Контрольная работа: Абсорбция Предотвращение источников техногенной чрезвычайной ситуации
ВВЕДЕНИЕ
На промышленных предприятиях приходиться осуществлять не только разделение растворов на составляющие их компонентов, но и процессы разделения газовых и паровых смесей.
Для разделения газовых и паровых смесей чаще всего используют сорбционные процессы. В основе сорбционных процессов лежит избирательная способность к поглощению отдельных компонентов смеси.
Сорбция — поглощение газов, паров и растворенных веществ твердыми телами и жидкостями. Виды сорбции:
— адсорбция;
— абсорбция;
— хемосорбция;
— капиллярная конденсация.
Адсорбция — процесс поглощения одного или нескольких компонентов из газовой смеси или раствора твердым веществом — адсорбентом.
Абсорбция — процесс поглощения паров или газов из газовых или паро-газовых смесей жидкими поглотителями — абсорбентами.
Хемосорбция — поглощение одного вещества другими, сопровождающиеся химической реакцией (поглощение аммиака водой, поглощение влаги и кислорода металлами).
Капиллярная конденсация — паров в микропористых сорбентах (она происходит вследствие того, что давление паров над вогнутым мениском жидкости в смачиваемых ею узких капиллярах меньше, чем давление насыщенного пара над плоской поверхностью жидкости при той же температуре).
Смесь паров или газов, направляемых на абсорбцию или адсорбцию называют абсорбтивом или адсорбтивом, а вещества используемые как поглотитель называют абсорбентом или адсорбентом.
Рекуперация — метод улавливания или выделения органических растворителей с целью их повторного использования.
Процессы абсорбции применяются для:
— извлечения ценных компонентов из газовых смесей;
— санитарной очистки выпускаемых в атмосферу отходящих газов от сернистого ангидрида;
— как основная технологическая стадия ряда важнейших производственных процессов (например: абсорбция серного ангидрида в производстве серной кислоты и т.д.).
Абсорбенты обладают свойством селективности (изберательности) (каждый абсорбент лучше всего поглощает какие-то определенные газы и пары; другие составляющие газовой смеси им не поглощаются совсем или поглощаются незначительно.
Движущей силой, обуславливающей растворение газа или пара в абсорбенте, является разность концентраций его в растворе и над жидкостью (если концентрация в газовой фазе компонента, который улавливает, больше, чем в жидкости, значит идет процесс растворения, в противном случае поглощенный компонент будет выделяться из абсорбента).
Равновестность этой системы при постоянных давлении и температуре определяется законом Генри, в соответствии с которым растворимость газа пропорциональна его парциальному давлению над жидкостью:
где: Ха — молярная концентрация газа;
y — коэфициент Генри, зависящий от свойств газа и жидкости;
Ра — парциальное давление газа над жидкостью.
Процессы абсорбции, как правило, экзотермичны. Выделяющееся тепло будет повышать температуру процесса, что вызывает снижение поглотительной способности жидкости и условия абсорбции будут ухудшаться. С повышением давления растворимость газа в жидкости увеличивается, следовательно условия абсорбции будут улучшаться. Оптимальные условия ведения процесса абсорбции:
— пониженная температура;
— повышенное давление.
Аппараты, в которых осуществляется процесс абсорбции, называется абсорберами или скруберами.
Типы абсорбентов:
— насадочные;
— тарелочные;
— барботажные;
— распыливающие, разбрызгивающие.
Конструктивно они мало чем отличаются от ректификационных колонн соответствующего типа.
Процесс обратного извлечения из абсорбента уловленного компонента (процесс десорбции) осуществляется по разному:
— из раствора — ректификацией;
— из нестойкого химического соединения — путем нагревания или окисления.
1. Краткое описание производственного процесса
Из смеси паров и газов необходимое вещество можно выделить используя метод абсорбции. При улавливании паров этилового спирта из этилена в качестве абсорбента используется вода.
Ниже дано описание производственного процесса абсорбционной установки.
