Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

Пожаровзрывоопасность среды при нормальном и аварийном режимах работы технологического оборудования

Покупка
Новинка
Основная коллекция
Артикул: 837890.01.99
Доступ онлайн
1 800 ₽
В корзину
Учебное пособие предназначено для использования в образовательном процессе при изучении дисциплины «Пожарная безопасность технологических процессов», предусмотренной учебными планами подготовки обучающихся по специальностям 20.05.01 Пожарная безопасность, 40.05.03 Судебная экспертиза, направлению подготовки 20.03.01 Техносферная безопасность. Учебное пособие разработано в соответствии с утвержденными рабочими программами дисциплины «Пожарная безопасность технологических процессов» ФГБОУ ВО Сибирская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России по указанным специальностям (направлениям) подготовки. Предназначено для использования на практических занятиях, а также углубления обучающимися теоретических знаний по разделам дисциплины в рамках самостоятельной работы.
Чернушевич, Е. В. Пожаровзрывоопасность среды при нормальном и аварийном режимах работы технологического оборудования : учебное пособие / Е. В. Чернушевич, А. Л. Беляк, Е. Ю. Трояк. - 2-е изд., испр. и доп. - Железногорск : Сибирская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России, 2023. - 103 с. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.ru/catalog/product/2161759 (дата обращения: 19.07.2024). – Режим доступа: по подписке.
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов. Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в ридер.
МИНИСТЕРСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ДЕЛАМ ГРАЖДАНСКОЙ
ОБОРОНЫ, ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ И ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ
СТИХИЙНЫХ БЕДСТВИЙ

ФГБОУ ВО СИБИРСКАЯ ПОЖАРНО-СПАСАТЕЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ
ГПС МЧС РОССИИ

Чернушевич Е.В., Беляк А.Л., Трояк Е.Ю.

ПОЖАРОВЗРЫВООПАСНОСТЬ СРЕДЫ ПРИ
НОРМАЛЬНОМ И АВАРИЙНОМ РЕЖИМАХ
РАБОТЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Учебное пособие

Допущено Ученым советом ФГБОУ ВО Сибирская пожарно-спасательная
академия ГПС МЧС России в качестве учебного пособия для обучающихся

Железногорск
2023

УДК 614.832+614.841
ББК 38.96
П46

Авторы:
Чернушевич Елена Валерьевна, кандидат технических наук
Беляк Александр Леонидович, кандидат технических наук
Трояк Евгений Юрьевич, кандидат педагогических наук

Рецензенты:

Рубцов Владимир Валентинович, кандидат технических наук, с.н.с., профессор кафедры
пожарной безопасности технологических процессов (в составе учебно-научного
комплекса пожарной безопасности объектов защиты)

(ФГБОУ ВО Академия ГПС МЧС России)

Штеба Татьяна Валерьевна, кандидат технических наук, доцент,
доцент кафедры пожарной безопасности технологических процессов и производств
(ФГБОУ ВО Уральский институт ГПС МЧС России)

Салихова Аниса Хамидовна, канд. техн. наук, доцент, кафедры пожарной безопасности
объектов защиты (в составе учебно-научного комплекса «Государственный надзор»)
(ФГБОУ ВО Ивановская пожарно-спасательная Академия ГПС МЧС России)

Чернушевич, Е.В., А.Л. Беляк, Е.Ю. Трояк. Пожаровзрывоопасность среды при
нормальном и аварийном режимах работы технологического оборудования [Текст]:
учебное пособие / Е. В. Чернушевич, А.Л. Беляк, Е. Ю. Трояк. – Железногорск : ФГБОУ ВО
Сибирская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России, 2023. – 103 с.

