Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования «УрФУ»

имени первого Президента России Б.Н. Ельцина

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

По дисциплине: «Пожарная безопасность технологических процессов»

На тему: «Анализ пожарной опасности технологического процесса производства полипропилена методом низкого давления»

Вариант №17

Студент Кулаев В.А.

Группа: ФО-500201

Проверил: Кочнев С.В.

г. Екатеринбург

2014

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Исходные данные

1. Краткое описание технологического процесса

2. Анализ пожарной опасности технологического процесса

2.1 Анализ пожаровзрывоопасных свойств веществ, обращающихся в производстве

2.2 Оценка возможности образования горючей среды внутри технологического оборудования

2.3 Оценка возможности образования горючей среды при выходе веществ наружу из технологического оборудования

2.4 Анализ причин повреждения аппаратов и трубопроводов, разработка необходимых средств защиты

2.5 Анализ возможных причин и условий самопроизвольного возникновения горения и зажигания горючих смесей

2.6 Определение возможных причин и условий для распространения пожара

3. Основные мероприятия и технические решения по обеспечению пожарной безопасности технологического процесса

3.1 Мероприятия и технические решения, направленные на предотвращение образования горючей среды внутри технологического оборудования

3.2 Мероприятия и технические решения, направленные на предотвращение образования горючей среды в помещениях и на открытых технологических площадках

3.3 Мероприятия и технические решения, направленные на устранение причин и условий инициирования горения

4. Мероприятия и технические решения, направленные на предотвращение и ограничение распространения пожара

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Правительство Российской Федерации уделяет большое внимание развитию химической промышленности, особенно производству пластических масс и химических волокон. В настоящее время почти в каждой отрасли промышленности используют пластические массы и химические волокна.

Распространение синтетических материалов в промышленности и в быту обусловливается их ценными свойствами: высокой механической прочностью, эластичностью, сопротивляемостью истиранию, большой химической стойкостью против кислот, щелочей и других химических соединений, неэлектропроводностью, прозрачностью, легкой окрашиваемостью, простотой изготовления изделий и их обработки.

Однако почти все синтетические смолы и волокна являются горючими материалами, не обладающими высокой термической стойкостью. При воздействии тепла многие пластмассы и синтетические волокна плавятся и разлагаются, выделяя огнеопасные и токсичные пары и газы.

Процессы производства пластических масс и химических волокон многостадийны, сложны и почти все пожаро- и взрывоопасны. Это объясняется тем, что сырьем и вспомогательными веществами при производстве пластмасс и волокон являются огнеопасные газы -- этилен, ацетилен, пропилен, формальдегид и др.; жидкости--сероуглерод, ацетон, бензол, бензин, циклогексан, метиловый спирт и др. и твердые вещества -- целлюлоза, капролактам, диметилтерефталат, нитрил акриловой кислоты, соль АГ и др. Для химических реакций используют катализаторы и инициаторы, представляющие собой взрывоопасные, воспламеняющиеся на воздухе вещества (металлоорганические катализаторы) или сильные окислители, способные разлагаться со взрывом и вызывать воспламенение других веществ (порофоры, перекиси).

В процессе переработки сырье претерпевает многообразные превращения и видоизменения, образуя промежуточные соединения, представляющие собой в большинстве случаев также взрывоопасные газы и легковоспламеняющиеся жидкости.

Высокая температура процесса вызывает необходимость использования специальных теплоносителей, которые являются также горючими жидкостями. Высокотемпературные органические теплоносители (ВОТ), находясь в рубашках и змеевиках аппаратов, увеличивают общее количество горючих веществ в цехе, а часто и сами являются причиной пожаров и взрывов.

Наличие в цехах значительного количества горючих веществ, разветвленной сети трубопроводов с жидкостями и газами, технологических проемов в строительных конструкциях, сложных систем пневматической транспортировки порошковой продукции и вентиляционных устройств создает благоприятные условия для развития начавшегося пожара.

Пожар по своей химической сущности представляет процесс горения. При горении происходит окисление вещества, чаще всего кислородом воздуха. Чтобы пожар возник и стал распространяться, необходимы определенные условия: наличие горючего вещества и его взаимоконтакт с воздухом (в некоторых случаях окислительно-восстановительные процессы протекают и без кислорода воздуха), а также их взаимоконтакт с источником тепла, способного нагреть горючее вещество до температуры самовоспламенения. Начавшийся пожар может развиваться и причинять значительный ущерб в том случае, если имеются пути для его распространения (скопление твердых горючих веществ, разлив жидкостей, сгораемые строительные конструкции, незащищенные проемы в противопожарных стенах и перекрытиях, отсутствие преград на производственных коммуникациях, воздуховодах и т. д.). Эти закономерности возникновения и развития пожара должны быть положены в основу предупреждения и тушения пожаров.

Таким образом, оценивая пожарную опасность технологического процесса производства пластмасс и химических волокон, в каждом отдельном случае устанавливают, при каких условиях в аппаратах, производственных помещениях или на открытых площадках может образоваться горючая среда, по каким причинам появляются источники воспламенения и каковы пути вероятного распространения пожара. На основе этого определяют категорию пожарной опасности и разрабатывают комплекс защитных мероприятий.

