Анализ пожарной опасности цеха окраски изделий с краскоприготовительным отделением

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ПО ДЕЛАМ ГРАЖДАНСКОЙ ОБОРОНЫ, ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ И ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ СТИХИЙНЫХ БЕДСТВИЙ

Академия Государственной противопожарной службы

Кафедра: "Пожарная безопасность технологических процессов"

Дисциплина "Пожарная безопасность технологических процессов"

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

"Анализ пожарной опасности цеха окраски изделий с краскоприготовительным отделением"

Выполнил:

слушатель 6-го "Б" курса ИЗиДО

ШтайгерА.А.

Москва 2011

Содержание

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 пожаровзрывоопасности среды внутри аппарата при их нормальной работе

2.3 Пожаровзрывоопасность аппаратов, при эксплуатации которых возможен выход горючих веществ наружу без повреждения их конструкций

2.4 Анализ возможных причин повреждения аппаратов, разработка необходимых средств защиты

2.5 Анализ возможности появления характерных технологических источников зажигания

2.6 Возможные пути распространения пожара

3. Расчет категории производственного помещения по взрывоопасной и пожарной опасности

Заключение

Литература

пожаровзрывоопасный горючий производственный помещение

Исходные данные.

Основные характеристики оборудования

Таблица 1

Позиция на рис.1	Наименование аппаратов	Режим работы	Размеры
		Р, МПа	t, 0С	d или l, м	h, м
1	Насос подачи растворителя	0,25	20	-	-
2	Мерники растворителя	-	20	1	2
3	Смесители-растворители	0,11	50	1,5	2
4	Бункер полуфабриката	-	40	1	2
5	Насос подачи краски	0,3	60	-	-
6	Фильтр	-	-	-	-
7	Баки готовой краски	0,11	50	1,5	3
8	Насос циркуляционный	0,8	50	-	-
9	Кольцевая линия	0,6	40	0,1	-
10	Конвейер	-	-	-	-
11	Сушилка подготовленных для окраски изделий	-	-	-	-
12	Камера очистки деталей	-	-	-	-
13	Загрузочная площадка	-	-	-	-
14	Разгрузочная площадка окрашенных изделий	-	-	-	-
15	Сушильная камера	-	80	4?3	10
16	Теплоизлучающие панели	-	300	-	-
17	Окрасочная камера	-	20	5?3,5	2,5
18	Резиновые шланги краски	0,4	40	0,2	10
19	Водяная завеса для улавливания частиц краски	-	-	-	-
20	Вентиляционная камера	-	-	-	-

Таблица 2

Смеситель-растворитель с мешалкой и водяным обогревом.
Защита дыхательных линий	ОП (огнепреградитель)
Насос центробежный циркуляционный
Диаметр линии, мм	75
Вид сальниковых уплотнений	ТУ
Диаметр вала, мм	40
Производительность, л/мин	60
Окрасочная камера пульверизационная на два рабочих места
Диаметр шланга, мм	16
Давление краски, МПа	0,5
Производительность распыления, л/мин	25
Кратность вентиляции, 1/ч	20
Улавливание краски	ВЗ (водяная завеса)
Помещение цеха
Длина?ширина?высота, м	95?20?12
Скорость воздуха, м/с	0,2
Кратность вентиляции, 1/ч	2
Расстояние до задвижек, м	6
Привод задвижек	Ручной
Ограничение растекания краски, % от площади пола	Нет

1. Краткое описание технологического процесса

Окрасочный цех автомобилестроительного завода предназначен для окраски и сушки металлических деталей машин. Перед окраской поверхность окрашиваемых деталей очищают от ржавчины и обезжиривают. Необходимое количество лакокрасочного материала приготовляется в краскоприготовительном отделении цеха путем разбавления полуфабриката соответствующим растворителем.

Для окраски автомобильных деталей используется лакокрасочный материал, представляющий собой раствор нитроклетчатки и глифталевой смолы в ацетоне. Ниже приведена схема (рис.1) и дано описание технологического процесса для цеха окраски автомобильных деталей.

Рис. 1. Процесс окраски изделий:

а - принципиальная технологическая схема;

б - план и разрез цеха.

Процесс приготовления краски.

В настоящее время для лакокрасочных покрытий применяются лакокрасочные материалы (ЛКМ) в трех разновидностях: составы, содержащие летучие компоненты (органические растворители и вода); составы, не содержащие летучих компонентов, изготовляемые на основе жидких мономеров, полимеров и наносимые в состоянии расплава; порошковые. Более 90% промышленных лаков и красок содержат растворители, поэтому основное внимание будет уделено рассмотрению этих ЛКМ. Исходными веществами для получения ЛКМ являются: пленкообразователи (создают на изделиях тонкую и плотную защитную пленку), растворители и разбавители, пигменты (придают нужную окраску), наполнители, сиккативы (ускоряют сушку).

В краскоприготовительном отделении цеха насосом 1 подается необходимое количество растворителя, которое отмеривается мерником 2 и сливается в лопастный аппарат-растворитель 3. Одновременно в растворитель 3 из бункера 4 подается полуфабрикат краски, состоящий из 70% смолы и 30% растворителя.

В аппарате 3 при непрерывной работе мешалки и при подогреве его горячей водой происходит растворение и разбавление полуфабриката до требуемого готового состава краски. В состав краски входит 20% смолы и 80% растворителя. Приготовленная краска из аппарата 3 забирается центробежным насосом 5, продавливается для очистки от твердых частиц через фильтр 6 и поступает в расходные емкости 7. Из емкостей 7 краска непрерывно циркулирует за счет насосов 8 по кольцевой линии 9 до окрасочной камеры 17 и обратно.

Процесс окраски и сушки деталей.

