1 Разряд атмосферного электричества
- Прямой удар молнии. Опасность прямого удара молнии заключается в контакте горючей среды с каналом молнии, температура в котором достигает 30 000 °С при силе тока 200 000 А и времени действия около 100 мкс.
- Вторичное воздействие молнии. Опасность вторичного воздействия молнии заключается в искровых разрядах, возникающих в результате индукционного и электромагнитного воздействия атмосферного электричества на производственное оборудование, трубопроводы и строительные конструкции.
- Занос высокого потенциала. Занос высокого потенциала в здание происходит по металлическим коммуникациям не только при их прямом поражении молнией, но и при расположении коммуникаций в непосредственной близости от молниеотвода.
2 Электрическая искра (дуга).
- Термическое действие токов короткого замыкания. Проводник нагревается током короткого замыкания и при определенных условиях происходит воспламенение изоляции.
- Электрические искры (капли металла). Искры образуются при коротком замыкании электропроводки, электросварке и при плавлении электродов электрических ламп накаливания общего назначения.
3 Электрические лампы накаливания общего назначения. Температура нагрева колбы электрической лампочки зависит от мощности лампы, ее размеров, расположения в пространстве и продолжительности контакта с горючей средой. Так, например, температура колбы фотолампы мощностью 40 Вт на 15-й составляет 150 °С, а 275 Вт – 550 °С.
4 Искры статического электричества. Статическая электризация возникает в потоке органических жидкостей, при разбрызгивании жидкостей, в струе пара или газа, при трении твердых разнородных тел и тому подобных процессах.
5 Механические (фрикционные) искры. Механизмом образования механических (фрикционных) искр является переход механической энергии в тепловую энергию. При этом можно выделить искры удара и искры трения. К первой группе искр можно отнести искры, образующиеся при ударе металла о металл; при ходьбе в обуви, подбитой металлическими набойками или гвоздями и т.п. Ко второй группе можно отнести искры, образующиеся при переработке твердых кусковых материалов или волокнистых и пылевидных материалов с твердыми инородными включениями (камнями, кусками металла и пр.).
6 Открытое пламя и искры двигателей (печей). Открытое пламя и высоконагретые продукты сгорания топлива используются для нагрева веществ до высоких температур и проведения химических реакций, для получения тепловой, электрической энергии, а также механической работы в различных аппаратах и установках (печах, реакторах, котлах, двигателях и т.д.), при электро- и газосварке, пайке.
7 Нагрев веществ, отдельных узлов и поверхностей технологического оборудования. Кроме нагрева газов в компрессоре, заслуживает внимания и другие виды нагрева элементов технологического оборудования. К ним следует отнести:
нагрев электрических контактов при возникновении повышенных переходных сопротивлений;
нагрев подшипника скольжения при отсутствии смазки и принудительного охлаждения;
несоответствие электрической защиты приборов и оборудования действующим нормативам;
нагрев электропривода при возникновении перегрузки и т.п.
8 Самовозгорание веществ. К веществам, склонным к самовозгоранию, относятся каменный и древесный уголь, сажа, фрезерный торф, сено, силос, а также волокнистые и пористые материалы, пропитанные растительными маслами и животными жирами, скипидаром, олифой. К ним также можно отнести губчатые металлы (алюминий, титан, магний, никель и др.),
Самовозгорание представляет собой процесс низкотемпературного окисления материалов, который заканчивается тлением или пламенным горением.
9 Неосторожность при обращении с бытовыми источниками огня;
10 Нарушение правил пожарной безопасности при эксплуатации оборудования, при выполнении различного вида работ;
11 Технологические аварии;
12 Взрывы;
13 Поджоги.
Динамика развития пожара. Развитие пожара зависит от многих факторов: физико-химических свойств горящего материала; пожарной нагрузки, под которой имеется в виду масса всех горючих и трудногорючих материалов, находящихся в горящем помещении; скорости выгорания пожарной нагрузки; газообмена очага пожара с окружающей средой и с внешней атмосферой и т.п.
Имеются общие схемы развития пожара . Они включают несколько основных фаз (экспериментальные данные для помещения размером 5х4х3 м при отношении площади оконного проема к площади пола, равном 25; пожарной нагрузке 50 кг/м 2 - древесные бруски):
I фаза (10 мин)-начальная стадия, включающая переход возгорания в пожар (1-3 мин) и рост зоны горения (5-6 мин).
В течение первой фазы происходит преимущественно линейное распространение огня вдоль горючего вещества или материала. Горение сопровождается обильным дымовыделением, что затрудняет определение места очага пожара. Среднеобъемная температура повышается в помещении до 200 °С (темп увеличения среднеобъемной температуры в помещении 15 °С в 1 мин). Приток воздуха в помещение сначала увеличивается, а затем медленно снижается. Поэтому очень важно в этот период развития пожара обеспечить изоляцию данного помещения от наружного воздуха. Не рекомендуется открывать или вскрывать окна и двери в горящее помещение. В некоторых случаях (при достаточном обеспечении герметичности помещения) наступает самозатухание пожара и нет необходимости вызывать пожарные подразделения при первых признаках пожара (дым, пламя). Если очаг пожара виден, необходимо, по возможности, принять меры к тушению пожара первичными средствами пожаротушения до прибытия пожарных подразделений.
Продолжительность 1 фазы составляет 2-30 % от общей продолжительности пожара.
II фаза (30-40 мин) -стадия объемного развития пожара. Бурный процесс, температура внутри помещения поднимается до 250-300 °С, начинается объемное развитие пожара, когда пламя заполняет весь объем помещения, и процесс распространения пламени происходит уже не поверхностно, а дистанционно, через воздушные разрывы. Разрушение остекления происходит через 15-20 мин от начала пожара. Из-за разрушения остекления приток свежего воздуха резко увеличивает развитие пожара. Темп увеличения среднеобъемной температуры - до 50 °С в 1 мин. Температура внутри помещения повышается с 500-600 до 800-900 °С. Максимальная скорость выгорания составляет 10-12 мин. Стабилизация пожара происходит на 20-25 минуте от начала пожара и продолжается 20-30 мин.
III фаза - затухающая стадия пожара. Догорание в виде медленного тления, после чего через некоторое время (иногда весьма продолжительное) пожар догорает и прекращается.
Температурное поле внутреннего пожара неравномерно в объеме помещения. Так, при горении бензина на площади 2 м 2 в помещении объемом 100 м 3 на 15 минуте в зоне горения температура составила 900 °С, а в самой удаленной точке 200 °С. При этом у потолка температура достигала 800 °С и более, по центру высоты помещения - 500 °С, у пола - 200 °С.
Нагретые продукты горения преимущественно концентрируются в верхней части помещения, что особенно характерно для помещений с высокими потолками. Поэтому в условиях задымленного помещения наилучшая видимость и соответственно наименьшая концентрация отравляющих веществ у припольного пространства.
Условия распространение пожара. После возникновения горение может распространяться, при этом образуются изолированные очаги - очаги, непосредственно не связанные с основной зоной горения. Образуются они за счет передачи теплоты на смежные постройки, сооружения, части здания радиацией, конвекцией, теплопроводностью, при попадании горящих углей, искр на горящие материалы вне зоны горения (рис.5).
Рассмотрим основные ситуации, в которых возможно образование вторичных изолированных очагов.
1 Конвекция (от лат. Convectio – привнесение, доставка) – перемещение микроскопических частей среды (газа, жидкости), приводящих к массо- и теплообмену. Конвекция - явление, состоящее в теплопередаче путем движения теплоносителей, т.е. жидкостей или газов. Нагретый теплоноситель может перемещаться или быть перемещаем в более холодную зону, где он отдаст свое тепло для нагрева этой зоны. Причиной возникновения естественной конвекции является перемещение нагретых и холодных частиц, происходящее вследствие разной их плотности.
Конвективные потоки с высокой температурой нагревают на путях своего распространения конструкции, предметы и материалы, что может вызвать их воспламенение, а также деформацию и разрушение негорючих элементов и частей здания.
Мощные вихревые конвективные потоки свойственны крупным пожарам. Радиус разноса (разлёта) горящих частиц может достигать до 100 м метров, а иногда и больше. По литературным данным, на пожарах лесоскладов и лесобирж при площади пожара до 3000 м 2 радиус разлета горящих головней может быть до 440 м, а при площади горения 25 000 м 2 наблюдался разлет горящих частиц на расстояние до 2 км (!).
2 Тепловая радиация (от лат. Radio – испускаю лучи, излучаю) – перенос лучистого теплового потока от горящего объекта к не горящему. Радиация представляет собой перенос тепла через пространство при помощи электромагнитных волн. При этом образование вторичного очага пожара происходит, если тепловой поток, воздействующий на второй объект, превысит критические значения, необходимые для загорания обращенных к горящему объекту материалов и конструкций. Недаром существуют требования к противопожарным разрывам между зданиями и сооружениями.
3 Роль кондукции (теплопроводности) в появлении вторичных очагов пожара можно проиллюстрировать примерами пожаров, когда через конструкцию здания проходят нагретые до высокой температуры трубы отопления, что приводит к загоранию материалов и изделий в соседнем помещении.
