Производственные источники зажигания. Открытый огонь, раскаленные продукты горения и нагретые ими поверхности Классификация и характеристика внутренних источников воспламенения

02.07.2020

Химические реакции, протекающие с выделением значительного количества тепла, таят потенциальную опасность возникновения пожара или взрыва, так как возможен неконтролируемый разогрев реагирующих, вновь образующихся или рядом находящихся горючих веществ. В условиях производства и хранения химических веществ встречается большое количество таких соединений, контакт которых с воздухом или водой, а также взаимный контакт веществ друг с другом может быть причиной возникновения пожара.

Вещества, самовоспламеняющиеся и самовозгорающиеся при соприкосновении с воздухом . Нередко по условиям технологии находящиеся в аппаратах вещества могут быть нагреты до температуры, превышающей температуру их самовоспламенения. Так, пиролизный газ при получении этилена из нефтепродуктов имеет температуру самовоспламенения в пределах 530...550° С, а выходит из печей пиролиза с температурой 850° С. Мазут с температурой самовоспламенения 380...420° С на установках термического крекинга нагревается до 500° С; бутан и бутилен, имеющие температуру самовоспламенения соответственно 420 и 439° С, при получении бутадиена нагреваются до 550...650° С и т. д. Естественно, что при появлении неплотностей в аппаратах и трубопроводах и соприкосновении с воздухом выходящего наружу продукта, нагретого выше температуры самовоспламенения, происходит его загорание. В некоторых случаях используемые в технологии вещества имеют очень низкую температуру самовоспламенения, даже ниже температуры окружающей среды. Так, триэтилалюминий имеет температуру самовоспламенения минус 68° С, диэтилалюминийхлорид - минус 60° С, триизобутилалюминий - минус 40° С, фосфористый водород, жидкий и белый фосфор имеют температуру самовоспламенения ниже комнатной температуры. Загорания подобных веществ можно избежать только путем обеспечения хорошей герметичности аппаратов с исключением взаимоконтакта этих веществ с воздухом или использованием их в растворе.

Многие вещества, соприкасаясь с воздухом, способны к самовозгоранию. Самовозгорание начинается при температуре окружающей среды или после некоторого предварительного (иногда незначительного) их подогрева. Причины и условия самовозгорания жидких и твердых веществ подробно рассмотрены в литературе . К таким веществам следует отнести растительные масла и животные жиры, каменный и древесный уголь, сернистые соединения железа, некоторые сорта сажи, порошкообразные вещества (алюминий, цинк, титан, магний, торф, отходы нитроглифталевых лаков), олифу, скипидар, лакоткани, клеенку, гранитоль, сено, силос и т. п.

Длительность процесса самовозгорания веществ можно рассчитать по методике, разработанной и предложенной ВНИИПО МВД СССР:

lg t = A p + n p lgS; (5.15)

lg t = A b - n b lg τ, (5.16)

где t - начальная температура процесса самовозгорания, °С; τ - длительность процесса самовозгорания, ч; S - удельная поверхность штабеля (кучи), м 2 /м 3 ; А р, А ь, n p , п ь - константы, определяемые опытным путем (приведены в справочнике ).

Используя формулы (5.15) и (5.16), можно определить температуру начала саморазогрева, если известны размеры штабеля и предполагаемый срок хранения данного материала. Можно определить также длительность периода безопасного хранения, зная размеры штабеля и начальную температуру вещества, либо допустимые размеры штабеля - по начальной температуре и предполагаемой длительности хранения вещества.

Контакт самовозгорающихся химических веществ с воздухом происходит обычно при повреждении тары, розливе жидкости, расфасовке веществ, при сушке, открытом хранении твердых измельченных, а также волокнистых, листовых и рулонных материалов, при вскрытии аппаратов для осмотра и ремонта, при откачке жидкостей из резервуаров, когда внутри резервуаров имеются самовозгорающиеся отложения.

Наиболее специфичными для производственной аппаратуры являются случаи самовозгорания отложений сернистых соединений железа и термополимеров. Сернистые соединения железа образуются в результате химического взаимодействия сероводорода или свободной серы со стенками стальных аппаратов. Этот процесс протекает чаще всего при переработке и хранении сернистых нефтей и нефтепродуктов, хранении, очистке и переработке природного и попутного нефтяного газа, а также отходящих газов нефтепереработки, получении и очистке генераторных газов, водорода, коксового газа и т. д.

Наиболее активным по склонности к самовозгоранию является закисный сульфид железа. Окисление сернистых соединений железа начинается с подсыхания поверхности и соприкосновения ее с кислородом воздуха. При этом температура постепенно повышается, появляется голубой дымок, а затем небольшие язычки пламени. В результате отложения разогреваются иногда до 600...700° С. Избежать самовозгорания сернистого железа можно путем химической очистки от сероводорода поступающих на обработку веществ, а также постепенным окислением образовавшихся в аппаратах самовозгорающихся отложений. Замедляют процесс окисления самовозгорающихся соединений путем добавки небольшого количества воздуха (до 0,5%) к водяному пару, подаваемому на продувку аппаратов, либо путем заполнения аппарата водой и постепенного снижения ее уровня. Очистку стенок аппаратов следует вести при постоянном смачивании их водой, а получающиеся зачистки сразу же удалять и подвергать уничтожению.

Когда производственный процесс связан с использованием веществ, склонных к полимеризации, имеется возможность образования так называемых термополимеров. Они представляют собой рыхлое губчатое вещество со значительным количеством неиспользованных в процессе полимеризации кратных связей. Наличие этих связей и развитая поверхность термополимера определяют его способность к окислению и самовозгоранию при соприкосновении с воздухом.

Образование термополимеров предупреждают введением ингибиторов, устранением в технологической линии застойных участков и тупиков. Образовавшиеся термополимеры удаляют с поверхности аппаратов с такими же мерами предосторожности, с какими удаляют сернистые соединения железа.

Самовозгорающиеся вещества следует хранить изолированно от других огнеопасных веществ, препятствуя их соприкосновению с воздухом, вводить ингибиторы, тормозящие процесс окисления. Веществ, воспламеняющихся при взаимодействии с водой, на производстве имеется значительное количество. Выделяющееся при этом тепло может вызвать воспламенение образующихся или при мыкающих к зоне реакции горючих веществ. К веществам, воспламеняющимся или вызывающим горение при соприкосновении с водой, следует отнести щелочные металлы, карбид кальция, карбиды щелочных металлов, негашеную известь, фосфористый кальций, фосфористый натрий, сернистый натрий, гидросульфит натрия. Многие из этих веществ (щелочные металлы, карбиды) при взаимодействии с водой образуют горючие газы, воспламеняющиеся от теплоты реакции:

2K + 2H 2 O = 2KOH + H 2 + Q.

При взаимодействии небольшого количества (3...5 г) калия и натрия с водой развивается температура выше 600...650° С. Если взаимодействуют более крупные куски, происходят взрывы с разбрызгиванием расплавленного металла. В мелкораздробленном состоянии щелочные металлы воспламеняются во влажном воздухе. Сильное разогревание может произойти при взаимодействии карбида кальция с водой:

CaC 2 + 2H 2 O = Ca(OH)2 + C 2 H2+Q.

