Производство полиэтилена методом низкого давления

5. Пожарная опасность выхода горючих веществ из нормально работающих технологических аппаратов

Размер зоны взрывоопасной зоны вблизи места выхода паров

V ВОК = m/?н * k ?

k ? - коэффициент запаса надежности, пример равным 2.

масса выделившихся паров

m = G*N*? / 3600 = 13,6*2*900/3600 = 6,8 кг

при N = 2 в час

? = 900 сек.

?н = 0,79 % об.

V ВОК = 6,8*2 / 0,79 = 17,9 м куб.

При авариях и повреждениях аппаратов и трубопроводов из них выходят горючие газы или пары, что может привести к образованию пожаровзрывоопасных смесей как в производственном помещении, так и на открытых площадках.

При аварии полимеризатора произойдет разлив растворителя (смесь бензина и циклогексана.

Также при аварии емкости сборника суспензии произойдет разлив бензина Б-70.

Необходимо предусмотреть автоматическое перекрывание трубопроводов, чтобы уменьшить количество вытекаемой жидкости из аппаратов (8, 19). При необходимости выполнить аварийный слив суспензии из сборника.

Следствием неисправности и повреждения суспензионного насоса может быть выход бензина Б-70 в помещение насосной.

В насосной предусмотреть автоматическую систему обнаружения опасных концентраций горючих паров и газов в воздухе помещения с использованием сигнализаторов. В этом случае по аварийному сигналу включается аварийная вентиляция, отключается подача электроэнергии, перекрываются электрофицированные задвижки.

7. Анализ возможных причин повреждения технологического оборудования

Одной из причин повреждения аппаратов является образование в них повышенных давлений. Так в полимеризаторе давление может повыситься из-за увеличения интенсивной закачки, уменьшения пропускной способности системы, переполнение резервуара жидкостью из-за отсутствия или неисправностей измерителей уровня, образованием полимерных пробок (пленок) на стенках аппаратов, трубопроводах, использования недоочищеного мономера (примеси значительно ускоряют ход реакции, делают ее неуправляемой), изменения уровня подачи мономера, неисправностью системы дозирования исходных реагентов и катализотора.

В сборнике суспензии повышенное давление может образоваться из-за отсутствия условий своевременного удаления вытесняемой паровоздушной смеси (при наполнении аппарата суспензией). Это может произойти при загрязнении или обледенении огнепреградителя, когда пропускная способность дыхательной системы не соответствует скорости налива. Пропускная способность дыхательных линий и установленных на них дыхательных клапанов должна соответствовать скорости закачки.

Процесс полимеризации протекает с высоким тепловым эффектом. На стенках аппаратов образуется полимерная пленка, ухудшающая теплообмен. Поэтому необходимо предусмотреть периодическую очитку полимеризатора механическим способом. Операция очистки также может представлять значительную пожарную опасность, так как связана с частичным разложением полимера, применением ЛВЖ и испльзованием дополнительного оборудования для подогрева и хранения горючих растворителей. Во избежание повышения давления в реакторах линии после реактора необходимо промывать, очищать от отложений. Предохранительные клапаны и вентили ручного стравливания обрабатывать ингибиторами.

В рассматриваемом случае используется металлоогрганический катализатор, поэтому предлагается исходные вещества предварительно осушать и освобождать от свободного кислорода.

Повышение давления в газовой линии может произойти из-за попадания в них жидкости(газового дистилята, водяного конденсата), образующей пробки в коленах, изгибах, что в свою очередь может вызвать гидравличкский удар.

Аппараты и трубопроводы могут повреждаться от образования повышенных против норм давлений; появления динамических воздействий; образования температурных напряжений в материале стенок; коррозии материала стенок или эрозии (механического истирания стенок).

Образование повышенного давления в аппаратах может иметь место на производстве при нарушении технологического режима, при недостаточном контроле за технологическим процессом, при неисправности контрольно-измерительных приборов и защитной автоматики.

Гидравлические удары возникают обычно в результате быстрого закрывания или открывания вентилей на трубопроводах, при больших пульсациях подаваемой насосом жидкости, при резком изменении давления на каком-либо участке трубопровода.

Повреждение технологического производственного 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.

Нормальная работа и герметичность насоса обеспечивается системой охлаждения и смазки, предназначенной для отвода выделяющегося тепла и уменьшения силы трения и износа деталей от трения. Неисправности и повреждения насоса в виде нарушения герметичности уплотнений или разрушения деталей могут быть вследствие вибрации, трения, износа, ослабления соединений, перекоса валов.

Во избежание неисправностей необходимо: осуществлять систематический контроль за герметичностью уплотнений; предотвращать вибрацию насоса путем тщательной регулировки, устройства массивного фундамента; применение торцевого уплотнения (задано по исходным условиям); устройство перепускной линии (со стороны нагнетания на всасывание) и предохранительного клапана; при возможности устройство насосной открытого типа, обеспечивающего рассеивание горючих паров.

