Оценка пожарной опасности процесса производства полиэтилена методом низкого давления

    Для ориентировочного определения утечки паров и газов  на работающих под  давлением герметичных аппаратов можно воспользоваться формулой Н.Н. Репина:

    == 0,033 кг/час

    Где  G-количество паров и газов, выходящих из аппарата кг/час;

            К- коэффициент, учитывающий степень  износа  производственного оборудования, принимается в пределах от 1 до 2;

             С= 0,174 - коэффициент, зависящий от давления паров или газов в аппарате (табл.2.5)

             V –внутренний (свободный) объем аппарата, м³;

             М- молекулярный вес газов или паров, находящихся под давлением в аппарате;

            - температура паров или газов, находящихся под давлением, °К

    Утечки  из нормально герметизированных аппаратов, работающих под давлением, происходят хотя и непрерывно, но обычно не вызывают реальной пожарной опасности, так как выходящие наружу маленькие струйки газа или пара чаще всего рассредоточены по поверхности аппарата и при наличии воздухообмена сразу же рассеиваются и отводятся от места их выделения.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    5. Анализ причин  повреждения аппаратов  и трубопроводов, 

    разработка  необходимых средств  защиты

    Аппараты  и трубопроводы могут повреждаться по следующим причинам:

• от образования повышенного давления;
• от проявления динамических воздействий;
• от образования высоких температурных напряжений в материале стенок или от изменения прочностных свойств материала в результате воздействия высоких и низких температур;
• от коррозии материала стенок или эрозии (механического истирания стенок).

    Все вышеперечисленные причины рассматриваем для каждого аппарата своего варианта задания.

Образование повышенного давления в аппаратах.

    Повышение давления в полимеризаторе может быть в результате нарушения температурного режима, подачи этилена под большим давлением, попадания влаги, переполнения аппарата жидкостью, неисправности защитных и контрольно-измерительных приборов, образования полимерных пробок в трубопроводах.

    Опасным случаем в эксплуатации полимеризатора является переполнение его жидкостью. При этом жидкость попадет в газовые линии, образует в них пробки и увеличит сопротивление прохождению этилена. Давление в системе повысится. Повышение уровня жидкости в полимеризаторе может быть при отсутствии необходимого контроля за подачей растворителя и сливом суспензии, при образовании пробок полимера в трубах, отводящих суспензию.

    Избыточное тепло полимеризации отводится из зоны реакции циркулирующим этиленом. Полимеризаторы рассчитаны на скорость полимеризации этилена с выходом не менее 35 кг полимера с 1 м³ аппарата в час. Реакция полимеризации сопровождается выделением большого   количества   тепла.

    Если  выделяющееся тепло своевременно не отводить, температура, а следовательно, и давление в аппарате будут повышаться. Повышение температуры вызовет увеличение скорости реакции полимеризации, а следовательно, еще более интенсивное выделение теплоты. Такое нарастание опасности может быть в результате нарушения нормального процесса охлаждения этилена в холодильнике при уменьшении количества подаваемой холодной воды или при сильном загрязнении теплообменной поверхности трубок отложениями, а также при уменьшении количества циркулирующего в системе этилена. Нарушение циркуляции этилена может быть при неисправностях газодувки (на приведенной технологической схеме газодувка циркуляционной системы этилена не показана), а также при образовании пробок в линиях в результате отложений частичек полимера. Особенно опасно полное прекращение  циркуляции   этилена.

    Скорость  химической реакции полимеризации, а следовательно, и количество выделяющегося в единицу времени тепла может возрасти при подаче в аппарат катализаторного комплекса   концентрацией   более   0,2%.

    Очень опасно попадание влаги в полимеризатор. При этом вода взаимодействует с катализатором и сокатализатором, выделяются газообразные продукты разложения и значительное количество теплоты. Вода может попасть в аппарат со свежим этиленом при некачественной его очистке и с циркулирующим этиленом при неисправности теплообменной поверхности   водяного   холодильника.

    Определяем  давление в герметичном аппарате с газами или перегретыми парами при повышении температуры по формуле:

 

где Р_н - начальное давление в аппарате, Па;

 Т_н, Т_к - соответственно начальная и конечная температура газа, К;

Z=0,92 - коэффициент сжимаемости газа(рис.4.7).

          Для исключения указанных  видов опасности необходимо строго следить за соблюдением температурного режима полимеризации. Для этого полимеризатор имеет в разных точках по высоте термопары с показывающими и записывающими потенциометрами, а самое главное, чтобы все эти приборы были соединены со вторичными приборами-регуляторами, которые при повышении температуры в каком-либо месте полимеризатора автоматически увеличивают подачу воды в холодильник-конденсатор. 

