какие условия необходимо выполнить для воспламенения паровоздушной смеси углеводородов

Для получения допуска к работе и успешного ее выполнения следует изучить основные теоретические положения, изложенные в данном методическом руководстве.

При подготовке к работе рекомендуется изучить схему лабораторного стенда, назначение измерительных приборов, переключающих и регулирующих устройств.

Подготовить форму отчета с таблицами для занесения результатов эксперимента.

Необходимо ответить на вопросы для самопроверки, чтобы убедиться в готовности к выполнению лабораторной работы.

1. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

3.1. Пределы взрываемости газо- и паровоздушных смесей

Смеси горючих газов и паров с воздухом могут гореть в форме взрыва (скорость распространения пламени или сгорания вещества несколько сотен метров в секунду) только в определенном пределе концентраций. Отличают нижний и верхний концентрационные пределы взрываемости.

Верхний предел – это наибольшее количество горючего в смеси с воздухом, при котором еще возможно горение в форме взрыва.

Наиболее взрывоопасными являются газы и пары, у которых наибольший интервал между нижним и верхним пределами и более низок предел взрываемости (см. табл. П.1.1).

3.2. Воспламенение газо- и паровоздушных смесей

Экспериментально установлено, что для зажигания горючей смеси газов или паров с воздухом достаточно нагреть до температуры воспламенения некоторый объем не менее критического для данной смеси.

Чтобы воспламенить горючую смесь к ней необходимо подвести тепловую энергию, достаточную для нагревания ее критического объема до температуры воспламенения.

Минимальная энергия зажигания газо- и паровоздушных смесей для большинства горючих газов находится в пределах от 0,01 до 1,5 мДж (см.табл.П.1.2).

Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).

Источник

Пожарная безопасность перегонки нефти

Технологическая схема установки первичной перегонки нефти. Анализ образования горючей среды внутри и снаружи технологического оборудования при нормальных условиях работы и в результате повреждений. Источники зажигания и пути распространения пожара.

1. Краткое описание технологического процесса

пожар нефть повреждение перегонка

Установка AT (атмосферная трубчатка) предназначена для перегонки нефти до мазута. Сырье, поступающее на установку, т.е. сырая нефть, представляет сложный раствор взаиморастворимых углеводородов различного молекулярного веса (жидких, твердых и газообразных) с примесями различных солей и воды. От избыточного содержания солей и воды нефть очищается перед началом процесса перегонки.

Аппаратная технологическая схема установки первичной перегонки нефти (AT) представлена в графической части.

Сырая нефть, очищенная от солей и воды, хранится на сырьевом складе в резервуарах 1. Из сырьевых резервуаров нефть забирается насосом и подается на установку для ее перегонки. Поступая на установку, нефть, прежде всего, подогревается до температуры 100-120°С в теплообменниках-подогревателях 2. Подогрев нефти ведется за счет использования теплоты конечного продукта перегонки мазута, который при выходе из низа ректификационной колонны имеет температуру до 350°С.

Фракция тракторного керосина отводится из колонны 8 в холодильник 16 и в охлажденном виде насосом 15 по линии 17 подается в товарный парк. Фракция дизельного топлива отводится из колонны 8 в холодильник 19 и охлажденная, по линии 20 подается в резервуар товарного парка.

Все аппараты, кроме насосов, расположены на открытых площадках. Насосы размещены в насосной станции. План установки показан графической части.

2. Анализ пожаро-взрывоопасных свойств веществ, обращающихся в производстве

Вещества, обращающиеся в производственном процессе

Источник

Какие условия необходимо выполнить для воспламенения паровоздушной смеси углеводородов

Горение газо- и паровоздушных смесей

Областью воспламенения газов (паров) в воздухе называется область концентрации данного газа в воздухе при атмосферном давлении, внутри которой смеси газа с воздухом способны воспламеняться от внешнего источника зажигания с последующим распространением пламени по смеси.

Граничные концентрации области воспламенения называют соответственно нижним и верхним пределами воспламенения газов (паров) в воздухе. Величины пределов воспламенения используют при расчете допустимых концентраций газов внутри взрывоопасных технологических аппаратов, систем вентиляции, а также при определении предельно допустимой взрывоопасной концентрации паров и газов при работах с применением чогня и искрящего инструмента.