Пути и методы предупреждения пожаров развиваются и совершенствуются с ростом и совершенствованием самого производства. Совместная творческая работа рационализаторов и изобретателей, проектировщиков и специалистов пожарного дела приводит к появлению новых технических и организационных решений. Часть из них не нашла отражение в данной курсовом проекте.

Снижение количества пожаров зарегистрировано на всех основных видах объектов:

· производственных зданиях (-5,9%);

· складах и базах производственных предприятий (-9,4%);

· складах, базах и торговых помещениях (-5,6 %);

На промышленных предприятиях, охраняемых подразделениями ГПС МЧС России, в 2010г. зарегистрировано 646 пожаров (на 15% меньше, чем в 2009г.). Прямой материальный ущерб от пожаров составил 34 млн. рублей. Расчётные потери от пожаров - 450,3 млн. рублей (на 3,4% больше, чем в 2009г.). При пожарах погибло 19 человек, получили травмы 49 человек. Огнем уничтожено 23 строения, 6 единиц автотракторной техники.

Причинами возникновения пожаров стали:

· поджоги (23 пожара);

· технологические причины (123 пожара);

· НПУ и Электрооборудования (198 пожаров);

· НПУ и Э. печей и теплоустановок (28 пожаров);

· НППБ при проведении огневых работ (117 пожаров);

· неосторожное обращение с огнем (157 пожара).

Вывод: Из статистики видно, что количество пожаров на производстве постепенно снижается (-5,9%), но нужно также отметить, что пожары по-прежнему уносят человеческие жизни. Основными причинами возникновения пожаров является неисправность электрооборудования и неосторожное обращение с огнём.

Из вышесказанного следует что процесс производства полипропилена низкого давления сопряжен со значительным риском возникновения пожара. На основании этого мы ставим целью своего курсового проекта “Разработать мероприятия направленные на снижение пожарной опасности процесса производства полиэтилена низкого давления”

Исходя из цели, мы выдвигаем ряд задач:

1. Изучить технологический процесс процесса производства полипропилена низкого давления.

2. Проанализировать пожарную опасность технологического процесса.

3. Провести инженерный расчёт по обоснованию факторов пожарной опасности или требуемых средств противопожарной защиты.

Исходные данные

Вариант 17

Помещения мерников и разбавителей катализаторного комплекса

Позиция на рис.2	Наименование аппаратов	Режим работы	Размеры
		Р, МПа	t, °С	б или й, м	h, м
1	Смеситель-разбавитель1	0,16	36	1,5	2,2
2	Мерник 5% триэтилалюминия	0,12	20	0,5	1,0
3	Линия подачи бензина	0,15	20	0,05	-
4	Линия подачи циклогексана	0,15	20	0,05	-
5	Мерник 5%	0,12	20	0,5	1,0
6	Линия свежего этилена	0,30	20	75,0	-
7	Линия подачи этилена в полимеризатор	0,30	15	0,1	-
8	Полимеризатор1,2	0,38	80	3,2	5,8
9	Линия циркуляционного газа	0,30	15	75,0	-
10	Циклонные отделители	0,30	80	1,0	1,5
11	Холодильник-конденсатор1	0,38	10	1,3	3,5
12	Линия отвода избыточного газа
13	Сепаратор	0,30	15	1,0	1,5
14	Насосы циркуляционные	-	-	-	-
15	Линия отвода газа на отчистку	0,11	20	50,0	-
16	Сепаратор	0,11	20	0,7	1,5
17	Линия отвода растворителя	0,10	20	25,0	-
18	Линия подачи суспензии	0,15	70	0,1	-
19	Конечный сборник суспензии2	0,12	70	2,0	2,5
20	Насос суспензионный2	0,20	60	0,003	-
21	Сборник суспензии	0,25	80	2,0	2,5
22	Холодильник-конденсатор	0,15	20	0,75	2,0
23	Линия отвода суспензии	0,25	80	0,1	-
24	Линия подачи катализаторного комплекса	0,30	40	0,05	-
25	Насос подачи катализатора	0,30	40	-	-

Исходные данные	Данные для вариантов
	17
Полимеризатор пропилена
Диаметр, м	2,5
Высота, м	5,0
Степень заполнения	0,75
Давление, МПа	0,42
Температура, єС	85
Контролируемые и регулируемые параметры	конт
Защита дыхательной линии	ПК
Конечный сборник суспензии (бензин Б-70+полимер)
Диаметр, м	2,2
Высота, м	2,8
Давление, МПа	0,12
Температура, єС	72
Диаметр линии, мм	75
Наличие аварийного слива	нет
Насос суспензионный
Давление, МПа	0,26
Температура, єС	72
Диаметр всасывающей линии, мм	75
Диаметр нагнетательной линии	75
Вид сальникового уплотнения	СУ
Диаметр вала, мм	40
Помещение сборников
Длина, м	32
Ширина, м	8
Высота, м	6
Кратность вентиляции, 1/ч	8
Скорость воздуха, м/с	0,6
Расстояние до задвижек, м	5
Привод задвижек	руч
Средства тушения	пена
Ограничение растекания, % от площади пола	нет

1. Краткое описание технологического процесса

Производство полипропилена методом низкого давления

Технологический процесс производства полипропилена во многом сходен с производством полиэтилена низкого давления. Полипропилен имеет более высокую прочность при растяжении, чем полиэтилен, обладает высокой ударной вязкостью. Разрушающее напряжение при растяжении составляет 25-40 МПа, максимальная температура эксплуатации без нагрузки 150 °С, диэлектрическая проницаемость при 50 Гц равна 2,1-2,3. Недостатком пропилена является его низкая морозостойкость (до -30 °С).