Подлежащие окраске металлические детали поступают из соседних цехов на площадку 13 (рис. 1б) цеха окраски. Здесь детали навешивают на конвейер 10, и он доставляет их в камеру 12 для механической и химической очистки от грязи и ржавчины и для обезжиривания. Химическая очистка осуществляется слабыми водными растворами фосфорной кислоты и ПАВ (поверхностно-активных веществ). После очистки и промывки деталей водой конвейер доставляет их для сушки в камеру 11. Очищенные и высушенные детали поступают в окрасочную камеру 17 через открытые проемы в торцевых стенах. Камера имеет два рабочих места для окраски изделий пульверизатором. К каждому пульверизатору по гибкому рукаву 18 подводится краска от циркуляционного кольца 9, а по отдельному рукаву - сжатый воздух. Окрасочная камера имеет вытяжную вентиляцию. Отсасываемый воздух при выходе из камеры очищается от частичек краски, проходя через гидрофильтр.

Стены окрасочной камеры очищаются от осевшей краски медными скребками раз в неделю, пол - после каждой рабочей смены. После окраски детали поступают на сушку в сушильную камеру 15. Сушильная камера терморадиационного типа с электро- или газообогревательными панелями 16. Максимальная температура обогреваемой поверхности панели в камере автомобилестроительного завода - 300 ⁰С. Сушильная камера имеет вытяжную вентиляцию. При сушке окрашенной поверхности автомобильных деталей выделяются пары ацетона. Высушенные детали конвейером подаются на разгрузочную площадку 14 и далее отвозятся тележками в сборочные цехи.

Достоинство способа окраски путем распыления ЛКМ в том, что он позволяет окрашивать поверхности самых различных конфигураций. Вместе с тем он имеет ряд существенных недостатков: 1) большой расход лакокрасочных материалов из-за образования тумана и неполного попадания краски на окрашиваемую поверхность; 2) большая пожароопасность процесса из-за возможности образования горючих смесей паров растворителей с воздухом внутри окрасочных камер, воздуховодов и в прилегающих помещениях; 3) высокая вредность среды.

Пожарная опасность процессов окраски обусловлена свойствами применяемых лакокрасочных материалов, в составе которых находится от 50...60% до 70...80% легковоспламеняющихся растворителей, большим количеством образующихся при испарении растворителей паров, наличием источников зажигания и разветвленных путей распространения начавшегося пожара.

Важнейшей мерой против образования горючей среды является устройство вентиляции с целью отсоса паров из мест окраски изделий.

Важным направлением по уменьшению пожарной опасности процессов окраски является замена легковоспламеняющихся и горючих растворителей, пленкообразователей и лаков на пожаробезопасные.

Специфическими источниками зажигания в процессах окраски являются искры удара и самовозгорание отходов, в состав которых входят нитролаки, льняное масло, эмаль, а также самовозгорание отложений лакокрасочных материалов в воздуховодах. Поэтому профилактическими мероприятиями предусматривается: 1) удаление из помещений отходов лакокрасочных материалов; 2) очищение воздуховодов от отложений лакокрасочных материалов; 3) контроль за исправностью оборудования; отсутствие искр удара и трения при работе вентиляторов и при пользовании инструментом.

В окрасочных цехах возникший пожар может получить быстрое распространение и развитие. Этому способствует:

наличие большого количества горючего окрасочного материала;

горючесть самих окрашенных изделий, по которым может распространиться горение;

вентиляционная система, по которой пламя может распространиться в смежные цеха и этажи.

Поэтому мерами пожарной профилактики предусматривается:

ограничение количества горючих материалов и веществ, находящихся непосредственно в окрасочных цехах;

прокладка вентиляционных воздуховодов по кратчайшему пути непосредственно наружу или в очистительные устройства;

устройство огнепреградителей и огнезадерживающих заслонок, особенно на ответвлениях от кабин и агрегатов;

очистка кабин от отходов, а воздуховодов от отложений лакокрасочных материалов.

Особенность пожарной опасности терморадиационных сушилок состоит в том, что воздействие лучистого тепла может привести к самовоспламенению материалов, подвергаемых сушке, или вызвать развитие процессов теплового самовозгорания отходов и горючих отложений. Перегрев и воспламенение горючих материалов может иметь место в следующих случаях: в результате применения ламп большой мощности или подачи большего количества топлива в газовые горелки; при остановке конвейера (при работающих нагревателях); при уменьшении расстояния между излучателями и высушиваемым материалом.

В качестве мер пожарной профилактики при использовании, данных сушилок предусматривается:

автоматический контроль за температурным режимом (контролируется температура уходящих газов и поверхностей излучателей);

автоматическое регулирование подачи топлива (или напряжения) при изменении температуры в сушильных камерах;

соблюдение безопасных расстояний между излучателями и высушиваемым материалом;

исключение повреждения ламп и попадания раскаленных спиралей и стекол электроламп на высушиваемый материал (контроль за состоянием ламп, регулярная замена неисправных на новые, использование устройств для охлаждения контактов и цоколей ламп);

исключение попадания раскаленных кусочков керамики на сгораемый материал (безопасное расположение панелей, контроль за состоянием их поверхностей).

2. Анализ пожарной опасности технологического процесса

2.1 Анализ пожаровзрывоопасных свойств веществ обращающихся в производстве

В производстве обращаются взрывопожароопасные вещества, которые при выходе из аппаратов могут образовывать с воздухом взрывоопасные смеси, а именно:

· глифталевая смола;

· ацетон.

Глифталевая смола - легковоспламеняющаяся жидкость.

· состав, % (масс): нелетучие 42,8, ксилол 57,2;

· температура вспышки 16°С;

· температура воспламенения 17°С;

· температура самовоспламенения 454°С;

· температурные пределы распространения пламени: нижний 26°С, верхний 51°С.

Средства тушения: воздушно-механическая пена средней кратности (интенсивность 0,08 л/(м²·с), СО₂ (0,7 кг/м³), порошок ПСБ-3 (0,66 кг/м²). При крупных проливах целесообразно использовать пену, порошок ПСБ-3; в помещениях - объемное тушение; небольшие очаги - ПСБ, СО₂.

Ацетон, 2-пропанон, диметилкетон, С₃Н₆О - бесцветная, легкоподвижная, летучая, легковоспламеняющаяся жидкость с характерным запахом. Он полностью смешивается с водой и большинством органических растворителей. Не образует азеотропной смеси с водой. Ацетон хорошо растворяет многие органические вещества (ацетилцеллюлозу и нитроцеллюлозу, жиры, воск, резину и др.), а также ряд солей (хлорид кальция, иодид калия).