Величину концентрации газа или пара в воздухе внутри технологического аппарата, не превышающую 50% величины нижнего предела воспламенения, можно принимать как взрывобезопас-ную концентрацию. Обеспечение взрывобезопасности среды внутри аппаратуры при нормальном технологическом режиме не ^ает основания считать данное оборудование невзрывоопасным.

За величину предельно допустимой взрывобезопасиой концентрации (ПДВК) паров и газов при работе с применением огня и искрящего инструмента следует принимать концентрацию, которая не превышает 5% величины нижнего предела воспламенения данного пара или газа в воздухе при отсутствии в рассматриваемом аппарате конденсированной фазы.

Температурными пределами воспламенения паров в воздухе называются такие температурные вещества, при которых насыщенные пары образуют концентрации, равные соответственно] нижнему или верхнему концентрационным пределам воспламенения.

Температурные пределы воспламенения учитывают при расчете безопасных температурных режимов в закрытых технологических объемах с жидкостями (топливные грузовые танки и т. п.)„ работающими при атмосферном давлении.

Безопасной, в отношении возможности образования взрыво* опасных паровоздушных смесей, следует считать температуру адн дивидуального вещества на 10° ниже нижнего или на 15° выше верхнего температурных пределов воспламенения.

Пыль горючих и некоторых негорючих веществ (например, алюминия, цинка) может в смеси с воздухом образовать горючие (пожаро- и взрывоопасные) концентрации. Пыль, выпадающую из воздуха и осаждающуюся на поверхностях судовых конструкций, называют аэрогелем.

Наибольшую опасность по взрыву представляет взвешенная в воздухе пыль. Однако и осевшая на судовых конструкциях пыль представляет опасность с точки зрения не только возникновения пожара, но и вторичного взрыва, вызываемого в результате взвихривания пыли при первичном взрыве.

При нагревании пыли происходят окислительные процессы, которые при определенной скорости реакции могут перейти в самовоспламенение, заканчивающееся тлением или пламенным горением. Пыль одного и того же вещества в зависимости от состояния имеет две температуры самовоспламенения: для аэрозоля и для аэрогеля.

Вполне очевидно, что осевшая пыль опасна с точки зрения ее воспламенения, поскольку у нее значительно ниже температура самовоспламенения. Этим объясняется то обстоятельство, что искры механического происхождения воспламеняют осевшую, а не взвешенную пыль. Однако возникшее горение осевшей пыли в дальнейшем может воспламенить аэрозоль (аэровзвесь).

Нижним пределом воспламенения аэровзвеси твердых веществ называется наименьшая концентрация вещества в воздухе, при которой смесь способна воспламеняться с последующим распространением пламени на весь объем смеси. Аэровзвесь данного твердого вещества считается взрывоопасной, если нижний предел воспламенения ее не превышает 65 г/м3. Особо взрывоопасными считаются аэровзвеси, нижний предел воспламенения которых не выше 15 г/м3.

Взрывоопасной концентрацией можно считать концентрацию аэрозоля внутри помещения, не превышающую 50% величины нижнего предела воспламенения (при отсутствии в аппарате осевшей пыли). Обеспечение взрывобезопасности внутри помещения при нормальном технологическом режиме не дает основания считать данное оборудование невзрывоопасным.

Максимальное давление взрыва — это наибольшее давление, которое возникает при взрыве. Его учитывают при расчете взрЫг воустойчивости аппаратуры с горючим газом, жидкостями и порошкообразными веществами; при расчете предохранительных клапанов и взрывных мембран, оболочек взрывонепроницаемого электрооборудования.

Фланцевые зазоры, исключающие передачу взрыва из оболочки в окружающую взрывоопасную среду, называются безопасными, однако принимаются допустимые зазоры меньше безопасных на коэффициент надежности 2—2,5. Величина безопасного зазора для различных взрывчатых смесей неодинакова. Она зависит от ширины фланцев и физико-химических свойств взрывоопасной смеси.

Источник

Условия воспламенения и сгорания газового топлива

Горение газообразного топлива представляет собой сочетание следующих физических и химических процессов: смешение горючего газа с воздухом, подогрев смеси, термическое разложение горючих компонентов, воспламенение и химическое соединение горючих элементов с кислородом воздуха.

Устойчивое горение газовоздушной смеси возможно при непрерывном подводе к фронту горения необходимых количеств горючего газа и воздуха, их тщательном перемешивании и нагреве до температуры воспламенения или самовоспламенения (табл. 5).

