1. Оценка пожароопасных свойств обращающихся в производстве веществ

Как видно из технологической схемы в рассматриваемых аппаратах находятся: этилбензол, стирол, водород и используется, как топливо природный газ. Их пожароопасные свойства следующие.

Этилбензол: C₆H₅CH₂CH₃ – бесцветная жидкость, легче воды, в воде не растворим, температура кипения 136⁰С; объемная масса 870 кг/м³. Температура вспышки +20⁰С. Пары этилбензола с воздухом образуют взрывоопасные концентрации в пределах 0,9-3,9 % (об.). Нижний температурный предел распространения пламени +18⁰С, верхний - +45⁰С. Температура самовоспламенения равна 553⁰С. Горит этил бензол с выделением большого количества сажи. Является диэлектриком. Пары и продукты разложения этил бензола токсичны.

Стирол: C₆H₅CH=CH₂ – прозрачная жидкость, имеющая эфирный запах, легче воды и в воде не растворим. Объемная масса стирола 906 кг/м³. Температура кипения 142⁰С. Температура вспышки +30⁰С. Температурные пределы распространения пламени: нижний - +25⁰С, верхний - +60⁰С. Концентрационные пределы распространения пламени: нижний -1,0%, верхний- 6% (об.). Температура самовоспламенения 490⁰С. Теплота сгорания -4438,8 кДж/моль. Скорость выгорания 38 кг/м². Диэлектрик. Горит с большим выделением сажи. Продукты испарения и разложения токсичны.

Таким образом, обращающиеся жидкости хотя и имеют высокие температуры кипения, но относятся в ЛВЖ, при горении выделяется большое количество тепла и, следовательно, могут быть высокие температуры пожара. Продукты разложения и испарения опасны для организма человека. Горят сильно коптящим пламенем.

Водород: Н₂ – бесцветный горючий газ, не имеющий запаха. Удельная масса 0,09 кг/м³. Теплота горения -241,6 кДж/моль. Температура самовоспламенения 510⁰С. Концентрационные пределы распространения пламени: нижний 4%, верхний 75%. Минимальная энергия зажигания 0,017 МДж. Максимальное давление при взрыве 6,7 кг/см².

Является одним из самых легких и взрывоопасных газов, обладает большой диффузионной способностью, скапливается в верхних частях помещения. Горит бесцветным пламенем.

Метан: СН₄ – является основной составляющей частью природного газа. Это бесцветный газ, с удельной массой 0,72 кг/м³. Легче воздуха в два раза. Теплота горения -802кДж/моль. В воде не растворим. Температура самовоспламенения 537⁰С. Концентрационные пределы распространения пламени: нижний 5%, верхний 15% (об.). Минимальная энергия зажигания 0,28 мДж. Горит синеватым пламенем.

Метан, хотя и менее опасен по сравнению с водородом, но также с воздухом образует взрывоопасные концентрации. Требует более мощных, чем водород источников зажигания. От механических искр при обычных температурах не воспламеняется.

2.Оценка взрывопожароопасности внутри аппаратов при их нормальной работе, в периоды остановки и пуска

• При нормальной работе

Резервуар с этилбензолом является резервуаром с переменным уровнем жидкости. Следовательно, в аппарате имеется паровоздушное пространство. Чтобы оценить опасность этой среды, надо сравнить рабочую температуру жидкости с ее температурными пределами распространения пламени (воспламенения). Смесь будет взрывоопасна, если Т_НТПВ ≤Т_раб ≤ Т_ВТПВ.

Рабочая температура жидкости в резервуаре (по заданию) Т_раб =20⁰С, Т_НТПВ=18⁰С, Т_ВТПВ=59⁰ С.

Следовательно, 18⁰С < 20⁰С <59⁰С.

Так как рабочая температура жидкости даже без учета коэффициентов запаса надежности находится в области нижнего температурного предела распространения пламени, ниже верхнего температурного предела распространения пламени, то концентрация паров в резервуаре взрывоопасна.

Итак, мы установили, что концентрация паров в резервуаре взрывоопасна, то возможность взрыва в данном случае не исключается.

Определим, какое давление образуется при взрыве паров этилбензола.

Давление при взрыве можно определить по формуле:

Р_взр. = Р_о (Т_взр./Т_о)·(m/n),

где Р_взр.- давление при взрыве паров, кг/см²;

Р_о – рабочее давление в резервуаре, кг/см²

Т_взр. и Т_о – соответственно температура при взрыве и рабочая температура в резервуаре, ^оК;

m и n – количество молей до взрыва и после взрыва.