4 Возможно образование вторичных очагов за счет стекания горящей жидкости, расплавленных полимерных материалов. Например, если газообразные продукты сгорания из комнаты выходят в соседнее помещение, где на потолке установлены люминесцентные светильники с экранами из органического стекла. Стекло, расплавляясь и стекая на пол, может образовать там множественные вторичные очаги. В городах имели место случаи, когда при ремонте кровли многоэтажного здания загорался битум на крыше; расплавленный горящий битум стекал вниз по внутренним водосточным трубам, которые в домах отдельных серий сделаны из полимерных материалов, и в результате вторичные очаги пожара возникали на отдельных этажах здания.
27 августа 2000 г. загорелась Останкинская телевизионная Башня в Москве. Горение возникло в стальной части башни между отметками 454-478 м и распространилось, несмотря на предпринимаемые меры, на 380 м вниз. Во многом это произошло благодаря полиэтиленовым оболочкам фидеров (волноводов); полиэтилен плавился, стекал вниз и горел, обеспечивая активное развитие пожара в необычном (противоположном конвективным потокам) направлении.
При износе и неправильной работе технологического оборудования, неисправности электросети, аварийных режимах работы технологических аппаратов, а также при нарушении техники безопасности в горючей среде могут возникать следующие источники зажигания:
Открытый огонь;
Образование искры при ударах металла о металл;
Образование искры от нарушения ТБ при использовании оборудования;
Нарушение правил ПБ при эксплуатации помещения;
Нарушение норм санитарии и хранения продуктов;
Проведение огневых работ;
Возникновение искр при ударах инструмента, трении элементов оборудования;
Неисправности электроприборов.
Внутри технологических аппаратов
При не полном наполнении барабанов карбидом и наличии в них остатков воздуха с определенной влажностью, происходит образование ацетилена в результате взаимодействия карбида с водой. Механические удары, падения, удары барабанов друг о друга при транспортировке, открывание барабанов инструментом, высекающими искры, или сильное нагревание их могут являться причинами взрыва.
Источнками зажигания при эксплуатации ацетиленовых генераторов могут являться: теплота в зоне реакции карбида с водой, искры при ударах ферросилиция (соединение железа с кремнием) о стенки камеры при засыпке карбида в реторты генераторов, при работе стальным инструментом, теплота при самовоспламенении ацетилена.
Вблизи технологических аппаратов
Чаще всего пожары и взрывы возникают в помещениях компрессорных и наполнительных, пожароопасность которых обусловлена высоким давлением в системах, а ацетилен становится опасным уже при давлении свыше 0,2 МПа. При повреждении оборудования, трубопроводов, трубок, шлангов, выходящий из них ацетилен способен образовывать взрывоопасные концентрации паров вбольших объемах.
Анализ возможности распространения пожара (взрыва)
Распространение возникающих пожаров может происходить по поверхности разлившегося ацетилена, а также по ацетиленовым трубопроводам, по ацетиленовоздушной смеси при утечках ацетилена из системы, по каналам для слива известкового ила из генераторов и иловых ям, по трубопроводам системы вентиляции, по дверным, оконным и технологическим проемам.
Условия образования горючей среды в помещение № 4 склада баллонов с ацетиленом. Требования пожарной безопасности к хранению эксплуатации газового оборудования установлен ряд требований к эксплуатации газового оборудования, которые необходимо соблюдать для защиты жизни и имущества от взрыва газовых баллонов, основными требованиями являются:
Баллоны с горючими газами на объектах хранения должны быть защищены от солнечного и иного теплового воздействия.
Окна помещений, где хранятся баллоны с газом, закрашиваются белой краской или оборудуются солнцезащитными негорючими устройствами;
При хранении баллонов на открытых площадках сооружения, защищающие баллоны от осадков и солнечных лучей, выполняются из негорючих материалов;
Баллоны с горючим газом должны храниться отдельно от баллонов с кислородом, сжатым воздухом, хлором, фтором и другими окислителями, а также от баллонов с токсичным газом;
Размещение групповых баллонных установок допускается у глухих (не имеющих проемов) наружных стен зданий. Шкафы и будки, где размещаются баллоны, выполняются из негорючих материалов и имеют естественную вентиляцию, исключающую образование в них взрывоопасных смесей;
В помещениях должны устанавливаться газоанализаторы для контроля за образованием взрывоопасных концентраций. При отсутствии газоанализаторов руководитель организации должен установить порядок отбора и контроля проб газовоздушной среды;
При обнаружении утечки газа из баллонов они должны убираться из помещения склада в безопасное место;
На склад, где размещаются баллоны с горючим газом, не допускаются лица в обуви, подбитой металлическими гвоздями или подковами;
Баллоны с горючим газом, имеющие башмаки, хранятся в вертикальном положении в специальных гнездах, клетях или других устройствах, исключающих их падение. Баллоны, не имеющие башмаков, хранятся в горизонтальном положении на рамах или стеллажах. Высота штабеля в этом случае не должна превышать 1,5 метра, а клапаны должны закрываться предохранительными колпаками и быть обращены в одну сторону;
Хранение каких-либо других веществ, материалов и оборудования в помещениях складов с горючим газом не разрешается;
Помещения складов с горючим газом обеспечиваются естественной вентиляцией.
Для производственных целей широко используют открытый огонь, огневые печи, реакторы, факелы для сжигания паров и газов. При производстве ремонтных работ часто используют пламя горелок и паяльных ламп, применяют факелы для отогрева замерзших труб, костры для прогрева грунта или сжигания отходов. Температура пламени, а также количество выделяющегося при этом тепла достаточны для воспламенения почти всех горючих веществ. Поэтому главная защита от данных источников зажигания - изоляция от возможного соприкосновения с ними горючих паров и газов (при авариях и повреждениях соседних аппаратов).
При проектировании технологических установок «огневые» аппараты следует изолировать, размещая их в закрытых помещениях, обособленно от других аппаратов. На открытых площадках между «огневыми» аппаратами и пожаровзрывоопасными установками (например, открытыми этажерками) целесообразно размещать закрытые здания, которые будут выполнять роль защитных преград.
Аппараты огневого действия размещают на площадках с соблюдением разрывов, величина которых в зависимости от характера и режима работы смежных аппаратов и сооружений регламентируется нормативными актами.
Особенности пожарной опасности и инженерно-технические мероприятия противопожарной защиты огневых печей как наиболее типичных и широко распространенных аппаратов огневого действия детально рассмотрены в главе 12 данного учебника.
К аппаратам огневого действия следует отнести факельные установки для сжигания газовых выбросов. Недочеты в проектировании и устройстве факельных установок могут привести к тепловому воздействию факела пламени на расположенные вблизи здания, сооружения и аппараты с горючими газами и жидкостями, а также к загазованию территории при внезапном потухании пламени. Следует отметить, что факелы общезаводские или общецеховые менее опасны, чем факелы, расположенные непосредственно на аппаратах, так как имеют большую высоту вертикального ствола и размещены на значительном расстоянии (60... 100 м и более) от взрыво- и пожароопасных зданий и сооружений.
Факельная установка (рис. 5.3) состоит из системы подводящих трубопроводов, предохранительных устройств (огнепреградителей) и факельной горелки. Конструкция горелки должна обеспечивать непрерывность сжигания подаваемого газа путем устройства легко зажигаемого и защищенного от ветра «маяка» (постоянно горящей горелки).
Рис. 5.3. Факел для сжигания газов: / - линия подачи водяного пара; 2 - линия поджигания дежурной горелки;
3 - линия подачи газа к дежурной горелке; 4 - горелка; 5 - ствол факела; 6 - огнепреградитель; 7 - сепаратор;
8 - линия, подводящая газ на сжигание
Поджигание газовой смеси в дежурной горелке производят с помощью так называемого бегущего пламени (предварительно подготовленная горючая смесь воспламеняется электрозапалом, и пламя, перемещаясь вверх, поджигает газ горелки). Чтобы уменьшить образование дыма и искр, к факельной горелке подводят водяной пар.
Следует отметить, что побочные продукты и отходы производства выгоднее не сжигать на факельных установках, а утилизировать.
Источники открытого огня - факелы - нередко используют для разогрева застывшего продукта в трубах, для освещения при осмотре аппаратов в темноте, например при замере уровня жидкостей, при разведении костров на территории объекта с ЛВЖ и ГЖ и т. п. Источником открытого огня является и зажженная спичка. Вот характерный пример. На заводе химического волокна капролактам размещался штабелями в полиэтиленовых мешках, которые, в свою очередь, находились в джутовых мешках (в настоящее время перед поступлением смолы на склад джутовую упаковку снимают). Поздно вечером ученик аппаратчика, разрезая мешок, уронил нож и, чтобы найти его, зажег спичку. От пламени спички воспламенился джутовый мешок. Огонь быстро распространился по штабелю. Возник пожар.
