Взрывопредупреждение, взрывозащита, предотвращение пожаров и пожарная защита
Технические мероприятия по предупреждению взрывов и пожаров и защите персонала и материальных ценностей от опасных и вредных факторов взрыва и пожара довольно разнообразны и специфичны для разных технологических процессов, поэтому следует ограничиться только их классификацией в соответствии с ГОСТ 12.1.010-76 и Техническим регламентом о требованиях пожарной безопасности.
В практике разработки мероприятий по обеспечению пожаровзрывобезопасности производства нашла распространение простая систематизация мероприятий технического характера на три группы: 1) предотвращение образования взрывоопасной среды; 2) исключение возникновения источников воспламенения; 3) локализация взрывов. Согласно ГОСТ 12.1.010-76, первые две группы мероприятий относятся к взрывопредупреждению, третья — к взрывозащите. Мероприятия первой группы наиболее эффективно обеспечивают взрывобезопасность. Однако в ряде технологических процессов (например, при пересыпании горючих порошков) взрывоопасная среда образуется при нормальном течении процесса или может возникнуть в результате аварий. В этом случае необходимо исключение источников, способных вызвать воспламенение взрывоопасных смесей. Если же существует вероятность возникновения аварий, сопровождающихся одновременным образованием взрывоопасной среды и источников воспламенения, предусматриваются ограничение распространения взрыва, уменьшение массы материала, вовлекаемого во взрыв, и снижение разрушительных последствий взрыва.
Согласно Техническому регламенту о требованиях пожарной безопасности взрывом называется быстрое химическое превращение среды, сопровождающееся выделением энергии и образованием сжатых газов. Взрывоопасная смесь — это смесь воздуха или окислителя с горючими газами, парами ЛВЖ, горючими пылями или волокнами, которая при определенной концентрации и возникновении источника инициирования взрыва способна взорваться. При этом источниками инициирования взрыва могут быть горящие и накаленные тела, электрические разряды, тепловые проявления химических реакций и механических воздействий, искры от удара и трения, ударные волны, солнечная радиация, электромагнитные и другие излучения.
Системы предотвращения образования взрывоопасной среды в воздухе помещений должны предупреждать превышение безопасных концентраций горючих материалов, установленных на основании определения нижнего концентрационного предела распространения пламени с учетом коэффициентов безопасности. Это достигается контролем состава среды, применением герметичного оборудования (или расположением его в герметичных камерах), применением рабочей и аварийной вентиляции, отводом взрывоопасной среды.
При осуществлении указанных мероприятий используются блокировки разных типов (например, сигнал с газоанализатора, контролирующего состав среды, передается на устройства, обеспечивающие включение световой и звуковой сигнализаций и автоматическое включение аварийной вентиляции). Производственное оборудование и трубопроводы испытываются на герметичность при нормированном давлении воздуха или инертного газа. Помимо механической вентиляции предусматриваются специальные устройства для отвода взрывоопасной среды (например, свечи для отвода водорода из верхних зон помещения, где возможно его скопление). Предусматривается размещение мест отбора проб для газового анализа в наиболее опасных зонах выделения взрывоопасных материалов или их скопления в воздухе помещения.
Взрывобезопасные составы среды внутри технологического оборудования устанавливаются нормативно-технологической документацией на каждый конкретный технологический процесс.
Предотвращение образования взрывоопасной среды внутри оборудования обеспечивается герметизацией, поддержанием состава среды вне области воспламенения, применением ингибирующих (химически активных) и флегматизирующих (инертных) добавок, выбором скоростных режимов движения среды. Для исключения подсоса воздуха в оборудование помимо герметизации создают повышенное давление в самом оборудовании или герметичных камерах, в которых оно заключено, если в них создается защитная атмосфера. Перед пуском в оборудование горючих газов или разгерметизацией оборудования предусматривается его продувка инертным газом. В оборудовании, работающем в токе горючих газов (например, в случае печей водородного восстановления порошковых материалов), предусматривается дожигание отходящих газов. Поддержание среды вне области воспламенения контролируется специальными приборами; предусматривается блокировка работы оборудования при выходе состава среды за пределы допустимых концентраций горючего или окислителя.
Широко распространено использование флегматизирующих газов для создания взрывобезопасных и защитных сред. Для флегматизации горючих газов или создания защитных атмосфер в емкостях с ЛВЖ чаще всего используют азот и диоксид углерода. Их концентрация поддерживается выше точки флегматизации с учетом коэффициента безопасности. При выборе состава защитных атмосфер в технологических процессах, связанных с приготовлением или переработкой порошков металлов и сплавов, следует учитывать, что некоторые из них способны гореть в азоте и диоксиде углерода, в этом случае применяются аргон или гелий. Как правило, при разработке состава защитных атмосфер в оборудовании, в котором обращаются порошки металлов, предусматривают наличие в среде небольших взрывобезопасных концентраций кислорода, чтобы обеспечить образование защитных пленок на поверхностях, образующихся при измельчении частиц, и предотвратить самовоспламенение материала при выгрузке из оборудования.
