Анализ пожарной опасности объекта с разработкой мероприятий пожарной безопасности

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ПО ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ ГОМЕЛЬСКИЙ ИНЖЕНЕРНЫЙ ИНСТИТУТ

Кафедра пожарной профилактики и предупреждения чрезвычайных ситуаций

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине: «Безопасность технологических процессов»

Тема: Анализ пожарной опасности объекта с разработкой мероприятий пожарной безопасности

Выполнил

слушатель ФЗО

Наконечный И.А.

45 группы 4 курса

ГОМЕЛЬ 2013

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

Таблица 1

Позиция на рис.1	Исходные данные	82
7	Диаметр, м	2,7
	Высота слоя угля, м	0,8
	Давление, МПа	0,12
	Температура, ТС	30
	Защита от давления	ПК
	Стационарная система тушения	нет
	Давление пара при десорбции, МПа	0,34
16	Объём, м3	20
	Степень заполнения	0,9
	Давление рабочее, Мпа	0,104
	Температура жидкости, ТС	22
	Защита дыхательной линии	ДК
	Аварийный слив	нет
15	Давление, МПа	0,13
	Температура, С	25
	Производительность, м3/мин	0,44
	Диаметр всасывающей линии, мм	75
	Диаметр нагнетательной линии, мм	50
	Вид сальникового уплотнения	СУ
	Диаметр вала, мм	30
Помещение сепараторов и насосов	Длина, м	22
	Ширина, м	26
	Высота, м	6
	Кратность вентиляции, 1/ч	10
	Скорость воздуха, м/с	0,5
	Диаметр линий, мм	50
	Расстояние до задвижек, м	9
	Привод задвижек	Ручн
	Средства тушения	пена
	Общий энергетический потенциал, Е, ГДж.	200

1. Краткое описание производственного процесса

Из паровоздушной смеси пары летучего растворителя можно выделить, используя метод адсорбции. Адсорбцией называют процесс поглощения одного или нескольких компонентов из газовой смеси или раствора твёрдым пористым веществом - адсорбентом. Установка предназначена для улавливания из паровоздушной смеси паров бензолаа при производстве резинотехнических изделий. Технологические схемы адсорбционных процессов улавливания из паровоздушных смесей паров бензолаа и паров бензола принципиально не отличаются друг от друга. Ниже приведена схема и дано описание технологического процесса адсорбционной установки для улавливание бензола.

Поступающая на установку по линии 1 паровоздушная смесь воздух с парами бензола имеет концентрацию 20 г горючего вещества в 1 м3 воздуха. Паровоздушная смесь подсасывается на установку центробежным вентилятором 3 и под избыточным давлением 400 мм.рт.ст. и температуре 20С поступает по линии 4 в адсорбер 7. Находящийся в адсорбере активированный уголь поглощает 90% паров горючего вещества из паровоздушной смеси, а воздух с остатком пара выбрасывается по линии 9 в атмосферу. В адсорбере 8 в этот же момент (то есть когда в адсорбере 7 идёт поглощение) происходит процесс десорбции - обратное извлечение из активированного угля паров растворителя. Для осуществления процесса десорбции в адсорбер по линии 10 подают водяной пар давлением 0,3 МПа. Смесь водяного пара и извлеченных из угля паров растворителя по линии 11 поступает в холодильник-конденсатор 12 на конденсацию. Охлаждение паров в конденсаторе происходив за счёт подачи через трубки холодной воды. Полученный в холодильнике 12 конденсат, представляющий собой смесь горючей жидкости - бензолаа и вода, поступает в отстойник 13 на разделение эмульсии путем её расслаивания. Вода, как наиболее тяжёлая, скапливается в нижней части отстойника и по трубе 18 отводится в канализацию. Горючая жидкость, как более лёгкая, из верхней части отстойника 13 насосом 15 подаётся в ёмкость растворителя 18. Ёмкость имеет дыхательную трубу 17. Не сконденсировавшиеся пары из отстойника по линии 14 поступают снова в адсорбер на улавливание. После процесса адсорбции паров адсорбер 7 переключается на десорбцию, а адсорбер 8 после десорбции переключается на адсорбции паров растворителя, то есть пропускают через него паровоздушную смесь. Для сушки увлажнённого после десорбции угля, пропускаемого через адсорбер, паровоздушную смесь подогревают некоторое время в кожух трубчатом паровом подогревателе 6 до температуры 80 °С. При аварийной ситуации на ректификационной станции ПВС выбрасывается в атмосферу по трубе 5. От распространения пламени линии ПВС защищены гравийными огнепреградителями 2, а для защиты их от разрушения при взрыве имеются мембранные предохранительные клапаны.

Адсорберы расположены на открытой металлической этажерке, примыкающей к зданию II степени огнестойкости, где размещены все остальные аппараты установки. План размещения адсорберов и технологических аппаратов в здании показан рис. 2. Размеры помещений и данные по отдельным аппаратам приведены в табл. 2 и 3.



Рис. 1. Аппаратная технологическая схема процесса адсорбции

Рис. 2. План размещения оборудования процесса адсорбции

Таблица 2

Позиция на рис.1	Наименование оборудования	Режим работы	Размеры
		Р, МПа	t, оС	d или l, м	h, м
1	Линия подачи ПВС	0,09	18	0,4	40
2	Огнепреградитель (гравийный - 5мм)	-	-	-	-
3	Вентилятор центробежный	0,12	18	-	-
4	Линия ПВС	-	-	0,3	-
5	Линия аварийная ПВС	-	-	0,3	10
6	Подогреватель	0,12	60	1	4
7	Адсорберы угольные	0,12	30	2,7	-
8	Адсорберы угольные	0,11	30	-	-
9	Линия выброса воздуха	0,105	30	0,3	20
10	Линия подачи водяного пара	0,4	142	0,1	-
11	Линия к конденсатору	0,15	110	0,15	-
12	Конденсатор кожухотрубчатый	0,105	30	1	4
13	Сепаратор-отстойник	0,101	26	1,0	0,4
14	Линия неконденсированного пара	-	-	-	-
15	Насос растворителя	0,13	25	-	-
16	Ёмкость для растворителя	0,101	30	4	8
17	Дыхательная линия резервуара	-	-	-	-
18	Линия отвода воды	-	-	-	-

2. Анализ свойств веществ и материалов

В процессе улавливания паров бензола из паровоздушной смеси методом адсорбции применяется ряд пожаро- и взрывоопасных веществ.

