Страница 4 из 14
ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ИСТОЧНИКИ ЗАЖИГАНИЯ
Источник зажигания - средство энергетического воздействия, инициирующее возникновение горения данной среды.
Под производственными источниками зажигания следует понимать такие источники, существование или появление которых связано с осуществлением технологических процессов производств.
Производственные источники зажигания характеризуются воспламеняющей способностью, которую оценивают упрощенно - путем сравнения температуры, теплосодержания и времени его теплового действия с соответствующими характеристиками горючей смеси.
При этом считают, что источник тепла опасен как источник зажигания, если:
температура искры Т и больше (или равна) температуре самовоспламенения горючей среды Т св, в контакте с которой находится искра
Т и ³Т св (1.33)
количество тепла, заключенное в искре, q и больше (или равно) минимальной энергии зажигания горючей среды q мин
q и ³ q мин (1.34)
время действия искры t и (определяется при охлаждении искры до Т св) больше (или равно) периода индукции горючей среды t инд:
t и ³ t инд.(1.35)
Если хотя бы одно из названных условий не выполняется, то искра не обладает воспламеняющейся способностью и, следовательно, она не может быть отнесена к источнику зажигания.
Параметры предполагаемого источника зажигания можно определить расчетным или опытным путем, а горючей среды - по справочной литературе.
В условиях производства существует большое количество различных источников зажигания.
Вероятность возникновения источника зажигания принимают равной нулю в следующих случаях:
- если источник не способен нагреть вещество выше 80% значения температуры самовоспламенения вещества или температуры самовозгорания вещества, имеющего склонность к тепловому самовозгоранию;
- если энергия, переданная тепловым источником горючему веществу (паро-, газо-, пылевоздушной смеси) ниже 40% минимальной энергии зажигания;
- если за время остывания теплового источника он не способен нагреть горючие вещества выше температуры воспламенения;
- если время воздействия теплового источника меньше суммы периода индукции горючей среды и времени нагрева локального объема этой среды от начальной температуры до температуры воспламенения.
По времени действия различают:
- постоянно действующие (они предусмотрены технологическим регламентом при нормальном режиме работы оборудования);
- потенциально возможные источники зажигания, возникающие при нарушениях технологического процесса.
По природе проявления различают следующие группы источников зажигания:
- открытый огонь и раскаленные продукты сгорания;
- тепловое проявление механической энергии;
- тепловое проявление химических реакций;
- тепловое проявление электрической энергии.
Следует иметь в виду, что эта классификация носит условный характер. Так, открытый огонь и раскаленные продукты сгорания имеют химическую природу проявления. Однако, учитывая особую пожарную опасность, эту группу принято рассматривать отдельно.
Открытый огонь и раскаленные продукты сгорания.
В условиях производства для осуществления многих технологических процессов используется открытое пламя, например, в аппаратах огневого действия (трубчатых печах, реакторах, сушилках и т. п.), при производстве огневых работ, при сжигании выбрасываемых в атмосферу паров и газов на факельных установках.
Поэтому открытый огонь и раскаленные продукты сгорания обычно используются или образуются в огневых печах, заводских факельных установках и при проведении огневых работ. Кроме этого, высоконагретые продукты сгорания, образующиеся при сжигании топлива в топках и двигателях внутреннего сгорания; искры топок и двигателей, образующиеся в результате неполного сгорания твердого, жидкого или газообразного топлива.
Мероприятия, предупреждающие пожары от открытого огня и раскаленных продуктов горения:
1. Изоляция аппаратов огневого действия:
1.1. рациональное размещение на открытых площадках;
1.2. устройство противопожарных разрывов;
1.3. устройство между аппаратами огневого действия и газопароопасными аппаратами экранов в виде стен или отдельных закрытых линий, выполненных из негорючих материалов;
1.4. устройство паровых завес по периметру печей с газоопасных сторон.
2. Соблюдение правил пожарной безопасности при проведении огневых работ.
3. Изоляция высоконагретых продуктов сгорания:
3.1. контроль за состоянием дымовых каналов;
3.2. защита высоконагретых поверхностей (трубопроводов, дымовых каналов) теплоизоляцией;
3.3. устройство противопожарных разделок и отступок и т.п.
4. Защита от искр при работе топок и двигателей:
4.1. соблюдение оптимальных температур и соотношения между топливом и воздухом в горючей смеси;
4.2. контроль за техническим состоянием и исправностью устройств для сжигания топлива;
4.3. систематическая очистка внутренних поверхностей топок, дымовых каналов и двигателей внутреннего сгорания от сажи и нагаромасляных отложений;
4.4. использование искроуловителей и искрогасителей (рис. 10 … 12).
|
|
|
|
Рис. 10. Схема гравитационного искроулови-теля: 1 - осадительная камера; 2 - смесь потока дымовых газов с искрами; 3 - направление движения дымовых газов; 4 - направление движения искр |
Рис. 11. Схема инерционного искроулови-теля: 1 - топка; 2 - перегородка; 3 - направление движения дымовых газов; 4 - направление движения искр; 5 - искроосадительная камера |
|
|
|
|
Рис. 12. Схема центробежного искроуловителя циклонного типа: 1 - корпус искроуловителя; 2 - смесь потока дымовых газов с искрами; 3 - тангенциальный патрубок; 4 - направление движения дымовых газов; 5 - направление движения искр; 6 - выгрузка охлажденных искр |
|
5. Ограничение источников огня, не вызванных потребностями технологического процесса:
5.1. оборудование мест для курения;
5.2. применение горячей воды, пара, для обогрева замерзших труб;
5.3. распаривание и очистка скребками отложений в аппаратах вместо их выжигания.
Тепловое проявление механической энергии.
При взаимном трении тел за счет совершения механической работы происходит их разогрев. При этом механическая энергия переходит в тепловую. Тепловой нагрев, т. е. температура трущихся тел в зависимости от условий трения может быть достаточной для воспламенения горючих веществ и материалов. При этом нагретые тела выступают в качестве источника зажигания.
