Безопасность взрывных работ

Содержание

1. Пожаровзрывоопасность: показатели, оценка;предотвращение

                                      взрывов и пожаров.

Пожарная  опасность производственных объектов характеризуется прежде всего свойствами и количеством пожаровзрывоопасных веществ, которые применяются, перерабатываются, образуются по условиям технологии. В большинстве случаев горение представляет собой экзотермическое окислительное взаимодействие горючего вещества с окислителем. Согласно современным представлениям, к горению относят не только процессы взаимодействия веществ с кислородом (кислородом воздуха), но и разложение взрывчатых веществ, соединение ряда веществ с хлором и фтором, оксидов натрия и бария с диоксидом углерода и т. д. Для возникновения процесса горения необходимо наличие горючего вещества, окислителя и источника зажигания. Горючим называется вещество, способное самостоятельно гореть после удаления источника зажигания. Под источником зажигания понимают любой инициатор, обладающий запасом энергии и температурой, достаточной для возникновения горения других веществ.

Пожар - это неконтролируемое горение, причиняющее материальный ущерб, вред жизни и здоровью граждан, интересам общества и государства.

Взрыв - это быстрое превращение вещества (взрывное горение), сопровождающееся образованием большого количества сжатых газов, под давлением которых могут происходить разрушения. Горючие газообразные продукты взрыва, соприкасаясь с воздухом, часто воспламеняются, что обычно приводит к пожару.

Опасными  факторами пожара (ОФП), воздействующими  на людей и материальные ценности, являются:  пламя и искры, повышенная температура окружающей среды, токсичные продукты горения и термического разложения, пониженная концентрация кислорода. Предельные значения ОФП следующие: температура среды – 70⁰С, тепловое излучение (облучение) – 500 Вт/м², содержание оксида углерода – 0,1% (об.), содержание диоксида углерода – 6% (об.), содержание кислорода – менее 17% (об.). К вторичным проявлениям опасных факторов пожара относятся: осколки, части разрушающихся аппаратов, агрегатов, установок, конструкций; радиоактивные и токсичные вещества и материалы, вышедшие из разрушенных аппаратов и установок; электрический ток, в результате выноса высокого напряжения на токопроводящие части конструкций, аппаратов, агрегатов; опасные факторы взрыва по ГОСТ 12.1.010-ХХ «Взрывобезопасность. Общие требования» (максимальное давление и температура взрыва, скорость нарастания давления при взрыве, давление во фронте ударной волны, дробящие и фугасные свойства взрывоопасной среды), происшедшего вследствие пожара, огнетушащие вещества.

Возникновению пожара или взрыва часто способствует наличие в помещении горючей пыли или волокон, сосудов и аппаратов с горючими жидкостями. Причины пожаров можно  сгруппировать по ряду следующих  признаков: не соблюдение противопожарных разрывов, при отсутствии резерва площади, без учета направления господствующих ветров и категорий производств по пожаро- и взрывоопасности  технологических процессов; неправильный монтаж электрооборудования, осветительных приборов, электродвигателей и нарушение правил их эксплуатации; самовозгорание и самовоспламенение веществ и материалов в результате нарушения правил их складирования и хранения; разряды статического и атмосферного электричества; нарушение Правил пожарной безопасности при пользовании открытым огнем, курении и др.

Показатели пожаровзрывоопасности веществ и материалов

Пожарная  и взрывная опасность веществ  и материалов оценивается с помощью специальных показателей, регламентированных ГОСТ 12.1.044-89 «Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения». Характер показателей и их количество зависят от агрегатного состояния горючих материалов (газы, жидкости, твердые, пыли).

При оценке пожаровзрывоопасности к газам относят вещества, абсолютное давление паров которых при температуре 50 °С равно или превышает 300 кПа или критические температуры которых ниже 50 °С; к жидкостям - вещества с температурой плавления (каплепадения) менее 50 °С; к твердым веществам - вещества с температурой плавления (каплепадения) от 50 ° С и выше; к пыли - диспергированные твердые вещества с частицами размером менее 50мкм. Перечень показателей, которые характеризуют пожаровзрыво-опасность веществ и материалов, приведен в табл. 1.

Таблица 1. Показатели пожаровзрывоопасности веществ и материалов

Примечание. Знак «+» означает применимость показателя, знак «-» неприменимость

Группа горючести - классификационная характеристика способности веществ и материалов к горению.

