Анализ причин и условий, способствующих развитию пожаров.
Причины быстрого распространения пожара:
§ - сосредоточение большого количества горючих веществ и материалов;
§ - наличие технологических систем транспорта (элеватор для переработки зерна);
§ - растекание огнеопасных жидкостей;
§ - разрушение аппаратов при взрыве и т.д.
Условия, способствующие распространению пожара:
§ - позднее обнаружение и сообщение о пожаре;
§ - отсутствие или неисправность АСПП;
§ - неквалифицированные действия при тушении пожара и т.д.
Знание причин и условий распространения пожара позволяет заранее предусмотреть эффективные решения пожарной безопасности для предупреждения крупных пожаров.
Следует всегда помнить и знать, что начавшийся пожар может быстро развиваться, иметь катастрофические масштабы, если будут соответствующие условия. Поэтому данному вопросу следует обращать особое внимание уже в стадии проектирования технологических систем, а также при их строительстве и эксплуатации.
В данной лекции будут детально рассмотрены вопросы защиты технологических систем от распространения пожара – причины и условия.
Причины и условия быстрого развития пожаров.
Условия для быстрого распространения возникшего пожара на производствах с взрывопожарной технологией практически всегда имеются. Это объясняется наличием ЛВ и Г веществ и материалов и, как правило, отсутствием препятствий и специальных противопожарных преград на путях вероятного распространения огня: - на разветвлениях коммуникациях продуктопроводов (нефтебазы);
§ - транспортерах (элеваторы);
§ - в проемах строительных конструкций;
§ - вентиляционных устройствах;
§ - в аспирационных устройствах;
§ - в трубопроводных лотках и траншеях и т.д.
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.
Сухие огнепреградители.
1. Классификация огнепреградителей:
а) по устройству – ленточные, пластичные, сетчатые, с насадкой из гранулированного материала, с насадкой из пористого материала;
б) по условиям локализации пламени – взрывостойкие, огнестойкие, стойкие к разгрузке давления, температуры, детонационностойкие.
Сухие огнепреградители – это такие защитные устройства, которые свободно пропускают поток жидкости или газов через твердую огнезащитную насадку, но задерживают и гасят пламя.
Принцип действия всех огнепреградителей, несмотря на многообразие конструктивных решений, одинаков. Их защитное действие основано на явлении гашения пламени в узких каналах. Сухими огнепреградителями чаще всего защищают газовые и паровоздушные линии, в которых по условиям технологии или при нарушении нормального режима работы могут образовываться горючие концентрации, а также линии с наличием веществ, способных разлагаться под воздействием давления, температуры или других факторов.
Огнепреградители могут быть в виде сеток или насадок из гранулированных тел или волокон.
Диаметр канала насадки или отверстия сетки огнепреградителя, при котором тепловыделение от горящей смеси будет равно теплопотере, называют критическим диаметром dкр, который определяется по формуле
,
где Peкр – число Пекле, на пределе гашения Ре = 65,
Uн – нормальная скорость распространения пламени;
а – коэффициент температуропроводности;
l - коэффициент теплопроводности горючей среды;
Ср - теплоемкость горючей смеси;
r - плотность горючей смеси;
R – газовая постоянная;
Т – температура горючей смеси;
G – количество горючей смеси;
V – объем горючей смеси.
В соответствии с экспериментальными данными диаметр канала насадки огнепреградителя должен быть принят с учетом двойного коэффициента надежности,
а диаметр гранул
Сухими огнепреградителями защищают газовые и паровоздушные технологии:
§ - дыхательные линии резервуаров;
§ - дренажные (стравливающие) линии на аппаратах с газами и ЛВЖ;
§ - паровоздушные линии рекуперационных установок;
§ - линии, идущие от аппаратов на факел;
§ - линии газовой обвязки резервуаров с ЛВЖ;
§ - линии с наличием веществ, способных разлагаться под воздействием давления, температуры и других факторов и т.п.
