pracę, podręcznik
Daniel A.Crowl, Joseph F.Louvar pt.,
CHEMICAL PROCESS SAFETY. Fundamentals with applications.
i inne.
Lp.
Temat i treść wykładu
l. godz.
1.
Wprowadzenie. Statystyka wypadków. Omówienie wskaźników oceny ryzyka wypadków. Największe awarie chemiczne. Przyczyny i następstwa awarii. Niebezpieczne substancje chemiczne powstające podczas poważnych awarii przemysłowych.
1
2.
Pożary i wybuchy. Trójkąt pożarowy. Kategorie pożarów. Wybuchy. Kategorie wybuchów. Wybuchy pyłów. Modele wybuchów: Model Wybuchu TNT, Model Wybuchu Multienergetycznego. Przykłady obliczeniowe. Szacowane skutków fali uderzeniowej. Przykłady obliczeniowe. Energia eksplozji w wyniku gwałtownej ekspansji gazu. Szkody spowodowane rozerwaniem konstrukcji.
2
3.
Diagramy palności. Wyznaczanie LOC, OSFC, ISOC. Metody wyznaczania strefy palności. Temperatura zapłonu cieczy, par i gazów. Dolna i górna granica wybuchowości.
Elektryczność statyczna. Procesy akumulacji ładunku skutkujące niebezpiecznymi wyładowaniami elektrostatycznymi. Rodzaje wyładowań elektrostatycznych. Definicje: prąd strumieniowy, napięcie, opór, ładunek, pojemności. Energie wyładowań elektrostatycznych. Przykłady obliczeniowe. Termiczna stabilność związków chemicznych. Wskaźniki stabilności. Metody badania.
4.
Kalorymetria reakcyjna. Zasada działania. Sposoby rozwiązań technicznych oraz ich zalety i wady. Kalorymetryczna metoda wyznaczania parametrów procesowych wpływających na bezpieczeństwo procesowe, tj.: sumaryczny współczynnik przenikania ciepła oraz współczynnik wnikania ciepła po stronie mieszaniny reakcyjnej i cieczy termostatującej, ciepło właściwe, adiabatyczny wzrost temperatury, ciepło reakcji. Kalorymetryczna metoda wyznaczania mocy dostarczanej przez mieszadło. Powiększanie skali. Modele wybuchów cieplnych. Model Semenov’a. Model Frank-Kamenestkii’ego. Model Thomas’a.
5.
Podstawy toksykologii. Dawka substancji toksycznej a odpowiedź organizmu. Dawka efektywna, toksyczna, śmiertelna. Toksyczność względna. Funkcje probitowe. Szacowanie skutków wybuchów. Najwyższe Dopuszczalne Stężenie (NDS), Najwyższe Dopuszczalne Stężenia Chwilowe (NDSCh), Najwyższe Dopuszczalne Stężenia Pułapowe (NDSP).
Zapobieganie wybuchom i pożarom. Praca w atmosferze ochronnej. Oczyszczanie próżniowe (ang. Vacuum purging). Oczyszczanie nawiewne (ang. Pressure purging). Oczyszczanie kombinowane próżniowo-nawiewne (ang. Combined pressure-vacuum purging). Oczyszczanie próżniowe i nawiewne zanieczyszczonym azotem (ang. Vacuum and pressure purging with impure nitrogen). Oczyszczanie wymywające (ang. Sweep-through purging). Oczyszczanie syfonowe (ang. Siphon purging). Wentylacja. Wykorzystanie diagramów palności. Kontrolowanie elektryczności statycznej. Systemy zraszające.
6.
Urządzenia nadmiarowe ciśnieniowe. Zasada działania: Sprężynowy zawór bezpieczeństwa (ang. Spring-Loaded Pressure Relief Valve; ang. Balanced Bellows Safety Valve), Membrana bezpieczeństwa (ang. Rupture Disc), Trzpień wyboczeniowy (ang. Buckling Pin), Impulsowy zawór bezpieczeństwa (ang. Pilot-Operated Safety Valve), Inne rozwiązania mechaniczne. Lokalizacja zaworów bezpieczeństwa. Scenariusze rozwoju sytuacji. Zalecenia odnośnie stosowania zaworów bezpieczeństwa.
7.
