Анализ пожарной опасности с разработкой мероприятий пожарной безопасности взрывопожароопасного производства по процессу улавливания паров метанола из паровоздушной смеси методом адсорбции

 

Министерство по чрезвычайным ситуациям республики Беларусь

Государственное учреждение образования

Гомельский инженерный институт












Курсовая работа


по дисциплине: Безопасность технологических процессов

Тема: Анализ пожарной опасности с разработкой мероприятий пожарной безопасности взрывопожароопасного производства по процессу улавливания паров метанола из паровоздушной смеси методом адсорбции









Гомель, 2012


Таблица исходных данных технологического процесса

Позиция на схемеИсходные данныеВид растворителя.МетанолПомещение участка улавливания паров ЛВЖПараметры помещенияДлина, м50Ширина, м26Высота, м12Кратность аварийной вентиляции, ч-16Привод задвижек.Руч.Наличие АУПТ+6, 16Диаметр, м2,8Высота, м3,4Давление, МПа0,11Высота слоя угля, м1,3Температура, оС32Поглощающая способность угля, мг/г205Насыпная плотность, кг/м3400Давление пара при десорбции, МПа0,36Диаметр линии, мм140Длина линии, м75Объём пара, м32,8Теплоносительводяной парНачальная температура, °С24Конечная температура, °С8010Объём пара, м32,8Хладагентхолодная водаНачальная температура, °С110Конечная температура, °С3011Диаметр, м1,2Высота слоя бензина, м0,6Температура жидкости, оС26Давление, МПа0,101Диаметр линии, мм120Длина линии, м12Помещение вентиляторов.Параметры помещенияДлина, м30Ширина, м10Высота, м12Привод задвижек.Руч.2Производительность, тыс.м3/час10Диаметр линии, мм300Внутренний объём, м30,1Длина линии, м4Помещение насосной станцииПараметры помещенияДлина, м30Ширина, м12Высота, м12Кратность аварийной вентиляции, ч-17Ограничение растеканияПороги в дверных проёмахПривод задвижек.Руч.Наличие АУПТ+13Давление, МПа0,35Температура, °С35Производительность, л/мин0,54Диаметр всасывающей линии, мм100Диаметр нагнетательной линии, мм75Длина линии, м4,4Вид сальникового уплотненияСУДиаметр вала, мм25Наружная установка14Объем, м322Степень заполнения0,95Температура жидкости, °С25Диаметр линии, мм75Расстояние до задвижки, м10Привод задвижекРуч.

. Краткое описание производственного процесса


Процесс улавливания паров ЛВЖ из паровоздушной смеси методом адсорбции.

Из паровоздушной смеси пары летучего растворителя можно выделить, используя метод адсорбции. Адсорбцией называют процесс поглощения одного или нескольких компонентов из газовой смеси или раствора твёрдым пористым веществом - адсорбентом. Установка предназначена для улавливания из паровоздушной смеси паров ЛВЖ на химических и нефтехимических производствах. Аппаратная технологическая схема процесса приводится на рисунке 1.

Паровоздушная смесь подаётся на установку по линии 1 центробежным вентилятором 2 и под избыточным давлением по линии 3 поступает в адсорбер 6. Находящийся в адсорбере активированный уголь поглощает до 90% паров ЛВЖ из паровоздушной смеси, а воздух с остатком пара выбрасывается по линии 7 в атмосферу. В адсорбере 16 в этот же момент (т.е. когда в адсорбере 6 идёт поглощение) происходит процесс десорбции - обратное извлечение из активированного угля паров ЛВЖ. Для осуществления процесса десорбции в адсорбер по линии 8 подают водяной пар давлением 0,3 МПа. Смесь водяного пара и извлеченных из угля паров ЛВЖ по линии 9 поступает в холодильник-конденсатор 10 на конденсацию. Охлаждение паров в конденсаторе происходит за счёт подачи через трубки холодной воды. Полученный в холодильнике 10 конденсат, представляющий собой смесь ЛВЖ и воды, поступает в отстойник 11 на разделение эмульсии путем её расслаивания. Вода, как наиболее тяжёлая, скапливается в нижней части отстойника и по трубе 15 отводится в канализацию. ЛВЖ, как более лёгкий компонент смеси, из верхней части отстойника 11 насосом 13 подаётся в ёмкость ЛВЖ 14. Несконденсировавшиеся пары из отстойника по линии 12 поступают снова в адсорбер на улавливание. После процесса адсорбции паров адсорбер 6 переключается на десорбцию, а адсорбер 16 после десорбции переключается на адсорбцию паров ЛВЖ, т.е. через него пропускают паровоздушную смесь (далее - ПВС). Для сушки увлажнённого после десорбции угля, пропускаемую через адсорбер ПВС подогревают некоторое время в кожухотрубчатом паровом подогревателе 5 до температуры 80 °С. При аварийной ситуации ПВС выбрасывается в атмосферу по трубе 4.


Рисунок 1 - Аппаратная технологическая схема процесса адсорбции


1. Линия подачи ПВС; 2.Вентилятор центробежный ; 3. Линия ПВС; 4. Линия аварийная ПВС; 5. Подогреватель; 6. Адсорбер угольный; 7 Линия выброса воздуха; 8. Линия подачи водяного пара; 9. Линия к конденсатору; 10. Конденсатор кожухотрубчатый; 11. Сепаратор-отстойник; 12. Линия неконденсированного пара; 13 Насос растворителя; 14 Ёмкость для растворителя; 15. Линия отвода воды; 16. Адсорбер угольный.

