25.2. Пассивные способы защиты

К пассивным мерам взрывозащиты технологического оборудования относится один из самых распространенных способов — применение предохранительных устройств, т.е. предохранитель­ных мембран и клапанов и дыхательной арматуры. Установка пре­дохранительных конструкций, применяемых для взрывозащиты технологического оборудования и помещений, преследует своей полью ослабление разрушительного действия взрыва за счет своевременного сброса из объекта защиты избыточного давления. Все ми устройства срабатывают при повышении давления сверх уста­новленных пределов.

Предохранительные мембраны. Они представляют собой специально ослабленную часть защищаемого аппарата и срабатывают при заданном давлении. Предельная простота конструкции, вы­сокое быстродействие, малая инерционность, полная герметизация сбросного отверстия до срабатывания мембраны — эти существенные преимущества предохранительных мембран обусловливают их широкое применение. Предохранительные мембраны обычно изготавливают из тонколистового проката пластичных материалов — алюминия, нержавеющей стали, меди, латуни, полиэтиленовой и фторопластовой пленок и др.

По характеру разрушения различают разрывные, ломающиеся, срезные, хлопающие и специальные предохранительные мембраны (рис. 25.4).

Разрывная мембрана представляет собой тонкостенный сплошной либо с прорезями купол, форма которого близка к сферическому. Разрывные мембраны устанавливают вогнутой поверхностью в направлении давления, оказываемого средой. Срабатывание мембраны происходит при разрыве купола.

Рис. 25.4. Основные типы предохранительных мембран:

а — разрывная; б — хлопающая; в, г — ломающиеся; д — срезная; е — отрывная; ж — специальная

Хлопающие мембраны эффективно используются для защиты переодически вакуумируемых аппаратов. Выпуклой стороной такая мембрана обращена внутрь защищаемого аппарата. При повы­шении давления сферический купол теряет устойчивость, резко с хлопком выворачивается в обратную сторону, ударяется о крестообразный нож и разрезается им. Нашли применение и хлопа­ющие мембраны без разрезных ножей, которые припаивают или приклеивают к зажимному кольцу.

Ломающиеся мембраны используют для защиты аппаратов, ра­ботающих в условиях динамических и пульсирующих нагрузок. Известны срезные мембраны, которые при срабатывании срезаются по острой кромке прижимного кольца и полностью освобождают проходное сечение для выхода газа. Хрупкие мембраны разрушаются принудительно ударным механизмом. Отрывные мембраны чаще всего имеют вид колпачка с проточкой, образующей ослабленное сечение.

Химическое оборудование, и в особенности аппараты для проведения периодических технологических процессов, часто подвергаются вакуумированию, а некоторые технологические про­цессы протекают в условиях постоянного вакуума, поэтому раз­рывные предохранительные мембраны должны выдерживать многократное вакуумирование без разрушения и больших пластических деформаций.

Для защиты от потери устойчивости мембраны оснащены ва­куумными опорами, которые представляют собой перфорирован­ную куполообразную сферическую оболочку, точно повторяющую профиль мембраны.

При выборе мембраны необходимо учитывать давление в аппа­рате, конкретные условия работы оборудования и требования, предъявляемые к его взрывобезопасности. Мембрана должна сра­батывать при давлении, на 20 —30 % превышающем рабочее дав­ление.

Однако при всех достоинствах предохранительные мембраны имеют и ряд существенных недостатков: срабатывание мембраны всегда приводит к выбросу в атмосферу большого количества ток­сичных газов, что вызывает загрязнение окружающей среды и создает возможность возникновения вторичных взрывов; защита с помощью мембран аппаратов значительных объемов, содержа­щих быстрогорящие газовые смеси и имеющих большое пропуск­ное сечение сбросных отверстий, сопряжена с особыми техническими трудностями (при выбросе горящих газов через отвер­стия образуются мощные очаги пламени, которые могут стать при­чиной пожара); при использовании мембран следует принимать меры для исключения искрообразования и травмирования об­служивающего персонала осколками мембран при их срабатыва­нии.

Помимо мембран для обеспечения безопасной работы аппаратов применяют предохранительные клапаны пружинного, откидного и других типов.

