Предотвращение образования взрывоопасных концентраций

Многостадийные и одностадийные процессы

Многие технологические процессы состоят из ряда последовательно размещенных в пространстве и времени производственных стадий, через которые проходят применяемые в процессе вещества. Одним из важных направлений технического прогресса в химической промышленности является сокращение числа стадий и переход к одностадийным процессам.

Одностадийные технологические процессы помимо увеличения эффективности производства позволяют оздоровить условия труда, улучшить управление процессом, облегчить переход от периодических к непрерывным схемам производства. С уменьшением числа аппаратов, трубопроводов и емкостей увеличивается общий уровень герметизации производства. Практика показывает, что нередко одностадийность дает возможность устранить из технологического процесса агрессивные или токсичные вещества.

Механизация трудоемких, опасных и вредных работ

Механизация технологических процессов, особенно трудоемких, опасных или вредных, позволяет освободить рабочего от тяжелых или монотонных операций, устранить контакт с ядовитыми веществами, вывести исполнителя из пожаро- и взрывоопасной зоны. Поэтому при разработке необходимо обеспечивать максимально возможную степень механизации и автоматизации технологических процессов.

Замена токсичных веществ менее вредными и опасными

В Российской Федерации последовательно осуществляется замена токсичных веществ безвредными или менее токсичными. Осуществляется замена ртутных приборов безртутными: ртутные дифманометры заменяют мембранными, ртутные вакуумные насосы – масляными; ограничивается применение ртути и в технологических процессах []. Вредное воздействие токсичных веществ предупреждается также проведением гигиенической стандартизации сырья и готовой продукции, при которой нормируется содержание вредных веществ в сырье и готовых продуктах.

Непрерывность технологического процесса

В непрерывных процессах отпадает необходимость периодической (часто ручной) загрузки сырья и выгрузки готовых продуктов, следовательно, устраняются контакт с ними работающих и выделение газов и паров в атмосферу. Непрерывный процесс характеризуется равномерностью, устойчивостью и постоянством, что исключает необходимость постоянного регулирования технологических параметров. Это уменьшает возможность ошибок со стороны обслуживающего персонала.

Стабильность непрерывного процесса уменьшает опасность образования застойных зон, местных перегревов, превышений концентраций, возникновения побочных реакций и других нарушений технологического процесса. В непрерывном процессе при одной и той же производительности общий объем аппаратуры значительно меньше, чем в периодическом. Это позволяет легче обеспечивать герметичность оборудования и свидетельствует о целесообразности стимулирования перехода от периодических процессов к непрерывным.

Устойчивость технологического процесса

Основным условием безопасности технологического процесса является его устойчивость, т. е. способность при случайном воздействии на процесс какого-то возмущения самопроизвольно возвращаться в первоначальное состояние. Если система неустойчива, то это может вызвать аварийные ситуации. Например, при случайном повышении температуры и недостаточном отводе теплоты возможно мгновенное нарастание скорости реакции вплоть до взрыва. В ряде случаев даже местные временные незначительные изменения условий протекания процесса могут вынести реакционную систему из установленного режима и процесс станет неуправляемым. Поэтому еще при проектировании технологического процесса проверяют те его параметры, отклонения от которых могут создавать аварийные ситуации, находят границы, в которых они проявляются, и определяют способы их предотвращения.

Предотвращение образования взрывоопасных концентраций

Многие продукты органического синтеза получают окислением паров органических веществ кислородом (воздухом, техническим кислородом, смесью кислорода с азотом), азотной кислотой (оксидами азота) и другими веществам. К таким процессам относятся, например, окисление метанола в формальдегид, этилена в оксид этилена, аммиака в оксид азота и т. п. В таких случаях неизбежно образование смесей взрывоопасных веществ с кислородом, поэтому технологический процесс разрабатывают так, чтобы концентрации этих смесей были ниже нижнего или выше верхнего концентрационных пределов воспламенения.

Когда вывод состава смеси горючего с окислителем за концентрационные пределы воспламенения нецелесообразен или невозможен по технологическим причинам и процесс должен осуществляться внутри области воспламенения, применяют флегматизацию, т. е. вводят компоненты, разбавляющие смесь до приобретения ею негорючих свойств.

Эти компоненты (флегматизаторы) могут быть двух видов: инертные компоненты и ингибиторы горения.

Инертные компоненты – диоксид углерода, азот, пары воды разбавляют взрывоопасную среду, уменьшая содержание кислорода и, при определенной концентрации, могут сделать эту среду негорючей. Так, горение большинства веществ становится невозможным при снижении содержания кислорода в смеси до 12−16 %; для некоторых веществ, обладающих широкой областью воспламенения, предельное содержание кислорода должно быть более низким. Например, для ацетилена, оно составляет 9,0 % при применении СО₂ и 6,5 % при применении N₂; для водорода соответственно 7,0 и 5,0 %. Чем больше теплоемкость инертного газа, тем больше его флегматизирующее действие.

Ингибиторы горения – являются отрицательными катализаторами, тормозящими реакцию горения. К ним относятся главным образом различные галогенпроизводные (СН₃Вг, CH₂ClBr, CCl₄ и др.). Механизм их воздействия на процесс горения заключается в обрыве реакционных цепей при окислении горючего. Обычно достаточно небольшого количества флегматизатора, чтобы его действие было противовзрывным.

Применение вакуума

Известно, что при понижении давления область воспламенения сужается, при определенном вакууме в ряде случаев взрыв вообще может быть исключен. Кроме того, при работе аппарата под вакуумом прекращается выделение в окружающую среду газов, паров, пыли, что уменьшает опасность взрывов и отравлений.

Многие технологические процессы при понижении давления можно вести при более низких температурах, поэтому уменьшается возможность термического разложения продуктов, их перегрев, а также предотвращаются нежелательные побочные реакции, создающие дополнительную опасность взрыва. Однако при применении вакуума возможен подсос наружного воздуха в аппаратуру и образование в ней горючих сред. Эта опасность усугубляется тем, что проникновение в аппарат наружного воздуха незаметно для обслуживающего персонала без специальных измерительных устройств (вакуумметров). Поэтому при работе с вакуумом необходим постоянный надзор за герметичностью аппаратуры.

Инертные газы

Помимо использования в качестве флегматизаторов инертные газы широко применяют для предупреждения взрывов и пожаров. Можно утверждать, что современное взрывоопасное производство не может нормально функционировать без использования инертных газов. Инертные газы применяют в следующих случаях:

− для продувки аппаратов и коммуникаций в процессе подготовки их к ремонту и чистке, а также перед пуском системы после остановки, вскрытия, нарушения герметизации;

− при передавливании сжиженных газов и легковоспламеняющихся жидкостей;

− для заполнения свободного пространства в емкости для хранения жидкостей, которые могут опасно контактировать с воздухом (так называемое хранение «под воздушной подушкой» или «инертное дыхание»);

− при проведении огневых работ на резервуарах с остатками легковоспламеняющихся и горючих продуктов;

− в устройствах, где происходит сухой размол, рассев, грохочение горючих веществ;

− в качестве транспортирующего агента при пневматическом транспорте взрывоопасных веществ;

− при испытаниях оборудования на герметичность;

− для защиты от проявлений статического электричества;

− в целях пожаротушения.

Следует отметить, что работа внутри аппаратов и емкостей, продутых инертным газом, разрешается только после его удаления и замены воздухом с содержанием кислорода не менее 18 %, иначе работающие могут пострадать от недостатка кислорода.