Пожежна небезпека апаратів із відкритою поверхнею випаровування рідини
НАЦІОНАЛЬНИЙ університет цивільного захисту УКРАЇНИ
Кафедра пожежної і техногенної безпеки об'єктів та технологій
Дисципліна „ Пожежна профілактика технологічних процесів ”
3 курс. 5-й семестр
ЛЕКЦІЯ 3
Пожежна безпека виходу горючихречовин із нормально працюючого технологічного обладнання
Навчальна мета: 1.Вивчити основні причини та умови утворення горючого середовища при виході горючих речовин із технологічного обладнання. Вивчити основні положення системи запобігання утворення горючого середовища при виході горючих речовин із апаратів з відкритою поверхнею випаровування та дихальними пристроями.
Виховна: 1.Показати значення розробки профілактичних заходів проти утворення горючого середовища в системі запобігання виникнення пожежі. Виховувати у курсантів та студентів відповідальність за вибрану професію, підвищувати активність щодо отримання глибоких знань з дисципліни, виховувати дисципліну.
Термін : 80 хвилин
Місце проведення: аудиторія за розкладом
Матеріальне забезпечення: 1.Плакати
2. Комп’ютер, мультімедіа
3.Приклади пожеж, макети технологічних установок
Харків – 2015
Основна література:
1. Михайлюк О.П., Олійник В.В., Мозговий Г.О. Теоретичні основи пожежної профілактики технологічних процесів та апаратів. Підручник. - Харків.- ХНАДУ.- 2014. - 380с.
2. Михайлюк О.П., Олійник В.В., Мозговий Г.О. Теоретичні основи пожежної профілактики технологічних процесів та апаратів. Навчальний посібник. - Харків, 2004.- с. 74-98.
3. Алексеев М.В. Основы пожарной профилактики в технологических процессах производств.- М.ВИПТШ МВД СССР - 1972.-338 с.
4. Алексеев М.В., Волков О.М. и др. Пожарная профилактика в технологических процессах производств. -М.: ВИПТШ МВД СССР, 1976. -292 с.
5. Клубань В.С., Петров А.П., Рябиков В.С. Пожарная безопасность предприятий промышленности и агропромышленного комплекса М.: Стройиздат.- 1987.
6. Михайлюк О.П., Сирих В.М. Задачник Теоретичні основи пожежної профілактики технологічних процесів та апаратів.- Харків.- ХІПБ МВС України, 1998.- 119 с.
ПЛАН ЛЕКЦІЇ
Вступ 10 хв.
1. Апарати з відкритою поверхнею випаровування. 30 хв.
2. Апарати з дихальними пристроями. 30 хв.
Висновки 5 хв.
Завдання на самопідготовку 5 хв.
Вступ
Після оцінки пожежо- і вибухонебезпеки середовища усередині технологічного обладнання необхідно встановити, при експлуатації яких апаратів можливий вихід горючих речовин назовні з утворенням горючого середовища.
Горючі гази, пари і рідини виходять з апаратів і трубопроводів у виробниче приміщення або на відкриті площадки не тільки при ушкодженнях та аваріях, але і при нормальній експлуатації апаратів, що мають свої конструктивні особливості. До таких апаратів відносяться апарати з відкритою поверхнею випаровування, апарати з дихальними пристроями, апарати періодичної дії та інші. Слід також зазначити, що невеличкі витікання відбуваються навіть із герметично закритих апаратів, що працюють під підвищеним тиском, через нещільності в прокладках, сальниках, зварних швах.
При експлуатації зазначених апаратів вибухонебезпечні суміші можуть утворюватися не тільки у місцях виходу парів та газів, але і у виробничих приміщеннях та на відкритих майданчиках. При цьому розміри пожежовибухонебезпечних зон визначаються властивостями речовин, що обертаються в технологічному процесі, кількістю їх, що може виходити назовні за певний відрізок часу, умовами викиду, розтікання та розсіювання у навколишньому середовищі.
Апарати з відкритою поверхнею випаровування
На практиці з таким випаровуванням зустрічаються у тому випадку, якщо рідина розлилась на підлозі, а також при зберіганні рідин у відкритих резервуарах, при фарбуванні виробів, просочуванні тканин і паперу розчиненими смолами, промиванні та сушінні деталей розчинниками тощо.
Пожежна небезпека апаратів із відкритою поверхнею випаровування рідини
Кількість горючої рідини, що випаровується із відкритої поверхні випаровування буде залежати від її фізичних властивостей, температурних умов випаровування, площі поверхні випаровування, часу випаровування а також рухомості повітря.