Поступающая на установку по линии 1 смесь пара и газа (этилен с парами этилового спирта) с начальным давлением 6 МПа подвергается охлаждению до температуры 10°С в водяных кожухотрубчатых холодильниках 2. Предварительное сжатие и охлаждение начальной смеси обеспечивается в последующем более эффективным улавливанием паров из смеси газов. Из холодильника 2 смесь пара и газа поступает в два последовательно соединённых абсорбера 3. Абсорберы представляют собой вертикальные цилиндрические аппараты, внутренний объём которых заполнен насадкой в виде керамических колец. В верхнюю часть последнего по ходу газа абсорбера насосом 12 подаётся регенерированный и охлаждённый в холодильнике 14 поглотитель-абсорбент — вода. Абсорбент, проходя абсорберы навстречу движению газа, поглощает из него пары бензина или спирта и в виде насыщенного раствора поступает в сборник 16. Очищенный от пара газ (природный или этилен) выходит из последнего абсорбера по линии 4 и поступает в компрессор 7, сжимается до давления необходимого для дальнейшей его переработки. Сжатый газ по линии 8 отводится из компрессорной станции.
Насыщенный абсорбент из ёмкости 16 насосом 15 подаётся на разделение (десорбцию) в ректификационную колонну 5. Перед поступлением на десорбцию абсорбент подогревается до температуры кипения в подогревателе 13. Ректификационная колонне 5 имеет колпачковые тарелки. Рабочее давление в колонне приведено в табл.1, температура в верхней части колонны равна температуре кипения удавливаемой жидкости (этилового спирта), температура в нижней части колонны равна температуре кипения применяемого абсорбента (воды). Нижняя часть колонны имеет подогреватели.
Теплоносителем подогревателей ректификационной колонны 5 и подогревателя насыщенного абсорбента 13 является водяной пар.
В ректификационной колонне 5 из абсорбента отгоняются поглощённые им из начальной смеси пары этилового спирта. Отогнанный, из абсорбента пар выходит из верхней части колонны и поступает на конденсацию к охлаждение в конденсатор-холодильник 6. Поглощённый конденсат этилового спирта с температурой 20 о С поступает в емкость ректификата 10. Из ёмкости 10 часть жидкости насосом 11 подается в качестве флегмы на орошение ректификационной колонны 5, остальная часть отводится на склад в ёмкости готовой продукции.
Все основные аппараты технологической схемы размещены на открытой площадке. Колонные аппараты (абсорберы, ректификационные колонны) и непосредственно связанные с ними аппараты, расположены на трёхэтажной, металлической этажерке, имеющей две двухмаршевые лестницы. Холодильники, подогреватели и промежуточные емкости расположены на отдельных площадках. Площадки имеют по периметру бортики высотой 15 см для защиты от растекания разлившейся жидкости.
Параметры работы аппаратов приведены в табл. 1 и 2.
Табл.1 Исходные данные об аппаратах, оборудовании и помещении
Позиция на рис.1. | Наименование оборудования | Режим работы | Размеры | ||
Р, МПа | t, о С | d или l, м | h, м | ||
1 | Линия подачи на абсорбцию | 0,6 | 20 | - | - |
2 | Холодильник газа кожухатрубчатый | 0,6 | 10 | 0,8 | 5 |
3 | Абсорберы | 0,5 | 15 | 1,5 | 30 |
4 | Линия подачи газа к компрессору | 0,45 | 15 | - | - |
5 | Десорбер (ректификационная колонна) | 0,46 | 170 | 2,5 | 32 |
6 | Конденсатор-холодильник кожухотрубчатый | 0,15 | 20 | 0,8 | 5 |
7 | Компрессор газовый | 2,4 | 50 | - | - |
8 | Линия сжатого газа | 2,4 | 50 | - | - |
9 | Межступенчатый холодильник | 2,4 | 50 | - | - |
10 | Приемник уловленного продукта | 0,12 | 15 | 3 | 8 |
11 | Насос центробежный для подачи орошения | 0,6 | 15 | - | - |
12 | Насос для подачи абсорбента в холодильник | 0,6 | - | - | - |
13 | Подогреватель насыщенного абсорбента | 0,4 | 170 | 0,8 | 5 |
14 | Холодильник абсорбента | 0,6 | 15 | 0,3 | 5 |
15 | Насос для подачи абсорбента на ректификацию | 0,4 | 20 | - | - |
16 | Сборник насыщенного абсорбента | 0,4 | 20 | 2 | 6 |
Табл.2 Исходные данные об оборудовании, подлежащем анализу техногенной опасности
№ оборудования | исходные данные | значение |
абсорбер | Давление, МПА | 0.11 |
Температура среды, о С | 110 | |
Диаметр, м | 2 | |
Высота, м | 24 | |
Паровой объем, % | 80 | |
Защита от давления | Нет | |