Учебное пособие предназначено для использования в образовательном процессе
при
изучении
дисциплины
«Пожарная
безопасность
технологических
процессов»,
предусмотренной учебными планами подготовки обучающихся по специальностям
20.05.01 Пожарная безопасность, 40.05.03 Судебная экспертиза, направлению подготовки
20.03.01 Техносферная безопасность.
Учебное
пособие
разработано
в
соответствии
с
утвержденными
рабочими
программами дисциплины «Пожарная безопасность технологических процессов» ФГБОУ
ВО
Сибирская
пожарно-спасательная
академия
ГПС
МЧС
России
по
указанным
специальностям
(направлениям)
подготовки.
Предназначено
для
использования
на
практических занятиях, а также углубления обучающимися теоретических знаний по
разделам дисциплины в рамках самостоятельной работы.

УДК 614.832+614.841
ББК 38.96

© ФГБОУ ВО Сибирская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России, 2023
© Чернушевич Е.В., Беляк А.Л., Трояк Е.Ю., 2023

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ........................................................................................................#

РАЗДЕЛ
I.
ПОЖАРОВЗРЫВООПАСНОСТЬ
СРЕДЫ
ПРИ

НОРМАЛЬНОМ
РЕЖИМЕ
РАБОТЫ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО

ОБОРУДОВАНИЯ.............................................................................................#

ГЛАВА 1. ПРИЧИНЫ И УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ГОРЮЧЕЙ СРЕДЫ

ВНУТРИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ.................................#

1.1.
Причины
и
условия
образования
горючей
среды
внутри

технологического оборудования с газами......................................................#

1.2.
Причины
и
условия
образования
горючей
среды
внутри

технологического оборудования с жидкостями...........................................#

1.3.
Причины
и
условия
образования
горючей
среды
внутри

технологического оборудования с измельченными твердыми горючими

материалами.....................................................................................................#

Контрольные вопросы и задания.....................................................................#

ГЛАВА 2. ПРИЧИНЫ И ПОЖАРНАЯ ОПАСНОСТЬ ВЫХОДА ГОРЮЧИХ

ВЕЩЕСТВ ИЗ НОРМАЛЬНО РАБОТАЮЩЕГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО

ОБОРУДОВАНИЯ.............................................................................................#

2.1. Причины и пожарная опасность выхода горючих веществ из

нормально работающего технологического оборудования с газами..........#

2.2. Причины и пожарная опасность выхода горючих веществ из

нормально работающего технологического оборудования с жидкостями

.............................................................................................................................#

2.3. Причины и пожарная опасность выхода горючих веществ из

нормально
работающего
технологического
оборудования
с

измельченными твердыми горючими материалами.....................................#

2.4. Причины и пожарная опасность выхода горючих веществ из

периодически действующих аппаратов.........................................................#

Контрольные вопросы и задания.....................................................................#

РАЗДЕЛ II. ПОЖАРОВЗРЫВООПАСНОСТЬ СРЕДЫ ПРИ АВАРИЙНОМ

РЕЖИМЕ РАБОТЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ...............#

ГЛАВА
3.
ПРИЧИНЫ
ПОВРЕЖДЕНИЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО

ОБОРУДОВАНИЯ.............................................................................................#

Контрольные вопросы и задания.....................................................................#

ГЛАВА 4. ПОЖАРНАЯ ОПАСНОСТЬ ВЫХОДА ГОРЮЧИХ ВЕЩЕСТВ ИЗ

ПОВРЕЖДЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ.............#

4.1. Пожарная опасность выхода горючих веществ из поврежденного

технологического оборудования со сжатыми газами..................................#

4.2. Пожарная опасность выхода горючих веществ из поврежденного

технологического оборудования с жидкостями...........................................#

Контрольные вопросы и задания.....................................................................#

ГЛАВА 5. ПОЖАРНАЯ ОПАСНОСТЬ ВЫХОДА ГОРЮЧИХ ВЕЩЕСТВ

ПРИ
ПОЛНОМ
РАЗРУШЕНИИ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО

ОБОРУДОВАНИЯ.............................................................................................#

5.1.
Пожарная
опасность
выхода
горючих
веществ
при
полном

разрушении технологического оборудования со сжатыми газами.............#

5.2.
Пожарная
опасность
выхода
горючих
веществ
при
полном

разрушении технологического оборудования с жидкостями......................#

5.3.
Пожарная
опасность
выхода
горючих
веществ
при
полном

разрушении технологического оборудования с пылями................................#