Предотвращение образования источника воспламенения обеспечивается регламентацией огневых работ, ограничением нагрева оборудования и мощности излучения, применением материалов, не создающих при ударе искр, средств защиты от атмосферного и статического электричества, быстродействующих средств защитного отключения возможных источников инициирования взрыва, устранением опасных тепловых проявлений химических реакций и механических воздействий.
Применение безискровых материалов необходимо не только для покрытия поверхностей оборудования и движущихся его элементов, но и инструмента и крепежных деталей. Следует учитывать, что некоторые кусковые материалы, при измельчении которых образуется взрывоопасный порошок, являются источниками искрения (например, кремнийсодержащие сплавы); при работе с ними обязательно создание защитной газовой среды.
В последние годы увеличилось число случаев инициирования загораний и взрывов в результате разрядов статического электричества, что связано с расширением производства и транспортировки материалов с высоким удельным сопротивлением. Отмечены случаи воспламенения по этой причине масла и смазочных материалов, аэровзвесей в пневмопроводах пылевидных материалов. В результате трения материалов с ограниченной электропроводностью могут накапливаться заряды статического электричества с потенциалом в несколько сотен киловольт (пробивная напряженность для воздуха составляет 30 кВ/см).
Требования к взрывозащите устанавливаются в нормативно-технической документации на конкретные технологические процессы и при проектировании оборудования. Взрывозащита обеспечивается установлением минимально необходимых количеств взрывоопасных веществ, применяемых в данном технологическом процессе, обваловкой или бункеровкой взрывоопасных участков производства или размещением их в защитных кабинах, применением огнепреградителей, гидрозатворов, водяных или сланцевых завес, применением оборудования, рассчитанного на давление взрыва, защитой аппаратов от разрушения при взрыве с помощью устройств аварийного сброса давления (предохранительных мембран и клапанов), применением быстродействующих отсечных и обратных клапанов, систем активного подавления взрыва.
Наиболее распространенным методом взрывозащиты оборудования являются взрыворазрядительные проемы в корпусе оборудования, закрываемые разрушающимися мембранами. Площадь проема и толщину мембраны рассчитывают в зависимости от механических характеристик используемого для ее изготовления материала. Одним из основных параметров, применяемых при расчете, является скорость нарастания давления в оборудовании.
Активное подавление взрывов достигается использованием специальных быстродействующих систем, включающих датчики, регистрирующие возникновение взрывного процесса, средства транспортирования флегматизирующих материалов к месту взрыва и сами эти материалы (газообразные, твердые или жидкие). Подают флегматизатор обычно посредством пневматического или взрывного импульса. Для активного подавления горения и взрыва могут быть использованы вещества, подавляющие цепные реакции (способствующие выводу из зоны реакции радикалов или связывания их в менее подвижные соединения), например галоидоорганические соединения: хлорид или бромид метила, трихлорметан, дибромтетрафторэтан и др., подавляющие горение при невысоких концентрациях.
Для каждого процесса обычно используется целая группа организационных и технических мероприятий, направленных на обеспечение взрывобезопасности. Для обеспечения максимальной безопасности технологического процесса указанные мероприятия должны использоваться совместно и в соответствующем сочетании, поэтому перспективно использование методов системного анализа для выявления стадий технологического процесса, нуждающихся в применении средств взрывопредупреждения и взрывозащиты, и разработки схемы взаимосвязанных мероприятий по обеспечению взрывобезопасности.
Система мер по предотвращению пожара, так же как и система взрывопредупреждения, включает способы предотвращения образования горючей среды и источников зажигания, что обеспечивается в основном теми же мероприятиями, которые разрабатываются для предотвращения взрывов. Значительное внимание уделяется изоляции горючей среды с помощью обособленных отсеков, камер, кабин, а также ограничению массы горючих веществ и материалов путем устройства аварийного слива пожароопасных жидкостей и аварийного стравливания горючих газов из аппаратуры, периодической очистки помещений и аппаратуры от горючих отходов производства, замены ЛВЖ и ГЖ на пожаробезопасные смазывающие и моющие средства.
Противопожарная защита достигается одним из следующих способов или их комбинацией: применением средств пожаротушения и соответствующих видов пожарной техники, основных строительных материалов с нормативными показателями, автоматических установок пожарной сигнализации и пожаротушения, пропитки конструкций объектов антипиренами и нанесением огнезащитных красок, устройствами, обеспечивающими ограничение распространения пожара, организацией с помощью технических средств, включая автоматические, своевременного оповещения и эвакуации людей, применением средств коллективной и индивидуальной защиты от опасных факторов пожара, применением средств противодымной защиты.
Мероприятия по предотвращению пожаров и пожарной защите разрабатывают на стадии проектирования промышленных мероприятий. Вопросы пожарной профилактики, организационные и организационно-технические решения, обеспечение и обслуживание пожарной техники находятся в ведении пожарно-технических комиссий предприятий, служб пожарной охраны МЧС России и контролируются органами пожарного надзора.