Производство полипропилена предусматривает переработку пропилена методом штамповки, литьем под давлением, пневматическим и вакуумным прессованием, его можно сваривать, напылять на металл, ткань, картон.Он легко подвергается механической обработке - на токарных, фрезерных, сверлильных станках. Пропилен применяют для изготовления труб, пленки, синтетического волокна. Это волокно очень прочное, и его применяют для изготовления бытовых и технических тканей, для изготовления канатов. Пленки из пропилена обладают высокой прозрачностью, теплостойкостью, имеют малую газо- и паропроницаемость. Полипропилен применяют также и для изготовления пористых материалов - пенопластов.Как уже отмечалось, для придания полимерам требуемых технических свойств, часто используют модификацию полимеров. В частности, при хлорировании и фторировании полиэтилена получают полифторхлорэтилен (фторопласт-3). Он характеризуется высокими электроизоляционными свойствами, хорошей химической стойкостью и теплостойкостью, охрупчивается лишь при температуре ниже -120 °С. Фторопласт-3 применяют для изготовления электроизоляционных деталей, работающих при высоких температурах, коррозионностойких труб, мембран и других изделий.К числу модифицированных полимеров относится и политетрафторэтилен (фторопласт-4), обладающий исключительной стойкостью против любых растворителей, низким коэффициентом трения, хорошими электроизоляционными и диэлектрическими свойствами. Рабочие температуры находятся в интервале от -269 до '+260 °С. Такой полимер применяют для изготовления стойких покрытий, пленок, волокон, подшипников не требующих смазки, электротехнических и радиотехнических деталей. Недостатком фторопласта-4 является низкая твердость, склонность к ползучести и отслоения его частиц при контактной нагрузке.Полипропилен - бесцветный, блестящий, термопластичный материал. Способы получения и производства полипропилена аналогичны способам производства изделий из полиэтилена низкого давления. Полипропилен обладает более высокой механической прочностью и более высокой теплостойкостью по сравнению с полиэтиленом. Изделия из полипропилена можно эксплуатировать при температурах до 120° С. Большим преимуществом является его низкая водо- и газопроницаемость. Химическая стойкость его такая же, что и у полиэтилена. Старение полипропилена замедляют введением в него тех же стабилизаторов, которые добавляют и в полиэтилен. Из полипропилена изготовляют трубы, трубопроводную и водоразборную арматуру, детали сифонов к умывальникам и ваннам.

Физико-механические свойства

В отличие от полиэтилена, полипропилен менее плотный (плотность 0,90 г/см3, что является наименьшим значением вообще для всех пластмасс), более твёрдый (стоек к истиранию), более термостойкий (начинает размягчаться при 140 °C, температура плавления 175 °C), почти не подвергается коррозионному растрескиванию. Обладает высокой чувствительностью к свету и кислороду (чувствительность понижается при введении стабилизаторов).Поведение полипропилена при растяжении ещё в большей степени, чем полиэтилена, зависит от скорости приложения нагрузки и от температуры. Чем ниже скорость растяжения полипропилена, тем выше значение показателей механических свойств. При высоких скоростях растяжения разрушающее напряжение при растяжении полипропилена значительно ниже его предела текучести при растяжении.

Показатели основных физико-механических свойств полипропилена приведены в таблице:

горение зажигание технологический пожаровзрывоопасный

Физико-механические свойства полипропилена

Плотность, г/см3	0,90--0,91
Разрушающее напряжение при растяжении, кгс/смІ	250--400
Относительное удлинение при разрыве, %	200--800
Модуль упругости при изгибе, кгс	6700--11900
Предел текучести при растяжении, кгс/смІ	250--350
Относительно удлинение при пределе текучести, %	10--20
Ударная вязкость с надрезом, кгс·см/см2	33--80
Твердость по Бринеллю, кгс/мм2	6,0--6,5

Физико-механические свойства полипропилена разных марок приведены в таблице:

Физико-механические свойства полипропилена различных марок

Показатели / марка	01П10/002	02П10/003	03П10/005	04П10/010	05П10/020	06П10/040	07П10/080	08П10/080	09П10/200
Насыпная плотность, кг/л, не менее	0,47	0,47	0,47	0,47	0,47	0,47	0,47	0,47	0,47
Показатель текучести расплава, г/10 мин	?0	0,2 - 0,4	0,4 - 0,7	0,7 - 1,2	1,2 - 3,5	3 - 6	5 - 15	5 - 15	15 - 25
Относительное удлинение при разрыве, %, не менее	600	500	400	300	300	-	-	-	-
Предел текучести при разрыве, кгс/смІ, не менее	260	280	270	260	260	-	-	-	-
Стойкость к растрескиванию, ч, не менее	400	400	400	400	400	-	-	-	-
вязкость в декалине при 135 °C, 100 мл/г	-	-	-	-	-	2,0 - 2,4	1,5 - 2,0	1,5 - 2,0	0,5 - 15
Содержание изотактической фракции, не менее	-	-	-	-	-	95	93	95	93
Содержание атактической фракции, не более	-	-	-	-	-	1,0	1,0	1,0	1,0
Морозостойкость, °C, не выше	-5	-5	-5	-	-	-	-	-	-

Химические свойства

Полипропилен химически стойкий материал. Заметное воздействие на него оказывают только сильные окислители -- хлорсульфоновая кислота, дымящая азотная кислота, галогены, олеум. Концентрированная 58%-ная серная кислота и 30%-ная перекись водорода при комнатной температуре действуют незначительно. Продолжительный контакт с этими реагентами при 60 °C и выше приводит к деструкции полипропилена.В органических растворителях полипропилен при комнатной температуре незначительно набухает. Выше 100 °C он растворяется в ароматических углеводородах, таких, как бензол, толуол. Данные о стойкости полипропилена к воздействию некоторых химических реагентов приведены в таблице.

Химическая стойкость полипропилена

Среда	Температура, °C	Изменение массы, %	Примечание
Продолжительность выдержки образца в среде реагента 7 суток
Азотная кислота, 50%-ная	70	-0,1	Образец растрескивается
Натр едкий, 40%-ный	70	Незначительное
	90
Соляная кислота, конц.	70	+0,3
	90	+0,5
Продолжительность выдержки образца в среде реагента 30 суток
Азотная кислота, 94%-ная	20	-0,2	Образец хрупкий
Ацетон	20	+2,0
Бензин	20	+13,2
Бензол	20	+12,5
Едкий натр, 40%-ный	20	Незначительное
Минеральное масло	20	+0,3
Оливковое масло	20	+0,1
Серная кислота,80%-ная	20	Незначительное	Слабое окрашивание
Серная кислота,98%-ная	20	>>
Соляная кислота, конц.	20	+0,2
Трансформаторное масло	20	+0,2

Вследствие наличия третичных углеродных атомов полипропилен более чувствителен к действию кислорода, особенно при воздействии ультрафиолета и повышенных температурах. Этим и объясняется значительно большая склонность полипропилена к старению по сравнению с полиэтиленом. Старение полипропилена протекает с более высокими скоростями и сопровождается резким ухудшением его механических свойств. Поэтому полипропилен применяется только в стабилизированном виде. Стабилизаторы предохраняют полипропилен от разрушения как в процессе переработки, так и во время эксплуатации. Полипропилен меньше, чем полиэтилен подвержен растрескиванию под воздействием агрессивных сред. Он успешно выдерживает стандартные испытания на растрескивание под напряжением, проводимые в самых разнообразных средах. Стойкость к растрескиванию в 20%-ном водном растворе эмульгатора ОП-7 при 50 °C для полипропилена с показателем текучести расплава 0,5--2,0 г/10 мин, находящегося в напряженном состоянии, более 2000 ч.Полипропилен -- водостойкий материал. Даже после длительного контакта с водой в течение 6 месяцев (при комнатной температуре) водопоглощение полипропилена составляет менее 0,5%, а при 60єС -- менее 2%.

Теплофизические свойства

Полипропилен имеет более высокую температуру плавления, чем полиэтилен, и соответственно более высокую температуру разложения. Чистый изотактический полипропилен плавится при 176 °C. Максимальная температура эксплуатации полипропилена 120--140єС. Все изделия из полипропилена выдерживают кипячение, и могут подвергаться стерилизации паром без какого-либо изменения их формы или механических свойств.

Превосходя полиэтилен по теплостойкости, полипропилен уступает ему по морозостойкости. Его температура хрупкости ( морозостойкости) колеблется от -5 до -15єС. Морозостойкость можно повысить введением в макромолекулу изотактического полипропилена звеньев этилена (например, при сополимеризации пропилена с этиленом).

Показатели основных теплофизических свойств полипропилена приведены в таблице:

Теплофизические свойства полипропилена

Температура плавления, °C	160--170
Теплостойкость по методу НИИПП, °C	160
Удельная теплоёмкость (от 20 до 60єС), кал/(г·°C)	0,46
Термический коэффициент линейного расширения (от 20 до 100 °C), 1/°C	1,1Ч10-4
Температура хрупкости, °C	От -5 до -15

Электрические свойства

Показатели электрических свойств полипропилена приведены в таблице:

Электрические свойства полипропилена

Удельное объёмное электрическое сопротивление, Ом·см	1016--1017
Диэлектрическая проницаемость при 106 Гц	2,2
Тангенс угла диэлектрических потерь при 106 Гц	2Ч10-4--5Ч10-5
Электрическая прочность (толщина образца 1 мм), кВ/мм	30--40

Переработка

Формование методами экструзии, вакуум- и пневмоформования, экструзионно-выдувного, инжекционно-выдувного, инжекционного, компрессионного формования, литье под давлением.