В производственных условиях наиболее распространенными случаями опасного нагрева тел при трении являются:
- удары твердых тел с образованием искр;
- поверхностное трение тел;
- сжатие газов.
(инициаторов горения)
Внутренние (скрытые) источники тепловой энергии – окислительные экзотермические реакции, приводящие к самовозгоранию (самовоспламенению). Воспламенение (загорание) произойдет, если время теплового воздействия внешнего или внутреннего источника теплоты на горючую смесь будет не менее периода, необходимого для развития реакции с формированием фронта пламени, способного к дальнейшему самопроизвольному распространению.
Пути и скорость распространения пламени и развития пожара определяются видом технологического процесса, агрегатным состоянием горючих материалов, размерами производства, техническим состоянием оборудования, уровнем и надежностью противопожарной защиты т.д. и т.п. Это 3-ий фактор ПО, который в каждом отдельном случае требует специального анализа и конкретизации.
2.4. В течение 12-13 мин. преподаватель дает пояснения об образовании горючей среды и технических решения по предупреждению возникновения этой опасности в различных аппаратах, в производственных помещениях и на открытых технологических площадках, где обращаются горючие жидкости, газы или твердыми материалы (пыль, порошки, волокна).
Различные технологические аппараты с пожаровзрывоопасными веществами при определенных условиях могут явиться местом возникновения пожара или взрыва. Для выявления возможности возникновения горения внутри технологического оборудования необходимо, прежде всего, оценить возможность образования в нем горючей среды.
Для оценки возможности образования горючей среды внутри технологического оборудования необходимо знать основные режимные параметры (рабочую температуру, давление, концентрацию и др.). Эти данные содержатся в технологической документации и являются определяющими при оценке возможности образования горючей среды. К технологической документации относятся технологическая часть проекта (на стадии проектирования производства) и технологический регламент (на стадии эксплуатации производства).
Условия образования горючей среды в аппаратах с веществами различного агрегатного состояния (газ, жидкость, твердое – пыль, порошок, волокно) несколько отличаются и в каждом отдельном случае имеют свои особенности, которые вы рассмотрите на практических занятиях и семинаре.
В закрытых аппаратах с жидкостями горючая среда может образоваться только в том случае, когда над поверхностью (зеркалом) жидкости имеется свободный объем. Сам факт и скорость образования ГС будет зависеть от наличия в этом пространстве окислителя (например, кислород воздуха), от вида (ЛВЖ или ГЖ) и физико-химических свойств жидкости, условий проведения технологического процесса.
Наличие над зеркалом жидкости свободного пространства является необходимым, но не достаточным условием для образования горючей среды. Достаточным условием является уровень концентрации паров, находящийся в концентрационных пределах РП, т.е.
Для аппаратов с неподвижным уровнем жидкости (например, для аппаратов непрерывного действия) оценка возможности образования горючей среды может быть сделана по температуре. При этом, необходимо чтобы рабочая температура жидкости t р была соизмерима со значениями температурных пределов распространения пламени и выполнялось условие:
. (2.2)
Итак, возможность образования горючей среды в закрытых аппаратах с ГЖ и ЛВЖ может быть оценена путем:
Проверки наличия над зеркалом жидкости свободного паровоздушного объема;
Сравнения рабочей концентрации паров жидкости с концентрационными пределами воспламенения;
Сравнения рабочей температуры жидкости в аппарате со значениями температурных пределов воспламенения.
Основными направлениями защиты от образования горючей среды в аппаратах с горючими и легковоспламеняющимися жидкостями являются:
1. Ликвидация свободного паровоздушного объема одним из следующих способов:
· полное заполнение аппаратов жидкостью;
· хранение горючих и легковоспламеняющихся жидкостей под защитным слоем специальных ПАВ или устройств (плавающая крыша, понтон и др.);
· применение резинотканевых резервуаров.
2. Обеспечение безопасного температурного режима работы аппаратов , то есть поддержание рабочей температуры t р ниже нижнего или выше верхнего температурных пределов воспламенения (с учетом коэффициентов безопасности):
(t н - 10) ³ t р ³ (t в + 15). (2.3)
3. Использование негорючих (инертных) газов для заполнения свободного пространства аппаратов и передавливания горючих жидкостей.
4. Применение систем соединяющих между собой паровоздушные пространства различных емкостных аппаратов , позволяющих снизить концентрацию кислорода в паровоздушной смеси менее 16 % об., когда горение паров становится невозможным.
Аппараты с газами . Такие аппараты всегда находятся под избыточным давлением, поэтому поступление воздуха в них невозможно, а, следовательно, невозможно и образование горючей среды.
Для предупреждения образования горючей среды внутри аппаратов с ГГ необходимо предусматривать следующие мероприятия и технические решения:
· поддерживать рабочую концентрацию горючего газа в смеси с окислителем за пределами области воспламенения, то есть ниже нижнего и выше верхнего пределов распространения пламени;
· применять системы автоматической подачи негорючих (инертных) газов в объем аппаратов для разбавления (флегматизации) горючей смеси.
· обеспечивать непрерывный автоматический контроль и сигнализацию об опасности содержания в ГГ окислителя или же горючего газа в окислителе.
· предусматривать системы автоматической блокировки, обеспечивающие прекращение подачи одного из компонентов горючей смеси, а в некоторых случаях сразу двух компонентов, при опасных отклонениях концентрации от рабочих параметров.
В технологическом оборудовании с твердыми горючими веществами и материалами горючая среда может образоваться при тепловом воздействии на них, в результате их самонагревания, при механической обработке до пылевидного состояния или получения волокон, порошка и т.п.
Сами твердые горючие вещества и материалы не способны образовывать в смеси с воздухом горючую среду. Если же их нагреть до некоторых критических температур, то может начаться процесс разложения с выделением летучих. Так, в процессе пиролиза древесины при температурах 150 - 275 о С происходит ее разложение менее с выделением окиси углерода, уксусной кислоты, метана, водорода и других газообразных веществ. Выделяющиеся продукты разложения в среде окислителя при определенных условиях могут образовывать горючую смесь. В таких случаях оценку возможности образования горючей среды в технологическом оборудовании производят, как и в случае с ЛВЖ, ГЖ или ГГ, по условию (2.1).