Средства тушения | Нет |
Позиция на рис. 1 | Исходные данные | Последняя цифра зачетной книжки |
Насосная станция для сжатия природного газа | Ширина помещения, м | 12 |
Длина помещения, м | 24 | |
Высота помещения, м | 10 | |
Кратность вентиляции, 1/ч | 8 | |
Скорость воздуха, м/с | 0.8 | |
Насосная станция для сжатия этилена | Ширина помещения, м | 18 |
Длина помещения, м | 24 | |
Высота помещения, м | 10 | |
Кратность вентиляции, 1/ч | 6 | |
Скорость воздуха | 0.4 | |
Общий энергетический потенциал, Е, ГДж. | 90 |
2. Анализ пожароопасных веществ, обращающихся в технологическом оборудовании
Сводная таблица показателей опасности, применяемых в производстве веществ
Вещества Показатель опасности | Вещества обращающиеся в производственном процессе | |
Этилен | Этиловый спирт | |
1 | 5 | 6 |
Агрегатное состояние | Газ | Жид. |
Группа горючести | Г4 | Г4 |
Молекулярная масса | 28.03 | 46.069 |
Температура плавления 0С | - | -114.15 |
Температура кипения 0С | -103.7 | 78.39 |
Плотность г/см3 | - | 0.7893 |
Температура вспышки | - | 13 |
Стандартная энтальпия образования, кДж/моль | - | -234,8 (г) |
Теплота сгорания, кДж/кг | -1318 кДж/моль | 281,38 (г) кДж/кг |
Стандартная мольная теплоемкость Cp (298 К, Дж/моль·K) | 1,197 (г) | |
Энтальпия плавления ΔHпл (кДж/моль) | - | 4,81 |
Энтальпия кипения ΔНкип (кДж/моль) | 839,3 | |
Температура воспламенения,0С | - | |
Температура самовоспламенения, 0С | 435 | 404 |
Летальная доза (ЛД50, в мг/кг) | 9000 | |
Нижний концентрационный предел распространения пламени | 2.7 | 3.6 |
Верхний концентрационный предел распространения пламени | 34 | 17.7 |
Нижний температурный предел распространения пламени, 0С | - | 11 |
Верхний температурный предел распространения пламени 0С | - | 41 |
Температура тления 0С | - | - |
Условия теплового самовозгорания | - | - |
Минимальная энергия зажигания, мДж | 0.12 | |
Способность взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха и др. веществами | Взрывоопасен при взаимодействии с кислородом | |
Нормальная скорость распространения пламени, м/с | 0.735 | |
Минимальное взрывоопасное содержание кислорода,% | 10 | |
Минимальная флегматизирующая концентрация флегматизатора, % | 42% СО2 | |
Максимальное давление взрыва | 830 | |
Скорость нарастания давления взрыва, МПа/с | 37.7 | |
Класс опасности вещества | 2 | 3 |
Класс опасности и подкласс вещества | 2.3 | 3.2 |
Вывод: обращающееся в технологическом процессе вещество является взрывопожароопасным, что свидетельствует о большой пожарной опасности данного процесса.
3. Анализ системы предотвращения источников техногенной ЧС
3.1 Определение возможности образования горючей среды внутри производственного оборудования
Заключение о пожаровзрывоопасности газовоздушной смеси определяется по следующей зависимости:
Для этанола условия образования горючей среды:
Для этилена:
Внутри оборудования с жидкостью горючая среда может образоваться только при наличии в оборудовании свободного от жидкости объема (газового пространства), который сообщается с атмосферой и в той или иной степени насыщается парами жидкости.
Все оборудование (и с газовой смесью, и с жидкостью) работает под избыточным давлением, поэтому подсос окислителя в исследуемом процессе невозможен. Образование горючей смеси может происходить на стадии формирования смеси этилена и этанола и в результате неисправности оборудования, а также ошибок оператора.
3.2 Определение возможности выхода горючих и вредных веществ в воздух производственного помещения (на открытую площадку)
3.2.1 При нормальном режиме функционирования
Горючие газы, пары и жидкости выходят в производственное помещение или на открытую площадку, если технологические аппараты с жидкостями имеют открытую поверхность испарения или дыхательные устройства, при использовании аппаратов периодического действия, аппараты с жидкостями и газами имеют сальниковые уплотнения. Размеры образующихся наружных пожаровзрывоопасных зон определяются свойствами обращающихся в технологическом процессе производства веществ, количеством их, количеством веществ которое может выходить наружу за определенный промежуток времени; условиями выброса, растекания и рассеивания веществ в окружающей среде.