Принципиальная технологическая схема процесса адсорбции



Сводная таблица параметров технологического оборудования

Характеристики оборудованияНаименование оборудования/позиция на схеме6, 165101121314Диаметр, м2,8--1,2---Высота, м3,4------Давление, МПа0,11--0,101-0,35-Высота слоя угля, м1,3------Высота слоя бензина, м---0,6---Температура, оС3224-80110-3026-3525Поглощающая способность, мг/г205------Насыпная плотность, кг/м400------Давление пара при десорбции, МПа0,36------Диаметр линии, мм140--120300-75Длина линии, м7--1244,4-Объем, м3-2,82,8-0,1-22Теплоноситель-Водяной пар-----Хладагент--Холодная вода----Производительность, тыс м3/час----10--Вид сальникового уплотнения-----СУ-Диаметр вала, мм-----25-Степень заполнения------0,95Расстояние до задвижки, м------10Привод задвижек------Руч.Производительность, л/мин-----0,54-Диаметр всасывающей/нагнетающей линии, мм-----100/75-

Параметры помещений

Параметры помещенияНаименование помещенийПомещение участка улавливания паров ЛВЖПомещение вентиляторовПомещение насосной станцииДлина, м503030Ширина, м261012Высота, м121212Кратность аварийной вентиляции, ч-167Ограничение растеканияПороги в дверных проёмахПривод задвижекРуч.Руч.Руч.Наличие АУПТ++

2. Анализ возникновения горючей среды


.1 Анализ свойств веществ


На производстве применяются следующие вещества: активированный уголь, метанол, водяной пар.

Показатели опасности применяемых в процессе веществ приведены в таблице 3.


Таблица 3

Вещества Показатель опасностиВещества обращающиеся в производственном процессеМетанолУголь активированный марки АГС-4Группа горючестиЛВЖТемпература вспышки6Температура воспламенения13Температура самовоспламенения440Аэровзвесь: 624 Аэрогель: -Нижний концентрационный предел распространения пламени6,98Верхний концентрационный предел распространения пламени35,5До 300Нижний температурный предел распространения пламени5Верхний температурный предел распространения пламени39Температура тления324Условия теплового самовозгоранияМинимальная энергия зажигания0.14Способность взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха и другими веществами+Нормальная скорость распространения пламени0.572 м/сМинимальное взрывоопасное содержание кислорода10,48%Минимальная флегматизирующая концентрация флегматизатора(С)=32 =49 (О)=38.6Максимальное давление взрыва620Скорость нарастания давления взрыва39Класс опасности вещества34Класс опасности и подкласс вещества3.2

Для данного технологического процесса наиболее опасным веществом являются пары бензола.


.2 Определение возможности образования горючей среды внутри производственного оборудования


Производственное оборудование с жидкостями

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

Емкость с ЛВЖ

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


, где(1)


- рабочая температура в производственном оборудовании, оС;

- нижний температурный предел распространения пламени по смеси горючего вещества с воздухом, оС


Условие выполняется. Проверяем выполнение условия (2)


(2)


Определяем давление насыщенных паров:


,где(3)


PH - давление насыщенных паров,кПа;

tж=27°С - рабочая температура,

Константы уравнения Антуана:А=8.22777


В=1660.454

Са=245.818

0,40>0,199


Значит, внутри аппарата горючая среда образовываться будет.

Отстойник

Проверяем выполнение условия (1)



Условие выполняется. Проверяем выполнение условия (2)



Определяем давление насыщенных паров:


0,40>0,20


Значит, внутри аппарата горючая среда образовываться будет.

Производственное оборудование с газами

Обычно аппараты и трубопроводы бывают заполнены газом без примеси окислителя. Реже используется смесь горючего газа с воздухом или кислородом. Заключение о пожаровзрывоопасности газовоздушной смеси определяется по следующей зависимости:


(4)


Адсорбер

Определяем давление насыщенных паров:


0,355>0,17


Значит, внутри аппарата горючая среда образовываться будет.

В таком производственном оборудовании как насосы, горючая среда образовываться не будет, так как в них нет свободного паровоздушного газового пространства.

Определение возможности выхода горючих веществ в воздух производственного помещения (на открытую площадку).

При определении возможности выхода горючих и вредных веществ в воздух производственного помещения (открытую площадку) установим источники их выхода.

В технологическом оборудовании, которое постоянно или временно сообщается с внешней средой через открытые люки, дыхательные линии, предохранительные клапаны и другие устройства, возможно образование локальных взрывоопасных и предельно допустимых концентраций, если концентрация паров и газов в аппаратах выше нижнего концентрационного предела распространения пламени и/или выше предельно допустимой концентрации.

Горючая среда в производственных помещениях может образоваться только при выходе горючих веществ из аппаратов наружу. Такие условия появляются при нормальной работе технологического оборудования, так как в технологическом процессе применяются аппараты с дыхательными устройствами, через которые в помещения могут выходить пары бензола, также насосы для перекачки ЛВЖ с сальниковыми уплотнениями.

