Вопрос №3. Причины и условия образования ГС в производственных помещениях (20 мин)

Источником поступления и причиной образования в производственных помещениях пожаровзрывоопасных концентраций газов, паров жидкостей, пылей является нарушение целостности технологического оборудования, использование аппаратов с открытой поверхностью испарения и дыхательными устройствами или периодически открываемых для выгрузки и загрузки веществ (слайд № 24).

Горючие газы хранятся и применяются на производстве в герметично закрытом оборудовании, поэтому утечка возможна только через неплотности или при его локальном (полном) разрушении, что может происходить в результате аварии, или из-за вызванного механического воздействия на аппарат (повышение давления, температуры, динамическое воздействие), механического износа (эрозии), химического износа (коррозии).

Но следует помнить, что при хранении газов всегда есть небольшая утечка через неплотности в прокладках. Эта величина может достигать 1% от часовой производительности аппарата.(5мин)

 

Вопрос1.Назовите условия образования горючей среды в помещениях

 

Горючая среда в производственных помещениях может образовываться и в случае применения аппаратов с открытой поверхностью испарения. В этом случае речь идет об окрасочных камерах, ваннах для пропитки или промывки изделий, закалочных ванн. Во всех перечисленных видах оборудования применяются ЛВЖ или ГЖ. Горючая концентрация паров жидкостей с воздухом будет иметь место если рабочая температура будет выше температуры вспышки.

 

tр≥ tвсп    ,

где t_р- температура жидкости в аппарате;

t_всп – температура вспышки.

 

Взрывоопасные концентрации паров ЛВЖ и ГЖ образуются также при разливе, переполнении производственных аппаратов, при выходе паровоздушной смеси из аппаратов с дыхательными устройствами (трубы, клапаны). К аппаратам данного типа относят резервуары, мерники, дозаторы и другие емкости, работа которых по условиям технологии требует изменения уровня жидкости. Выход горючих паров происходит при увеличении температуры в газовом пространстве и в период выведения аппаратов на рабочий режим. При этом опасность образования горючей среды оценивается сравнением температуры жидкости в аппарате (tр) и нижнего температурного предела распространения пламени (tн).

При эксплуатации аппаратов периодически открываемых для загрузки и выгрузки веществ в окружающую среду может выходить значительное количество горючих газов, паров, пылей. Оценку возможности образования горючей среды в помещении в этом случае производят путем сравнения фактической концентрации горючих веществ (φф) со значением нижнего концентрационного предела распространения пламени (φн). Горючая среда будет образовываться при условии

 

φф ≥   φн,

где φф –фактическая концентрация веществ;

φн - нижний концентрационный предел распространения пламени.

 

В технологическом оборудовании, работающем под давлением, пожаровзрывоопасные концентрации паро-, газо-, пылевоздушных смесей не образуются. Наиболее опасными для таких аппаратов являются периоды пуска и остановки. В период пуска к образованию горючей среды может привести неполное удаление паров или газов из системы, а при остановке – недостаточно полное удаление воздуха.

В условиях производства могут возникать ситуации, когда технологическое оборудование испытывает различного рода воздействия, причем в результате этого происходит нарушение целостности корпуса, иногда и полное его разрушение. Это, в свою очередь приводит к выходу горючих веществ из аппаратов и формированию горючей среды и, следовательно, создается пожароопасная ситуация.

Рассмотрим подробнее основные типы воздействий, встречающиеся в условиях производства и связанные с ними повреждения.(5мин.)

 

 

 

 

                                                                                                                   

 

Повы- шенное или пони- женное давле ние

 

 

Рис. Классификация основных причин повреждения

технологического оборудования (слайд №25).

 

Механические воздействия. Динамические нагрузки относятся к механическим воздействиям и включают в себя вибрацию, гидравлические удары, резкое изменение давления в аппаратах и трубопроводах, внешние механические удары.(3 мин.)

Вибрация технологического оборудования вызвана колебаниями элементов, которые происходят с определенной частотой и амплитудой и связаны с возмущающим воздействием внешних сил (ветровые нагрузки, мощные насосы, электродвигатели, аппараты с перемешивающими устройствами) или частыми резкими изменениями внутреннего давления. Вибрация становится неизбежной если не обеспечено надежное крепление узлов и отдельных частей аппаратов. Наиболее опасна вибрация в том случае когда число и амплитуда колебаний возмущающей силы по своему значению приближается к числу и амплитуде собственных колебаний технологического оборудования. Полное совпадение приводит к разрушению аппаратов.

Гидравлические удары возникают при резком торможении в трубах движущегося потока жидкости или газа. Гидравлические удары происходят при быстром закрывании или открывании кранов, вентилей и другой запорной арматуры, а также при внезапном изменении направления потока. Вследствии гидравлических ударов резко повышается или понижается давление, что может привести к повреждению оборудования.

Повышенное или пониженное давление. Резкое изменение давления в аппаратах и трубопроводах может происходить при пуске и остановке аппаратов, при нарушении температурного режима и давления.

Эрозионный износ является вариантом механического износа. Эрозия металла происходит при обтекании конструкций потоком твердых, жидких и газообразных частиц или при электрических разрядах. Частицы потока ударяются о конструкции, разрушают поверхностный слой, а это приводит к образования шероховатостей, бороздок, к уменьшению толщины стенок.