Воспламенение газовоздушной смеси может быть осуществлено:

Для начала реакции горения газообразного топлива следует затратить определенное количество энергии, необходимой для разрыва молекулярных связей и создания новых.

Химическая формула сгорания газового топлива с указанием всего механизма реакции, связанного с возникновением и исчезновением большого количества свободных атомов, радикалов и других активных частиц, сложна. Поэтому для упрощения пользуются уравнениями, выражающими начальное и конечное состояния реакций горения газа.

Если углеводородные газы обозначить С_mН_n, то уравнение химической реакции горения этих газов в кислороде примет вид

В соответствии с формулой выводятся уравнения горения газов:

В практических условиях сжигания газа кислород берется не в чистом виде, а входит в состав воздуха. Так как воздух состоит по объему на 79 % из азота и на 21 % из кислорода, то на каждый объем кислорода требуется 100: 21 = 4,76 объема воздуха или 79: 21 = = 3,76 объема азота. Тогда реакцию горения метана в воздухе можно записать следующим образом:

Из уравнения видно, что для сжигания 1 м 3 метана требуется 1 м 3 кислорода и 7,52 м 3 азота или 2 + 7,52 = 9,52 м 3 воздуха.

В результате сгорания 1 м 3 метана получается 1 м 3 диоксида углерода, 2 м 3 водяных паров и 7,52 м 3 азота. В таблице ниже приведены эти данные для наиболее распространенных горючих газов.

Для процесса горения газовоздушной смеси необходимо, чтобы количество газа и воздуха в газовоздушной смеси было в определенных пределах. Эти пределы называются пределами воспламеняемости или пределами взрываемости. Различают нижний и верхний пределы воспламеняемости. Минимальное содержание газа в газовоздушной смеси, выраженное в объемных процентах, при котором происходит воспламенение, называется нижним пределом воспламеняемости. Максимальное содержание газа в газовоздушной смеси, выше которого смесь не воспламеняется без подвода дополнительной теплоты, называется верхним пределом воспламеняемости.

Источник

Какие условия необходимо выполнить для воспламенения паровоздушной смеси углеводородов

В настоящее время существует проблема обеспечения надежности эксплуатации и безаварийности работы систем хранения и распределения углеводородных топлив различного назначения. Одной из основных причин возникновения взрывов и пожаров в резервуарах и автоцистернах для перевозки является аккумуляция зарядов статического электричества, образующихся в трубопроводе и резервуарах в процессе транспортировки 2. Вносимые вместе с топливом в резервуар электростатические заряды создают электрическое поле и, соответственно, условия для возникновения искрового пробоя газового пространства над поверхностью продукта.

Сложившиеся на сегодняшний день представления о причинах взрывов и пожарах при операциях налива топлива в цистерны требуют существенных дополнений и уточнений, в том числе количественных оценок основных физических процессов, протекающих при этих операциях, особенно процессов накопления статического электричества.

Например, с помощью метода спектрального анализа в инфракрасной области спектра можно надежно идентифицировать отличие разных видов дизельного топлива, устанавливать факт добавки к дизельному топливу различных компонентов и устанавливать процентный состав полученной смеси. По наличию спектральных линий отдельных компонентов можно судить о присутствии в дизельном топливе фракций бензина, что может способствовать образованию взрывоопасной концентрации паровоздушной смеси или примесей, способствующих электризации топлива.

Степень электризации жидких диэлектрических материалов определяется величинами диэлектрической проницаемости и поверхностным омическим сопротивлением, при этом диэлектрическая проницаемость определяет расположение материала к тому или другому знаку потенциала, а поверхностное сопротивление характеризует скорость стекания заряда с диэлектрика через воздух или заземление [3–9].

Таким образом, при соприкосновении нефтепродуктов стенка наливной (сливной) трубы оказывается заряженной электрическим зарядом одного знака, а продукт, непосредственно прилегающий к трубе, равным зарядом противоположного знака.

В качестве исходных данных для расчета предельно допустимого значения плотности заряда используются следующие величины:

Wmin – минимальная энергия зажигания среды над поверхностью жидкости, Дж;

ε – диэлектрическая проницаемость жидкости;

σ – поверхностное натяжение жидкости, кг/см2;

τ = ε0εRν – время релаксации заряда в жидкости, с;

ε0 – электрическая постоянная, равная 8,854∙10–12 Ф/м;

Rν – удельное объемное электрическое сопротивление жидкости, Ом∙м.