Для разложения 1 кг химически чистого карбида кальция необходимо 0,562 кг воды. При таком или меньшем количестве воды в "зоне реакции развивается температура до 800...1000° С. При этом куски карбида кальция раскаляются до свечения. Естественно, что образующийся в таких условиях ацетилен воспламеняется при контакте с воздухом, так как температура его самовоспламенения равна 335° С. При взаимодействии карбида с большим количеством воды ацетилен не воспламеняется, потому что тепло реакции поглощается водой. Карбиды щелочных металлов при соприкосновении с водой реагируют со взрывом.

Некоторые вещества, например негашеная известь, являются негорючими, но теплота реакции их с водой может нагреть соприкасающиеся горючие материалы до температуры самовоспламенения. Так, при контакте стехиометрического количества воды с негашеной известью температура в зоне реакции может достичь 600° С:

CaO + H 2 O = Ca(OH) 2 + Q.

Известны случаи пожаров деревянных складов, в которых хранилась негашеная известь. Пожары возникали, как правило, вскоре после дождя: вода попадала на негашеную известь через неисправную крышу или через щели пола.

Во влажном состоянии гидросульфид натрия и сернистый натрий интенсивно окисляются на воздухе с выделением свободной серы и большого количества тепла. Выделяющееся тепло нагревает серу до воспламенения (при влажности 10% воспламенение серы наступает при температуре 242° С).

Опасен контакт с водой алюминийорганических соединений, так как триэтилалюминий, диэтилалюминийхлорид, триизобутилалю-миний и другие подобные им вещества взаимодействуют с водой со взрывом.

Контакт веществ с водой или влагой воздуха происходит обычно при повреждении аппаратов и трубопроводов, при неисправности тары, а также при открытом хранении этих веществ. Однако вода может проникнуть в помещение и через открытые проемы в стенах, при неисправности покрытия или пола, при повреждении водопроводной линии и системы водяного отопления, при конденсации влаги из воздуха и т. п. Взрывы или усиление начавшегося пожара могут иметь место при попытках тушить подобные вещества водой или пеной. Выбор средств и способов тушения производится с учетом свойств веществ, обращающихся в производстве.

Воспламенение химических веществ при взаимоконтакте - явление, часто наблюдающееся в производстве. Чаще всего такие случаи происходят при действии окислителей на органические вещества. В качестве окислителей выступают хлор, бром, фтор, окислы азота, азотная кислота, перекиси натрия, бария и водорода, хромовый ангидрид, двуокись свинца, хлорная известь, жидкий кислород, селитры (нитраты аммония, щелочных и щелочноземельных металлов), хлораты (соли хлорноватой кислоты, например бертолетова соль), перхлораты (соли хлорной кислоты, например хлорнокислый натрий), перманганаты (соли марганцевой кислоты, например марганцовокислый калий), соли хромовой кислоты и др.

Окислители, соприкасаясь или смешиваясь с органическими веществами, вызывают их воспламенение. Некоторые окислители (селитры, хлораты, перхлораты, перманганаты, соли хромовой кислоты) образуют смеси с органическими веществами, взрывающиеся от незначительного механического или теплового воздействия.

Некоторые смеси окислителей и горючих веществ способны воспламеняться при действии на них серной или азотной кислоты или небольшого количества влаги. Алюминийорганические соединения, входя в контакт с кислотами, спиртами и щелочами, реагируют со взрывом. Многие инициаторы, катализаторы и порообразователи, широко используемые в производстве синтетических смол, пластических масс, синтетических волокон и каучука, воспламеняются и взрываются при взаимодействии с другими веществами. Пожароопасные свойства некоторых инициаторов и порофоров указаны в табл. 5.1.

На заводе синтетического каучука произошел взрыв емкости с гидроперекисью изопропилбензола (гиперизом), который вызвал повреждения производственных коммуникаций, фасада здания и лестничной клетки. Гипериз, используемый в качестве инициатора при производстве бутадиенстирольного каучука, поступал на завод в металлических бочках и перекачивался по резиновому шлангу в приемную емкость. Около бочек с гиперизом находились бочки с триэтаноламином. По ошибке в емкость с гидроперекисью стали закачивать триэтаноламин. Произошла бурная реакция, вызвавшая разложение всей массы гидроперекиси с указанными выше последствиями.

Реакции взаимодействия окислителя с горючим веществом способствуют измельченность вещества, повышенная начальная его температура, а также наличие инициаторов химического процесса. В некоторых случаях реакции носят характер взрыва. Поэтому окислители нельзя хранить совместно с другими горючими веществами, нельзя допускать какого-либо контакта между ними, если это не обусловлено характером технологического процесса.

Таблица 5.1

Вещество	Пожароопасные свойства
Метил уретанбензолсуль-фогидразид (ЧХЗ-5)	Горючее вещество. В смеси с сильными окислителями взрывается
Динитрозопентамети-лентетрамин (ЧХЗ-18)	Нестойкое горючее вещество. Дает вспышку в смеси с кислотами и щелочами, взрывается с сильными окислителями
Азодинитрилизомасляной кислоты (ЧХЗ-57)	Чувствителен к воздействию температуры, трению, удару. Температура воспламенения 60" С, самовоспламенения 240° С. При контакте с кислотами взрывается.
Персульфат аммония	Сильный окислитель. В смеси с органическими соединениями может вызвать взрыв
Персульфат калия	Сильный окислитель. Активно окисляет органические соединения, воспламеняет бумагу, ткани, древесину
Перекись водорода	Сильный окислитель. В концентрированном виде воспламеняет все органические вещества и склонна к взрывному распаду
Гидроперекись изопропилбензола (гипериз)	Взрывается в смеси с некоторыми органическими веществами и солями

Вещества, способные к воспламенению и взрыву при нагревании или механических воздействиях. Некоторые химические вещества нестойки по своей природе, способны разлагаться с течением времени под действием температуры, трения, удара и других факторов. Это, как правило, эндотермические соединения, и процесс их разложения связан с выделением большего или меньшего количества тепла. Это и взрывчатые вещества - селитры, перекиси, гидроперекиси, карбиды некоторых металлов, ацетилениды, ацетилен, диацетилен, порофоры и др.

Нарушение технологического регламента при производстве, использовании или хранении таких веществ, воздействие на них источников тепла (например приборов отопления, горячих продук топроводов) и особенно действие возможного пожара могут привести к взрывному их разложению. Подобные случаи неоднократно наблюдались при осуществлении процессов нитрации органических соединений, при получении перекисей и гидроперекисей, ацетилена и тому подобных веществ.

На нефтехимическом предприятии произошел взрыв ректификационной колонны с гидроперекисью изопропилбензола. Силой взрыва колонну (высотой 13 м, диаметром 2,2 м) сорвало с фундамента открытой площадки и отбросило в сторону. Возник пожар. Перед аварией колонна находилась в состоянии пуска. В процессе пуска произошло замерзание воды в системе захолаживания (отвод избыточного количества тепла из зоны химической реакции), что вызвало повышение температуры в, нижней части колонны до 99° С (вместо положенных по регламенту 90° С), разложение гипериза и взрыв.