Температурные воздействия. Образование температурных напряжений. Могут возникать в отдельных элементах технологического оборудования в случае, когда имеются препятствия для свободного изменения их линейных размеров при увеличении или уменьшении температуры. Дело в том, что любое температурное изменение, как внутреннее, так и внешнее вызывает изменение температуры материала аппаратов и трубопроводов. Это приводит к линейным расширениям или сжатиям и, в свою очередь, деформации отдельных узлов или конструкции в целом. (3 мин.)

Воздействие высоких и низких температур на материал аппаратов и трубопроводов. Имеет место при осуществлении некоторых технологических процессов, например, нагревание веществ пламенем и топочными газами. При этом оборудование работает в условиях очень высоких температур. Неправильный выбор материала в таких условиях может привести к снижению его прочностных свойств, причем вероятность этого повышается при длительных температурных нагрузках. Повышение температуры поверхности происходит при ококсовании поверхности (отложении различных механических примесей или сопутствующих веществ – сернистых соединений железа в нефтепроводах и др.)

Работа холодильных установок и оборудования находящегося в зимнее время года на открытых площадках связана с воздействием на них низких температур. При неправильном выборе материала низкие температуры вызывают уменьшение прочности материала (в основном металла), повышение хрупкости, снижению ударной вязкости и устойчивости к вибрации, ударам.

Химическое воздействие. Химический износ представляет собой процесс химического взаимодействия материала конструкций с обрабатываемыми веществами или внешней средой. Коррозии подвержены наиболее слабые места аппаратов – швы, разъемные соединения, прокладки, места изгибов, поворотов труб. Коррозионная среда является весьма агрессивной. Например, в трубах толщиной 8мм, проложенных под землей уже после 8 – 10 лет эксплуатации в коррозии образуются сквозные отверстия.

Коррозия может протекать двумя путями- химическим взаимодействием и в результате электрохимических реакций.(5мин.)

 

Вопрос.Что такое коррозия металлов?

 

Химическая коррозия наблюдается в среде жидких диэлектриков и газов. Протекает химическая коррозия при высоких температурах (200ºС и выше). В практике чаще встречается «газовая» коррозия, к которой относят кислородную, сероводородную, серную и водородную.

При кислородной коррозии металл взаимодейств­ует с кислородом воздуха с образованием окислов (окалины):

                                   4Fe + 3O₂        2Fe₂O₃.                                                    (1)

 

Окалина не обладает механической прочностью и под воздействием турбулентно движущейся среды легко отслаивается от металла и уносится материальными потоками. При этом обнажаются все новые слои металла, и процесс коррозионного разрушения ускоряется. Интенсивность кислородной коррозии увеличивается с повышением температуры и концентрации кислорода.

Водородная коррозия металлов происходит при высоких давлениях и температурах и связана с проникновением водорода в толщу металлов. При этом наблюдается частичное растворение водорода и химическое взаимодействие его с цементитом по следующей реакции:

                           Fe₃C + 2H₂    CH₄ + 3Fe.                                    (2)

 

Процесс сопровождается разрушением структуры зерен металла и образованием микротрещин. В образовавшиеся трещины проникает молекулярный водород, вызывающий продолжение и ускорение процесса коррозии. Наиболее часто повреждения технологического оборудования в результате водородной коррозии происходят при проведении процессов гидрогенерации, гидроочистки, риформинга нефтепродуктов и производстве аммиака.

Серная и сероводородная коррозия наблюдаются при переработке неочищенного сырья на установках нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической, газовой и других отраслях промышленности. Коррозионными компонентами в сырье являются сера и сернистые соединения. В аппаратах, работающих при температуре более 300 ^оС, может происходить диссоциация сероводорода с образованием элементарной серы, которая и взаимодействует с металлом. Цепочка реакций при этом выглядит следующим образом:

H₂S            H₂ + S (термическая диссоциация);                           (3)

        2H₂S + O₂    2H₂O + 2S (окисление);                               (4)

 

                   Fe    + S            FeS (коррозия).                                                   (5)

                      

При наличии в продукте примесей чистой серы процесс коррозии протекает по уравнению (5). При этом образуется сульфид железа, который в свою очередь опасен склонностью к самовозгоранию.

Электрохимическая коррозия представляет собой процесс растворения металлов в электролитах в результате действия образующихся гальванических пар. Металлы высокой степени чистоты не подвержены электрохимической коррозии. Если же металл является неоднородным, то отдельные его участки обладают различной химической активностью и способностью к растворению. Чем левее расположен металл в ряду напряженности, тем он легче растворяется. Контакт металла с электролитом вызывает появление микрогальванических пар, в результате действия которых возникает электрический ток и металл переходит в раствор.

Электрохимическая коррозия происходит при соприкосновении металла с каким-либо электролитом и представляет собой процесс растворения металла в результате образования микрогальванического элемента. Этот вид коррозии наиболее часто встречается при эксплуатации трубопроводов и технологических аппаратов. К электрохимической коррозии относят атмосферную коррозию, протекающую во влажном воздухе и в атмосфере агрессивных паров и газов; коррозию в водных растворах химических веществ; коррозию в расплавах солей; почвенную коррозию.