По заданию Р_о =1,01 атм (кг/см²); Т_о =273+20 =293К

Температуру при взрыве Т_взр. Можно определить расчетом или принять в пределах 160-1700 К (с учетом тепловых потерь). Примем температуру Т_взр=1700 К.

Для определения m и n напишем реакцию горения этилбензола:

С₆Н₅СН₂СН₃ + 10,5О₂ +10,5·3,76N₂ = 8СО₂ + 5Н₂О + 10,5·3,76N₂

n = 1+10,5+10,5·3,76=50,98 m=8+5+39,48=52,48

Следовательно, Р_взр.=1,01·1700/293·(52,48/50,98)=1,01·5,80·1,03=6,03 кг/см² (0,6 МПа).

При взрыве паров образуется давление, опасное для корпуса резервуара.

Увеличение давления в 6 раз против нормального и динамичность его воздействия приведет к разрушению корпуса резервуара.

Защиты от этой опасности резервуар не имеет. Из возможных вариантов (защита инертным газом, изменение температурных условий хранения) наиболее целесообразным применение резервуаров с плавающей крышей, которые не будут иметь паровоздушного объема.

Реактор трубчатого типа – по трубкам реактора непрерывно циркулирую перегретые пары этилбензола и продуктов его разложения без наличия воздуха. Следовательно, внутри реактора взрывоопасной смеси не может быть. В топочном производстве при нормальной работе идет процесс горения топлива. Взрывоопасной смеси тоже не может быть.

Ректификационная колонна – внутренний объем колонны заполнен только парами стирола и кипящей жидкостью. Воздуха в колонне нет, следовательно, концентрация в колонне не взрывоопасна, она выше верхнего предела распространения пламени.

Вакуум-компрессор – весь внутренний объем компрессора заполнен газом без наличия воздуха, следовательно, взрывоопасная концентрация отсутствует.

Следовательно, во всех аппаратах кроме резервуара, концентрация не взрывоопасная, она равна 100% горючего вещества, а в резервуаре концентрация паров этилбензола находится в пределах взрываемости (в области воспламенения).

• В периоды остановки и пуска

При остановке во всех аппаратах может быть наличие взрывоопасной концентрации паров и газов в результате неполного слива жидкости, стравливания газов или при недостаточно-качественной продувке от остатков горючих веществ и при неполном отключении аппаратов от связанных с ними труб.

Опасность при пуске аппаратов также связана с возможностью образования взрывоопасных смесей первых порций горючего вещества с воздухом, если он не удален из аппарата.

Правильность остановки и пуска аппаратов (реактора, ректификационной колонны и др.) предполагает помимо других мер безопасности обязательную продувку водяным паром или негорючим газом.

Длительность продувки и ее окончание должна быть записана в инструкции, определяется взятием пробы на анализ предельно допустимого содержания горючего вещества.

Предварительно длительность продувки может определиться расчетом.

Так, например, длительность продувки ректификационной колонны должна быть не менее:

τ = η ·V_{св /}q·lnφ_нач./φ_кон., где

τ - длительность продувки колонны, мин;

η - коэффициент, зависящий от летучести жидкости и ее количества в остатке после опорожнения. Колеблется от 3 до 10.

В нашем случае стирол мало летучая жидкость (t_кип =142⁰С) и тарелки колонны трудно освободить от жидкости, поэтому возьмем η =10);

φ_нач – начальная концентрация горючего перед продувкой , т.к. в колонне только пары стирола, следовательно φ_нач =1;

φ_кон – конечно-допустимая концентрация при продувке.

Так как колонна имеет сложное устройство, работает при повышенной температуре, то даже при остановке на профилактический осмотр надо принимать φ_кон= 0,05·φ_нкпв..

V_св- свободный объем колонны, м³, V_св =0,8·V;

q – количество, подаваемого газа или водяного пара на продувку, м³/мин (q= 15·πd²_тр·w).

Продувку ведем водяным паром. Предположим, что диаметр продувочной линии водяного пара равен 50 мм, а скорость истечения пара 20 м/с, тогда q= 15·3,14·0,05²·20 =2,36 м³/мин.

Подставляя полученные данные, будем иметь:

Τ= 10·(25/2,36)·2,3 lg 1·100/0,05·1 = 804 мин или 13,5 час.

Достаточность такой длительности продувки следует проверить взятием пробы среды на анализ.

Топочное пространство реактора перед розжигом форсунок также должно продуваться водяным паром в течение времени, устанавливаемого инструкцией.

Чтобы топливный газ не попадал в печь, когда она не работает, между задвижкой на топливной линии и горелкой печи должна быть вентиляционная свеча с открытой на этот период задвижкой.