Разлитая жидкость выделяет воспламеняющие пары, которые образуют с воздухом взрывоопасные смеси. Пары ацетона легче воздуха. Емкости могут взрываться при нагревании. В порожних емкостях образуются взрывоопасные смеси.

Физико-химические свойства:

· бесцветная жидкость;

· молярная масса 58,08;

· плотность 789,9 кг/м³ при температуре 25 ^оС;

· температура плавления -95,35 ^оС;

· температура кипения 56,5 ^оС;

· коэффициент диффузии пара в воздухе 0,109 см²\с при 0 ^оС;

· теплота сгорания 1821,38 кДж\моль;

· теплота образования 217,57 кДж\моль;

· растворимость в воде неограниченная.

Пожароопасные свойства:

· легковоспламеняющаяся жидкость;

· температура вспышки -18 ^оС (з.т.), -9 ^оС (о.т.);

· температура воспламенения -5 ^оС;

· температура самовоспламенения 535 ?С в воздухе, 485 ?С в кислороде, 325 ?С в хлоре;

· концентрационные пределы распространения пламени 2,7-13 % (об.);

· температурные пределы распространения пламени: нижний -20 ^оС, верхний 6 ^оС;

· минимальная энергия зажигания 0,41 МДж при 25 °С;

· максимальное давление взрыва 572 кПа при концентрации паров 6% (об.);

· максимальная скорость нарастания давления 13,8 МПа\с;

· максимальное взрывоопасное содержание кислорода 11,9% (об.) при разбавлении паровоздушной смеси азотом и 14,9% (об.) при разбавлении диоксидом углерода;

· минимальная флегматизационная концентрация: азота 41% (об.), диоксида углерода 28% (об.);

· адиабатическая температура горения 1665 К;

· нормальная скорость распространения пламени 0,44 м/с при 25 °С;

· скорость выгорания 5,96·10^-2 кг\м²·с;

· предельно-допустимая концентрация в воздухе производственной зоны 200 мг/м³;

· кислородный индекс 16% (об.);

· безопасный экспериментальный максимальный зазор (БЭМЗ) 1,04 мм.

Водные растворы ацетона пожароопасны. Ацетон отличается способностью при горении на открытой поверхности прогреваться в глубину, образуя все возрастающий гомотермический слой.

Средства тушения: вода (интенсивность 0,25 л/(м²·с), СО₂ (0,7 кг/м³), порошок ПСБ-3 (0,66 кг/м²). При крупных проливах целесообразно использовать распыленную воду, пену, порошок ПСБ-3; в помещениях - объемное тушение; небольшие очаги - СО₂, вода.

Наибольшую опасность представляет легковоспламеняющаяся жидкость - ацетон, так как имеет самую низкую температуры вспышки - 18?С, и его пары выделяются при сушке деталей.

2.2 Оценка пожаровзрывоопасности среды внутри аппарата при их нормальной работе

Внутри технологического оборудования при нормальных условиях для образования взрывоопасных концентраций должны выполняться два условия:

· наличие паровоздушного пространства;

· наличие жидкости при температуре, лежащей в интервале температурных пределов воспламенения:

,

где t_раб - рабочая температура жидкости в аппарате, 0С,

t_нпрп, t_впрп - соответственно нижний и верхний температурные пределы распространения пламени.

Для проверки условий образования взрывоопасных концентраций в аппаратах составляем таблицу 1.

Таблица 1. Оценка пожаровзрывоопасности среды внутри аппаратов.

№п/п	Наименование аппарата и вид жидкости	Наличие паровоздушного пространства	Рабочая температура, оС	Температурные пределы воспламенения	Заключение о горючести среды в аппарате
				tн оС	tв оС
1	2	3	4	5	6	8
1	Смеситель-растворитель	да	50	-20 26	6 51	Образуется ВОС, т.к. .
2	Насос центробежный циркуляционный	нет	50	-20 26	6 51	Пожарная опасность отсутствует, т.к. ВОС не образуется (отсутствует паровоздушное пространство).
3	Окрасочная камера	да	20	-20 26	6 51	Пожарная опасность отсутствует, т.к. .

Примечание к таблице №1: температурные пределы растворителя (ацетона) и глифталевой смолы взяты из описания технологического процесса и составляют: Т_нпв = -20 °С, Т_впв = 6 °С для первого и Т_нпв = 26 °С, Т_впв = 51 °С для второго вещества соответственно.

Из проведенного анализа делаем вывод, что при нормальном режиме работы в некоторых аппаратах данного технологического процесса образуется паровоздушное пространство, и возможность образования горючей среды существует, а именно, в смесителе-растворителе и в окрасочной камере.

Оценим взрывоопасные концентрации в аппаратах с горючими жидкостями путем сравнения их действительных концентраций с концентрационными пределами распространения пламени:

,

где ц_р - действительная (рабочая) концентрация горючего вещества, об. доли;

ц_н и ц_в - соответственно нижний и верхний концентрационные пределы распространения пламени при рабочей температуре, об. доли (% об. или кг/м³).

Определить значения величин ц_н и ц_в при температуре отличной от 25 ⁰С, можно по формулам:

,

,

где t_р - температура среды в аппарате, ⁰С.

Концентрационные пределы распространения пламени паровых смесей, состоящих из горючих и негорючих компонентов, оценивают по формуле:

,

где - концентрационный предел распространения пламени (нижний или верхний) смеси, об. доли;

- объемная доля 1-го горючего компонента в смеси;

- концентрационный предел распространения пламени (нижний или верхний) i-го компонента, об. доли;

- количество горючих компонентов в смеси.

Внутри смесителя-растворителя происходит растворение и разбавление полуфабриката при температуре 50 ?С. В состав горючего вещества входят: ацетон - 80 %, глифталевая смола - 20% (нелетучие 42,8%, ксилол 57,2%).

Найдем концентрацию паров в аппарате.

Относительное объемное содержание компонентов в смеси: ацетон 80 %, глифталевая смола - 20 %, в т.ч. 11,44 % ксилола.

Подсчитаем концентрационные пределы распространения пламени для глифталевой смолы:

· для ксилола при температуре 25 ⁰С - об. доли; об. доли.

