ТЕМА 16. ПОЖЕЖНА БЕЗПЕКА ХІМІЧНИХ ВИРОБНИЦТВ

ТЕМА 16. ПОЖЕЖНА БЕЗПЕКА ХІМІЧНИХ ВИРОБНИЦТВ ЛЕKЦІЯ 2 Пожежна небезпека виробництва полімерних матеріалів

ЛИТЕРАТУРА 1. М. В. Алексе е в, А. Г. Исправникова. Пожарная профилактика при производстве пластических масс и химических волокон. М. – 1986. - с. 6 -20. 2. Клубань В. С. Пожарная безопасность предприятий промышленности и агропромышленного комплекса. - М. - Стройиздат. - 1987. - с. 238 -249. 3. Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств. 1988 4. Ведомственные указания по противопожарному проектированию предприятий, зданий и сооружений нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. ВУПП-88 (сб. н. д. № 31). 5. НАПБ В. 013 -79/131. Правила пожарной безопасности при эксплуатации предприятий химической промышленности. 1979. Сб. н. д. № 22. 6. НАПБ А. 01. 001 -2004. Правила пожежної безпеки в Україні.

ПЛАН ЛЕКЦІЇ 1. Загальна характеристика пластичних мас 2. Виробництво поліетилену методом високого тиску

1. Загальна характеристика пластичних мас Пластичні маси (пластмаси) - конструкційні матеріали на основі природних або синтетичних високомолекулярних сполук (полімерів), що здатні під впливом нагрівання і тиску формуватися (набувати заданої форми) і зберігати її після охолодження та припинення дії сили. Властивості пластмас - легкі, міцні, корозіє-стійкі, мають малу теплопровідність (у 70 -200 разів меншу, ніж сталь), морозостійкі та теплостійкі, наприклад, фторопласти можуть витримувати нагрівання за температур від -2600 С до + 2600 С, мають гарні оптичні властивості. Недолік - мають малу теплопровідність, незначну твердість, а також швидко „старіють”.

Класифікація пластмас Ø За складом - прості (однокомпонентні) та складні (багатокомпонентні); Ø За способом одержання – полімерізаційні (поліетилен /ПЕ/, поліпропілен /ПП/, полівінілхлорид /ПВХ/ тощо), та поліконденсаційні (фенолформальдегідні, карбамідо– і меламіноформальдегідні полімери, поліефіри, поліаміди, епоксидні смоли тощо); Ø У залежності від поводження при нагріванні - термопласти і реактопласти. Ø Застосування - як конструкційні, тепло– і звукоізоля- ційні, хімічно стійкі матеріали, замінники кольорових металів, скла, шкіри. Ø Способи переробки пластмас - формовання, екструзія, лиття під тиском, пресування.

Поліетилен (ПЕ) n Властивості - тверда, біла речовина. Має високу механічну міцність, стійкість при низьких температурах (зберігає гнучкість при – 60 С), відмінні електроізоляційні властивості і хімічну стійкість, вологостійкість, легкість переробки в різні вироби. n ПЕ стійкий до дії соляної кислоти, сірчаної, азотної, розчинів лугів та органічних розчинників, стійкий до температур +600 С до - 600 С. При 3000 С плавиться і перетворюється на газ.

Виробництво ПЕ Сировина - етилен (С 2 Н 4). Промислові способи одержання ПЕ: n 1. при високому тиску (ПЕ низької густини), (Р=200 МПа, t=2000 C, ініціатор); n 2. при середньому тиску (P = 3, 5 – 4, 0 МПа, t= 130 – 170 C, розчинник); n 3. при низькому тиску (ПЕ високої густини), (P = 0, 2 – 0, 5 МПа, t= 50 – 80 C, каталізатор);