Для предотвращения последствий коррозии необходимо проводить планово-предупредительные профилактические осмотры стенок аппаратов, трубопроводов, нагревательных процессов. Необходимо строго следить за соблюдением технологического режима работы. Также необходим контроль за фланцевыми соединениями циркуляционных линий. Необходима установка измерительной аппаратуры над давлением, температурой, расходом и поступлением веществ. Для предотвращения переполнения технологического оборудования целесообразно установить автоматическую систему прекращения подачи исходных реагентов, отключающие насосы и питающие линии, систему сигнализации и связи между наполняемыми аппаратами и операторными. Во избежание конденсации паров газовые линии защитить теплоизоляцией, а в наиболее низких участках установить сборник конденсата. От облучения внешними источниками тепла полимеризатор защитить окрашиванием в теплоотражающий белый цвет.

Произведем расчет необходимого сечения предохранительного клапана полимеризатора:

Сброс среды при срабатывании предохранительного клапана (ПК) производится в специальную закрытую систему (так как необходимо предотвратить опасность загазованности территории технологических установок и воздействия ядовитых и вредных веществ на окружающую среду и людей.

Принимаем избыточное давление срабатывания ПК по известному избыточному давлению в аппарате:

Рап = 0,38 Мпа

При 0,3 ?р ап < 6 рср.и. = 1,15*рап = 1,15*0,38 = 0,437 Мпа

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

Рt = 120.27 * V* рср / (tр + 273) = 120,27*42,08*0,38/(78+273) = 5,49 кг/м куб.

Зададим давление на входе в отводящий трубопровод Рвх (на выходе из отводящего патрубка ПК)

Рвх = Рс

Рс = 0,15 Мпа = Рвх

4. Определим соотношение

Рвх.и / Рср.и. = 0,05/0,437 = 1,15

Рвх.и = Рвх - 0,1 Мпа - избыточное давление среды в отводящем трубопроводе, Мпа.

Показатель адиабаты k среды, выходящей через ПК из аппарата будет равен 1,29.

Коэффициент В = 0,508

Определим необходимую площадь проходного сечения предохранительного клапана (пропускную способность):-4

F = 7.142*10 * Gmax / ?*Вv( Рср - Рвх)*?t

Gmax = 2500 кг/ч = 0,7 кг/с

-4 -3

F = 7,142*10 0,7/0,1650,508*v(0,437-0,15)*5,49 = 4,75*10

8. Анализ производственных источников зажигания

Одним из источников зажигания может послужить тепловое проявление механической энергии при повреждении подшипников насосов, поэтому необходимо производить тщательный контроль за состоянием трущихся деталей. В целях пожарной профилактики следует предусмотреть:

систематический контроль за герметичностью уплотнений;

предотвращение вибраций насоса путем тщательной регулировки, устройство массивного фундамента;

исключение перегрева насоса в местах трения (из-за перекоса вала, нарушения смазки и охлаждения).

Тепловое проявление электрической энергии может также послужить источником зажигания в том случае, если электрооборудование установлено без учета необходимой взрывозащиты.

В электродвигателях возможны замыкания и разряды между фазами при возникновении перегрузок.

При неисправности молниезащиты может возникнуть электрический разряд, что тоже будет являться источником зажигания. При неисправностях внешнего и внутреннего заземляющего контура возможны вторичные проявления статического электричества: разряды электричества при наведении электромагнитной индукции. При вторичном проявлении удара молнии обычно принято понимать те явления при разрядах молнии, которые сопровождаются появлением электродвижущих сил и разностью потенциалов на различных металлических конструкциях, трубопроводах, которые не подверглись непосредственному прямому удару молнией. Вторичные проявления молнии обычно разделяют на электромагнитную и электростатическую индукцию. Разряд молнии сопровождается появлением в пространстве изменяющегося во времени магнитного поля. Магнитное поле индуцирует в контурах, образованных из различных протяженных металлических предметов (труб, эл. проводок), электродвижущую силу, величина которой зависит от амплитуды и крутизны фронта тока молнии, взаимного расположения канала молнии и контура, в котором наводится Э.Д.С. В замкнутых контурах индуктированная Э.Д.С. вызывает появление эл. тока, который нагревает отдельные элементы контуров. В незамкнутых - искрение.

При перемещении веществ по линиям циркуляции могут возникнуть статические заряды и поэтому следует заземлять эти линии, а также необходимо уменьшить скорость движения жидкостей по линиям за счет увеличения диаметра труб (при этом уменьшается возникновение статических зарядов).

Наиболее вероятными источниками зажигания является нарушение ППБ при проведении огненных работ. Неосторожность при курении также может стать источником зажигания.

