7.1 Взрыв парогазовоздушной смеси
Одной из наиболее серьезных опасностей пожаровзрывоопасных производств является газопаровое облако, которое образуется при мгновенном разрушении резервуаров хранения или испарении разлитых жидкостей. Образование газопарового облака может привести к появлению трех типов опасностей:
– взрыву парогазовоздушной смеси;
– крупному пожару;
– токсическому воздействию.
Смесь углеводородных продуктов (метана, этилена, пропана, паров бензина, циклогексана и др.) с кислородом воздуха называется парогазовоздушной смесью. Эта смесь может либо взрываться, либо воспламеняться. При взрыве газо- или паровоздушной смеси образуется воздушная ударная волна. [12]
Процесс горения со стремительным высвобождением энергии и образованием при этом избыточного давления (более 5 кПа) называется взрывным горением. [13] Различают два принципиально разных режима взрывного горения: дефлаграционный и детонационный. При дефлаграционном горении распространение пламени происходит в слабо возмущенной среде со скоростями ниже скорости звука. При детонационном горении (детонации) распространение пламени происходит со скоростью, превышающей скорость звука.
Инициирование (зажигание) газовоздушной смеси с образованием очага горения возможно, если будут выполнены следующие условия:
Концентрация горючего газа в газовоздушной смеси должна быть в диапазоне между нижним и верхним концентрационными пределами распространения пламени;
Энергия зажигания от искры (горячей поверхности) должна быть не ниже минимальной. Для большинства взрывчатых смесей энергия зажигания не превышает 30 Дж.
Нижний концентрационный предел распространения пламени – это такая концентрация горючего газа в смеси с окислительной средой, ниже которой смесь становится неспособной к распространению пламени.
Верхний концентрационный предел распространения пламени – это такая концентрация горючего газа в смеси с окислительной средой, выше которой смесь становится неспособной к распространению пламени.
Минимальная энергия инициирования (зажигания) – наименьшее значение энергии электрического разряда, способное воспламенить смесь стехиометрического состава.
Концентрация газа стехиометрического состава – концентрация горючего газа в смеси с окислительной средой, при которой обеспечивается полное без остатка химическое взаимодействие горючего и окислителя смеси.
При сгорании газовоздушной смеси стехиометрического состава образуются только конечные продукты реакции горения и выделившаяся теплота их сгорания не расходуется на нагревание несгоревших окислителя или горючего, т. к. они отсутствуют. По этой причине продукты сгорания нагреваются до максимальной температуры.
В случае дефлаграционного горения такой смеси, в замкнутом герметичном и теплоизолированном объеме образуется максимальные температура и давление. Величина максимального давления является характеристикой соответствующей газовоздушной смеси.
Режим дефлаграционного горения может переходить в режим детонационного горения.
В режиме детонационного горения нагрузки значительно возрастают. Поэтому режим детонационного горения принят за расчетный случай для прогнозирования обстановки при авариях со взрывом.
К основным факторам, влияющим на параметры взрыва, относят:
– массу и тип взрывоопасного вещества;
– его параметры и условия хранения или использования в технологическом процессе;
– место возникновения взрыва;
– объемно-планировочные решения сооружений в месте взрыва.
Взрывы на промышленных предприятиях и базах хранения можно разделить на две группы: взрывы в открытом пространстве и взрывы в производственных помещениях.
В открытом пространстве на промышленных предприятиях и базах хранения возможны взрывы газовоздушных смесей, образующихся при разрушении резервуаров со сжатыми и сжиженными под давлением или охлаждением (в изотермических резервуарах) газами, а так же при аварийном разлитии легковоспламеняющихся жидкостей.
В производственных помещениях, наряду со взрывом ГВС, возможны так же взрывы пылевоздушных смесей, образующихся при работе технологических установок.
При аварийных взрывах парогазовоздушных смесей размеры зон разрушений и параметры избыточного давления ударной волны зависят от количества взрывоопасного вещества и его физико-химических свойств.
Если аппарат с взрывоопасным продуктом размещен в цехе, то авария развивается по сценарию взрыва в замкнутом объеме. В этом случае парогазовоздушная смесь займет частично или полностью весь объем помещения. При прогнозировании последствий считают, что процесс в помещении развивается в режиме детонации.
7.2 Пожарная безопасность
Самая главная опасность при работе с порошком и краской состоит в том, что порошковые краски при определенных условиях могут образовывать взрывоопасные смеси с воздухом. Такими условиями являются: [11]
Распыление порошка в воздухе при концентрации выше нижнего, концентрационного предела воспламенения (НКПВ) или транспортирование порошка в циклоне либо в коллекторе, при наличии источников зажигания.
Существуют ситуации, при которых может произойти взрыв порошка в системе рекуперации. Примером такой ситуации может быть воспламенение порошковой смеси в покрасочной камере и поступление горящей частицы в циклон, либо пылеуловитель.
Порошковые краски токсичны (ПДК 10 мг/м3), горючие (температура воспламенения открытым пламенем от 308–5600С), пылевоздушные смеси их взрывоопасны. Поэтому участок нанесения покрытий из ПК относят к вредным, пожароопасным и взрывоопасным производствам. К какому именно классу взрывопожарной и пожарной опасности относится помещение определенно
Для определения категории помещения по взрывопожарной и пожарной опасности мною была смоделирована следующая ситуация. В процессе нанесения порошковой краски произошло отключение вентиляционной установки, по техническим причинам. Маляру необходимо окрасить определенное количество изделий по плану. Маляр, заметив эту неисправность, решил продолжить работу, учитывая, что при невыполнении плана, предприятие, а также он сам понесут определенные материальные убытки. Оставшийся процесс окраски займет один час.
Для определения категории по взрывопожарной опасности необходимо определить избыточное давление взрыва ΔР
Расчет избыточного давления взрыва ΔР, кПа, производится по формуле:
(1)
где Нт – теплота сгорания, Дж кг-1;
Рв – плотность воздуха до взрыва при начальной температуре То, кг м-3;
Ср – теплоемкость воздуха, Дж кг-1 К-1 (допускается принимать равной 1,017103 Дж кг-1 К-1);
То – начальная температура воздуха, К.
Кн – коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения. Допускается принимать Кн равным 3.
Vсв – свободный объем помещения, м 3 (Vсв = 90 м 3)
Ро – атмосферное давление, кПа
Z – коэффициент участия горючего во взрыве; допускается принимать
Z =0,5.
Расчетная масса взвешенной в объеме помещения пыли m, кг, образовавшейся в результате аварийной ситуации, определяется по формуле:
Расчетная масса взвешенной в объеме помещения пыли m, кг, образовавшейся в результате аварийной ситуации, определяется по формуле
m = mвз + mав, (2)
где mвз – расчетная масса взвихрившейся пыли, кг;
mав – расчетная масса пыли, поступившей в помещение в результате аварийной ситуации, кг.
Расчетная масса взвихрившейся пыли mвз определяется по формуле
mвз = Квз mп, (3)
где Квз – доля отложившейся в помещении пыли, способной перейти во взвешенное состояние в результате аварийной ситуации. В отсутствие экспериментальных сведений о величине Квз допускается полагать Квз = 0,9;
mп – масса отложившейся в помещении пыли к моменту аварии, кг.
Масса отложившейся в помещении пыли к моменту аварии определяется по формуле
(4)
где Кг – доля горючей пыли в общей массе отложений пыли;
m1 – масса пыли, оседающей на труднодоступных для уборки поверхностях в помещении за период времени между генеральными уборками, кг;
m2 – масса пыли, оседающей на доступных для уборки поверхностях в помещении за период времени между текущими уборками, кг;
Ку – коэффициент эффективности пылеуборки. Принимается при ручной влажной пылеуборке – 0,7
m1=0,14504 кг;
m2=0,00362 кг;
Междуборочные периоды взяты из нормативного времени их проведения согласно межотраслевым правилам по охране труда при окрасочных работах:
мП= 1/0,7 · (0,14504 +0,003626)=0,21 кг
mвз = 0,9 ·0,21=0,189 кг
Расчетная масса пыли, поступившей в помещение в результате ававрийной ситуации, mав, определяется по формуле:
mав = mап·Кп, (5)
где mап – масса горючей пыли, выбрасываемой в помещение из аппарата, кг;
Кп – коэффициент пыления, представляющий отношение массы взвешенной в воздухе пыли ко всей массе пыли, поступившей из аппарата в помещение. В отсутствие экспериментальных сведений о величине Кп допускается полагать для пылей с дисперсностью менее 350 мкм – Кп = 1.