Контрольные вопросы и задания.....................................................................#

ПРИЛОЖЕНИЕ A.............................................................................................#

ПРИЛОЖЕНИЕ Б.............................................................................................#

ПРИЛОЖЕНИЕ В.............................................................................................#

ПРИЛОЖЕНИЕ Г.............................................................................................#

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ..........................................#

ВВЕДЕНИЕ

Обеспечение
пожарной
безопасности
технологического
процесса

должно основываться на результатах тщательно проведенного анализа его

пожарной
опасности.
Качественная
оценка
пожарной
опасности

технологического процесса базируется на знании технологического процесса,

физико-химических свойств обращающихся веществ и материалов, режима

работы
технологического
оборудования,
а
также
условий
и
причин

образования пожаровзрывоопасной среды при нормальном и аварийном

режимах работы технологического оборудования.

Актуальным является создание учебной литературы, отражающей

теоретические аспекты образования горючей среды в зависимости от свойств

веществ и материалов, обращающихся в технологическом оборудовании, а

также от технологических параметров производственного процесса; оценки

пожаровзрывоопасности среды, образующейся при нормальном и аварийном

режимах работы технологического оборудования.

Учебное пособие состоит из двух разделов, посвященных образованию

пожаровзрывоопасной среды при нормальном и аварийном режимах работы

технологического оборудования. Каждая глава учебного пособия содержит

краткие теоретические сведения, примеры решения задач, контрольные

вопросы и задания для самостоятельного решения.

РАЗДЕЛ
I.
ПОЖАРОВЗРЫВООПАСНОСТЬ
СРЕДЫ
ПРИ

НОРМАЛЬНОМ
РЕЖИМЕ
РАБОТЫ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО

ОБОРУДОВАНИЯ

При нормальном режиме работы технологического оборудования

горючая среда может образовываться внутри оборудования, в помещении, а

также на открытых технологических площадках при выходе горючих веществ

наружу.

В настоящем разделе рассмотрены причины и условия образования

горючей среды внутри технологического оборудования, а также причины и

пожарная опасность выхода горючих веществ из нормально работающего

технологического оборудования.

ГЛАВА 1. ПРИЧИНЫ И УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ГОРЮЧЕЙ

СРЕДЫ ВНУТРИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Под горючей средой понимается среда, способная воспламеняться при

воздействии источника зажигания [1].

Пожарная
опасность
горючей
среды,
образующейся
внутри

технологического
оборудования
в
нормальном
режиме
его

функционирования,
характеризуется
концентрацией,
температурой,

давлением и показателями, необходимыми для оценки пожарной опасности

веществ и материалов в зависимости от их агрегатного состояния [1].

Перечень показателей для оценки пожарной опасности веществ и материалов

в зависимости от их агрегатного состояния приводится в таблице 1 [1].

Горючую
среду
могут
образовывать
горючие
газы,
пары

легковоспламеняющихся, особо опасных легковоспламеняющихся и горючих

жидкостей,
пыли, волокна, твердые горючие и трудногорючие вещества и

материалы, а также твердые плавящиеся вещества и материалы.

1.1. Причины и условия образования горючей среды внутри

технологического оборудования с газами

Горючим газом называется газ, который при смешивании с воздухом в

определенном соотношении образует взрывоопасную среду.

Аппараты с газами в большинстве случаев заполняются чистыми

горючими газами без примесей окислителя. В технологическом оборудовании,

в котором газ находится под избыточным давлением, при нормальном режиме

работы
доступ
окислителя
внутрь
оборудования
невозможен,
и,

следовательно, горючая среда внутри него не образуется [11, 12, 14].

