Файл: Нт гражданской защиты и пожарной безопасности ямалоненецкого автономного округа государственное учреждение дополнительного профессионального образования.pdf

ДЕПАРТАМЕНТ ГРАЖДАНСКОЙ ЗАЩИТЫ И ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ЯМАЛО-НЕНЕЦКОГО АВТОНОМНОГО ОКРУГА
ГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ ЦЕНТР ПО ГРАЖДАНСКОЙ ОБОРОНЕ, ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ И
ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ЯМАЛО-НЕНЕЦКОГО АВТОНОМНОГО ОКРУГА»
КОНСПЕКТ ЛЕКЦИИ
Программа: ПРОФЕССИОНАЛЬНАЯ ПЕРЕПОДГОТОВКА
ПОЖАРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
С УГЛУБЛЕННЫМ ИЗУЧЕНИЕМ ПОЖАРОТУШЕНИЯ
И АВАРИЙНО-СПАСАТЕЛЬНЫХ РАБОТ
По дисциплине «Пожарная профилактика на объектах и в населенных
пунктах»
Раздел 5.1. Пожарная безопасность технологических процессов и производств
Тема №5.1.4 «Пожарная безопасность типовых технологических процессов».
Разработал:
Преподаватель ГУ ДПО «УМЦ ГОЧС и ПБ ЯНАО» Кудинова Н.В.
Надым, 2023 год

2
Учебные вопросы:
1. Пожарная безопасность теплообменных процессов и аппаратов.
Обеспечение пожарной безопасности при нагреве веществ острым и глухим паром. Особенности пожарной опасности и основные противопожарные мероприятия при нагреве веществ пламенем и топочными газами.
2. Пожарная безопасность процессов ректификации. Физическая сущность процесса ректификации. Ректификационные колонны, их устройство и принцип работы. Особенности пожарной опасности ректификационных установок.
Основные противопожарные меры при их проектировании и эксплуатации.
3. Пожарная безопасность процессов окраски. Состав и основные виды лакокрасочных материалов. Классификация промышленных способов окраски.
Особенности пожарной опасности и основные противопожарные мероприятия при проведении процессов окраски.
4. Пожарная безопасность химических процессов и реакторов. Общие сведения о химических процессах. Назначение и классификация химических реакторов. Пожарная опасность и противопожарная защита химических реакторов.
ХОД ЗАНЯТИЯ
В промышленности применяют различные способы нагревания с использованием следующих теплоносителей: водяного пара; топочных газов;
специальных теплоносителей; электрического тока; горячего воздуха; тепловой энергии ядерных реакций.
К тепловым процессам относятся процессы нагревания, охлаждения,
испарения и конденсации
Аппараты, предназначенные для проведения тепловых процессов, называют теплообменными.
К тепловым процессам относятся нагревание, охлаждение, испарение и конденсация; первые два процесса протекают без изменения агрегатного состояния вещества, два других с изменением агрегатного состояния вещества.
Тепловые явления, как правило, сопутствуют химическим превращениям и физическим изменениям веществ. Ускорение многих химических реакций осуществляется путем нагревания реагирующих веществ. Нагревание осуществляется при проведении процессов перегонки, выпаривания, плавления,
уменьшения вязкости, ректификации, сушки. Поэтому в любой отрасли промышленности специалист пожарной охраны обязательно встретится с тепловыми процессами и аппаратурой, в которой они осуществляются.
В тепловых процессах взаимодействует не менее двух сред (с различными температурами), которые называют теплоносителями. Наиболее нагретую среду называют горячим теплоносителем или нагревающим агентом, менее нагретую холодным теплоно­сителем или охлаждающим агентом (хладагентом).
Теплоносители, применяемые для нагревания, классифицируют следующим образом;
прямые источники тепла (пламя и топочные газы, образующиеся при сжигании в топках печей твердого, жидкого или газообраз­ного топлива;
электрический ток);