К ним относятся: бензол, активированный уголь. Соответственно к ним применяются различные требования по пожарной безопасности, в зависимости от температуры вспышки паров компонентов применяемого вещества.

Рассмотрим физико-химические и пожароопасные свойства применяемых материалов:

1 Бензомл (C6H6, PhH) -- органическое химическое соединение, бесцветная жидкость с приятным сладковатым запахом. Простейший ароматический углеводород. Бензол входит в состав бензолаа, широко применяется в промышленности, является исходным сырьём для производства лекарств, различных пластмасс, синтетической резины, красителей. Хотя бензол входит в состав сырой нефти, в промышленных масштабах он синтезируется из других её компонентов. Токсичен, канцерогенен

Физико-химические свойства: Температура плавления = 5,5 °C, температура кипения = 80,1 °C, плотность = 0,879 г/см?, молярная масса = 78,11 г/моль. Подобно ненасыщенным углеводородам бензол горит сильно коптящим пламенем. С воздухом образует взрывоопасные смеси, хорошо смешивается с эфирами, бензолаом и другими органическими растворителями, с водой образует азеотропную смесь с температурой кипения 69,25 °C (91 % бензола). Растворимость в воде 1,79 г/л (при 25 °C), Реакции разрыва бензольного кольца проходят в жёстких условиях (температура, давление)..

Пожароопасные свойства: легковоспламеняющаяся жидкость (ЛВЖ) представлюящая собой смесь лёгких углеводородов.

Средства тушения: табл. 4.1., гр. 1 [13] - воздушно-механическая пена, при подслойном тушении - фторированные пенообразователи.

2). Уголь активный марки АП-14.

Физико-химические свойства: плотность - 2100-2200 кг/м3. Содержание основного вещества, % масс. - 86. Влажность - 2%, зольность - 12%. Насыпная масса - 277 кг/м3. Дисперсность - < 90 мкм.

Пожароопасные свойства: чёрный горючий порошок.

Температура самовоспламенения: аэрогеля - 239°С, аэровзвеси - 504°С

температура тления - 255°С.

Концентрационные пределы распространения пламени, г/м3: отсутствует до 300°С.

Средства тушения: табл. 4.1., гр.3[13] - вода в виде компактных или распылённых струй.

2.1 Номенклатура показателей пожаровзрывоопасности и их применяемость

При определении пожаровзрывоопасности веществ и материалов различают:

- газы - вещества, давление насыщенных паров которых при температуре 25°С и давлении 101,3 кПа превышает 101,3 кПа;

- жидкости - вещества, давление насыщенных паров которых при температуре 25°С и давлении 101,3 кПа меньше 101,3 кПа. К жидкостям относят также твёрдые плавящиеся вещества, температура плавления или каплепадения которых меньше 50°С;

- твёрдые вещества и материалы - индивидуальные вещества и их смесевые композиции с температурой плавления или каплепадения больше 50°С, а также вещества, не имеющие температуру плавления (например, древесина, ткани и тому подобное);

- пыли - диспергированные твёрдые вещества и материалы с размером частиц менее 850 мкм.

Сводная таблица показателей опасности, применяемых в производстве веществ

Таблица 3

Вещества показатель опасности	Вещества обращающиеся в производственном процессе
	бензол	Уголь активный
1	2	3
Группа горючести	3	2
Температура вспышки, °С	-11	-
Температура воспламенени, °С	13	325
Температура самовоспламенения, °С	560	345
Нижний концентрационный предел распространения пламени. %	1,4%	40г/м3
Верхний концентрационный предел распространения пламени. %	80%	-
Нижний температурный предел распространения пламени, °С	-15	-
Верхний температурный предел распространения пламени, °С	13	-
Температура тления, °С	-	-
Условия теплового самовозгорания	-	-
Минимальная энергия зажигания, МДж	0,39	3,4
Способность взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха и другими веществами	+	+
Нормальная скорость распространения пламени, м/с	0,44	-
Минимальное взрывоопасное содержание кислорода %	-	9,5
Минимальная флегматизирующая концентрация флегматизатора, %	-	-
Максимальное давление взрыва, кПа	900	590
Скорость нарастания давления взрыва, МПа/с	-	39
Класс опасности вещества	3	9
Класс опасности и подкласс вещества	3.3	9.1

Анализируя физико-химические свойства веществ, приведённые в таблице 3, и технологию улавливания паров бензолаа из паровоздушной смеси, можно сделать вывод, что наиболее опасным веществом, обращающимся в производственном оборудовании, является бензол. Исходя из этого, при проведении расчётов по определению категории помещения будут использоваться показатели бензола, как самого опасного вещества, склонного к взрыву.

3. Анализ пожарной опасности технологического процесса (анализ образования горючей среды внутри и снаружи технологического оборудования при нормальных условиях работы и в результате повреждений; анализ источников зажигания и путей распространения пожара).

3.1 Анализ возникновения горючей среды

3.1.1 Определение возможности образования горючей среды и предельно допустимых концентраций вредных веществ при нормальном режиме работы производственного оборудования

В наиболее общем случае среда будет считаться пожаровзрывоопасной, если не выполняются условия пожаровзрывобезопасности:

(3.1)

(3.2)

(3.3)

(3.4)

где цг.без - безопасная концентрация горючего вещества, % об. (г· м-3);

цн - нижний концентрационный предел распространения пламени по смеси горючего вещества с воздухом, % об. (г · м-3);

цв - верхний концентрационный предел распространения пламени по смеси горючего вещества с воздухом, % об. (г · м-3);

- безопасная концентрация кислорода в горючей смеси, % об.; - минимальное взрывоопасное содержание кислорода в горючей смеси, % об.;

цф,без - безопасная флегматизирующая концентрация флегматизатора, % об.;

цф - минимальная флегматизирующая концентрация флегматизатора, % об.;

R - воспроизводимость метода определения показателя пожарной опасности при доверительной вероятности 95%;

Согласно п.4.10.4.3 ГОСТ12.1.044 воспроизводимость метода экспериментального определения концентрационных пределов распространения пламени по газо- и паровоздушным смесям при доверительной вероятности 95 % не должна превышать 0,3 % об. на нижнем пределе и 0,6 % об. на верхнем пределе.

