Лекция 11. Системы противоаварийной защиты реакционной аппаратуры

11.1. Система противоаварийной защиты реакционной аппаратуры

Причинами, нарушающими нормальную работу реакци­онной аппаратуры, являются:

• изменения соотношений подаваемых реагентов или теплоносителей;

• возможность остановки перемешивающих устройств (мешалок, барботеров, насосов и др.);

• попадания в аппарат веществ или продуктов, не пре­дусмотренных регламентом, в результате ошибок обслужи­вающего персонала;

• нарушение герметизации системы аппарата и трубопроводов;

• неисправность приборов управления и систем противоаварийной защиты.

Для ликвидации аварийной ситуации применяют различ­ные системы автоматического действия, однако наибольшее применение имеют локальные устройства для сброса избы­точного давления и подачи в аппарат дефлегматора с целью затормаживания процесса и предупреждения взрыва.

На рис. 11.1. представлена такая система противоаварийной защиты реакционного аппарата, работающего со взрывопожароопасными веществами.

Объектом защиты могут быть один или несколько реакто­ров, для которых подбирают датчики согласно параметрам технологического режима и аварийной ситуации. В такой схе­ме импульс от датчиков передается к вторичному прибору (ВП), который усиливает и выдает команду на пульт управ­ления, имеющий связь с помощью пневматических, гидравли­ческих или электрических систем, соединенных с исполни­тельными механизмами РУ и УБ. Благодаря этой связи при аварийной ситуации производится автоматическое закрытие блокирующих клапанов и открытие баллонов с инертным га­зом или флегматизирующим веществом для подачи в реактор.

Блокирующие клапаны устанавливают на линиях подачи греющего пара, газа и других необходимых компонентов, ко­торые при аварийной ситуации не должны поступать в реак­ционную аппаратуру.

В некоторых системах защиты включены локальные неза­висимые противоаварийные устройства в виде взрывных мем­бран и предохранительных клапанов.

Главным элементом системы являются датчики давления, температуры и концентрации, которые установлены на аппа­ратах и определяют параметры аварийной ситуации. Подан­ный от них импульс через вторичные приборы на пульт уп­равления влечет за собой включение устройств для локализа­ции взрыва.

Система предупреждения взрывов вступает в действие ав­томатически при возникновении недопустимых температур,

Рис. 11.1. Система противоаварийной защиты реакционного аппа­рата:

1 — реакционный аппарат, 2 — баллоны с дефлегмирующим веществом, 3 — разрядное устройство, 4 — вторичный прибор для усиления импульса, 5 — пульт управления, 6 — устройство для автоматического включения блокирующих клапанов, 7 — пневматический клапан подачи газа, 8 — взрывная мем­брана

11.2. Система противоаварийной защиты выпарной станции

Процесс выпаривания растворов производится в выпарных аппаратах, которые могут работать под избыточным давле­нием или вакуумом.

Выпарные аппараты снабжают, как правило, трубчатыми нагревательными камерами или выносными кожухотрубчатыми кипятильниками для повышения циркуляции раствора и до­стижения высокой производительности.

Греющий пар поступает в межтрубное пространство и омы­вает трубки снаружи, а выпариваемый раствор циркулирует по трубам. Такая схема нагрева раствора позволяет избе­жать отложения солей на поверхностях нагрева, а в случае образования накипи можно проводить периодическую чистку. В целях достижения высокой экономии греющего пара вы­парные аппараты группируют так, чтобы вторичный пар пер­вого аппарата служил теплоносителем для нагрева раствора

во втором выпарном аппарате, а вторичный пар второго ап­парата — третьему аппарату и т. д. Общее количество корпусов выпарной станций может составлять до 7—8 выпарных аппаратов.

На рис. 11.2 изображена схема трехкорпусной выпарной станции с прямоточным движением раствора. Схема включа­ет приборы автоматического управления и противоаварийной защиты. Панель греющего пара имеет регуляторы давления, обеспечивающие постоянство режима испарения в первом ап­парате. Панель имеет предохранительный клапан и необходи­мую запорную арматуру.

Н
а выпарных аппаратах, работающих под избыточным давлением, установлены предохранительные взрывные мем­браны на случай возникновения давления пара с параметра­ми, превышающими рабочий режим.

Рис. 11.2 Типовая схема противоаварийной защиты выпарной станции: 1 — подогреватель раствора, 2,3,4 — выпарные аппараты, 5 — барометрический конденсатор, 5—сборник продукта, 7 — приборы, установленные на аппаратах, 8 — приборы, установленные на щите управления

Одним из важных элементов противоаварийной защиты является наличие уровнемеров, соединенных с автоматиче­скими регуляторами уровня раствора в аппарате.

В практике были случаи, когда в результате бесконтроль­ности за уровнем раствора в аппарате происходило «обнаже­ние» нагревательных труб в греющих камерах и разрушение вальцовки труб в решетках. Такая авария вызывает дли­тельный простой производства вследствие сложного ремонта и необходимости устранения дефектов.

11.3. Системы противоаварийной защиты сушильных установок

При сушке органических веществ в сушилках могут обра­зоваться взрывоопасные концентрации паров и пыли. Особен­но опасна пыль, осевшая на стенках сушилки, газопроводов и оборудования. Это объясняется тем, что пылевидные веще­ства, обладающие большой поверхностью, активно взаимо­действуют с кислородом воздуха. В результате этого возни­кают процессы окисления с выделением теплоты и самовоз­горание с появлением пламени.

