Материал: Методические указания к выполнению выпускной квалификационной работы по специальности «Пожарная безопасность» и направлению «Техносферная безопасность». Головина Е.И., Скляров К.А

3.2.3. Оценка возможности образования горючей среды в производственных помещениях и на открытых технологических площадках

В производственных помещениях и на открытых технологических площадках горючие паро-, газо- и пылевоздушные смеси могут образовываться в двух характерных случаях:

1) При выходе горючих веществ из нормально действующих технологических аппаратов.

2) При выходе горючих веществ из поврежденного технологического оборудования.

При нормальных режимах работы оборудования горючая среда на технологических участках может образовываться в том случае, если по условиям технологии применяются аппараты с открытой поверхностью испарения, аппараты с дыхательными устройствами, аппараты периодического действия и герметичные аппараты, работающие под избыточным давлением.

1-й тип. Аппараты с открытой поверхностью испарения (окрасочные ванны, ванны для пропитки изделий, ванны для промывки и обезжиривания деталей, закалочные ванны и т. п.). Горючая концентрация паров жидкости в смеси с воздухом над поверхностью таких аппаратов будет образовываться в том случае, если рабочая температура жидкости t_р будет выше ее температуры вспышки:

(3.6)

2-й тип. Аппараты с дыхательными устройствами. Данные аппараты представляют собой закрытые емкости, внутренний объем которых сообщается с окружающей средой через дыхательные устройства (дыхательные трубы, клапана и т.п.). К таким аппаратам относятся резервуары, мерники, дозаторы и другие емкости, работа которых по условиям технологии требует изменения уровня жидкости.

Выход горючих паров из аппаратов с дыхательными устройствами происходит при увеличении температуры в газовом пространстве и в периоды их заполнения. В таких случаях опасность образования горючей среды у дыхательных устройств оценивают путем сравнения рабочей температуры жидкости t_р в аппарате со значением нижнего температурного предела распространения пламени t_н. Верхний температурный предел распространения пламени t_в не используется, поскольку концентрация паров при их выходе из аппарата снижается и может попасть в область воспламенения. Образование горючей среды у дыхательных устройств возможно, если рабочая температура жидкости в аппарате больше или равна НТПР:

(3.7)

3-й тип. Аппараты, периодически открываемые для выгрузки и загруз­ки веществ. При открывании загрузочных и разгрузочных крышек, лю­ков и других приспособлений, установленных на аппаратах периоди­ческого действия, в окружающую среду может выходить значительное количество горючих паров, газов и пыли. Оценка возможности образования горючей среды в объеме помещений или локальных зонах в общем случае может быть произведена путем сравнения фактической концентрации горючих веществ _ф со значением нижнего концентраци­онного предела распространения пламени _н. Горючая среда будет образовываться в том случае, если выполняется условие:

(3.8)

4-й тип. Герметичные аппараты, работающие под избыточным давлени­ем. При эксплуатации таких аппаратов даже при их исправном состо­янии могут происходить небольшие утечки горючих веществ через прокладки, швы, разъемные соединения, уплотнения валов, плунжеров и т.п. Это объясняется тем, что даже при самой тщательной обработке прилегающих друг к другу поверхностей нельзя создать абсолютную непроницаемость. При соприкосновении двух поверхностей из-за наличия незначительных выпуклостей образуется большое количество капиллярных каналов, по которым происходит истечение газов и жидкостей.

3.2.4. Анализ возможных причин и условий самопроизвольного возникновения горения и зажигания горючих смесей

Образование горючей среды внутри технологического оборудования, в помещениях и на открытых технологических площадках всегда следует рассматривать как фактор, характеризующий возникновение предпожарной ситуации. Однако пожары и взрывы могут возникать только при определенных теплофизических условиях.

В физике горения различают два режима возникновения горения: «самопроизвольное» и «вынужденное зажигание». Под «самопроизвольным» понимают такой режим возникновения горения, когда первоначальный очаг горения возникает внутри (преимущественно в теплофизическом центре) скопления горючей или взрывоопасной среды. В отличие от «самопроизвольного возникновения горения», при «вынужденном зажигании» первоначальный очаг горения возникает в непосредственной близости от теплового источника, воздействующего на горючую (взрывоопасную) среду.

