Аналіз умов утворення горючого середовища в апаратах з газами

У виробничих умовах отримують або використовують у технологічному процесі різноманітні горючі гази при різних температурах та тиску.

У технологічних процесах отримують або використовують в якості сировини чи палива різноманітні горючі гази. Вуглеводневі гази (метан, етан, пропан, бутан, етилен, ацетилен) - при виробництві пластмас, синтетичних каучуків, хімічних волокон тощо. Водень, хлорид водню, оксид вуглецю використовують при отриманні продуктів органічного синтезу. Аміак - в холодильній техніці, при виробництві міндобрив. Поряд із промисловим використанням, такі гази як пропан, бутан, використовують у побуті. Крім індивідуальних газів широко використовують багатокомпонентні горючі гази, такі, як нафтовий, коксовий, генераторний, природний.

В апаратах із горючими газами, як правило, немає окисника, горюча концентрація всередині таких апаратів утворитись не може. Однак, у деяких процесах за умовами технології використовується суміш горючого газу з повітрям або киснем, наприклад, в процесі виробництва водню конверсією метану чи ацетилену – термоокисним піролізом природного газу.

Рис.2. Апарат з газом під тиском:

1 – корпус; 2 – наповнювальна лінія; 3 – манометр; 4 – витратна лінія; 5 – запобіжний клапан; 6 – газ.

Наявність вибухонебезпечної концентрації втаких апаратах може бути виражена умовою:

j_н £ j_р £ j_в,

де: j_р - робоча концентрація горючого газу в апараті, об.частки, % об. або г/м³; j_н, j_в - нижня та верхня концентраційні межі розповсюдження полум’я, об.частки, % об. або г/м³.

Значення j_н та j_в приведені при 25^О С і атмосферному тиску. Визначити значення величин j_н та j_в при температурі середовища, яке відрізняється від 25^О С, можна за формулами:

,

,

де: , - адіабатична температура горіння граничних сумішей, ^оС; , - необхідна і нормальна температура, ^оС;

Робочу концентрацію горючого газу у суміші з окисником визначають за даними технологічного регламенту, аналізом суміші або з рівняння матеріального балансу апарата за формулами:

, або ,

де: _, - об’єми відповідно горючого газу та окисника в апараті, м³; _, - об'ємні витрати горючого газу та окисника, м³/год.

Для чистих скраплених газів склад парової фази може бути визначений аналогічно, як і для горючих рідин: за температурою і тиском у закритому апараті.

Робочу концентрацію горючого газу в апараті можна визначити розрахунком, за даними технологічного регламенту чи аналізом суміші. Тільки для чистих зріджених газів склад парової фази може бути визначений так само, як і для горючих рідин: за температурою і тиском в закритому апараті.

Заходи для запобігання утворення горючого середовища в апаратах із газами:

· Підтримання концентрації горючого газу в суміші з окисником за межами області спалахування з врахуванням запасу надійності(якщо це припустимо за умовами технології): ,

де R - відтворність методу визначення показника пожежної небезпеки при довірчій ймовірності 95%, яка не повинна перевищувати 0,3% на нижній та 0,6% на верхній концентраційних межах розповсюдження полум’я.

Для безперервного контролю за величиною робочої концентрації газу апарати обладнують газоаналізаторами. На лініях, що живлять апарат, встановлюють автоматичні регулятори співвідношення, витрати і тиску газів.

· Підтримання в газових комунікаціях надлишкового тиску, що запобігає підсмоктуванню зовнішнього повітря через нещільності: . Наприклад, у трубопроводах факельних систем, якими безперервно (чи періодично) здійснюється скидання горючих газів на спалювання чи утилізацію.

· Безперервний автоматичний контроль вмісту небезпечної домішки в газі (окисника в інертному газі, окисника в суміші горючого та інертного газів, горючого в окиснику).

Наприклад, контроль кисню в азотоводневій суміші перед стиском у компресорах в процесі синтезу аміаку. Для контролю вмісту небезпечної домішки апарати і трубопроводи обладнують стаціонарними автоматичними газоаналізаторами і, крім того, передбачають блокування на вузлах засувок, що виключає потрапляння домішки в технологічний газовий потік.

· Стабілізація зони горіння горючої суміші у захищеному просторі реактора. Досягається шляхом вибору швидкості і режиму руху горючої суміші, що запобігає «проскакуванню» полум'я (переміщенню зони горіння) у незахищений простір реактора або інших апаратів.

· Аварійна цілеспрямована зміна складу горючої суміші, що забезпечує швидкий перехід її в негорючий стан. Досягається шляхом використання інертного компонента (флегматизатора) чи шляхом припинення подачі одного з компонентів горючої суміші, у деяких випадках - припиненням подачі двох компонентів.

Цілком зрозуміло, що найбільше складно здійснити захист апаратів у тих випадках, коли основний технологічний процес являє собою горіння. Прикладом може служити агрегат конверсії метану в газовому цеху виробництва аміаку (мал. 3). У початковий період експлуатації таких агрегатів велика частина сталевих компенсаторів виходить з ладу в результаті перепалу. Горіння відбувається при температурі близько 1700° С, тому в момент досягнення полум'ям компенсаторів, не захищених вогнетривкою футеровкою, сталь плавиться, і газ палаючим смолоскипом виривається в цех, створюючи складну обстановку пожежі. У цьому випадку для припинення горіння потрібно припинити подачу газу в конвертор. Використовується автоматичне перекриття шляхом подачі сигналів з термопар, установлених над каталізатором і в трубопроводі біля компенсатора. Крім того, передбачена подача азоту в змішувальну камеру. У результаті перепали сталевих компенсаторів припиняються. Припиняються і пожежі в цеху від цієї технологічної причини.

Мал. 3 Конвертор метану: 1 — корпус; 2 — футеровка; 3 — каталізатор; 4 — термопари; 5 — компенсатор; 6 — змішувач; / — киснево-повітряна суміш; // — метан; /// — азот; IV — конвертований газ (наприклад, отримання водню пароповітряною чи паро-кисневою конверсією метану, ацетилену — термоокислювальним піролізом природного газу, окислів азоту — окислюванням аміаку).

Висновок: Таким чином, в апаратах з горючими газами необхідно запобігати утворенню горючого середовища; особливі заходи необхідно передбачити в апаратах, у яких знаходяться горючі гази в суміші з окисником.

Дата добавления: 2014-11-09