Одной из наиболее серьезных опасностей пожаровзрывоопасных производств является газопаровое облако, которое образуется при мгновенном разрушении резервуаров хранения или испарении разлитых жидкостей. Образование газопарового облака может привести к появлению трех типов опасностей:

– взрыву парогазовоздушной смеси;

– крупному пожару;

– токсическому воздействию.

Смесь углеводородных продуктов (метана, этилена, пропана, паров бензина, циклогексана и др.) с кислородом воздуха называется парогазовоздушной смесью. Эта смесь может либо взрываться, либо воспламеняться. При взрыве газо- или паровоздушной смеси образуется воздушная ударная волна. [12]

Процесс горения со стремительным высвобождением энергии и образованием при этом избыточного давления (более 5 кПа) называется взрывным горением. [13] Различают два принципиально разных режима взрывного горения: дефлаграционный и детонационный. При дефлаграционном горении распространение пламени происходит в слабо возмущенной среде со скоростями ниже скорости звука. При детонационном горении (детонации) распространение пламени происходит со скоростью, превышающей скорость звука.

Инициирование (зажигание) газовоздушной смеси с образованием очага горения возможно, если будут выполнены следующие условия:

· Концентрация горючего газа в газовоздушной смеси должна быть в диапазоне между нижним и верхним концентрационными пределами распространения пламени;

· Энергия зажигания от искры (горячей поверхности) должна быть не ниже минимальной. Для большинства взрывчатых смесей энергия зажигания не превышает 30 Дж.

Нижний концентрационный предел распространения пламени – это такая концентрация горючего газа в смеси с окислительной средой, ниже которой смесь становится неспособной к распространению пламени.

Верхний концентрационный предел распространения пламени – это такая концентрация горючего газа в смеси с окислительной средой, выше которой смесь становится неспособной к распространению пламени.

Минимальная энергия инициирования (зажигания) – наименьшее значение энергии электрического разряда, способное воспламенить смесь стехиометрического состава.

Концентрация газа стехиометрического состава – концентрация горючего газа в смеси с окислительной средой, при которой обеспечивается полное без остатка химическое взаимодействие горючего и окислителя смеси.

При сгорании газовоздушной смеси стехиометрического состава образуются только конечные продукты реакции горения и выделившаяся теплота их сгорания не расходуется на нагревание несгоревших окислителя или горючего, т. к. они отсутствуют. По этой причине продукты сгорания нагреваются до максимальной температуры.

В случае дефлаграционного горения такой смеси, в замкнутом герметичном и теплоизолированном объеме образуется максимальные температура и давление. Величина максимального давления является характеристикой соответствующей газовоздушной смеси.

Режим дефлаграционного горения может переходить в режим детонационного горения.

В режиме детонационного горения нагрузки значительно возрастают. Поэтому режим детонационного горения принят за расчетный случай для прогнозирования обстановки при авариях со взрывом.

К основным факторам, влияющим на параметры взрыва, относят:

– массу и тип взрывоопасного вещества;

– его параметры и условия хранения или использования в технологическом процессе;

– место возникновения взрыва;

– объемно-планировочные решения сооружений в месте взрыва.

Взрывы на промышленных предприятиях и базах хранения можно разделить на две группы: взрывы в открытом пространстве и взрывы в производственных помещениях.

В открытом пространстве на промышленных предприятиях и базах хранения возможны взрывы газовоздушных смесей, образующихся при разрушении резервуаров со сжатыми и сжиженными под давлением или охлаждением (в изотермических резервуарах) газами, а так же при аварийном разлитии легковоспламеняющихся жидкостей.

В производственных помещениях, наряду со взрывом ГВС, возможны так же взрывы пылевоздушных смесей, образующихся при работе технологических установок.

При аварийных взрывах парогазовоздушных смесей размеры зон разрушений и параметры избыточного давления ударной волны зависят от количества взрывоопасного вещества и его физико-химических свойств.

Если аппарат с взрывоопасным продуктом размещен в цехе, то авария развивается по сценарию взрыва в замкнутом объеме. В этом случае парогазовоздушная смесь займет частично или полностью весь объем помещения. При прогнозировании последствий считают, что процесс в помещении развивается в режиме детонации.

Пожарная безопасность

Самая главная опасность при работе с порошком и краской состоит в том, что порошковые краски при определенных условиях могут образовывать взрывоопасные смеси с воздухом. Такими условиями являются: [11]

Распыление порошка в воздухе при концентрации выше нижнего, концентрационного предела воспламенения (НКПВ) или транспортирование порошка в циклоне либо в коллекторе, при наличии источников зажигания.

Существуют ситуации, при которых может произойти взрыв порошка в системе рекуперации. Примером такой ситуации может быть воспламенение порошковой смеси в покрасочной камере и поступление горящей частицы в циклон, либо пылеуловитель.

Порошковые краски токсичны (ПДК 10 мг/м³), горючие (температура воспламенения открытым пламенем от 308–560⁰С), пылевоздушные смеси их взрывоопасны. Поэтому участок нанесения покрытий из ПК относят к вредным, пожароопасным и взрывоопасным производствам. К какому именно классу взрывопожарной и пожарной опасности относится помещение определенно

Для определения категории помещения по взрывопожарной и пожарной опасности мною была смоделирована следующая ситуация. В процессе нанесения порошковой краски произошло отключение вентиляционной установки, по техническим причинам. Маляру необходимо окрасить определенное количество изделий по плану. Маляр, заметив эту неисправность, решил продолжить работу, учитывая, что при невыполнении плана, предприятие, а также он сам понесут определенные материальные убытки. Оставшийся процесс окраски займет один час.