Содержание в организме вредных веществ, поступающих в него различными путями (при вдыхании, через кожу, через рот), не должно превышать биологических предельно допустимых концентраций (ПДК):

(3.5)

где цв,без - безопасная концентрация вредного вещества, % об. (г/м);

цПДК - биологическая предельно допустимая концентрация, % об. (г/м).

3.1.2 Заключение о горючести среды в адсорбере угольном

3.1.2.1 Производим перерасчёт цН и цВ в зависимости от рабочей температуры Тр = 303°К

(3.6)

(3.6а)

где цн,298 = 0,0108 и цв,298 = 0,0496 - соответственно нижний и верхний концентрационные пределы распространения пламени для паров бензола при T = 298°К.

Рраб. = 0,12 МПа - рабочее давление в угольном адсорбере.

3.1.2.2 Определяем объёмную долю насыщенных паров бензолаа

(3.7)

где (3.8)

где А, В, СА - коэффициенты Антуана (определяются по справочной литературе);

tж - рабочая температура жидкости, °С.

3.1.2.3 Определяем, будет ли среда в аппарате горючей

(3.9)

цS цР;

Так как 0,00783 < цS = 0,033925 < 0,05951, то, следовательно, внутри аппарата образуется горючая среда.

3.2 Определение возможности образования горючей среды внутри производственного оборудования

3.2.1 Производственное оборудование с жидкостями

Внутри оборудования с жидкостью горючая среда может образоваться только при наличии в оборудовании свободного от жидкости объёма (газового пространства), который сообщается с атмосферой и в той или иной степени насыщается парами жидкости. При анализе возможности образования пожаровзрывоопасных концентраций в оборудовании с жидкостью необходимо различать оборудование с подвижным и не подвижным уровнями жидкости.

Для оборудования с неподвижным уровнем жидкости наличие пожаровзрывоопасной паровоздушной смеси в оборудовании определяется по следующей зависимости:

(3.10)

где: tнпв - нижний температурный предел распространения пламени по смеси горючего вещества с воздухом, оС;

tвпв - верхний температурный предел распространения пламени по смеси горючего вещества с воздухом, оС;

tраб - рабочая температура в производственном оборудовании, оС.

При выполнении условия (3.10) проверяется выполнение условия:

(3.11)

Для оборудования с подвижным уровнем жидкости наличие пожаровзрывоопасной паровоздушной смеси в оборудовании определяется по следующей зависимости:

(3.12)

где: tвсп - температура вспышки жидкости, оС.

При выполнении условия (3.12) проверяется выполнение условия:

(3.13)

3.2.2 Производственное оборудование, работающее под вакуумом

При наличии аппаратов и оборудования, работающих под вакуумом, одна из причин образования горючей среды - разгерметизация производственного оборудования, влекущая за собой подсос воздуха (другого окислителя). Заключение о пожаровзрывоопасности среды внутри такого оборудования делается аналогично, как и для оборудования, работающего под давлением с учетом агрегатного состояния технологической среды.

пожарный цех паровоздушный бензол

3.3 Определение возможности выхода горючих и вредных веществ в воздух производственного помещения (на открытую площадку)

В помещениях цеха по улавливанию паров бензола из паровоздушной смеси источниками выхода в воздух горючих и вредных веществ являются: вентилятор центробежный, подогреватель, конденсатор кожухотрубчатый, сепаратор-отстойник, насос растворителя (бензолаа), ёмкость для растворителя, линии подачи паровоздушной смеси и неконденсированного пара, дыхательная линия резервуара.

Кроме это источниками выхода в воздух горючих и вредных веществ являются адсорберы, которые находятся за пределами помещения цеха на открытой металлической этажерке примыкающей к зданию цеха.

В адсорбере, подогревателе, конденсаторе, сепараторе-отстойнике, насосе растворителя, ёмкости для растворителя возможно образование локальных взрывоопасных и предельно допустимых концентраций в свободном объёме резервуаров, если концентрация паров и газов в аппаратах превысит значение нижнего концентрационного предела распространения пламени и/или выше предельно допустимой концентрации, так как там происходит испарение бензола, имеющего температуру вспышки ниже 28°С, и который нагрет до температуры 30°С.

Адсорберы, подогреватель, конденсатор, сепаратор-отстойник, насос растворителя, ёмкость для растворителя временно сообщаются с внешней средой через открытые люки, дыхательные линии, предохранительные клапаны и другие устройства. Поэтому в них возможно образование локальных взрывоопасных и предельно допустимых концентраций, при концентрации паров ЛВЖ и ГГ в аппаратах выше нижнего концентрационного предела распространения пламени и выше предельно допустимой концентрации.

Подогреватель, конденсатор, сепаратор-отстойник, ёмкость для растворителя снабжены системой блокировки, не допускающей загрузку и разгрузку аппаратов при не работающей вентиляции.

Сепараторы, насосы и центробежные вентиляторы снабжены системой блокировки, не допускающей работу технологического оборудования при не работающей вентиляции.

Аппараты для разделения горючих суспензий и эмульсий должны эксплуатироваться при исправных дыхательных линиях. Аппараты с открытыми люками к работе не допускаются (п.186 [12]).

Для предотвращения образования взрывоопасных концентраций паров ЛВЖ и горючих газов технологические резервуары снабжены местными отсосами. На подогревателе, сепараторе-отстойнике, адсорбере и ёмкости для растворителя установлены дыхательные клапаны для сброса из резервуаров избыточного давления.

Твёрдый осадок, образующийся при разделении горючих суспензий, перед выгрузкой из аппарата должен быть продут инертным газом или водяным паром и промыт водой до полного удаления горючей жидкости. Если осадок способен к самовозгоранию, разгрузка должна производиться при смачивании его водой или другими нейтрализующими жидкостями (п.188 [12]).