К самопроизвольному возникновению горения относят самовозгорание, самовоспламенение и самопроизвольный взрыв, которые могут происходить при взаимодействии горючих веществ с кислородом воздуха, с водой или влагой воздуха, друг с другом, а также при их саморазложении. По механизму активации химических реакций, вызывающих горение, самопроизвольное возникновение горения может быть тепловым или радикально-цепным. Для сложных по строению и составу материалов чисто теплового или чисто радикально-цепного механизмов активации химических реакций не бывает. Поэтому здесь определяющим является преимущественный механизм активации.

Для возникновения горения в режиме вынужденного зажигания, необходимо нагреть горючую среду до такой температуры (температуры зажигания), при которой в горючей среде образуется волна самораспространяющегося горения в форме пламенного горения или тления.

Волна горения может сформироваться в горючей среде под действием пламени, нагретого до высокой температуры тела, под воздействием теплового излучения, электрической или механической искры. Для того, чтобы сформировалась волна пламенного горения или тления, температура нагретого тела должна быть не ниже температуры зажигания. Для паро- и газовоздушных сред эта температура около тысячи градусов Цельсия. Для тлеющих материалов она приближенно равна стандартной температуре тления, определяемой по ГОСТ 12.1.044.

В пожарно-технической литературе, в соответствии с ГОСТ 12.1.004, внешние источники теплоты, вызывающие горение в режиме вынужденного зажигания, называются «Источниками зажигания». При этом под «источником зажигания» понимается тепловой источник «инициирующий горение», а под «инициированием горения» понимается процесс послойного поджигания горючей среды, вызывающий распространение горения.

К настоящему моменту времени понятия «источник зажигания» и «инициатор горения» следует считать устаревшими, отрицательно влияющими на понимание физической сущности явления зажигания и, следовательно, на обоснованное предотвращение пожаров, вызванных вынужденным зажиганием. Однако, в силу привычки и трудности восприятия физической сущности явления зажигания, этот термин, видимо, еще длительное время сохранится в обиходе пожарных специалистов. Поэтому он используется и в настоящем пособии.

В производственных условиях “источники зажигания” могут возникать в результате:

• проведения работ, связанных с эксплуатацией технологических установок огневого действия (пламя, продукты горения, топочные искры, нагретые до высоких температур конструктивные элементы установок);

• превращения механической энергии в тепловую (разогрев тел при трении, соударении, а также при сжатии);

• теплового превращения электрической энергии (искровые разряды статического электричества, тепловые проявления, связанные с нарушением работы электрооборудования, прямые удары молнии и ее вторичные проявления);

• проведения огневых работ (открытый огонь, высоконагретые элементы оборудования, огарки электродов, капли и брызги расплавленного металла).

При анализе пожарной опасности любого технологического процесса или объекта важно выяснить не только причины, способствующие возникновению «источников зажигания», но и определить условия, при которых эти тепловые источники вызывают горение, ведущее к пожару или взрыву.

Значительное количество аппаратов, работающих под избыточным давлением, имеют вращающиеся механизмы (лопасти мешалок, колеса насосов, винты шнеков и т.п.). Все эти элементы связаны с электроприводом при помощи валов или штоков, которые проходят через корпус аппаратов. Зазоры между валами и корпусом аппаратов чаще всего герметизируются посредством сальниковых уплотнений. Создать надежную герметичность сальников достаточно трудно, в процессе работы оборудования они изнашиваются, поэтому эксплуатация аппа­ратов с наличием сальниковых уплотнений всегда связана с утечками паров, газов или жидкостей.

Для оценки возможности образования горючей среды в объеме помещений или локальных зонах необходимо, как и в случае с аппаратами периодического действия использовать условие (3.8).

Наибольшую пожарную опасность технологическое оборудование представляет в тех случаях, когда нарушается его нормальный режим работы и происходят повреждения аппаратов и коммуникаций. При этом горючие вещества могут выходить наружу в больших количест­вах, растекаться и создавать значительные зоны загазованности.