Известны случаи, когда пожар, возникший на одной из установок, приводил к взрывному разложению продукта, находящегося в аппаратах этой установки, вызывая мощные взрывы оборудования с полным разрушением установки и повреждением аппаратов соседних установок.

Склонностью к взрывному распаду под действием повышенных давления и температуры обладает ацетилен. Наличие в ацетилене диацетилена и высших полиацетиленов усиливает опасность взрывного разложения газа. Диацетилен - взрывоопасный горючий газ, от искры и нагретого тела воспламеняется со взрывом. Около 12% диацетилена делает ацетилен способным к взрывному разложению даже при нормальном давлении. Не меньшей опасностью обладает бутиндиол. Это горючее вещество с температурой самовоспламенения 343° С. Горение протекает с сильным взрывом. При нагревании, перегонке, взаимодействии со щелочами, галогенами и солями тяжелых металлов происходит его взрывообразное разложение.

Еще раз следует отметить, что нестойкие химические вещества, способные к воспламенению и взрыву при нагревании и механических воздействиях, нельзя хранить вместе с другими горючими веществами. Следует строго придерживаться правил, регламентированных соответствующими нормами.

§ 5.5. Тепловое проявление электрической энергии -

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    

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.

Удары твердых тел с образованием искр.

При определенной силе удара некоторых твердых тел друг о друга могут образовываться искры, которые называют искрами удара или трения.

Искры представляют собой нагретые до высокой температуры (раскаленные) частицы металла или камня (в зависимости от того, какие твердые тела участвуют в соударении) размером от 0,1 до 0,5 мм и более.

Температура искр удара из обычных конструкционных сталей достигает температуры плавления металла - 1550 °С.

Несмотря на высокую температуру искры ее воспламеняющая способность сравнительно невысока, т. к. из-за малых размеров (массы) запас тепловой энергии искры очень мал. Искры способны воспламенить парогазовоздушные смеси, имеющие малый период индукции, небольшую минимальную энергию зажигания. Наибольшую опасность в этой связи представляют ацетилен, водород, этилен, оксид углерода и сероуглерод.

Воспламеняющая способность искры, находящейся в покое, выше летящей, так как неподвижная искра медленнее охлаждается, она отдает тепло одному и тому же объему горючей среды и, следовательно, может его нагреть до более высокой температуры. Поэтому искры, находящиеся в покое, способны воспламенить даже твердые вещества в измельченном виде (волокна, пыли).

Искры в условиях производства образуются при работе с инструментом ударного действия (гаечными ключами, молотками, зубилами и т. п.), при попадании примесей металла и камней в машины с вращающимися механизмами (аппараты с мешалками, вентиляторы, газодувки и т. п.), а также при ударах подвижных механизмов машины о неподвижные (молотковые мельницы, вентиляторы, аппараты с откидными крышками, люками и т. п.).

Мероприятия по предупреждению опасного проявления искр от удара и трения:

Применение во взрывоопасных зонах (помещениях) применять искробезопасного инструмента.

Обдув чистым воздухом места производства ремонтных и др. работ.

Исключение попадания в машины металлических примесей и камней (магнитные уловители и камнеуловители).

Для предупреждения искр от ударов подвижных механизмов машин о неподвижные:

тщательная регулировка и балансировка валов;
проверка зазоров между этими механизмами;
недопущение перегрузки машин.

Применять искробезопасные вентиляторы для транспортировки паро- и газовоздушных смесей, пылей и твердых горючих материалов.

В помещениях получения и хранения ацетилена, этилена и т.п. полы выполнять из неискрящего материала или застилать их резиновыми ковриками.

Поверхностное трение тел.

Перемещение относительно друг друга соприкасающихся тел требует затраты энергии на преодоление сил трения. Эта энергия почти целиком превращается в теплоту, которая, в свою очередь, зависит от вида трения, свойств трущихся поверхностей (их природы, степени загрязнения, шероховатости), от давления, размера поверхности и начальной температуры. При нормальных условиях выделяющееся тепло своевременно отводится, и этим обеспечивается нормальный температурный режим. Однако при определенных условиях температура трущихся поверхностей может повыситься до опасных значений, при которых они могут стать источником зажигания.

Причинами роста температуры трущихся тел в общем случае является увеличение количества тепла или уменьшение теплоотвода. По этим причинам в технологических процессах производств происходят опасные перегревы подшипников, транспортных лент и приводных ремней, волокнистых горючих материалов при наматывании их на вращающиеся валы, а также твердых горючих материалов при их механической обработке.

Мероприятия по предупреждению опасного проявления поверхностного трения тел:

Замена подшипников скольжения на подшипники качения.

Контроль за смазкой, температурой подшипников.

Контроль за степенью натяжения транспортерных лент, ремней, не допущение работы машин с перегрузкой.

Замена плоскоременных передач на клиноременные.

Для предупреждения наматывания волокнистых материалов на вращающиеся валы используют:

применение свободнонасаженных втулок, кожухов и т.п. для защиты открытых участков валов от контакта с волокнистым материалом;
предотвращение перегрузки;
устройство специальных ножей для срезания наматывающихся волокнистых материалов;
установка минимальных зазоров между валом и подшипником.

При механической обработке горючих материалов необходимо:

соблюдать режим резания,
своевременно затачивать инструмент,
использовать локальное охлаждения места резания (эмульсии, масла, вода и т.п.).

Сжатие газов.

Его широко применяют в технологических процессах транспортировки газов, при производстве этилового спирта из этилена, где Р раб = 10 МПа (100 ат), полиэтилена методом высокого давления, где Р раб = 150-200 МПа (1500-2000 ат), при получении сжатого воздуха и т. п.

Сущность нагревания газов при сжатии в компрессорах заключается в том, что в результате изменения (уменьшения) первоначального объема газообразных тел затрачивается механическая энергия на преодоление межмолекулярных сил трения (на нарушение динамического равновесия между силами гравитационного и электромагнитного полей). Вследствие этого выделяется тепло, которое расходуется на нагревание сжимаемого газа и самого компрессора.

Основными причинами перегрева газов и компрессоров являются:

нарушение материального баланса (уменьшение расхода газа в системе или увеличение подачи компрессора) ;

снижение интенсивности отвода тепла из зоны сжатия (уменьшение расхода или полное прекращение подачи хладоагента в холодильники, подача хладоагента с завышенной температурой, загрязнение теплообменной поверхности холодильников).

Температура газа при сжатии в компрессоре и отсутствии его охлаждения (Т к), К, вычисляют по формуле

(1.36)

где Т н - температура газа в начале сжатия, К;

Р к, Р н - давление газа в конце и начале сжатия, кг·м -2 ;

k - показатель адиабаты (равен 1,67 и 1,4 соответственно для одно- и двухатомных газов).

Для многоатомных газов показатель адиабаты вычисляют по формуле:

где С р, С v - изобарная и изохорная удельные массовые теплоемкости газов, .

