CC BY
26
ПОЖАРОВЗРЫВОЕЕЗОПАСНОСТЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
Слушатель Тольяттинского военного технического института
В. Н.Злодеев
УДК 614.841
ПОЖАРНАЯ ОПАСНОСТЬ ПРЕДРЕМОНТНОЙ ПОДГОТОВКИ РЕЗЕРВУАРОВ. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ СПОСОБОВ ОЧИСТКИ РЕЗЕРВУАРОВ
Описывается принцип очистки поверхности резервуаров твердым диоксидом углерода гранулированным. Достоинство способа заключается в том, что при контакте гранул с поверхностью происходит микровзрыв, который приводит к эффекту термошока в слое отложений, что повышает качество очистки. Кроме того, в процессе сублимации гранул происходит образование негорючей газовой среды диоксида углерода, что повышает пожарную безопасность проводимых работ.
Нефтяной комплекс оказывает большое влияние на экономическое развитие России. Нефть является одним из важнейших видов энергоресурсов. Для хранения нефти и продуктов, полученных в результате ее переработки, используются резервуары. В России наибольшее распространение получили наземные стальные вертикальные резервуары типа РВС со стационарной крышей. В целях снижения потерь от испарения нефти и нефтепродуктов созданы резервуары с понтонами и плавающими крышами. Объемы таких резервуаров колеблются от 100 до 100000 м3.
Анализ статистических данных показывает, что проблема пожарной безопасности данных объектов остается весьма актуальной. Тем более, что в связи с интенсивным ростом производств увеличилось количество резервуаров, требующих ремонта или замены.
Наиболее пожаровзрывоопасными операциями эксплуатации резервуаров являются предремонт-ная подготовка и проведение огневых работ. Статистика пожаров свидетельствует, что треть их связана с указанными технологическими операциями. При этом 29% пожаров происходит при очистке резервуаров, 50% — при выполнении огневых работ после выполнения очистки, 21% пожаров связан с нарушением требований пожарной безопасности и выполнением огневых работ без предварительной очистки. Традиционная технология подготовки к ремонту и реконструкции резервуаров предполагает широкое использование тяжелого физического
труда во вредных и пожароопасных условиях. Вероятность воздействия опасных факторов пожара при очистке резервуаров в 100-200 раз превосходит нормативный уровень. Данная статистика свидетельствует о несовершенстве наиболее распространенных технологий очистки поверхности резервуаров.
Для снижения уровня пожарной опасности при проведении ремонтных работ предлагается применение способа очистки поверхности резервуаров твердым диоксидом углерода гранулированным. Его принцип заключается в следующем: из термоизолированного бункера при помощи мощного потока несущего газа, в качестве которого возможно использование диоксида углерода, гранулы посредством шланга высокого давления стремительно перемещаются в специальное операционное устройство. В наконечнике (сопле) пистолета данные гранулы получают дополнительное динамическое ускорение и, разогнавшись до скорости 300 м/с, “выстреливаются” на очищаемую поверхность. Соударяясь с обрабатываемой поверхностью, гранулы отделяют от нее все фрагменты загрязнения или какой-либо ранее нанесенной композиции. При этом сразу же после точечного контакта отработанные гранулы сублимируются — мгновенно без остатка превращаются в газообразное состояние.
Этот процесс идентичен очистке другими абразивами, в которых вещества ускоряются в струе газа-носителя для воздействия на очищаемую или подготавливаемую поверхность. В случае применения очистки гранулами диоксида углерода они
□
Частицы
Поверхность
* *
Рис. 1. Термический шок вызывает микротрещины в удаляемом покрытии
Рис. 2. Расширение СО2 и кинетическая энергия гранул сбивают и удаляют частицы снимаемого покрытия
выступают в роли вещества, воздействующего на поверхность. Уникальный аспект использования метода очистки твердым диоксидом углерода — сублимация (испарение) гранул диоксида углерода при соударении с поверхностью. Быстрый теплообмен между гранулами и поверхностью и рассеяние энергии при воздействии вызывают сублимацию диоксида углерода в газ. По объему газовая фаза диоксида углерода превосходит твердую примерно в 700 раз, поэтому сублимация за несколько миллисекунд вызывает микровзрыв в точке воздействия.
Как и в других процессах, кинетическая энергия, ассоциирующаяся с очисткой гранулами диоксида углерода, является функцией плотности, массы и скорости частиц. Так как гранулы СО2 относительно нетвердые, процесс базируется на больших скоростях для достижения необходимой энергии воздействия.