Иногда в технологическом процессе применяется смесь горючего газа с

кислородом или воздухом, тогда возможность образования горючей среды

внутри
такого
оборудования
оценивается
путем
сравнения
рабочей

концентрации горючего газа с нижним и верхним концентрационными

пределами распространения пламени для этого газа. При этом среда будет

являться взрывоопасной, если выполняется следующее условие:

𝜑н ≤ 𝜑р ≤ 𝜑в
(1.1)

где 𝜑н – нижний концентрационный предел распространения пламени

для газа, % об. или г/м3;

𝜑р – рабочая концентрация газа внутри аппарата, % об. или г/м3;

𝜑в – верхний концентрационный предел распространения пламени для

газа, % об. или г/м3.

Нижний
и
верхний
концентрационные
пределы
распространения

пламени для газов находятся по справочной литературе, либо определяются

расчетным методом или опытным путем по ГОСТ 12.1.044 [3]. Значения

нижнего и верхнего концентрационных пределов распространения пламени

для некоторых веществ представлены в Приложении А. Рабочая концентрация

газа
внутри
аппарата
устанавливается
по
данным
технологического

регламента, либо проведением анализа смеси при помощи контрольно
измерительных приборов.

1.2. Причины и условия образования горючей среды внутри

технологического оборудования с жидкостями

К
пожаровзрывоопасным
жидкостям,
обращающимся
в

технологическом процессе, относят легковоспламеняющиеся и горючие

жидкости. Именно их пары с воздухом или другим окислителем могут

образовывать пожаровзрывоопасные смеси.

При эксплуатации открытых аппаратов (окрасочные ванны, открытые

резервуары и емкости, ванны для промывки и сушки деталей и т.п.) с горючей

жидкостью пожаровзрывоопасная среда над их поверхностью образуется при

условии:

𝑡р ≥ 𝑡всп
(1.2)

где 𝑡р – рабочая температура жидкости, ℃;

𝑡всп – температура вспышки паров жидкости (в закрытом тигле), ℃.

Оценку возможности образования горючей среды внутри закрытых

аппаратов с неподвижным уровнем жидкости и наличием свободного

паровоздушного
пространства
оценивают
путем
сравнения
рабочей

температуры
жидкости
со
значениями
температурных
пределов

распространения пламени [10]. При этом пожаровзрывоопасная среда в таких

аппаратах образуется при выполнении следующего условия:

𝑡н ≤ 𝑡р ≤ 𝑡в
(1.3)

где 𝑡н – нижний температурный предел распространения пламени для

жидкости, ℃;

𝑡р – рабочая температура жидкости, ℃;

𝑡в – верхний температурный предел распространения пламени для

жидкости, ℃.

При
эксплуатации
закрытых
аппаратов
с
горючей
жидкостью

пожаровзрывоопасная среда внутри аппарата будет образовываться только

при наличии в нем свободного паровоздушного пространства, а также при

выполнении условия:

𝜑н ≤ 𝜑р ≤ 𝜑в
(1.4)

где 𝜑н – нижний концентрационный предел распространения пламени

для жидкости, % об. или г/м3;

𝜑р – рабочая концентрация паров жидкости внутри аппарата, % об. или

г/м3;

𝜑в – верхний концентрационный предел распространения пламени для

жидкости, % об. или г/м3.

В закрытых аппаратах концентрация паров по высоте свободного

пространства, а также в течение времени будет распределяться неравномерно.

У поверхности горючей жидкости концентрация паров будет близка к

концентрации насыщения, а у крышки аппарата значения концентрации паров

будут минимальны. Высота расположения зоны опасных концентраций с

течением времени изменяется, поэтому необходимо определять значения

концентрации паров в свободном пространстве закрытого аппарата с

горючими жидкостями [15].