Основными мерами защиты от образования горючей среды в аппаратах с твердыми горючими веществами и материалами, которые подвергаются тепловому воздействию или склонны к самонагреванию, являются:
· применение систем автоматического контроля за температурой материала и температурой в аппарате;
· применение систем автоматического регулирования температуры в аппаратах;
· применение систем автоматического контроля концентрации горючих продуктов термического разложения в аппарате.
· применение систем автоматической подачи негорючих (инертных) газов в объем аппаратов для разбавления горючей смеси.
Технологические аппараты с горючими пылями (порошками, волокнами) характеризуются значительной пожарной опасностью. При работе мельниц, дробилок, хлопковых разрыхлителей, центробежных классификаторов, систем пневмотранспорта образуется очень большое количество пыли. Пыль в таких аппаратах может находиться во взвешенном состоянии (аэрозоль) и в осевшем состоянии (аэрогель). В первом случае пожарная опасность пылей рассматривается как для газов и паров, во втором случае ― как для твердых веществ и материалов.
Повышенную опасность для технологического оборудования представляет осевшая пыль. Обладая развитой поверхностью контакта с окислителем, она в отложившемся состоянии может самовозгораться, а при взвихрении образовывать горючую концентрацию. Это обстоятельство обуславливает характерную особенность циклического протекания пылевых взрывов. Сначала, как правило, происходит первичный взрыв (вспышка) небольшой мощности в локальной зоне технологического оборудования. Образующаяся при этом взрывная волна приводит к взвихрению оставшейся пыли и образованию горючей пылевоздушной смеси в значительно большем объеме. Происходит повторный взрыв, который часто приводит к разрушению оборудования и образованию горючей концентрации уже в объеме производственного цеха. Мощность последнего взрыва может оказаться достаточной для разрушения всего здания, в котором размещается производство. Такое развитие событий характерно для аварийных ситуаций на зернофабриках, мукомольных заводах и элеваторах,
Для предупреждения образования горючей среды внутри технологического оборудования с горючими пылями (порошками, волокнами) необходимо предусматривать следующие мероприятия и технические решения:
1. Применять, по возможности, менее пылящие технологические процессы (мокрые способы обработки, измельчение с увлажнением, вибрационный помол).
2. Использовать инертные газы или минеральные (неорганические) пыли для разбавления (флегматизации) пылевоздушного пространства аппаратов.
3. Применять инертные газы для пневматической транспортировки
взрывоопасных пылей.
4. Оборудовать системы аспирации (местные отсосы) у пылящего технологического оборудования.
· Исключать возможность оседания горючей пыли на внутренних поверхностях аппаратов и трубопроводов.
5. Оборудовать аппараты и трубопроводы специальными лючками, обеспечивающими доступ для очистки внутренних поверхностей от отложений пыли.
В производственных помещениях и на открытых технологических площадках горючие паро-, газо- и пылевоздушные смеси образуются в двух случаях:
1. При выходе горючих веществ из нормально действующих технологических аппаратов, что, как правило, допускается технологическим регламентом.
2. При выходе горючих веществ из поврежденного по каким-либо причинам технологического оборудования (аварийная ситуация).
При нормальных режимах работы оборудования горючая среда на технологических участках может образовываться в том случае, если по условиям технологии применяются:
Аппараты с открытой поверхностью испарения (окрасочные ванны, ванны для пропитки изделий, ванны для промывки и обезжиривания деталей, закалочные ванны и т. п.). Горючая концентрация паров жидкости в смеси с воздухом над поверхностью таких аппаратов будет образовываться когда рабочая температура жидкости t р выше ее температуры вспышки:
(2.5)
Для предупреждения образования горючей среды при использовании аппаратов с открытой поверхностью испарения необходимо предусматривать следующие мероприятия и технические решения:
· использовать по возможности закрытые (герметичные) аппараты;
· заменять ЛВЖ и ГЖ на пожаробезопасные жидкости и составы;
· поддерживать рабочую температуру горючей жидкости ниже температуры вспышки (с учетом коэффициента безопасности):
t р < (t всп – 10) (2.6)
· производить выбор наиболее рациональной формы открытого аппарата, позволяющей иметь минимальную величину поверхности испарения;
· использовать системы местных отсосов или улавливания выделяющихся при испарении паров жидкости непосредственно у аппаратов.
Аппараты с дыхательными устройствами. Данные аппараты представляют собой закрытые емкости, внутренний объем которых сообщается с окружающей средой через дыхательные устройства (дыхательные трубы, клапана и т.п.). К таким аппаратам относятся резервуары, мерники, дозаторы и другие емкости, работа которых по условиям технологии требует изменения уровня жидкости (демонстрация слайда 10).
Лектор поясняет рисунок. Слайд остается на экране до демонстрации следующего по тексту слайда:
Слайд 10. Схема большого дыхания резервуара:
а – до начала заполнения; б – в период заполнения; 1- наполнительная линия; 2 – корпус; 3 – дыхательный клапан; 4 – уровень жидкости; 5 – расходная линия.
На практике различают малое и большое дыхание аппаратов. Под большим дыханием понимается вытеснение паров наружу или подсос воздуха внутрь аппарата при изменении в нем уровня жидкости (при наполнении и опорожнении). Под малым дыханием понимается вытеснение паров наружу или подсос воздуха внутрь аппарата при изменении температуры в его газовом пространстве. При этом уровень жидкости остается неизменным. Образование горючей среды у дыхательных устройств возможно, если рабочая температура жидкости в аппарате больше или равна НТПР:
(3.7)
В этих случаях для предупреждения образования горючей среды снаружи аппаратов необходимо:
· герметизация внутреннего объема аппаратов путем установки специальных дыхательных клапанов;
· применение газоуравнительных систем, соединяющих между собой паровоздушные объемы различных емкостных аппаратов, за счет чего исключается выход паров в окружающее пространство;
· устройство систем улавливания и утилизации вытесняемых через дыхательные устройства паров (адсорбционные, абсорбционные, холодильные и другие установки);
· применение плавающих крыш и понтонов;
· снижение количества выбросов от малых дыханий, возникающих вследствие нагрева аппаратов от солнечной радиации (окраска аппаратов в светлые тона, орошение, устройство теплоизоляции);
· вывод дыхательных труб за пределы помещения.