Дисперсность применяемой порошковой краски 60 мкм – Кп = 1
mав =0,6 ·1=0,6; m=0,189+0,6=0,789 кг
ΔР=0,789·25,14 ·106 ·101·0,5/90·1,17·1,01·103 ·302·3=10,39 кПа
Пользуясь таблицей 1 НПБ 105–03, помещение относиться к взрывопожароопасному – категория Б, так как применяемая порошковая краска может образовывать пылевоздушную смесь, при воспламенении которой развивается расчетное избыточное давление взрыва в помещении превышающее 5 кПа.
На установках нанесение покрытий из порошковых красок наиболее опасным является процесс нанесения слоя ПК на изделие. Блок установки для осуществления данного процесса: камера нанесения, распылители ПК в электростатическом поле и система рекуперации относится к классу взрывоопасности В-2, поскольку в нем во время работы постоянно присутствуют несколько мест с концентрацией ПК пылевоздушные смеси выше нижнего предела взрываемости (факела распылителя, система рекуперации), а также наиболее вероятно источник поджога искровой электрический разряд, который может случиться при неисправности распылителя фильтров, при плохом заземлении отдельных частей оборудования и при нарушении требований пожарной безопасности. Все остальное помещение при соответствующей организации работы может относиться к категории В-2а, если будет исключена при любых обстоятельствах (в том числе при пожаре, взрыве с разрушением части оборудования) возможность создания взрывоопасных концентраций во всем объеме помещения.
К классу В-2 отнесены зоны, расположенные в помещениях, в которых выделяются переходящие во взвешенное состояние горючие пыли или волокна в таком количестве и с такими свойствами, что они способны образовывать с воздухом взрывоопасные смеси при нормальных режимах работы (например, при загрузке и разгрузке технологических аппаратов).
При такой величине избыточного давления на фронте ударной волны промышленный цех получит разрушения средней степени тяжести (разрушение крыш, окон, перегородок, чердачных перекрытий; ущерб 30–40% от стоимости здания). У людей будут легкие поражения (ушиб, легкая контузия, вывих, потеря слуха). Данные взяты из таблиц «Избыточное давление, соответствующее степени разрушения» (Б.С. Мастрюков «Безопасность в чрезвычайных ситуациях», Москва, издательский центр «Академия», 2007, с. 27) и «Характеристика барического воздействия взрыва на человека» (там же, с. 26).
8. Экологическая безопасность. Влияние основных вредных веществ автотранспорта на окружающую среду и человека
Значения выбросов вредных веществ в отработавших газах автотранспорта зависят от целого ряда факторов: отношения в смеси воздуха и топлива, режимов движения автотранспорта, рельефа и качества дорог, технического состояния автотранспорта и др. Состав и объёмы выбросов зависят также от типа двигателя. В таблице 3 показаны выбросы ряда вредных веществ карбюраторного и дизельного двигателей. [10]
Вредные вещества при эксплуатации подвижных транспортных средств поступают в воздух с отработавшими газами, испарениями из топливных систем и при заправке, а так же с картерными газами. На выбросы оксида углерода значительное влияние оказывает рельеф дороги и режим движения автомашины.
Так, например, при ускорении и торможении в отработавших газах увеличивается содержание оксида углерода почти в 8 раз. Минимальное количество оксида углерода выделяется при равномерной скорости автомобиля 60 км/ч. При проверке работы двигателя в атмосферу цеха также поступает оксид углерода. Выбросы оксидов азота максимальны при отношении воздух – топливо 16:1.
Таким образом, значения выбросов вредных веществ в отработавших газах автотранспорта зависят от целого ряда факторов: отношения в смеси воздуха и топлива, режимов движения автотранспорта, рельефа и качества дорог, технического состояния автотранспорта и др. Состав и объёмы выбросов зависят также от типа двигателя выбросы основных загрязняющих веществ значительно ниже в дизельных двигателях.
принято считать их более экологически чистыми. Однако дизельные двигатели отличаются повышенными выбросами сажи, образующейся вследствие перегрузки топлива. Сажа насыщена канцерогенными углеводородами и микроэлементами; их выбросы в атмосферу недопустимы.
