Глава 25. Пожаро- и взрывозащита оборудования

25.1. Активные способы защиты

Самой эффективной мерой обеспечения пожаровзрывозащиты [44] является замена пожаровзрывоопасных процессов на без опасные путем исключения пожаро- и взрывоопасных веществ материалов из обращения еще на стадии проектирования производства. Однако осуществить это на практике удается крайне ред­ко. Более приемлема замена отдельных пожаро- и взрывоопасных операций на менее опасные. Комплексное решение этих двух задач дает наибольший социальный и экономический эффект.

На практике пожаро- и взрывозащита технологического про­цесса в значительной степени достигается за счет правильного выбора промышленных площадок, строительных конструкций про­изводственных зданий и способов пожаровзрывозашиты оборудо­вания.

Меры взрывозащиты (зачастую не направленные на предотв­ращение взрыва) обеспечивают безопасность обслуживающего персонала, позволяют уберечь от разрушения оборудование и быстро ввести его в эксплуатацию после взрыва.

Одним из способов защиты оборудования от взрыва является применение достаточно прочных конструкций, способных выдер­жать давление взрыва, возникающее внутри аппарата. Однако целе­сообразность повышения прочности оборудования оценивается эф­фективностью увеличения материалоемкости и массы аппаратов.

В химической промышленности широко используют как ак­тивные, так и пассивные средства взрывозащиты. К числу актив­ных мер относятся: контроль за накоплением взрывоопасных па­ров в помещениях; аварийное вентилирование помещений при образовании в них взрывоопасной среды; флегматизаиия взрыво­опасной среды в помещениях; применение предохранительных конструкций, ослабляющих разрушительное действие взрыва, подавление возникшего взрыва. Активные средства взрывозащиты срабатывают в момент возникновения взрыва по сигналу индика­тора, локализуют и подавляют очаг взрыва еще до достижения им разрушительной силы.

Действие активных средств защиты направлено:

• на подавление взрыва при его зарождении путем введения в очаг взрыва огнегасящего вещества, что осуществляется с помо­щью автоматических систем подавления взрыва (АСПВ);

• создание инертной зоны в трубопроводах и в соседних аппа­ратах для предотвращения распространения взрыва;

• блокирование аппарата, в котором произошел взрыв, с помощью отсекающих устройств;

• автоматическое прекращение работы оборудования.

При выборе методов и средств активной взрывозащиты необходимо знать основные пожаро- и взрывоопасные свойства веществ, механизм горения и параметры, характеризующие взрыв, химический состав горючих технологических сред и их рабочие физические параметры, объем оборудования, скорость движения горючих сред и т.п.

Подавление взрыва с помощью АСПВ. Принцип действия этих систем состоит в обнаружении очага взрыва высокочувствитель­ным датчиком и быстром введении в защищаемый аппарат рас­пиленного огнетушащего вещества, прекращающего процесс раз­вития взрыва (рис. 25.1).

Высокочувствительный датчик (индикатор взрыва), через блок управления 5 приводит в действие исполнительные устройства 3 и 6, впрыскивающие в полость аппарата огнетушащую жидкость. В качестве исполнительных устройств системы могут быть также in пользованы пламеотсекатели 4, препятствующие распростра­нению пламени по технологическим коммуникациям в другие аппараты. На схеме показан простейший пример

Р ис. 25.2. Принципиальная схема размещения элементов АСПВ на аппарате:

1 — защищаемый аппарат; 2 — индикатор взрыва; 3—6 — исполнительные уст­ройства (соответственно гидропушка, пламеотсекатель, блок управления и оро­ситель)

взрывозащиты одного аппарата. АСПВ можно использовать и для защиты производственной линии, включающей ряд аппаратов.

В комплект одного устройства АСПВ может входить несколько индикаторов взрыва, и наоборот, на один индикатор взрыва может приходиться несколько взрывоподавляющих устройств, зависит от конкретных условий.

Важным преимуществом АСПВ (по сравнению, например, устройствами для сброса давления взрыва — мембранами, клан нами) является отсутствие выбросов в атмосферу токсичных пожаро- и взрывоопасных продуктов, горючих газов и открыто огня.

Рис. 25.2. Общий вид гидропушки:

Взрыв в замкнутом объеме сопровождается повышением температуры и давления, световым излучением, а также ионизации газа, и обнаружить взрыв в аппарате можно по любому из этих проявлений. Индикатор взрыва АСПВ как раз и является устройством, преобразующим один из указанных параметров в электрический сигнал. В качестве индикаторов взрыва применяют три типа датчиков — датчик максимального давления и максимальной

скорости нарастания давления, а также оптические датчики. Первый из них срабатывает при достижении установленного предела давления, второй — подает импульс в случае достижения установленной скорости нарастания давления. Оптический дат» чик фиксирует появление излучения, соответствующего спектру пламени горючего вещества. Это наиболее быстродействующий датчик, однако он имеет довольно сложную конструкцию и может давать лож­ное срабатывание от случайного источни­ка света соответствующего спектра.

1 — крышка; 2 — пироза- ряд; 3 — поршень; 4 — мембраны; 5 — корпус; 6 — огнетушащее веще­ство; 7— распылительная насадка

Для впрыска жидких огнетушащих ве­ществ в отечественной промышленности чаще всего используют взрывоподавители типа гидропушки (рис. 25.2). Это устрой­ство работает следующим образом. При срабатывании пирозаряда 2 в камере А на­столько повышается давление, что разру­шаются мембраны 4. Жидкость оказывает­ся под давлением, практически равным давлению в камере А. Истечение жидкости, сопровождаемое перемещением поршня 3,' приводит к быстрому опусканию насадки 7 в крайнее нижнее положение до упора в выступе корпуса. При этом перфорирован­ная часть насадки полностью выходит из корпуса гидропушки в полость аппарата, и жидкость начинает истекать из полости В в виде множества струй через отверстия (никого диаметра. Изменением расположения отверстий разного ни (метра можно варьировать форму факела распыла.

В качестве взрывоподавителей применяют пневматические рас­пылители с разрушаемыми оболочками.

Оросители предназначены для продолжительного введения ог­нетушащего вещества в полость защищаемого аппарата или тру­бопровода с целью охлаждения продуктов сгорания и предотвра­щения повторного воспламенения в аппарате или распростране­нии пламени по трубопроводу.

При подаче электрического командного импульса на пироустство разрушается мембрана, и огнетушащее вещество через распылитель попадает в полость защищаемого аппарата или тру­бопровод.

В комплект АСПВ входят быстродействующие пламеотсекатели, являющиеся его основным исполнительным органом. Масштабы разрушения и материального ущерба в результате взрыва в аппарате могут быть значительно снижены, если не допустить рас­пространения пламени по технологическим коммуникациям в другое оборудование производства. Для этой цели и служат, в частности, пламеотсекатели. На рис. 25.3 представлены схемы песча­ного и мембранного пламеотсекателей.

Принцип действия песчаного пламеотсекателя состоит в сле­дующем. При подаче электрического импульса воспламеняется пирозаряд 2. Образующиеся при этом газы разрушают мембраны 3 и с большой скоростью выбрасывают песок вниз. Под действием потока песка опорные лепестки, размещенные в пакете 5, отги-

Рис. 25.3. Общий вид песчаного (а) и мембранного (б) пламеотсекателя:

1 — крышка пироустройства; 2 — пирозаряд; 3 — мембраны; 4 — патрубок; 5 — пакет; 6 — зернистый материал; 7 — корпус; 8 — баллон; 9 — манометр

баются и перекрывают оба сечения патрубка 4, а песок заполнили всю нижнюю полость. Время срабатывания конструкции составляет не более 0,03 — 0,2 с (при величине условного прохода 1 350 мм).

Пламеотсекатели не обеспечивают герметичного перекрытия трубопроводов, однако полностью исключают прохождение пламени. По сравнению с огнепреградителями они имеют ряд примуществ: не создают дополнительного гидравлического сопротивления и эффективны в условиях сильно запыленных и загрязненных сред.

В качестве огнетушащих веществ для АСПВ за рубежом широко применяют бром-, хлор- и фторпроизводные метана и эта В отечественной системе «Радуга» в качестве огнетушащего вещества используют воду.

Для подавления взрывов нашли применение также порош вые составы на основе карбонатов и бикарбонатов натрия и лия, аммониевых солей фосфорной, серной, борной и щавеле кислот, а также комбинированные составы.

Взрывозащита методом флегматизации взрывоопасной среды. Этот метод основан на разбавлении взрывоопасной среды до стояния, в котором она не способна распространять пламя.

Флегматизирующее устройство представляет собой автоматический быстродействующий огнетушитель, который срабатывает по сигналу индикатора взрыва. При этом освобождается выходи отверстие и флегматизирующая смесь под давлением вытесняющего газа вспрыскивается в защищаемый объем. Метод определяющей флегматизации обычно применяют в сочетании с другими методами или устройствами (например, с устройствами для принуди тельного сброса давления).

Блокирование взрыва. Для этого используют отсекающие устройства, в частности быстродействующие отсечные клапаны (отсекатели), которые приводятся в действие от детонатора по сигналу индикатора взрыва.

Отсекатели и флегматизирующие устройства устанавливают на вводных и выводных коммуникациях потенциально взрывоопасного аппарата. Обычно отсечные клапаны обеспечивают защиту наиболее «слабых» аппаратов технологической нитки. Время срабатывания отсекателя определяется длиной трубопровода от взры­воопасного аппарата до установленного отсекателя.

Автоматическое прекращение работы технологической схемы. Часто при возникновении взрыва в одном из аппаратов для пре­дотвращения серьезных аварийных ситуаций требуется немедлен­ное прекращение работы всей технологической линии. В этом случае от индикатора взрыва срабатывает специальное устройств которое автоматически прекращает работу всей технологической нитки или отдельной группы аппаратов.

Как правило, этот способ применяют в сочетании с другими активными методами взрывозащиты.

Контроль за накоплением горючих газов и паров. Контроль осуществляют с помощью специальных газоанализаторов и газосигнализаторов. Наибольшее распространение получили термохимические приборы, принцип действия которых основан на каталитическом окислении горючих примесей в воздухе в специальной камере, являющейся одним из плеч равновесного моста Уитстона. За счет вьщеляющейся при окислении горючих примесей теплоты плечо (электроспираль) нагревается, увеличивается его электро- i "противление, что приводит к разбалансировке моста. По величине разбаланса определяют содержание горючих примесей в воздухе.

Аварийное вентилирование помещений является одним из наиболее распространенных традиционных способов предупреждения образования взрывоопасных сред. Основным показателем работы системы вентиляции является кратность воздухообмена. Вентиля­ции обеспечивает равномерное распределение горючих примесей и пространстве и вместе с тем предотвращает возможность обра­зования локальной взрывоопасной среды. Допустимый объем взрывоопасной среды определяется величиной развиваемого локаль­ным облаком, образующимся при выгорании избыточного давле­нии, которое не должно превышать 5 кПа. Этому условию соответствует объем локального облака со средней концентрацией на уровне нижнего концентрационного предела распространения пламени, равный примерно 5 % от объема помещения. Согласно расчетам ПДК горючих примесей с учетом запаса надежности (50 %) составляет 3,5% нижнего предела распространения пламени.