Предупреждение перегрева компрессоров при сжатии газов:

Разделение процесса сжатия газов на несколько ступеней, если по условиям технологии требуется 4 - 5-кратное сжатие;

Устройство систем охлаждения газа на каждой ступени сжатия;

Установка предохранительного клапана на нагнетательной линии за компрессором;

Автоматический контроль и регулирование температуры сжимаемого газа путем изменения расхода охлаждающей жидкости, подаваемой в холодильники;

Оборудование автоматической системой блокировки, обеспечивающей отключение компрессора в случае увеличения давления или температуры газа в нагнетательных линиях;

Очистка теплообменной поверхности холодильников и внутренних поверхностей трубопроводов от нагаромасляных отложений.

Тепловое проявление химических реакций.

Многие вещества и материалы при определенных условиях могут вступать в химическое взаимодействие с положительным тепловым эффектом реакций при контакте с воздухом, водой или друг с другом, а также могут саморазлагаться при нагревании или механических воздействиях. Выделяющегося при этом в зоне реакции тепла может быть достаточно для нагрева веществ и материалов до их самовоспламенения.

Вещества, самовоспламенение которых происходит на воздухе.

1. Вещества, нагретые выше температуры самовоспламенения.

Нередко по условиям технологии находящиеся в аппаратах вещества могут быть нагреты до температуры, превышающей температуру их самовоспламенения.

Пример: пиролизный газ при получении этилена из нефтепродуктов имеет температуру самовоспламенения в пределах 530...550°С, а выходит из печей пиролиза с температурой 850°С. Мазут с температурой самовоспламенения 380...420° С на установках термического крекинга нагревается до 500° С; бутан и бутилен, имеющие температуру самовоспламенения соответственно 420 и 439°С, при получении бутадиена нагреваются до 550...650° С и т.д.

Естественно, что при появлении неплотностей в аппаратах и трубопроводах и соприкосновении с воздухом выходящего наружу продукта, нагретого выше температуры самовоспламенения, происходит его загорание.

В некоторых случаях используемые в технологии вещества имеют очень низкую температуру самовоспламенения, даже ниже температуры окружающей среды. Так, триэтилалюминий имеет температуру самовоспламенения минус 68° С, диэтилалюминийхлорид - минус 60° С, триизобутилалюминий - минус 40° С, фосфористый водород, жидкий и белый фосфор имеют температуру самовоспламенения ниже комнатной температуры. Загорания подобных веществ можно избежать только путем обеспечения хорошей герметичности аппаратов с исключением взаимоконтакта этих веществ с воздухом или использованием их в растворе.

2. Вещества, самовозгорающиеся на воздухе.

К таким веществам следует отнести:

растительные масла и животные жиры,

каменный и древесный уголь,

сернистые соединения железа,

некоторые сорта сажи,

порошкообразные вещества (алюминий, цинк, титан, магний, торф, отходы нитроглифталевых лаков),

олифу, скипидар, лакоткани, клеенку, гранитоль,

сено, силос и т. п.

Длительность процесса самовозгорания веществ можно рассчитать по формулам:

(1.38.)

(1.39)

где t - начальная температура процесса самовозгорания, °С;

t- длительность процесса самовозгорания, ч;

S - удельная поверхность штабеля (кучи), м2/м3;

А р, А b , n р, n b - константы, определяемые опытным путем (приведены в справочниках).

Используя формулы, можно определить температуру начала саморазогрева, если известны размеры штабеля и предполагаемый срок хранения данного материала. Можно определить также длительность периода безопасного хранения, зная размеры штабеля и начальную температуру вещества, либо допустимые размеры штабеля - по начальной температуре и предполагаемой длительности хранения вещества.

Контакт самовозгорающихся химических веществ с воздухом происходит обычно при:

повреждении тары,

розливе жидкости,

расфасовке веществ,

при сушке,

открытом хранении твердых измельченных, а также волокнистых, листовых и рулонных материалов,

вскрытии аппаратов для осмотра и ремонта,

откачке жидкостей из резервуаров, когда внутри резервуаров имеются самовозгорающиеся отложения.

Образование термополимеров предупреждают введением ингибиторов, устранением в технологической линии застойных участков и тупиков. Образовавшиеся.термополимеры удаляют с поверхности аппаратов с такими же мерами предосторожности, с какими удаляют сернистые соединения железа.

В зависимости от первоначального импульса различают:

тепловое самовозгорание (нагрев извне),

химическое самовозгорание (нагрев при контакте с химически активным веществом),

микробиологическое самовозгорание (нагрев в результате жизнедеятельности микроорганизмов).

Длительность процесса самовозгорания (она колеблется от нескольких минут до нескольких месяцев) зависит от большого числа различных факторов, которые в сложном взаимодействии друг с другом определяют скорость протекания экзотермических реакций и условия аккумуляции тепла.

Длительность протекания процесса самовозгорания веществ рассчитывают в соответствии с ГОСТ 12.1.044-89.

Мероприятия, предупреждающие самовоспламенение веществ на воздухе:

Исключение их контакта с воздухом путем надежной герметизации технологического оборудования и предупреждения его повреждений.

Снижение скорости протекания химических реакций и биологических процессов осуществляют различными методами:

ограничением влажности при хранении веществ и материалов;
снижением температуры хранения веществ и материалов (например, зерна, комбикормов) путем искусственного захолаживания;
хранением веществ (например, пищевых продуктов) в среде с пониженным содержанием кислорода;
уменьшением удельной поверхности контакта самовозгорающихся веществ с воздухом (брикетирование, гранулирование порошкообразных веществ);
пассивированием химически активных веществ, например технического углерода, путем частичной и постепенной их дезактивации кислородом воздуха;
применением антиокислителей и консервантов (например, при хранении комбикормов);
устранением контакта с кислородом воздуха и химически активными веществами (перекисными соединениями, кислотами, щелочами и т.п.) путем раздельного хранения самовозгорающихся веществ в герметичной таре.

Устранение условий аккумуляции тепла осуществляют следующим образом:

ограничением размеров штабелей, караванов или куч хранимого вещества;
активным вентилированием воздухом (сена и других волокнистых растительных материалов);
периодическим перемешиванием веществ при их длительном хранении;
снижением интенсивности образования горючих отложений в технологическом оборудовании с помощью улавливающих устройств;
периодической очисткой технологического оборудования от самовозгорающихся горючих отложений.

Вещества, воспламенение которых происходит при контакте с водой или влагой воздуха.

К веществам, воспламеняющимся или вызывающим горение при соприкосновении с водой, следует отнести:

щелочные металлы,

карбид кальция,

карбиды щелочных металлов,

негашеную известь,

фосфористый кальций,

фосфористый натрий,

сернистый натрий,

гидросульфит натрия.

Многие из этих веществ (щелочные металлы, карбиды) при взаимодействии с водой образуют горючие газы, воспламеняющиеся от теплоты реакции:

2K+2H 2 0=2KOH+H 2 +Q.

Пример: при взаимодействии небольшого количества (3...5 г) калия и натрия с водой развивается температура выше 600...650° С. Если взаимодействуют более крупные куски, происходят взрывы с разбрызгиванием расплавленного металла. В мелкораздробленном состоянии щелочные металлы воспламеняются во влажном воздухе.