При расчете должно использоваться значение Wmin для паров данной жидкости при температуре, реализуемой в резервуаре, в который поступает жидкость из трубопровода.

Если отсутствуют необходимые данные о минимальной энергии зажигания, то их необходимо определить экспериментально.

Предельно допустимое значение плотности заряда в Кл/м3 рассчитывается по формулам:

(1)

(2)

Указанные соотношения позволяют провести оценку плотности заряда, причём с учётом того, что всё необходимое оборудование надёжно заземлено. Следует однако отметить, что при низких температурах следует ожидать заметного увеличения времени релаксации заряда из-за повышения удельного сопротивления жидкости.

Возможность интенсивной электризации жидкостей при транспортировании их по трубопроводам определяется главным образом скоростью и удельным объемным электрическим сопротивлением [4].

В связи с тем, что удельное объемное электрическое сопротивление жидкости сильно зависит от содержания и состава растворенных в них примесей (т.е. от технологии их получения, способа и степени очистки), при оценке возможности электризации их в каком-либо производстве желательно ориентироваться на значение этого параметра, полученное при измерениях, проведенных с пробами, отобранными из аппаратов и магистралей этого производства. При использовании данных, заимствованных из литературных источников, следует пользоваться наибольшим из приводимых значений.

Жидкости с удельным объемным электрическим сопротивлением менее 105 Ом∙м практически не электризуются, и их транспортировка со скоростями до 10 м/с заведомо безопасна.

Электризация, способная привести к возникновению искровых разрядов, для жидкостей с удельным объемным электрическим сопротивлением до 109 Ом∙м исключена при транспортировке их по трубопроводам со скоростями до 5 м/с.

Для жидкостей, имеющих удельное объемное электрическое сопротивление более 109 Ом∙м, максимальные безопасные скорости транспортировки по трубопроводам и допустимые скорости истечения в аппараты и резервуары различных форм и размеров из различных загрузочных патрубков должны рассчитываться в каждом отдельном случае и могут быть определены по приведённой ниже методике. При этом ограничение скорости транспортировки максимальным безопасным значением исключает возникновение опасных разрядов в любом заполняемом аппарате (резервуаре) при любом способе подачи жидкости, исключающем разбрызгивание. Ограничение значения скорости потока в трубопроводе допустимой скоростью истечения исключает опасные разряды только при данном способе подачи жидкости в аппарат (резервуар) данных форм и размеров.

Максимальная безопасная скорость транспортировки жидкости по трубопроводу определяется исходя из необходимости ограничить предельно допустимым значением плотность заряда в потоке, движущемся по данному трубопроводу.

В качестве исходных данных для расчета максимальной безопасной скорости транспортировки жидкостей по трубопроводу используются следующие величины:

r0 – радиус трубопровода, м;

n – кинематическая вязкость жидкости, м2/с;

ε – диэлектрическая проницаемость жидкости;

T – температура жидкости в трубопроводе, К;

a – коэффициент, учитывающий влияние мелкодисперсных примесей;

qn.g – предельно допустимое значение плотности заряда в жидкости, Кл/м3.

Радиус трубы r0 определяется как половина условного прохода. Кинематическая вязкость жидкости и диэлектрическая проницаемость ε могут заимствоваться из справочной литературы или непосредственно измеряться при температуре, равной температуре жидкости в трубе.

Значение коэффициента a – содержание механических примесей, заведомо невелико, принимают a = 1,1 для жидких углеводородов и для светлых нефтепродуктов.

Максимальная безопасная скорость транспортировки жидкости по трубопроводу (м/с) может быть рассчитана аналитически по формуле:

(3)

Допустимая скорость истечения жидкости в резервуар определяется исходя из необходимости ограничить предельно допустимым значением максимально возможную плотность заряда в приповерхностном слое жидкости, находящейся в заполняемой ёмкости, при данном способе загрузки.

Предельно допустимое значение плотности заряда определяется как плотность заряда в объеме жидкости, при которой вероятность возникновения разряда с энергией, равной 0,25 минимальной энергии зажигания смеси паров этой жидкости с воздухом, не превосходит 10–3.

Если над поверхностью жидкости в заполняемом резервуаре возможно присутствие других горючих паров и газов, в качестве предельно допустимого принимается такое значение плотности заряда, при котором вероятность возникновения разряда с энергией, равной 0,25 наименьшей из минимальных энергий зажигания смесей этих паров и газов с воздухом, не превышает 10–3.

