Пожарная безопасность технологических процессов (2)

метки: Пожарный, Работа, Безопасность, Контроль, Аппарат, Курсовой, Обеспечение, Процесс

В методических указаниях даны рекомендации по выполнению курсовой работы, цель которой -закрепление знаний по курсу «Пожарная безопасность технологических процессов» (ПБТП), приобретение навыков анализа пожарной опасности, разработки технических решений противопожарной защиты, обоснования (путем расчета) категорий помещений зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности и оценке критериев поражающих факторов.

Курсовая работа по пожарной безопасности технологических процессов является важным этапом в освоении курса. При выполнении курсовой работы мы имеем возможность применить теоретические знания к решению конкретной практической задачи, связанной с разработкой инженерных решений и рекомендации по обеспечению пожарной безопасности заданного технологического процесса.

1. Оперативно-тактическая характеристика объекта

Климатические условия, в которых происходит производственный процесс нельзя назвать «самыми лучшими». Махачкала раскинулась вблизи моря, что естественным образом отражается на климате в городе. Итак, начнём по порядку. Зима в Махачкале очень тёплая, относительно зим, которые бывают в центральной области России. Средняя температура колеблется 0 до -5. Не исключена возможность, что пару недель за 3 месяца, тут будут морозы до -20 градусов. Такие морозы, сами по себе являются чрезвычайным происшествием для Махачкалы. Нужно отметить, что ощущается -20 в Махачкале намного жёстче, чем в Москве и других регионах России. Обусловлено это тем, что здесь очень высокий уровень влажности и сильные ветра.

Весной в Махачкале погода очень не стабильная. Сутра и до обеда может жарить солнце и в начале марта, воздух может прогреться до +20 к обеду, но к вечеру может пойти дождь со снегом, а температура будет в районе +5.

Лето в Махачкале ужасное жаркое. +40 здесь не редкость. Ветра практически нет, дождей тоже.

Половина осени в Махачкале это продолжение лета, только в более мягкой форме. Тёплую одежду тут начинают одевать только середине октября.

В целом осень не холодная и столбик термометра редко опускается ниже +10. Статистические данные по метеоусловиям региона Махачкалы приведены в таблице 1.

Таблица 1 Данные по метеоусловиям региона Махачкалы

Температура воздуха, 0С	Порядковый номер месяца
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Среднемесячная	-0,5	0,2	3,5	9,4	16,3	21,5	24,6	24,1	19,4	13,4	7,2	2,6
Максимальная амплитуда	15,5	17,5	17,3	18,9	21,5	15,5	17,9	13,4	15,3	17,8	17,8	18,9

Абсолютно минимальная температура воздуха -26, абсолютно максимальная температура +37 [СНип 2.01.01-82].

Число безоблачных дней в июле месяце, Nс.дн. = 28

Теперь подробно рассмотрим схему технологического процесса. Принципиальная схема процесса приема и хранения толуола на предприятии показана на рис. 1. Толуол поступает в железнодорожных цистернах 2 на сливную эстакаду 1, где он с помощью приборов для нижнего 3 или верхнего 3′ слива подается в коллектор 4. Отсюда толуол откачивается насосом 5 и направляется на хранение в резервуар 6. Обвязка насоса 5 позволяет использовать его для подачи толуола из резервуара по трубопроводу 7 в цех.

Рисунок 1 Принципиальная схема резервуарного парка: 1 — железнодорожная сливная эстакада; 2 — ж/д цистерна; 3, 3 — приборы для нижнего и верхнего слива нефтепродуктов; 4 — коллектор; 5- насос; 6 — коренные задвижки; 7 — резервуар; 8 — стояк для налива нефтепродуктов; 9 — автомобильная наливная эстакада

Согласно требованиям технического регламента [ФЗ№123] резервуарный парк относится к 3 категории. Технологический процесс связан с пожаровзрывоопасными веществами, в основном 4 класса опасности. Емкость резервуарного парка объемом 200 м3.

Резервуарный парк включает в себя следующие зоны:

• Зону железнодорожных операций;
• Оперативную зону (зону технологических сооружений);
• Зону хранения (резервуар);
• Зону автомобильных операций.

По всей территории терминала проложен кольцевой водопровод, на котором установлены пожарные гидранты [СП 8].

Коллектор оборудован дыхательной линией (вантузом), установленной в его торце и защищенной кассетным огнепреградителем. Основными аппаратами в резервуарном парке являются вертикальные цилиндрические резервуары без понтонов (рис. 2).