Сильное разогревание может произойти при взаимодействии карбида кальция с водой:

СаС 2 +2Н 2 0==Са(ОН) 2 +С 2 Н 2 +Q.

Пример: для разложения 1 кг химически чистого карбида кальция необходимо 0,562 кг воды. При таком или меньшем количестве воды в зоне реакции развивается температура до 800...1000°С. При этом куски карбида кальция раскаляются до свечения. Естественно, что образующийся в таких условиях ацетилен воспламеняется при контакте с воздухом, так как температура его самовоспламенения равна 335°С. При взаимодействии карбида с большим количеством воды ацетилен не воспламеняется, потому что тепло реакции поглощается водой. Карбиды щелочных металлов при соприкосновении с водой реагируют со взрывом.

CaO+H 2 0=Ca(OH) 2 +Q.

Опасен контакт с водой алюминийорганических соединений, так как триэтилалюминий, диэтилалюминийхлорид, триизобутилалюминий и другие подобные им вещества взаимодействуют с водой со взрывом.

Контакт веществ с водой или влагой воздуха происходит обычно:

при повреждении аппаратов и трубопроводов,

при неисправности тары

при открытом хранении этих веществ.

Однако вода может проникнуть в помещение и в следующих случаях:

через открытые проемы в стенах,

при неисправности покрытия или пола,

при повреждении водопроводной линии и системы водяного отопления,

при конденсации влаги из воздуха и т. п.

Взрывы или усиление начавшегося пожара могут иметь место при попытках тушить подобные вещества водой или пеной. Выбор средств и способов тушения производится с учетом свойств веществ, обращающихся в производстве.

Предупреждение воспламенения веществ при взаимодействии с водой или влагой воздуха обеспечивают защитой их от контакта с водой и влажным воздухом путем:

изолированного хранения веществ этой группы от других горючих веществ и материалов;

поддержанием избыточного количества воды (например, в аппаратах для получения ацетилена из карбида кальция).

Вещества, воспламенение которых происходит при контакте друг с другом.

Некоторые смеси окислителей и горючих веществ способны воспламеняться при действии на них серной или азотной кислоты или небольшого количества влаги. Алюминийорганические соединения, входя в контакт с кислотами, спиртами и щелочами, реагируют со взрывом. Многие инициаторы, катализаторы и порообразователи, широко используемые в производства синтетических смол, пластических масс, синтетических волокон и каучука, воспламеняются и взрываются при взаимодействии с другими веществами. Пожароопасные свойства некоторых инициаторов и порофоров указаны в табл.

Пример: на заводе синтетического каучука произошел взрыв емкости с гидроперекисью изопропилбензола (гиперизом), который вызвал повреждения производственных коммуникаций, фасада здания и лестничной клетки. Гипериз, используемый в качестве инициатора при производстве бутадиенстирольного каучука, поступал на завод в металлических бочках и перекачивался по резиновому шлангу в приемную емкость. Около бочек с гиперизом находились бочки с триэтаноламином. По ошибке в емкость с гидроперекисью стали закачивать триэтаноламин. Произошла бурная реакция, вызвавшая разложение всей массы гидроперекиси с указанными выше последствиями.

Реакции взаимодействия окислителя с горючим веществом способствуют:

измельченность вещества,

повышенная начальная его температура,

наличие инициаторов химического процесса.

В некоторых случаях реакции носят характер взрыва. Поэтому окислители нельзя хранить совместно с другими горючими веществами, нельзя допускать какого-либо контакта между ними, если это не обусловлено характером технологического процесса.

Вещество	Пожароопасные свойства
Метилуретанбензолсульфогидразид (ЧХЗ-5)	Горючее вещество. В смеси с сильными окислителями взрывается
Динитрозопентаметилентетрамин (ЧХЗ-18)	Нестойкое горючее вещество. Дает вспышку в смеси с кислотами и щелочами, взрывается с сильными окислителями
Азодинитрилизомасляной кислоты (ЧХЗ-57)	Чувствителен к воздействию температуры, трению, удару. Температура воспламенения 60° С, самовоспламенения 240° С. При контакте с кислотами взрывается.
Персульфат аммония	Сильный окислитель. В смеси с органическими соединениями может вызвать взрыв
Персульфат калия	Сильный окислитель. Активно окисляет органические соединения, воспламеняет бумагу, ткани, древесину
Перекись водорода	Сильный окислитель. В концентрированном виде воспламеняет все органические вещества и склонна к взрывному распаду

Пожары от воспламенения веществ при контакте друг с другом предупреждают:

раздельным складированием;

устранением причин их аварийного выхода из аппаратов и трубопроводов.

Вещества, воспламенение которых происходит в результате саморазложения при нагревании или механическом воздействии.

Некоторые химические вещества нестойки по своей природе, способны разлагаться с течением времени под действием температуры, трения, удара и других факторов. Это, как правило, эндотермические соединения, и процесс их разложения связан с выделением большего или меньшего количества тепла. Это и взрывчатые вещества - селитры, перекиси, гидроперекиси, карбиды некоторых металлов, ацетилениды, ацетилен, диацетилен, порофоры и др.

Нарушение технологического регламента при производстве, использовании или хранении таких веществ, воздействие на них источников тепла (например приборов отопления, горячих продуктопроводов) и особенно действие возможного пожара могут привести к взрывному их разложению. Подобные случаи неоднократно наблюдались при осуществлении процессов нитрации органических соединений, при получении перекисей и гидроперекисей, ацетилена и тому подобных веществ.

Пример: На нефтехимическом предприятии произошел взрыв ректификационной колонны с гидроперекисью изопропилбензола. Силой взрыва колонну (высотой 13 м, диаметром 2,2 м) сорвало с фундамента открытой площадки и отбросило в сторону. Возник пожар. Перед аварией колонна находилась в состоянии пуска. В процессе пуска произошло замерзание воды в системе захолаживаиия (отвод избыточного количества тепла из зоны химической реакции), что вызвало повышение температуры в нижней части колонны до 99° С (вместо положенных по регламенту 90° С), разложение гипериза и взрыв.

Диацетилен - взрывоопасный горючий газ, от искры и нагретого тела воспламеняется со взрывом. Около 12% диацетилена делает ацетилен способным к взрывному разложению даже при нормальном давлении. Не меньшей опасностью обладает бутиндиол. Это горючее вещество с температурой самовоспламенения 343° С. Горение протекает с сильным взрывом. При нагревании, перегонке, взаимодействии со щелочами, галогенами и солями тяжелых металлов происходит его взрывообразное разложение.

Эти вещества не только могут вызвать возникновение пожара, но и привести к полному уничтожению производственных установок, зданий и сооружений в результате их взрывного разложения.

Предупреждение воспламенения веществ, склонных к взрывному разложению, обеспечивают путем:

защиты от нагревания до критических температур;

механических воздействий (ударов, трения, давления и т.п.).

Тепловое проявление электрической энергии.

В условиях технологических процессов производств может быть источником зажигания в различных случаях, например, в результате:

несоответствия электрооборудования номинальным токовым нагрузкам или характеру окружающей среды (влажности, температуры, химической активности);

перегрузки электрических сетей и электродвигателей - приводов вращающихся узлов и механизмов технологических машин и аппаратов (смесителей и реакторов с перемешивающими устройствами, вращающихся барабанных сушилок, молотковых и шаровых мельниц, подъемно-транспортных устройств и т.п.);

механических повреждений электрооборудования и т. п.