Воспламенение многих веществ возможно от таких «малокалорийных» источников зажигания, как тлеющий окурок сигареты или "Папиросы. Факты и исследования показали, что тлеющие сигарета и папироса имеют температуру 350...400° С и длительность тления 12 мин и более. Контакт горящего окурка с твердым и волокнистым веществом или пылью вызывает появление очага тления, который при достаточном доступе воздуха и при условиях, способствующих аккумуляции выделяющегося тепла, вызывает пламенное горение вещества. Так, тлеющая папироса или сигарета при наличии оптимальных условий вызывает воспламенение стружек и древесины через 1...1.5 и 2...3 ч соответственно (пламя появляется при температуре 450...500° С); бумажных отходов, сена и соломы -. через 0,25...1 ч (в зависимости от их плотности); хлопчатобумажных тканей - через 0,5... 1 ч (в зависимости от объемного веса ткани).
В цехах, складах и на территории пожаровзрывоопасных объектов курение разрешается только в специально оборудованных местах.
Для отогрева замерзших труб вместо факелов следует использовать горячую воду, водяной пар или индукционные грелки. Твердые отложения в трубопроводах распаривают и очищают скребками, а при необходимости выжигания трубы демонтируют и осуществляют этот процесс на местах постоянного производства огневых работ или на специально выделенных площадках вне цеха. Выжигание твердых и жидких горючих отложений в воздуховодах без их демонтажа может быть допущено только в исключительных случаях с разрешения госпожнадзора и под непосредственным наблюдением ответственных работников цеха.
К производственным источникам зажигания, как было сказано выше, следует отнести высоконагретые продукты горения - газо- образные продукты горения, образующиеся при горении твердых, жидких и газообразных веществ, имеющих высокую температуру (800...1200° С и выше). При такой температуре топочных газов наружная поверхность стенок аппаратов может быть нагрета выше температуры самовоспламенения образующихся в производстве веществ. Особенно это относится к металлическим выхлопным трубам топок и двигателей внутреннего сгорания
Значительную пожарную опасность представляет выход горючих газов через неисправности кладки топок, дымовых каналов и при повреждении выхлопных труб двигателей внутреннего сгорания. Поэтому при эксплуатации топок и двигателей внутреннего сгорания нужно следить за состоянием кладки дымовых каналов и боровов, не допускать неплотностей и прогара выхлопных труб,а также загрязнения их поверхности горючей пылью или наличия вблизи нагретых поверхностей каких-либо горючих веществ.
Высоконагретые поверхности металлических труб защищают обычно теплоизоляцией с защитными кожухами. Предельно допустимая температура поверхности труб (кожухов) не должна превышать 80% температуры самовоспламенения обращающихся в производстве горючих веществ.
Нередко продукты горения используют в качестве теплоносителя при сушке древесины, щепы, волокнистых; и сыпучих органических материалов. Пожарная безопасность таких устройств рассматривается в главе 15 данного учебника.
Производственным источником зажигания являются искры, возникающие при работе топок и двигателей. Они представляют собой твердые раскаленные частицы топлива или окалины в газовом потоке, которые образуются в результате неполного сгорания или механического уноса горючих веществ и продуктов коррозии. Температура такой твердой частицы достаточно высока, но запас тепловой энергии невелик, так как мала масса искры. Искра способна воспламенить только вещества, достаточно подготовленные к горению, а к таким веществам относятся газо- и паровоздушные смеси (особенно при концентрациях, близких к стехиометрическим), осевшая пыль, волокнистые материалы.
Топки «искрят» из-за конструктивных недостатков; из-за использования не того сорта топлива, на которое печь рассчитана; из-за усиленной шуровки и дутья; из-за неполного сгорания топлива (при недостаточной подаче воздуха или чрезмерной подаче топлива); из-за недостаточного распыления жидкого топлива, а также из-за нарушения сроков очистки печей.
Искры и нагар при работе дизельных и карбюраторных двигателей образуются при неправильной регулировке системы подачи топлива и электрозажигания; при загрязнении топлива смазочными маслами и минеральными примесями; при длительной работе двигателя с перегрузками; при нарушении сроков очистки выхлопной системы от нагара.
Устранение причин искрообразования - это поддержание топок и двигателей в хорошем техническом состоянии, соблюдение установленных режимов сжигания топлива, использование только того вида топлива, на которое рассчитаны топка или двигатель, своевременная их очистка, а также устройство дымовых труб такой высоты, чтобы искры догорали и гасли, не выходя из трубы.
Для улавливания и гашения искр используются искроуловители и искрогасители: осадительные камеры, инерционные камеры и циклоны, турбиновихревые уловители, электрофильтры, а также устройства с использованием водяных завес, охлаждения и разбавления газов водяными парами и т. п. Наиболее распространенную группу представляют искроуловители с использованием сил тяжести и инерции (в том числе центробежных сил). Такими искроуловителями оборудуют дымогазовые сушилки, тракторы, комбайны, автомобили, тепловозы и другие аппараты, механизмы и устройства с использованием двигателей внутреннего сгорания и топок.
В искроосадительных камерах используется принцип осаждения искр под действием силы тяжести (рис. 5.4). При малой скорости движения газа в камере подъемная сила потока, воздействующая на искры, оказывается меньше силы тяжести, и искра оседает (см. § 1.4). Такой искроуловитель громоздок и недостаточно эффективен. Поэтому в чистом виде искроосадительные камеры применяют редко. Но принцип, положенный в основу их работы, используют во многих искрогасителях.
Рис. 5.4. Искроуловитель с использованием силы тяжести: / - искроосадительная камера; 2 - выхлопная труба
Рис. 5.5. Искроуловитель инерционного действия: / - корпус печи; 2 - топка; 3 - искроосадительная камера; 4 - очистное отверстие
В искроуловителях инерционного действия на пути движения газового потока устанавливают отражательные устройства в виде сеток, перегородок, козырьков, жалюзи и т. п. Газовый поток, встречая препятствие, изменяет направление движения, а искры, двигаясь по инерции, ударяются о препятствие, дробятся, теряют скорость, оседают или догорают. Эффективность улавливания искр такими приборами возрастает с увеличением массы искр и скорости их движения.
Простейший искроуловитель инерционного действия показан на рис. 5.5. Следует отметить, что сетчатые искроуловители малоэффективны: отверстия сеток быстро забиваются, сетки прогорают. Более эффективным является инерционный искроуловитель жалюзийного типа (рис. 5.6), который улавливает 90...95% всех искр.
В центробежные искроуловители поток газа вводится тангенциально, благодаря чему приобретает вращательное винтообразное движение. Под воздействием центробежной силы искры отбрасываются к стенке, дробятся, истираются и догорают. Такие искроуловители называют циклонами (рис. 5.7).
Искроуловители-электрофильтры применяют для улавливания искр из газового потока силами электрического притяжения. Установка (рис. 5.8) состоит из источника постоянного тока высокого напряжения (40...75 кВ) А и электрофильтра Б, основными элементами которого являются коронирующие (отрицательно заряженные) и осадительные (положительно заряженные) электроды. Между электродами возникает коронный разряд (или корона), проходя через который газ ионизируется, а искры, сталкиваясь с ионами, приобретают в основном отрицательный заряд, притягиваются к осадительным электродам и осаждаются на них.
Рис. 5.6. Инерционный искроуловитель жалюзийного типа: 1 - линия подачи уловленных искр в циклон;
2 - линия очищенных от искр газов; 3 - жалюзийный искроуловитель; 4 - конические кольца рабочей камеры; 5 - газопровод; 6 - линия возврата газа в жалюзийную камеру; 7 - циклон для очистки газа от искр
Рис. 5.7. Циклонный искроуловитель
Рис. 5.8. Схема электрофильтра: А - машинное отделение; Б - фильтр; / - питающая сеть; 2 - регулятор напряжения; 3 - трансформатор; 4 - выпрямитель; 5 - проходной изолятор; 6 - выход очищенного газа; 7 - коронирующий электрод; 8 - осадительный электрод; 9 - ввод газа с искрами; 10 -бункер
Постепенно на осадительном электроде образуется толстый слой (шуба) отрицательно заряженных отложений частиц пыли и искр, экранирующих его. Поэтому периодически электрофильтр отключается от источника тока, электроды встряхиваются, и осевшие частицы падают в бункер. Степень очистки в электрофильтрах очень высока, так как частицы любых размеров приобретают заряд и при достаточной продолжительности очистки оседают на электроде. Использование электрофильтров во взрывоопасных производствах нежелательно, так как их применение связано с появлением мощных источников зажигания электрической природы (электрические разряды, дуга, короткое замыкание и т. п.) Для более тщательной очистки продуктов горения от искр на пути их движения устанавливают последовательно несколько ступеней искроулавливания, В отличие от искроуловителя, искрогаситель не предотвращает выделения искр в атмосферу, а лишь исключает их пожарную опасность. С помощью искрогасителя уменьшаются температура искр, их размер, теплосодержание.
Большое распространение для выхлопных систем двигателей внутреннего сгорания получили турбинно-вихревые искрогасители центробежного действия (рис. 5.9). Проходя через подвижное лопастное колесо (турбину), поток газа приобретает вращательное движение, за счет чего искры отбрасываются к корпусу, где они истираются и догорают.
Возможны комбинированные защитные устройства с улавливанием и гашением искр, например искрогаситель с водяной завесой.