Способность пыли к взрыву тем больше, чем меньше зна­чение нижнего предела воспламенения. При взрывах пылевых смесей с воздухом сгорают, как правило, газообразные про­дукты, а углеродистые остатки в виде почерневшей пыли не успевают сгорать. Если пыль способна выделять газооб­разные продукты в количествах, превышающих 10% ее мас­сы, то такая пылевоздушная смесь весьма опасна.

Во избежание воспламенения и взрыва в камере сушил­ки необходимо производить сушку при температуре на 50— 100°С ниже температуры самовоспламенения материала. Если по технологическим причинам снижение температуры не допускается, то процесс сушки ведут в присутствии инерт­ного газа, азота, углекислого газа, водяного пара.

В некоторых случаях достигаются безопасные условия сушки материала с помощью дымовых газов при содержании кислорода менее 5%.

В сушильных установках, где возможно загорание мате­риала при нарушениях температурного режима, необходимо предусматривать систему противоаварийного назначения.

На рис. 11.3 показана схема защиты ленточной сушилки 1 от пожара и взрыва. Она состоит из светильника 2, фотоэлектрического прибора 3, усилителя—преобразователя 4,элек­тромагнитного привода 5 и баллона с инертным газом 7. При появлении дыма от загорания материала световой луч передает импульс на фоторезистор, который связан с вторич­ным прибором 4, посылающим электрический ток на электромагнитный привод 5. Если стальная планка будет притянута к полюсам магнита, то клапан запорного органа б открывает­ся, и инертный газ (азот, углекислота или другие газы) из баллона получает свободный доступ в камеру сушилки.

Рис. 11.3. Система защиты сушилки от пожара и взрыва: .1— ленточная сушилка, 2 — источник света, 3 — фоторезистер, 4 — усилитель-преобразователь, 5 — задорный вентиль, 6 — электромагнитный привод, 7 — баллон с углекислотой

В случае остановки электродвигателя вентилятора в ка­мере может образоваться взрывная концентрация паровоз­душной смеси.

Для избежания взрыва необходимо применять систему защиты, контролирующую работу вентилятора. В случае его остановки должна срабатывать сигнализация для предупреж­дения обслуживающего персонала.

11.4. Система защиты перегонной установки

Перегонкой называют процесс разделения жидких смесей на составные компоненты путем выпаривания одного из них, который обладает большей легколетучестью при температуре кипения смеси. При этом, конденсируя пары легколетучего компонента, получают дистиллят, а в перегонном кубе — ос­таток.

Перегонные установки работают периодически под избы­точным давлением или вакуумом с целью понижения темпе­ратуры кипения смеси.

Для создания безопасных условий работы перегонных (дистилляционных) установок процесс перегонки ведут под вакуумом. В этом случае испарение растворов протекает при низких температурах, что устраняет опасность термиче­ского разложения кубового остатка при перегревах. Кроме того, при вакууме сокращается область взрывных концентра­ций многих горючих паров, а при так называемом критиче­ском давлении воспламенение продуктов становится вообще невозможным.

Вакуум исключает проникновение токсичных и взрыво­опасных паров из аппарата в атмосферу производственных помещений, что обеспечивает безопасную работу установки.

В некоторых случаях процесс дистилляции горючих ве­ществ ведут с применением водяного пара, что также снижа­ет опасность эксплуатации установок.

Несмотря на наличие большого числа приемов безопасно­го ведения процессов дистилляции, во многих производствах они остаются неэффективными вследствие снижения каче­ства продукции.

Рис. 11.4. Система противоаварийной защиты дистилляционной установки:

1 — баллоны с азотом, 2 — предохранительная мем­брана, 3 — азотопровод, 4, 9 — электромагнитные блокировочные клапаны, 5 — запорный вентиль, 6 — гидрозатвор, 7 — усилитель-преобразователь, 8~ термометр, 10 — манометр, 11 — дистилля­тор, 12 — конденсатор, 13 — сборник

Для обеспечения безопасной работы дистилляционных установок в каждом отдельном случае разрабатывают систе­му противоаварийной защиты. На рис. 11.4 представлена схема противоаварийной защиты дистилляционной установки для разгонки синтетических смол. В этой схеме для подавления взрыва применяются автоматические устройства, способные подать флегматизирующие вещества в зону горения за мини­мально короткое время. Для защиты дистилляционных уста­новок, где перерабатываются легковоспламеняющиеся веще­ства, широко применяют азот, водяной пар, углекислый газ. Баллоны с жидкой углекислотой 1 присоединяют с помощью трубок к коллектору 3, имеющему на одном конце предохра­нительную мембрану 2, а на другом запорный клапан с электромагнитным приводом 4. В качестве индикатора использу­ют контактный термометр 8, который посылает импульс на вторичный прибор 7 с целью усиления и выдачи команд на закрытие вентиля 9, подающего греющий пар в рубашку ап­парата 11 и открытие клапана 4 для подачи в аппарат угле­кислоты.

Для продувки аппарата перед загрузкой « создания за­щитной «подушки» над кубовым остатком в процессе разгрузки аппарата применяют гидрозатвор 6, через который пода­ют углекислоту из баллонов с помощью редуктора 5.

Согласно ГОСТ 944—57 применяют баллоны емкостью 40 л, в которых находится жидкая углекислота в количестве 75 кг. При испарении жидкой углекислоты из одного балло­на получают около 20 м³ газа, пригодного для систем проти­воаварийной защиты.