Опасное выделение тепла при действии электрического тока может проявиться в виде:

электрических искровых разрядов, образующихся чаще всего в токосъемных щетках электродвигателей и в пускорегулирующей аппаратуре (аппаратах управления);

электрической дуги при коротких замыканиях;

перегрева при перегрузках электрооборудования;

больших переходных сопротивлений в местах электрических контактов;

искровых разрядов статического электричества и воздействий атмосферного электричества - прямых ударов и вторичных воздействий молнии (электростатической и электромагнитной индукции);

индукционного и диэлектричсеского нагрева

Предупреждение опасности теплового проявления электрической энергии:

Обеспечивается правильным выбором уровня и вида взрывозащиты электродвигателей и аппаратов управления, другого электрического и вспомогательного оборудования в соответствии с классом пожаро- или взрывоопасности зоны, категории и группы взрывоопасной смеси (для взрывоопасных зон), а также с общими свойствами и характером окружающей среды (влажностью, температурой, химической активностью и т.п.).

Систематическое проведение испытаний сопротивления изоляции электросетей и электрических машин в соответствии с графиком планово-предупредительного ремонта.

Надежная защита электрооборудования от токов короткого замыкания быстродействующими предохранителями и автоматическими выключателями (автоматами).

Предупреждение технологической перегрузки.

Аварийное отключение электрических машин в тех случаях, когда в них появляется дым или огонь, заметно снижается частота вращения валов, происходит чрезмерный перегрев подшипников.

Предупреждение больших переходных сопротивлений путем систематического осмотра и ремонта контактной части электрооборудования;

Исключение разрядов статического электричества путем заземления технологического оборудования.

Защите зданий, сооружений, отдельно стоящих аппаратов от прямых ударов молнии молниеотводами и от вторичных ее воздействий.

Рис. 2. Процесс горения

Пожар - это неконтролируемый процесс поражения, сопровождающиеся уничтожением материальных ценностей и создающий опасность для жизни людей. Пожары по своим масштабам и интенсивности подразделяются на следующие виды:

Отдельный пожар - пожар, возникший в отдельном здании или сооружении. Продвижение людей и техники по застроенной территории между отдельными пожарами возможно без средств защиты от теплового излучения;

Сплошной пожар - одновременное интенсивное горение преобладающего количества зданий и сооружений на данном участке застройки (90% зданий и сооружений). Продвижение людей и техники через участок сплошного пожара невозможно без средств защиты от теплового излучения;

Огневой шторм - особая форма распространяющегося сплошного пожара, характерным признаком которого является приток свежего воздуха со всех сторон со скоростью не менее 50 км/час по направлению к границам огневого шторма (охватывает 90% зданий);

Массовый пожар - совокупность отдельных и сплошных пожаров охвативших более 25% зданий.

Основными причинами возникновения пожаров при производственных авариях и стихийных бедствиях являются:

Разрушения котельных, емкостей и трубопроводов с легковоспламеняющимися или взрывоопасными жидкостями и газами;

Короткие замыкания электропроводки в поврежденных или частично разрушенных зданиях и сооружениях;

Взрывы и возгорания некоторых веществ и материалов.

Возникновение пожаров, прежде всего, зависит от характера производства и степени возгораемости или огнестойкости зданий и материалов, из которых они изготовлены. Основными поражающими факторами пожара являются непосредственное действие огня на горящий предмет (горение) и дистанционное воздействие на предметы и объекты высоких температур за счет излучения.

Особую опасность с точки зрения возможных потерь и ущерба представляют взрывы.

Взрыв - это быстрое экзотермическое химическое превращение взрывоопасной среды, сопровождающееся выделением энергии и образованием сжатых газов, способных проводить работу. То есть это частный случай горения, протекающего мгновенно с кратковременным выделением значительного количества тепла и света. Особую опасность представляют объемные взрывы аэровзвесей, пылегазовых смесей (например, взрывы пыли на сахарных заводах, лесопилках, элеваторах, мукомольных заводах) или газовоздушных смесей (например, при проведении лакокрасочных работ).

Взрыв приводит к образованию сильно нагретого газа (плазмы) с очень высоким давлением, который при моментальном расширении оказывает ударное механическое воздействие (давление, разрушение) на окружающие тела. Взрыв в твердой среде сопровождается ее разрушением и дроблением, в воздушной или водной - вызывает образование воздушной или гидравлической ударных волн, которые и оказывают разрушающее воздействие на помещенные в них объекты.

Взрывная волна есть движение среды, порожденное взрывом, при котором происходит резкое повышение давления, плотности и температуры среды. Посредством взрывной волны (или разлетающихся продуктов взрыва - в вакууме) взрыв производит механическое воздействие на объекты, находящиеся на различных удалениях от места взрыва.

Фронт (передняя граница) взрывной волны распространяется по среде с большой скоростью, в результате чего область, охваченная движением, быстро расширяется.

Взрыв может быть вызван:

Детонацией конденсированных взрывчатых веществ;

Быстрым сгоранием воспламеняющего облака газа или пыли;

Внезапным разрушением сосуда со сжатым газом или с перегретой жидкостью;

Смешиванием перегретых твердых веществ (расплава) с холодными жидкостями и т. д.

7 февраля 2008 года на сахарном заводе, расположенном в пригороде г. Саванна (шт. Джорджия, США), произошел взрыв сахарной пыли, в результате которого погибли 17 человек, более 100 человек получили травмы различной степени тяжести, а зданиям был причинен значительный материальный ущерб.

показатели пожаро- и взрывоопасности

ВЕЩЕСТВ И МАТЕРИАЛОВ

Государственный стандарт ГОСТ 12.1.004-91 «Пожарная безопасность. Общие требования» от 1 июля 1992 г. устанавливает общие требования пожарной безопасности к объектам защиты различного назначения на всех стадиях их жизненного цикла, а ГОСТ 12.1.010-76 «Взрывобезопасность. Общие требования» от 1 января 1978 г. распространяется на производственные процессы, в которых участвуют вещества, способные образовать взрывоопасную среду.

Одним из основных показателей пожароопасности, применяемых при классификации веществ и материалов по способности их к горению, является группа горючести. По горючести и вещества, и материалы подразделяются на три группы:

1) негорючие (несгораемые) - вещества и материалы, не способные к горению в воздухе. Негорючие вещества могут быть пожароопасными (например, окислители, а также вещества, выделяющие горючее продукты при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом);

2) трудногорючие (трудносгораемые) - вещества и материалы, способные возгораться в воздухе от источника зажигания, но не способные самостоятельно гореть после его удаления;

3) горючие (сгораемые) - вещества и материалы, способные самовозгораться, а также возгораться от источника зажигания и самостоятельно гореть после его удаления.

