Лекция № 1 . Общая методика анализа горючей среды внутри технологических аппаратов

Лекция № 1. Общая методика анализа горючей среды внутри технологических аппаратов

Образование горючей среды и способы ее ликвидации в аппаратах с жидкостями.

Технологические аппараты, в которых обращаются жидкости можно классифицировать следующим образом:

- аппараты с постоянным уровнем жидкости (резервуары для хранения нефти и нефтепродуктов, промежуточные емкости)

- аппараты с переменным уровнем жидкости (мерники, дозаторы аппараты в период опорожнения и заполнения);

Аппараты с постоянным уровнем жидкости

В производственных условиях аппараты с жидкостями обычно не заполняются пол­ностью и следовательно над зеркалом жидкости имеется определенный свободный объем (рис. 1.1.1), который по­степенно насыщается парами жидкости. При таких условиях количество паров в свободном пространстве может быть достаточным для образования в смеси с воздухом или другим окислителем горючей концентрации. С некоторым допущением (главным об­разом для высококипящих неоднородных жидкостей) можно условиться, что концентрация в паровоздушном пространстве аппаратов с легковоспламеняющимися и горючими жидкостями при неподвижном их уровне близ­ка к концентрации насыщенного пара j_S. Эта концент­рация определяется давлением насыщенного пара и общим давлением в свободном объеме аппарата: j_S= Р_S / Р_ОБЩ

Давление насыщенного пара Р_S жидкости может быть найдено из справочной литературы или определено рас­четным путем. Оно зависит только от температуры жидкости. Поэтому и концентрация насыщенных паров является также функцией температуры, т.е. j_S = ¦(Т).

В связи с этим опасность образования горючей кон­центрации в закрытом аппарате может быть оценена путем проверки двух условий:

1) наличия над зеркалом жидкости паровоздушного объема пространства

2) выполнения зависимости Т_НПВ£ Т_Р £ Т_ВПВ, где Т_Р - рабочая температура жидкости;

Т_НПВ и Т_ВПВ - соответственно нижний и верхний температурные пределы распространения пламени жидкости (с учетом давления среды в аппарате).

Температурные пределы воспламенения для жидко­стей приведены в справочниках. Они могут быть также определены экспериментально или расчетным путем.

Рабочая температура жидкости определяется раз­личными путями. Так, при пожарно-техническом обсле­довании действующего производства ее можно опреде­лить по технологическому регламенту или непосредст­венно по показаниям приборов в цехе, при пожарно-технической экспертизе проектных материалов - по пояс­нительной записке технологической части проекта. Если температура жидкости в аппарате при этом изменяется во времени, то в зависимость Т_НПВ£ Т_Р £ Т_ВПВ вместо рабочей тем­пературы следует подставлять интервал изменения температуры.

Условие опасности Т_НПВ£ Т_Р £ Т_ВПВ может быть применимо для оценки возможности образования горючей концентра­ции в аппаратах с неподвижным уровнем жидкости (чаще непрерывного действия), когда в них образуется насыщенная концентрация паров жидкости. Это условие остается справедливым и для периодически действую­щих аппаратов (с подвижным уровнем жидкости) при наполнении, так как подъем уровня жидкости в аппа­ратах с дыхательными устройствами не изменит насы­щенную концентрацию паровоздушной смеси над зерка­лом жидкости. Однако при опорожнении таких аппара­тов состояние насыщения газового пространства парами жидкости нарушается за счет поступления дополнитель­ного количества воздуха через дыхательную арматуру. Концентрация при этом уменьшается и для богатых (выше Т_ВПВ), насыщенных смесей, она может стать опас­ной. В таком случае оценку горючести среды по темпе­ратурным пределам воспламенения проводить нельзя.

Аппараты с переменным уровнем жидкости

Для такого типа аппаратов опасность образования горючей кон­центрации в закрытом аппарате может быть оценена путем проверки двух условий:

1. наличия над зеркалом жидкости паровоздушного объема пространства

2. j_НПВ£j_Р£j_ВПВ, где j_Р - рабочая (фактическая) концентрация паров жидкости в аппарате; j_НПВ, j_ВПВ - соответственно нижний и верхние концентрационные пределы распространения пламени.

Действительную рабочую концентрацию j_Р можно определить экспериментально или расчетом, в частности, исходя из того, что для данной рабочей температуры Жидкости всегда справедливо неравенство j_Р < j_Sза счет разбавления насыщенной концентрации j_S при по­ступлении в газовое пространство аппарата через дыха­тельную арматуру воздуха, равного по количеству объе­му откачанной (слитой) жидкости.