По горючести  вещества и материалы подразделяются на три группы (табл.2):                                                                                                            табл.2

Горючие жидкости с температурой вспышки  не выше 61 °С в закрытом тигле или 66 "С в открытом тигле, зафлегматизированные смеси, не вспыхивающие в закрытом тигле, относят к легковоспламеняющимся. Особо опасными называют легковоспламеняющиеся жидкости с температурой, вспышки не более 28 °С.

Результаты  оценки группы горючести применяют: при классификации веществ и материалов по горючести с включением этих данных в стандарты и технические условия на вещества и материалы; при определении категории помещений по взрывопожароопасности в соответствии с требованиями норм технологического проектирования; при разработке мероприятий по обеспечению пожарной безопасности.

Температура вспышки - наименьшая температура конденсированного вещества, при которой в условиях специальных испытаний над его поверхностью образуются пары, способные вспыхивать в воздухе от источника зажигания; устойчивое горение при этом не возникает.

Значение  температуры вспышки следует  применять: при характеристике пожарной опасности жидкости, включая эти  данные в стандарты и технические  условия на вещества; при определении  категорий помещений по взрывопожарной и пожарной опасности в соответствии с требованиями норм технологического проектирования; при разработке мероприятий по обеспечению пожарной безопасности и взрывобезопасности.

Температура воспламенения - наименьшая температура вещества, при которой в условиях специальных испытаний вещество выделяет горючие пары и газы с такой скоростью, что при воздействии на них источника зажигания наблюдается воспламенение.

Значение  температуры воспламенения применяют: при определении группы горючести  вещества; при оценке пожарной опасности  оборудования и технологических  процессов, связанных с переработкой горючих веществ; при разработке мероприятий по обеспечению пожарной безопасности. Его необходимо также включать в стандарты и технические условия на жидкости.

Температура самовоспламенения - самая низкая температура вещества, при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций, заканчивающихся пламенным горением.

Значение  температуры самовоспламенения  применяют при определении группы взрывоопасной смеси по ГОСТ 12.1.011-78, для выбора типа взрывозащищенного электрооборудования, при разработке мероприятий по обеспечению пожаровзрывобезопасности технологических процессов в соответствии с нормативными требованиями. Его необходимо также включать в стандарты или технические условия на вещества и материалы. Нижний (верхний) концентрационные пределы распространения пламени (НКПРП и ВКПРП) — минимальное (максимальное) содержание горючего вещества в однородной смеси с окислительной средой, при которой возможно распространение пламени по смеси на любое расстояние от источника зажигания.

ГОСТ  12.1.011-XX ССБТ  "Смеси взрывоопасные.   Классификация и методы испытаний"  разделяет все взрывоопасные смеси на 2 категории:

• I - метан на  подземных горных работах (рудничный метан);
• II - газы и пары,   за исключением метана  на  подземных горных работах   (промышленные газы и пары). В зависимости от значения безопасного экспериментального максимального зазора (БЭМЗ) взрывоопасные смеси категории 2 согласно ГОСТ Р 51330.11-99 подразделяются  (табл. 3).

Кроме того, взрывоопасные смеси газов и  паров в  зависимости от температуры самовоспламенения  подразделяются на    группы (таблица 4).

Таблица 3  Категории взрывоопасных смесей

Таблица  4 - Группы взрывоопасных смесей (ГОСТ 12.1.011)

Минимальным взрывоопасным содержанием  кислорода (МВСК) в газо- или паровоздушной смеси называется такая концентрация кислорода, ниже которой воспламенение и горение смеси становятся невозможными при любом содержании горючего в этой смеси. Концентрация флегматизатора в смеси воздуха с флегматизатором, соответствующая минимальному взрывоопасному содержанию кислорода, называется минимальной флегматизирующей концентрацией.

Значения  МВСК используют при расчетах взрывопожаробезопасных режимов работы технологического оборудования, выборе режимов работы систем «азотного дыхания», разработке систем и установок взрывоподавления и тушения пожаров.