Аппараты, периодически открываемые для выгрузки и загрузки веществ. Оценка возможности образования горючей среды в объеме помещений или локальных зонах в таких случаев может быть произведена путем сравнения фактической концентрации горючих веществ j ф со значением нижнего концентрационного предела распространения пламени j н. Горючая среда будет образовываться, если выполняется условие:
(2.8)
Для предотвращения образования горючей среды вследствие эксплуатации аппаратов периодического действия на практике необходимо предусматривать следующие меры:
· заменять по возможности аппараты периодического действия на герметичные аппараты непрерывного действия;
· максимально герметизировать загрузочные и разгрузочные устройства аппаратов;
· предусматривать системы местных отсосов горючих газов, паров и пылей у мест их сосредоточенного выхода из аппаратов (открываемые крышки, люки для взятия проб и т.п.).
Герметичные аппараты, работающие под избыточным давлением. При эксплуатации таких аппаратов даже при их исправном состоянии могут происходить небольшие утечки горючих веществ через прокладки, швы, разъемные соединения, уплотнения валов, плунжеров и т.п. Причины нарушения герметичности запланировано разобрать на практических занятиях для конкретных аппаратов и процессов.
Для уменьшения количества утечек при эксплуатации герметичных аппаратов необходимо:
· применять сварку, пайку и развальцовку для неразъемных соединений;
· использовать легкодеформируемые и износоустойчивые прокладочные материалы (фибру, резину, асбест, паронит и т.п.) для разъемных соединений;
· применять по возможности вместо сальниковых уплотнений торцевые уплотнения;
· оборудовать местные отсосы у мест установки сальниковых уплотнений;
· проводить проверку технологического оборудования на герметичность перед пуском, после ремонта, обслуживания, длительного простоя, а также через определенные периоды эксплуатации, оговоренные технологической инструкцией.
Наибольшую пожарную опасность технологическое оборудование представляет в случае аварийных ситуаций , когда нарушается его нормальный режим работы и происходит повреждение аппаратов и коммуникаций . Вероятность возникновения аварийных и чрезвычайных ситуаций связанных с пожарами или приводящих к ним на промышленных объектах будет сведена в будущем к минимуму, если Вы отнесетесь с пониманием и ответственностью к изучению дисциплины ПБТП в совокупности с другими предметами курса подготовки инженеров пожарной безопасности.
Таким образом, пожарная безопасность технологических процессов определяется свойствами горючей среды (фактор-1), особенностями источников воспламенения (фактор-2) и путями распространения пожара (фактор-3). Для инженерных решений по обеспечению ПБ производства необходимо:
Знать и понимать сущность процессов, происходящих в тех или иных аппаратах, принцип их работы;
Уметь предвидеть причины, которые могут привести к разрушению оборудования;
Знать способы и приемы, позволяющие устранить нежелательные явления.
Задача курса «Пожарная безопасность технологических процессов» - научить видеть и предвидеть возможные пожаровзрывоопасные ситуации. Однако просто видеть и понимать суть происходящих явлений недостаточно, необходимо уметь управлять ими, принимать правильные решения. Только в этом случае может состояться специалист в области пожарной безопасности.
Подробно этот предмет Вы будете изучать на 4-5 курсах, но базой для его успешного освоения помимо данной лекции и вводных практических занятий являются фундаментальные дисциплины: химия, физика, математика; специальные дисциплины: теоретические основы процессов горения, термодинамика и теплопередача, гидравлика, пожарная тактика и др. Добросовестное их изучение – залог успешного освоения курса ПБТП.
ТЕПЛОВЫЕ ИСТОЧНИКИ ЗАЖИГАНИЯ.
ВОСПЛАМЕНЕНИЕ ГОРЮЧИХ СМЕСЕЙ ОТ НАГРЕТЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ, ФРИКЦИОННЫХ ИСКР, РАЗРЯДОВ СТАТИЧЕСКОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА.
Тепловыми источниками зажигания горючих смесей могут быть открытый огонь, раскалённые продукты горения, нагретые поверхности, разряды статического электричества, молнии.
Источниками открытого огня в производственных условиях являются технологические нагревательные печи, реакторы огневого действия, регенераторы с выжиганием органических веществ из негорючих катализаторов, печи для сжигания и утилизации отходов; факельные устройства для сжигания отходящих газов, аппараты для газовой резки и сварки металлов.
Открытый огонь может воспламенить во всех случаях горючие смеси газов и паров с воздухом, так как температура пламени (более 1000 °С) всегда превышает температуру самовоспламенения газов и паров.
Основной мерой противопожарной защиты от стационарных источников открытого огня является их изоляция от горючих газов и паров при авариях и повреждениях. Поэтому аппараты огневого действия располагают на открытых площадках на определённом расстоянии от потенциальных объектов воспламенения. При газосварочных работах необходимы специальные меры, применение защитных экранов для предотвращения разлета раскаленных частичек металла и т. п.
Нагретые поверхности технологического оборудования
Правила техники безопасности предусматривают установление допустимой температуры поверхности такого оборудования.
Предельно допустимая температура безопасного нагрева неизолированных поверхностей технологического (электрического) оборудования составляет 80 % от величины стандартной температуры самовоспламенения газов или паров жидкостей и не должна быть выше минимальной температуры самовоспламенения.
В технологических процессах с использованием горючих пылей и волокон температура поверхности оборудования, на которую могут осесть горючие пыли или волокна, должна быть не менее чем на 50°С ниже температуры тления пылей (для тлеющих пылей):
t пов. оборуд = t тления пыли – 50 о С
Для нетлеющих пылей:
t пов. оборуд ≤ 2/3 t самовоспл
Фрикционные искры (искры удара и трения).