При нормальном режиме функционирования выход веществ наружу в производственное помещение практически невозможен при исправности всего технологического оборудования.
Как правило, на величину выходящих веществ в производственное помещение оказывает влияние и конструктивное исполнение технологического оборудования. Так, в настоящее время оно выполнено не на достаточно высоком уровне. Поэтому пары ЛВЖ будут поступать в производственное помещение и при нормальном режиме работы. В случае недостаточно хорошей работы местных отсосов будут образовываться местные взрывоопасные зоны.
3.2.2 При повреждении производственного оборудования
Большую техногенную опасность представляют аварии и аварийные ситуации, при которых горючие вещества (жидкости, газы) выходят в производственное помещение или на открытую площадку, растекаются и рассеиваются по окрестности, образуя пожаровзрывоопасные зоны за пределами технологического оборудования.
Последствия повреждения или аварии будут зависеть от:
— размеров аварии;
— пожароопасных свойств веществ, выходящих наружу;
— давления и температуры в аппарате.
При эксплуатации производственного оборудования возможно повреждение сальников, прокладок материала корпуса, полное разрушение аппаратов.
Если в поврежденных аппаратах находятся жидкости нагретые в условиях производства, то возможно:
— воспламенение веществ, если они нагреты в условиях производства выше температуры самовоспламенения;
— образование ВОК, если выходящие из аппарата вещества нагреты ниже Тсам, но выше t всп .
Повреждения аппаратов и трубопроводов могут быть:
— местными (локальными);
— полными.
В первом случае через образовавшееся отверстие почти под постоянным давлением продукт в виде струй пара, газа или жидкости будет выходить наружу, а во втором — все содержимое аппарата сразу выйдет наружу и кроме того, будет продолжаться истечение газа или жидкости из соединенных с ним трубопроводов.
При авариях и повреждениях аппаратов и трубопроводов из них выходят горючие газы, пары или жидкости, что приводит к образованию пожаровзрывоопасных смесей не только у мест утечки, но и во всем производственном помещении, даже на открытых площадках.
3.2.2.1 Повреждения технологического оборудования в результате механического воздействия
Повышенные давления, которые приводят к повреждению аппаратов могут возникать в результате:
I. Нарушения материального баланса работы аппарата, скорости и очередности подачи компонентов.
Нарушение материального баланса происходит при несоответствии производительности работы насосов (11,12,15) и компрессоров (7), принятой интенсивности заполнения аппаратов, в случае неправильного соединения аппаратов, которые работают с разным давлением, при увеличении сопротивления в дыхательных линиях, отсутствия или неисправности автоматики регулирования, подачи и отвода веществ.
II. Нарушений температурного режима работы аппарата.
Нарушений температурного режима происходит при отсутствии или неисправности контрольно-измерительных приборов, недосмотра персонала, а в отдельных случаях от действия лучистой энергии соседних аппаратов и даже от повышения температуры окружающей среды. Особенно опасно нарушение температурного режима для переполненных аппаратов.
III. Нарушений процесса конденсации паров (холодильники 2,14,6)
Нарушение процесса конденсации паров происходит в результате:
1. уменьшения или полного прекращения подачи хладагента;
2. подачи хладагента с более высокой начальной температурой;
3. сильного загрязнения теплообменной поверхности аппарата.
IV. Попадания в высоконагретые аппараты жидкостей, с низкой температурой кипения (десорбер 5, подогреватель абсорбента 13)
Жидкости с низкой температурой кипения могут попасть в аппарат: с продуктом, подаваемым в аппарат; через неплотности теплообменной поверхности; при неправильном переключении линий; в виде конденсата из паровых и продувных линий.
V. Нарушений режима работы аппарата с экзотермическим процессом.
Это происходит при несвоевременном отводе излишек тепла в реакции, нарушениях соотношений реагирующих веществ, увеличении количества подаваемого катализатора или инициатора, при несвоевременном отводе из реактора излишек газообразных продуктов реакции, образовании пробок в линиях стравливания и отвода веществ.
VI. Действие на материал аппаратов и трубопроводов нагрузок динамического характера
Основные причины возникновения динамических нагрузок:
а) резкое изменение давления в аппаратах и трубопроводах:
— в момент пуска аппаратов в эксплуатацию;
— в момент остановки аппарата;
— при грубых нарушениях установленного режима температуры и давления;
б) гидравлический удар.