Наибольшую пожарную опасность для производства представляют собой нарушения режима работы технологического оборудования и связанные с ними повреждения и аварии, при которых за короткий промежуток времени может образоваться горючая концентрация не только внутри аппаратов, но и снаружи вследствие выхода значительного количества горючих веществ. Горючая среда образуется в результате образования трещин, свищей, сквозных отверстий; прокладочного материала, разъемных соединений (насосы для транспортирования ЛВЖ), обрыва трубопровода, а также разрушения технологических аппаратов в целом.

Локальное повреждение технологического оборудования.

Масштаб аварии и пожара зависит от вида повреждения. Если повреждение имеет местный характер (образуются трещины, свищи, сквозные отверстия, происходит разрушение прокладочного материала, разъемных соединений), то возможен выход горючих веществ наружу или подсос воздуха внутрь. Может также произойти и полное разрушение аппарата, при котором существует реальная опасность выхода из аппарата за короткий отрезок времени практически всего объема содержащегося в нем горючего вещества. Разрушение аппарата может произойти в результате механического, химического, а также температурного воздействий.


.3 Определение возможности выхода горючих веществ в объем помещения (на открытую площадку) из поврежденного производственного оборудования


Возможные причины повреждения технологического оборудования приведены в таблице 4.


Таблица 4

Причины повреждения технологического оборудованияНаименование оборудованияВентилятор центробежныйПодогревательАдсорбер угольныйЛиния выброса воздухаЛиния подачи водяного параКонденсатор кожухотрубчатыйСепаратор-отстойникНасос растворителяЁмкость для растворителяАдсорбер угольныйЛиния подачи ПВСГидравлические удары-+--++-+---Опасные вибрации+-+++--+_++Нарушение материального баланса-++--+-++++Коррозия+-+++++++++Появление температурных напряжений стенок аппарата++++++-+- ++

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

Масштаб аварии и пожара зависит от вида повреждения. Если повреждение имеет местный характер (образуются трещины, свищи, сквозные отверстия, происходит разрушение прокладочного материала, разъемных соединений), то возможен выход горючих веществ наружу или подсос воздуха внутрь. Может также произойти и полное разрушение аппарата, при котором существует реальная опасность выхода из аппарата за короткий отрезок времени практически всего объема содержащегося в нем горючего вещества. Разрушение аппарата может произойти в результате механического, химического, а также температурного воздействий.

Повреждение производственного оборудования происходят в результате:

·недостатков конструктивного характера (ошибки на стадии проектирования);

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

·нарушения принятых режимов работы;

·отсутствия или неисправности средств защиты от перегрузок;

·некачественного технического обслуживания и ремонта.

Повреждение технологического оборудования в результате механического воздействия.

Гидравлические удары. Гидравлические удары могут возникнуть в результате резкого торможения движущегося потока жидкости в трубопроводных линиях при быстром закрывании или открывании запорной арматуры.

Вибрация технологического оборудования. Вибрация приводит к появлению локальных повреждений во фланцевых соединениях, сварных швах. Источником вибрации являются электродвигатели, насосы для перекачки ЛВЖ.

Повреждение технологического оборудования в результате температурного воздействия. Так как в технологическом процессе не имеется агрегатов работающих при высоких температурах, то нет опасности повреждения технологического оборудования в результате температурного воздействия.

Повреждение технологического оборудования в результате химического воздействия. Проявлением химического воздействия на технологическое оборудование является коррозия, в результате которой происходит постепенное уменьшение толщины стенок аппаратов и снижение механических свойств металла.

Возможны следующие основные комбинации нарушений, в результате которых возникают повреждения 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.

Наибольшую пожарную опасность для производства представляют собой нарушения режима работы при авариях, при котором за короткий промежуток времени может образоваться горючая концентрация в результате образования сквозных отверстий; прокладочного материала, разъемных соединений (насосы для транспортирования ЛВЖ), обрыва трубопровода, а также разрушения технологических аппаратов в целом.

горючий среда пожарный опасность

2.4 Определение возможности образования в горючей среде (или внесения в нее) источников зажигания, инициирования взрыва


Анализ причин проявления источников зажигания от открытого огня, нагретых поверхностей, искр и раскаленных продуктов сгорания приведен в таблице 5.


Таблица 5 Определение возможности образования в горючей среде источников зажигания

Источник зажиганияномер на схеме /Технологическое оборудованиеВентилятор центробежныйПодогревательАдсорбер угольныйЛиния выброса воздухаЛиния подачи водяного параКонденсатор кожухотрубчатыйСепаратор-отстойникНасос растворителяЁмкость для растворителяАдсорбер угольныйЛиния подачи ПВСОт открытого огня, искр и нагретых поверхностейсварочные и другие огневые ремонтные работы-+++-+--+++От теплового проявления механической энергииперегрев подшипников +------+_--при появлении искр механического происхождения, высекаемых при ударах подвижных частей об их неподвижные части -++ +- + + + + + -при применении искрообразующего инструмента в период проведения ремонтных работ+++--++++++От теплового проявления химической энергииТеплота хим. реакций -++-----++-От теплового проявления электрической энергииперегрузка электрических сетей+------+---переходные сопротивления в местах плохого контакта соединения проводов и кабелей+------+---разряды статического электричества+++++++++++разряды атмосферного электричества --------+--


2.5 Определение возможности распространения пожара в технологическом процессе


Путями распространения пожара являются сосредоточение большого количества горючих веществ, внезапное появление факторов, ускоряющих его развитие (растекание ЛВЖ при аварийном истечении из поврежденного оборудования), растекание и попадание ЛВЖ в канализацию, распространение паров ЛВЖ по вентиляционным шахтам. Имеет место распространения пожара по паровоздушной смеси, по транспортерам для перемещения изделий, а также через технологические проемам.


3. Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности, классов взрывоопасных и пожароопасных зон


При расчете значений критериев взрывопожарной опасности в качестве расчетного выбирается наиболее не благоприятный вариант аварии, при котором во взрыве участвует наибольшее количество вещества, наиболее опасного в отношении последствий взрыва (4.1. НПБ 5-2005).

Помещение участка улавливания паров ЛВЖ

В данном помещении наиболее опасным будет адсорбер. Поэтому расчет категории помещения рассчитывается по наиболее опасному веществу -метанолу.

Метанол

Химическая формула: СН3 OH

Молекулярная масса: 32.04 кг/кмоль

Плотность жидкости: 786,9 кг/м3

Температура вспышки: 8С


Помещение участка улавливания паров ЛВЖПараметры помещенияДлина, м50Ширина, м26Высота, м12Кратность аварийной вентиляции, ч-16Привод задвижек.Руч.Наличие АУПТ+6, 16Диаметр, м2,8Высота, м3,4Давление, Мпа0,11Высота слоя угля, м1,3Температура, оС32Поглощающая способность угля, мг/г205Насыпная плотность, кг/м3400Давление пара при десорбции, МПа0,36Диаметр линии, мм140Длина линии, м7

Теплота сгорания 763.8 кДж

Максимальное давления взрыва: 620 кПа

Константы уравнения: В=1660.454,А=8.22777, Са=245.818 Исходные данные помещения участка улавливания паров ЛВЖ:

Обоснование расчётного варианта в соответствии с НПБ 5-2005:

Количество поступивших в помещение веществ, которые могут образовать взрывоопасные газовоздушные или паровоздушные смеси, определяется исходя из следующих предпосылок (п.4.2. НПБ 5-2005):

oПроисходит расчетная авария одного из аппаратов (угольного адсорбера);

oВсе содержимое аппарата поступает в помещение;

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

oРасчетное время отключения трубопроводов следует принимать равным 300с, т.к. отключения насоса автоматическое.

oПроисходит испарение с поверхности разлившейся жидкости, площадь испарения которой при разливе на горизонтальную поверхность определяется исходя из расчета, что 1 л жидкости, разливается на площади 1 м2 пола помещения;

oДлительность испарения жидкости принимается равной времени ее полного испарения, но не более 3600 с.

oЕсли свободный объем помещения определить невозможно, то его допускается принимать условно равным 80 % геометрического объема помещения.

Помещение площадью 1300 м2, высотой 12 м. При аварии происходит полное разрушение аппарата объемом 20,92 м3, давление в аппарате 0,11 МПа. К аппарату смесь паров ЛВЖ и ГГ подводится и отводится по трубопроводу диаметром 140 мм. Линия оборудована аварийными задвижками с ручным пуском. При полном разрушении адсорбера будет происходить выход смеси с производительностью 0,17 м3/мин на протяжении 300 с, так как аварийные задвижки с ручным пуском, а также после закрытия аварийных задвижек самотёком. Из отводящего трубопровода выход смеси будет осуществляться только самотёком

Определяем объём адсорбера:


, (5)


где Н-высота абсорбера;

D-диаметр основания адсорбера.

Определяем объём помещения Vпом по формуле:


(6)


где S - площадь помещения, м2;

h- высота помещения, м.

Свободный объем помещения Vсв составит:


(7)


Определим объем парогазовой смеси, вышедшей из аппарата VА при его полном разрушении:


(8)


где P1 - давление в аппарате, кПа;

V - объём аппарата, м3.

Определяем объём парогазовой смеси, вышедшей из трубопроводов VТ1 до их отключения:


(9)


где qтр - производительность, с которой продолжается поступление метанола в аппарат по трубопроводу до момента его отключения, м3/с;

T - время отключения аварийных задвижек с ручным приводом, с.

Определяем объём парогазовой смеси, вышедшей из обоих трубопроводов VТ2 после того как задвижки были закрыты:


(10)


где l - длинна трубопроводов до задвижек, м;

? - число пи;

d - диаметр подводящего и отводящего трубопроводов, м.

Определяем объём VТ парогазовой смеси вышедшей из трубопроводов:


(11)


Производим расчёт избыточного давления взрыва для паровоздушной смеси метанола:

Определяем плотность метанола pГ при рабочей температуре:


(12)


где V0 - объем, который занимает 1 кмоль газа при нормальных условиях, м3/кмоль;

tp - рабочая температура в помещении, ?С;

М - молярная масса метанола, кг/моль.

Определяем массу m метанола образовавшегося при аварии:


(13)


Определяем стехиометрический коэффициент кислорода ? в реакции сгорания по следующей формуле:


b = nc + (14)


где nс, nн, nо, nх - число атомов С, Н, О и галоидов в молекуле вещества.