Горюча концентрація пароповітряної суміші над відкритою поверхнею утворюється, якщо виконується умова (1.1.) для пожежонебезпечних рідин або умова (1.2) для всіх класів горючих речовин (газів, рідин, пилу та волокон).
, (1.1)
де 
- робоча температура рідини , оС;
- температура спалаху рідини, оС.
, (1.2)
де 
- нижня концентраційна межа поширення полум'я, %;
- фактична (робоча) концентрація горючої речовини, %.
Для практичного використання цієї умови числове значення 
визначають за проектом або технологічним регламентом, а - за довідником або розрахунками.
При визначенні пожежної небезпеки велике значення має вид випаровування рідини. Розрізняють випаровування у нерухоме та рухоме середовище.
При випаровуванні в нерухоме середовище (молекулярна дифузія) розсіювання парів ускладнено, створюються більш благосприятливі умови для накопичення парів у місць їх виділення з утворенням місцевих пожежонебезпечних концентрацій. Практичний інтерес викликає закон розподілу концентрації пари по висоті над поверхнею рідини в залежності від температури та тривалості випаровування, можливих розмірів зон вибухонебезпеки та кількості рідини, що випаровується.
Над відкритою поверхнею випаровування рідини закон зміни концентрації пари (по висоті) можна зобразити параболою n-го порядку (рис.1.1).
Концентрація пари змінюється від насиченої концентрації
(біля поверхні рідини) до 0 (на деякій відстані від неї). Ця відстань у кожному окремому випадку буде визначатися властивостями рідини та тривалістю випаровування. Якщо початок координатної сітки сполучити з точкою, де концентрація парів дорівнює нолю, тобто 
=0, тоді 
, де y - координата точки, у якій визначається концентрація пари; a – стала, що визначається з граничної умови 
.При 
- закон розподілу концентрації пари по висоті буде мати вигляд:
, (1.3)
де n - показник ступеня кривої зміни концентрації парів. Для нафти та нафтопродуктів, при випаровуванні в умовах молекулярної дифузії близький до 2 (аналогічна закономірність приймається і для інших рідин).
Рис. 1.1. Зміна концентрації пари по вертикалі при випаровуванні рідини у нерухоме середовище.
Провівши певні розрахунки одержимо висоту небезпечної зони- 
над поверхнею рідини:
, [м]; (1.4)
де Dt - коефіцієнт дифузії пари рідини в повітрі за нормальних умов, 
;
- тривалість випаровування, с;
- концентрація насичених парів, об. частки.
Кількість рідини, що випаровується з відкритої 
поверхні у нерухоме середовище за будь-який відрізок часу визначається за формулою
[кг]; (1.5)
де 
- маса рідини, що випаровується з відкритої поверхні в нерухоме середовище, кг;
- густина пари рідини при робочій температурі, 
;
- площа поверхні випаровування, 
;
- коефіцієнт дифузії пари за робочою температурою, .
Величину коефіцієнта дифузії пари або газу в повітря при робочій температурі можна визначити за формулою
, (1.6)
де 
- значення коефіцієнта дифузії за нормальних умов (То=273K, Ро=1.105 Па)), , наведені в довідковій літературі;
n - показник ступеня, що залежить від фізико-хімічних властивостей речовини, знаходимо у довідковій літературі.
Характер випаровування у рухоме середовище (конвективна дифузія) істотно відрізняється від випаровування в нерухоме середовище (молекулярна дифузія). При конвективній дифузії маса переходить із однієї фази в іншу не тільки внаслідок молекулярного руху, але і в результаті руху повітря, а також більш інтенсивного теплообміну. За рахунок цього збільшується кількість рідини, що випаровується. У цьому випадку над поверхнею рідини утворюється невеликий приграничний прошарок із насиченою концентрацією пари, потім відбувається різкий перепад концентрації. В прошарках, що знаходяться вище приграничного прошарка (внаслідок інтенсивного перемішування середовища при рухові), концентрація пари буде приблизно однаковою.
Кількість рідини , що випаровується у рухоме середовище mв час t
, [кг] , (1.7)
де 
- коефіцієнт, що залежить від температури та швидкості руху повітря (довідкові дані);
- площа поверхні випаровування, ;
М – молекулярна маса рідини, кг/кмоль;
Рs – тиск насичених парів за температури випаровування рідини, Па;
- час випаровування, с.