Следует отметить, что вопросы улавливания и гашения искр при работе топок и двигателей исследованы недостаточно. Нет методик, позволяющих еще на стадии проектирования топки и двигателя определять реальную опасность их «искровыделения». Поиск типа и конструкций искроуловителей и искрогасителей ведется, как правило, эмпирически, поэтому необходима дальнейшая разработка теоретических основ их расчета и конструирования.
Вопрос 1: Классификация источников зажигания;ИСТОЧНИК ЗАЖИГАНИЯ - источник энергии, инициирующий загорание. Должен обладать достаточной энергией, температурой и длительностью воздействия.
Как уже было раньше отмечено, горение может возникнуть при влиянии на ГС разнообразных источников зажигания. По природе происхождения источники зажигания можно классифицировать:
открытый огонь, раскаленные продукты горения и нагретые ими поверхности;
тепловые проявления механической энергии;
тепловые проявления электрической энергии;
тепловые проявления химических реакций (из этой группы в самостоятельную группу выделены открытый огонь и продукты горения).
Открытый огонь, раскаленные продукты горения и нагретые ими поверхности
Для производственных целей широко используют огонь, огневые печи, реакторы, факелы для сжигания паров и газов. При проведении ремонтных работ часто используют пламя горелок и паяльных ламп, применяют факелы для отогревания замерзших труб, костры для прогрева грунта при сжигании отходов. Температура пламени, а также количество тепла, которое при этом выделяется, достаточны для зажигания почти всех горючих веществ.
Открытое пламя. Пожарная опасность пламени обусловленна температурой факела и временем его влияния на горючие вещества. Например, воспламенение возможно от таких “малокалорийных” ИЗ, как тлеющий окурок сигареты или папиросы, зажженной спички (табл 1).
Источники открытого огня - факелы - нередко используют для разогрева застывшего продукта, для освещения при осмотре аппаратов в темноте, например, при измерении уровня жидкостей, при разведении костра на территории объектов с наличием ЛВЖ и ГЖ.
Высоконагретые продукты горения - газообразные продукты горения, которые получаются при горении твердых, жидких и газообразных веществ и могут достигать температур 800-1200оС. Пожарную опасность представляет выход высоконагретых продуктов через неплотности в кладке топок, дымовых каналов.
Производственными источниками зажигания также являются искры, которые возникают при работе топок и двигателей. Они представляют собой твердые раскаленные частицы топлива или окалины в газовом потоке, которые получаются в результате неполного сгорания или механического выноса горючих веществ и продуктов коррозии. Температура такой твердой частицы достаточно высокая, но запас тепловой энергии (W) небольшой из-за маленькой массы искры. Искра способна зажечь только вещества, достаточно подготовленные к горению (газо-паровоздушные смеси, осевшая пыль, волокнистые материалы).
Топки “искрят” из-за конструктивных недостатков; из-за использования сорта топлива, на который топка не расcчитана; из-за усиленного дутья; из-за неполного сгорания топлива; из-за недостаточного распыления жидкого топлива, а также из-за не соблюдения сроков чистки печей.
Искры и нагар при работе ДВС образуются при неправильном регулировании системы подачи топлива, электрозажигания; при загрязнении топлива смазочными маслами и минеральными примесями; при продолжительной работе двигателя с перегрузками; при нарушении сроков очистки выхлопной системы от нагара.
Пожарная опасность искр котельных, труб паровозов и тепловозов, а также других машин, костра в значительной степени определяются их размером и температурой. Установлено, что искра d = 2 мм пожароопасна, если имеет t » 1000°С; d=3 мм - 800°С; d = 5 мм - 600°С.
Опасные тепловые проявления механической энергии
В производственных условиях пожароопасное повышение температуры тел в результате преобразования механической энергии в тепловую наблюдается:
при ударах твердых тел (с образованием или без образования искр);
при поверхностном трении тел во время их взаимного перемещения;
при механической обработке твердых материалов режущим инструментом;
при сжатии газов и прессовании пластмасс.
Степень разогрева тел и возможность появления при этом источника зажигания зависит от условий перехода механической энергии в тепловую.
Искры, которые получаются при ударах твердых тел.
Размеры искр удара и трения, которые представляют собой раскаленную до свечения частичку металла или камня, обычно не превышают 0,5 мм. Температура искр нелегированных малоугольных сталей может достигать температуры плавления металла (около 1550оС).
В производственных условиях от удара искр воспламеняются ацетилен, этилен, водород, оксид углерода, сероуглерод, метано-воздушная смесь и другие вещества.
Чем больше в смеси кислорода, тем интенсивнее горит искра, тем выше горючесть смеси. Искра, которая летит, непосредственно не воспламеняет пылевоздушной смеси, но, попав на осевшую пыль или на волокнистые материалы, вызовет появление очагов тления. Так на мукомольных, ткацких и хлопкопрядильных предприятиях около 50% всех пожаров возникает от искр, которые высекаются при ударах твердых тел.
Искры, которые получаются при ударах алюминиевых тел о стальную окисленную поверхность, приводят к химическому воздействию с выделением значительного количества тепла.
Искры, образующиеся при попадании в машины металла или камней.
В аппаратах с мешалками, дробилках, аппаратах-смесителях и других, в том случае, если вместе с обрабатываемыми продуктами попадают куски металла или камни, могут образовываются искры. Искры образуются также при ударах подвижных механизмов машин об их неподвижные части. В практике нередко бывает так, что ротор центробежного вентилятора сталкивается со стенками кожуха или игольчатыми и ножевыми барабанами волокноотделительных и трепальных машин, которые быстро вращаются, ударяются о неподвижные стальные решетки. В таких случаях наблюдается искрообразование. Оно возможно и при неправильном регулировании зазоров, при деформации и вибрации валов, изнашивании подшипников, перекосах, недостаточном креплении на валах режущего инструмента. В таких случаях возможно не только искрообразование, но и поломка отдельных частей машин. Поломка узла машины, в свою очередь, может быть причиной образования искр, так как частицы металла попадают при этом в продукт.
Зажигание горючей среды от перегрева при трении.
Всякое перемещение соприкасающихся друг с другом тел требует затраты энергии на преодоление работы сил трения. Эта энергия в основном превращается в теплоту. При нормальном состоянии и правильной эксплуатации частей, которые трутся, тепло, которое выделяется своевременно отводится специальной системой охлаждения, а также рассеивается в окружающая среде. Увеличение тепловыделения или уменьшение теплоотвода и теплопотерь, ведет к повышению температуры трущихся тел. По этой причине происходит воспламенение горючей среды или материалов от перегрева подшипников машин, сильно затянутых сальников, барабанов и транспортерных лент, шкивов и приводных ремней, волокнистых материалов при наматывании их на валы машин и апаратов, которые вращаются.
В этом отношении наиболее пожароопасными являются подшипники скольжения сильно нагруженных и высокооборотистых валов. Плохое качество смазки рабочих поверхностей, их загрязнение, перекос валов, перегрузка машин и черезмерное затягивание подшипников - все это может явиться причиной перегрузки. Очень часто корпус подшипников загрязняется отложениями горючей пыли. Это также создает условия для их перегрева.
На объектах, где применяются или обрабатываются волокнистые материалы происходит их загорание при наматывании на вращающиеся узлы (прядильные фабрики, льнозаводы, эксплуатация комбайнов). Волокнистые материалы и соломистые продукты наматываются на валы возле подшипников. Наматывания сопровождается постепенным уплотнением массы, а потом сильным нагреванием ее при трении, обугливанием и воспламенением.
Выделение тепла при сжатии газов.
Значительное количество тепла выделяется при сжатии газов в результате межмолекулярного движения. Неисправность или отсутствие системы охлаждения компрессоров может привести к их разрушению при взрыве.
Опасные тепловые проявления химических реакций
В условиях производства и хранения химических веществ встречается большое количество таких химических соединений, контакт которых с воздухом или водой, а также взаимный контакт друг с другом может быть причиной возникновения пожара.
1) Химические реакции, которые протекают с выделением значительного количества тепла, имеют потенциальную опасность возникновения пожара или взрыва, так как возможный неконтролируемый процес разогрева реагирующих, вновь образующихся или рядом находящихся горючих веществ.
2) Вещества, которые самовоспламеняются и самовозгораются при контакте с воздухом.
3) Нередко, по условиям технологического процеса, вещества, находящиеся в апаратах, могут быть нагретые до температуры, превышающей температуру их самовозгорания. Так, продукты пиролиза газа при получении этилена из нефтепродуктов имеют температуру самовоспламенения в границах 530 – 550оС, а выходят из печей пиролиза при температуре 850оС. Мазут с температурой самовоспламенения 380 – 420оС на установках термического крекинга нагревается до 500оС; бутан и бутилен, который имеют температуру самовоспламенения соответственно 420оС и 439оС, при получении бутадиена нагревается до 550 – 650оС и т. д. При выходе наружу этих веществ происходит их самовоспламенение.