Устойчивость огнегасящей насадки против взрыва обеспечивается защитой взрывными мембранами предохранительными устройствами.
По своей конструкции огневые заградители бывают:
гравийные, сетчатые, кассетные, из стеклянных или фарфоровых шариков, из металлокерамических пластин или трубок, из фольги, спирально свернутых лент различной формы по сечению, из металловолокна и т.п.
Жидкостные огнепреградители.
Огнепреградители жидкостные (гидравлические затворы) применяют для защиты газовых и жидкостных трубопроводных линий, лотков, канализаций, в которых по условиям эксплуатации может создаваться опасность распространения пламени в кинетическом (со взрывом) и диффузионном (распространение по поверхности жидкости) режимах горения.
Гашение пламени в гидрозатворах происходит в момент прохождения (барботажа) горящей газовой или паровоздушной смеси через запирающий слой жидкости в результате дробления ее на тонкие струйки и отдельные пузырьки, в которых оказывается в расчлененном виде фронт пламени. При этом теплоотражающая поверхность пламени увеличивается, и создаются условия для интенсивного отвода тепла при тепловыделении горения.
Гидрозатворы применяются для защиты:
§ - напорных трубопроводов;
§ - сливоналивных эстакад;
§ - производственной канализации на предприятиях с ЛВЖ И ГЖ;
§ - лотков насосных станций;
§ - газовых линий (с применением обратного клапана и предохранительной мембраны) и т.п.
Следует отметить, что разгерметизация технологических систем часто происходит через гидрозатворы. Затворная жидкость выбрасывается при чрезмерном повышении давления или вакууме в аппарате.
Надежность гашения пламени в гидрозатворе обеспечивается наличием высоты слоя жидкости, через которую проходит горящая смесь.
Затворы из твердых измельченных материалов
Для предупреждения распространения огня по трубопроводам при транспортировании твердых измельченных материалов, на них монтируются сухие затворы, с помощью которых исключается возможность образования в трубопроводе воздушного пространства.
В качестве сухого затвора применяют шнековых дозер-питатель, секторный, дозер, бункеры между циклонами и топками, шлюзовые затворы и т.д.
Технические требования к огнепреградителям обусловлены выполняемыми ими функциями. Все элементы огнепреградителя должны обладать достаточной механической прочностью, чтобы выдерживать давление, возникающее при детонации; иметь минимальное гидравлическое сопротивление для прохождения газа через огнепреграждающий элемент.
Огезадерживающая арматура (заслонки, пламяотсекатели).
Характерной особенностью в гашении пламени с помощью огнезадерживающих заслонок является тот факт, что еще до подхода пламени они полностью перекрывают живое сечение трубопровода, создавая препятствие на пути движения пламени. При этом одновременно происходит остановка движения транспортного потока. Важным требованием, определяющим эффективность пламяотсекателей, является их быстродействие: они должны успеть надежно, перекрыть трубопровод до подхода пламени, т.е. для этой цели их оснащают малоинерционным автоматическим приводом, состоящим из датчика (фоторезисторы, термисторы, легкоплавкие замки, синтетические нити) и исполнительного органа (электрический, пневматический, гидравлический).
Быстродействующие пламягасители могут быть различной конструкции:
§ - пробковый отсекатель с пироприводом;
§ - пламяотсекатель с запорным органом в виде сыпучего материала;
§ - автоматические клапаны с чувствительными к взрыву элементами;
§ - отсечные устройства мгновенного действия с исполнительным поршневым механизмом;
§ - отсекающее устройство с шаровыми кранами;
§ - отсекатель-ороситель с шиберной заслонкой;
§ - форсуночные заградительные устройства и т.п.
Своевременное срабатывание заслонок и задвижек оценивают продолжительностью их срабатывания, при этом время срабатывания ее t1 должно быть меньше длительности движения пламени t2 до места расположения задвижки, т.е. t1 < t2.
Время движения пламени до задвижки определяется по формуле:
где L - расстояние от предполагаемого места возникновения горения до задвижки, м;
V - скорость распространения пламени, м/с.