Гидравлический удар возможен при:
— быстром закрытии и открытии задвижек на трубопроводах;
— больших пульсациях веществ, подаваемых насосами;
— резком изменении давления на каком-либо дальнем трубопроводе;
в) вибрации аппаратов и трубопроводов.
Вибрации возникают:
— у недостаточно закрепленных трубопроводов, которые работают под давлением;
— в аппаратах, соединенных с поршневыми насосами и компрессорами;
— в аппаратах, установленных вблизи работающих агрегатов;
— у недостаточно закрепленных аппаратов.
VII. Эрозии материалов аппаратов и трубопроводов
Эрозия – механический износ материала перемещаемой средой. Эрозия металлов происходит при обтекании конструкций потоком твердых, жидких или газообразных частиц или при электрических разрядах. Эрозия бывает газовая, абразивная, кавитационная, электрическая, ультразвуковая. В результате эрозии уменьшается толщина стенок аппаратов, трубопроводов, что приводит к возникновению опасных напряжений в них даже при нормальном ведении технологических процессов.
3.2.2.2 Повреждения технологического оборудования в результате температурного воздействия
При эксплуатации производственного оборудования неплотности и повреждения могут возникать в результате действия температур. Температуры могут привести к образованию непредусмотренных расчетом температурных напряжений в материале стенок аппарата, а также изменить механические свойства металла.
Температурные напряжения, как правило, возникают:
— при резких изменениях рабочей температуры аппарата или внешней среды;
— под влиянием неравномерного влияния действия температур на жестко закрепленные конструкции и узлы аппаратов;
— при наличии в аппаратах элементов, которые находятся под действием разных температур;
— в толстостенных конструкциях.
Воздействие высоких температур на материал аппарата (металл) может привести к возникновению пластических деформаций, а низких – снизить ударную вязкость.
3.3 Определение возможности образования в горючей среде (или внесения в нее) источников зажигания, инициирования взрыва
3.3.1 Источники зажигания от открытого огня, искр и нагретых поверхностей
В условиях производства для данного технологического процесса характерными могут быть следующие источники зажигания:
— подогреватель насыщенного абсорбента;
— факелы и паяльные лампы, используемые для отогрева различных коммуникаций;
— малокалорийные источники зажигания (тлеющий окурок).
— высоконагретые продукты и поверхность конструкции;
3.3.2Источники зажигания от теплового проявления механической энергии
В производственных условиях наиболее распространенными источниками зажигания от теплового проявления механической энергии являются:
— удары твердых тел с образованием искр;
— поверхностное трение тел;
Удары твердых тел.
При определенной силе удара некоторых твердых тел друг о друга могут образовываться искры, которые называются искрами удара или трения. Искры представляют собой нагретые до высокой температуры частицы металла или камня размером от 0.1 до 0.5 мм. и более. Температура искры достигает в среднем 1550О С. Несмотря на высокую температуру искры ее воспламеняющая способность сравнительно невысока, т.к. из-за малых размеров (массы) запас тепловой энергии искры очень мал. Искры способны воспламенить парогазовоздушные смеси, имеющие малый период индукции, небольшую минимальную энергию зажигания. Воспламеняющая способность искры, находящаяся в покое, выше летящей, т.к. неподвижная искра медленней охлаждается, она отдает тепло одному и тому же объему горючей смеси, а следовательно нагреть до более высокой температуры.
В условиях производства наиболее часто искры образуются при:
— работе ударным инструментом (молотки, зубила, ломы и т.д.);
— удары алюминиевых тел о стальную окисленную поверхность
,
Искры, образующиеся при попадании в машины металла или камней.
Образование искр такого происхождения возможно в:
— аппаратах центробежного действия (насосы, компрессоры).
Искры, образующиеся при ударах подвижных механизмов машин об их неподвижные части.
Искры такого происхождения возникают при:
— — неправильной регулировки зазоров;
— — изнашивании подшипников;
— — перекосах оборудования;
Источники зажигания по причине тепла трения.
Всякое перемещение соприкасающихся друг с другом тел требует затрат энергии на преодоление работы сил трения. Эта энергия в основном превращается в теплоту.
При нормальных условиях выделяющееся тепло своевременно отводится и этим обеспечивается нормальные температурный режим.
Причина роста температуры:
— увеличение количества выделяющегося тепла;
— уменьшение теплоотвода.
По этим причинам возможен перегрев подшипников.