Являются наиболее распространенными источниками зажигания горючих смесей во взрывоопасных производствах. Они образуются при трении или соударении рабочих органов технологических машин и механизмов, а также при выполнении обслуживающим персоналом некоторых технологических операций. При обработке абразивные частицы могут разогреваться до температуры видимого свечения. Такие частицы принято называть фрикционными искрами.
Фрикционные искры металлов в определенных условиях разогреваются до температуры, при которой происходит воспламенение частиц. В этом случае за очень малый промежуток времени выделяется количество тепла, достаточное для прогревания прилегающего к частице объема горючей газовой смеси до температуры самовоспламенения.
При окислении металлических частиц кислородом воздуха на поверхности частиц образуются оксидные плёнки.
Все металлы можно разделить на две группы.
К первой группе относятся металлы Li , Na , Mg , К и др., у которых отношение объемов оксида и металла меньше единицы.
Ко второй группе относятся F е, А l , Т i , С u и др., у которых отношение объемов оксида и металла больше единицы.
Основное влияние на скорость окисления таких частиц оказывает диффузия кислорода внутрь кристаллической решетки оксида.
Рассмотрим разогрев частиц металлов первой группы.
Частицы Mg размером 10 мкм разогреваются за счет реакции окисления до температуры 1381 К. Над поверхностью частицы появляется диффузионное пламя, которое существует до полного сгорания металла.
При трении и соударении частиц металлов второй группы, например пары сталь - сталь, максимальная температура отрывающихся частиц определяется температурой плавления железа или его оксидов, что приводит к поверхностному горению до полного сгорания металла.
Растворённые в металлах и образующиеся при горении углерода газы раздувают пузырёк жидкого оксида, в результате чего после выгорания всего металла и охлаждения оксида образуется полый пузырёк.
Схема окисления фрикционных частиц стали приведена на рис. ниже.
Определяющее влияние на разогрев частиц оказывает содержание кислорода в газовой среде. При увеличении содержания кислорода в 3 раза в смеси с азотом температура фрикционных частиц углеродистых сталей возрастает с 2100 К до 2600 К.
Схемы искрообразующих установок на производстве.
Исследования процессов искрообразования и поджигания горючих газовоздушных смесей проводят на экспериментальных установках, моделирующих реально существующие условия во взрывоопасных помещениях.
1 - установка копрового типа для испытания материалов;
2 - установка обстрела для испытания материалов, работающих в режиме одиночного соударения при больших скоростях относительного перемещения;
3 - маятниковый копер для испытания материалов, работающих в режиме одиночных скользящих соударений;
4 - установка для испытания материалов, работающих в режиме непрерывного трения;
5 - установка для испытания материалов, работающих в режиме быстрочередующихся ударов.
Исследования процессов искрообразования и поджигания, горючих газопаровоздушных смесей проводятся на экспериментальных установках, моделирующих реально существующие условия во взрывоопасных помещениях на рис. установка 5: монтируется во взрывной камере, продуваемой горючей смесью. Стол камеры служит для крепления пластин, изготовленных из исследуемых материалов. Включается привод, и механизмом подъема закрепленная на столе пластина прижимается к вращающейся детали.
Скорость скольжения (V, м/с) определяется из уравнения:
где d - диаметр вращающегося элемента,
f - частота соударений, с -1 .
Число соударений n подсчитывается по формуле:
где S - количество «ударников» на вращающемся элементе;
τ - время работы механизма, с.
Вероятность Р воспламенения исследуемой горючей смеси при соударении различных материалов определяется как отношение количества поджиганий к количеству соударений n :
Испытываемые материалы считаются искробезопасными по отношению к данной горючей газовой смеси, если максимальное значение вероятности зажигания горючей смеси Р не превышает 10 -5 для любого состава горючей смеси.
В целях обеспечения фрикционной искробезопасности технологических процессов промышленность выпускает вентиляторы с применением защитных покрытий деталей проточной полости.
Во время проведения технологических операций и ремонтных работ во взрывоопасных зонах используется искробезопасный инструмент, выполненный из материалов, не дающих искр.
Наибольшее распространение получили искробезопасные бериллиевые бронзы. Ударные инструменты, выполненные из таких материалов не образуют искр, так как энергия соударения расходуется на пластическую деформацию материала инструмента.
Разряды статического электричества (СЭ)
Под СЭ принято понимать электрические заряды, находящиеся в состоянии относительного покоя, распределенные на поверхности или в объеме диэлектрика или на поверхности изолированного проводника.
Электризацией сопровождаются процессы, протекающие в аппаратах с интенсивным механическим воздействием: смесителях, дробилках, мельницах, пневмотранспортных системах и т. п.
Электризация отдельных частиц диспергированных материалов происходит при их соударении друг с другом и со стенками технологических аппаратов.
Основная опасность электризации - возможность воспламенения горючей смеси искровыми разрядами СЭ.
Токи электризации, как правило, не превышают десятков микроампер. Они не могут вызвать поражение человека. Однако разряды СЭ между телом человека и заряженным объектом вызывают испуг, сопровождающийся непроизвольными некоординированными движениями, что может привести к несчастному случаю.
Искровой разряд СЭ воспламеняет горючую смесь, если выделяющаяся в разряде энергия равна или больше минимальной энергии зажигания горючей смеси.
Защита от СЭ должна осуществляться во взрывоопасных зонах, классификация которых приведена в Правилах устройства электроустановок (ПУЭ). Вне взрывоопасных зон защита осуществляется в случае, если СЭ отрицательно влияет на здоровье человека, технологический процесс или качество продукции.
Для производственных целей широко используют открытый огонь, огневые печи, реакторы, факелы для сжигания паров и газов. При производстве ремонтных работ часто используют пламя горелок и паяльных ламп, применяют факелы для отогрева замерзших труб, костры для прогрева грунта или сжигания отходов. Температура пламени, а также количество выделяющегося при этом тепла достаточны для воспламенения почти всех горючих веществ. Поэтому главная защита от данных источников зажигания - изоляция от возможного соприкосновения с ними горючих паров и газов (при авариях и повреждениях соседних аппаратов).