Время срабатывания чувствительного элемента зависит от его вида и может колебаться от долей секунды (фотореле) до нескольких минут (легкоплавкие сплавы). Время срабатывания привода не превышает одной секунды.
Защита технологического оборудования от воздействия опасных факторов пожара (ОФП).
В соответствии с ГОСТ 12.1.033-81 опасными факторами пожара являются факторы, воздействующие на людей, технологическое оборудование, сооружения, окружающую среду и приводящие к гибели людей, материальному ущербу, отравлению или травме.
С развитием современных технологий производств возрастает актуальность по обеспечению пожарной безопасности технологического оборудования.
Защита технологического оборудования от ОФП – комплексное понятие, включающее в себя следующие основные направления деятельности сотрудников ГПС различных уровней и рангов:
§ - анализ статистических данных, изучение отечественного и зарубежного опыта с целью выбора наиболее актуальных направлений исследований;
§ - разработка методов определения пожарной опасности технологического оборудования и включение их в ГОСТы и международные стандарты;
§ - разработка пожарно-профилактических рекомендаций и противопожарных требований к технологическому оборудованию для отраслевых и республиканских нормативных документов;
§ - разработка научно-обоснованных методов определения причастности к пожарам аварийных режимов в технологических аппаратах;
§ - оказание научно-методической и практической помощи отраслевым организациям в создании пожаробезопасного технологического оборудования.
Современные технологические системы предусматривают осуществление однотипных физических и химических процессов, которые в различных производствах проводят в аналогичных по принципу действия технологических аппаратах. Для создания оптимального режима при проведении химической реакции нередко используются физические процессы:
§ - нагрев;
§ - охлаждение;
§ - сушка;
§ - абсорбция;
§ - адсорбция;
§ - перегонка;
§ - транспортирование веществ и т.д.
Во многих производствах физические процессы являются основными, а следовательно, и общими для различных производственных технологических процессов (в нефтеперерабатывающей, газовой, легкой промышленности, машиностроении). Физические процессы, связанные с обработкой горючих веществ являются взрывопожароопасными, их опасность зависит от конструкции и режима работы технологических систем и аппаратов. Все это вызывает необходимость изучения сущности и пожарной опасности физических и химических процессов, наиболее широко исследуемых в различных производственных отраслях. Кроме того специалист инспектор пожарной безопасности должен владеть общими законами:
§ - законы теплопередачи;
§ - законы массопередачи;
§ - законы гидравлики;
§ - законы механики твердых тел;
§ - законы химической кинетики и т.д.
При этом протекание одних процессов зачастую связано с сопутствующими процессами (массообмен тесно связан с процессами переноса тепла и гидромеханическими процессами и т.п.).
В данной лекции и последующих практических занятиях будут рассмотрены защитные устройства ограничивающих развитие пожаров наиболее распространенных технологических систем и аппаратов.
Способы защиты технологического оборудования при взрыве.
Взрыв технологического оборудования является одним из наиболее опасных явлений, предшествующих или сопутствующих пожару. Главный признак взрыва – образование в локальной зоне повышенного давления, распространение взрывной (ударной) волны.
Комплекс методов и средств защиты технологического оборудования должен включать (в последовательности от стадии возникновения горения):
§ - предотвращение образования Г.С.;
§ - предотвращение воспламенения Г.С. внутри технологического оборудования;
§ - подавление возникшего внутри оборудования загорания в начальной стадии;
§ - применение прочного оборудования, способного выдержать давление взрыва DРф;
§ - применение устройств для безопасного сброса взрыва (взрывные клапаны, предохранительные мембраны);
§ - применение внешних ограждений для защиты окружающего пространства от воздействия ударной взрывной волны и разлетающихся осколков и т.д.