2. Виробництво ПЕ методом високого тиску ► Сировина - чистий етилен з концентрацією не менш 99, 90 – 99, 99%; ► Параметри процесу - тиск 150– 250 МПа, температура 180– 270 С. Ініціатор - кисень і органічні пероксиды; ► Основний апарат – реактор трубчастий змієвиковий або апарат - автоклав з мішалкою; ► Продукція - ПЕ низької густини (0, 92 – 0, 93 г/см 3)

Основні стадії виробництва 1) змішування етилену з невеликою кількістю повітря (0, 002 -0, 006 %, тиск 0, 8 -1, 2 МПа) ; 2) двокаскадне стиснення вихідної суміші в компресорах до 150– 250 МПа, температура до 700 С (на першій ступені – до 25 -30 МПА); 3) полімеризація етилену в трубчастих реакторах – в реакторі є три зони: 1 - зона нагрівання етилену з 70 до 180 С, 2 - зона додаткового нагрівання і полімеризації етилену (температура підвищується до 240 – 270 С); 3 – зона охолодження. Тепло відводять перегрітою до 220– 2250 С водою;

4) виділення полімеру - ступінь конверсії етилену за цикл досягає 12– 20%. На виході з реактора суміш ПЕ та етилену з побічними продуктами надходить до сепаратора високого тиску (25 МПа). При температурі не нижче 220 С відбувається поділ етилену і поліетилену. ПЕ (95%) збирається в нижній частині апарата, а інші продукти надходять у сепаратор низького тиску (0, 15–– 0, 60 МПа). 5) гранулювання та розвантаження ПЕ. ПЕ у виді розплаву надходить на грануляцію в екструдер, де його продавлюють через фільєри, ріжуть обертовим ножем на гранули розміром 2, 0– 3, 5 мм. Для запобігання злипанню гранул, вони охолоджуються водою.

ПОЖЕЖНА БЕЗПЕКА ВИРОБНИЦТВА ПОЛІЕТИЛЕНУ МЕТОДОМ ВИСОКОГО ТИСКУ Особливості процесу, що впливають на його пожежовибухонебезпеку n Високий тиск (150– 250 МПа) і температура (180– 270 С); n Наявність ініціатора - кисень і органічні пероксиди; n Наявність домішок в етилені (ацетилен, бутадієн– 1, 3, сірководень і діоксид вуглецю), що мають більш низьку температуру розкладання; n Виділення великої кількості тепла при стисненні етилену; n Процес полімеризації – екзотермічний; n Необхідність розділення в кінці реакції полімеризації ПЕ та етилену, що не вступив до реакції.

2. 1. Пожежна безпека процесу стиснення етилену компресорами n ПН обумовлюється наявністю великої кількості горючих матеріалів – етилену, масел, гліцерину. Етилен – горючий, токсичний газ, н =3%, в =34%, Тссп=543 С, стійкий до 350– 400 С, вище відбувається розкладання по реакції (1), а при більш високих температурах розкладається до сажі та водню:

Умови утворення ГС n При нормальній роботі і дотриманні технологічного режиму процесу стиснення етилену ГС не утворюється. n Утворення ВНК ГГ в робочій лінії і циліндрах компресора можливо в момент пуску компресорів після ремонту та при аваріях і пошкодженнях.

Причини аварій і ушкоджень в цеху компресії газу : перегрів газу при стисканні, що приводить до: n підвищення тиску; n вибуховому розкладанню етилену в циліндрах компресорів; n заклинюванню поршнів у циліндрах; наявність в етилені домішок (ацетилену), що приводить до: - нагромадження зрідженого ацетилену в циліндрах компресорів; - при підвищенні температури і тиску – до вибухового розкладання ацетилену;

порушення нормального дозування кисню в етилен, що приводить до: - утворення ВНК у трубопроводах і компресорах (циліндрах); припинення подачі води на охолодження в результаті сильного забруднення відкладеннями теплообмінної поверхні холодильників; порушення герметичності апаратури і комунікацій, що приводить до: великих викидів газів у виробничі приміщення й утворенню ВНК. Вибухи етилену мають велику руйнівну силу.