Слив воды (негорючей жидкости) из аппаратов разделения горючих смесей должен производиться в закрытую систему дренирования. При этом должен осуществляться контроль за наличием в отходящей воде растворенных горючих паров и газов (п.187 [12]).

Технологические резервуары снабжены предохранительными устройства от перелива ЛВЖ, и устройствами контроля заполнения аппаратов жидкостями согласно п.185 [12]. Аварийный слив из сепаратора-отстойника и ёмкости для растворителя отсутствует. Для ограничения растекания ЛВЖ в помещении сепараторов и насосов предохранительные бортики, ограничивающие площадь растекания ЛВЖ отсутствуют. Поэтому в аварийной ситуации при разрушении технологического оборудования (сепаратора) разлив ЛВЖ происходит по всей площади помещения, которая и будет являться площадью испарения ЛВЖ.

На сепараторах установлены приборы контроля и регулирования температуры и давления. Контроль за состоянием технологической среды в сепараторе-отстойнике проводится визуально через смотровое стекло.

Привод задвижек насосов растворителя ручной.

Стационарная установка пожаротушения адсорберов отсутствует. В помещении сепараторов и насосов оборудована пенная АУПТ.

Для перекачки бензола в целях устранения утечек паров ЛВЖ в соответствии с п.228 [12] должны применяться центробежные бессальниковые насосы. Другие типы насосов могут применяться при наличии обоснования в проекте. В данной установке применяются насосы с сальниковыми уплотнениями.

Насосы снабжены блокировочными устройствами для систем местных отсосов с пусковыми устройствами насосов согласно п.236 [12] для аварийной остановки.

Для предотвращения образования взрывоопасных концентраций паров ЛВЖ и горючих газов технологические резервуары снабжены местными отсосами. На сепараторе-отстойнике и ёмкости для сбора бензолаа установлены дыхательные клапаны для сброса из резервуаров избыточного давления. В адсорбере имеется предохранительный клапан для защиты от избыточного давления.

Для предупреждения перегрева подвижных частей механизмов (подшипников, валов) на электродвигателях, насосах установлены тепловые реле, автоматически выключающие механизм в случае его перегрева. Так как все помещения цеха по улавливанию паров бензола относятся к категории А, то всё электрооборудование имеет взрывозащищённое исполнение. Для защиты электросетей и электрооборудования от механических повреждений электрические кабели проложены в трубах либо металлорукавах. Всё электрооборудование, насосы для перекачки бензолаа, сепаратор-отстойник, ёмкость для сбора бензолаа снабжены устройствами для снятия статического электричества, с подключением их к общему контуру заземления.

При расчётной аварии одного сепаратора-отстойника растворителя наружу возможен выход 2026 кг бензола. Радиус зоны, ограниченной нижним концентрационным пределом составит RНКПР = 18,6 м. Объём взрывоопасной смеси составит V = 262,5 м3.

3.4 Определение возможности выхода горючих и/или вредных веществ в объём помещения (открытую площадку) из поврежденного производственного оборудования

Производственное оборудование и осуществляемые в нем технологические процессы разрабатываются таким образом, чтобы при нормальных условиях эксплуатации опасность не возникала. Однако аварийные ситуации имеют место.

Каждая авария связана с локальным или полным разрушением производственного оборудования.

Повреждение производственного оборудования происходят в результате:

- недостатков конструктивного характера (ошибки на стадии проектирования);

- дефектов изготовления (скрытые внутренние дефекты материала, некачественная подгонка и сварка);

- нарушения принятых режимов работы;

- отсутствия или неисправности средств защиты от перегрузок;

- некачественного технического обслуживания и ремонта.

Возможны следующие основные комбинации нарушений, в результате которых возникают повреждения технологического оборудования:

- превышение расчётных нагрузок при сохранении расчётной прочности оборудования;

- снижение расчётной прочности оборудования при сохранении расчётных нагрузок;

- одновременное нарушение расчётных нагрузок и расчётной прочности оборудования.

Повреждение технологического оборудования цеха по улавливанию паров бензолаа возможно в следующих случаях: механическое воздействие, температурное воздействие, химическое воздействие.

Механические возникают в результате превышения расчётных нагрузок на оборудование при сохранении его расчётной прочности. К повреждениям производственного оборудования в результате механического воздействия относят повреждения, вызванные чрезмерным внутренним давлением, вибрациями, неосторожной работой внутрицехового транспорта, ударного действия осколков при разрушении соседних аппаратов, эрозией.

Температурное повреждение технологического оборудования происходит в результате образования не предусмотренных расчётом температурных перенапряжений в материале стенок аппаратов и трубопроводов, а также в результате снижения механических характеристик металлов при низких или высоких температурах.

Химическое воздействие на технологическое оборудование проявляется в виде коррозии металла, в результате чего истончаются стенки резервуаров и трубопроводов, вследствие чего происходит их разрыв.

3.5 Определение возможности образования в горючей среде (или внесения в неё) источников зажигания, инициирования взрыва

Источник зажигания - средство энергетического воздействия, инициирующее возникновение горения данной горючей среды.

Средство энергетического воздействия опасно, если:

- его температура Ти превышает температуру самовоспламенения горючей среды Тсв.;

- его теплосодержание qн превышает минимальную энергию зажигания горючей среды Wмин;

- время действия его фи превышает период индукции горючей среды финд.

Первые два параметра (Ти и qи) могут быть определены путем измерения или расчета, третий (фи) - определяется экспериментально.

Вероятность возникновения источника зажигания принимают равной нулю в следующих случаях:

- если источник не способен нагреть вещество выше 80% значения температуры самовоспламенения вещества или температуры самовозгорания вещества, имеющего склонность к тепловому самовозгоранию;

- если энергия, переданная тепловым источником горючему веществу (паро-, газо-, пылевоздушной смеси) ниже 40% минимальной энергии зажигания;

- если за время остывания теплового источника он не способен нагреть горючие вещества выше температуры воспламенения;

- если время воздействия теплового источника меньше суммы периода индукции горючей среды и времени нагрева локального объема этой среды от начальной температуры до температуры воспламенения.