Концентрационные пределы воспламенения для жид­костей приводятся в справочной литературе, а при не­обходимости могут быть определены экспериментально или расчетным путем.

Таким образом, соотношение j_НПВ£j_Р£j_ВПВтакже представ­ляет собой условие опасности для образования горючей среды в закрытом аппарате. Однако оно справедливо не только при опорожнении аппарата, но и при наполнении и неподвижном уровне жидкости в аппарате. Поэтому это соотношение является более общим по сравнению с условием Т_НПВ£ Т_Р £ Т_ВПВ, но из-за больших трудностей при опре­делении рабочей концентрации оно менее удобно для практического использования.

Если хотя бы одно из условий (1 и 2) в аппарате не соблюдается, то горючая среда в нем образоваться не может. Это положение заложено в основу тех техно­логических решений, которые направлены на предупреж­дение образования горючей среды. Предупреждение образования горючей паровоздуш­ной среды внутри аппаратов с жидкостью при их нор­мальной работе могут обеспечивать следующие техно­логические решения:

Ликвидация свободного паровоздушно­го пространства (объема), что достигается:

- полным заполнением аппарата жидкостью (к таким ап­паратам можно отнести реакторы змеевикового типа, теплообменники, электродегидраторы и т. п., которые при нормальном режиме работы всегда работают при полном заполнении);

- устройством хранилищ, в которых жидкости находятся под защитным слоем воды (напри­мер, сероуглерод) или над слоем воды (например, неф­тепродукты);

- применением резервуаров с плавающей крышей (рис, 1.1.2) или понтоном (рис. 1.1.3) (при эксплуа­тации резервуаров с понтонами необходимо иметь в ви­ду, что их надпонтонное пространство хотя и значи­тельно медленнее, чем с открытым зеркалом испарения, но все же постепенно насыщается парами находящейся в резервуаре жидкости; нарастание концентрации даже у исправных резервуаров происходит тем быстрее, чем выше упругость насыщенных паров жидкости и больше интенсивность чередования операций слива - налива, поэтому для предупреждения образования горючей кон­центрации в таких резервуарах надпонтонное простран­ство должно эффективно проветриваться с помощью специальных устройств естественного вентилирования - дефлекторов, вентиляционных проемов и т.п.);

- примене­нием емкостей с мягкими (эластичными) стенками обычно из резинотканевого материала, которые пред­ставляют собой замкнутую оболочку в виде подушки.

Обеспечение безопасного температур­ного режима работы аппарата, что достига­ется автоматическим поддержанием такой рабочей тем­пературы в аппарате, которая лежит за температурны­ми пределами воспламенения, т. е. ниже нижнего (на­пример, в емкостях с мазутом или дизельным топливом) или выше верхнего (например, в ректификационных ко­лоннах, реакторах) пределов воспламенения.

Снижение концентрации горючих па­ров жидкости в паровоздушном прост­ранстве.

- оно обеспечивается применением высоко­стойких пен, эмульсий, полых микрошариков из поли­мерных материалов и т.п., способных, не разрушаясь длительное время, препятствовать процессу испарения (аналогично плавающему понтону);

- введением в горю­чую жидкость добавок, снижающих в газовом простран­стве парциальное давление ее паров. В качестве таких добавок могут быть применены, например, вода - для метилового, этилового и др. спиртов, ацетона и уксусной кислоты; четыреххлористый углерод - для нефтепродук­тов и сероуглерода.

Флегматизация паровоздушного пространства аппаратов путем введения в него негорючих (инертных) газов. Негорю­чие газы (азот, диоксид углерода, водяной пар, выхлоп­ные газы двигателей внутреннего сгорания и др.) сни­жают парциальную концентрацию кислорода в смеси, сужая пределы воспламенения. Кроме того, обладая оп­ределенной теплоемкостью, они способны отнимать часть тепла, которое пошло бы на нагрев исходной го­рючей смеси. Поэтому эффективность действия инерт­ного компонента тем сильнее, чем выше его теплоем­кость. При введении достаточного количества инертного газа в горючую смесь воспламенение ее становится не­возможным. Следовательно, существует флегматизирующая концентрация инертного компонента, которая на практике может быть определена расчетным путем.

Применение системы газовой обвязки емкостных аппаратов (резервуаров) с изменяющимся уровнем жидкости. Это ре­шение позволяет значительно снизить поступление ат­мосферного воздуха в паровоздушное пространство опорожняемого резервуара.

Лекция № 1. Общая методика анализа горючей среды внутри технологических аппаратов