об. доли;

об. доли.

Найдем концентрационные пределы для краски в смесителе:

об. доли;

об. доли.

Так как температура в аппарате составляет 50 ?С, пересчитаем концентрационные пределы с учетом температуры:

об. доли;

об. доли.

Взрывобезопасные условия эксплуатации аппаратов с перегретыми парами определяют из выражений:

Или

.

об. доли,

Или

об. доли.

Необходимо эксплуатировать данные аппараты выше или ниже концентрационных пределов распространения пламени.

В аппаратах с нагретыми жидкостями концентрация паров близка к насыщенной, т.е. . Здесь - концентрация насыщенного пара при рабочей температуре жидкости, определяемая по формуле:

где - давление насыщенного пара жидкости при рабочей температуре, Па;

- рабочее давление паровоздушной смеси в аппарате.

В аппаратах со смесями давление насыщенных паров компонентов над раствором определяют по закону Рауля (для идеальных растворов):

,

где - парциальное давление i-го компонентов над раствором, Па;

- давление насыщенного пара чистого i-го компонента при данной температуре, Па;

- мольная доля i-го компонента в растворе.

Для ацетона Па при Т=323 К (приложение 2 табл. 1 [6]).

Для ксилола Па при Т = 327,6 К (приложение табл. 2 [8]);

Па при Т = 313,2 К.

Па.

Относительное массовое содержание компонентов в растворе и мольные доли компонентов для бинарных растворов производим по формулам:

;

.

Для ацетона:

;

.

Для ксилола:

;

.

Тогда:

Па;

Па.

Суммарное давление насыщенного пара над раствором:

Па.

Концентрация насыщенного пара над раствором:

об. доли.

Вывод: так как , то взрывоопасная концентрация смеси в смесителе-растворителе не образуется. Так как концентрация смеси выше верхнего предела распространения пламени, следовательно при разбавлении смеси воздухом при уменьшении уровня жидкости в смесителе-растворителе возможно образование взрывоопасных концентраций. В результате вспышки взрывоопасных паров может произойти взрыв, в результате которого наступит повреждение как самого аппарата, так и соседнего технологического оборудования, и конструкций здания в целом с последующим крупным пожаром. Максимальное давление взрыва для данного вида жидкости определяем по формуле:

,

где T_взр и T_нач - температура продуктов горения при взрыве и начальная температура горючей смеси; m, n - количество молей в продуктах горения и в исходной смеси (по уравнению реакции горения)

С₃H₆О+ 4(O₂+ 3,76N₂) 3CO₂+3H₂O+4^.3,76N₂ - ацетон,

С₈H₁₀+ 10,5(O₂+ 3,76N₂) 8CO₂+5H₂O+10,5^.3,76N₂ - ксилол.

m = (3+3+4^.3,76) ^.0,8 + (8+5+10,5^.3,76) ^.0,2 = 27,33 молей;

n = (1+4+4^.3,76) ^.0,8 + (1+10,5+10,5^.3,76) ^.0,2 = 26,23 молей

Тогда:

МПа.

Вывод: в аппарате смеситель-растворитель следует предусмотреть защиту от взрыва: взрывные клапаны, предохранительные мембраны, разрывные мембраны.

Вывод: оценив пожарную опасность аппаратов при их нормальной работе мы пришли к следующим выводам. Горючая среда имеется в аппарате смеситель-растворитель, т.к в нем имеется свободное паровоздушное пространство. Так как по условиям технологического процесса мы не можем изменить рабочую температуру в аппарате. Предлагаю следующие мероприятия:

- ведение негорючих (инертных) газов в паровоздушное пространство аппарата;

- уменьшение скорости изменения уровня жидкости путем увеличения числа одновременно работающих аппаратов;

- полное заполнения аппарата;

- исключение или сокращение входа атмосферного воздуха в опорожняемый аппарат путем устройства газовой обвязки синхронно работающих аппаратов;

- оснастить емкость смесителя-растворителя не менее чем двумя датчиками уровня, т.к его вместимость более 3,5 м³, один из которых предназначается для сигнализации верхнего предельного уровня.

Предлагаю заменить торцевое уплотнение центробежного насоса на двойное торцевое уплотнение, предусмотреть резервирование данных насосов. Оснастить насос по перекачке ацетона устройством блокировки, исключающий пуск или прекращающий работу насоса при отсутствии перемещаемой жидкости в его корпусе или отклонениях ее уровней в приемной и расходной емкостях от предельно допустимых значений, средствами предупредительной сигнализации при нарушении параметров процесса, влияющих на безопасность. Установить запорную арматуру, устанавливаемую на нагнетательном и всасывающем трубопроводах насоса, которая должна быть к нему максимально приближена и находиться в зоне, удобной для обслуживания. На нагнетательном трубопроводе установить клапан обратного действия или другого устройства для предотвращения перемещения транспортируемого вещества обратным ходом. В качестве затворной жидкости использовать нейтральные к перекачиваемой среде жидкости. Применение ЛВЖ для этих целей не допускается.

Центробежные насосы с двойным торцовым уплотнением оснастить системами контроля и сигнализации давления (утечки) затворной жидкости, а также блокировками, отключающими насосы в случае возникновения падения давления (утечки) при индивидуальной для каждого насоса системе подачи затворной жидкости.

2.3 Пожаровзрывоопасность аппаратов, при эксплуатации которых возможен выход горючих веществ наружу без повреждения их конструкций

К таким названным аппаратам относятся:

· аппараты с переменным уровнем жидкости (дышащие)

· аппараты с открытой поверхностью испарения;

· аппараты, периодически действующие.

Эксплуатация аппаратов с переменным уровнем жидкости требует сообщения соответствующими устройствами их внутреннего объема с окружающей средой.

Количество паров огнеопасных жидкостей, поступающих в помещение из аппаратов, сообщающихся с атмосферой через дыхательные трубы или открытые люки, зависит не только от физического свойства жидкости, но и от числа малых и больших дыханий. Большим дыханием называют вытеснение паров наружу или подсос воздуха внутрь аппаратов при изменении в нем уровня жидкости (при наполнении и опорожнении). Под малым дыханием понимается вытеснение паров наружу или подсос воздуха внутрь аппаратов при изменении температуры в его газовом пространстве (при неизменном уровне жидкости). Следует иметь в виду, что поступление воздуха в аппарат при его дыхании может привести к разбавлению богатой смеси паров до горючей концентрации.