Мощность источника и минимальная  энергия зажигания. С изменением мощности источника зажигания может измениться область воспламенения. Особенно это характерно для диэлектрических разрядов. Так, увеличение мощности искры приводит к расширению пределов воспламенения горючей смеси, причем наиболее сильно увеличивается ВКПРП. Однако расширение области воспламенения происходит не бесконечно: выше определенной мощности искры эта область не изменяется. Искры, которые не вызывают дальнейшего расширения области воспламенения, называются насыщенными.

Допустимая  энергия искрового разряда не должна превышать 40 % минимальной энергии зажигания.

Минимальной энергией зажигания называется наименьшее значение энергии электрического разряда, способное воспламенить наиболее легковоспламеняющуюся смесь газа (пара или пыли) с воздухом.

Значение  минимальной энергии зажигания  используют для обеспечения пожаровзрывобезопасных условий переработки горючих  веществ и электростатической искробезопасности технологических процессов.

Температурные пределы распространения  пламени (воспламенения) — такие температуры вещества, при которых его насыщенный пар образует в окислительной среде концентрации, равные соответственно нижнему (нижний температурный предел, НТПРП) и верхнему (верхний температурный предел, ВТПРП) концентрационным пределам распространения пламени.

Значения  температурных пределов распространения  пламени применяют: при разработке мероприятий по обеспечению пожа-ровзрывобезопасности объекта в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004—89 и ГОСТ 12.1.010—89; при расчете пожаровзрывобезопасных температурных режимов работы технологического оборудования; при оценке аварийных ситуаций, связанных с разливом горючих жидкостей; для расчета концентрационных пределов распространения пламени; их также необходимо включать в стандарты или технические условия на горючие жидкости.

  1.1 Количественная оценка взрывоопасности технологических объектов

В соответствии с действующими Общими правилами  взрывобезопасности для взрывопожароопасных  химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств (ПБ 09-170-97), для каждого технологического объекта (блока, установки), входящего в состав больших химико-технологических систем (производств, цехов, заводов), должна быть определена категория его взрывоопасности. Категории взрывоопасности устанавливаются

по двум оценочным показателям: относительному энергетическому потенциалу взрывоопасности Q_B и приведенной массе (к тротиловому эквиваленту) парогазовой среды т.

В табл. 4 приведены оценочные показатели для различных категорий взрывоопасности  технологических блоков (объектов, установок).

Таблица 4. Категории взрывоопасности блоков в зависимости от относительного энергетического потенциала взрывоопасности и приведенной массы парогазовой среды

Для определения Q_в и m необходимо определить общий энергетический потенциал взрывоопасности технологического объекта (стадии, блока) Е. Для определения Е (кДж) используют выражение

Е= Е₁’+ Е₂’+ Е₁”+ Е₂”+ Е₃”+ Е₄”

где Е₁’ - сумма энергий адиабатического расширения и сгорания парогазовой фазы (ПГФ), находящейся непосредственно в оцениваемом блоке, кДж; Е₂’ - энергия сгорания ПГФ, поступившей к разгерметизированному участку от смежных объектов (блоков), кДж; Е₁" - энергия сгорания ПГФ, образующейся за счет энергии перегрева жидкой фазы (ЖФ) рассматриваемого блока и поступившей от смежных объектов за определенное время, кДж; E₂” - энергия сгорания ПГФ, образующейся из ЖФ за счет тепла экзотермических реакций, не прекратившихся при аварийной разгерметизации; Е₃” - энергия сгорания ПГФ, образовавшейся из ЖФ за счет теплопритока от внешних теплоносителей, кДж; E₄” - энергия сгорания ПГФ, образующейся из пролитой на твердую поверхность (пол, поддон, грунт и т. п.) ЖФ за счет теплоотдачи от окружающей среды, кДж.

По значению общего энергетического потенциала взрывоопасности Е можно рассчитать величины Q_B и т:

; 

где 4,6 × 10⁴ кДж/кг - удельная энергия сгорания пропана.

Для максимального  снижения количества выбросов в окружающую среду горючих и взрывопожароопасных  веществ при аварийной разгерметизации  технологических систем предусматриваются  следующие устройства:

для блоков I категории взрывоопасности - установка автоматизированных быстродействующих запорных и (или) отсекающих устройств со временем срабатывания не более 12 с;

для блоков II и III категорий взрывоопасночти - установка запорных и (или) отсекающих устройств с дистанционным управлением и временем срабатывания не более 120 с;

для блоков со значениями энергетического относительного потенциала взрывоопасное™ Q_B< 10 допускается установка запорных устройств с ручным приводом, причем время приведения их в действие должно быть не более 300 с.