Из группы горючих веществ и материалов выделяют легковоспламеняющиеся вещества и материалы. Легковоспламеняющимися называют горючие вещества и материалы, способные воспламеняться от кратковременного (до 30 секунд) воздействия источника зажигания с низкой энергией (пламя спички, искра, тлеющая сигарета и т. п.). Легковоспламеняющимися называются жидкости с температурой вспышки не более 61°С в закрытом тигле или 66°С в открытом тигле.

Согласно строительным нормам и правилам «Противопожарные нормы» (СНиП 2.01.02-85) промышленные производства по взрывной, взрывопожарной и пожарной опасности все подразделяются на пять категорий (табл. 2).

Так, мы уже рассмотрели с вами, что в условиях производства существует большое количество различных источников зажигания.

Правда, пока еще не конкретизировали источники зажигания. Но это мы сделаем сейчас.

Говорили о нагретом теле, как источнике зажигания, говорили о точечном источнике зажигания (искре) и условиях, при которых возможно произойти воспламенение горючей смеси.

По времени действия различают постоянно действующие (они предусмотрены технологическим регламентом при нормальном режиме работы оборудования) и потенциально возможные источники зажигания, возникающие при нарушениях технологического процесса.

По природе проявления различают следующие группы источников зажигания:

открытый огонь и раскаленные продукты сгорания;

тепловые проявления механической энергии;

тепловые проявления химических реакций;

тепловые проявления электрической энергии;

статическое электричество;

грозовые разряды.

Следует иметь в виду, что эта классификация носит чисто условный характер.

Например, открытый огонь и раскаленные продукты сгорания имеют химическую природу проявления.

Однако, учитывая особую пожарную опасность, эту группу производственных источников зажигания рассматривают отдельно.

И еще одно существенное замечание.

Из перечисленных источников зажигания практически все относятся к постоянно действующим источникам зажигания, т.е. предусмотрены технологическим регламентом.

При расследовании причин возникновения пожаров один из обязательных вопросов, который рассматривает эксперт или исследователь места пожара, это штатные источники зажигания.

Так и в технологическом процессе, существуют штатные источники зажигания, которые предусмотрены технологическим регламентом.

Но, когда на производстве создается аварийная ситуация, все постоянно действующие источники зажигания могут стать потенциально возможными источниками зажигания.

Вопрос 3. Пламя, искры, раскаленные поверхности топок, двигателей, аппаратов как источники зажигания:

открытый огонь и раскаленные продукты сгорания;

искрогасители и искроуловители, их устройство и принцип действия;

способы защиты нагретых поверхностей от контакта с горючими веществами.

Открытый огонь и раскаленные продукты сгорания

Пламя, искры, раскаленные поверхности топок, двигателей, аппаратов как источники зажигания относятся к группе открытый огонь и раскаленные продукты сгорания.

Открытый огонь и раскаленные продукты сгорания обычно используются или образуются в огневых печах, заводских факельных установках и при проведении огневых работ.

Огневые печи широко используют в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. Они предназначены для подогрева жидких и парогазообразных продуктов.

Пожарная опасность трубчатой печи , как точечного источника зажигания, характеризуется наличием факелов пламени по форсуночному фронту аппарата.

При сжигании в качестве топлива газообразных веществ Т гор составляет около 1300 0 С, жидких - 1200 0 С, следовательно, такие температуры значительно превышают Т смв большинства горючих веществ.

Внутренняя кладка различных типов печей при нормальной работе имеет t- 900 0 С и даже после аварийной остановки ее температура в течении 5-6 часов остается выше Т смв нагретого продукта.

Опасность огневых печей еще связана с тем, что на аппаратном дворе заводов имеются аппараты, которые являются потенциальными источниками зажигания, поскольку из них постоянно происходит выделение горючих паров и газов.

При аварии часто образуется паровоздушное облако, по отношению к которому огневые печи в целом можно рассматривать как точечный источник зажигания.

Для предупреждения опасного проявления аппаратов огневого действия предусматривают следующие мероприятия:

рациональное их размещение на открытых площадках (в виде блоков, печей с учетом «розы ветров»), ориентации огневого фронта печей относительно других аппаратов, размещение печей изолированно в помещениях;

устройство противопожарных разрывов;

устройство экранов в виде стен или отдельных закрытых зданий, выполненных из негорючих материалов;

устройство паровых завес по периметру печей с газоопасных сторон;

аварийную установку с подачей во внутренний объем водяного пара;

теплоизоляция высоконагретых поверхностей каркаса, продуктопроводов.

Факельные установки, (системы)

Факельные установки, (системы) до сих пор широко используются в нефтеперерабатывающей, нефтехимической и химической отраслях промышленности и предназначены для открытого сжигания парогазовых выбросов.

На них направляются сбросы горючих газов и паров, количество которых по той или иной причине временно не может быть реализовано; аварийные сбросы от предохранительных клапанов и других контрольно предохранительных устройств, установленных на технологической аппаратуре; сбросы продуктов из аппаратов перед их пропаркой, продувкой, ремонтом и т.п.

Факельные установки бывают общими на все предприятие и отдельными (специальными).

В общую факельную систему направляются сбросы горючих газов и паров, имеющих температуру не более 200 0 С, содержащих кислород в количестве не более 3%, содержащих сероводород в количестве не более 8%.

Общая факельная система состоит из газопроводов, берущих свое начало от источников (аппаратов) стравливания, общего факельного газопровода (коллектора), компрессора для перекачки сбрасываемых газов, установки сбора факельных сбросов и факельной трубы.

В состав установки сбора факельных сбросов обычно входят отбойники конденсата, газгольдеры переменного объема, компрессоры, насосы для откачки конденсата и т.п.

Опасность факельных установок, как источника зажигания заключается в наличии постоянно действующего открытого пламени.

Неправильное устройство факельных установок может привести:

к опасному тепловому воздействию открытого пламени на смежное газоопасное технологическое оборудование;

к интенсивному искрообразованию в результате неполноты сгорания;

к выбросу горящего конденсата;

а также к загазованности близлежащей территории при срыве пламени.

Для предупреждения опасного проявления открытого пламени факельной системы предусматривают:

рациональное размещение факельных труб в зависимости от рельефа местности (предпочтительнее на вышележащих участках территории предприятия) и с учетом направления господствующих ветров (возможный разлет искр, максимальное отклонение факела пламени под действием ветра);

высоту факельных труб определяют расчетом с учетом теплового излучения;

предусматривают безопасные противопожарные разрывы между факельной трубой и пожаровзрывоопасными производствами, сооружениями и отдельными аппаратами.

Для увеличения полноты сгорания сбрасываемых газов и паров, а следовательно, и для снижения образования искр факельную трубу оборудуют устройством для бездымного сжигания отходящих газов с подачей в горючую смесь водяного пара.

Для предупреждения выброса горящего конденсата из факельной трубы предусматривают многократную по длине газопроводов сепарацию жидкой фазы из сбрасываемых паров и газов с помощью уклонов факельных газопроводов, установки на них отбойников конденсата, конденсатоотводчиков, испарителей, а при необходимости теплоизоляцию и обогрев газопроводов.

Для предупреждения проскока пламени от факела в факельную трубу осуществляют непрерывную подачу сбрасываемых газов и паров с помощью газгольдеров переменного объема, сглаживающих неравномерность сброса, и двух компрессоров (один резервный).