Применение

Материал для производства плёнок (особенно упаковочных), мешков, презервативов, тары, труб, деталей технической аппаратуры, предметов домашнего обихода, нетканых материалов и др.; электроизоляционный материал, в строительстве для вибро- и шумоизоляции межэтажных перекрытий в системах «плавающий пол». При сополимеризации пропилена с этиленом получают некристаллизующиеся сополимеры, которые проявляют свойства каучука, отличающиеся повышенной химической стойкостью и сопротивлением старению.

Получение

Полипропилен получают путем полимеризации соответственно этилена и пропилена методом низкого давления с использованием в качестве катализатора слабого раствора триэтилалюминия в бензине и циклогексане.

nCH2=CH(CH3) > [-CH2-CH(CH3)-]n

Международное обозначение - PP.

Параметры, необходимые для получения полипропилена близки к тем, при которых получают полиэтилен низкого давления. При этом, в зависимости от конкретного катализатора, может получаться любой тип полимера или их смеси. Полипропилен выпускается в виде порошка белого цвета или гранул с насыпной плотностью 0,4--0,5 г/смі. Полипропилен выпускается стабилизированным, окрашенным и неокрашенным.

В результате полимеризации получается механическая смесь (суспензия) мелких частичек полимера с растворителем, так как полипропилен в циклогексане не растворяются. Полученные полимеры в дальнейшем освобождаются от растворителя путем фильтрации, промываются метиловым спиртом и высушиваются. Готовая продукция в виде мелкого порошка насыпается в мешки или предварительно формуется в гранулы, а затем насыпается в мешки. В данной работе рассматривается только процесс полимеризации. Процессы дальнейшей обработки получаемой суспензии не рассматриваются. Технологические процессы полимеризации пропилена приведена на рисунке 1. и дано описание технологического регламента, общего для полимеризации полипропилена.

Рис.1. Производство полипропилена методом низкого давления

Процесс приготовления катализаторного комплекса.

Процесс полимеризации, как было сказано выше, осуществляется в среде слабого раствора катализатора - триэтилалюминия. Кроме катализатора, используют также слабый раствор сокатализатора - четыреххлористый титан. В качестве растворителя используют смесь бензина и циклогексана в соотношении 2:1 (по объему).

Чтобы реакция полимеризации шла нормально и получаемый полимер удовлетворял необходимым требованиям, концентрация катализатора и сокатализатора должна быть в пределах 0,2-0,3%, а в цех полимеризации эти вещества поступают, имея концентрацию 5%, следовательно, их надо дополнительно разбавлять.

В соответствии с технологической схемой, 5%-ный раствор триэтилалюминия и четыреххлористого титана поступает в мерники 2 и 5 цеха полимеризации и из них в смеситель-разбавитель 1. В смеситель подается необходимое количество бензина по линии 3 и циклогексана по линии 4. Смеситель-растворитель имеет мешалку и рубашку для подогрева до 50%. Размеры аппаратов и режимы их работы приведены в табл. 1. Готовый катализаторный комплекс насосом 25 закачивается в полимеризатор 3.



Рис. 2. Производство полипропилена методом низкого давления. План и разрез цеха.

Процесс полимеризации.

Полимеризация пропилена осуществляется в вертикальном цилиндрическом аппарате. Готовый катализаторный комплекс подают по линии 24 в нижнюю часть полимеризатора, заполняют его и поддерживают все время постоянный уровень жидкости. Газ (пропилен) подают также в нижнюю часть полимеризатора по линии 7. Проходя через раствор катализатора, часть газа полимеризуется, образуя мелкие твердые частички полимера, которые стремятся оседать вниз. Реакция полимеризации сопровождается выделением тепла, избыток которого отводят за счет охлаждения циркулирующего (не вступившего в реакцию) газа. Не вступивший в реакцию газ, нагретый и насыщенный парами растворителя, отводится из верхней части полимеризатора в циркуляционную сеть, состоящую из циклонных отделителей 10, холодильника-конденсатора 11, сепаратора 13 и насосов 14.

В циклонных отделителях 10 от газа отделяются капли растворителей и частички полимера. Растворитель, содержащий полимер, из нижней части отделителей-сепараторов 13 насосами 14 подается снова в полимеризатор. В холодильнике-конденсаторе 11 газ и пары растворителя охлаждаются водой до 40єC. При этом пары растворителей конденсируются. Далее охлажденный газ в смеси с конденсатом проходит циклонный сепаратор 13, освобождается от жидкости и по линии 9 подается на смешение со свежим газом, поступившим в цех по линии 6. Смесь свежего и охлаждённого циркулирующего по линии 7 (как было сказано выше) газа подаётся в полимеризатор. Таким образом, температура в полимеризаторе регулируется изменением количества и температуры циркули-рующего газа.