4) Иногда вещества в технологических процесах имеют очень низкую температуру самовоспламенения:
Триэтилалюминий - Al (C2H5)3 (-68°С);
Диэтилалюминийхлорид - Al (C2H5)2Сl (-60°С);
Триизобутилалюминий (-40°С);
Фтористый водород, жидкий и белый фосфор - ниже комнатной.
5) Многие вещества при контакте с воздухом способны к самовозгоранию. Самовозгорание начинается при температуре окружающей среды или после некоторого преварительного их подогрева. К таким веществам следует отнести растительные масла и жиры, сернистые соединения железа, некоторые сорта сажи, порошковидные вещества (алюминий, цинк, титан, магний и т.п.), сено, зерно в силосах и т.п.
Контакт самовоспламеняющихся химических веществ с воздухом происходит обычно при повреждении тары, разливе жидкости, расфасовке веществ, при сушении, открытом хранении твердых измельченных, а также волокнистых материалов, при откачке жидкостей из резервуаров, когда внутри резервуаров есть самовоспламеняющиеся отложения.
Вещества, которые воспламеняются при взаимодействии с водой.
На промышленных объектах имеется значительное количество веществ, воспламеняющихся при взаимодействии с водой. Выделяющееся при этом тепло может вызвать воспламенение образующихся или примыкающих к зоне реакции горючих веществ. К веществам, воспламеняющимся или вызывающим горение при соприкосновении с водой, следует отнести щелочные металлы, карбид кальция, карбиды щелочных металлов, сернистый натрий и др. Многие из этих веществ при взаимодействии с водой образуют горючие газы, воспламеняющиеся от теплоты реакции:
2К +2Н2О=КОН+Н2+Q.
При взаимодействии небольшого количества (3...5 г) калия и натрия с водой температура поднимается выше 600...650оС. Если взаимодействуют в большом количестве, происходят взрывы с разбрызгиванием расплавленного металла. В дисперсном состоянии щелочные металлы загораются во влажном воздухе.
Некоторые вещества, например негашеная известь, являются негорючими, но теплота реакции их с водой может нагреть горючие материалы, которые находятся рядом, до температуры самовоспламенения. Так, при контакте воды с негашеной известью температура в зоне реакции может достичь 600оС:
Са + Н2О = Са(ВОН)2 + Q.
Известны случаи пожаров в птичниках, где в качестве подстилки применялось сено. Пожары возникали после обработки птицеводческих помещений негашеной известью.
Опасен контакт с водой алюминийорганических соединений, так как их взаимодействие с водой происходит со взрывом. Усиление пожара или взрыва, что начались, может произойти при попытках тушить подобные вещества водой или пеной.
Воспламенение химических веществ при взаимоконтакте происходят при действии окислителей на органические вещества. В качестве окислителей выступают хлор, бром, фтор, окислы азота, азотная кислота, кислород и много других веществ.
Окислители при взаимодействии с органическими веществами вызовут их загорание. Некоторые смеси окислителей и горючих веществ способны загоратся при действии на них серной или азотной кислотой или небольшим количеством влаги.
Реакции взаимодействия окислителя с горючим веществом содействует измельченность веществ, его повышенная начальная температура, а также наличие инициаторов химического процеса. В некоторых случаях реакции носят характер взрыва.
Вещества, которые воспламеняются или взрываются при нагревании или механическом воздействии.
Некоторые химические вещества нестойки по природе, способны разлагаться с течением времени под действием температуры, трения, удара и других факторов. Это, как правило, эндотермические соединения, и процесс их разложения связан с выделением большого или меньшего количества тепла. К ним относятся селитры, перекиси, гидроперекиси, карбиды некоторых металлов, ацетилениды, ацетилен и др.
Нарушения технологического регламента, использования или хранения таких веществ, влияние на них источника тепла может привести к взрывному их разложению.
Склонность к взрывному разложению под действием повышенной температуры и давления имеет ацетилен.
Тепловые проявления электрической энергии
При несоответствии электрооборудования характеру технологической среды, а также в случае несоблюдения правил эксплуатации этого электрооборудования может возникнуть пожаровзрывоопасная ситуация на производстве. Пожаровзрывоопасные ситуации возникают в технологических процесах производств при КЗ, при пробоях прослойки изоляции, при чрезмерном перегреве электродвигателей, при повреждениях отдельных участков электрических сетей, при искровых разрядах статического и атмосферного электричества и т.д.
К разрядам атмосферного электричества относятся:
Прямые удары молнии. Опасность прямого удара молнии состоит в контакте ГС с каналом молнии, температура в котором достигает 2000оС при времени действия около 100 мкс. От прямого удара молнии воспламеняются все горючие смеси.
Вторичные проявления молнии. Опасность вторичного проявления молнии состоит в искровых разрядах, которые возникают в результате индукционного и электромагнитного влияния атмосферного электричества на производственное оборудование, трубопроводы и строительные конструкции. Энергия искрового разряда превышает 250 мДж и достаточна для воспламенения горючих веществ из Wmin = 0,25 Дж.
Занос высокого потенциала. Занос высокого потенциала в здание происходит по металлическим коммуникациям не только при их прямом поражении молнией, но и при расположении комуникаций в непосредственной близости от молниеотвода. При несоблюдении безопасных расстояний между молниеотводом и коммуникациями, энергия возможных искровых разрядов достигает значений 100 Дж и больше. То есть достаточна для загорания практически всех горючих веществ.
Термическое действие токов КЗ. В результате КЗ происходит термическое действие на проводник, который нагревается до высоких температур и может являться ИЗ горючей среды.
Электрические искры (капли металла). Электрические искры образуются при КЗ электропроводки, электросварке и при плавлении электродов электрических ламп накаливания общего назначения.
Размер капель металла при КЗ электропроводки и плавлении нити накаливания электроламп достигает 3 мм, а при электросварке 5 мм. Температура дуги при электросварке достигает 4000 оС, поэтому дуга будет источником зажигания для всех горючих веществ.
Электрические лампы накаливания. Пожарная опасность светильников обусловлена возможностью контакта ГС с колбой электрической лампы накаливания, нагретой выше температуры самовоспламенения ГС. Температура нагревания колбы электрической лампочки зависит от ее мощности, размеров и расположения в пространстве.
Искры статического электричества. Разряды статического электричества могут образоваться при транспортировании жидкостей, газов и пыли, при ударах, измельчении, распылении и подобных процессах механического влияния на материалы и вещества, являющиеся диэлектриками.
Вывод: Для обеспечения безопасности технологических процессов, в которых возможен контакт горючих веществ с источниками зажигания, необходимо точно знать их природу для исключения воздействия на среду.
Вопрос 2: Профилактические мероприятия исключающие воздействия источников зажигания на горючую среду.;
Противопожарные мероприятия, которые исключают контакт горючей среды (ГС) с открытым пламенем и раскаленными продуктами горения.
Для обеспечения пожаровзрывобезопасности технологических процессов, процессов переработки, хранения и транспортирования веществ и материалов необходимы разработка и внедрение инженерно-технических мероприятий, которые предотвращают образование или внесение в ГС источника зажигания.
Как было отмечено раньше, не каждое нагретое тело может быть источником зажигания, а только те нагретые тела, которые способны нагреть некоторый объем горючей смеси до определенной температуры, когда скорость тепловыделения равняется либо превышает скорость теплоотвода из зоны реакции. В этом случае мощность и продолжительность теплового влияния источника должны быть такие, чтобы на протяжении определенного времени поддерживались критические условия, необходимые для формирования фронта пламени. Поэтому, зная эти условия (условия формирования ИЗ), можно создать такие условия ведения технологических процессов, которые исключали бы возможность образования источников зажигания. В тех случаях, когда условия безопасности не выполняются, внедряют инженерно-технические решения, которые разрешают исключить контакт ГС с источниками зажигания.
Основным инженерно-техническим решением, которое исключает контакт горючей среды с открытым пламенем, раскаленными продуктами сгорания, а также высоконагретыми поверхностями является изоляция их от возможного соприкосновения как при нормальной работе оборудования, так и при авариях.
При проектировании технологических процессов с наличием аппаратов “огневого” действия (трубчатые печи, реакторы, факелы) необходимо предусматривать изоляцию этих установок от возможного столкновения с ними горючих паров и газов. Это достигается:
размещением установок в закрытых помещениях, обособленных от других аппаратов;
размещением на открытых площадках между “огневыми” аппаратами и пожароопасными установками защитных преград. Например, размещения закрытых сооружений, которые выполняют роль преграды.
соблюдением пожаробезопасных регламентированных разрывов между аппаратами;
применением паровых завес в тех случаях, когда невозможно обеспечить пожаробезопасное расстояние;
обеспечением безопасного конструктивного выполнения факельных горелок устройствами беспрерывного сжигания, схема которого приведена на рис. 1.
Рисунок 1 - Факел для сжигания газов: 1 - линия подачи водяного пара; 2 - линия поджигания очередной горелки; 3 - линия подачи газа к очередной горелке; 4 - горелка; 5 - ствол факела; 6 - огнепреградитель; 7 - сепаратор; 8 - линия, по которой подводят газ на сжигание.