Помимо указанных на рисунке устройств, на каждом резервуаре имеются устройства для отбора проб, для удаления подтоварной воды, площадка обслуживания оборудования на крыше, люк-лаз, световые, монтажный и замерный люки. Резервуары оборудованы приемо-раздаточными патрубками, на которых установлены (со стороны резервуаров) хлопушки с местным приводом.

Дыхательные патрубки на резервуарах с хранимым химическим продуктом оборудованы дыхательными кланами типа НДКМ и предохранительными гидравлическими клапанами с огнепреградителями.

Резервуары также оснащаются приборами для местного и дистанционного измерения уровня и температуры бензина и этанола, автоматической сигнализации верхнего и нижнего предельных уровней взлива, средствами автоматического обнаружения пожара, устройствами молниезащиты, защиты от статического электричества и другими устройствами. По периметру каждой группы резервуаров предусмотрена ограждающая стена из сборного железобетона высотой 0,5 м.

Рисунок 2 Общий вид резервуара со стационарной крышей без понтона (типа РВС):

1 — приемо-раздаточный патрубок с хлопушкой; 2- корпус; 3 — крыша; 4 — дыхательный клапан; 5 — маршевая лестница;

6 — предохранительный клапан

Таблица 2 Технические характеристики резервуара.

Исходные данные
	Резервуар с химическим продуктом
Номинальный объем РВС, м3	300
Степень заполнения РВС	0,95
Отключение коренных задвижек	дист
Количество дыхательных клапанов, шт.	1
Пропускная способность дыхательного клапана, м3/ч	100
Количество предохранительных клапанов, шт.	2
Пропускная способность предохранительного клапана, м3/ч	50
	Насос центробежный для перекачки химического продукта
Производительность, м3/ч	140
Напор, м	30
Отключение	Авт.
Диаметр всасывающей линии, мм	110
Диаметр нагнетательной линии, мм	65
Наличие обратного клапана на нагнетательной линии насоса	Да
Вид уплотнения вала	СУ
Диаметр вала насоса, мм	40
	Коллектор
Диаметр, мм	400
Длина, м	48
Диаметр дыхательной линии, мм	100
Диаметр трубопровода откачки продукта из коллектора, мм	115
Вид контроля в коллекторе	Ручн

2. Оценка пожаровзрывоопасных свойств веществ, обращающихся в производстве

Толуол, синоним — метилбензол. Бесцветная подвижная летучая жидкость с резким запахом. Смешивается в неограниченных пределах с углеводородами, многими спиртами и эфирами, при этом смешивание толуола с водой невозможно. Растворяет полимеры: полистирол при комнатной температуре, полиэтилен при нагревании. Горюч, сгорает с выделением копоти. Толуол впервые был выделен из толуанского бальзама — желтовато-коричневой, приятно пахнущей смолы южно-американского дерева toluifera balsamum. Отсюда название — толуол. Этот бальзам применялся для приготовления средств от кашля и в парфюмерии. В настоящее время, толуол получают из нефтяных фракций и каменноугольной смолы или в процессах каталитического риформинга бензиновых фракций и пиролиза. Выделяется селективной экстракцией и последующей ректификацией.

Каменноугольный толуол, образующийся в процессе коксования, извлекают из коксового газа в виде компонента сырого бензола, подвергают сернокислотной очистке (для удаления непредельных и серосодержащих соединений) и выделяют ректификацией.

Значительное количество толуола получают как побочный продукт при синтезе стирола из бензола и этилена.

Пары легко образуют взрывоопасные смеси, воспламеняющиеся даже от искры статического электричества.

Основные показатели пожароопасных свойств толуола заносим в таблицу 3.

Таблица 3 Показатели пожаровзрывоопасности толуола

Наименование показателя	Значение
Молярная масса	92,14
Плотность ЛВЖ, кг/м3	866,9
Температура вспышки, 0С	7
Температура самовоспламенения, 0С	535
Температурные пределы распространения пламени, 0С: нижний верхний	6 37
Концентрационные пределы распространения пламени, % (об.): нижний верхний	1,27 6,8
Константы уравнения Антуана:	А=6,0507 В=1328,171 С=217,713
Теплота сгорания, МДж/кг	42
Массовая скорость выгорания, кгм-2с-1	8,5*10-2
Средства тушения	Распыленная вода, возд.мех.пена, порошки, аэрозольные составы

Пожарная опасность:

Сильно огнеопасно. Толуол относят к классу 3,1 ЛВЖ с температурой вспышки менее +23 град.С. Не допускать открытого огня, искр и курения. Смесь паров толуола с воздухом взрывоопасна.