    В холодильнике-конденсаторе могут происходить явления которые приводят к нарушению нормального процесса конденсации паров. Такие явления могут происходить в результате нарушения нормального процесса охлаждения этилена в холодильнике при уменьшении количества подаваемой холодной воды или при сильном загрязнении теплообменной поверхности трубок отложениями, а также при уменьшении количества циркулирующего в системе этилена. Нарушение циркуляции этилена может быть при неисправностях газодувки (на приведенной технологической схеме газодувка циркуляционной системы этилена не показана), а также при образовании пробок в линиях в результате отложений частичек полимера. Особенно опасно полное прекращение  циркуляции   этилена.

Конечное  давление в аппарате определяем из выражения:

Р_к=Р_р + DР= 380000+138,3=380138 Па

где Р_р - рабочее давление в аппарате, Па;

     DР - приращение давления в системе, Па.

      Приращение  давления DР в аппаратах при нарушении нормального процесса конденсации паров определяют по формуле:

 

 

где а - степень неполноты конденсации паров, %;

%;

      G_п - производительность аппарата по пару, кг/с;

      t - продолжительность процесса нарушения конденсации паров, с;

      Р₀ = 1´ 10⁵ Па - давление окружающей среды;

      V_св - свободный объем системы, м³;

      - удельный вес пара, кг/ м³.

Образование динамических воздействий  в аппаратах

    Воздействию гидравлических ударов чаще всего подвержены  трубопроводы  и насосы. Гидравлические удары могут возникнуть в результате быстрого закрывания или открывания вентилей на трубопроводах, при больших пульсациях подаваемой насосами жидкости, при резком изменении давлении на каком-либо из участков трубопровода.

    Приращение  давления в трубопроводе при гидравлическом ударе определяют по формуле Н.Е. Жуковского:

где с – скорость распространения  ударной волны:

где -удельная плотность жидкости  = 780 кг/м ;

  d - внутренний диаметр трубы, d = 0,047 м;  d

Е – модуль упругости  материала трубы, Е =2,1 10⁶ 10⁴Па(для стальных труб) ;

- модуль упругости жидкости, =1340 мПа

  s – толщина стенки трубы, s =0,003 м;

Dw - уменьшение скорости движения жидкости в трубопроводе, м/с.

где w_нач - начальная скорость движения продукта в трубопроводе, м/с;

w_кон- конечная скорость движения продукта в трубопровод, м (часто w_кон =0).

    Вибрации  трубопроводов.

    Вибрация  наблюдается у трубопроводов, находящихся под давлением, и недостаточно хорошо закрепленных, у аппаратов, соединенных с поршневыми насосами и компрессорами. Наблюдается вибрация у недостаточно закрепленных  наружных аппаратов и от воздействия ветра.

    Наибольшая  опасность от вибрации возникает  в том случае, когда число  колебаний возмущающей силы по своему значению будет приближаться к числу собственных колебаний системы или отличаться от него в целое число раз. При этом наблюдается  так называемое явление резонанса.

    Меры  борьбы с вибрациями- устранение или  уменьшение действия возмущающих сил. Практически это достигается уменьшением пульсации при работе насосов (замена поршневых насосов центробежными, установка «воздушных»  колпаков и т.п.), гашением  колебаний путем  применения различного рода прокладок, и тому подобных устройств, а также прочным креплением трубопроводов и аппаратов, подверженных вибрации.  

Образование температурных напряжений или уменьшение прочностных  свойств материала  стенок аппарата

      В аппаратах, где протекают  процессы теплообмена, могут наблюдаться такие случаи, когда некоторые конструктивные элементы, жестко заделанные по концам, в процессе эксплуатации имеют  неодинаковую температуру. Это относится к кожухотрубчатым  теплообменникам, которые имеются в данном технологическом процессе.

    Силу, возникающую между жестко соединенными частями аппарата, за счет температурных напряжений  можно определить по формуле:

  ,

     Где - коэффициенты линейного расширения для материала корпуса и труб, при соответствующих температурах, 1/град (для стальных труб принимаются равным 0,000012);

- расчетные температуры  корпуса и труб, град;

- модули упругости  для материала  корпуса и труб  при соответствующих  им температурах, мПа;(для стальных труб составляет 21000 мПа)

           ,- площадь поперечного сечения  корпуса и труб, см².

    Кроме силы , на жестко соединенные части аппарата  действует сила Р, вызванная давлением среды в межтрубном и трубном пространствах, т.е.

     ,

           Где D – расчетный диаметр трубной решетки, м;

           d- средний диаметр трубки, м;

           z- число трубок;

                    - давление среды соответственно  в межтрубном и трубном пространствах, мПа.

    Теплообменные аппараты с жестким соединением  корпуса  нельзя эксплуатировать  когда  
 

           где- напряжения максимальные в материале корпуса и трубок, мПа;