Предохранительный клапан. Это устройство автоматическо действия предназначено для выпуска из емкостей и трубопроводов излишнего количества газа, пара или жидкости при превышении давления сверх установленных пределов.

Предохранительные клапаны устанавливают в местах, доступных для осмотра, монтажа и демонтажа. Между сосудом и предо» хранительным клапаном не разрешается устанавливать запорные приспособления для отключения клапана от сосуда. Отрицатель­но сказывается на работе клапанов обмерзание запорной тары N зимних условиях, забивка ее твердыми отложениями в кристал­лических и полимеризующихся средах, ослабление герметично­сти.

Аппарат, в котором может произойти взрыв или протекает быстрая неуправляемая реакция, следует защищать путем уста­новки совмещенного клапана, состоящего из мембраны и откид­ного клапана. В этом случае мембрана быстро срабатывает при взры­ве в аппарате с большим пропускным сечением, а откидной кла­пан защищает сосуд от возможного превышения давления.

С целью предотвращения распространения пламени по произ­водственным коммуникациям применяют сухие огнепреградители, жидкостные предохранительные затворы, затворы из твердых измельченных материалов, автоматически закрывающиеся задвиж­ки и заслонки, водяные завесы, а также быстродействующие пламеотсекатели.

Огнепреградитель сухого типа (НПБ 254-99). Это устройство противопожарной защиты устанавливают на пожароопасном технологическом аппарате или трубопроводе. Он свободно пропускает поток газопаровоздушной смеси или жидкости через пламегасящий элемент и способствует локализации пламени.

Огнепреградители классифицируют по типу пламегасящего элемента, месту установки и времени сохранения работоспособ­ности при воздействии пламени. По типу пламегасящего элемента огнепреградители подразделяются на сетчатые, кассетные, с пламегосящим элементом из гранулированного материала и с пламегосящим элементом из пористого материала. По месту установки они подразделяются на резервуарные или концевые (когда длина трубопровода, сообщающегося с атмосферой, не превышает трех его внутренних диаметров) и коммуникационные (встроенные). По времени сохранения работоспособности при воздействии пла­мени огнепреградители разделяют на два класса: I класс — время не менее 1 ч, II класс — время менее 1 ч.

Различающиеся по устройству огнепреградители имеют один и тот же принцип защитного действия, основанный на гашении н имени в узких каналах в результате потери теплоты, поступа­ющей из зоны реакции к стенкам каналов. Именно насадка огне­преградителя разбивает движущуюся горючую смесь на тонкие струйки, что резко увеличивает тепловыделение, и распростране­ние пламени прекращается.

Пламегасящая способность огнепреградителей зависит от гео­метрических размеров пламегасящего элемента (диаметра каналов и их высоты), которые определяются свойствами среды и классом огнестойкости огнепреградителя.

Основными элементами конструкции огнепреградителя явля­ются корпус, пламегасящий элемент и присоединительные шту­церы.

В качестве пламегасящего элемента в сухих огнепреградителях используют насадки из гранулированных тел (шарики, кольца, фавий) и волокон (асбестовое волокно, стеклянная вата), кассеты с прямыми узкими каналами, сетчатые элементы, а также эле­менты из пористых металлокерамических и металловолокнистых материалов.

В насадочных огнепреградителях насадка жестко фиксируется в корпусе сетками или более прочными решетками. Все элементы огнепреградителя должны обладать достаточной механической прочностью, чтобы выдерживать давление, возникающее при де­тонации, и иметь минимальное гидравлическое сопротивление при прохождении газа через огнепреграждающий элемент. Это дости­гается установкой предохранительных клапанов и выбором опти­мального соотношения между толщиной слоя насадки и площа­дью поперечного сечения огнепреградителя.

На рис. 25.5 представлены принципиальные схемы применяе­мых огнепреграждающих элементов.