Запобігання утворенню ГС n. Контроль за перегрівом газу в компресорах (при припиненні подачі води компресор зупиняється, подається автоматично звукова чи світлова сигналізація). n. Контроль температури етилену перед входом і при виході з холодильника кожного ступеню стиснення. Температура в циліндрах не повинна перевищувати 140 -1600 С. Температура на всмоктувальному трубопроводі повинна бути не більш 350 С. n. Контроль за дозуванням кисню в етилені рідинними ареометрами, що встановлюють на лінії подачі повітря в етилен. n. При зупинці компресора в системі подачі повітря встановлюють електромагнітні клапани, що забезпечують автоматичне відключення повітряної лінії. n. Контроль за чистотою етилену. Ацетилену в газі повинно бути не більш 0, 001– 0, 03%. Перед пуском обов’язкова продувка циліндрів компресора і робочих ліній негорючим газом до повного видалення повітря, а потім чистим етиленом.

n. Лінії подачі етилену до компресора захищають автоматичними перервниками струменю, що спрацьовують при різкому збільшенні швидкості руху газу, або встановлюють швидкодіючі засувки з електричним або електромагнітним приводом, що спрацьовує від газоаналізаторів. n. Автоматичний контроль тиску газу на кожній ступіні стиснення газу допомогою електроконтактних манометрів. n. Влаштування запобіжних клапанів. n. Контроль за герметичністю обладнання. Застосування гідравлічного ущільнення. n. Контролю тиску на лініях подачі гліцерину до компресора за допомогою манометрів. Зупинка компресора при зниженні тиску в системі гліцеринового ущільнення. n. Контроль за станом фланцевих з'єднань і сальників. n. Влаштування запобіжних клапанів, що забезпечують випуск газу в атмосферу при підвищенні тиску понад припустимий. n. Установка стаціонарних газоаналізаторів для контролю за витоком газу.

МОЖЛИВІ ДЖЕРЕЛА ЗАПАЛЮВАННЯ n Утворення статичної електрики при аварійному виході газу з малих отворів під великим тиском. n Самоспалахування при залповому викиді і змішуванні з повітрям гарячих газів, температура яких залежить від теплового режиму процесу. n Самозаймання масла, масляних відкладень. n Іскри відкритих електродвигунів. n Високонагріті поверхні (печі піролізу). n Іскри при ударах і терті, проведення ремонтних робіт. n Іскри двигунів автомобільного транспорту при неповному згорянні палива

ЗАПОБІГАННЯ ВИНИКНЕННЯ ДЗ n Автоматичний контроль температури підшипників і сальників компресорів та двигунів. n Застосування іскробезпечних електродвигунів для привода компресорів. n Застосування іскробезпечного інструмента. n Забезпечення регулярного видалення масла, що накопичується в масловідділювачах. n Контроль температури газу і води в холодильниках (30 -350 С). n Зупинка компресора припиненні подачі води на охолодження. n Переведення компресорів на сухий режим тертя або тертя з обмеженим змащенням.

Шляхи поширення пожежі n По газоповітряній хмарі. n По поверхні розлитого масла внаслідок аварій маслосистем. n По “масляному тумані”, що утворюється при витіканні масла під тиском. n По технологічним комунікаціям, трубопроводам. n По будівельних конструкціях, технологічному устаткуванню. n По уламкам, що розлітаються при вибухах.

Запобігання поширенню пожежі Охолодження апаратів і трубопроводів. Загоряння газу по виходу з компресорів ліквідують водяними струменями й азотом. n Компресори другого каскаду розташовують у кабінах, розділених залізобетонними стінами, що мають самостійний вихід назовні. n Ємності з маслом, буферні ємності для газу розмі- щають в окремих кабінах. n Улаштування перешкод на шляхах можливого роз- ливу масла. n Захист повітроводів систем вентиляції автоматич- ними клапанами. n Забезпечення примусовою вентиляцією кабельних тунелів і контроль газоповітряного середовища в них.