При проектировании технологических установок «огневые» аппараты следует изолировать, размещая их в закрытых помещениях, обособленно от других аппаратов. На открытых площадках между «огневыми» аппаратами и пожаровзрывоопасными установками (например, открытыми этажерками) целесообразно размещать закрытые здания, которые будут выполнять роль защитных преград.
Аппараты огневого действия размещают на площадках с соблюдением разрывов, величина которых в зависимости от характера и режима работы смежных аппаратов и сооружений регламентируется нормативными актами.
Особенности пожарной опасности и инженерно-технические мероприятия противопожарной защиты огневых печей как наиболее типичных и широко распространенных аппаратов огневого действия детально рассмотрены в главе 12 данного учебника.
К аппаратам огневого действия следует отнести факельные установки для сжигания газовых выбросов. Недочеты в проектировании и устройстве факельных установок могут привести к тепловому воздействию факела пламени на расположенные вблизи здания, сооружения и аппараты с горючими газами и жидкостями, а также к загазованию территории при внезапном потухании пламени. Следует отметить, что факелы общезаводские или общецеховые менее опасны, чем факелы, расположенные непосредственно на аппаратах, так как имеют большую высоту вертикального ствола и размещены на значительном расстоянии (60... 100 м и более) от взрыво- и пожароопасных зданий и сооружений.
Факельная установка (рис. 5.3) состоит из системы подводящих трубопроводов, предохранительных устройств (огнепреградителей) и факельной горелки. Конструкция горелки должна обеспечивать непрерывность сжигания подаваемого газа путем устройства легко зажигаемого и защищенного от ветра «маяка» (постоянно горящей горелки).
Рис. 5.3. Факел для сжигания газов: / - линия подачи водяного пара; 2 - линия поджигания дежурной горелки;
3 - линия подачи газа к дежурной горелке; 4 - горелка; 5 - ствол факела; 6 - огнепреградитель; 7 - сепаратор;
8 - линия, подводящая газ на сжигание
Поджигание газовой смеси в дежурной горелке производят с помощью так называемого бегущего пламени (предварительно подготовленная горючая смесь воспламеняется электрозапалом, и пламя, перемещаясь вверх, поджигает газ горелки). Чтобы уменьшить образование дыма и искр, к факельной горелке подводят водяной пар.
Следует отметить, что побочные продукты и отходы производства выгоднее не сжигать на факельных установках, а утилизировать.
Источники открытого огня - факелы - нередко используют для разогрева застывшего продукта в трубах, для освещения при осмотре аппаратов в темноте, например при замере уровня жидкостей, при разведении костров на территории объекта с ЛВЖ и ГЖ и т. п. Источником открытого огня является и зажженная спичка. Вот характерный пример. На заводе химического волокна капролактам размещался штабелями в полиэтиленовых мешках, которые, в свою очередь, находились в джутовых мешках (в настоящее время перед поступлением смолы на склад джутовую упаковку снимают). Поздно вечером ученик аппаратчика, разрезая мешок, уронил нож и, чтобы найти его, зажег спичку. От пламени спички воспламенился джутовый мешок. Огонь быстро распространился по штабелю. Возник пожар.
Воспламенение многих веществ возможно от таких «малокалорийных» источников зажигания, как тлеющий окурок сигареты или "Папиросы. Факты и исследования показали, что тлеющие сигарета и папироса имеют температуру 350...400° С и длительность тления 12 мин и более. Контакт горящего окурка с твердым и волокнистым веществом или пылью вызывает появление очага тления, который при достаточном доступе воздуха и при условиях, способствующих аккумуляции выделяющегося тепла, вызывает пламенное горение вещества. Так, тлеющая папироса или сигарета при наличии оптимальных условий вызывает воспламенение стружек и древесины через 1...1.5 и 2...3 ч соответственно (пламя появляется при температуре 450...500° С); бумажных отходов, сена и соломы -. через 0,25...1 ч (в зависимости от их плотности); хлопчатобумажных тканей - через 0,5... 1 ч (в зависимости от объемного веса ткани).
В цехах, складах и на территории пожаровзрывоопасных объектов курение разрешается только в специально оборудованных местах.
Для отогрева замерзших труб вместо факелов следует использовать горячую воду, водяной пар или индукционные грелки. Твердые отложения в трубопроводах распаривают и очищают скребками, а при необходимости выжигания трубы демонтируют и осуществляют этот процесс на местах постоянного производства огневых работ или на специально выделенных площадках вне цеха. Выжигание твердых и жидких горючих отложений в воздуховодах без их демонтажа может быть допущено только в исключительных случаях с разрешения госпожнадзора и под непосредственным наблюдением ответственных работников цеха.
К производственным источникам зажигания, как было сказано выше, следует отнести высоконагретые продукты горения - газо- образные продукты горения, образующиеся при горении твердых, жидких и газообразных веществ, имеющих высокую температуру (800...1200° С и выше). При такой температуре топочных газов наружная поверхность стенок аппаратов может быть нагрета выше температуры самовоспламенения образующихся в производстве веществ. Особенно это относится к металлическим выхлопным трубам топок и двигателей внутреннего сгорания
Значительную пожарную опасность представляет выход горючих газов через неисправности кладки топок, дымовых каналов и при повреждении выхлопных труб двигателей внутреннего сгорания. Поэтому при эксплуатации топок и двигателей внутреннего сгорания нужно следить за состоянием кладки дымовых каналов и боровов, не допускать неплотностей и прогара выхлопных труб,а также загрязнения их поверхности горючей пылью или наличия вблизи нагретых поверхностей каких-либо горючих веществ.
Высоконагретые поверхности металлических труб защищают обычно теплоизоляцией с защитными кожухами. Предельно допустимая температура поверхности труб (кожухов) не должна превышать 80% температуры самовоспламенения обращающихся в производстве горючих веществ.