Определение концентрации паров в свободном пространстве закрытого

аппарата
с
горючими
жидкостями
осуществляется
в
соответствии
со

следующим алгоритмом:

1. Определяется стехиометрический коэффициент для вещества по

формуле:

𝛽 = 𝐶 + 𝐻
4 − 𝑂
2
(1.5)

где
𝐶,𝐻,𝑂 – количество атомов углерода, водорода и кислорода в
исходном веществе.
2. Определяется нижний концентрационный предел распространения

пламени для ЛВЖ и ГЖ:

𝜑н =
100

8,684∙𝛽+4,679,%
(1.6)

3. Определяется верхний концентрационный предел распространения

пламени для ЛВЖ и ГЖ [17]:

- если значение стехиометрического коэффициента β > 7,5, то:

𝜑в =
100

0,768∙𝛽+6,554,%
(1.7)

- если значение стехиометрического коэффициента β ≤ 7,5, то:

𝜑в =
100

1,550∙𝛽+0,560,%
(1.8)

4. Определяется значение давления насыщенного пара по уравнению

Антуана:

𝑃𝑠 = 10

𝐴−
𝐵

𝐶𝑎+𝑡,кПа
(1.9)

где 𝐴,𝐵,𝐶𝑎 – константы уравнения Антуана. Значения констант уравнения

Антуана для некоторых веществ представлены в приложении А;

𝑡– температура в помещении, ℃.

5. Определяется концентрация насыщенного пара:

𝜑𝑠 =

𝑃𝑠
𝑃𝑝
∙100,%
(1.10)

где 𝑃𝑝 – рабочее давление в аппарате, кПа.

6. Определяется значение коэффициента диффузии паров жидкости при

заданной температуре:

𝐷𝑡 = 𝐷0∙
𝑇

273

𝑛
∙

𝑃𝑝

𝑃0
,м2/с
(1.11)

где 𝐷0 – коэффициент диффузии газа или пара при нормальных условиях,

м2/с;

𝑇 – рабочая температура жидкости, К;

𝑛 – относительный градиент концентраций;

𝑃0 – атмосферное давление, кПа.

7. Определяется высота паровоздушного пространства аппарата:

𝐻 = ℎ − ℎ∙𝜀 ,м
(1.12)

где ℎ – высота аппарата, м;

𝜀 – степень заполнения аппарата (в долях).

8. Определяется время заполнения свободного пространства аппарата

парами горючей жидкости:

𝜏1 =

𝐻2∙(1−𝜑𝑠)

2∙𝐷𝑡∙𝑛∙(𝑛+1),с
(1.13)

где 𝜑𝑠 – концентрация насыщенного пара (в долях).

9. Определяется коэффициент, отвечающий за изменение высоты

свободного объема паровоздушного пространства:

𝑥1…𝑚 =

𝑧1…𝑚
𝐻

𝑛
− 1
(1.14)

где
𝑧1…𝑚 – расстояние от крышки аппарата до точки свободного

пространства аппарата, в которой необходимо найти концентрацию паров, м.

10. Определяется объем паровоздушного пространства аппарата:

𝑉 = 𝐹∙𝐻
(1.15)

где 𝐹 – площадь испарения жидкости, определяемая в зависимости от

формы аппарата.

11.
Определяется
значение
коэффициента,
отвечающего
за

распределение паров в различные промежутки времени:

𝑦1…𝑘 = 𝑒
−

𝑛∙𝐷𝑡∙𝐹∙𝜏1…𝑘
𝑉∙𝐻
(1.16)

где 𝜏1…𝑘 – значения времени испарения, с.

12. Определяются значения концентрации паров в свободном объеме

технологического аппарата для каждого значения высоты свободного объема,

а также для заданного времени испарения:

𝜑1…𝑚,1…𝑘 = 𝜑𝑠∙(𝑥1…𝑚∙𝑦1…𝑘 + 1)
(1.17)

13. Строится график распределения концентрации паров по высоте

свободного пространства аппарата в заданные промежутки времени. Для

построения
графика
по
оси
ОХ
откладываются
заданные
временные

промежутки (𝜏1…𝑘), а по оси OY – значения концентраций. На графике

отмечаются найденные значения нижнего и верхнего концентрационных

пределов (𝜑н,𝜑в), а также значение концентрации насыщенного пара (𝜑𝑠). Затем

отмечаются
значения
концентрации
паров
в
свободном
объеме

технологического аппарата для каждого значения высоты свободного объема,

а также для заданного времени испарения (𝜑1…𝑚,1…𝑘) и строится график. На

Доступ онлайн
1 800 ₽
В корзину