Взрывопожароопасные концентрации образуются при остановке работы аппаратов или трубопроводов в результате неполного удаления жидкостей, паров или газов из внутреннего объема системы, а при пуске аппаратов и трубопроводов - в результате недостаточного удаления воздуха.

Непосредственными причинами образования взрывоопасных концентраций при остановке аппаратов являются:

· неполное удаление из аппарата огнеопасных жидкостей

· недостаточная продувка водяным паром или инертным газом внутреннего пространства аппаратов и трубопроводов от оставшихся жидкостей и паров

· негерметичное отключение от подлежащих остановке аппаратов соединенных с ними трубопроводов с огнеопасными жидкостями или газами.

Просачиваясь через негерметичные задвижки, пары жидкостей постепенно накаливаясь, могут образовать взрывоопасные концентрации даже в полностью опорожненных и правильно продутых аппаратах и трубопроводах.

По условию нам необходимо рассмотреть следующие аппараты: смеситель-растворитель и насос центробежный циркуляционный.

Смеситель-растворитель с мешалкой и водяным обогревом.

Это дышащий аппарат с подвижным уровнем жидкости периодического действия.

Выход горючих веществ без повреждения оборудования возможен через дыхательную систему во время большого и малого дыханий, а также по причине небольших утечек горючих веществ через прокладки, швы, разъёмные соединения и др. места

Взрывоопасная концентрация паров в "дышащем" аппарате с подвижным уровнем жидкости образуется при выполнении условия (с небольшой переоценкой опасности (с запасом)):

t_р t_{всп (з.т)} ,

где t_{всп (з.т)} - температура вспышки в закрытом тигле.

В нашем случае в аппарате обращаются ацетон и ксилол:

для ацетона t_раб = 50 ?С > t_всп = -18 ?С, для ксилола t_раб = 50 ?С > t_всп = 26 ?С,

т.е. в аппарате возникает взрывоопасная концентрация. Выходящие пары через дыхательное устройство будут образовывать зону взрывоопасной концентрации.

Количество горючих паров, выходящих из сообщающегося с атмосферой ("дышащего") аппарата за один цикл "большого дыхания", определяют по формуле:

,

где - количество выходящих паров из заполняемого жидкостью аппарата, кг/цикл;

- объем поступающей в аппарат жидкости, м;

- рабочее давление в аппарате, Па;

- концентрация насыщенного пара в аппарате, об. доли;

- молекулярная масса пара, кг/кмоль;

8314,31 Дж/(кмоль) - универсальная газовая постоянная.

м³,

где - степень заполнения аппарата.

Молекулярная масса смеси (приложение табл. 3 [8]):

кг/кмоль.

Тогда:

кг/цикл.

Объем зоны, в которой может образоваться взрывоопасная концентрация паров при выходе газа, определяют по формуле:

,

где - объем местной зоны ВОК, м;

- нижний концентрационный предел распространения пламени, кг/м;

- коэффициент запаса надежности, обычно принимаемый равным 2;

m - масса горючих веществ, поступающих в помещение из аппарата, кг (m=G_б).

Пересчитаем концентрационный предел распространения пламени из объемных долей в килограммы в кубическом метре используя формулу:

 кг/м,

где - нижний концентрационный предел распространения пламени, об. доли;

М - молекулярная масса смеси, кг/кмоль;

- молярный объем (м/кмоль) при рабочих условиях, определенный по формуле:

м/кмоль,

где - молярный объем при нормальных условиях;

Па - давление при нормальных физических условиях;

- рабочее давление паровоздушной смеси.

м.

При выходе из аппарата взрывоопасной смеси с воздухом в помещение повышается взрывопожароопасность. Для снижения этой опасности следует предусмотреть следующие технические мероприятия:

· обеспечить постоянство объема газового пространства (это техническое решение может быть осуществлено путем устройства газовой обвязки двух или более аппаратов;

· установить на дыхательном патрубке аппарата дыхательный клапан для герметизации паровоздушного пространства в периоды простоя аппарата, т. е. в промежутки времени между операциями наполнения или опорожнения. Дыхательный клапан позволяет поддерживать определенные избыточное давление и вакуум в аппарате, обеспечивая минимальные потери летучих компонентов за счет испарения, но не препятствует большим и малым "дыханиям";

· предусмотреть устройство систем улавливания паров. Для этой цели могут использоваться адсорбционные, абсорбционные, холодильные и компрессорные установки;

· вывести дыхательные трубы за пределы помещения, или присоединить их к системе улавливания;

· снизить количество паров, поступающих в воздушное пространство, что достигается применением понтонов.

Вывод: исходя из проделанных расчетов, мы можем сказать, что образование паровоздушной смеси, способной к горению, возможно также и снаружи аппаратов данного технологического производства при их нормальной работе и при неисправности вытяжной вентиляции.

Насос центробежный циркуляционный.

Это герметичный аппарат периодического действия, работающий под давлением.

В герметичных аппаратах с горючими жидкостями взрывоопасные концентрации паров образуются при выполнении двух условий:

1. Имеется свободное пространство, в которое попадает воздух или по условиям ведения технологического процесса подается окислитель.

2. Выполняется соотношение: .

При нормальных условиях работы, в нашем случае, отсутствует свободное пространство. Взрывопожароопасные концентрации могут образовываться при остановке работы аппарата.

Выход горючих веществ без повреждения оборудования возможен по причине небольших утечек горючих веществ через капиллярные каналы в прокладках, сальниках, сварных швах и др. местах.

Интенсивность утечек паров и газов из работающего под давлением герметичного оборудования определяют по формуле:

,

где - интенсивность выхода паров из аппарата, работающего под давлением, кг/с;

- коэффициент, учитывающий степень износа оборудования, изменяется в пределах от 1 (новое оборудование) до 2 (изношенное оборудование);

- коэффициент, зависящий от давления среды в аппарате, значения приведены в табл. 6 приложения [8];

- внутренний свободный объем оборудования, заполненный паром под давлением, м.