Поджигание газовой смеси в очередной горелке осуществляют с помощью так называемого пламени, которое бежит, (предварительно подготовленная горючая смесь поджигается электрозапалом и пламя, перемещаясь вверх, производит поджиг газа горелки). Чтобы уменьшить образование дыма и искр, к факельной горелке подводят водяной пар.
исключением образования “малокалорийных” ИЗ (на объектах курение разрешается только в специально оборудованных местах).
использованием горячей воды или водяного пара для отогревания замерзших участков технологического оборудования вместо факелов (оборудование открытых стоянок автомобилей системами подачи горячего воздуха) или индукционных грелок.
очисткой трубопроводов и вентиляционных систем от горючих отложений пожаробезопасным средством (пропарка и механическая очистка). В исключительных случаях допускается выжигание отходов после демонтажа трубопроводов на специально отведенных участках и постоянных местах проведения огневых работ.
контролем за состоянием кладки дымовых каналов при эксплуатации топок и ДВС, не допускать неплотности и прогаров выхлопных труб.
защитой высоконагретых поверхностей технологического оборудования (камеры ретурбентов) теплоизоляцией с защитными кожухами. Предельно допустимая температура поверхности не должна превышать 80% температуры самовоспламенения горючих веществ, которые обращаются в производстве.
предупреждением опасного проявления искр топок и двигателей. На практике данное направление защиты достигается предупреждением образования искр и использованием специальных устройств для улавливания и их тушения. Для предупреждения образования искр предусматривают: автоматическое поддержание оптимальной температуры подаваемой на сжигание горючей смеси; автоматическое регулирование оптимального соотношения между топливом и воздухом в горючей смеси; предупреждение продолжительной работы топок и двигателей в форсированном режиме, с перегрузкой; использование тех видов топлива, на которые рассчитаны топка и двигатель; систематическая очистка внутренних поверхностей топок, дымовых каналов от сажи и выпускных коллекторов двигателей от нагаромаслянных отложений и т.п.
Для улавливания и тушения искр, которые образуются при работе топок и двигателей, применяют искроулавливатели и искрогасители, работа которых основана на использовании гравитационных (осадочных камер), инерционных (камер с перегородками, сетками, насадками), центробежных сил (циклонные и турбинно-вихревые камеры).
Наибольшее распространение на практике получили искроулавливатели гравитационного, инерционного и центробежного типа. Ими оборудуют, например, дымовые каналы дымогазовых сушилок, системы выпуска выхлопных газов автомобилей и тракторов.
Для обеспечения глубокой очистки топочных газов от искр на практике часто применяют не один, а несколько разнообразных типов искроулавливателей и искрогасителей, которые соединяют между собою последовательно. Многоступенчатое искроулавливание и тушение надежно себя зарекомендовало, например, в технологических процессах сушки измельченных горючих материалов, где в качестве теплоносителя используются дымовые топочные газы в смеси с воздухом.
Противопожарные мероприятия, которые исключают опасные тепловые проявления механической энергии
Предотвращение образования источников зажигания от опасных тепловых влияний механической энергии является актуальной задачей на взрывопожароопасных объектах, а также на объектах, где применяются или перерабатываются пыль и волокна.
Для предотвращения образования искр при ударах, а также выделении тепла при трении применяются такие организационные и технические решения:
Применение искробезопасного инструмента. В местах возможного образования взрывоопасных смесей паров или газов необходимо применять взрывобезопасный инструмент. Искробезопасными считают инструменты, выполненные из бронзы, фосфористой бронзы, латуни, берилия и др.
Пример: 1. Искробезопасные башмаки торможения ж.д. цистерн.2. Латунный инструмент для открывания барабанов с карбидом кальция на ацетиленовых станциях.
Применение магнитных, гравитационных или инерционных улавливателей. Так, для очистки хлопка-сырца от камней перед поступлением его в машины устанавливают гравитационные или инерционные камнеулавливатели. Металлические примеси в сыпучих и волокнистых материалах улавливают также магнитными сепараторами. Такие устройства широко применяются в мукомольном и крупяном производстве, а также на комбикормовых заводах.
Если есть опасность попадания в машину твердых немагнитных примесей, осуществляют, во-первых, тщательную сортировку сырья, во-вторых, внутреннюю поверхность машин, об которую эти примеси могут удариться, футеруют мягким металлом, резиной или пластмассой.
Предотвращение возникновения ударов подвижных механизмов машин об их неподвижные части. Основные пожарно-профилактические мероприятия, направленные на предотвращение образования искр удара и трения, сводятся к тщательному регулированию и балансированию валов, правильному отбору подшипников, проверке величины зазоров между подвижными и неподвижными частями машин, их надежному креплению, которое исключает возможность продольных перемещений; предотвращению перегрузки машин.
Выполнение во взрывопожароопасных помещениях полов, которые не искрят. Повышенные требования по искробезопасности выдвигаются к производственным помещениям с наличием ацетилена, этилена, окиси углерода, сероуглерода и др., полы и площадки которых выполняют из материала, который не образует искр, или выстилают резиновыми ковриками, дорожками и т.п.
Предотвращение загорания веществ в местах интенсивного тепловыделения при трении. С этой целью для предупреждения перегрева подшипников осуществляют замену подшипников скольжения на подшипники качения (там, где существует такая возможность). В других случаях осуществляется автоматический контроль температуры их нагревания. Визуальный контроль температуры осуществляется нанесением термовосприимчивых красок, которые изменяют свой цвет при нагревании корпуса подшипника.
Предупреждение перегрева подшипников также достигается: оборудованием автоматических систем охлаждения с применением в качестве хладоагента масел или воды; своевременным и качественным техническим обслуживанием (систематическая смазка, предупреждение чрезмерного затягивания, ликвидация перекосов, очищение поверхности от загрязнений).
Во избежание перегревов и загораний транспортерных лент и приводных ремней нельзя допускать работу с перегрузкой; следует контролировать степень натяжения ленты, ремня, их состояние. Нельзя допускать завалов башмаков элеваторов продукцией, перекосов лент и трение их об кожухи. При использовании мощных высокопроизводительных транспортеров и элеваторов могут применяться устройства и приспособления, которые автоматически сигнализируют о работе с перегрузкой и останавливают движение ленты при завале башмака элеватора.
Для предотвращения наматывания волокнистых материалов на вращающиеся валы машин необходимо их защищать от непосредственного столкновения с обрабатываемыми материалами путем использования втулок, цилиндрических и конических кожухов, кондукторов, направляющих планок, противонамоточных щитов и т.п. Кроме того, устанавливается минимальный зазор между цапфами вала и подшипниками; ведется систематическое наблюдение за валами, где могут быть наматывания, своевременная очистка их от волокон, защита их специальными противонамоточными острыми ножами, которые разрезают волокно, которое наматывается. Такую защиту имеют, например, трепальные машины на льнозаводах.
Предупреждение перегрева компрессоров при сжатии газов.
Предупреждение перегрева компрессоров обеспечивается делением процесса сжатия газов на несколько ступеней; устройством систем охлаждения газа на каждой ступени сжатия; установкой защитного клапана на нагнетательной линии за компрессором; автоматическим контролем и регулированием температуры сжимаемого газа путем изменения расхода охлаждающей жидкости, подаваемой в холодильники; автоматической системой блокирования, которая обеспечивает отключение компрессора в случае увеличения давления или температуры газа в нагнетательных линиях; очисткой теплообменной поверхности холодильников и внутренних поверхностей трубопроводов от нагаромасляных отложений.
Предотвращение образования источников зажигания при тепловых проявлениях химических реакций
Для предотвращения зажигания горючих веществ в результате химического взаимодействия при контакте с окислителем, водой необходимо знать, во-первых, причины, которые могут привести к такому взаимодействию, во-вторых, химию процессов самовоспламенения и самовозгорания. Знание причин и условий образования опасных тепловых проявлений химических реакций позволяет разрабатывать эффективные противопожарные мероприятия, которые исключают их появление. Поэтому основными противопожарными мероприятиями, которые предупреждают опасные тепловые проявления химических реакций являются:
Надежная герметичность аппаратов, которая исключает контакт веществ, нагретых выше температуры самовоспламенения, а также веществ с низкой температурой самовозгорания с воздухом;
Профилактика самовозгорания веществ путем снижения скорости протекания химических реакций и биологических процессов, а также устранение условий аккумуляции тепла;
Снижение скорости протекания химических реакций и биологических процессов осуществляют разнообразными методами: ограничением влажности при хранении веществ и материалов; снижение температуры хранения веществ и материалов (например зерна, комбикормов) путем искусственного охлаждения; хранение веществ в среде с пониженным содержанием кислорода; уменьшение удельной поверхности контакта самовоспламеняющихся веществ с воздухом (брикетирования, гранулирования порошковидных веществ); применение антиокислителей и консервантов (хранение комбикормов); устранение контакта с воздухом и химически активными веществами (перекисними соединениями, кислотами, щелочами и т.п.) путем раздельного хранения самовоспламеняющихся веществ в герметичной таре.
Зная геометрические размеры штабеля и начальную температуру вещества, можно определить безопасный период их хранения.