3
промежуточные теплоносители (водяной пар, горячая вода, на­гретый воздух);
высокотемпературные теплоносители
(органические жидкости,
расплавленные соли, жидкие металлы, минеральные масла и др.);
горячие продукты производства (полупродукты, конечные продукты и отходы производства, отводимые из аппаратов с достаточ­но высокой температурой).
Для охлаждения веществ до температур 10...30 С чаще всего используют воду и воздух, как наиболее доступные и дешевые охлаждающие агенты.
Охлаждение до более низких температур производят путем применения льда и специальных холодильных агентов, представляющих собой пары низкокипящих жидкостей (например, аммиака), сжиженные газы (углекислый газ, этан и др.) и холодильные рассолы. Многие хладагенты являются горючими веществами и отличаются пожароопасностъю.
При определении пожарной опасности технологических процессов нагревания горючих веществ должно учитываться следующее:
пожаровзрывоопасные свойства нагреваемых веществ; величина их рабочей температуры; способ нагревания.
Основные способы нагревания горючих веществ при нагревание водяным паром и горячими продуктами производства; нагревание пламенем и топочными газами; нагревание высокотемпературными теплоносителями.
Нагрев веществ водяным паром нашел наиболее широкое распространение в различных технологиях, поскольку он достаточно удобен и экономически выгоден в производственном отношении. Такой способ нагрева применяют в тех случаях, когда вещества необходимо подогреть до температур не более 180 оС.
Водяной пар относится к числу промежуточных теплоносителей, поскольку его предварительно получают в установках огневого или электрического нагрева.
В зависимости от способа передачи теплоты от пара к нагреваемому веществу различают нагрев острым (открытым) паром и нагрев глухим паром.
Нагрев острым паром - это такой способ нагрева, при котором насыщенный пар подается непосредственно в нагреваемую среду и смешивается с ней. В процессе перемешивания пар конденсируется и сообщает определенное количество теплоты нагреваемому продукту. Подача пара в аппараты осуществляется через систему перфорированных труб, расположенных у их днища. Такие трубы называют барботерами.
Основным недостатком систем обогрева веществ острым паром является необходимость удаления в дальнейшем воды из обводненного продукта. Поэтому острый пар используют, в основном, в тех случаях, когда по технологическим соображениям допустимо смешивание нагреваемой среды с конденсатом.
Наиболее часто острый пар применяют для продувки аппаратов с целью освобождения их от остатков горючей жидкости и ее паров.
Нагрев глухим паром - это такой способ нагрева, при котором передача теплоты от пара к среде производится через разделяющую их стенку. Нагрев веществ глухим паром осуществляется в теплообменных аппаратах. Основные конструкции теплообменных аппаратов были рассмотрены на предыдущей лекции.
Глухой пар используется в промышленности гораздо чаще, чем острый,
поскольку позволяет осуществлять нагрев веществ без непосредственного

4
контакта с ними и исключает возможность их обводнения при отсутствии повреждений в теплообменной поверхности.
На рис. 2. показана принципиальная схема нагревания веществ глухим паром. Греющий пар из генератора пара (парового котла 1) направляется в теплообменник 2, где жидкость (или газ) нагревается паром через разделяющую их стенку. Пар, соприкасаясь с более холодной стенкой, конденсируется на ней, и пленка конденсата стекает по поверхности стенки. Для того, чтобы облегчить удаление конденсата, пар вводят в верхнюю часть аппарата, а конденсат отводят из нижней его части.
Рис. 2
Схема нагревания веществ глухим паром.
Нагревание пламенем и топочными газами относится к числу наиболее известных и давно применяемых способов нагрева. Этот способ не потерял своего значения и в настоящее время, так как позволяет осуществлять нагревание до высоких температур от 1000 до 1100о С.
Наиболее часто топочные газы используют для нагрева промежуточных теплоносителей. Так, в котельных получают горячую воду и водяной пар, которые затем используются в теплообменной аппаратуре в качестве теплоносителей.
Однако открытое пламя и топочные газы часто используют непосредственно для нагрева горючих веществ, например в процессах перегонки нефти, крекинга, пиролиза, гидроочистки углеводородов, разгонки смол,
переработки растительных масел и в других процессах.
Нагревание это осуществляется в специальных печах, в которых сжигается твердое, жидкое или газообразное топливо.
Чаще всего для этих целей используется жидкое и газообразное топливо.
Теплота сгорания передается поверхности теплообмена лучеиспусканием и конвекцией. Теплообменная поверхность в печах обычно выполняется в виде пучков труб, соединенных коллекторами, или в виде непрерывного змеевика.
Такие печи носят название трубчатых печей.
Трубчатые печи широко применяются в нефтеперерабатывающей,
химической, нефтехимической и других отраслях промышленности.