Причины перегрева подшипников:
— отсутствие смазки;
— чрезмерная затяжка;
— перекосы;
— перегрузка валов;
— загрязнение поверхности отложениями, уменьшающими теплоотвод.
3.3.3 Источники зажигания от теплового проявления электрической энергии
Пожары от электроустановок могут происходить как при их нормальной работе, так и при неисправностях. При нормальной работе — неправильный выбор по условиям работы (без учета категории и группы взрывоопасной смеси и характера окружающей среды) электроустановок. При аварийных режимах вызванных несоответствием электрооборудования номинальным токовым нагрузкам, перегрузкой электрических и сетей и электродвигателей, короткими замыканиями и большими переходными сопротивлениями.
Причинами пожаров так же могут быть разряды статического и атмосферного электричества.
3.3 Определение условий, способствующих распространению пожара
а) скопление значительного количества горючих веществ и материалов в помещениях и на открытых площадках, превышающих установленные нормы;
б) наличие развитой системы вентиляции, а также отсутствие или неисправность огнезадерживающих и обратных клапанов, шиберов и заслонок в системах вентиляции;
в) наличие технологических коммуникаций (производственная канализация, технологические трубопроводы, транспортерные линии, пневмотранспорт);
г) аварии аппаратов и трубопроводов, сопровождающиеся разливом ЛВЖ, и загазованностью помещений, установок;
д) наличие незащищенных технологических и других проемов в перекрытиях, стенах, перегородках;
е) отсутствие или неисправность:
— автоматических установок обнаружения и тушения пожаров;
— средств связи;
— противопожарного водоснабжения;
— аварийного слива жидкостей из производственного оборудования;
— первичных средств пожаротушения;
ж) появление на пожаре внезапных факторов (взрыв аппарата, выбросы, обрушение конструкций и т.д.);
з) несоответствие противопожарных расстояний.
По производственным коммуникациям пожар будет распространятся в тех случаях, если внутри трубопроводов, воздуховодов, траншей, туннелей или лотков образовалась горючая среда, когда трубопроводы с этой горючей средой работают неполным сечением, если в системе заводской канализации на поверхности воды имеется слой горючей жидкости, когда имеются горючие отложения на поверхности труб, каналов и воздуховодов, если в технологической системе находятся газы, газовые смеси или жидкости, способные разлагаться с воспламенением под воздействием высокой температуры или давления. Огонь может также распространяться по транспортерам, элеваторам и другим транспортным устройствам, через не защищенные технологические проёмы в стенах, перегородках и перекрытиях.
4. Определение параметров поражающих факторов источников техногенной ЧС
4.1 Определение относительного энергетического потенциала блока
Относительный энергетический потенциал характеризует запас энергии в технологическом блоке, который может быть реализован при взрыве определяется по формуле
где:
E | — общий энергетический потенциал (кДж). |
Условная масса горючих веществ определяется как отношение общего энергетического потенциала к единой теплоте сгорания большинства углеводородов по формуле (14).
,
Категория взрывоопасности блока II.
4.2 Определение параметров поражающих факторов источников техногенной чрезвычайной ситуации для десорбера 5
Поражающий фактор источника техногенной ЧС — составляющая опасного происшествия, характеризуемая физическими, химическими и биологическими действиями или проявлениями, которые определяются или выражаются соответствующими параметрами
При оценке поражающих воздействий факторов источников техногенной чрезвычайной ситуации определяют:
а) массу веществ вышедших при аварии;
б) площадь аварийного разлива жидкостей;
в) размеры зон ограниченных НКПРП;
г) избыточное давление взрыва;
д) величину плотности теплового потока;
е) размеры зон возможных разрушений и травмирования персонала;
ж) глубину зоны заражения вредных веществ;
з) продолжительность поражающего действия вредных веществ.
В виду того, что оборудование располагается на открытой площадке, определяем горизонтальные размеры зон, ограничивающие паровоздушные смеси с концентрацией горючего выше НКПР возле десорбера:
(1)
(2)
где
m п — масса паров ЛВЖ, поступивших в открытое пространство за время полного испарения, но не более 3600 с, кг;
rГ.П. — плотность паров ЛВЖ при расчетной температуре и атмосферном давлении, кг×м-3 ;
Рн — давление насыщенных паров ЛВЖ при расчетной температуре, кПа;
К — коэффициент, принимаемый равным К = Т/3600 для ЛВЖ;
Т — продолжительность поступления паров ЛВЖ в открытое пространство, с;
Снкпр — нижний концентрационный предел распространения пламени паров ЛВЖ, % (об.);
М — молярная масса, кг×кмоль-1;
V0 — мольный объем, равный 22,413 м3 ×кмоль-1 ;
tр — расчетная температура, °С.