Устранение условий аккумуляции тепла осуществляется следующим способом:
ограничением размеров штабелей, караванов или куч хранимого вещества;
активным вентилированием воздуха (сена и других волокнистых растительных материалов);
периодическим перемешиванием веществ при их продолжительном хранении;
снижением интенсивности образования горючих отложений в технологическом оборудовании с помощью улавливающих устройств;
периодической очисткой технологического оборудования от самовоспламеняющихся горючих отложений;
Предупреждение воспламенения веществ при контакте друг с другом. Пожары от воспламенения веществ при контакте друг с другом предупреждают раздельным складированием, а также устранением причин их аварийного выхода из аппаратов и трубопроводов.
Исключение воспламенения веществ в результате саморазложения при нагревании или механическом воздействии. Предупреждение воспламенения веществ, предрасположенных к взрывному разложению, обеспечивают путем защиты от нагревания до критических температур, механических воздействий (ударов, трения, давления и т.п.).
Профилактика возникновения источников зажигания от тепловых проявлений электрической энергии
Предупреждение опасных тепловых проявлений электрической энергии обеспечивается:
правильным выбором уровня и вида взрывозащиты электродвигателей и аппаратов управления, другого электрического и вспомогательного оборудования в соответствии с классом пожаро- или взрывоопасности зоны, категории и группы взрывоопасной смеси;
периодическое проведение испытаний сопротивления изоляции электросетей и электрических машин в соответствии с графиком планово-предупредительного ремонта;
защита электрооборудования от токов короткого замыкания (КЗ) (применение быстродействующих предохранителей или автоматических выключателей);
предупреждение технологической перегрузки машин и аппаратов;
предупреждение больших переходных сопротивлений путем систематического обзора и ремонта контактной части электрооборудования;
исключение разрядов статического электричества путем заземления технологического оборудования, повышением влажности воздуха или применением антистатических примесей в наиболее вероятных местах генерирования зарядов, ионизация среды в аппаратах и ограничение скорости движения жидкостей, которые электризуются;
защита зданий, сооружений, отдельно стоящих аппаратов от прямых ударов молнии молниеотводами и защитой от вторичных ее воздействий.
Не следует пренебрегать мерами пожарной пофилактики на предприятиях. Так как любые сэкономленные средства на противопожарной защите будут несоизмеримо малы в сравнении с убытками от пожара, возникшего по этой причине.
Вывод по занятию:
Исключение воздействия источника зажигания на вещества и материалы является одним из основных мероприятий исключающим возникновение пожара. На тех объектах где не удается исключить пожарную нагрузку, особое внимание уделяется исключению источника зажигания.
(инициаторов горения)
Внутренние (скрытые) источники тепловой энергии – окислительные экзотермические реакции, приводящие к самовозгоранию (самовоспламенению). Воспламенение (загорание) произойдет, если время теплового воздействия внешнего или внутреннего источника теплоты на горючую смесь будет не менее периода, необходимого для развития реакции с формированием фронта пламени, способного к дальнейшему самопроизвольному распространению.
Пути и скорость распространения пламени и развития пожара определяются видом технологического процесса, агрегатным состоянием горючих материалов, размерами производства, техническим состоянием оборудования, уровнем и надежностью противопожарной защиты т.д. и т.п. Это 3-ий фактор ПО, который в каждом отдельном случае требует специального анализа и конкретизации.
2.4. В течение 12-13 мин. преподаватель дает пояснения об образовании горючей среды и технических решения по предупреждению возникновения этой опасности в различных аппаратах, в производственных помещениях и на открытых технологических площадках, где обращаются горючие жидкости, газы или твердыми материалы (пыль, порошки, волокна).
Различные технологические аппараты с пожаровзрывоопасными веществами при определенных условиях могут явиться местом возникновения пожара или взрыва. Для выявления возможности возникновения горения внутри технологического оборудования необходимо, прежде всего, оценить возможность образования в нем горючей среды.
Для оценки возможности образования горючей среды внутри технологического оборудования необходимо знать основные режимные параметры (рабочую температуру, давление, концентрацию и др.). Эти данные содержатся в технологической документации и являются определяющими при оценке возможности образования горючей среды. К технологической документации относятся технологическая часть проекта (на стадии проектирования производства) и технологический регламент (на стадии эксплуатации производства).
Условия образования горючей среды в аппаратах с веществами различного агрегатного состояния (газ, жидкость, твердое – пыль, порошок, волокно) несколько отличаются и в каждом отдельном случае имеют свои особенности, которые вы рассмотрите на практических занятиях и семинаре.
В закрытых аппаратах с жидкостями горючая среда может образоваться только в том случае, когда над поверхностью (зеркалом) жидкости имеется свободный объем. Сам факт и скорость образования ГС будет зависеть от наличия в этом пространстве окислителя (например, кислород воздуха), от вида (ЛВЖ или ГЖ) и физико-химических свойств жидкости, условий проведения технологического процесса.
Наличие над зеркалом жидкости свободного пространства является необходимым, но не достаточным условием для образования горючей среды. Достаточным условием является уровень концентрации паров, находящийся в концентрационных пределах РП, т.е.
Для аппаратов с неподвижным уровнем жидкости (например, для аппаратов непрерывного действия) оценка возможности образования горючей среды может быть сделана по температуре. При этом, необходимо чтобы рабочая температура жидкости t р была соизмерима со значениями температурных пределов распространения пламени и выполнялось условие:
. (2.2)
Итак, возможность образования горючей среды в закрытых аппаратах с ГЖ и ЛВЖ может быть оценена путем:
Проверки наличия над зеркалом жидкости свободного паровоздушного объема;
Сравнения рабочей концентрации паров жидкости с концентрационными пределами воспламенения;
Сравнения рабочей температуры жидкости в аппарате со значениями температурных пределов воспламенения.
Основными направлениями защиты от образования горючей среды в аппаратах с горючими и легковоспламеняющимися жидкостями являются:
1. Ликвидация свободного паровоздушного объема одним из следующих способов:
· полное заполнение аппаратов жидкостью;
· хранение горючих и легковоспламеняющихся жидкостей под защитным слоем специальных ПАВ или устройств (плавающая крыша, понтон и др.);
· применение резинотканевых резервуаров.
2. Обеспечение безопасного температурного режима работы аппаратов , то есть поддержание рабочей температуры t р ниже нижнего или выше верхнего температурных пределов воспламенения (с учетом коэффициентов безопасности):
(t н - 10) ³ t р ³ (t в + 15). (2.3)
3. Использование негорючих (инертных) газов для заполнения свободного пространства аппаратов и передавливания горючих жидкостей.
4. Применение систем соединяющих между собой паровоздушные пространства различных емкостных аппаратов , позволяющих снизить концентрацию кислорода в паровоздушной смеси менее 16 % об., когда горение паров становится невозможным.
Аппараты с газами . Такие аппараты всегда находятся под избыточным давлением, поэтому поступление воздуха в них невозможно, а, следовательно, невозможно и образование горючей среды.
Для предупреждения образования горючей среды внутри аппаратов с ГГ необходимо предусматривать следующие мероприятия и технические решения:
· поддерживать рабочую концентрацию горючего газа в смеси с окислителем за пределами области воспламенения, то есть ниже нижнего и выше верхнего пределов распространения пламени;
· применять системы автоматической подачи негорючих (инертных) газов в объем аппаратов для разбавления (флегматизации) горючей смеси.
· обеспечивать непрерывный автоматический контроль и сигнализацию об опасности содержания в ГГ окислителя или же горючего газа в окислителе.
· предусматривать системы автоматической блокировки, обеспечивающие прекращение подачи одного из компонентов горючей смеси, а в некоторых случаях сразу двух компонентов, при опасных отклонениях концентрации от рабочих параметров.
В технологическом оборудовании с твердыми горючими веществами и материалами горючая среда может образоваться при тепловом воздействии на них, в результате их самонагревания, при механической обработке до пылевидного состояния или получения волокон, порошка и т.п.
Сами твердые горючие вещества и материалы не способны образовывать в смеси с воздухом горючую среду. Если же их нагреть до некоторых критических температур, то может начаться процесс разложения с выделением летучих. Так, в процессе пиролиза древесины при температурах 150 - 275 о С происходит ее разложение менее с выделением окиси углерода, уксусной кислоты, метана, водорода и других газообразных веществ. Выделяющиеся продукты разложения в среде окислителя при определенных условиях могут образовывать горючую смесь. В таких случаях оценку возможности образования горючей среды в технологическом оборудовании производят, как и в случае с ЛВЖ, ГЖ или ГГ, по условию (2.1).
Основными мерами защиты от образования горючей среды в аппаратах с твердыми горючими веществами и материалами, которые подвергаются тепловому воздействию или склонны к самонагреванию, являются:
· применение систем автоматического контроля за температурой материала и температурой в аппарате;
· применение систем автоматического регулирования температуры в аппаратах;
· применение систем автоматического контроля концентрации горючих продуктов термического разложения в аппарате.
· применение систем автоматической подачи негорючих (инертных) газов в объем аппаратов для разбавления горючей смеси.