Образующийся в полимеризаторе 8 полимер в виде взвеси твердых частиц в растворителе (в соотношении 1:10) отводится из нижней части аппарата по линиям 23 в сборник 21. Здесь происходит выделение из жидкости растворенного в ней газа за счет снижения давления в сборнике. Выделившийся этилен для улавливания из него растворителя проходит водяной холодильник 22. Смесь газа и растворителя их холодильника поступает на разделение в сепаратор 16. Газ из сепаратора по линии 15 подается в цех очистки, а жидкая фаза по линии 17 поступает в сборники растворителя. Суспензия, освобожденная от газа, из сборника 21 насосом 20 подается в конечный сборник 19 и из него по линии 18 поступает на дальнейшую обработку.

2. Анализ пожарной опасности технологического процесса

2.1 Анализ пожаровзрывоопасных свойств веществ, обращающихся в производстве

Полипропилен - СН2 - СН - горючий белый порошок.

I

CH3

Плотность 900-910 кг/м3; tплавл. - 165 С; tсгор. - 44000 кДж/кг. Дисперсность образца 160 мкм, tвоспл. - аэрогеля 325-343 °С; tсамовоспл. аэрогеля 325-388 °С; нижн.конц. предел распр.плотность 40 г/м3; максимальное давление взрыва 590 кПа; скорость нарастания давления 39МПа/с; минимальная энергия зажигания 3,4 мДж; КИ 17,5 % (об.); МВСК 9,5 % (об.)

Полипропилен получают полимеризацией пропилена в присутствии металлокомплексных катализаторов например, катализатор Циглера Натта (например, смесь TiCl4 и AIR3). n(CH2)=(CH3) [- CH2 - CH(CH3) -]n

Параметры, необходимые для получения полипропилена близки к тем, при которых получают полиэтилен низкого давления. При этом, в зависимости от конкретного катализатора, может получаться любой тип полимера или их смесей.

Полипропилен выпускается в виде порошка белого цвета или гранул с насыпной плотностью 0,4-0,5 г/см3. Выпускается стабилизированным окрашенным и неокрашенным.

Физико - механические свойства в отличие от полиэтилена, полипропилен менее плотный (что является наименьшем значением вообще для всех пластмасс), более твердый, более термостойкий. Обладает высокой чувствительностью к свету и кислороду.

Пропилен, пропен С3Н6 ; горючий бесцветный газ; молярная масса 42,080 кг кмоль-1 ; плотность газа по воздуху 1,45; температура кипения -47,7 °С - ; температура самовоспламенения +455 °С; константы уравнения Антуана А=5,94852; В=786,532; СА=247,243; температурный интервал значений констант уравнения Антуана,°С (-107,3 -47,1); концентрационные пределы распространения пламени, 2,4-11 % (об.); теплота сгорания 45604, кДж кг;. максимальное давление взрыва 648 кПа. Тушащие средства распыленная вода, пена, порошок.

Триэтилалюминий -- бесцветная прозрачная легкоподвижная жидкость, уд.вес 0,84 г/см3, температура кипения 194°С. Температура самовоспламенения триэтилалюминия во влажном воздухе --57°С, в сухом --68°С. Нижний концентрационный предел воспламенения триэтилалюминия 0,3% (по объему). Концентрированные растворы катализаторов (от 40% и выше) на воздухе также самовоспламеняются. При попадании воды в 40%-ный раствор катализаторов происходит взрыв с последующим горением. Взрывом сопровождаются также контакты крепких растворов катализаторов с кислотами, спиртами, четыреххлористым углеродом. Попадание воды в слабые растворы вызывают их разогрев. Алюминийорганические катализаторы являются ядовитыми веществами. Даже слабые растворы катализаторов при попадании на кожу вызывают тяжелые ожоги. Тушащие средства: распыленная вода, пена, порошок.

Циклогексан, легковоспламеняющаяся бесцветная жидкость. Молярная масса 84,16; плотность 773 кг/м3. Температура кипения 80,7 °С. Температура вспышки -17°С; температура самовоспламенения 259°С; концентрационные пределы распространения пламени 1,3-7,8%(об.); температурные пределы распространения пламени: нижний -17 °С, верхний 20 °С; максимальное давление взрыва 858 кПа. Тушащие средства: распыленная вода, пена, порошок.

Бензин авиационный Б-70 (ГОСТ 1012-72), С7,267Н14,769, молярная масса, кг/моль 102,200; температура вспышки, °С -34; температура самовоспламенения, °С 300; Константы уравнений Антуана А=8,41944, В=2629,65, СА=384,195; температурный интервал значений констант уравнения Антуана, °С -40100; нижний концентрационный предел распространения пламени СНКПР, %, (об.) 0,92 , верхний 5,4%.; характеристика вещества ЛВЖ. Тушащие средства распыленная вода, пена, порошок.