Все возможные причины повреждений технологического оборудования объединяются в три основные группы:

• механические воздействия (образование повышенного или пониженного давления, динамические нагрузки, эрозионный износ);

• температурные воздействия (воздействие высоких и низких температур, температурные напряжения в металле);

• химические воздействия (химическая и электрохимическая коррозия).

При прогнозировании возможных причин повреждения технологического оборудования необходимо четко представлять цепочку причинно-следственных связей. Любая причина повреждения аппаратов и трубопроводов может стать следствием ряда других причин.

Газо-, паро- и пылевоздушные смеси при аварийных ситуациях могут образовывать горючую среду внутри помещений или на открытых технологических площадках, если выполняется условие (3.8). Методы расчета зон, ограниченных нижним концентрационным пределом распространения пламени газов и паров приведены в ГОСТе.

Как известно, согласно ГОСТ 12.1.004 условия возникновения горения в режиме вынужденного зажигания не рассчитываются. Они оцениваются через стандартную температуру самовоспламенения. При этом опасной принимается температура, равная 0,8 от стандартной температуры самовоспламенения. Вероятность возникновения горения в режиме самопроизвольного возникновения горения по тому же стандарту оценивается по степенной зависимости критической температуры самовозгорания от удельной поверхности скопления самонагревающегося материала.

3.2.5 Определение возможных причин и условий для распространения пожара

При оценке пожарной опасности технологических процессов необходимо анализировать не только факторы, которые могут явиться причиной возникновения пожаров, но и возможные последствия этих пожаров. В одних случаях начавшийся пожар через некоторое время самолокализуется, в других же – может по­лучить быстрое развитие, причинить значительный материальный ущерб, а иногда привести и к гибели людей. Возможность быстрого развития пожара на производственных объектах определяется, прежде всего, наличием соответствующих условий, которые способствуют распространению горения на значительные расстояния от очага.

Пожар на производственных объектах может распространяться:

• по поверхности разлившейся жидкости,

• по поверхности твердых и волокнистых горючих материалов;

• по отложениям горючих пылей;

• по технологическим коммуникациям с горючими веществами;

• через дыхательные устройства аппаратов;

• по воздуховодам систем вентиляции, аспирации и пневмо­транспорта;

• по системам канализации и т.п.

Основными причинами быстрого распространения пожара в усло­виях производства являются:

• скопление большого количества горючих веществ и материа­лов в производственных и складских помещениях;

• наличие сильно разветвленных технологических и инженерных коммуникаций с горючими веществами, связывающих между собой несколько технологических аппаратов и помещений;

• наличие отложений горючих веществ внутри и на наружной поверхности технологических и инженерных коммуникаций, а также на поверхности строительных конструкций;

• наличие незащищенных технологических проемов в стенах, перегородках и перекрытиях.

• несоблюдение противопожарных разрывов между установками, штабелями, зданиями;

• внезапное появление факторов, ускоряющих развитие пожара (разрушение аппаратов при взрыве, растекание горючих жидкостей, образование паро-, газо- и пылевоздушных облаков, разлет горящих головней и т.п.);

• отсутствие или неэффективность систем обнаружения и тушения пожара на ранней стадии;

• неправильные действия обслуживающего персонала и т.п.

Знание и качественный анализ возможных причин и путей распространения пожара позволит в последующем разработать эффективные решения по обеспечению противопожарной защиты рассматриваемых технологий и технологических процессов.

3.2.6. Пожарно-техническая экспертиза технологических процессов

При анализе пожарной опасности технологических процессов выявляются те аппараты, участки трубопрово­дов, а также производственные и складские помещения, в которых существует угроза возникновения пожара или взрыва. В ходе проведения пожарно-технической экспертизы технологических процессов определяется наличие и эффективность технических средств предотвращения пожаров и противопожарной защиты. Результаты экспертизы рекомендуется оформлять в виде таблицы (см. табл. 3.3).

Таблица 3.3 ― Результаты пожарно-технической экспертизы технологических процессов