По природе происхождения источники зажигания подразделяются на четыре группы.

1 группа - от открытого огня, раскаленных продуктов горения и нагретых ими поверхностей.

В технологическом процессе улавливания паров бензолаа из паровоздушной смеси открытый огонь не применяется. Нагрев паровоздушной смеси происходит за счёт подачи горячей воды без применения открытого огня либо тепло излучающих поверхностей. Нагрев остального оборудования при нормальной работе будет незначительным.

2 группа - от теплового проявления механической энергии.

Для защиты движущихся механизмов от попадания в них металлических и других посторонних предметов на магистралях подачи бензола и паровоздушной смеси установлены фильтры. В цехе используется оборудование и инструмент исключающий искрообразование. Для предупреждения перегрева подвижных частей машин и аппаратов, на них установлены тепловые датчики системы блокировки для аварийного отключения в случае превышения температуры сверх нормативной.

3 группа - от теплового проявления химических реакций.

В технологическом процессе применяется бензола и вода, которые не вступают в химическую реакцию между собой и с материалом, их которого изготовлено технологическое оборудование.

В технологических резервуарах возможно накопление пирофорных отложений, которые подлежат регулярному удалению. Удаление пирофорных отложений производится медными скребками при не работающем оборудовании и включённой вытяжной вентиляции.

4 группа - от теплового проявления электрической энергии.

Так как помещения цеха по улавливанию паров бензола относится к категории А, то всё силовое, осветительное электрооборудование и используемый ручной электроинструмент должны быть взрывобезопасного исполнения.

Для предотвращения проникновения газов и паров ЛВЖ из взрывоопасных помещений в помещения с нормальной средой оборудованы тамбур-шлюзы с подпором воздуха.

Для исключения повреждения электрооборудования силовые линии заключены в металлорукав или трубы, электродвигатели имеют защитные кожуха.

Оборудование, в котором происходит перемешивание, распыление ЛВЖ снабжены устройствами для снятия электростатического электричества, с подключением к общему контуру заземления.

3.6 Определение возможности распространения пожара в технологическом процессе

Для снижения пожарной нагрузки в цехе могут находиться ЛВЖ в количестве, не превышающем сменную потребность. В помещениях цеха на случай пожара установлены ЛСК. Адсорберы, подогреватель, конденсатор, сепаратор-отстойник оборудованы системами аварийного слива паровоздушной смеси. При аварийном сливе паровоздушная смесь удаляется за пределы цеха в ёмкости для сбора аварийных сливов.

В помещении сепараторов и наосов цеха по улавливанию паров бензола не установлены устройства против растекания ЛВЖ по помещению при аварии, поэтому растекание ЛВЖ происходит по всей площади помещения. Растекание ЛВЖ за пределы помещения сепараторов и насосов ограничивается порогами в дверных проёмах высотой 150 мм.

В подогревателе, адсорберах, конденсаторе, сепараторе-отстойнике при нормальном режиме работы всегда присутствуют пары бензолаа. При аварии или при отключении вытяжной вентиляции газовое облако может быть выброшено в помещение цеха. Поэтому эти ёмкости должны быть снабжены предохранительными клапанами для удаления избытка паров бензола из ёмкостей. Ёмкости, где обращается бензола, снабжены дыхательными клапанами.

Распространение пожара в цехе по улавливанию паров бензола возможно по технологическим коммуникациям: дыхательным линиям, линиям подачи ЛВЖ, вентиляционным линиям. Для предохранения от распространения пожара на дыхательных и вентиляционных линиях установлены огнепреградительные клапана.

На воздуховоде вытяжной вентиляции образуются пирофорные отложения, требующие регулярного удаления.

Согласно действующим нормативам в помещении сепараторов и насосов необходимо устанавливать стационарные системы автоматического пожаротушения.

3.7 Определение причин и условий возникновения пожарной опасности

Возникновение пожарной опасности в цехе по улавливанию паров бензола может произойти по следующим причинам:

1. Несоответствие технологического оборудования требованиям пожарной безопасности.

2. Выход из строя технологического оборудования вследствие заводского дефекта.

3. Выход из строя технологического оборудования вследствие его износа.

4. Нарушение правил эксплуатации обслуживающим персоналом.

5. Нарушение технологических режимов.

4. Определение соответствия технологии производства требованиям технических нормативных правовых актов по пожарной безопасности

4.1 Деление производственного процесса производства на блоки

Деление производственного процесса на блоки является основой для выбора максимальной проектной аварии при определении категории помещения, наружной установки по взрывопожарной и пожарной опасности. Блоки нумеруются порядковыми номерами, которые затем указываются на карте пожарной опасности. Для снижения тяжести последствий техногенных чрезвычайных ситуаций технологические системы разделяются на блоки с установкой на основных технологических потоках между блоками быстродействующих запорных органов. При разделении систем на блоки предусматривается максимальное, с учетом технологической возможности, ограничение объемов обращающихся в блоке опасных веществ, которые могут быть выброшены в окружающую среду, при внезапной разгерметизации оборудования.

Под блоком понимается стадия (участок, часть) технологического процесса, границами которой является запорная аппаратура с ручным или дистанционным управлением (в том числе автоматические отсекатели), установленная на межблочных трубопроводах, как по прямому, так и обратному потоку горючих материальных сред. Блоком могут быть определенный аппарат, группа аппаратов, участок трубопровода и т. д., которые можно отключить от остальных аппаратов запорными органами (вентилями, клапанами, задвижками и т. д.).

Категория взрывоопасности блока определяет специфические требования к компоновке блоков, составляющих данную технологическую схему, ее аппаратурному оформлению, к выбору типа отключающих устройств и мест их установки, а также к средствам регулировании, контроля и противоаварийной зашиты.

В зависимости от величины относительного потенциала (QВ) и условной массы горючих веществ (m) устанавливают категории взрывоопасности технологических блоков (табл. 4).

