Анализ взрывопожароопасных свойств используемых

Веществ и материалов

Карбид кальция -химическое соединение кальция с углеродом, в чистом виде представляющее собой белое кристаллическое вещество. Химическая формула - СаС₂.[9]

Рис.2.3 Карбид кальция

Технический карбид кальция -твердый кускообразный материал, цвет излома которого меняется в зависимости от содержания карбида кальция. При содержании 60-75% СаС₂ - имеет излом серого цвета, переходящий в фиолетовый при более высоком содержании CaC₂. Высокопроцентный (80% СаС₂ и выше) - имеет окраску от светло-коричневого до голубовато-черного.

Рис.2.4 Технический карбид кальция

Карбид кальция имеет резкий чесночный запах и сильно поглощает воду. Его плотность повышается с увеличением количества примесей и изменяется в пределах 2,22-2,8 г/см³. Молекулярная масса - 64,102 (г/моль). Карбид кальция является основным сырьем для получения ацетилена - горючего газа применяемого при газовой сварке и газовой резке.

Ацетилен (С₂Н₂) -ненасыщенный углеводород с тройной связью. Бесцветный газ. Применяется в сварочной технике в качестве универсального горючего. В промышленности ацетилен получают при взаимодействии карбида кальция и воды, а также из природного газа. Пламя, получаемое при сжигании ацетилена в кислороде, имеет температуру ≈ 3150 °С. Ацетилен взрывоопасен. Для газопламенной обработки используется как газообразный, так и растворенный в ацетоне ацетилен. Последний хранят в баллонах под давлением.[9]

При взаимодействии карбида кальция (CaC₂) с водой (H₂O) образовывается газ - ацетилен (C₂H₂) и гашеная известь (Ca(OH)₂), являющуюся отходом. Химическая активность карбида кальция по отношению к воде столь велика, что он разлагается даже кристаллизационной водой, содержащейся в солях.

Экзотермическая реакция (т.е. с выделением тепла) взаимодействия карбида кальция с водой протекает бурно по уравнению:

CaC₂+2H₂O=C₂H₂+Ca(OH)₂

Ацетилен применяется при всех процессах газопламенной обработки металлов (газовой сварки и газовой резки), благодаря высокой температуры пламени, достигнуть которой при использовании других горючих не удается.

Для пайки, резки, наплавки, газопламенной закалки, металлизации, газопрессовой сварки, сварки цветных металлов и сплавов с успехом применяются газы-заменители ацетилена: пропано-бутановые смеси, городской газ, природные газы, водород, пары бензина и керосина и др. По химическому составу все они, за исключением водорода, представляют собой или соединения, или смеси различных углеводородов. Правильный выбор и использование газов-заменителей позволяет добиться высокого качества сварки и резки, а при резке металлов малых толщин дает более высокую чистоту резки. Газовая сварка возможна при условии, что температура пламени в два раза превышает температуру плавления свариваемого металла. Поэтому газы-заменители температура пламени, которых ниже чем у ацетилена применяют для сварки металлов с температурой плавления ниже, чем у сталей

Для газовой резки выбор горючего газа основывается на его теплотворной способности, но необходимо учитывать, что газ при сгорании в смеси с кислородом должен образовывать пламя с температурой не ниже 2000°C.

Пожароопасные свойства ацетилен приведены ниже в таблице 2.1

Таблица 2.1

Пожаровзрывоопасность ацетилена

Вещество	Темпе- ратура вспышки, С	Температура самовоспла- менения, С	НКПРП-ВКПРП, об. %	Максимальное давление взрыва, кПа	Средства тушения
Ацетилен, С2Н2	-		2,5-81		Смесь углекислого газа и азота

2.3. Анализ условий образования горючей среды

В промышленных условиях ГГ хранят в газгольдерах, резервуарах и баллонах. При хранении растворенного ацетилена из карбида кальция есть условия для образования горючей среды.[10]

Газгольдер - это инженерное сооружение, предназначенное для хранения, регулирования подачи газов в систему газоснабжения, в технологическое оборудование, а также для смешивания газов различных концентраций или составов. В зависимости от применяемого давления газгольдеры подразделяются на два класса: низкого (до 0,07 МПа) и высокого (от 0,07 до 3 МПа) давления. Газгольдеры низкого давления, как правило, являются газгольдерами постоянного давления и по своим технологическим и конструктивным особенностям могут быть подразделены на две группы: мокрые и сухие.[10]

Пожарная опасность газгольдеров заключается в возможности образования горючей среды как внутри газгольдера и его коммуникаций, так и в здании, где установлен газгольдер. Внутри заполненного газом газгольдера образование горючей среды невозможно, т.к. в газгольдере и газопроводах давление всегда выше атмосферного, это исключает проникновение в газгольдер воздуха. Подсос воздуха происходит лишь при вакууме, возникающем в результате полного опорожнения газгольдера, заклинивания колокола, интенсивной принудительной откачке газа в количестве, превышающем его поступление, либо растворение газа в воде при длительном его хранении. Причинами заклинивания колокола являются заклинивание роликов, сильное обледенение стенок газгольдера, а также усиленное потребление газа компрессорами или вентиляторами.