При сливно-наливных операциях следует строго соблюдать правила защиты от статического электричества в производствах химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности. Производственные помещения, в которых ведутся работы с толуолом, должны быть обеспечены приточно-вытяжной вентиляцией, а оборудование — местными отсосами. В помещениях для хранения и применения толуола запрещается обращение с открытым огнем, а также использование инструментов, дающих при ударе искру. Электрооборудование и искусственное освещение должно быть выполнено во взрывобезопасном исполнении. Для тушения толуола необходимо применять тонкораспыленную воду, химическую и воздушно-механическую пену. Для тушения небольших очагов горения применяют ручные пенные или углекислотные огнетушители. При разливе толуола обезвреживание производить засыпкой песком с выносом его в специально отведенное место.

3. Оценка пожаровзрывоопасности среды внутри аппаратов при их нормальной работе

В технологической схеме могут быть аппараты с горючими жидкостями, причем уровень жидкости может изменяться при наполнении или расходе продукта. Могут быть аппараты, полностью заполненные жидкостью (например, насосы, трубопроводы), аппараты с горючими газами и аппараты, внутри которых находятся одновременно горючая жидкость и газ.

Поэтому вначале следует выяснить, есть ли аппараты с переменным уровнем горючей жидкости.

Это обычно резервуары, вертикальные и гори зонтальные емкости, мерники и другие подобные им аппараты. В таких аппаратах над поверхностью жидкости всегда есть паровоздушное пространство, концентрация паров в котором может быть ниже нижнего предела распространения пламени (воспламенения), в пределах воспламенения (взрыва) или выше верхнего предела распространения пламени (воспламенения).

Взрывоопасная концентрация паров в паровоздушном объеме аппарата при нормальной рабочей температуре образуется при выполнении условия:

(1)

где — нижний и верхний пределы распространения пламени, соответствующие нижнему и верхнему концентрационным преде6лам распространения пламени;

• рабочая температура жидкости.

Согласно [ГОСТ 12.1.044-89] оценка горючести внутренней среды производится сравнением величины рабочей концентрации пара с концентрационными пределами распространения пламени:

, (2)

где , — соответственно нижний и верхний концентрационные пределы распространения пламени;

• рабочая концентрация горячего пара.

Нижний концентрационный предел определяется по формуле:

,об. доли (3)

где — нижний концентрационный предел распространения пламени при рабочей температуре:

,об. доли (4)

где — нижний концентрационный предел распространения пламени при стандартной температуре (298 К);

• рабочая температура жидкости, К.

Верхний концентрационный предел:

,об. доли (5)

где — верхний концентрационный предел распространения пламени при рабочей температуре:

,об. доли (6)

где — верхний концентрационный предел распространения пламени при стандартной температуре (298 К).

об. доли (7)

0,0366

где — давление насыщенных паров;

• атмосферное давление, равное 101,325 кПа.

Давление насыщенных паров определяется по формуле:

кПа (8)

где A, B, CA — константы уравнения Антуана.

Производим расчет значений при средней температуре июля:

Сравнение величины рабочей концентрации с концентрационными пределами:

Результаты оценки пожарной опасности с шагом колебания температур окружающей среды в 20 представлены в таблице 4.

Таблица 4 Зависимость концентраций от температур окружающей среды

t,	-26	-6	14	+34	+24,6	+54	+37
	0,0100	0,0098	0,0096	0,0095	0,0095	0,0093	0,0094
	0,0013	0,0059	0,0206	0,0587	0,0366	0,1435	0,0677
	0,0842	0,0823	0,0804	0,0786	0,0795	0,0767	0,783

4. Пожаровзрывоопасность аппаратов, при эксплуатации которых возможен выход горючих веществ наружу без повреждения их конструкции

К названным аппаратам относятся: аппараты с переменным уровнем жидкости («дышащие»); аппараты с открытой поверхностью испарения; аппараты периодически действующие, аппараты с сальниковыми уплотнениями.

Следует определить, имеются ли такие аппараты в технологической схеме.

Аппараты с переменным уровнем жидкости. Прежде всего, нужно указать, является ли выброс паровоздушной смеси через дыхательную трубу пожаровзрывоопасным.

Данные терминалы с пожарной точки зрения характеризуется рядом специфических особенностей:

• наличием в большом количестве ЛВЖ;
• растеканием жидкостей при пожарах, взрывах, авариях резервуара, емкостей, аппаратов и трубопроводов;

• выделением значительной доли тепловой энергии, нагревом соседних резервуаров, оборудования и установок;
• сложностью тушения ЛВЖ, имеющих плотность значительно меньшую плотности воды.