В качестве дополнительных исходных данных для расчета допустимой скорости истечения жидкости из трубопровода в резервуар (загрузочный патрубок вертикальный, расстояние от его конца до дна не более 200 мм) используются следующие величины: диаметр цилиндрического аппарата (резервуара), м; расстояние от стенки аппарата (резервуара) до загрузочного патрубка (в долях к диаметру).

Кинематическая вязкость жидкости, диэлектрическая проницаемость жидкости и предельно допустимое значение плотности заряда в жидкости определяются, как указано ранее.

Удельное объемное электрическое сопротивление жидкости должно определяться путем непосредственных измерений согласно ГОСТ 6581-75 с пробами, отобранными из данного аппарата (резервуара). В случае невозможности осуществления таких измерений для расчета может быть использовано наибольшее из приводимых в справочниках значений.

Расчет допустимой скорости истечения жидкости из трубопроводов, имеющих условный проход от 40 до 200 мм, в емкость со сферическим, эллиптическим или коническим днищем (при условии, что загрузочный патрубок вертикален, расстояние от его конца до дна не превосходит 200 мм) осуществляется графоаналитическим методом с помощью аппроксимации имеющихся в литературе номограмм.

По вышеприведённой методике в формате Excel создан расчётный модуль, в котором можно определить предельную плотность заряда, безопасную скорость движения жидкости по трубе системы налива и допустимую скорость заполнения автоцистерны.

Для обеспечения пожарной безопасности процесса налива в бензовоз дизтоплив решающее значение имеет предотвращение образования горючей паровоздушной концентрации. Необходимым условием воспламенения горючей смеси является образование горючей концентрации. При неподвижном уровне жидкости концентрация в паровоздушном объёме CS. Эта концентрация определяется давлением насыщенного пара PS и общим (атмосферным барометрическим) давлением PO в свободном объёме резервуара:

Таким образом, опасность образования горючей концентрации при хранении нефти в резервуарах может быть оценена выражением:

где CS – рабочая (фактическая) концентрация паров жидкости в резервуаре; CНПВ и CВПВ – соответственно нижний и верхний концентрационные пределы воспламенения (распространения пламени).

Концентрационные пределы воспламенения для жидкостей приведены в справочниках. Они могут быть также определены экспериментально или расчетным путем. Концентрация паров жидкости в резервуаре зависит от Tвсп, т.е. от её компонентного состава, и от T – температуры жидкости. Условие опасности (4) может быть применимо для оценки возможности образования горючей концентрации в резервуарах с неподвижным уровнем жидкости, когда в них образуется насыщенная концентрация паров. Это условие остается справедливым при наполнении, если подъем уровня жидкости в резервуарах с дыхательными устройствами происходит достаточно медленно и не изменяет насыщенную концентрацию паровоздушной смеси непосредственно над зеркалом жидкости. При опорожнении таких резервуаров состояние насыщения газового пространства парами жидкости нарушается за счет поступления через дыхательную арматуру дополнительного количества воздуха. Концентрация при этом уменьшается, и в процессе или призавершении откачки она может быть взрывоопасной.

Таким образом, необходима достоверная модель распределения паров топлива во времени и пространстве в течение всего времени длительности операции слива‒налива. Однако процесс можно рассмотреть поэтапно: испарение и накопление паров топлива в цистерне, диффузия паров из открытой наливной горловины и вытеснение паровоздушной смеси при заполнении цистерны.

В закрытом резервуаре при состоянии термодинамического равновесия концентрация паров характеризуется давлением насыщенных паров.

Можно приближённо определить время установления равновесной концентрации на расстоянии r:

Приведённая оценка показывает, что время выравнивания концентраций на расстоянии 2 м равно примерно 4 мин. Это также означает, что при открытом наливном отверстии всегда найдутся области пространства цистерны в её верхней части, где концентрация паров будет взрывоопасной, несмотря на то, что концентрация в состоянии насыщения значительно превышает взрывоопасную.

Кроме того, выполненная оценка является существенно заниженной, так как при низких температурах скорость диффузионных процессов, определяющих процесс выравнивания концентраций, заметно снижается.

Рецензенты:

Требунских В.П., д.т.н., профессор, зав. кафедрой «Защита в чрезвычайных ситуациях» Самарского государственного технического университета, г. Самара;

Кривченко А.Л., д.т.н., профессор кафедры «Защита в чрезвычайных ситуациях» Самарского государственного технического университета, г. Самара.

Источник