Выход газа из газгольдеров в помещение или атмосферу возможен в результате: утечки газа через не плотности швов и гидрозатворы колокола и звеньев; утечки воды из резервуара или гидрозатворов; резкого повышения давления газа, которое может привести к выбросу воды и газа через затворы; наличия не плотностей во фланцевых соединениях и сальниках запорной арматуры; переполнения газгольдеров ГГ при неисправности систем автоматической блокировки для отключения установок нагнетания газа; сильных перекосов и заклинивания колокола и звеньев, которые приводят к одностороннему обнажению затворов.

Причинами перекоса колокола могут быть неравномерная осадка фундамента, деформация колокола и телескопов, неравномерное расположение грузов, быстрое наполнение или опорожнение газгольдера, замерзание гидрозатворов или стенок газгольдера, заедание роликов при их движении по направляющим. Утечки газа могут происходить также при повышении давления в момент включения отдельных звеньев, т.к. начальный сдвиг с места колокола и звеньев требует большого добавочного усилия. Эти толчки увеличиваются при неточном монтаже роликов, плохой смазке и заедании их, при быстром наполнении газгольдера и перекосах.

Взрывы и пожары газгольдеров могут происходить в момент их ремонта и в период пуска после ремонта (включение газгольдера в сеть и наполнение его газом). Горючая среда может образоваться при неполном удалении газа из системы, отсутствии или недостаточном времени продувки, негерметичном отключении коммуникаций от газгольдера. Основными источниками зажигания в газгольдерах могут быть:

- искры механического происхождения, высекаемые при ударах подвижных частей газгольдеров об их неподвижные части, а также при проведении профилактических и ремонтных работ;

- самовозгорание сульфидов железа образованных на стенках газгольдера; разряды атмосферного и статического электричества; сварочные и другие огневые ремонтные работы.

Распространение пожара в газгольдерах происходит по парогазовоздушному облаку и характеризуется высокой скоростью развития по площади, скоротечностью процессов разрушения технологического оборудования, истечением ГГ, значительным тепловым излучением и загазованностью прилегающей территории.

Для хранения сжиженных горючих газов (далее - СГГ) применяют горизонтальные цилиндрические (рис.2.4) или шаровые резервуары. Внутри резервуаров горючие концентрации не образуются из-за отсутствия воздуха, т.к. весь их свободный объем заполнен СГГ, находящимся под избыточным давлением. Горючие смеси ГГ с воздухом могут образоваться только при постановке резервуаров на ремонт и их первоначальном пуске.

Основной опасностью является выход ГГ через не плотности и повреждения в резервуарах. При выходе наружу СГГ интенсивно испаряются и загазовывают большие территории. СГГ тяжелее воздуха, поэтому их пары скапливаются в низких местах, растекаются по земле в направлении ветра, образуя зоны взрывоопасных концентраций. СГГ имеют повышенную способность к электризации.

Повреждения резервуаров СГГ наиболее часто происходят в результате образования повышенных давлений, вакуума и коррозии. Причинами повышения давления выше допустимых пределов в резервуарах СГГ могут являться их переполнение СГГ, неисправности предохранительных клапанов, нагревание корпуса резервуаров (теплотой пожара соседних установок, солнечными лучами и т.д.), заполнение более летучим газом, на который резервуар не рассчитан, образование льда и кристаллогидратов на дне резервуаров или в трубопроводах. Из всех резервуаров СГГ наименьшую опасность представляют изотермические низкотемпературные резервуары, в которых давление газа немного отличается от атмосферного. Однако нарушение их температурного режима может приводить к повышению давления и их повреждению.

Источниками зажигания при хранении СГГ могут быть искры при разрядах статического или атмосферного электричества, использовании стального искрообразующего инструмента, неисправности электрооборудования, самовозгорании пирофорных соединений, открытый огонь.