Для предотвращения образования взрывоопасной концентрации паров смеси в помещении необходимо:

· герметизация соединений;

· при остановке аппаратов производить очистку и продувку водяным паром;

· устройство локальных установок автоматического пожаротушения.

2.4 Анализ возможных причин повреждения аппаратов, разработка необходимых средств защиты

Необходимым условием обеспечения эффективной и безопасной эксплуатации технологического оборудования является его прочность. Под прочностью понимается способность материала сопротивляться разрушению, а также необратимому изменению формы (пластические деформации) при действии внешних нагрузок.

Возможны следующие основные комбинации нарушений, приводящие к повреждению технологического оборудования:

- превышение расчетных нагрузок при сохранении расчетной прочности оборудования;

- снижение расчетной прочности оборудования при сохранении расчетных нагрузок;

- одновременное нарушение расчетных нагрузок и расчетной прочности оборудования.

Причины повреждений технологического оборудования принято классифицировать следующим образом:

- повреждения в результате механических воздействий;

- повреждения в результате температурных воздействий;

- повреждения в результате химических воздействий.

Под механическими воздействиями понимают такие воздействия, которые возникают в результате превышения расчетных нагрузок на оборудование при сохранении его расчетной прочности.

Наиболее характерным механическим воздействием является чрезмерное внутреннее давление, возникающее в аппарате при:

· переполнении аппарата жидкостями;

· нарушении материального баланса (поток веществ входящих в систему не соответствует потоку веществ выходящих из системы), возможно при неполном открытии задвижек, а также при несоответствии производительности насосов и компрессоров расходу продукта;

· наличии в аппарате и трубопроводах отложений и пробок;

· из-за отсутствия условий своевременного удаления вытесняемой паровоздушной смеси (при наполнении аппарата). Чаще всего это происходит при загрязнении или обледенении огнепреградителя, когда пропускная способность дыхательной системы не соответствует скорости налива;

· нарушении температурного режима работы вследствие перегрева жидкостей, что обусловлено отсутствием или неисправностью контрольно-измерительных приборов, недосмотром обслуживающего персонала, воздействием высоконагретых соседних аппаратов, повышением температуры окружающей среды и т. п.

При резких изменениях величины давления в аппаратах (гидравлические удары), связанных с резким торможением движущегося потока жидкости в результате вибраций от случайных ударов движущимся транспортом, возникают динамические нагрузки, которые вызывают образование внутренних напряжений в конструкциях аппарата значительно выше тех, которые могут возникнуть от статических нагрузок.

Повреждение технологического оборудования может произойти в результате образования не предусмотренных расчетом температурных перенапряжений в материале стенок аппаратов и трубопроводов, а также в результате ухудшения механических характеристик металлов при низких или высоких температурах.

Температурные перенапряжения в материале аппаратов наступают, когда есть препятствия линейному изменению отдельных элементов или конструкции в целом.

Температурные напряжения наблюдаются при жестком креплении трубопроводов, наличии в аппаратах биметаллических конструкций или конструктивных элементов, находящихся под воздействием неодинаковых температур, в толстостенных конструкциях и при местных изменениях температур в материале аппарата.

Обращающиеся в технологическом процессе вещества и окружающая среда вступают в химическое взаимодействие с материалом, из которого изготовлено технологическое оборудование, вызывая его разрушение. Разрушение материала в результате взаимодействия с соприкасающейся с ним средой называется коррозией.

Разрушающему действию коррозии наиболее подвержены слабые места производственного оборудования: швы, разъемные соединения, прокладки, места изгибов и поворотов труб.

Различают химическую и электрохимическую коррозию.

Химическая коррозия наблюдается в среде жидких диэлектриков или газов, нагретых до высоких температур. Это окислительно-восстановительный химический процесс, к которому относят кислородную, сероводородную, серную и водородную, а также некоторые другие виды коррозии в аппаратах с температурными режимами от 200 ^оС и выше.

Электрохимическая коррозия представляет собой процесс растворения металлов в электролитах в результате действия образующихся гальванических пар.

Образование повышенного давления в аппаратах.

Повышение давление может произойти в результате нарушения материального баланса в смесителе-растворителе, если расход краски будет меньше расхода полуфабриката с бензолом. Это возможно при образовании пробок в расходной линии; из-за отсутствия условий своевременного удаления вытесняемой паровоздушной среды (при наполнении аппарата), причиной этого случая может быть загрязнение огнепреградителя, когда пропускная способность дыхательной системы не соответствует скорости налива; уменьшении расхода продукта при его неизменном поступлении; перекрытии расходных линий задвижками; переполнении емкостей при отсутствии переливных линий или автоматики.

Величину перепада давления в линиях для преодоления сопротивления и создания необходимой скорости продукта определяют по формуле:

,

а общее давление из выражения:

,

где - потери давления при увеличении сопротивления линий, Па; - конечное давление в системе при увеличении сопротивления линий, Па; - коэффициент i-го местного сопротивления; - коэффициент сопротивления трения, определяемый в зависимости от режима движения продукта; d - внутренний диаметр трубопровода, м; - скорость движения продукта в трубопроводе, м/с; - длина трубопровода, м; - плотность продукта при рабочей температуре, кг/м.

Повышение давление может произойти в результате нарушения материального баланса в центробежном насосе при несоответствии производительности насосов и компрессоров расходу продукта, при увеличении сопротивления в расходных линиях, а также в силу некоторых других причин. Любое изменение в расходе должно сопровождаться изменением производительности насоса или компрессора. Если насос будет работать с той же производительностью, а расход снижен, возникает повышенное давление в аппарате. Чтобы избежать этого явления за насосом устанавливают на линии манометры или автоматические регуляторы давления, которые при повышении давления в системе уменьшают число оборотов вала центробежных насосов, а при уменьшении давления автоматически увеличивают их производительность.

Опасное давление может возникнуть при работе насоса во время закрытых задвижек трубопровода. Такая ситуация может возникнуть при несвоевременном открывании задвижки на линии, в которую подается продукт, неполное открывание задвижки или отключение линии.

