в смесителе-растворителе возможно образование взрывоопасных концентраций. В результате вспышки взрывоопасных паров может произойти взрыв, в результате которого наступит повреждение как самого аппарата, так и соседнего технологического оборудования, и конструкций здания в целом с последующим крупным пожаром. Максимальное давление взрыва для данного вида жидкости определяем по формуле:

,

где T_взр и T_нач - температура продуктов горения при взрыве и начальная температура горючей смеси; m, n - количество молей в продуктах горения и в исходной смеси (по уравнению реакции горения)

С₃H₆О+ 4(O₂+ 3,76N₂) 3CO₂+3H₂O+4^.3,76N₂ - ацетон,

С₈H₁₀+ 10,5(O₂+ 3,76N₂) 8CO₂+5H₂O+10,5^.3,76N₂ - ксилол.

m = (3+3+4^.3,76) ^.0,8 + (8+5+10,5^.3,76) ^.0,2 = 27,33 молей;

n = (1+4+4^.3,76) ^.0,8 + (1+10,5+10,5^.3,76) ^.0,2 = 26,23 молей

Тогда:

МПа.

Вывод: в аппарате смеситель-растворитель следует предусмотреть защиту от взрыва: взрывные клапаны, предохранительные мембраны, разрывные мембраны.

Вывод: оценив пожарную опасность аппаратов при их нормальной работе мы пришли к следующим выводам. Горючая среда имеется в аппарате смеситель-растворитель, т.к в нем имеется свободное паровоздушное пространство. Так как по условиям технологического процесса мы не можем изменить рабочую температуру в аппарате. Предлагаю следующие мероприятия:

- ведение негорючих (инертных) газов в паровоздушное пространство аппарата;

- уменьшение скорости изменения уровня жидкости путем увеличения числа одновременно работающих аппаратов;

- полное заполнения аппарата;

- исключение или сокращение входа атмосферного воздуха в опорожняемый аппарат путем устройства газовой обвязки синхронно работающих аппаратов;

- оснастить емкость смесителя-растворителя не менее чем двумя датчиками уровня, т.к его вместимость более 3,5 м³, один из которых предназначается для сигнализации верхнего предельного уровня.

Предлагаю заменить торцевое уплотнение центробежного насоса на двойное торцевое уплотнение, предусмотреть резервирование данных насосов. Оснастить насос по перекачке ацетона устройством блокировки, исключающий пуск или прекращающий работу насоса при отсутствии перемещаемой жидкости в его корпусе или отклонениях ее уровней в приемной и расходной емкостях от предельно допустимых значений, средствами предупредительной сигнализации при нарушении параметров процесса, влияющих на безопасность. Установить запорную арматуру, устанавливаемую на нагнетательном и всасывающем трубопроводах насоса, которая должна быть к нему максимально приближена и находиться в зоне, удобной для обслуживания. На нагнетательном трубопроводе установить клапан обратного действия или другого устройства для предотвращения перемещения транспортируемого вещества обратным ходом. В качестве затворной жидкости использовать нейтральные к перекачиваемой среде жидкости. Применение ЛВЖ для этих целей не допускается.

Центробежные насосы с двойным торцовым уплотнением оснастить системами контроля и сигнализации давления (утечки) затворной жидкости, а также блокировками, отключающими насосы в случае возникновения падения давления (утечки) при индивидуальной для каждого насоса системе подачи затворной жидкости.