2. Методы и средства взрывозащиты

3. Пожаровзрывоопасность установок

Правила устройства электроустановок (ПУЭ) регламентируют устройство электрооборудования в  производственных помещениях и в  наружных технологических установках на основе классификации взрывопожароопасных зон.

Взрывоопасная зона: зона, в которой имеется или может образоваться взрывоопасная газовая смесь в объеме, требующем специальных мер защиты при конструировании, изготовлении и эксплуатации электроустановок. Взрывоопасные зоны в зависимости от частоты и длительности присутствия взрывчатой газовой смеси согласно ГОСТ Р 503303.9-99 подразделяют  на  3 класса:

Частоту возникновения и длительность присутствия  взрывоопасной газовой смеси допускается определять по правилам (нормам) соответствующих отраслей промышленности. Рекомендации по классификации взрывоопасных зон и определению их размеров содержатся в ГОСТ Р 51330.9 – 99.

Применяемое на предприятиях электрическое  оборудование может эксплуатироваться в помещениях (зонах), где по условиям технологического процесса в воздух помещений могут выделяться твёрдые горючие вещества, оседающие на полу, потолке, стенах, поверхностях машин или находящиеся во взвешенном состоянии. Пыль, в отличие от газа или пара, не всегда может быть устранена системами вентиляции за определённый период, так как в отличие от газов и паров не ассимилируется с воздухом, а находится в нём во взвешенном состоянии. Интенсификация общего воздухообмена в помещении может привести к повышению подвижности воздуха, при которой затрудняется осаждение пыли и возможен подъём  в воздух уже осевшей пыли, что увеличит опасность.

В этой связи  зоны, опасные по воспламенению горючей  пыли, в отличие от зон для газа или пара, не могут быть классифицированы в зависимости от нормальных или  аварийных условий и от времени.

Учитывая  данное положение, стандарт ГОСТ Р МЭК 61241-3 – 99 «Электрооборудование, применяемое в зонах, опасных по воспламенению горючей пыли. Часть 3. Классификация» опасные по воспламенению горючей пыли зоны подразделяет на три класса: 20,21 и 22.

Пожароопасной  зоной (ПУЭ) называется  пространство внутри и вне помещений, в пределах которого постоянно или периодически обращаются  горючие   вещества  и в которой они могут находиться  при нормальном технологическом процессе или при его нарушениях.

В  зависимости  от класса  зоны производственных помещений  по  взрывной и  пожарной опасности  выбирается соответствующее исполнение  электрооборудования по взрывозащите или степени  защиты его  оболочкой от внешних воздействий. По виду исполнения электрооборудование подразделяется на следующие классы: общего назначения; специальное (тропическое исполнение, холодостойкое, влагостойкое, химически стойкое); открытое (незащищенное от прикосновения к движущимся и токоведущим частям); защищенное (от случайного прикосновения к его движущимся и токоведущим частям и от случайного попадания  внутрь посторонних предметов и пыли); водозащищённое, брызгозащищенное, каплезащищенное; закрытое (защищенное электрооборудование, выполненное так, что возможность сообщения между его внутренним пространством и окружающей средой может иметь место только через  неплотности соединении); герметичное (защищенное, выполненное так, что исключена возможность сообщения между его внутренним пространством и окружающей средой); взрывозащищенное электрооборудование (электрооборудование, в котором предусмотрены конструктивные меры для устранения или затруднения возможности воспламенения окружающей взрывоопасной среды).

1.4 Статическое электричество как  источник воспламенения горючих смесей и защита от него

Литература 

1. Безопасность взрывных работ в промышленности. Под общей редакцией Кутузова Б.Н. М.: Недра, 1992.
2. Бейкер У., Кокс П. и др. Взрывные явления. Оценка и последствия. В двух книгах. М.: Мир, 1986.
3. Графкина М.В. Охрана труда и производственная безопасность. – М.: Изд-во Проспект, 2008. – 424 с.
4. Девисилов В. А., Дроздова Т. И., Тимофеева С. С. Теория горения и взрыва. - М.: Форум, 2012.
5. Роздин И.А. Безопасность производства и труда на химических предприятиях. – М.: Химия, Колосс, 2006.