Рис. 25.5. Схемы огнепрефадителей с различными типами насадок:

а — горизонтальные сетки; б — вертикальные сетки; в — гравий, шарики, коль­ца; г — пластины с прямыми каналами; д — спиральные свернутые ленты с наклонными гофрами; е — металлокерамические насадки; 1 — корпус; 2 — пла­мегасящий элемент; 3 — решетка; 4 — прокладки и крепежные устройства

С помощью сухих огнепреградителей защищают дыхательные линии резервуаров, мерников, промежуточных емкостей, напорных баков и аналогичных аппаратов с горючими жидкостями, температура которых близка или выше температуры вспышки, а так же паровоздушные линии рекуперационных установок, линии газовой обвязки резервуаров с легковоспламеняющими жидкостями и т. п.

Жидкостные предохранительные затворы. Это защитные устройства, гашение пламени в которых происходит в момент барботажа горящей газообразной смеси через слой жидкости. Конструкции гидрозатворов весьма разнообразны. Схемы некоторых типов жидкостных предохранительных затворов представлены на рис. 25.6.

Эффективность работы гидрозатвора обеспечивается опреде­ленной высотой слоя жидкости, через который проходит горящая смесь, а также степенью дробления газового потока на пузырьки или струйки. Прекращению горения способствует насыщение го­рящей смеси парами жидкости, через которую смесь барботируют, Это связано с уменьшением уровня жидкости, что необходимо учитывать для обеспечения надежной и эффективной работы гид­розатвора. Кроме того, гидрозатворы должны надежно задержи­вать распространение взрывной волны.

Гидрозатворы устанавливают на линиях производственной ка­нализации, трубопроводах аварийного слива жидкостей, перелив­ных линиях мерников и резервуаров, наполнительных и расход­ных линиях подземных резервуаров, газовых ацетиленовых лини­ях и т.д.

Аварийный слив. Аварийный слив с автоматизированной систе­мой пуска используют для экстренной эвакуации горючей жидко­сти из технологических аппаратов и емкостей. Слив может осуще­ствляться самотеком или под давлением инертной средой. Выдав­ливание инертной средой более эффективно, так как требует мень­шей затраты времени. В качестве инертной среды используют азот, водяной пар и диоксид углерода.

Принципиальная схема аварийного слива жидкости из аппара­та под напором инертной среды представлена на рис. 25.7.

Рис. 25.6. Гидравлический затвор в виде U-образного колена на линии:

1 — гидравлический затвор; 2 — пробка; 3 — аппарат

Риc. 25.7. Схема аварийного слива жидкости Из аппарата постоянного по высоте сечения при помощи инертной среды: 1 — опорожняемый аппарат; 2, 4— 7 — задвижки; 3 — манометр; 8 —

гидравлический затвор; 9 — аварийная емкость; 10 — приемная горловина; 11 — дыхательная линия; I — наполнительная линия; II — водяной пар или инертный газ; III — линия продувки аварийной емкости

Для аварийного слива предусмотрены специальные резервуа­ры подземного или полуподземного типа, расположенные на без­опасном нормируемом расстоянии вне здания. В качестве аварий­ных следует использовать резервуары закрытого типа, защищен­ные дыхательными трубами с установленными на них огнепреградителями. Днище резервуара должно иметь коническую форму для удаления скапливающегося в нем водяного конденсата. Чтобы исключить возможность взрыва при сливе высоконагретых жидко­стей в аварийный резервуар и образования взрывоопасных концен­траций паров с воздухом, перед сливом емкость продувают инерт­ным газом или водяным паром. Линию аварийного слива прокла­дывают с наклоном к дренажной емкости и защищают от распространения по ней пламени с помощью гидравлического затвора. Установка задвижек по длине аварийного слива не допускается. Монтируют лишь задвижку, отключающую аппарат. Рекомендуется предусматривать автоматическое включение аварийных задвижек и блокирование их устройством для аварийной остановки аппаратов.

Допустимая продолжительность аварийного режима слива, ис­ходя из условий безопасности, устанавливается в пределах 10 — 30 мин.

Иногда, например, при остановке аппаратов на профилактический осмотр или ремонт, в частности на складах огнеопасных жидкостей, предусматривают перекачку огнеопасных жидкостей в другие аппараты и емкости, находящиеся в менее опасной зоне, При этом жидкость можно перекачивать насосами, под давлени­ем инертных газов, а в некоторых случаях (в зависимости от температуры вспышки жидкости) сжатым воздухом.