При неподвижном хранении ЛВЖ в РВС длительное время газовое пространство постепенно насыщается его парами, и концентрация выходит из области воспламенения.

Концентрация паровоздушной смеси может быть взрывоопасной, если выполняется условие:

(8)

где — концентрация насыщенного пара при рабочей температуре жидкости.

Взрывоопасное температурное условие дышащего аппарата с подвижным уровнем жидкости определяется выражением:

(9)

где — взрывобезопасная рабочая температура горючей жидкости в аппарате, .

Количество паров, которое может выйти из аппарата за один цикл «большого» дыхания, определяется по формуле:

Зависимость количества паров, которое может выйти из аппарата за один цикл «большого» дыхания, от температуры и концентрации паров сведена в таблицу 5.

Таблица 5 Количество паров, которое может выйти из аппарата за один цикл «большого» дыхания

t,	-26	-6	14	+34	+24,6	+54	+37
	1,7	7	22,3	60	38,4	138	69

Зависимость количества паров, которое может выйти из аппарата за один цикл «малого» дыхания, от концентрации паров в интервале температур сведена в таблицу 6.

Таблица 6 Количество паров, которое может выйти из аппарата за один цикл «малого» дыхания

t,	-26; -6	-6; -14	+14; +34	+34; +24,6	+24,6; +54	+54; +37
	0,020	0,074	0,278	0,171	1,314	1,016

С повышением температуры безопасная концентрация будет снижаться, т.к. объем, занимаемый 1 кмоль вещества, возрастает.

Для поддержания безопасного режима в резервуаре необходимо проверить соответствие пропускной способности дыхательных клапанов проектному режиму.

Для этого рассчитаем объем, занимаемый 1 кг паровоздушной смеси при стандартных условиях:

(18)

Исходя из данных таблиц 5, 6 и формулы (18) можно сделать вывод о недостаточной пропускной способности дыхательных клапанов. Следовательно, необходимо увеличить количество дыхательных клапанов.

5. Анализ причин повреждения аппаратов, разработка необходимых средств защиты

несоответствии электрооборудования (электродвигателей, силовых электрических сетей) характеру воздействующей на него среды;

• в случае несоблюдения правил устройства и эксплуатации электрооборудования;
• неисправностях и повреждениях, вызываемых механическими причинами, а также действием химически активных веществ, влаги и т.п.

Тепловое действие электрического тока может проявиться в виде электрических искр и дуг, чрезмерного перегрева двигателей, контактов, отдельных участков электрических сетей и электрического оборудования, а также аппаратов при перегрузках и больших переходных сопротивлениях, в виде перегрева в результате теплового проявления токов индукции и самоиндукции, при искровых разрядах статического и атмосферного электричества, в результате нагревания вещества и материалов от диэлектрических потерь энергии.

Переходные сопротивления возникают чаще всего в местах, где провода и кабели некачественно присоединяются к машинам и аппаратам. В местах переходных сопротивлений выделяется значительное количество тепла. От нагрева мест переходных сопротивлений могут загореться электроизоляция, а также рядом находящиеся горючие вещества.

Индукционное и электромагнитное воздействие атмосферного электричества способствует появлению значительных электрических потенциалов на производственном оборудовании, трубопроводах, строительных конструкциях. Отсутствие или неисправность систем заземления аппаратов и конструкций, могут привести к образованию опасных искровых разрядов.

6. Возможные пути распространения пожара

Наличие больших объемов легковоспламеняющихся и горючих жидкостей приводит к тому, что пожар на установках может принять значительные размеры.

Условиями распространения горения на установке являются:

• разливы по территории установки горючих и легковоспламеняющихся жидкостей;
• разветвленная сеть промышленной канализации при неэффективности гидравлических затворов в колодцах;
• отсутствие аварийных сливов из емкостных аппаратов, линий стравливания смесей из аппаратов;
• разветвленная сеть трубопроводов при отсутствии на них гидравлических затворов.

При пожаре возможен взрыв, так как имеет место образование взрывоопасных концентраций в них. Испарение паров легковоспламеняющихся жидкостей и газов будет создавать газопаровоздушную смесь, которая при ветреной погоде будет перемещаться к возможному очагу пожара.

По производственным коммуникациям пожар и взрыв распространяются в тех случаях, если внутри трубопроводов, траншей, туннелей или лотков образовалась горючая среда, когда трубопроводы с этой горючей средой работают неполным сечением, когда имеются горючие отложения на поверхности труб, каналов, если в системе находятся жидкости, способные разлагаться с воспламенением под воздействием высокой температуры или давления.