В отличие от других веществ частицы имеют очень низкую температуру-78°С. Такая температура частиц позволяет процессу очистки гранулами диоксида углерода использовать термодинамический механизм, воздействующий на разные счищаемые вещества в большей или меньшей степени. Из-за разности температур гранул диоксида углерода и поверхности происходит феномен термического шока. Поскольку все природные и искусственные материалы обладают различными коэффициентами температурного расширения, в условиях стремительного перепада температур это приводит к снижению адгезии между загрязнением и поверх-
Рис. 3. Воздействие на покрытие и очищаемую от него поверхность при очистке: а — диоксидом углерода гранулированным; б — абразивными материалами (песок, пластик, стекло и т.д.)
ностью. Происходит их расслоение. С понижением температуры материал становится хрупким, гранулы диоксида углерода сбивают его с поверхности. Температурный градиент (или разница температур) служит более легкому преодолению связующей силы между разными материалами.
Для дальнейшего разрушения отслоившегося загрязнения требуется дополнительное сосредоточенное механическое воздействие на его структуру Кинетическая энергия гранул, или энергия их движения, обеспечивает этот процесс.
Даже при больших скоростях воздействия и прямом угле направления струи кинетический эффект твердых частиц сухого льда минимален по сравнению с другими материалами (песок, пластик, стекло и т.д.) из-за относительной мягкости и практически мгновенной сублимации.
Сублимация диоксида углерода не создает необходимости последующей уборки чистящего вещества. Процедура хранения и сбора чистящего вещества также упрощена.
Термический стресс, вызванный разностью температур, может быть оценен при помощи следующего выражения:
а у = (АГВа)/(1 -ф), где ау — стресс, кг/см2;
АТ — снижение температуры, °С;
Е — кинетическая энергия, Дж; а — коэффициент расширения; ф — коэффициент Пуассона.
Подставляя соответствующие параметры, получаем величину термического стресса:
ау = 224АТ
Снижение температуры составляет 57,22°С. Такое его значение создает небольшой стресс — 4,69 кг/см2. Даже если температура формы упадет до температуры сухого льда (что, в принципе, невозможно), снижение температуры с 176,67 до -78,33°С составит 255°С, термический стресс соответственно 15,93 кг/см2, что меньше предела деформации твердой формы металла. Опять же, термический стресс будет гораздо меньше того, что возникает при обычном рабочем цикле, в котором изменение температуры превосходит 260°С.
В отличие от песка, пластиковых гранул и других материалов гранулированный диоксид углерода является безабразивным материалом. Чистка гранулированным диоксидом углерода (рис. 3, а) не приводит к износу мягких частей и покрытий по сравнению с абразивными материалами (рис. 3, б).
Преимуществами данного способа очистки являются:
• отсутствие износа мягких частей и покрытий при очистке;
• исключение вероятности повреждения электропроводки;
• многократное снижение возможности образования коррозии после очистки;
• исключение опасности воспламенения или взрыва газовой смеси при очистке внутренней поверхности резервуара;
• отсутствие “режущего” эффекта струи;
• повышение качества очистки, интенсификации процесса;
• сокращение времени и доли тяжелого ручного труда.
Таким образом, способ очистки поверхности резервуаров твердым диоксидом углерода гранулированным является наиболее эффективным по сравнению с существующими способами очистки, позволяет значительно снизить пожарную опасность при проведении аварийно-ремонтных работ, уменьшить экономические затраты, негативное воздействие на окружающую природу и людей.
Поступила в редакцию 16.06.08.
ИШШіДШТіОДШП
А.В. Дол го вид 08, В.В, Теребнев
СТОМАТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ
.... |1Г" ИШШНи
и пособии рассматриваю'си вопросы, шпэаннВе с I рсбсиикиями
к ус;■ лнонк^м гшршшкпнш о пожарит уш^нин И ИХ КОД 1£Ш ЛАЮЩИМ-
модулчм Приемлемы основные |1тны уС1ШЮЕ10х, их особенности, основные нранчпа проемироизиня, требования при приемке в Зкшшултаинм.
Пособие предназначена дня раэрабомикои и иагоюии гсией мо дупейн лроекчиропициизр УСТАНОВОК рО^ШкВюго мпклршуШСНИП, нурсашои и слушателей учебны* заведений пожарном гвхннчосВВа го профиля, □ также слецизлистоп в области гюжзрной без&пас-йснли,
І ПРОІИїОНОЯАГЧіЯ ідиіиіа И ТЇШІ НИЕ ПОЖАРОВ