Нередко продукты горения используют в качестве теплоносителя при сушке древесины, щепы, волокнистых; и сыпучих органических материалов. Пожарная безопасность таких устройств рассматривается в главе 15 данного учебника.
Производственным источником зажигания являются искры, возникающие при работе топок и двигателей. Они представляют собой твердые раскаленные частицы топлива или окалины в газовом потоке, которые образуются в результате неполного сгорания или механического уноса горючих веществ и продуктов коррозии. Температура такой твердой частицы достаточно высока, но запас тепловой энергии невелик, так как мала масса искры. Искра способна воспламенить только вещества, достаточно подготовленные к горению, а к таким веществам относятся газо- и паровоздушные смеси (особенно при концентрациях, близких к стехиометрическим), осевшая пыль, волокнистые материалы.
Топки «искрят» из-за конструктивных недостатков; из-за использования не того сорта топлива, на которое печь рассчитана; из-за усиленной шуровки и дутья; из-за неполного сгорания топлива (при недостаточной подаче воздуха или чрезмерной подаче топлива); из-за недостаточного распыления жидкого топлива, а также из-за нарушения сроков очистки печей.
Искры и нагар при работе дизельных и карбюраторных двигателей образуются при неправильной регулировке системы подачи топлива и электрозажигания; при загрязнении топлива смазочными маслами и минеральными примесями; при длительной работе двигателя с перегрузками; при нарушении сроков очистки выхлопной системы от нагара.
Устранение причин искрообразования - это поддержание топок и двигателей в хорошем техническом состоянии, соблюдение установленных режимов сжигания топлива, использование только того вида топлива, на которое рассчитаны топка или двигатель, своевременная их очистка, а также устройство дымовых труб такой высоты, чтобы искры догорали и гасли, не выходя из трубы.
Для улавливания и гашения искр используются искроуловители и искрогасители: осадительные камеры, инерционные камеры и циклоны, турбиновихревые уловители, электрофильтры, а также устройства с использованием водяных завес, охлаждения и разбавления газов водяными парами и т. п. Наиболее распространенную группу представляют искроуловители с использованием сил тяжести и инерции (в том числе центробежных сил). Такими искроуловителями оборудуют дымогазовые сушилки, тракторы, комбайны, автомобили, тепловозы и другие аппараты, механизмы и устройства с использованием двигателей внутреннего сгорания и топок.
В искроосадительных камерах используется принцип осаждения искр под действием силы тяжести (рис. 5.4). При малой скорости движения газа в камере подъемная сила потока, воздействующая на искры, оказывается меньше силы тяжести, и искра оседает (см. § 1.4). Такой искроуловитель громоздок и недостаточно эффективен. Поэтому в чистом виде искроосадительные камеры применяют редко. Но принцип, положенный в основу их работы, используют во многих искрогасителях.
Рис. 5.4. Искроуловитель с использованием силы тяжести: / - искроосадительная камера; 2 - выхлопная труба
Рис. 5.5. Искроуловитель инерционного действия: / - корпус печи; 2 - топка; 3 - искроосадительная камера; 4 - очистное отверстие
В искроуловителях инерционного действия на пути движения газового потока устанавливают отражательные устройства в виде сеток, перегородок, козырьков, жалюзи и т. п. Газовый поток, встречая препятствие, изменяет направление движения, а искры, двигаясь по инерции, ударяются о препятствие, дробятся, теряют скорость, оседают или догорают. Эффективность улавливания искр такими приборами возрастает с увеличением массы искр и скорости их движения.
Простейший искроуловитель инерционного действия показан на рис. 5.5. Следует отметить, что сетчатые искроуловители малоэффективны: отверстия сеток быстро забиваются, сетки прогорают. Более эффективным является инерционный искроуловитель жалюзийного типа (рис. 5.6), который улавливает 90...95% всех искр.
В центробежные искроуловители поток газа вводится тангенциально, благодаря чему приобретает вращательное винтообразное движение. Под воздействием центробежной силы искры отбрасываются к стенке, дробятся, истираются и догорают. Такие искроуловители называют циклонами (рис. 5.7).
Искроуловители-электрофильтры применяют для улавливания искр из газового потока силами электрического притяжения. Установка (рис. 5.8) состоит из источника постоянного тока высокого напряжения (40...75 кВ) А и электрофильтра Б, основными элементами которого являются коронирующие (отрицательно заряженные) и осадительные (положительно заряженные) электроды. Между электродами возникает коронный разряд (или корона), проходя через который газ ионизируется, а искры, сталкиваясь с ионами, приобретают в основном отрицательный заряд, притягиваются к осадительным электродам и осаждаются на них.
Рис. 5.6. Инерционный искроуловитель жалюзийного типа: 1 - линия подачи уловленных искр в циклон;
2 - линия очищенных от искр газов; 3 - жалюзийный искроуловитель; 4 - конические кольца рабочей камеры; 5 - газопровод; 6 - линия возврата газа в жалюзийную камеру; 7 - циклон для очистки газа от искр
Рис. 5.7. Циклонный искроуловитель
Рис. 5.8. Схема электрофильтра: А - машинное отделение; Б - фильтр; / - питающая сеть; 2 - регулятор напряжения; 3 - трансформатор; 4 - выпрямитель; 5 - проходной изолятор; 6 - выход очищенного газа; 7 - коронирующий электрод; 8 - осадительный электрод; 9 - ввод газа с искрами; 10 -бункер
Постепенно на осадительном электроде образуется толстый слой (шуба) отрицательно заряженных отложений частиц пыли и искр, экранирующих его. Поэтому периодически электрофильтр отключается от источника тока, электроды встряхиваются, и осевшие частицы падают в бункер. Степень очистки в электрофильтрах очень высока, так как частицы любых размеров приобретают заряд и при достаточной продолжительности очистки оседают на электроде. Использование электрофильтров во взрывоопасных производствах нежелательно, так как их применение связано с появлением мощных источников зажигания электрической природы (электрические разряды, дуга, короткое замыкание и т. п.) Для более тщательной очистки продуктов горения от искр на пути их движения устанавливают последовательно несколько ступеней искроулавливания, В отличие от искроуловителя, искрогаситель не предотвращает выделения искр в атмосферу, а лишь исключает их пожарную опасность. С помощью искрогасителя уменьшаются температура искр, их размер, теплосодержание.