5
Устройство печи, с. 196-199.
Камера А называется радиантной, так как в ее пространстве передача тепла осуществляется главным образом радиацией за счет теплового излучения пламени, горючих продуктов горения и раскаленных поверхностей стенок печи.
Камера Б называется конвекционной, так как в ее пространстве передача тепла от топочных (дымовых) газов осуществляется в основном конвекцией.
Каркас трубчатой печи обычно изготовляется из стали и воспринимает на себя нагрузку основных элементов печи и температурных напряжений.
Кирпичная кладка выполняется трехслойной: наружный слой выкладывается из красного кирпича, средний слой – из теплоизоляционного кирпича, внутренний слой – из огнеупорного кирпича.
Радиационная (радиантная) камера – это топка. В ней находятся главные горелки или форсунки для сжигания газа или жидкости. Количество горелок зависит от мощности печи, ее назначения, нагреваемого продукта и используемого топлива (бывает 16 и более горелок или форсунок)
Теплообменная поверхность образуется трубами, внутри которых движется нагреваемый продукт. Снаружи трубы обогреваются пламенем и продуктами горения топлива.
Более современными являются трубчатые печи с излучающими стенками из беспламенных панельных горелок и двусторонним облучением труб змеевика.
Панельные горелки изготавливаются из керамики и имеют каналы, в которых происходит сжигание газообразного топлива.
Пожарная опасность трубчатых печей весьма велика.
Это объясняется рядом факторов.
Во-первых, мощной топливной системой (мазут, природный газ и т.п.),
горючее из которой поступает на сжигание в топку.
Во-вторых, большим количеством нагреваемого горючего продукта,
который движется по змеевикам под большим давлением.
В-третьих, высокой температурой нагревания продуктов, которая иногда превышает температуру их самовоспламенения.
Далее, наличием открытого огня и раскаленных продуктов горения,
температура которых достигает 1000-1100 оС; появление неплотностей и повреждений в трубах, в результате чего из них может выйти наружу большое количество нагреваемого продукта.
Высоконагретые поверхности печи (кладка, трубы, двойники) и открытый огонь в топке обуславливают высокую пожарную опасность не только самой печи, но и соседних технологических аппаратов с горючими веществами.
Поэтому предотвращение возникновения пожара и взрыва – главная проблема при использовании трубчатых печей в технологическом процессе производств.
Пожарная безопасность процессов ректификации
Для разделения жидких гомогенных горючих смесей на компоненты, получения сверхчистых жидкостей и для других целей применяется процесс перегонки.
Перегонка является одним из важнейших технологических процессов разделения и очистки жидкостей и СГГ в химической, нефтехимической, фармацевтической,
пищевой и других отраслях промышленности. Перегонка представляет собой процесс, в котором разделяемая горючая жидкость нагревается до кипения, а