Прочность оборудования, способность выдерживать давление ударной волны определяется по формуле:
где Рвзр - давление ударной взрывной волны;
Рр - рабочее давление в аппарате;
Твзр - температура горючей смеси при взрыве;
Тнач - начальная температура горючей смеси;
m - количество молей в продуктах горения;
n - количество молей в переходной смеси (по уравнению реакции горения);
Z – коэффициент сжимаемости реальных газов.
В промышленности для безопасного сброса давления взрыва применяются взрывные клапаны и предохранительные мембранные устройства (предохранительные мембраны).
Предохранительные мембраны в зависимости от принципа срабатывания бывают:
§ - разрывные;
§ - ломающиеся;
§ - отрывные;
§ - срезные;
§ - хлопающие;
§ - специальные (выщелкивающие) и т.д.
На изготовление мембран применяются – тонколистовой алюминий, никель, нержавеющая сталь, латунь, медь, титан, чугун, стекло, графит, текстолит.
Предохранительные клапана используются для защиты оборудования, работающего без давления.
Методика расчета взрывных мембран и предохранительных клапанов исходит из допустимого давления среды в аппарате и достаточной пропускной способности предохранительного устройства. Расчетом определяется диаметр сбросного отверстия, толщина мембраны, общую площадь и их количество.
Удельная площадь Fуд мембраны определяется по формуле:
где DVt – избыточное количество продуктов горения, количество продуктов взрыва, которое необходимо отвести из каждого 1 м3 объема аппарата,
где Рдоп - давление, при котором должна сработать мембрана, кгс/см2;
для аппаратов, работающих при атмосферном давлении:
Рдоп = 1,1 ¸ 1,2 кгс/см2;
для аппаратов, работающих под избыточным давлением:
Рдоп = 1,25 кгс/см2;
W – скорость истечения газов, м/сек,
для двухатомных веществ:
для многоатомных веществ
Фактическая площадь мембраны для аппарата определяется по формуле:
Fфак = Fуд · Vап,
где Vап – свободный объем защищаемого аппарата, м3 .
Однако найденная фактическая площадь Fфак может быть такой, что потребует установки на аппарате нескольких мембран с диаметром d,
где n – количество предохранительных мембран.
Толщину разрывной мембраны можно определить по формуле:
d = К · Рдоп · d · 10-3,
где К – коэффициент, зависящий от материала мембраны, для алюминия
К = 0,33 ¸0,38, для меди К = 0,15 ¸0,18.
Толщину мембраны можно определить также по формуле:
где Еt – модуль упругости материала с учетом температуры, кгс/см2;
sвз- сопротивление на растяжение материала с учетом температуры, кгс/см2.
Толщину мембраны, работающей на срез, определяем по формуле:
где sв.ср - сопротивление материала мембраны на срез с учетом температурного режима работы, кгс/см2.
Защитные устройства ограничивающие растекание ЛВЖ и ГЖ.
При авариях и повреждениях аппаратов и трубопроводов с ЛВЖ и ГЖ они растекаются на территории объекта. Подобного рода опасность можно снизить:
§ - автоматическим отключением поврежденного участка;
§ - устройством различного рода препятствий;
§ - ограничение утечек ЛВЖ и ГЖ и т.д.
Крупные пожары возникают на больших промышленных объектах. Их распространению способствует: скопление большого количества ЛВЖ и ГЖ на производственных и складских помещениях; наличие коммуникаций и путей, создающих возможность распространения пламени и продуктов горения на соседние установки, соседние помещения; внезапное появление в процессе пожара факторов, ускоряющих его развитие (аварийный разлив жидкостей, выброс газов, взрыв технологического оборудования); запоздалое обнаружение возникшего пожара; отсутствие или неисправность стационарных и первичных средств тушения; неправильные действия людей по тушению пожара.
Главные задачи на пути предотвращения пожаров:
§ - разработка решений по ограничению количества горючих материалов, обращающихся в производстве:
§ - создание условий для эвакуации ЛВЖ и ГЖ при возникновении пожара;
§ - создание препятствий на пути распространения огня по коммуникациям, обеспечение защиты аппаратов от разрушения при взрывах.