Случается, что при возникновении пожара бывает необходим не только аварийный слив жидкостей, но и сброс из аппаратов паров и газов. При аварии газы сбрасывают в атмосферу по специ­альным аварийным стравливающим линиям или через предохра­нительные клапаны.

Линии для аварийного сброса газа могут быть самостоятельны­ми для каждого аппарата или объединенными в общий коллектор, Автономные стравливающие линии и линии от коллекторов вы­ходят за пределы производственного помещения и располагаются на 2 — 3 м выше конька крыши наиболее высокого из прилега­ющих зданий и сооружений. Высота свечи должна обеспечивать своевременное рассеивание стравливаемого газа в воздухе, не вы­зывая взрыва или отравления.

Аварийное стравливание может быть связано с необходимо­стью выпуска наружу большого количества горючих газов. В этом случае воздушное пространство на значительном расстоянии от стравливающей линии загрязняется газами, концентрация кото­рых в некоторых точках может находиться в пределах взрывоопас­ной или превышать предельно допустимую по санитарным нор­мам. Радиус опасной по загазованности зоны увеличивается с уменьшением высоты стравливающей линии над уровнем земли, особенно при сбросе газа в тихую погоду. При наличии большого числа емкостей и аппаратов, из которых возможен выброс газа через предохранительные клапаны и стравливающие линии уст­раивают специальные цеховые или общезаводские факельные ус­тановки для его сжигания. В факельной установке имеется защищенный от задувания ветром «маяк» (постоянно горящий язык пламени), специально подпитываемый от другого источника газа. Этот «маяк» обеспечивает воспламенение газа.

Чтобы избежать попадания в магистральную линию конденса­та или жидкости из аппаратов, устанавливают сепараторы. Для предупреждения возможности проскока пламени горящего газа внутрь трубы на всех газовых линиях индивидуального стравлива­ния и вблизи ствола факела в доступных для осмотра и ремонта местах размещают огнепреградители.

Сухие затворы. При транспортировке по трубопроводам измель­ченных твердых сгораемых материалов в случае появления огня возможно его распространение навстречу движению горючего ве­щества. Для ликвидации этого на трубопроводах устанавливают сухие затворы.

Сухой затвор, заполняющий все сечение трубы, исключает возможность образования воздушного пространства, а следовательно, и возможность распространения пламени.

Чаще всего для этих целей применяют шнековые питатели, на валу которых перед выходным патрубком снято несколько витков (рис. 25.8). С помощью такого устройства во внутреннем объеме шнека образуется пробка из транспортируемого материала.

Аналогичного типа преграды могут создавать и специальные устройства, выполненные в виде крыльчатки с заслонками, а также бункеры, заполненные твердым материалом.

Автоматически действующие задвижки и заслонки. Их устанав­ливают на воздуховодах, в местах прохода труб через глухие стены из одного помещения в другое, перед вентиляторами. Они пере­крывают сечение трубы и тем самым прекращают движение сме­си, а следовательно, и распространение пламени. Принципиальные схемы простейших

автоматически действующих заслонок задвижек представлены на рис. 25.9.

Проскок пламени предотвращается в том случае, если задвижка плотно перекрывает сечение трубы еще до приближения к ней фронта горения.

Рис. 25.9. Схемы простейших автоматически действующих заслонок и за­движек:

а — с грузом на поворачивающейся заслонке; б — с противовесом на поворачи­вающейся заслонке; в — с падающим шибером; 1 — трубопровод; 2 — заслонка (шибер); 3 — ось заслонки; 4 — груз; 5— привод заслонки (тросик с тугоплавким замком); 6 — противовес

Эффективность срабатывания задвижек и заслонок повышает автоматически действующий привод. Сигнал датчика, реагирующего либо на повышение температуры, либо на излучение, л на проявление дыма, передается на исполнительный механизм который приводит в действие задвижку или шибер. Автоматически действующие задвижки или заслонки оснащены вращающим или падающим шибером.

В заслонках с вращающимся шибером плотность закрывали достигается с помощью небольшого груза или специального противовеса, закрепленного на оси шибера. В задвижках с падающим шибером уплотнение обеспечивается опусканием шибера, перекрывающего сечение трубы.