6
образующийся пар отбирается и конденсируется. В результате получают жидкость - конденсат, состав которой отличается от состава начальной смеси.
Повторяя много раз процессы испарения конденсата и конденсации, можно практически полностью разделить исходную смесь на чистые составные части
(компоненты).
Процесс перегонки основан на том, что жидкости, составляющие смесь, обладают различным давлением (упругостью) пара при одной и той же температуре.
Поэтому состав пара, а, следовательно, и состав жидкости, получающейся при конденсации пара, будут несколько отличаться от состава начальной смеси:
легколетучего или низкокипящего компонента (далее - НК) в паре будет содержаться больше, чем в перегоняемой жидкости. В неиспарившейся жидкости концентрация труднолетучего или высококипящего (далее - ВК) компонента увеличивается.
Перегонку подразделяют на два основных вида: простую перегонку (или дистилляцию) и ректификацию. Под простой перегонкой понимают процесс однократного частичного испарения исходной жидкой смеси и конденсации образующихся при этом паров. Простую перегонку применяют для разделения смесей, представляющих собой легколетучее вещество с некоторым содержанием весьма труднолетучих веществ. Обычно простую перегонку используют для предварительного разделения, очистки веществ от примесей, смол, загрязнений.
При этом сконденсированные пары называют дистиллятом, а оставшуюся жидкость - остатком. Простую перегонку проводят периодически.
При периодической перегонке жидкость постепенно испаряется, и образующиеся при этом пары непрерывно удаляются из системы и конденсируются с получением дистиллята. При этом содержание НК в кубовой (исходной)
жидкости уменьшается, что приводит к снижению содержания НК в дистилляте - в начале процесса содержание НК максимально, а в конце - минимально. Простую перегонку можно проводить при атмосферном давлении или под вакуумом.
Для получения нужных фракций (или разного состава дистиллята) применяют фракционную, или дробную, перегонку в установке, схема которой приведена на рисунке 1.1 Исходную смесь загружают в куб 1, имеющий змеевик для нагревания и кипячения этой смеси. Образующиеся пары конденсируются в теплообменнике-конденсаторе 2, дистиллят в нем же охлаждается до заданной температуры и поступает в один из сборников 3. После окончания процесса перегонки остаток сливают из куба 1 и вновь загружают в него исходную смесь.
Ректификация - это наиболее полное разделение смесей жидкостей, целиком или частично растворимых друг в друге. Процесс ректификации заключается в многократном взаимодействии паров с жидкостью - флегмой, полученной при частичной конденсации паров. Основными типами аппаратов для проведения процесса ректификации являются ректификационные колонны (далее - РК),
которые по устройству могут быть с тарелками и насадками. По устройству РК
принципиально не отличаются от тарельчатых и насадочных абсорберов. В
отличие от абсорберов, для снижения потерь теплоты РК покрывают тепловой изоляцией. Основной отличительной особенностью РК является то, что для проведения ректификации они должны быть снабжены соответствующей

7
теплообменной аппаратурой (кипятильником, подогревателем, конденсатором- дефлегматором, холодильниками дистиллята и кубового остатка).
Кипятильники (подогреватели) предназначены для обеспечения образования восходящего по РК потока пара, и могут быть встраиваемыми внутрь колонны
(рисунок 1.2, а) или выносными (рисунок 1.2, б), а конденсаторы-дефлегматоры - для получения флегмы за счет частичной конденсации выходящей паровой фазы.
Варианты расположения дефлегматоров приводятся на рисунке 1.3.
Процессы ректификации проводят на установках непрерывного или периодического действия. В установке непрерывного действия (рисунок 1.4)
необходимо, чтобы поступающая на разделение смесь соприкасалась со встречным потоком пара с несколько большей концентрацией ВК, чем в жидкой смеси. Поэтому исходную смесь подают в то место РК 3, которое соответствует этому условию. Место ввода исходной смеси, нагретой до температуры кипения в подогревателе 2, называют тарелкой питания, или питательной тарелкой.
Пожарная опасность процессов ректификации определяется пожароопасными свойствами веществ и режимом работы РК (температура, давление). Большинство колонн работает под небольшим давлением 0,12.0,7 МПа. При нормальных режимах работы, в РК работающих под избыточным давлением, образование горючей смеси невозможно. Горючие концентрации внутри РК могут образовываться в периоды остановки на ремонт и пуска колонн после ремонта.
При авариях или неисправностях возможно: в колоннах, работающих под давлением - выход и воспламенение продукта, если продукт нагрет до температуры самовоспламенения и выше, а в колоннах, работающих под вакуумом - подсос воздуха и образование взрывоопасных концентраций внутри колонны.
Причины образования неплотностей и повреждений в РК: повышение давления,
температурные и механические воздействия, химический износ оборудования.
Повышение давления является следствием нарушений материального и энергетического балансов, процесса нормальной конденсации паровой фазы,
попадания в высоконагретые РК жидкостей с низкой температурой кипения.
Источниками зажигания в процессах ректификации могут быть: огневые работы;
самовоспламенение нагретого продукта; самовозгорание пирофорных отложений;
нагретые поверхности РК и другого оборудования.
Пожар на ректификационной колонне может быстро принять крупные масштабы,
т.к. в результате аварии возможен выход наружу большого количества горючей жидкости и ее паров. Пары горючей жидкости выходящие наружу могут привести к образованию взрывоопасных концентраций в объеме помещений или на территории открытых площадок. Распространению пожара способствуют системы производственной вентиляции и канализации.
Специфические требования пожарной безопасности при проведении процессов ректификации: