Причины образования горючей среды внутри технологических аппаратов и производственных помещений

На промышленных предприятиях хранятся и перерабатываются разнообразные по химическим и пожароопасным свойствам жидкие, газообразные и твердые вещества. Каждая из этих групп веществ имеет свои особенности. Например, жидкости могут находиться и в герметически закрытых и в открытых емкостях, а газы, в том числе и сжиженные, — только в герметически закрытых аппаратах. Упругость пара жидкости над ее зеркалом в аппарате близка или равна давлению насыщенного пара при данной температуре, в то время как концентрация газов в аппаратах от температурного режима работы не зависит.

Естественно, что наиболее опасными для производства являются случаи повреждений и аварий аппаратов. При повреждении аппаратов и трубопроводов с газами последние в силу своей большой текучести и диффузионной способности выходят наружу, смешиваются с воздухом и могут быстро образовать взрывоопасные концентрации в больших объемах. При повреждении аппаратов и трубопроводов с жидкостями происходит растекание и испарение жидкостей. При этом взрывоопасные смеси паров жидкости с воздухом могут образоваться только при определенных температурных условиях. Утечка жидкостей чаще всего приводит к возникновению пожаров и реже — к взрывам.

Большинство твердых веществ обрабатывают открыто, т. е. без специальных укрытий и изоляции. В том случае, когда вещества самовозгораются на воздухе или процесс их обработки сопровождается образованием пыли и продуктов разложения, обработку твердых веществ осуществляют также изолированно от воздуха или в закрытых аппаратах с местными отсосами пыли.

Следовательно, условия образования опасных концентраций в аппаратах с пылями несколько отличны от условий в аппаратах с парами и газами. Вместе с тем причины, вызывающие повреждение аппаратов и трубопроводов с огнеопасными газами, жидкостями и пылями, во многом аналогичны и могут рассматриваться совместно.

После оценки пожаро - и взрывоопасности среды внутри производственных аппаратов необходимо установить, какие из этих аппаратов могут являться источниками выхода горючих веществ наружу.

Горючие газы, пары и жидкости выходят из аппаратов и трубопроводов в производственное помещение или на открытую площадку не только при повреждениях и авариях, но и при наличии исправных аппаратов, имеющих открытую поверхность испарения жидкости или дыхательные устройства, если эксплуатируются аппараты периодического действия, с сальниковыми уплотнениями и т. п. Даже из герметически закрытых аппаратов, работающих под повышенным давлением, также происходят небольшие утечки из-за наличия неплотностей в швах, фланцевых соединениях и арматуре.

При эксплуатации указанных аппаратов у мест выхода паров и газов могут образоваться горючие концентрации. Размеры зон воспламеняемых смесей, т.е. реальная опасность подобных аппаратов, определяются не только пожароопасными свойствами находящихся в них веществ, но и, главным образом, их количеством, которое может выходить наружу за определенный отрезок времени.

Количество выходящих наружу веществ может быть найдено опытным путем или определено расчетом.

Испарение с открытой поверхности происходит при хранении жидкостей в открытых резервуарах, наличии окрасочных ванн, пропитке в ваннах растворенными смолами тканей и бумаги, промывке и сушке деталей растворителями и т. п. С открытой поверхности испаряется жидкость и в том случае, когда она растекается,при аварии аппаратов и трубопроводов.

Взрывоопасная концентрация смеси паров с воздухом над поверхностью открытого аппарата образуется, если температура жидкости t_раб будет выше температуры ее вспышки t_всп. С учетом коэффициента надежности это условно выражается соотношением:

t_раб ≥ t_всп - 10ºС.

Размер образующейся взрывоопасной зоны паров определяется условиями испарения.

Количество жидкости, испаряющейся со свободной поверхности, зависит от ее физических свойств, температурных условий испарения, площади зеркала испарения, времени испарения и подвижности воздуха.

В технологических процессах производств нередко применяются аппараты периодического действия. К таким аппаратам относятся растворители синтетических смол и других веществ, ксантогенераторы, клеемешалки, смесители, экстракторы, фильтрпрессы и т. п. При всех прочих равных условиях аппараты периодического действия представляют большую пожарную опасность по сравнению с аппаратами непрерывного действия.

Аппараты периодического действия перед началом рабочего цикла загружаются твердыми или жидкими горючими веществами, в процессе работы появляется необходимость брать пробы обрабатываемых веществ на анализ, а по окончании процесса аппарат должен разгружаться и готовиться для последующего цикла работы. Таким образом, эксплуатация даже герметично закрытых аппаратов периодического действия сопряжена с необходимостью открывания люков, крышек, загрузочных и разгрузочных приспособлений и выходом пои этом наружу определенного количества горючих веществ.

Открывание крышки смесителя при разгрузке, загрузке аппарата приведет к выходу паров ЛВЖ наружу, образованию местных пожароопасных концентраций вблизи аппарата, а также и внутри аппарата при поступлении в него воздуха.

Процесс загрузки горючих веществ в аппарат сопровождается вытеснением наружу орпределенного количества газовоздушной смеси.

При этом если аппарат загрузочной трубой соединен с бункером, находящимся в другом помещении пары огнеопасной жидкости, вытесняемые при загрузке такого аппарата, могут попадать в бункер и из него в помещение, создавая опасность взрыва.

При эксплуатации закрытых аппаратов и емкостей, находящихся под давлением, даже при их исправном состоянии всегда происходят небольшие утечки горючих веществ. Это объясняется тем, что даже при самой тщательной обработке прилегающих друг к другу поверхностей нельзя создать абсолютную непроницаемость.

Величина утечки будет зависеть главным образом от режима работы аппарата и состояния уплотнителей.

Утечки из нормально герметизированных аппаратов, работающих под давлением, происходят хотя и непрерывно, но обычна не вызывают реальной пожарной опасности, так как выходящие наружу маленькие струйки газа или пара чаще всего рассредоточены по поверхности аппарата и при наличии воздухообмена, сразу же рассеиваются и отводятся от места их выделения.

Значительное количество аппаратов, работающих под давлением, имеют движущиеся механизмы (лопасти мешалок, колеса насосов и компрессоров, винты шнеков и т. п.), валы или штоки которых проходят через корпус аппарата с соответствующими сальниковыми уплотнениями.

Уплотнения вращающихся валов и штоков, совершающих возвратно-поступательное движение, должны создавать небольшое трение, быть износоустойчивыми, обладать требуемой герметичностью и возможностью легкой замены.

Создать надлежащую герметичность сальников очень трудно, поэтому при работе аппаратов с наличием сальниковых уплотнений всегда наблюдается утечка паров, газов или жидкости.

Наибольшую опасность для производства представляют повреждения и аварии технологического оборудования и трубопроводов, в результате которых значительное количество горючи: веществ выходит наружу, вызывая опасное скопление паров и газов в помещениях, загазованность открытых территорий, разлив жидкостей на большие площади.

Последствия повреждения или аварии будут зависеть от размеров аварии, а также пожароопасных свойств выходящих наружу веществ, от их температуры и давления.

При эксплуатации производственных аппаратов возможны не только повреждения прокладок, сальников, швов и т. п., но и повреждение материала корпуса и даже полное разрушение аппаратов с выходом наружу большого количества жидкостей и газов.

Если в поврежденных аппаратах или трубопроводах горючие вещества нагреты выше температуры самовоспламенения, то при выходе наружу и соприкосновении с воздухом произойдет их загорание и образуется устойчивый факел горящего газообразного продукта или разлившейся жидкости. При этом воспламенение может сопровождаться небольшим хлопком. Такое же явление будет наблюдаться, когда в непосредственной близости от участка повреждения находятся источники открытого огня или аппараты с температурой поверхности, равной или выше температуры самовоспламенения попадаемого на них продукта.

Если же выходящее из поврежденных аппаратов или трубопроводов горючее вещество нагрето ниже температуры самовоспламенения, но выше температуры вспышки (для жидкостей), то неизбежно произойдет образование горючих концентраций паров или газов с воздухом. При этом могут образоваться не только местные, но и во всем объеме производственного помещения или на территории открытых площадок взрывоопасные концентрации.

Повреждения аппаратов и трубопроводов могут носить местный, т. е. локальный, характер (образование трещин, свищей, сквозных отверстий от коррозии, прогары теплообменной поверхности, выжимание прокладок фланцевых соединений и т. п.), но может происходить и полное разрушение аппарата или трубопровода. В первом случае через образовавшееся отверстие почти под постоянным давлением продукт в виде струй пара, газа или жидкости будет выходить наружу. Во втором случае все содержимое аппарата сразу выйдет наружу и, кроме того, будет продолжаться истечение газа или жидкости из соединенных с ним трубопроводов.