(3)
где А, В, СА — коэффициенты Антуанна (определяются по справочной
литературе );
tж – температура жидкости.
Т – время испарения жидкости, с.
Длительность испарения жидкости принимается равной времени ее полного испарения, но не более 3600 с.
Массу паров ЛВЖ принимаем равной массе этанола в десорбере, учитывая, что весь этанол находится в паровой фазе и занимает 80% объема десорбера.
где плотность паров ЛВЖ, ;
V – объем газовой смеси десорбера, содержащей этанол, м3 ;
mп – масса паров ЛВЖ, кг;
P – давление в десорбере, кПа;
Va – объем десорбера, м3 ;
0.8 – коэффицент, учитывающий паровое пространство.
;
где D – диаметр десорбера, м;
h – высота десорбера, м.
Определяем расчетное избыточное давление на расстоянии 30м от десорбера:
где Ро — атмосферное давление, кПа (допускается принимать равным 101 кПа);
r — расстояние от геометрического центра газопаровоздушного облака, м;
mпр — приведенная масса газа или пара, кг, вычисляется по формуле
(4)
где Qсг — удельная теплота сгорания пара, ;
Z — коэффициент участия горючих газов и паров в горении, который допускается принимать равным 0,1;
Qо — константа, равная ;
т — масса горючих паров, поступивших в результате аварии в окружающее пространство, кг.
5. Определение категории помещения по взрывопожарной и пожарной опасности, класса взрывоопасной зоны
Т.к. горизонтальный размер зоны, ограничивающей газопаровоздушные смеси с концентрацией горючего ниже нижнего концентрационного предела распространения пламени (НКПР) меньше 30 м и расчетное избыточное давление при сгорании паровоздушной смеси на расстоянии 30 м от наружной установки меньше 5 кПа, то наружная установка относится к категории Вн .
В виду того, что образование взрывоопасных концентраций возможно при аварии, то согласно п.7.3.43 ПУЭ, класс зоны возле десорбера — В-1г.
6. Разработка мероприятий по снижению техногенной опасности производственного процесса
6.1 Требования к теплообменным процессам и аппаратам (холодильникам, конденсаторам)
1) Перед пуском в работу теплообменников необходимо провести их внешний осмотр, проверить исправность контрольно-измерительных или регулирующих приборов, арматуры, теплоизоляции, проверить состояние площадок под аппаратами. Не допускается загрязнение площадок горючими веществами.
2) Разогрев (при пуске) и охлаждение (при остановке) теплообменников должны производиться плавно, во избежание повреждения от температурных напряжений.
3) Необходимо следить за подачей хладоагента (захоложенной воды, рассола, сжиженного газа) в холодильники-конденсаторы. При прекращении подачи хладоагента процесс необходимо остановить.
4) При эксплуатации теплообменников необходимо осуществлять контроль за содержанием горючих веществ в негорючем теплоносителе. Периодичность контроля должна быть указана в производственной инструкции.
5) Не допускается снижение уровня нагрева горючей жидкости в аппаратуре и оголения поверхности теплообмена во избежание ее перегрева.
6) Необходимо соблюдать установленную периодичность контроля за состоянием трубок, трубной доски и межтрубного пространства кожухотрубных теплообменников. Отглушение неисправных трубок не должно влиять на нормируемые параметры технологического процесса.
6.2 Требования к процессам ректификации, абсорбции и адсорбции горючих смесей
1. Ректификационные колонны и абсорберы перед пуском должны быть осмотрены, проверена исправность и готовность к работе всех связанных с ними аппаратов и трубопроводов, исправность контрольно-измерительных приборов, регуляторов температуры и давления в колонне, измерителей уровня жидкости в нижней части колонны, приемниках ректификата, рефлюксных емкостях и емкостях остатка.
2. При разгонке низкокипящих растворов и сжиженных газов во избежание образования ледяных и кристаллогидратных пробок необходимо контролировать количество влаги в сырье, подавать соответствующий растворитель в места, где систематически наблюдается отложение льда, или осуществлять обогрев этих мест.