Стехиометрическая концентрация Сст метанола составит:


(15)


где ? - стехиометрический коэффициент кислорода в реакции горения.

Определяем расчетное избыточное давление взрыва ?P1 паровоздушной смеси с учетом коэффициента участия горючего вещества во взрыве Z (таблица 2 [33]) и коэффициента kн, учитывающего негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения (п. 5.1 НПБ 5-2005):


(16)


где Pmax - максимальное давление взрыва стехиометрической газовоздушной смеси в замкнутом объеме, кПа;

Р0 - начальное давление, кПа.

т.к. условие не выполняется:


,


таким образом, выбираем Z по таблице 2 НПБ 5-2005.

В результате расчёта получилась категория помещения «Б» в соответствии с НПБ 5-2005.

Помещение вентиляторов

В данном помещении наиболее опасным будет центробежный вентилятор. Поэтому расчет категории помещения рассчитывается по наиболее опасному веществу - метанолу.

Метанол

Химическая формула: СН3 OH

Молекулярная масса: 32.04 кг/кмоль

Плотность жидкости: 786,9 кг/м3

Температура вспышки: 8С

Теплота сгорания 763.8 кДж

Максимальное давления взрыва: 620 кПа

Константы уравнения Антуана:А=8.22777

В=1660.454

Са=245.818


Исходные данные для помещения вентиляторов

Помещение вентиляторов.Параметры помещенияДлина, м30Ширина, м10Высота, м12Привод задвижек.Руч.2Производительность, тыс.м3/час10Диаметр линии, мм300Внутренний объём, м30,1Длина линии, м4

Обоснование расчётного варианта в соответствии с НПБ 5-2005:

Количество поступивших в помещение веществ, которые могут образовать взрывоопасные газовоздушные или паровоздушные смеси, определяется исходя из следующих предпосылок (п.4.2. НПБ 5-2005):

oПроисходит расчетная авария одного из аппаратов (центробежного вентилятор)а;

oВсе содержимое аппарата поступает в помещение;

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

oРасчетное время отключения трубопроводов следует принимать равным 120с, т.к. отключения насоса автоматическое.

Определяем объём помещения Vпом по формуле


(17)


Свободный объем помещения Vсв составит:


(18)


Определим объем метанола, вышедшего из аппарата VА при его полном разрушении:


(19)


где P1 - давление в аппарате, кПа;

V - объём аппарата, м3.

Определяем объём , метанола, вышедшего из трубопроводов VТ1 до их отключения:


(20)


где qтр - производительность, с которой продолжается поступление метанола в аппарат по трубопроводу до момента его отключения, м3/с;

T - время отключения аварийных задвижек с автоматическим приводом, с.1

Определяем объём бензола, вышедший из обоих трубопроводов VТ2 после того как задвижки были закрыты:


(21)


где l - длинна трубопроводов до задвижек, м;

? - число пи;

d - диаметр подводящего и отводящего трубопроводов, м.

Определяем объём VТ метанола из трубопроводов:


(22)


Производим расчёт избыточного давления взрыва для паровоздушной смеси метанола:

Определяем плотность бензола pГ при рабочей температуре:


(23)


где V0 - объем, который занимает 1 кмоль газа при нормальных условиях, м3/кмоль;

tp - рабочая температура в помещении, ?С;

М - молярная масса метанола, кг/моль.

Определяем массу m метанола образовавшегося при аварии:


(24)


Определяем стехиометрический коэффициент кислорода ? в реакции сгорания по следующей формуле:


b = nc + (25)


где nс, nн, nо, nх - число атомов С, Н, О и галоидов в молекуле вещества.

Стехиометрическая концентрация Сст метана составит:


(26)


где ? - стехиометрический коэффициент кислорода в реакции горения.

Определям расчетное избыточное давление взрыва ?P паровоздушной смеси с учетом коэффициента участия горючего вещества во взрыве Z (таблица 2 НПБ 5-2005 ) и коэффициента kн, учитывающего негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения (п. 5.1 НПБ 5-2005 ):


(27)


где Pmax - максимальное давление взрыва стехиометрической газовоздушной смеси в замкнутом объеме, кПа;

Р0 - начальное давление, кПа.

т.к. условие не выполняется:


,


таким образом, выбираем Z по таблице 2 НПБ 5-2005.

В результате расчёта получилась категория помещения «Б» в соответствии с НПБ 5-2005.

Помещение насосной станции

В данном помещении наиболее опасным будет насос растворителя. Поэтому расчет категории помещения рассчитывается по наиболее опасному веществу - метанолу.

Метанол

Химическая формула: СН3 OH

Молекулярная масса: 32.04 кг/кмоль

Плотность жидкости: 786,9 кг/м3

Температура вспышки: 8С

Теплота сгорания 763.8 кДж

Максимальное давления взрыва: 620 кПа

Константы уравнения Антуана:А=8.22777

В=1660.454 Са=245.818


Исходные данные помещения насосной станции:

Помещение насосной станцииПараметры помещенияДлина, м30Ширина, м12Высота, м12Кратность аварийной вентиляции, ч-17Ограничение растеканияПороги в дверных проёмахПривод задвижек.Руч.Наличие АУПТ+13Давление, МПа0,35Температура, °С35Производительность, л/мин0,54Диаметр всасывающей линии, мм100Диаметр нагнетательной линии, мм75Длина линии, м4,4Вид сальникового уплотненияСУДиаметр вала, мм25

Обоснование расчётного варианта в соответствии с НПБ 5-2005:

Количество поступивших в помещение веществ, которые могут образовать взрывоопасные газовоздушные или паровоздушные смеси, определяется исходя из следующих предпосылок (п.4.2. НПБ 5-2005):

oПроисходит расчетная авария одного из аппаратов (насоса растворителя);

oВсе содержимое аппарата поступает в помещение;

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

oРасчетное время отключения трубопроводов следует принимать равным

o300 с, т.к. отключение насоса автоматическое.

Объём насоса:


(28)


Определим объем бензола VT1, вышедшего из трубопроводов до их отключения:


(29)


Определим объем метанола VT2, вышедшего из трубопроводов после их отключения:

Определяем объём парогазовой смеси, вышедшей из обоих трубопроводов VТ2 после того как задвижки были закрыты:


(30)


dH - диаметр напорного трубопровода, м;

lH - длина напорного трубопровода, м;

dOT - диаметр отводящего трубопровода, м;OT - длина отводящего трубопровода, м;


(31)


Определим объем насыщенного раствора метанола VT, вышедшего из трубопроводов:


(32)

Рассчитаем плотность паров метанола при рабочей температуре:


(33)


Расчетная масса метанола m, образовавшегося в результате аварийной ситуации, составит:


(34)


Определим давление насыщенных паров метанола:


(35)


h - коэффициент, принимающийся в зависимости от скорости и температуры воздушного потока коэффициент h рассчитываем, применяя метод интерполяции, по формуле.


(36)


Интенсивность испарения с поверхности жидкости определяется по формуле:


(37)

(38)


Для определения площади розлива необходимо сравнить площадь помещения, ограниченного отбортовкой, и площадь свободного розлива жидкости.

Определяем площадь помещения ограниченную отбортовкой:


(39)


Определяем площадь розлива исходя из того, что 1 л метанола разливается на 1 м2.Так как Fотб < Fроз, то принимаем, что розлив произойдёт на площади 81,9 м2.

Определяем время, за которое испарится метанол:


(40)


Время испарения принимаем равным полному испарению бензола, но не более 3600 с. Так как полученное значение меньше 3600 с, то время полного испарения принимаем 244,59 с.

Масса горючих паров, поступивших в помещение определяется по формуле:


(41)


Определяем стехиометрический коэффициент кислорода ? в реакции сгорания по следующей формуле:


b = nc +


Стехиометрическая концентрация метанола Сст составит:


(42)


Определяем объем помещения по формуле:

(43)


Свободный объем помещения составит:


(44)


Определим расчетное избыточное давление взрыва ?P паровоздушной смеси с учетом коэффициента участия горючего вещества во взрыве Z(таблица 2 НПБ 5-2005) и коэффициента kн, учитывающего негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения :


(45)


т.к. условие не выполняется:


,


таким образом, выбираем Z по таблице 2 НПБ 5-2005.

Так как расчетное избыточное давление взрыва паровоздушной смеси в помещении менее 5 кПа, следовательно помещение 3 относится к категории Б по взрывопожарной опасности в соответствии с НПБ5-2005.

Наружная установка

В данном случае расчет будем вести по емкости с растворителем. Поэтому расчет категории наружной установки рассчитывается по наиболее опасному веществу -метанолу.

Метанол

Химическая формула: СН3 OH

Молекулярная масса: 32.04 кг/кмоль

Плотность жидкости: 786,9 кг/м3

Температура вспышки: 8С

Теплота сгорания 763.8 кДж

Максимальное давления взрыва: 620 кПа

Константы уравнения Антуана:А=8.22777

В=1660.454

Са=245.81


Технологическое оборудование: емкость растворителя

Наружная установка14Объем, м322Степень заполнения0,95Температура жидкости, °С27Диаметр линии, мм75Расстояние до задвижки, м10Привод задвижекРуч.

Оборудование размещено на открытой площадке.

При расчете принимаем самый неблагоприятный вариант аварии, а именно полное разрушение аппарата с выходом всего содержимого наружу. Вещество - метанол.


Обоснование расчётного варианта в соответствии с НПБ 5-2005:

Количество поступивших в помещение веществ, которые могут образовать взрывоопасные газовоздушные или паровоздушные смеси, определяется исходя из следующих предпосылок (п.12.1. НПБ 5-2005):

oПроисходит расчетная авария одного из аппаратов (емкости для растворителя);

oВсе содержимое аппарата поступает в окружающее пространство;

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

oРасчетное время отключения трубопроводов следует принимать равным 300с, т.к. отключения насоса ручное.

oПроисходит испарение с поверхности разлившейся жидкости; площадь испарения при разливе на горизонтальную поверхность определяется (при отсутствии справочных или иных экспериментальных данных), исходя из расчета, что 1 л смесей и растворов, содержащих 70 % и менее (по массе) растворителей, разливается на площади 0,10 м2, а остальных жидкостей - на 0,15 м2;

oПроисходит также испарение жидкостей из емкостей, эксплуатируемых с открытым зеркалом жидкости, и со свежеокрашенных поверхностей;

oДлительность испарения жидкости принимается равной времени ее полного испарения, но не более 3600 с.

Определяем плотность вещества pг при рабочей температуре:


(46)


где V0 - объем, который занимает 1 кмоль газа при нормальных условиях, м3/кмоль;

tp - рабочая температура, ?С;(для г. Гомель 38ºС)

М - молярная масса вещества, кг/моль.

Давление насыщенных паров определяется для каждого вещества по формуле Антуана:


(47)


где A, B, C - константы Антуана

t=38?C - расчетная температура

Объем жидкости находящийся в трубопроводе:


VA = VP ?=22?0,95=20,9 м3 (48)


где ? - коэффициент заполнения аппарата

VP - расчетный объем аппарата

Определим объем насыщенного раствора бензола VT1, вышедшего из трубопровода до их отключения:


(49)


Определим объем насыщенного бензола VT2, вышедшего из трубопровода после их отключения:


(50)


Определим объем насыщенного раствора бензола VT, вышедшего из трубопроводов:


(51)


Масса пролившейся жидкости определяется по формуле:


mж = VA ?ж=22,8?786,9=17941,32 кг (52)


где ?ж - плотность жидкости в зависимости от температуры

Так как искомое значение коэффициента h находится за пределами известных величин, то его значение рассчитываем, применяя метод экстраполяции:


Скорость воздушного потока в помещении, м·с-1Значение коэффициента h при температуре t, оС воздуха в помещении30350,11,81,60,162,162,020,22,42,3

; (53)


Расчет интенсивности испарения паров летучих компонентов растворителей производится по формуле:


W = 10-6 × × Pн = 10-6?1,48??31,90=0,000267 кг/(м2?с) (54)


где h - коэффициент, принимаемый по таблице 8 в зависимости от скорости и температуры воздушного потока над поверхностью испарения

Pн - давление насыщенных паров, кПа.

Площадь испарения равна площади отбортовки:

Fн=Sотб=230 м2 (55)= m р=W × Fи × T=0,000267·230·3600=221,076 кг (56)

(57)


где: mп - масса вышедшей перегретой жидкости, вышедшей в пространство кг;

С0 - константа равная 4,52·106 Дж×кг ;

Ссг - удельная теплота сгорания Дж/кг;

Горизонтальные размеры зоны, м, ограничивающие область концентраций, превышающих нижний концентрационный предел распространения пламени (Снкпр) для паров ненагретых ЛВЖ, вычисляют по формуле:


Rнкпр=3,1501 (58)


где:п - масса паров ЛВЖ, поступивших в открытое пространство за время полного испарения, но не более 3600 с, кг;

rп - плотность паров ЛВЖ при расчетной температуре и атмосферном давлении, кг×м-3;

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

К - коэффициент, принимаемый равным К = Т/3600 для ЛВЖ;

Т - продолжительность поступления паров ЛВЖ в открытое пространство, с;

Снкпр - нижний концентрационный предел распространения пламени паров ЛВЖ, % (об.);

М - молярная масса, кг × кмоль-1;0 - мольный объем, равный 22,413 м3×кмоль-1;р - расчетная температура, °С.


Rнкпр=3,1501,


Определяем расстояние от геометрического центра газопаровоздушного облака по формуле:

= + 30 = + 30 = 33,54 м (59)


Максимальная температура воздуха t=38 С. Плотность воздуха при данной температуре ?в=1,140 кг/м3.


(60)


где: Ро - атмосферное давление, кПа (допускается принимать равным 101 кПа);- расстояние от геометрического центра газопаровоздушного облака, м;mпр - приведенная масса газа или пара, кг.

Наружная установка обладает повышенной пожарной опасностью и относится к категории Ан. Класс зоны В-Iг, т.к. только в данной зоне оборудование может размещаться снаружи.



Таблица 6. Категории помещений по взрывопожарной и пожарной опасности

Наименование помещенияКатегория по НПБ 5-2005Помещение участка улавливания паров ЛВЖБПомещение вентиляторовБПомещение насосной станцииБ

.5 Расчет категории здания


Таблица 7

Категория помещенияНаименование помещения Сумарная площадь помещений, м2Общая площадь помещений здания, м2В процентах от общей площади помещений, %БПомещение участка улавливания паров ЛВЖ1300196066,3БПомещение вентиляторов300196015,3БПомещение насосной станции360196018,4

Из таблицы видно что суммарная площадь помещений категории Б превышает 5% площади всех помещений и 200 м2,следовательно здание относиться к категории Б по взрывопожарной и пожарной опасности согласно п. 101 НПБ 5-2005.


. Разработка мероприятий по обеспечению пожарной безопасности производственного процесса


.1 Мероприятия по ограничению образования горючей среды


Таблица 8

Мероприятия по ограничению образования горючей среды№ п/пМероприятияСсылка на нормативный документ1Не допускать применение веществ не прошедших входной контроль на соответствие их противопожарным требованиям технических условий.П.3.1.7. [9]2Не допускать превышение предельного количества горючих веществ в помещениях.П.3.2.1. [9]3Для транспортировки ЛВЖ и ГЖ использовать герметичную тару.П.3.2.6. [9]4Содержать технологическое оборудование в исправном состоянии, обеспечить работу без рывков, заеданий или повышенного трения движущихся частей.П.3.2.11. [9]5Проверять герметичность оборудования и тары для хранения ЛВЖ и ГЖ.П.3.2.12. [9]6Обеспечить надёжную защиту от повреждений и аварий оборудования с наличием горючих веществ при помощи установки защитных устройств.П.3.2.13. [9]7Содержать в исправности, окрасить в красный цвет и нанести поясняющие обозначения на аварийные задвижки и вентиляции трубопроводов.П.3.2.14. [9]8Поддерживать в исправном состоянии системы аварийного слива.П.3.2.15. [9]9Проводить своевременный ремонт технологического оборудования.П.3.2.16. [9]10Применять автоматизированные сливо-наливные устройства при сливе ЛВЖ и ГЖ. П.3.2.19. [9]11Применять негорючие технические жидкости и составы для мойки, а также обезжиривания.П.3.2.21. [9]12При разгонке низкокипящих растворов и сжиженных газов во избежание образования ледяных и кристаллогидратных пробок необходимо контролировать количество влаги в сырье, подавать соответствующий растворитель в места, где систематически наблюдается отложение льда, или осуществлять обогрев этих мест.П.178. [10]13Приборы автоматического контроля уровня жидкости в сепараторах должны быть в исправном состоянии. При отсутствии стационарных приборов, должен осуществляться лабораторный контроль с периодичностью, определенной в производственных инструкциях. На открытых установках в зимнее время спускные и дренажные линии, а также участки трубопроводов подачи замерзающих жидкостей (воды, щелочи и других жидкостей) должны иметь исправное утепление.П.181. [10]14Фильтры на адсорбционных установках или циклоны для улавливания из транспортируемой среды твердых примесей должны быть исправными и регулярно очищаться. Участки линий, где возможно образование конденсата, должны иметь уклон для стекания жидкости.П.182. [10]15Перед остановкой адсорбера необходимо из поглотителя отогнать горючие вещества и охладить аппарат. Отработанный адсорбент после выгрузки необходимо смачивать водой для исключения самовоспламенения.П.184. [10]


4.2 Мероприятия по предотвращению образования источников зажигания в горючей среде


Таблица 9

Мероприятия по предотвращению образования источников зажигания в горючей среде№ п/пМероприятияСсылка на нормативный документ1Соблюдать скоростной режим транспортировки ЛВЖ и ГЖ по трубопроводам согласно норм.П.97.[10]2Не допускать использование спецодежды из синтетических материалов персоналом, обслуживающим помещения, где возможно выделение паров ЛВЖ и ГЖ.П.99.[10]3Не допускать сушку спецодежды на горячих трубопроводах, электродвигателях и отопительных приборах.П.101.[10]4Не допускать: - эксплуатацию электрооборудования с нарушенным защитным заземлением; - перегрузку электрооборудования, кабелей и проводов; П.106.[10]5Производить ремонт и техническое обслуживание электроустановок в сроки, определенные ПТЭ и ПТБ.П.108.[10]6Производить ремонт взрывозащищенного электрооборудования только специализированными организациями, имеющими лицензию на этот вид деятельности.П.109.[10]7Не допускать изменение параметров взрывозащиты на ремонтируемом электрооборудовании.П.110.[10]8Содержать средства защиты от статического электричества в исправном состоянии.П.114.[10] 9Выполнить молниезащиту в соответствии с требованиями руководящего документа Минэнерго СССР Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений. РД 34.21.22.П.117.[10]10Проверять состояние токопроводящих элементов перед началом грозового периода, а также не реже 1 раза в год проводить измерение сопротивления всех заземлений молниезащиты.П.118.[10]11Немедленно устранять механические и коррозионные повреждения элементов молниезашиты.П.119.[10] 12Не допускать во время грозы: - стравливание продуктов производства в атмосферу через газоотводные трубы и воздушники; - держать открытыми окна и двери производственных помещений; - производить продувку аппаратов и трубопроводов с ЛВЖ, ГЖ, ГГ, СГГ; - производить сливо-наливные операции.П.120.[10]13Плавно производить разогрев и охлаждение теплообменников.П.139.[10]14Вскрывать аппараты при их остановке только после стравливания избыточного давления, слива ЛВЖ, ГЖ, удаления горючих паров и газов, продувки внутреннего объёма инертным газом.П.160.[10]15Не допускать превышения уровня жидкости в аппаратах, и следить за исправностью регулирующего высоту устройства.П.167.[10] 16Не допускать использование кабелей и проводов с полиэтиленовой изоляцией и кабелей в полиэтиленовой оболочке.П.4.1.13. [9]17Соединять, оконцовывать и ответвлять жилы проводов и кабелей с помощью опрессовки, сварки, пайки или специальных зажимов.П.4.1.15. [9]18Не применять открытый огонь при проведении ремонтных работ.П.4.2.8. [9]19


Министерство по чрезвычайным ситуациям республики Беларусь Государственное учреждение образования Гомельский инженерный институт

Больше работ по теме:

КОНТАКТНЫЙ EMAIL: [email protected]

Скачать реферат © 2017 | Пользовательское соглашение

Скачать      Реферат

ПРОФЕССИОНАЛЬНАЯ ПОМОЩЬ СТУДЕНТАМ