Категории взрывоопасности технологических блоков Таблица 4

Категория взрывоопасности	Относительный потенциал взрывоопасности, QВ	Условная масса m, кг
I	Более 37	Более 5000
II	27 -- 37	2000 - 5000
III	Менее 27	Менее 2000

Примечание: при выполнении курсовой работы величина общего энергетического потенциала принимается по заданию.

4.2 Определение относительного энергетического потенциала блока

Относительный энергетический потенциал характеризует запас энергии в технологическом блоке, который может быть реализован при взрыве, определяется по формуле (4.1).

(4.1)

где: Е - общий энергетический потенциал (кДж).

Условная масса горючих веществ определяется как отношение общего энергетического потенциала к единой теплоте сгорания большинства углеводородов по формуле (14).

 (4.2)

Категория взрывоопасности блоков II и III повышается на одну ступень, если обращающиеся вещества в нем относятся к 1 и 2 классу опасности в соответствии с ГОСТ 12.1.005-88 [23]. Разрешается не увеличивать категорию блока, если величина его общего энергетического потенциала не более 10.

Таким образом, технологический блок относится к II категории взрывоопасности, так как в нём обращается легковоспламеняющаяся жидкость (бензола), которая относится к третьему классу опасности.

5. Расчёт категории производственного помещения по взрывопожарной и пожарной опасности.

5.1 Выбор критериев взрывопожарной опасности помещения и обоснование расчётного варианта

Расчёт категории производственного помещения по взрывопожарной и пожарной опасности в соответствии с НПБ 5-2005[7] следует осуществлять путём последовательной проверки принадлежности помещения к категориям, приведённым в таблице 1[7], от высшей (А) к низшей (Д). В качестве расчётного критерия взрывопожарной опасности следует выбирать наиболее неблагоприятный вариант аварии или период нормальной работы аппаратов, исходя из проведенного анализа пожарной опасности технологического процесса, в соответствии с вариантом задания на курсовую работу.

Для расчёта выбираем помещение сепараторов и насосов, как наиболее взрывопожароопасное, где происходит отделение бензола от воды.

Количество поступивших в помещение веществ, которые могут образовать взрывоопасные газовоздушные или паровоздушные смеси, определяется исходя из следующих предпосылок:

1. Происходит расчётная авария одного из сепаратора (13), содержащего наибольшее количество самого пожаровзрывоопасного вещества, в данном случае - бензола;

2. Всё содержимое аппарата поступает в помещение;

3. Происходит одновременно утечка веществ из трубопроводов, питающих аппарат по прямому и обратному потоку в течение времени, необходимого для отключения трубопроводов.

4. Происходит испарение с поверхности разлившейся жидкости, площадь испарения которой при разливе на горизонтальную поверхность определяется (при отсутствии справочных данных), исходя из расчёта, что
1 л смесей и растворов, содержащих 70% и менее (по массе) растворителей, разливается на площади 0,5 м2, а остальных жидкостей - на 1 м2 пола помещения.

5. Происходит также испарение жидкости из ёмкостей, эксплуатируемых с открытым зеркалом жидкости, и со свежеокрашенных поверхностей;

6. Длительность испарения жидкости принимается равной времени её полного испарения, но не более 3600 с.

7. Расчётное время отключения трубопроводов следует принимать равным:

а). времени срабатывания системы автоматики отключения трубопроводов согласно паспортным данным установки, если вероятность отказа системы автоматики не превышает 0,000001 в год и не обеспечено резервирование её элементов;

б). 120 с, если вероятность отказа системы автоматики превышает 0,000001 в год и не обеспечено резервирование её элементов;

в). 300 с - при ручном отключении.

Так как по заданию отключение насосов ручное - принимаем время Т=300 с.

8. Свободный объём помещения определяется как разность между объёмом помещения и объёмом, занимаемым технологическим оборудованием. Если свободный объём помещения определить невозможно, то его допускается принимать условно равным 80 % геометрического объёма помещения.

Критерием оценки взрывопожарной и пожарной опасности помещений является избыточное давление взрыва.

5.2 Расчёт избыточного давления взрыва в помещении мерников

Таблица 5

Вид растворителя	Химическая формула	Молекулярная масса, кг/кмоль	Плотность жидкости, кг/м3	Снкпр, % (об.)	Температура вспышки, С	Максимальное давления взрыва, кПа	Теплота сгорания, кДж/моль	Константы уравнения Антуана
								А	В	СА
Свойства вещества
Бензола	С6Н6	78,11	879	1,4	-11	900	44239	4,1950	682,876	222,066

1. Избыточное давление взрыва ДР для индивидуальных горючих веществ, состоящих из атомов С, Н, О, N, Cl, Br, I, F, определяется по формуле:

(5.1)

где Рmax, - максимальное давление взрыва стехиометрической газовоздушной или паровоздушной смеси в замкнутом объёме, определяемое экспериментально или по справочным данным. При отсутствии данных допускается принимать Рmax равным 900 кПа;

Р0 = 101 кПа - атмосферное давление, кПа;

m - паров ЛВЖ и ГЖ, вышедших в результате расчётной аварии в помещение, по формуле (5.7), кг;

Z - коэффициент участия горючего во взрыве, который может быть рассчитан на основе характера распределения газов и паров в объёме помещения, определяемый по таблице 6.

Vсв - свободный объём помещения, м3,

Vсв. = 0,8 * L * S * H = 0,8 * 26 * 10 * 10 = 2080,0 м3 (5.2)

г.n - плотность газа или пара при расчётной температуре tр, кгм-3, вычисляемая по формуле

(5.3)

где М - молярная масса, кгкмоль-1,

V0 - молярный объём, равный 22,413 м3кмоль -1,

tр - расчётная температура, С. В качестве расчётной температуры следует принимать максимально возможную температуру воздуха в данном помещении в соответствующей климатической зоне или максимально возможную температуру воздуха по технологическому регламенту с учётом возможного повышения температуры в аварийной ситуации. Если такого значения расчётной температуры tр по каким-либо причинам определить не удается, допускается принимать её равной 61С;

Сст - стехиометрическая концентрация ГГ или паров ЛВЖ и ГЖ, %(об.), вычисляемая по формуле:

(5.4)

где (5.5.)

в - стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания;

nc, nн, nк, no - число атомов С,Н,О и галоидов в молекуле

КН - коэффициент, учитывающий не герметичность помещения и неадиабатичность процесса горения. Допускается принимать КН равным 3.

Таблица 6

Вид горючего вещества	Значение Z
Водород	1
ГГ (кроме водорода)	0,5
ЛВЖ и ГЖ, нагретые до температуры вспышки и выше	0,3
ЛВЖ и ГЖ, нагретые ниже температуры вспышки, при наличии возможности образования аэрозоля	0,3
ЛВЖ и ГЖ, нагретые ниже температуры вспышки, при отсутствии возможности образования аэрозоля	0

2. В случае обращения в помещении ГГ, ЛВЖ или ГЖ при определении значения массы m, входящей в формулы (5.7), допускается учитывать работу аварийной вентиляции, если она обеспечена резервными вентиляторами, автоматическим пуском при превышении предельно допустимой взрывобезопасной концентрации и электроснабжением по первой категории надежности (согласно ПУЭ), при условии расположения устройств для удаления воздуха из помещения в непосредственной близости от места возможной аварии.

При этом массу ГГ или паров ЛВЖ или ГЖ, нагретых до температуры вспышки и выше, поступивших в объём помещения, следует разделить на коэффициент К, определяемый по формуле:

К = А * Т + 1 = 10 * 3600/3600 + 1 = 11 (5.6)

где А - кратность воздухообмена, создаваемого аварийной вентиляцией, с-1;

Т - продолжительность поступления ГГ и паров ЛВЖ и ГЖ в объём помещения.

Длительность испарения жидкости принимается равной времени её полного испарения, но не более 3600 с.

3. Масса ЛВЖ m, кг, поступившей в помещение при расчётной аварии сепаратора-отстойника бензола определяется по формуле:

mж = (VА + VТ) * ж = (0,314 + 2,225) * 798 = 1892 кг (5.7)

где mж - масса ЛВЖ, поступившей в помещение, кг

ж - плотность жидкости кг/м3

VA - объём жидкости вышедшей из аппарата, м3

VA = VP * е = 3,14 * 1,02/4 * 0,4 * 1,0 = 0,314 м3 (5.8)

где P - расчётный объём аппарата, м3;

е - степень заполнения аппарата;

VТ = V1Т + V2Т = 2,225 м3 (5.9)

V1T - объём жидкости, вышедшей из аппарата до отключения, м3;

V2T - объём жидкости, вышедшей из аппарата после отключения, м3;

V1Т = q • T = 7,3 * 10-3 * 300 = 2,19 м3 (5.10)

где q - производительность насоса, м3/с;

Т - время отключения насоса, с.

3,14/4 * (0,052 * 9 + 0,052 * 9) = 0,035 м3 (5.11)

где dH - диаметр напорного трубопровода, м;

lH - длина напорного трубопровода, м;

dOT - диаметр отводящего трубопровода, м;

lOT - длина отводящего трубопровода, м;

4. Масса паров жидкости m, поступивших в помещение при наличии нескольких источников испарения (поверхность разлитой жидкости, поверхность со свеженанесённым составом, открытые ёмкости и т.п.), определяется из выражения

m = mр + mёмк. + m в.окр. (5.12)

где mр - масса жидкости, испарившейся с поверхности разлива, кг;

mёмк. - масса жидкости, испарившейся с поверхностей открытых ёмкостей, кг;

m в.окр. - масса жидкости, испарившейся с поверхностей, на которые нанесён применяемый состав, кг.

Для помещения сепараторов и насосов, где нет открытых ёмкостей, масса испарившейся жидкости будет равна:

m = mр

Каждое из слагаемых в формуле (5.12) определяется по формуле

m = W * Fи * Т = 0,0001445 * 260 * 3600/11 = 12,296 кг (5.13)

где W - интенсивность испарения, кг/(см2);

Fи - площадь испарения, м2.

Площадь испарения при разливе на пол определяется (при отсутствии справочных данных), исходя из расчёта, что 1 л смесей и растворов, содержащих 70 % и менее (по массе) растворителей, разливается на площади 0,5 м2, а остальных жидкостей - на 1 м2 пола помещения.

Так как по заданию в помещении сепараторов и насосов нет ограничительных бортиков против растекания ЛВЖ, то площадь разлива будет равна площади помещения.

5. Интенсивность испарения W определяется по справочным и экспериментальным данным. Для не нагретых выше температуры окружающей среды ЛВЖ при отсутствии данных допускается рассчитывать W по формуле

W = 10-6 * ** Pн = 10-6 * 3,6 * * 4,071 = 0,0001445 кг (5.14)

где - коэффициент, принимаемый по таблице 8 в зависимости от скорости и

температуры воздушного потока над поверхностью испарения;

Рн - давление насыщенного пара, кПа, при расчётной температуре жидкости tр; определяемое по формуле:

(5.15)

где А, В, СА - коэффициенты Антуана (определяются по справочной литературе);

tж - температура жидкости, °С.

Таблица 7

Скорость воздушного потока в помещении, мс-1	Значение коэффициента при температуре t, оС, воздуха в помещении
	10	15	20	30	35
0	1	1	1	1	1
0,1	3,0	2,6	2,4	1,8	1,6
0,2	4,6	3,8	3,5	2,4	2,3
0,5	6,6	5,7	5,4	3,6	3,2
1,0	10,0	8,7	7,7	5,6	4,6
Примечание: При промежуточных значениях скорости воздушного потока и (или) температуры воздуха в помещении, значение коэффициента следует определять методом интерполяции.

(5.16)

6. Расчёт горизонтальных размеров зон, ограниченных нижним концентрационным пределом распространения пламени газов и паров, при аварийном поступлении горючих газов и паров легковоспламеняющихся жидкостей в помещение

Нижеприведенные расчётные формулы применяют для случая

100m / (г.п. * Vсв) < 0,5 * СНКПР, и помещений в форме прямоугольного параллелепипеда с отношением длины к ширине не более 5.