9. Анализ возможных причин и условий способствующих развитию пожара

Они зависят от причины и места возникновения пожара. В случае возникновения пожара в полимеризаторе, которое может сопровождаться взрывом, огонь может охватить часть здания. Путем распространения при этом может служить газовое облако. При возгорании разлитой жидкости распространение пожара зависит от количества жидкости. Количество разлитой жидкости зависит от диаметра истечения жидкости, времени истечения и наличия преград ограничивающих разлив жидкости. Разлив жидкости может происходить как из аппаратов, так и из трубопроводов.

Здание имеет ограниченное распространение пожара, т.е. площадь помещения, где расположен сборник и другие аппараты.

При взрыве возможно попадание горящей жидкости на фланцевые соединения, прогар их и образование новых очагов горения. При неработающем оборудовании возможно распространение горения по трубопроводам.

Путем распространения пожара могут быть: изоляция электросети питания электрозадвижек, КИП, др электрических аппаратов; дверные и оконные технологические проемы здания; ливневая канализация; воздуховоды вентиляции с наличием горючих отложений на внутренней поверхности.

Целесообразно применить стационарную систему пожаротушения в помещении сборников, насосов. Согласно заданию установка имеется, огнетушащее вещество - пена.

10. Расчетное обоснование категории производственного помещения по взрывопожарной и пожарной опасности

В помещении сборников обращается пожароопасное вещество в большом количестве: бензин Б-70.

Исходные данные:

Характеристика производственного помещения:

Длина * ширина * высота - l * b * h - 28 * 10 * 8 м.

КСВ=80%

Кратность аварийной вентиляции А_в=7 1/ч

Температура воздуха t = 22⁰C

Наличие АУПТ - нет

Характеристика вещества:

Наименование - бензин Б-70

Температура вспышки t_всп= - 34 ⁰С

Нижний концентрационный предел распространения пламени 0,8 % об.

Константы уравнения Антуана: А_а=8,41944; В_а=2629,65; С_а=384,195

Молекулярная масса М=102,2

Плотность жидкости _ж=745 кг/м³

Максимальное давление взрыва Р_max=900 кПа.

Характеристика технологического блока:

Объем аппарата V_ап=11,5 м³

Температура жидкости в аппарате t_р=68 ⁰С

Подводящий трубопровод l_п=5 м; d_п=75 мм

Продолжительность отключения задвижек _з=120 с. (автом.).

Масса жидкости, которая может поступить в помещение из аппарата и трубопроводов при аварии:

Масса жидкости, которая может дополнительно поступить в помещение из соседних аппаратов до отключения задвижек:

Общая масса жидкости, которая может поступить в помещение:

Максимальная площадь разлива:

Площадь испарения F_и=lb=28 * 10 = 280 м²

Расчетная температура жидкости t_ж=0,5(t_в+t_р)= 0,5(22+68)=45 ⁰С

Давление насыщенных паров:

Подвижность воздуха: U=А_В * L/3600 = 7 * 28/3600 = 0,054 м/с^-1

Коэффициент , учитывающий влияние скорости и температуры воздушного потока на интенсивность испарения:

при t=22 ⁰С

= 2

Интенсивность испарения:

Время полного испарения разлившейся жидкости

Так как _и > 3600, то расчетное время испарения _р=3600 с

Масса жидкости, испарившейся с поверхности испарения, равной площади пола

m= Wy Fп ? р= 1,08*10* 280*3600 = 1088,64 кг

Масса паров, которая будет аккумулирована в объеме помещения:

m = mnf / (1+ Ав*? / 3600) = 1088,64 / (1+7*3600/3600)= 136,08

Плотность паров бензина

?= 12,15*М/(tв +273)= 12,15*102,2/(22+273)= 4,21 кг/м

Свободный объем помещения:

V_св=0,01К_св lbh=0,01 * 80 * 28 * 10 * 8 = 1792 м³

Средняя рабочая концентрация паров в помещении:

?_р

Так как ?_р (1,8 %)> ?_н.п. (0,8%), то объем зоны взрывоопасной концентрации принимаем равной геометрическим размерам помещения.

Аккумулированная масса паров, участвующая в образовании реальных зон взрывоопасных концентраций:

м = м^* * Z = 136,08 * 0,3 = 40,824 кг

где Z = 0,3

Плотность воздуха до взрыва

-3

?= 352/(22+273) = 1,193 кг*м

Избыточное давление взрыва:

? ? = 1 * m*QТ * ?о / V * ? * c (22+273)

К Н

? ? = 40,824*44094*101 / 1792*1,193*1,01*(22+273)*3 = 95 кПа

Заключение: помещение относится к категории «А», т.к. ЛВЖ с

t_всп= - 34⁰С<28⁰С и образуется развиваемое избыточное давление взрыва в помещении Р_изб=95 кПа >> 5 кПа.

11. Разработка карты пожарной опасности и защиты технологического процесса

Литература