Большое распространение для выхлопных систем двигателей внутреннего сгорания получили турбинно-вихревые искрогасители центробежного действия (рис. 5.9). Проходя через подвижное лопастное колесо (турбину), поток газа приобретает вращательное движение, за счет чего искры отбрасываются к корпусу, где они истираются и догорают.
Возможны комбинированные защитные устройства с улавливанием и гашением искр, например искрогаситель с водяной завесой.
Следует отметить, что вопросы улавливания и гашения искр при работе топок и двигателей исследованы недостаточно. Нет методик, позволяющих еще на стадии проектирования топки и двигателя определять реальную опасность их «искровыделения». Поиск типа и конструкций искроуловителей и искрогасителей ведется, как правило, эмпирически, поэтому необходима дальнейшая разработка теоретических основ их расчета и конструирования.
Источник зажигания - средство энергетического воздействия, инициирующее возникновение горения данной среды.
Под производственными источниками зажигания следует понимать такие источники, существование или появление которых связано с осуществлением технологических процессов производств.
Производственные источники зажигания характеризуются воспламеняющей способностью, которую оценивают упрощенно - путем сравнения температуры, теплосодержания и времени его теплового действия с соответствующими характеристиками горючей смеси.
Пожарная опасность открытого огня, высоконагретых продуктов сгорания, раскаленных поверхностей оборудования.
Пожарная опасность открытого огня, высоконагретых продуктов сгорания, раскаленных поверхностей оборудования заключается в том что они могут являться потенциальными источниками зажигания при наличии горючей среды.
Пламенем и топочными газами нагревают вещества, которые необходимо нагреть до t выше 300ºС. Чаще всего печи работают на жидком или газообразном топливе. Пожароопасность печей:
· высокая t до 1000-1200 ºС;
· высокая температура продуктов (от 600 ºС)
· коррозир. воздействие продуктов и топочных газов.
Взрывы происх. в периоды пуска печей или в моменты внезапного обрыва факелов пламени и послед.возобновлении подачи топлива и его воспламенении.
Меры профилактики:
· Очистка топлива от воды и мех примесей.
· Прим-е сепараторов для отделения воды от газов.
· Чистка форсунок в установл.сроки.
· Автомат.перекрытие топливной линии при обрыве факелов пламени.
· переход на др.вид топлива.
· Причины быстрого распространения пожара в условиях производства и условия, способствующие распространению пожара на производстве. Решения пожарной безопасности для предупреждения крупных пожаров.
Практика эксплуатации различных производств свидетельствует, что в одних случаях начавшийся пожар через некоторое время самолокализуется, а в других - может получить быстрое развитие. Из одного технологического аппарата он может перейти в другой, выйти за пределы технологического оборудования, распространиться в соседнее производственное помещение, перекинуться на строительные конструкции здания и сооружения и таким образом принять большие размеры, причинить значительный материальный ущерб, а иногда привести и к гибели людей.
Причинами быстрого распространения пожара в условиях производства являются:
сосредоточение большого количества горючих веществ и материалов;
наличие технологических систем транспорта, связывающих в единое целое, как технологические установки так и производственные помещения по горизонтали и вертикали здания или сооружения;
внезапное появление факторов, ускоряющих развитие пожара:
растекание ЛВЖ и ГЖ при аварии из оборудования,
разрушение аппаратов при взрыве.
Решения по предотвращению причин распространения пожара:
Снижение при проектировании и эксплуатации производства количества горючих веществ, обращающихся в технологическом процессе производства.
Защита производственных коммуникаций от распространения пламени.
Защита аппаратов от растекания и разрушения при взрыве.
Одной из частых причин быстрого развития пожара и увеличению его продолжительности является:
Наличие в помещениях и на открытых, площадках большого (не обоснованного) количества горючих веществ и материалов;
Размещение резервуаров и аппаратов с ЛВЖ и ГЖ в помещениях, не приспособленных для их хранения (складирования);
Аварии аппаратов и трубопроводов, сопровождающихся разливом ЛВЖ и ГЖ, загазованностью помещений, открытых установок и территорий;
Равномерно распределенная по длине горючая нагрузка в виде отложений различных веществ и материалов на наземных трубопроводах, подземных тоннелях, в траншеях, системах канализации, вентиляционных системах, лотках, каналах и т.д.
Наличие горючих жидкостей и газов, обладающих способностью к взрывному распаду без доступа воздуха под действием нагрева или сжатия;
Использование в качестве упаковки веществ из легкосгораемых материалов (джутовые мешки, рогожа, полиэтиленовые мешки, картон, древесина и т.п.), способствующих быстрому распространению начавшегося пожара;
Отсутствие экстренных средств эвакуации или уменьшения количества огнеопасных жидкостей, паров, твердых горючих материалов при появлении угрозы аварии или в случае возникновения пожара в производственном помещении или на нарушенной технологической установке (аварийный слив горючих жидкостей, выпуск горючих паров или газов из аппаратов в атмосферу);
Наличие слоя горючей жидкости на поверхности воды в системе производственной канализации при их работе неполным сечением;
При повреждении аппаратов, электрооборудования и строительных конструкциях при взрыве горючих смесей в смежных или соседних помещениях, площадках и т.д.
При неисправности предохранительных клапанов и т.п.
Все это подчеркивает значение заранее продуманных решений, обеспечивающих не только предупреждение пожаров, но и создание условий для успешной их локализации.
Огезадерживающие устройства.
Для предотвращения распространения огня по производственным коммуникациям применяют различного типа огнепреградители:
Сухие огнепреградители;
Гидравлические затворы (огнепреградители);
Затворы из измельченных твердых материалов;
Автоматические задвижки, вентили, заслонки;
Водяные и паровые завесы;
Перемычки;
Обвалования, засыпи и т.п.