2.2 Оценка возможности образования горючей среды внутри технологического оборудования

Таблица 1

Номер аппарата	Наименование аппарата; жидкость	Наличие паровоздушного пространства в аппарате	Рабочая температура в аппарате, є С	Температурные пределы воспламенения для ЛВЖ и концентрационные пределы для ГГ	Заключение о горючести среды в аппарате
				нижний	верхний
1	2	3	4	5	6	7
1	Смеситель-разбавитель	есть	40	-20	14	Среда негорючая, так как TРT впв
2	Мерник 5% триэтилалюминия	есть	20	-20	14	Среда негорючая, так как TРT впв
3	Линия подачи бензина	нет	20	-34	-4	Отсутствует паровоздушное пространство
4	Линия подачи циклогексана	нет	20	-17	20	Отсутствует паровоздушное пространство
5	Мерник 5% четыреххлористого титана	есть	20	-20	14	Среда негорючая, так как TРT впв
6	Линия подачи свежего пропилена	нет	20	2,4	11	Отсутствует паровоздушное пространство
7	Линия подачи пропилена в полимеризатор	нет	15	2,4	11	Отсутствует паровоздушное пространство
8	Полимеризатор пропилена	есть	84	2,7	34	Среда негорючая, так как TРT впв
9	Линия циркуляционного газа	нет	15	2,7	34	Отсутствует паровоздушное пространство
1	2	3	4	5	6	7
10	Циклонные отделители	есть	80	2,7	34	Среда негорючая, так как рв
11	Холодильник-конденсатор	есть	15	2,7	34	Среда негорючая, так как рв
12	Сепаратор	есть	15	2,7	34	Среда негорючая, так как рв
13	Линия отвода газа на отчистку	нет	20	2,7	34	Среда негорючая, так как рв
14	Сепаратор	есть	20	2,7	34	Среда негорючая, так как рв
15	Линия отвода растворителя	нет	20	-20	14	Отсутствует паровоздушное пространство
16	Линия подачи суспензии	нет	70	-20	14	Отсутствует паровоздушное пространство
17	Конечный сборник суспензии	есть	71	-20	14	Среда негорючая, так как TРT впв
18	Насос суспензионный	нет	71	-20	14	Отсутствует паровоздушное пространство
19	Сборник суспензии	есть	80	-20	14	Среда негорючая, так как TРT впв
20	Холодильник-конденсатор	есть	20	2,7	34	Среда негорючая, так как рв
21	Линия отвода суспензии	нет	80	-20	14	Отсутствует паровоздушное пространство
22	Линия подачи катализаторного комплекса	нет	40	-20	14	Отсутствует паровоздушное пространство
23	Насос подачи катализатора	нет	40	-20	14	Отсутствует паровоздушное пространство

Примечание к таблице №1: температурные пределы растворителя (смесь циклогексана, бензина, триэтилалюминия, четыреххлористого титана) взяты из описания технологического процесса и составляют: Тнпв= -20 °С, Твпв =14°С

Как правило, аппараты заполнены газами без наличия воздуха, рабочая концентрация газа в аппарате будет равна 100 %. Следовательно, она практически всегда выше верхнего концентрационного предела воспламенения, т.е. опасность взрыва (взрывоопасная концентрация) отсутствует. Однако она может возникать в периоды пуска и остановки аппарата.

Исходные данные.

Вариант № 16

Исходные данные	Данные для вариантов
	17
Полимеризатор пропилена
Диаметр, м	2,5
Высота, м	5,0
Степень заполнения	0,75
Давление, МПа	0,42
Температура, єС	85
Контролируемые и регулируемые параметры	конт
Защита дыхательной линии	ПК
Конечный сборник суспензии (бензин Б-70+полимер)
Диаметр, м	2,2
Высота, м	2,8
Давление, МПа	0,12
Температура, єС	72
Диаметр линии, мм	75
Наличие аварийного слива	нет
Насос суспензионный
Давление, МПа	0,26
Температура, єС	72
Диаметр всасывающей линии, мм	75
Диаметр нагнетательной линии	75
Вид сальникового уплотнения	СУ
Диаметр вала, мм	40
Помещение сборников
Длина, м	32
Ширина, м	8
Высота, м	6
Кратность вентиляции, 1/ч	8
Скорость воздуха, м/с	0,6
Расстояние до задвижек, м	5
Привод задвижек	руч
Средства тушения	пена
Ограничение растекания, % от площади пола	нет

2.3 Оценка возможности образования горючей среды при выходе веществ наружу из технологического оборудования

Все аппараты (содержащие бензин, метанол, сесквигалоид, металлоорганический катализатор), находящиеся под защитой азота, оборудуются дыхательными клапанами, за счет чего в аппаратах поддерживается постоянное избыточное давление азота до 0,04 атм. Перед выбросом в атмосферу азот необходимо очищать от паров жидкостей, для этой цели его пропускают через конденсатор-холодильник.

Пожарная опасность возникает только при нарушении установленного давления, повышении температурного режима, появлении неплотностей и повреждений, а также в периоды пуска и остановки технологического оборудования, т. е. когда внутрь аппаратов может попадать воздух или когда жидкости и их пары будут выходить наружу.