Расстояния XНКПР, YНКПР и ZНКПР рассчитывают по формулам

ХНКПР = К1*L*= 1,1958*26*= 18,6 м; (5.17)

YНКПР = К1*S*= 1,1958*10*= 7,16 м (5.18)

ZНКПР = К3 *Н*= 0,3536*10*= 2,1 м (5.19)

где К1 - коэффициент, принимаемый равным 1,1958 для ЛВЖ;

К2 - коэффициент, равный для ЛВЖ;

К3 - коэффициент, принимаемый равным 0,04714 для ЛВЖ при отсутствии подвижности воздушной среды и 0,3536 для ЛВЖ при подвижности воздушной среды;

H - высота помещения, м;

- допустимые отклонения концентраций при задаваемом уровне значимости Q;

L, S - длина и ширина помещения соответственно, м;

C0 - предэкспоненциальный множитель, % (об.), равный

при отсутствии подвижности воздушной среды для паров ЛВЖ:

 (5.20)

при подвижности воздушной среды для паров ЛВЖ:

(5.21)

где Сн - концентрация насыщенных паров в помещении, % (об.), при расчётной температуре tр ,С.

Концентрация Сн может быть найдена по формуле:

(5.22)

m - масса газа или паров ЛВЖ, ГЖ, поступающих в помещение, кг;

п - плотность паров ЛВЖ при расчётной температуре и атмосферном давлении, кгм-3;

Vсв - свободный объём помещения, м3;

U - подвижность воздушной среды, м с-1;

Рн - давление насыщенных паров ЛВЖ при расчётной температуре, кПа;

Р0 - атмосферное давление, равное 101 кПа.

При отрицательных значениях логарифмов расстояния XНКПР, YНКПР и ZНКПР принимают равными 0.

Радиус Rб и высоту Zб, м, зоны, ограниченной НКПР газов и паров, вычисляют, исходя из значений XНКПР, YНКПР и ZНКПР для заданного уровня значимости Q.

При этом Rб > XНКПР, Rб > YНКПР и Zб > h + Rб для ГГ и Zб > ZНКПР для ЛВЖ (h - высота источника поступления газа от пола помещения для ГГ тяжелее воздуха и от потолка помещения для ГГ легче воздуха, м).

Для ЛВЖ геометрически зона, ограниченная НКПР паров, будет представлять цилиндр с основанием радиусом Rб и высотой Zб = ZНКПР при высоте источника паров ЛВЖ h < ZНКПР и Zб = h + ZНКПР при h ZНКПР. За начало отсчёта принимают внешние габаритные размеры аппаратов, установок, трубопроводов и т.п.

Во всех случаях значения расстояний XНКПР, YНКПР и ZНКПР должны быть не менее 0,3 м для ГГ и ЛВЖ.

7. Определение категории помещения

Так как температура вспышки у горючего вещества меньше 28° С, а расчётное избыточное давление больше 5 кПа, то помещение относим к категории А таблица 1. п.3.2. НПБ 5-2005.

Если в результате расчёта получилась категория помещения «В», то определяется категория помещений В1-В4 в соответствии с главой 9 НПБ 5-2005

6. Разработка мероприятий по обеспечению пожарной безопасности производственного процесса

6.1 Карта пожарной опасности

Для взрыво- пожароопасных зданий разрабатывается карта пожарной опасности, представляющая собой план помещения, этажа здания или площадки с нанесенной на нем информацией в виде условных обозначений о пожарной нагрузке, источниках зажигания, строительных конструкциях, технологических аппаратах, категории помещений, наружных установок, технологических блоков и т. д. Карта пожарной опасности концентрирует в себе основную информацию о пожарной опасности объекта и позволяет наглядно оценить реальную опасность образования горючей среды, возникновения источников зажигания, оценить возможные пути распространения пожара, места размещения систем сигнализации и пожаротушения.

С целью унификации формы карты пожарной опасности и минимизации заполнения полей карты используют условные обозначения, принятые в строительстве, в справочнике руководителя тушения пожара и технологии.

Блоки на карте пожарной опасности наносятся в виде прямоугольников, квадратов или кругов. Внутреннее поле помещения заполняется квадратами (прямоугольниками, кругами), обозначающими блоки с указанием их порядковых номеров, энергетических потенциалов (для взрывоопасных блоков), пожарной нагрузки (для пожароопасных блоков), размеров и обозначений взрывоопасных и пожароопасных зон. На карту наносятся имеющиеся средства сигнализации и связи, пожаротушения. Принятые условные обозначения приведены в табл. 10.

Составленная карта пожарной опасности анализируется. На основе анализа пожарной опасности разрабатываются мероприятия по обеспечению пожарной безопасности производственного процесса и его оборудования. Так:

1. В круге, ограничивающем взрывоопасную зону, не должно находиться красных флажков, обозначающих источник зажигания.

2. Если на карте пожарной опасности помещение имеет категорию А или Б (независимо от его площади), то здесь же должен быть значок в виде ромба, обозначающий установку пожаротушения с автоматическим пуском.

3. Огнетушители, обозначенные на карте треугольниками, должны находиться вблизи блоков, отмеченных красным и желтым цветом.

4. Пожарная сигнализация (прямоугольник) должна находиться на путях эвакуации, а сигнализация на базе газоанализаторов - вблизи блока, помеченного красным цветом.

5. На вентиляционных трубопроводах, по которым транспортируются горючие газы, пары или пыль, должны быть автоматические огнезадерживающие клапаны.

6.2 Снижение последствий пожарных чрезвычайных ситуаций

Снижение последствий пожарных чрезвычайных ситуаций осуществляется путём выполнения следующих мероприятий:

6.2.1 Мероприятия, направление на предупреждение образования горючей среды

1. Улавливание ЛВЖ при помощи фильтров, прекращение подачи ЛВЖ при остановке работы вентиляции. (ППБ РБ 1.01-94 п. 4.2.12).

2. В полимеризаторах устанавливаются газоанализаторы, сблокированные с работой вентиляции. (ППБ РБ 1.01-94 п. 4.2.12).

3. Отстойники для разделения горючих суспензий и эмульсий должны иметь исправные средства контроля уровня жидкости с обозначением максимально допустимого...