Чтобы предотвратить распространение огня по производственным коммуникациям применяют сухие огнепреградители, в виде гидравлических затворов, затворы из твердых измельченных материалов, автоматические задвижки и заслонки, водяные завесы, перемычки, засыпки и т. п.

7. Расчет параметров волны давления при сгорании паровоздушных смесей в открытом пространстве

Избыточное давление p, кПа, развиваемое при сгорании паровоздушных смесей, рассчитывается по формуле [2]:

(20)

где r — расстояние от геометрического центра газовоздушного облака, м;

• приведенная масса пара, кг, рассчитанная по формуле:

8. Оценка критериев поражающих факторов

Исходя из значений Р и i, вычисляют значение «пробит» — функции Рr по формулам [4]:

• для тяжелого разрушения:

Для рассчитанного значения «пробит» — функции условная вероятность поражения человека поражающими факторами Qп равна 0%.

• для полного разрушения:

Для рассчитанного значения «пробит» — функции условная вероятность поражения человека поражающими факторами Qп равна 0%.

9. Пожарно-профилактические мероприятия

Предотвращению образования горючей среды в закрытых аппаратах и емкостях с неподвижным уровнем жидкости способствуют следующие технические решения:

1) Ликвидация газового пространства

Аппараты, имеющие паровоздушное пространство, должны быть оборудованы дыхательными линиями. При заполнении аппаратов пары растворителя будут выходить наружу, создавая местные взрывоопасные концентрации и увеличивая потери растворителей, а при сливе жидкости может быть подсос воздуха внутрь аппаратов. Последнее обстоятельство совершенно недопустимо не только с точки зрения безопасности, но и по условиям технологии, учитывая большую химическую активность катализаторов к кислороду. Следовательно, система дыхания аппаратов по условиям технологии, а также пожарной безопасности должна быть изолирована от воздуха, т. е. аппараты должны работать под защитой азота.

2) Поддержание безопасного температурного режима

Если выделяющееся тепло своевременно не отводить, температура, а следовательно, и давление в аппарате будут повышаться. Повышение температуры вызовет увеличение скорости реакции в реакторе, а, следовательно, еще более интенсивное выделение теплоты.

Для предупреждения образования опасных искровых разрядов с поверхности оборудования, перерабатываемых веществ, а также с тела человека необходимо проверять наличие и исправность:

• а) заземления оборудования и коммуникаций, а также обеспечение постоянного электрического контакта с заземлением тела человека;
• б) системы отвода зарядов, основанной на уменьшении удельных объемных и поверхностных электрических сопротивлений (повышение относительной влажности воздуха до 65-70%, применение антистатических присадок, поверхностно-активных веществ, электропроводящих красок, лаков, резины и т.п.);

• в) систем нейтрализации зарядов с использованием радиоизотопных и других нейтрализаторов.

Заключение

Защита промышленных предприятий от пожаров и взрывов неразрывно связана с изучением пожаровзрывоопасности технологического процесса производства.

Без выявления причин возникновения и распространения пожара или взрыва нельзя провести качественно пожарно-техническую экспертизу проектных материалов, пожарно-техническое обследование объектов, исследование имевших место пожаров и взрывов, разработать нормы и правила по вопросам пожаровзрывозащиты промышленных предприятий.

В данном курсовой работе мы проанализировали пожарную опасность объекта, разработали технические решения противопожарной защиты, определили категорию наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности и оценили критерии поражающих факторов.

Список используемой литературы

[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/kursovaya/pojarnaya-bezopasnost-tehnologicheskih-protsessov/

1. ГОСТ 12.1.044-89. ССБТ. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения.

2. ГОСТ Р 12.3.047-98. ССБТ. Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля.

3. Корольченко А.Я. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения / Корольченко А.Я., Корольченко Д.А. Справочник: в 2-х ч. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Асс. «Пожнаука», 2004. — Ч.1. — 713 с.

4. Приказ «Об утверждении методики определения расчетных величин пожарного риска на производственных объектах». — № 404 от 10 июля 2009 г.

5. СНиП 23-01-99. Строительная климатология.

6. СНиП 2-01-01-82. Строительная климатология и геофизика.

7. СНиП 2.11.03-93. Склады нефти и нефтепродуктов. Противопожарные нормы.

8. Федеральный закон «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности». — № ФЗ-123 от 22.07.2008 (в ред. 10.07.2012).