Повышение давление также может произойти от повышения температуры подогрева в смесителе-растворителе из-за недосмотра обслуживающего персонала, нарушения условий ведения технологического процесса, при неисправных контрольно-измерительных приборах.

Конечное давление в аппаратах с насыщенными парами жидкостей и наличием жидкой фазы при изменении температуры определяют из выражения:

,

где - давление насыщенного пара при температуре , Па.

Определим насколько увеличится давление внутри смесителя-растворителя при увеличении рабочей температуры на 20 ⁰С.

Суммарное давление насыщенного пара над раствором при рабочей температуре 50 ⁰С составляем Па (см. пункт 2.2).

Для ацетона Па при Т=343 К (приложение 2 табл. 1 [6]).

Для ксилола Па при Т = 327,6 К (приложение табл. 2 [8]);

Па при Т = 349,1 К.

Па.

Па;

Па.

Суммарное давление насыщенного пара над раствором:

Па.

Па.

При увеличении температуры внутри аппарата на 20 ⁰С давление в нем увеличивается практически в 2 раза. Это говорит о том, что при относительно небольшом повышении температуры давление сильно возрастает, что может привести к повреждению оборудования.

Повышение давление также может произойти в насосе от повышения температуры поступающего вещества.

Приращение давления в герметичном аппарате, полностью заполненном жидкостью, при повышении температуры определяют по формуле:

,

где - коэффициент объемного расширения жидкости, К; - коэффициент объемного сжатия жидкости, м/Н (Па); - коэффициент линейного расширения материала стенок аппарата, К; - изменение температуры в аппарате, ⁰С.

При проведении технических расчетов можно пользоваться упрощенной формулой (погрешность расчета не превышает 5-7%):

.

При повышении температуры краски на 10 ⁰С, приращение давления будет:

МПа,

где, для ацетона, К; Па.

МПа.

При увеличении температуры всего на 10 ⁰С, давление в насосе увеличится по сравнению с рабочим давлением в 14 раз. Это говорит о том, что при относительно небольшом повышении температуры давление резко возрастает, что может привести к повреждению оборудования.

Произведем расчет предохранительного клапана для смесителя-растворителя.

1) избыточное давление срабатывания предохранительного клапана исходя из избыточного рабочего давления в аппарате (пункт 2.4 [8]):

МПа,

МПа.

2) молекулярная масса продукта кг/кмоль.

3) плотность среды в аппарате при давлении срабатывания предохранительного клапана и рабочей температуре:

кг/м³,

где - рабочая температура среды в аппарате, ⁰С;

- абсолютное давление срабатывания клапана, МПа.

4) давление на выходе в отводящий трубопровод Р_вх = 0,14 МПа, принимаем

Р_вх = Р_с,

где Р_с - абсолютное давление среды в закрытой системе, куда производится сбрасывание парогазовой среды, МПа.

5) определяем коэффициент , для жидкостей принимают равным единице.

6) определяем необходимую площадь проходного сечения предохранительного клапана (м²) при максимальной производительности аппарата по парогазовой среде во время аварийной ситуации:

м² = 29,8 см²,

где - максимальная производительность аппарата по парогазовой среде, кг/с; - коэффициент расхода среды через клапан (величина составляет в среднем 0,16-0,17).

Образование динамических воздействий в аппаратах.

В центробежном насосе может возникнуть гидравлический удар в результате быстрого закрывания или открывания вентилей на трубопроводах, при больших пульсациях подаваемой насосами жидкости, при резком изменении давления.

Приращение давления в трубопроводе при гидравлическом ударе определяют по формуле Н.Е. Жуковского:

,

где с - скорость распространения ударной волны:

,

где - плотность жидкости при рабочей температуре, кг/м; d - внутренний диаметр трубы, м; Е - модуль упругости материала трубы, Па (см. табл. 14 и 19 приложения); s - толщина стенки трубы, м; - уменьшение скорости движения жидкости в трубопроводе, м/с:

,

где - начальная скорость движения продукта в трубопроводе, м/с; - конечная скорость движения продукта в трубопровод, м (часто =0).

Для предотвращения возможности возникновения гидравлического удара на трубопроводах устанавливают медленно закрывающиеся задвижки, воздушные колпаки и предохранительные клапаны, автоматически открывающиеся при повышении давления выше нормативного.

Образование температурных напряжений.

В нашем случае отсутствует возможность образования температурных напряжений.

Образование химического износа (коррозии).

В нашем случае отсутствует возможность образования коррозии, так как продукт, обращающийся в производстве, не обладает коррозийными свойствами.

2.5 Анализ возможности появления характерных технологических источников зажигания

Источники воспламенения, встречающиеся в условиях производства, весьма разнообразны по причинам появления, по своей природе, а также по своим параметрам. Нагретое тело может быть источником воспламенения для данного горючего вещества в том случае, когда: а) температура тела выше температуры самовоспламенения соприкасающейся с ним горючей среды; б) количество тепла, которое может отдать нагретое тело при охлаждении его от начальной температуры до температуры самовоспламенения горючей среды, достаточно для нагревания горючего вещества до воспламенения; в) длительность действия источника воспламенения не меньше периода индукции горючей среды.

Причиной воспламенения горючих веществ могут служить источники тепла, необходимые для осуществления технологического процесса, то есть огневые печи, тепловое проявление химических реакций, тепловое проявление механической энергии, тепловое проявление электрической энергии и т.д. Установить наличие указанных источников воспламенения не представляет трудности. Но чаще всего пожары возникают от таких источников воспламенения, наличие которых не связано с нормальным функционированием производства. Такие источники воспламенения выявить значительно сложнее. Большинство указанных источников воспламенения образуется в результате нарушения противопожарного режима обслуживающим персоналом, а также ремонтными и монтажными бригадами, из-за нарушения установленных параметров технологического регламента, при неисправностях производственных аппаратов.

Специфичными источниками воспламенения при производстве краски могут быть случаи самовозгорания ацетона или глифталевой смолы, разряды статического электричества, неисправности и несоответствие электропривода к мешалкам смесителей и расходных емкостей.