При эксплуатации закрытых аппаратов и емкостей, находящихся под давлением, даже при их исправном состоянии всегда происходят небольшие утечки горючих веществ через прокладки, швы, разъемные соединения и другие места. В данном технологическом процессе к таким аппаратам относится полимеризатор. Это объясняется тем, что даже при самой тщательной обработке прилегающих друг к другу поверхностей нельзя создать абсолютную проницаемость. При соприкосновении двух поверхностей из-за незначительных выпуклостей образуется большое количество каппилярных каналов, по которым будет происходить истечение газов и жидкостей. Величина утечки будет зависеть главным образом от режима работы аппарата и состояния уплотнений. Подсчет таких потерь весьма затруднителен.

Для ориентировочного определения утечки паров и газов на работающих под давлением герметичных аппаратов можно воспользоваться формулой Н.Н. Репина:

=1,5Ч0,174Ч0,25(42,08ч(273+84))0,5= 0,022 кг/час

Где G-количество паров и газов, выходящих из аппарата кг/час;

К- коэффициент, учитывающий степень износа производственного оборудования, принимается в пределах от 1 до 2;

С= 0,174 - коэффициент, зависящий от давления паров или газов в аппарате (табл.2.5)

V -внутренний (свободный) объем аппарата, м3;

М- молекулярный вес газов ил паров, находящихся под давлением в аппарате;

- температура паров или газов, находящихся под давлением, °К

Утечки из нормально герметизированных аппаратов, работающих под давлением, происходят хотя и непрерывно, но обычно 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.

2.4 Анализ причин повреждения аппаратов и трубопроводов, разработка необходимых средств защиты

Аппараты и трубопроводы могут повреждаться по следующим причинам:

· от образования повышенного давления;

· от проявления динамических воздействий;

· от образования высоких температурных напряжений в материале стенок или от изменения прочностных свойств материала в результате воздействия высоких и низких температур;

· от коррозии материала стенок или эрозии (механического истирания стенок).

Все вышеперечисленные причины рассматриваем для каждого аппарата своего варианта задания.

Образование повышенного давления в аппаратах.

Повышение давления в полимеризаторе может быть в результате нарушения температурного режима, подачи этилена под большим давлением, попадания влаги, переполнения аппарата жидкостью, неисправности защитных и контрольно-измерительных приборов, образования полимерных пробок в трубопроводах.

Опасным случаем в эксплуатации полимеризатора является переполнение его жидкостью. При этом жидкость попадет в газовые линии, образует в них пробки и увеличит сопротивление прохождению этилена. Давление в системе повысится. Повышение уровня жидкости в полимеризаторе может быть при отсутствии необходимого контроля за подачей растворителя и сливом суспензии, при образовании пробок полимера в трубах, отводящих суспензию.

Если выделяющееся тепло своевременно не отводить, температура, а следовательно, и давление в аппарате будут повышаться. Повышение температуры вызовет увеличение скорости реакции полимеризации, а следовательно, еще более интенсивное выделение теплоты. Такое нарастание опасности может быть в результате нарушения нормального процесса охлаждения этилена в холодильнике при уменьшении количества подаваемой холодной воды или при сильном загрязнении теплообменной поверхности трубок отложениями, а также при уменьшении количества циркулирующего в системе этилена. Нарушение циркуляции этилена может быть при неисправностях газодувки (на приведенной технологической схеме газодувка циркуляционной системы этилена не показана), а также при образовании пробок в линиях в результате отложений частичек полимера. Особенно опасно полное прекращение циркуляции этилена.

Скорость химической реакции полимеризации, а следовательно, и количество выделяющегося в единицу времени тепла может возрасти при подаче в аппарат катализаторного комплекса концентрацией более 0,2%.

Очень опасно попадание влаги в полимеризатор. При этом вода взаимодействует с катализатором и сокатализатором, выделяются газообразные продукты разложения и значительное количество теплоты. Вода может попасть в аппарат со свежим этиленом при некачественной его очистке и с циркулирующим этиленом при неисправности теплообменной поверхности водяного холодильника.

Определяем давление в герметичном аппарате с газами или перегретыми парами при повышении температуры по формуле:

где Рн - начальное давление в аппарате, Па;

Тн, Тк - соответственно начальная и конечная температура газа, К;

=0,92 - коэффициент сжимаемости газа (рис.4.7[Алексеев М.В., Волков О.М., Шатров Н.Ф. Пожарная профилактика технологических процессов производств. - М.: ВИПТШ МВД СССР, 1986.]).

Для исключения указанных видов опасности необходимо строго следить за соблюдением температурного режима полимеризации. Для этого полимеризатор имеет в разных точках по высоте термопары с показывающими и записывающими потенциометрами, а самое главное, чтобы все эти приборы были соединены со вторичными приборами-регуляторами, которые при повышении температуры в каком-либо месте полимеризатора автоматически увеличивают подачу воды в холодильник-конденсатор.

В холодильнике-конденсаторе могут происходить явления, которые приводят к нарушению нормального процесса конденсации паров. Такие явления могут происходить в результате нарушения нормального процесса охлаждения полипропилена в холодильнике при уменьшении количества подаваемой холодной воды или при сильном загрязнении теплообменной поверхности трубок отложениями, а также при уменьшении количества циркулирующего в системе полипропилена. Нарушение циркуляции полипропилена может быть при неисправностях газодувки...