2. 2. Пожежна безпека процесу полімеризації етилену у трубчастих реакторах n Пожежовибухонебезпека процесу обумовлюється: n Наявністю ГГ етилену, ініціатора ( кисень або органічні перекиси); n Наявністю толуола (для чищення трубок реактора використовують толуол – ЛЗР із Тсп. = 5 С, Тн=0 С, Тв=З 0 С, Тсамосп. =550 С; пари толуолу важчі повітря і можуть накопичуватися внизу приміщення); n Поліетилен – на повітрі окисляється (при Т=20 С и вище починає окислятися і розкладатися з виділенням окису вуглецю і етилену, Тсамосп. = 420 С). n Пил поліетилену в суміші з повітрям утворює вибухонебезпечні концентрації. Нижня КМПП - 12, 6 г/м 3, Тсамосп. =800 С (для зваженого пилу). Сильний діелектрик, дає розряди статичної електрики. При згорянні ПЕ виділяється велика кількість тепла – 11000 ккал/кг, більше, ніж у 2 рази в порівнянні з деревиною.

n великий тиск (150– 250 МПа) з одночасним нагріванням газу в реакторах до 200 С; n супроводжується виділенням великої кількості тепла. Полімеризація тільки 1% етилену дає приріст температури на 20 С; n при підвищеній температурі утворюються газоподібні вибухонебезпечні продукти метану, ацетилену, водню.

Причини пожеж і вибухів в полімеризаторах: n вибухове розкладання етилену при недостатньому відводі тепла; n розкладання ПЕ з виділенням водню і вуглецю при підвищенні температури; n підвищення тиску при надходженні етилену із завищеною кількістю кисню (розкладання етилену на метан і вуглець); n полімеризація етилену в апаратурі і трубопроводах (забруднення теплообмінної поверхні реактора→ порушення теплообміну)

Запобігання утворення ГС n Відвід тепла із зони реакторів. Автоматичний контроль температури в реакторах Очищення трубок реактора відкладень толуолом. n Не допускати витоку толуолу і його парів у виробничі приміщення. n Після очищення толуолом реактор продувають азотом, потім чистим етиленом. n Автоматичне дозування кисню, постійний контроль за вмістом кисню в робочому газі. n Автоматичне і ручне скидання газів для запобігання підвищення тиску. n Влаштування стаціонарних газоаналізаторів.

Джерела запалювання при полімеризації n Розряди статичної електрики (поліетилено- вий пил, сажа, ; n Розжарені тверді частки Гарячі поверхні викинутих твердих часток, іскри. Самоспалахування гарячих газів і твердих часток. n Температура реакції і температура розкладання етилену на метан і вуглець (15500 С). n Відкритий вогонь, печі піролизу, факельні системи тощо.

Запобігання виникнення ДЗ n Дотримання температурного режиму полімеризації. n Застосування іскробезпечного інструменту. n Захист устаткування від статичної електрики. n Справність електроустаткування тощо

Шляхи поширення пожежі n По газоповітряній хмарі. n По поверхні розплавленого поліетилену. n По дзеркалу розлитого толуолу. n По вентиляційних системах n По технологічних трубопроводах, устаткуванню, горючим речовинам та матеріалам.

Запобігання поширенню пожежі n Ізольоване розташування кожного реактора в кабіні. Кабіни розділяють залізобетонними стінами; дверні прорізи захищають негорючими броньованими дверми. n Установка на лініях подачі етилену (між компресорною та реакторним відділенням) вогнеперешкоджувачів з металокерамічною насадкою. n Захист реактора вибуховими відривними мембранами. n Гасіння пожежі в кабінах азотом і порошком, влаштування автоматичних стаціонарних установок