Тепловое проявление механической энергии.

В смесителе-растворителе, а также в насосе возможны перегревы подшипников.

Температуру подшипника при работе с перегрузкой и недостаточном охлаждении определяют по формуле:

,

где Т_в - температура окружающей среды (воздуха), К;

Q_тр - мощность сил трения при работе подшипника, Вт;

- коэффициент теплообмена между поверхностью подшипника и средой, Вт/(м²К);

F - поверхность корпуса подшипника, м².

Величину Q_тр определяют по формуле:

,

где f - коэффициент трения;

N - радиальная сила, действующая на подшипник, Н;

d - диаметр шейки вала, м;

n - число оборотов вала, об/мин.

Если температура подшипника не превышает 80 % температуры самовоспламенения обращающихся в производстве веществ, то возможность воспламенения горючей среды отсутствует.

Чтобы избежать перегрева подшипников целесообразно вместо нагревающихся сверх нормы подшипников скольжения применять подшипники качения; систематически смазывать подшипники теми сортами масла и в том количестве, которое установлено правилами эксплуатации для данного подшипника, при строгом соблюдении сроков смазки. Для контроля за температурой подшипников можно покрывать их поверхность термочувствительными красками, изменяющими свой цвет при нагревании.

Также источником зажигания в смесителе-растворителе могут быть искры от механических ударов при работе мешалки.

Источником зажигания в сушильной камере могут стать искры от ударов инструментов при чистки отложений в помещении окрасочной камеры, на поверхностях воздуховодов. Поэтому следует применять искробезопасные инструменты.

Тепловое проявление электрической энергии.

Также источником воспламенения может быть тепловое проявление электрической энергии. Источники воспламенения от теплового проявления электрической энергии могу возникнуть при несоответствии электрооборудования (электродвигателей, силовых электрических сетей) характеру воздействующей на него среды; в случае несоблюдения правил устройства и эксплуатации электрооборудования; при неисправностях и повреждениях, вызываемых механическими причинами, при перемещении ацетона, а также действием химически активных веществ, влаги и т.п. Тепловое действие электрического тока может проявиться в виде электрических искр и дуг, чрезмерного перегрева двигателей, контактов, отдельных участков электрических сетей и электрического оборудования, а также аппаратов при перегрузках и больших переходных сопротивлениях, в виде перегрева в результате теплового проявления токов индукции и самоиндукции, при искровых разрядах статического и атмосферного электричества, в результате нагревания вещества и материалов от диэлектрических потерь энергии.

Перегрузка электрических сетей и машин вызывается увеличением механической нагрузки на электродвигатели, а также подключением к электрическим сетям дополнительных токоприемников, на которые сети не рассчитаны. Увеличение силы тока в сетях и машинах приводит к выделению большого количества тепла, воспламенений изоляции. Опасные последствия перегрузки наблюдаются при неправильно выбранной или неисправной защите сетей плавкими вставками или автоматами.

Переходные сопротивления возникают чаще всего в местах, где провода и кабели некачественно присоединяются к машинам и аппаратам или токопроводящие жилы соединяются друг с другом холодной скруткой, а также в местах плохого контакта. В местах переходных сопротивлений выделяется значительное количество тепла. От нагрева мест переходных сопротивлений могут загореться электроизоляция, а также рядом находящиеся горючие вещества.

Меры пожарной профилактики:

· устройство заземляющих устройств;

· контроль скорости перемещения жидкости;

· недопущение падения струи жидкости с высоты.

Опасно нагретые поверхности аппаратов.

В технологическом процессе используется сушильная камера терморадиационного действия с газообогревательными закрытыми панелями. Максимальная температура обогреваемой поверхности панели в сушильной камере автомобилестроительного завода 300 ?С, что не превышает 80 % температуры самовоспламенения глифталевой смолы и ацетона, поэтому угроза самовоспламенения отсутствует.

В качестве мер пожарной профилактики при использовании данной сушилки следует предусмотреть:

· автоматический контроль за температурным режимом;

· автоматическое регулирование подачи топлива при изменении температуры в сушильной камере;

· исключение попадания раскаленных кусочков керамики на сгораемый материал;

· безопасное расположение панелей, контроль за состоянием их поверхности.

Сушильная камера располагается в одном помещении с окрасочной камерой. Следует разделить эти два процесса противопожарной преградой.

2.6 Возможные пути распространения пожара

Наличие больших объемов легковоспламеняющейся жидкости в цехе окраски автомобильных деталей может привести к тому, что пожар может принять значительные размеры.

Условиями распространения горения являются: розливы по территории цеха ацетона; разветвленная сеть промышленной канализации при неэффективности гидравлических затворов в колодцах; отсутствие линий стравливания паровоздушных смесей из аппаратов; разветвленная сеть трубопроводов при отсутствии на них гидравлических затворов.

Распространение пожара при окраске металлических деталей автомобилей происходит по поверхности окрашенных изделий; отложениям лакокрасочного материала на внутренних поверхностях окрасочной камеры, воздуховодов, оборудования и конструкций; по воздуховодам вытяжной, рециркуляционной и приточной систем вентиляции; поверхности разлившихся лакокрасочных материалов; транспортерам для перемещения изделий; через дверные, оконные и технологические проемы.

Наличие в больших количествах лакокрасочных материалов вблизи окрасочной камеры, окрашиваемых изделий и оборудования, взрывы в окрасочной камере и в цехах окраски способствует распространению пожара при окраске.

В смесителе растворителе может единовременно находится до 3,18 м³ краски. Возможная средняя температура пожара может достигать 1500 ^оС. При повреждении аппаратов возможно растекание легковоспламеняющихся жидкостей по всей площади помещения (1 литр ЛВЖ растекается на площади 1 м²). Поэтому следует ограничить розлив жидкостей, предусмотрев противопожарные местные преграды в виде глухих бортиков и обвалований.

Чтобы предотвратить распространение огня по производственным коммуникациям, а также для защиты дыхательной линии применяют сухие огнепреградители, в виде гравийных затворов, состоящих из твердых измельченных материалов, автоматические задвижки и заслонки, водяные завесы, перемычки, засыпки и т. п.