Для определения категории по взрывопожарной опасности необходимо определить избыточное давление взрыва ΔР

Расчет избыточного давления взрыва ΔР , кПа, производится по формуле:

(1)

где Н_т – теплота сгорания, Дж кг^-1;

Рв – плотность воздуха до взрыва при начальной температуре Т_о, кг м^-3;

С_р – теплоемкость воздуха, Дж кг^-1 К^-1 (допускается принимать равной 1,017103 Дж кг^-1 К^-1);

Т_о – начальная температура воздуха, К.

Кн – коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения. Допускается принимать Кн равным 3.

Vсв – свободный объем помещения, м ³ (Vсв = 90 м ³)

Ро – атмосферное давление, кПа

Z – коэффициент участия горючего во взрыве; допускается принимать

Z =0,5.

Расчетная масса взвешенной в объеме помещения пыли m, кг, образовавшейся в результате аварийной ситуации, определяется по формуле:

Расчетная масса взвешенной в объеме помещения пыли m, кг, образовавшейся в результате аварийной ситуации, определяется по формуле

m = mвз + mав, (2)

где mвз – расчетная масса взвихрившейся пыли, кг;

mав – расчетная масса пыли, поступившей в помещение в результате аварийной ситуации, кг.

Расчетная масса взвихрившейся пыли mвз определяется по формуле

mвз = Квз mп, (3)

где Квз – доля отложившейся в помещении пыли, способной перейти во взвешенное состояние в результате аварийной ситуации. В отсутствие экспериментальных сведений о величине Квз допускается полагать Квз = 0,9;

mп – масса отложившейся в помещении пыли к моменту аварии, кг.

1. Масса отложившейся в помещении пыли к моменту аварии определяется по формуле

2.

(4)

где К_г – доля горючей пыли в общей массе отложений пыли;

m₁ – масса пыли, оседающей на труднодоступных для уборки поверхностях в помещении за период времени между генеральными уборками, кг;

m₂ – масса пыли, оседающей на доступных для уборки поверхностях в помещении за период времени между текущими уборками, кг;

К_у – коэффициент эффективности пылеуборки. Принимается при ручной влажной пылеуборке – 0,7

m_{1=0,14504 кг;}

m_{2=0,00362 кг;}

Междуборочные периоды взяты из нормативного времени их проведения согласно межотраслевым правилам по охране труда при окрасочных работах:

мП= 1/0,7 · (0,14504 +0,003626)=0,21 кг

mвз = 0,9 ·0,21=0,189 кг

Расчетная масса пыли, поступившей в помещение в результате ававрийной ситуации, mав, определяется по формуле:

mав = mап·Кп, (5)

где mап – масса горючей пыли, выбрасываемой в помещение из аппарата, кг;

Кп – коэффициент пыления, представляющий отношение массы взвешенной в воздухе пыли ко всей массе пыли, поступившей из аппарата в помещение. В отсутствие экспериментальных сведений о величине Кп допускается полагать для пылей с дисперсностью менее 350 мкм – Кп = 1.

Дисперсность применяемой порошковой краски 60 мкм – Кп = 1

mав =0,6 ·1=0,6; m=0,189+0,6=0,789 кг

ΔР=0,789 ·25,14 ·10⁶ ·101·0,5/90·1,17·1,01·10³ ·302·3= 10,39 кПа

Пользуясь таблицей 1 НПБ 105–03, помещение относиться к взрывопожароопасному – категория Б, так как применяемая порошковая краска может образовывать пылевоздушную смесь, при воспламенении которой развивается расчетное избыточное давление взрыва в помещении превышающее 5 кПа.

На установках нанесение покрытий из порошковых красок наиболее опасным является процесс нанесения слоя ПК на изделие. Блок установки для осуществления данного процесса: камера нанесения, распылители ПК в электростатическом поле и система рекуперации относится к классу взрывоопасности В-2, поскольку в нем во время работы постоянно присутствуют несколько мест с концентрацией ПК пылевоздушные смеси выше нижнего предела взрываемости (факела распылителя, система рекуперации), а также наиболее вероятно источник поджога искровой электрический разряд, который может случиться при неисправности распылителя фильтров, при плохом заземлении отдельных частей оборудования и при нарушении требований пожарной безопасности. Все остальное помещение при соответствующей организации работы может относиться к категории В-2а, если будет исключена при любых обстоятельствах (в том числе при пожаре, взрыве с разрушением части оборудования) возможность создания взрывоопасных концентраций во всем объеме помещения.

К классу В-2 отнесены зоны, расположенные в помещениях, в которых выделяются переходящие во взвешенное состояние горючие пыли или волокна в таком количестве и с такими свойствами, что они способны образовывать с воздухом взрывоопасные смеси при нормальных режимах работы (например, при загрузке и разгрузке технологических аппаратов).

При такой величине избыточного давления на фронте ударной волны промышленный цех получит разрушения средней степени тяжести (разрушение крыш, окон, перегородок, чердачных перекрытий; ущерб 30–40% от стоимости здания). У людей будут легкие поражения (ушиб, легкая контузия, вывих, потеря слуха). Данные взяты из таблиц «Избыточное давление, соответствующее степени разрушения» (Б.С. Мастрюков «Безопасность в чрезвычайных ситуациях», Москва, издательский центр «Академия», 2007, с. 27) и «Характеристика барического воздействия взрыва на человека» (там же, с. 26).