3. Герметичность вакуумных колонн и связанных с ними аппаратов контролируется, как правило, автоматически по содержанию кислорода в парогазовой фазе после вакуумных насосов или вакуум-эжектора. При отсутствии стационарных приборов, осуществляется лабораторный контроль с периодичностью, определенной в производственных инструкциях. При падении вакуума ниже предельно допустимой нормы в колонну должен быть подан инертный газ и приняты меры по остановке процесса.
4. Приборы автоматического контроля уровня жидкости в сепараторах должны быть в исправном состоянии. При отсутствии стационарных приборов, должен осуществляться лабораторный контроль с периодичностью, определенной в производственных инструкциях.
5. На открытых установках в зимнее время спускные и дренажные линии, а также участки трубопроводов подачи замерзающих жидкостей (воды, щелочи и других жидкостей) должны иметь исправное утепление.
6.3 Требования к процессам сжатия горючих газов
1. При эксплуатации компрессоров должны соблюдаться требования “Правил устройства и безопасной эксплуатации поршневых компрессоров, работающих на взрывоопасных и токсичных газах” и настоящих Правил.
2. При сжатии ГГ необходимо обеспечить герметичность уплотняющих устройств, исправность блокировки, обеспечивающей остановку компрессора при падении давления в системе гидравлического уплотнения ниже предельно допустимого. При обнаружении пропуска газа компрессор должен быть остановлен и неисправность устранена.
3. Системы смазки механизма движения цилиндров и сальников должны иметь исправные блокировки по остановке двигателя компрессора при падении давления в системе смазки ниже допустимого.
4. Для предотвращения отложений в трубопроводах продуктов разложения масла и их возгорания не допускается превышать нормы расхода масла, установленные регламентом.
5. Необходимо регулярно очищать клапанные коробки и клапаны воздушных поршневых компрессоров от масляных отложений и нагара.
6. Не допускается работа компрессора с искрением на контакте запальной свечи у газомотора, а также проверка наличия искры у свечи в компрессорной.
7. Не допускается очистка компрессорного оборудования и трубопроводов от масляного конденсата и продуктов разложения масла выжиганием.
8. Газомоторные компрессоры должны быть оборудованы исправными автоматическими отсекателями топливного газа, срабатывающими при понижении давления в приемной линии компрессора ниже допустимой величины.
6.4 Требования к процессам транспортирования ЛВЖ, насосному оборудованию
1. Для транспортирования ЛВЖ следует применять центробежные бессальниковые насосы.
2. Насосы, транспортирующие ЛВЖ, должны иметь исправное дистанционное отключение из безопасного места.
3. Не допускается включать в работу горячие резервные насосы без предварительного их прогрева.
4. Затворная жидкость уплотняющих устройств, применяемая для обеспечения герметичности насосного оборудования должна быть инертной к перекачиваемой среде.
5. При работе насосов необходимо следить за смазкой трущихся частей и температурой подшипников. Не допускается работа насосов с температурой подшипников выше предусмотренной паспортными данными и наличием под насосами пролитого смазочного масла и продуктов.
6. Производить ремонт на работающих насосах и заполненных трубопроводах не допускается.
7. Во избежание гидравлического удара и возможного разрушения не допускается резко увеличивать или уменьшать число оборотов центробежных насосов, а также число ходов поршня поршневых насосов.
ЛИТЕРАТУРА
· ГОСТ 12.1.004-91 «Пожарная безопасность. Общие требования».
· ГОСТ 12.1.044-89 «Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения».
· СТБ 11.0.02-95 «Система стандартов пожарной безопасности. Пожарная безопасность. Общие термины и определения».
· НПБ 5-2000 «Категории помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности».
· Алексеев М.В. и др. Пожарная профилактика технологических процессов производств. – М, 1986.
· Алексеев М.В. Основы пожарной профилактики технологических процессов производств. – М, 1972.
· Справочник. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средств их тушения. Ч. 1, 2. М.; Химия, 1990.
· М.В. Алексеев «Пожарная профилактика технологических процессов производства», ВИПТШ, Москва, 1986 г.
· Методическое указание к выполнению расчетно-графической работы «аналитическая оценка вероятности возникновения источников техногенной чрезвычайной ситуации», КИИ МЧС РБ, Минск, 2001.
· «Пожароопасность веществ и материалов и средство их тушения», Химия, Москва, 1980 г.
· ППБ РБ 1.01-94 «Общие правила пожарной безопасности РБ для примышленных предприятий», Минск, 1995г.
· ППБ 2.08-2000 ППБ для химических, нефтехимических, нефтеперерабатывающих производств.