Ограничение содержание кислорода (не более 3%) в сбрасываемых газах.

Автоматическую подачу в коллектор топливного газа в случаях прекращения поступления сбрасываемых газов, а также при отсутствии в факельной системе газгольдера.

Установку огнепреградителя на коллекторе перед вводом сбрасываемых газов и паров в факельную трубу.

Для предупреждения срыва пламени факела устраивают факельную трубу с защищенной от ветра газовой горелкой постоянного (дежурного) горения.

Увеличивают скорость движения сбрасываемых газов в устье факельной трубы, но не более 80 м/с.

Искры топок и двигателей также относятся к группе источников зажигания, как открытый огонь и раскаленные продукты сгорания.

Искры топок и двигателей образуются в результате неполного сгорания твердого, жидкого или газообразного топлива. Они представляют собой твердые тлеющие частички исходного топлива или его продуктов термического распада, взвешенные в газовом потоке продуктов сгорания.

Температура таких частиц, как правило, всегда выше температуры самовоспламенения большинства горючих веществ, обращающихся в технологическом процессе: Т ч › Т смв .

Из-за малых размеров (массы) искр их теплосодержание сравнительно невелико.

Поэтому искры относятся к малокалорийным источникам зажигания.

Они способны воспламенить только такие вещества, которые в достаточной мере подготовлены к горению: с развитой поверхностью или предварительно нагретые, и имеют небольшой период индукции.

К ним можно отнести вещества в парогазообразном состоянии при стехиометрическом (или близких к ним) концентрациях в смеси с воздухом, а также органические пыли и волокна в осевшем состоянии или в виде отложений.

Причины неполного сгорания связаны с химическим недожогом и механическим уносом топлива.

Образование искр может быть также связано с нарушением сроков очистки внутренних поверхностей топок, дымовых каналов и боровов от сажи, а также двигателей внутреннего сгорания - от нагаромасляных отложений.

Для предупреждения образования искр при работе топок и двигателей внутреннего сгорания предусматривают следующие мероприятия:

автоматическое поддержание оптимальной температуры подаваемой на сжигание горючей смеси;

автоматическое регулирование оптимального (стехиометрического с небольшим избытком воздуха) соотношения между топливом и воздухом в горючей смеси;

контроль за техническим состоянием и исправностью устройств для сжигания топлива;

предупреждение длительной работы топок и двигателей в форсированном режиме, с перегрузкой и т.п.

использование тех видов топлива, на которые рассчитаны топка и двигатель;

систематическая очистка внутренних поверхностей топок, дымовых каналов и двигателей внутреннего сгорания от сажи и нагаромасляных отложений.

1. ТЕРМИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ ЗАЖИГАНИЯ
- Открытый огонь (непотушенной спички; топки; печи; зажигалки; паяльной лампы; керосинового нагревательного или осветительного прибора; свечи; газовой горелки; костра; факела; огневого реактора; газовой плиты и т.п.).
- Нагретая поверхность (огневого воздухонагревателя; печи; радиатора; трубопровода; химического реактора; установки для адиабатического сжатия прессуемых пластмасс и т.п.).
- Искры (из топки; двигателей внутреннего сгорания; огневой сушилки; при газосварке и т.п.).
- Очаг тления (непотушенная сигарета; головешка; остатки непотушенного костра; частицы угля, шлака).
- Нагретый газ (как продукт химических реакций и сжатия газов; газообразные продукты сгорания, выходящие из огневых сушилок, печей, двигателей внутреннего сгорания, топок; образующиеся при горении факелов, костров и т.п.).
2. МЕХАНИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ ЗАЖИГАНИЯ

Разогретые от трения детали и материалы (подшипники при перекосе, заклинивании, дефектах смазки; транспортерные ленты; приводные ремни на шкивах механизмов при пробуксовке, заклинивании, перегрузке; волокна материала, намотанного на вал; обрабатываемые на станках материалы при увеличении скорости резания, сверления, увеличении глубины подачи, работе затупленным инструментом и т.п.).

Искры фрикционные (при шлифовании; работе металлическим инструментом; перемещении камней, частиц металла в дробилках и измельчителях; ударах лопатки вентилятора о кожух, крышки металлического люка - о раму и т.п.).

3. САМОВОЗГОРАНИЕ
- Очаг тепловыделения при микробиологических процессах.
- Очаг тепловыделения при химической реакции (при самовозгорании пирофорного вещества; взаимодействии вещества с водой; взаимодействии вещества с кислородом воздуха; взаимодействии веществ друг с другом).
- Очаг внутреннего тепловыделения при внешнем тепловом, физическом воздействии на вещество (тепла; света; удара; трения).
4. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ ЗАЖИГАНИЯ
- Разряд атмосферного электричества (прямой удар молнии; вторичное воздействие; занос высокого потенциала молнии).
- Разряд статического электричества между проводящими телами.
- Газовый разряд (дуговой; искровой; тлеющий; коммутационный).
- Нагретая поверхность токопроводников, корпусных деталей (при коротком замыкании; токовой перегрузке в электросетях вследствие увеличения момента на валу электродвигателя - при повышении напряжения в сети, подключении дополнительного электроприемника, несоответствии сечения электропроводки нагрузке в сети, аварийном отключении одной фазной линии питания трехфазного двигателя; при увеличении электросопротивления из-за переходного сопротивления на контактирующих деталях - в электронагревательных приборах для отопления, приготовления пищи, в электроосветительных приборах с лампами накаливания и люминесцентными светильниками; при наличии на элементах электротехнических устройств тока утечки; при попадании напряжения на корпус электротехнических устройств или детали, которые нормально током не обтекаются).
- Раскаленные частицы металла (при коротком замыкании; электрической сварке; выключении и включении в коммутирующих аппаратах).

Вид источника зажигания характерен для определенных условий и процессов и отражается на динамике развития пожара. Однако для горючего материала не принципиально, чем обусловлена высокая температура нагретой поверхности: электронагревательным элементом, огневой топочной камерой или вихревыми токами, наведенными в стальном изделии за счет действия электромагнитного поля. Все эти подробности относятся к стадии диагностирования природы источника зажигания, чтобы затем уже говорить о причастности соответствующего явления к возникновению пожара. Сама же природа происхождения источника зажигания не имеет принципиального значения на стадии решения вопроса о том, возгорается ли данное вещество (данный материал) в известных условиях.

Сравнительный анализ показывает, что для экспертных исследований наиболее характерно решение задач относительно следующих видов источников зажигания:

1) открытый огонь;
2) нагретая поверхность (при контакте с веществом);
3) нагретая поверхность (при тепловом излучении);
4) нагретый газ;
5) горящие частицы (искры);
6) раскаленные частицы вещества (искры фрикционные, частицы металла и шлака в зоне газоэлектросварочных работ и т.п.);
7) очаг тления;
8) очаг внутреннего тепловыделения микробиологической природы;
9) очаг внутреннего тепловыделения при химической реакции;
10) очаг внутреннего тепловыделения при тепловом воздействии;
11) дуговой газовый разряд;
12) искровой газовый разряд.