7.4.2.4. Пожарная опасность при нагреве веществ
высокотемпературными органическими теплоносителями
Пожарная опасность при нагреве веществ высокотемпературными органическими теплоносителями характеризуется следующими факторами:
наличием большого количества горючих веществ;
возможностью разложения теплоносителей с образованием более опасных в пожарном отношении веществ;
возможностью утечки ВОТ из системы при образовании в ней неплотностей и повреждений;
возможностью взрыва в котлах с огневым или электрическим подогревом ВОТ;
возможностью попадания в систему примесей из теплоиспользующих аппаратов при повреждениях теплообменной поверхности.
Все применяемые в промышленности ВОТ являются горючими жидкостями с высокой температурой кипения и высокой температурой вспышки паров. В условиях эксплуатации ВОТ нагреваются значительно выше температуры вспышки, но ниже температуры самовоспламенения.
Горючая среда в установках для нагрева веществ высокотемпературными органическими теплоносителями может образоваться главным образом в период их пуска и остановки. При пуске установок в эксплуатацию горючая среда будет образовываться в тех случаях, если не обеспечено полное удаление из аппаратов и трубопроводов воздуха. При этом система будет выходить на заданный рабочий режим, концентрация горючих веществ будет увеличиваться и может стать горючей, если φраб. φн. Непосредственными причинами образования взрывоопасных концентраций в период остановки системы могут стать неполное удаление горючих веществ и негерметичное отключение трубопроводов, подводящих теплоноситель к системе.
Если в период пуска обеспечено полное удаление из аппаратов и трубопроводов воздуха, то при установившемся режиме работы весь внутренний объем системы полностью заполнен жидкостью или ее парами. Рабочее давление в системах обогрева ВОТ всегда выше атмосферного, поэтому горючие концентрации образоваться не могут. Исключение составляют емкости для подпитки систем теплоносителем, расширительные бачки и конденсаторы для улавливания паров, внутренний объем которых сообщается с атмосферой. Поскольку рабочая температура теплоносителей практически всегда находится между нижним и верхним температурными пределами распространения пламени, то в этих аппаратах постоянно создаются условия для образования горючей среды.
Значительная пожарная опасность может возникнуть при образовании в системе неплотностей и повреждений. Наличие большого количества теплоносителя может привести при повреждениях к разливу его на большой площади, образованию местных взрывоопасных концентраций, а при воспламенении – к взрыву и пожару. Причинами возникновения неплотностей и повреждений чаще всего являются образование повышенных давлений, температурные воздействия, износ сальниковых уплотнений центробежных насосов, эрозия материала трубопроводов, а также вибрации.
Повышенное давление в системах обогрева ВОТ может образоваться главным образом в результате перегрева теплоносителя. Поскольку жидкие ВОТ являются практически несжимаемыми, то в результате перегрева будет происходить их объемное расширение, и давление в системе может превысить допустимые значения. Опасность повышения давления может значительно увеличиться при попадании в теплоноситель воды либо другой низкокипящей жидкости во время пуска установки или в периоды подпитки системы. Любая низкокипящая жидкость при контакте с теплообменной поверхностью (в установках для нагрева теплоносителя) будет мгновенно расширяться, и создавать опасные давления, приводящие к повреждениям.
Перегрев ВОТ вызывает образование большого количества газообразных и твердых продуктов термического разложения. Наличие твердых продуктов разложения приводит к образованию в линиях отложений, пробок, что также опасно возможностью повышения в системе давления. Кроме того, наличие на внутренних поверхностях отложений может привести к прогару в трубах змеевика (при нагреве теплоносителя пламенем и топочными газами) и выходу теплоносителя в топочное пространство.
Термическая стойкость теплоносителя является одним из самых важных показателей, влияющих на безопасность его эксплуатации. Более опасен тот теплоноситель, который обладает малой термической стойкостью, так как в результате разложения образуется большое количество газообразных и твердых продуктов, что приводит к изменению физико-химических и пожароопасных свойств теплоносителя.