Распространение пожара в местах хранения СГГ происходит по парогазо-воздушному облаку, поверхности разлившегося СГГ, трубопроводам промышленной канализации, через дверные, оконные и технологические проемы компрессорных и насосных. Пожары, возникающие на складах СГГ, характеризуются высокой скоростью развития по площади, скоротечностью процессов разрушения технологического оборудования, истечением больших количеств СГГ и загазованностью прилегающей территории.

 

 

Рисунок 2.4

Рис. 2.4. Цилиндрический горизонтальный резервуар для хранения сжиженных горючих газов: 1 - опоры; 2 – сферические днища; 3 – люк-лаз; 4 – штуцера; 5 – цилиндрический корпус; 6 – лестница.

Кроме резервуаров и газгольдеров газ хранится в баллонах.

В баллонах газ может находиться в сжатом, сжиженном или растворенном состояниях и храниться под различным давлением. Так, сжатые газы (азот, водород, кислород, метан, окись углерода) хранят под давлением 15 МПа, сжиженные газы (углекислый газ, аммиак, хлор, пропан, пропилен, бутан, бутилен, природный сжиженный газ) - под давлением 0,65-12,5 МПа, в растворенном состоянии (ацетилен) под давлением 1,6 МПа.[10]

Пожарная опасность хранилищ баллонов характеризуется пожароопасными свойствами газов, хранящихся в баллонах, высокими давлениями газа, количеством баллонов, заполненных газами, возможностью создания горючих концентраций при утечках ГГ из баллонов и возможностью взрывов баллонов. Утечки газов из баллонов происходят при повреждении баллонов в результате их переполнения, динамических воздействий, конструктивных дефектов, а также при неисправности вентилей. Обычно баллоны взрываются при отсутствии внутри их взрывоопасной концентрации, причем опасность взрыва не исключается, даже при хранении негорючих газов. Взрывы баллонов вызываются недоброкачественностью металла, коррозией, ударами (падение баллонов, удары их друг о друга), действием высоких и низких температур, а также самовоспламенением и электризацией газа.

Источниками зажигания в местах хранения баллонов могут быть искры при ударах металла о металл, искры и теплота при неисправности электрооборудования, открытый огонь (применение паяльных ламп, курение и т.п.).

Распространение возникшего пожара в местах хранения баллонов с газом происходит по газовоздушному облаку и характеризуется высокой скоростью развития по площади, скоротечностью процессов разрушения баллонов с газом, истечением большого количества ГГ, значительной тепловой радиацией и загазованностью прилегающей территории.

 

Внутри технологических аппаратов

Ацетиленовые установки характеризуются повышенной взрыво- и пожароопасностью из-за наличия большого количества ацетилена, возможности образования горючих концентраций как внутри установки, так и в производственных помещениях, вероятностью появления источников зажигания, взрывов и быстрого распространения пожара.

Карбид кальция не горюч, но его хранение и транспортирование являются пожаро- и взрывоопасными. Горючая концентрация в свободном пространстве газосборников, реторт и загрузочных камер образуются при попадании в их свободное пространство первых порций ацетилена во время пуска генераторов, открывании загрузочных камер для засыпки новых пропорций карбида, а также при попадании воздуха в генераторы через загрузочные коробки вместе с карбидом и при удалении из них ила.

Наиболее вероятными причинами аварии и повреждений являются:

1) Гидравлические удары при попадании жидкости в цилиндры ацетиленовых компрессоров из межступенчатых холодильников, маслоотделителей, а также в случае подачи в компрессор влажного (плохо осущенного) ацетилена;

2) Уменьшение сечения или полное закупоривание трубопроводов в результате образования при температуре до 16 ⁰С твердых кристаллогидратов ацетилена с водой, напоминающих снег или лед;

3) Разрывы наполнительных трубок или гибких шлангов.

 

Снаружи технологических аппаратов

Горючая среда образуется и внутри производственного помещения в результате утечки ацетилена через неплотности в генераторе или его обвязке, а также при загрузке новых пропорций карбида в генератор. Утечка ацетилена в помещении происходит и при выгрузке из генератора известкового ила, так как ацетилен выделяется изводы, в которой он растворен. Кроме того, взрывоопасные концентрации образуются также в иловых ямах.

Чаще всего пожары и взрывы возникают в помещениях компрессорных и наполнительных, пожароопасность которых обусловлена высоким давлением в системах, а ацетилен становится опасным уже при давлении свыше 0,2 МПа. При повреждении оборудования, трубопроводов, трубок, шлангов, выходящий из них ацетилен способен образовывать взрывоопасные концентрации паров в больших объемах.

2.4. Анализ ситуаций, приводящих к образованию в горючей среде