Технологические аппараты с горючими пылями (порошками, волокнами) характеризуются значительной пожарной опасностью. При работе мельниц, дробилок, хлопковых разрыхлителей, центробежных классификаторов, систем пневмотранспорта образуется очень большое количество пыли. Пыль в таких аппаратах может находиться во взвешенном состоянии (аэрозоль) и в осевшем состоянии (аэрогель). В первом случае пожарная опасность пылей рассматривается как для газов и паров, во втором случае ― как для твердых веществ и материалов.
Повышенную опасность для технологического оборудования представляет осевшая пыль. Обладая развитой поверхностью контакта с окислителем, она в отложившемся состоянии может самовозгораться, а при взвихрении образовывать горючую концентрацию. Это обстоятельство обуславливает характерную особенность циклического протекания пылевых взрывов. Сначала, как правило, происходит первичный взрыв (вспышка) небольшой мощности в локальной зоне технологического оборудования. Образующаяся при этом взрывная волна приводит к взвихрению оставшейся пыли и образованию горючей пылевоздушной смеси в значительно большем объеме. Происходит повторный взрыв, который часто приводит к разрушению оборудования и образованию горючей концентрации уже в объеме производственного цеха. Мощность последнего взрыва может оказаться достаточной для разрушения всего здания, в котором размещается производство. Такое развитие событий характерно для аварийных ситуаций на зернофабриках, мукомольных заводах и элеваторах,
Для предупреждения образования горючей среды внутри технологического оборудования с горючими пылями (порошками, волокнами) необходимо предусматривать следующие мероприятия и технические решения:
1. Применять, по возможности, менее пылящие технологические процессы (мокрые способы обработки, измельчение с увлажнением, вибрационный помол).
2. Использовать инертные газы или минеральные (неорганические) пыли для разбавления (флегматизации) пылевоздушного пространства аппаратов.
3. Применять инертные газы для пневматической транспортировки
взрывоопасных пылей.
4. Оборудовать системы аспирации (местные отсосы) у пылящего технологического оборудования.
· Исключать возможность оседания горючей пыли на внутренних поверхностях аппаратов и трубопроводов.
5. Оборудовать аппараты и трубопроводы специальными лючками, обеспечивающими доступ для очистки внутренних поверхностей от отложений пыли.
В производственных помещениях и на открытых технологических площадках горючие паро-, газо- и пылевоздушные смеси образуются в двух случаях:
1. При выходе горючих веществ из нормально действующих технологических аппаратов, что, как правило, допускается технологическим регламентом.
2. При выходе горючих веществ из поврежденного по каким-либо причинам технологического оборудования (аварийная ситуация).
При нормальных режимах работы оборудования горючая среда на технологических участках может образовываться в том случае, если по условиям технологии применяются:
Аппараты с открытой поверхностью испарения (окрасочные ванны, ванны для пропитки изделий, ванны для промывки и обезжиривания деталей, закалочные ванны и т. п.). Горючая концентрация паров жидкости в смеси с воздухом над поверхностью таких аппаратов будет образовываться когда рабочая температура жидкости t р выше ее температуры вспышки:
(2.5)
Для предупреждения образования горючей среды при использовании аппаратов с открытой поверхностью испарения необходимо предусматривать следующие мероприятия и технические решения:
· использовать по возможности закрытые (герметичные) аппараты;
· заменять ЛВЖ и ГЖ на пожаробезопасные жидкости и составы;
· поддерживать рабочую температуру горючей жидкости ниже температуры вспышки (с учетом коэффициента безопасности):
t р < (t всп – 10) (2.6)
· производить выбор наиболее рациональной формы открытого аппарата, позволяющей иметь минимальную величину поверхности испарения;
· использовать системы местных отсосов или улавливания выделяющихся при испарении паров жидкости непосредственно у аппаратов.
Аппараты с дыхательными устройствами. Данные аппараты представляют собой закрытые емкости, внутренний объем которых сообщается с окружающей средой через дыхательные устройства (дыхательные трубы, клапана и т.п.). К таким аппаратам относятся резервуары, мерники, дозаторы и другие емкости, работа которых по условиям технологии требует изменения уровня жидкости (демонстрация слайда 10).
Лектор поясняет рисунок. Слайд остается на экране до демонстрации следующего по тексту слайда:
Слайд 10. Схема большого дыхания резервуара:
а – до начала заполнения; б – в период заполнения; 1- наполнительная линия; 2 – корпус; 3 – дыхательный клапан; 4 – уровень жидкости; 5 – расходная линия.
На практике различают малое и большое дыхание аппаратов. Под большим дыханием понимается вытеснение паров наружу или подсос воздуха внутрь аппарата при изменении в нем уровня жидкости (при наполнении и опорожнении). Под малым дыханием понимается вытеснение паров наружу или подсос воздуха внутрь аппарата при изменении температуры в его газовом пространстве. При этом уровень жидкости остается неизменным. Образование горючей среды у дыхательных устройств возможно, если рабочая температура жидкости в аппарате больше или равна НТПР:
(3.7)
В этих случаях для предупреждения образования горючей среды снаружи аппаратов необходимо:
· герметизация внутреннего объема аппаратов путем установки специальных дыхательных клапанов;
· применение газоуравнительных систем, соединяющих между собой паровоздушные объемы различных емкостных аппаратов, за счет чего исключается выход паров в окружающее пространство;
· устройство систем улавливания и утилизации вытесняемых через дыхательные устройства паров (адсорбционные, абсорбционные, холодильные и другие установки);
· применение плавающих крыш и понтонов;
· снижение количества выбросов от малых дыханий, возникающих вследствие нагрева аппаратов от солнечной радиации (окраска аппаратов в светлые тона, орошение, устройство теплоизоляции);
· вывод дыхательных труб за пределы помещения.
Аппараты, периодически открываемые для выгрузки и загрузки веществ. Оценка возможности образования горючей среды в объеме помещений или локальных зонах в таких случаев может быть произведена путем сравнения фактической концентрации горючих веществ j ф со значением нижнего концентрационного предела распространения пламени j н. Горючая среда будет образовываться, если выполняется условие:
(2.8)
Для предотвращения образования горючей среды вследствие эксплуатации аппаратов периодического действия на практике необходимо предусматривать следующие меры:
· заменять по возможности аппараты периодического действия на герметичные аппараты непрерывного действия;
· максимально герметизировать загрузочные и разгрузочные устройства аппаратов;
· предусматривать системы местных отсосов горючих газов, паров и пылей у мест их сосредоточенного выхода из аппаратов (открываемые крышки, люки для взятия проб и т.п.).
Герметичные аппараты, работающие под избыточным давлением. При эксплуатации таких аппаратов даже при их исправном состоянии могут происходить небольшие утечки горючих веществ через прокладки, швы, разъемные соединения, уплотнения валов, плунжеров и т.п. Причины нарушения герметичности запланировано разобрать на практических занятиях для конкретных аппаратов и процессов.
Для уменьшения количества утечек при эксплуатации герметичных аппаратов необходимо:
· применять сварку, пайку и развальцовку для неразъемных соединений;
· использовать легкодеформируемые и износоустойчивые прокладочные материалы (фибру, резину, асбест, паронит и т.п.) для разъемных соединений;
· применять по возможности вместо сальниковых уплотнений торцевые уплотнения;
· оборудовать местные отсосы у мест установки сальниковых уплотнений;
· проводить проверку технологического оборудования на герметичность перед пуском, после ремонта, обслуживания, длительного простоя, а также через определенные периоды эксплуатации, оговоренные технологической инструкцией.
Наибольшую пожарную опасность технологическое оборудование представляет в случае аварийных ситуаций , когда нарушается его нормальный режим работы и происходит повреждение аппаратов и коммуникаций . Вероятность возникновения аварийных и чрезвычайных ситуаций связанных с пожарами или приводящих к ним на промышленных объектах будет сведена в будущем к минимуму, если Вы отнесетесь с пониманием и ответственностью к изучению дисциплины ПБТП в совокупности с другими предметами курса подготовки инженеров пожарной безопасности.
Таким образом, пожарная безопасность технологических процессов определяется свойствами горючей среды (фактор-1), особенностями источников воспламенения (фактор-2) и путями распространения пожара (фактор-3). Для инженерных решений по обеспечению ПБ производства необходимо:
Знать и понимать сущность процессов, происходящих в тех или иных аппаратах, принцип их работы;
Уметь предвидеть причины, которые могут привести к разрушению оборудования;
Знать способы и приемы, позволяющие устранить нежелательные явления.
Задача курса «Пожарная безопасность технологических процессов» - научить видеть и предвидеть возможные пожаровзрывоопасные ситуации. Однако просто видеть и понимать суть происходящих явлений недостаточно, необходимо уметь управлять ими, принимать правильные решения. Только в этом случае может состояться специалист в области пожарной безопасности.
Подробно этот предмет Вы будете изучать на 4-5 курсах, но базой для его успешного освоения помимо данной лекции и вводных практических занятий являются фундаментальные дисциплины: химия, физика, математика; специальные дисциплины: теоретические основы процессов горения, термодинамика и теплопередача, гидравлика, пожарная тактика и др. Добросовестное их изучение – залог успешного освоения курса ПБТП.