Среди всех ВОТ наибольшей термической стойкостью обладает дифенильная смесь, которая до температуры 400 0С не разлагается. При более высоких температурах наблюдается заметное разложение смеси, скорость которого возрастает с увеличением температуры перегрева. При температуре 450 0С смесь темнеет, в продуктах разложения находится большое количество газов, паров бензола, фенола, образуются асфальтовые продукты и кокс. Газы и перегретые пары повышают давление в системе и ухудшают условия теплообмена. Опасный перегрев дифенильной смеси наблюдается при уменьшении скорости движения и увеличении пограничного слоя жидкости в трубах.
Значительно меньшей термической стойкостью обладают масла АМТ300 и мобильтерм-600. Это обусловлено тем, что эти вещества представляют собой сложную взаиморастворимую смесь большого количества углеводородов с различным молекулярным весом. Такие смеси не имеют постоянной точки кипения, так как состав жидкой фазы при испарении все время меняется в сторону обогащения тяжелыми углеводородами.
Практика эксплуатации установок с АМТ300 и мобильтерм600 показала, что длительный нагрев теплоносителей до температуры выше 180 0С приводит к их термическому разложению, при котором выделяется значительное количество газов (метан, этан, пропан, этилен, пропилен, водород и др.), паров (бензол, толуол, фенол и др.), а также смолистых продуктов и кокса. Следствием этого является существенное снижение температуры вспышки и температуры самовоспламенения. При длительной эксплуатации без удаления продуктов разложения температура вспышки масла АМТ300 и мобильтерма600 может снизиться до 40 0С, а температура самовоспламенения до 230 0С. Таким образом, вещества из разряда ГЖ переходят в разряд ЛВЖ, а их Тсв становится ниже рабочей температуры системы. В случае возникновения в установках повреждений вещества будут выходить наружу, смешиваться с воздухом и самовоспламеняться.
Следует иметь в виду, что при повреждении систем, работающих на масле АМТ300 и мобильтерме-600, существует возможность образования “масляного тумана” (мелкодисперсного масляного аэрозоля) при смешивании паров этих жидкостей с воздухом. Аэрозоль образуется за счет распыления масла находящимися в нем газообразными продуктами термического разложения в момент резкого снижения давления при выходе вещества наружу. Нижний концентрационный предел распространения пламени для масляного тумана составляет 40 г/м3. Для сравнения отметим, что паровоздушная смесь масла АМТ300 имеет концентрационные пределы распространения пламени 140 г/м3.
Повышенное давление в системах обогрева ВОТ может возникать в результате образования кристаллогидратных отложений и пробок. Это характерно для тех систем, в которых обращаются теплоносители с достаточно высокой температурой кристаллизации. Так, дифенильная смесь кристаллизуется уже при температуре +12 0С. Это значит, что при остановке системы жидкость, находящаяся в наружных трубопроводах, а также в трубопроводах, проходящих через неотапливаемые помещения, при низкой температуре окружающей среды застынет. При последующем пуске установки это приведет к отсутствию циркуляции ВОТ, перегреву жидкости в котле, ее разложению и повышению давления.
Большинство теплоносителей не обладают коррозионными свойствами, поэтому опасность повреждения трубопроводов по этой причине невелика. Однако не исключена возможность возникновения в системе повреждений вследствие эрозии. Особенно подвержены эрозионному износу места изгибов труб, швы, разъемные соединения.
Следует отметить, что дифенильная смесь по сравнению с другими органическими теплоносителями обладает большой диффузионной способностью, поэтому легко может приникать наружу через малейшие неплотности в прокладочных и уплотняющих сальники материалах.
Выход теплоносителя из системы возможен также при образовании неплотностей во фланцевых соединениях и повреждении швов вследствие вибрации. Причинами вибрации может стать систематическое изменение внутреннего давления в системе, а также воздействие приводов различных машин и агрегатов.
Источниками зажигания горючих смесей при эксплуатации установок обогрева ВОТ могут явиться:
пламя или высоконагретые конструктивные элементы аппаратов с огневым или электрическим обогревом;
искровые разряды статического электричества;
теплота перегрева подшипников и сальников насосов;
теплота самовозгорания отложений;
тепловые проявления (искры, дуги, перегрев и т.п.), возникающие при аварийных режимах работы силового и осветительного электрооборудования, а также при несоответствии эксплуатируемого электрооборудования требованиям Правил устройства электроустановок;
искры и открытое пламя при проведении огневых работ;
искры механического происхождения при ремонте или производстве очистных работ.
|