В связи с тем, что отработавшие газы автомобилей поступают в нижний слой атмосферы, а процесс их рассеяния значительно отличается от процесса рассеяния высоких стационарных источников, вредные вещества находятся практически в зоне дыхания человека. Поэтому автомобильный транспорт следует отнести к категории наиболее опасных источников загрязнения атмосферного воздуха вблизи автомагистралей. Снижение токсичности отработавших газов реализуется путем: совершенствования рабочего процесса двигателей; снижения концентрации вредных компонентов в отработавших газах (использование каталитических нейтрализаторов или дожигателей); разработки новых двигателей, работающих на альтернативных топливах (природный газ, автомобильный бензин в смеси с водородом, синтетические спирты, водород, использование электроэнергии аккумуляторных батарей и др.); поддержания рациональных режимов работы; обеспечения исправного технического состояния.
Дизелизация и перевод значительной части автомобилей на газовое топливо, положительно сказываются на экономии топлива и снижении загрязнения окружающей среды. Применение природного газа вместо бензина сокращает содержание в отработавших газах СО в 1,5–3 раза.
Увеличение содержания токсичных веществ в отработавших газах карбюраторных двигателей вызывается следующими основными причинами:
– изменением технического состояния карбюратора (засорением главного и вспомогательного жиклеров; неисправностью устройства, регулирующего уровень топлива в поплавковой камере; неправильной регулировкой карбюратора);
– неисправностями в системе зажигания, вызывающими неправильную установку зажигания и ослабление искры (подгоранием контактов прерывателя, нарушением изоляции проводов, замыканием обмоток катушки высокого напряжения и др.);
– износными явлениями, нарушением регулировок в газораспределительном механизме и отложением нагара в цилиндрах двигателя.
К неисправностям дизельных двигателей, вызывающим повышенное содержание токсичных веществ в отработавших газах, следует отнести: засорение сопловых отверстий форсунок; заедание иглы форсунки; износ прецизионных пар; негерметичность топливоподающей аппаратуры и неправильная ее регулировка.
Работа автомобиля характеризуется частой сменой скоростных и нагрузочных режимов работы двигателя. При этом существенно изменяется состав смеси, влияющей на токсичность отработавших газов. Максимальная концентрация NOx в отработавших газах карбюраторных и дизельных двигателей соответствует наиболее экономичным режимам работы. При этом содержание СО минимально.
Частота вращения коленчатого вала двигателя оказывает влияние на условия прохождения заряда через систему впуска и на завихрение его в цилиндрах и тем самым на испарение и смесеобразование топлива. При увеличении частоты вращения коленчатого вала двигателя с 2800 до 5600 мин-1 уменьшается содержание СО в отработавших газах в 2 раза. Минимальная токсичность отработавших газов обеспечивается при средних нагрузочных и скоростных режимах.
Токсичность отработавших газов зависит и от теплового режима двигателя. Минимальная токсичность наблюдается при температуре охлаждающей жидкости 85–95оС. Понижение температуры охлаждающей жидкости, например, у двигателя ЗИЛ – 130, с 85 до 40оС приводит к росту выбросов СО на 15–35% и СН в 1,25–2,8 раза при увеличении расхода топлива на 25–40%. При перегреве двигателя возникают перебои в его работе, а содержание СН в отработавших газах увеличивается.
Таким образом, выбор и реализация рационального режима работы двигателя и автомобиля являются первым условием сокращения содержания вредных компонентов в отработавших газах.
Загрязнение деталей двигателя отложениями, образовавшимися в процессе эксплуатации, увеличивает выброс токсичных веществ. Ухудшение подвижности поршневых колец в канавках поршней вызывает потерю компрессии, при этом в картер уносится до 35% СН.
Периодическая промывка системы смазки промывочными маслами снижает выброс СО в среднем на 27%, а выброс органических аэрозолей в среднем на 45%.
Для определения СО в отработавших газах используют газоанализаторы, принцип действия которых основан на поглощении различными газовыми компонентами инфракрасных лучей с определенной длиной волны и на каталитическом дожигании отработавших газов с использованием электрического моста.
Что касается дизелей, то для количественной оценки дымности отработавших газов применяются два метода: просвечивание отработавших газов и их фильтрацию.
Санитарными нормами установлены предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны производственных помещений. Так, предельно допустимая разовая (за 30 мин) концентрация акролеина, бензина, окиси углерода, окислов азота, углеводородов соответственно составляет 0,2; 100; 20; 5; 300 мг/м3.
Чтобы обеспечить данные требования, зоны ТО и ремонта обеспечивают приточно-вытяжной вентиляцией, сокращают работу двигателей автомобилей в помещении, применяют отсосы отработавших газов, используют конвейеры для перемещения автомобилей на поточных линиях ЕО и ТО.
|