Zasada doboru zaworów bezpieczeństwa dla cieczy, par i gazów oraz dla przypływu dwufazowego. Obliczenia zaworów bezpieczeństwa. Postępowanie z gazami odlotowymi. Układ unieszkodliwiania. Sposoby upustu strumienia pochodzącego z deflagracji pyłów oraz par i gazów.
3
Zapobieganie pożarom i wybuchom
Urządzeniami służącymi do zapobiegania wzrostowi ciśnienia wewnętrznego ponad wyznaczony poziom są zawory bezpieczeństwa /odciążnikowe/ (ang. pressure relief valve PRV ). Jeżeli zbiornik zawiera pewną objętość cieczy, to ciecz ta będzie absorbować ciepło przez ściany zbiornika, gdy będzie on wystawiony na oddziaływanie spalania zewnętrznego i ciśnienie wzrośnie, a gdy przekroczy dopuszczalne nastawiona na zaworze to zawór się otworzy chroniąc zbiornik przed rozerwaniem. Dla ochrony przed pożarem / ang.fire protection/ rozważa się cztery przypadki napełnienia zbiornika
Materiały piroforyczne samozapalne w kontakcie z powietrzem reagują również gwałtownie z wodą. Przykładem są alkyl glinowy i litowy rozpuszczalne w rozpuszczalnikach węglowodorowych, jak heksan lub heptan a także metale alkaliczne przechowywane zwykle pod węglowodorami. Potencjalna możliwość katastrofy jest duża. Niewielki nawet wyciek do atmosfery połączony jest z zapłonem. Wysoka temperatura i ciepło spalania powodują topienie uszczelek i pakunku zaworów i zwiększenie pożaru, aż do ogólnego wybuchu i zniszczenia zbiornika procesowego.
Zbiornik powinien być wyposażony w zawór ognioodporny, standardowe uszczelki z elastomerów topnieją i są przepuszczalne w warunkach pożaru. Uszczelki grafitowe bez dodatków płaskie lub spiralne nie topią się podczas ognia. Urządzenia podające muszą być wykonane z materiałów o wysokiej temperaturze topnienia, jak stal węglowa (1520 oC) to samo zawory bezpieczeństwa i elementy wyposażenia i połączeń. Zbiornik wykonany z odpornego materiału powinien pozwalać na inspekcję wewnętrzną i zewnętrzną z minimalną liczbą i rozmiarami odlotów i zwilżanych połączeń. Montaż od góry wnętrza, inspekcje, rury zanurzeniowe i otwory przelotowe instrumentów pomiarowych, co redukuje wycieki dolne. Odpowiednie wyposażenie wnętrza zbiornika tak by unikać jego mycia, podpory na posadce z materiału ognioodpornego. Pompy z odpowiednim podwójnym uszczelnieniem i ciśnieniowym lub ze sprzęgłem magnetycznym bez możliwości wrzenia i rozkładu substancji w pompie. Orurowanie zewnętrze jest potencjalnym źródłem wycieków stąd preferowane połączenia spawane z ograniczeniem połączeń kołnierzowych, unikanie naprężeń na drodze przepływu, instalacja wyposażona w system do przepłukiwania gazem obojętnym, odpowiedni projekt bezpiecznego drenażu.
W wielu technologiach używany jest azot, lecz bezpieczeństwo wymaga by miał on odpowiedni stopień czystości. Zawartość maksymalna tlenu dla zapobieżenia zapłonowi związków chemicznych określana jest przez wiele instytucji. Czystość azotu PN (%) dla zapewnienia bezpieczeństwa w środowisku inertnym związków organicznych określa wyrażenie
PN = 100 – (L.n0)/sf (1)
gdzie: L dolna granica palności związku (minimum stężenia oparów lub gazu w powietrzu
poniżej którego nie nastąpi zapłon w kontakcie ze źródłem zapłonu), n0 liczba moli tlenu
wymagana do całkowitego spalenia odpowiedniej liczby moli związku, sf współczynnik
bezpieczeństwa
Współczynnik sf określany jest przez użytkownika i zawiera się w zakresie 2 ÷4 [3]. Dla określenia n0 w obecności związków organicznych używana jest ogólna formuła
CaHbOcFdSeNf + n0O2 → aCO2 + (b-d/2)H2O + dHF + eSO2 + fNO2
n0 = a + e + f + (b-d-2c)/4
Z doświadczeń praktycznych wynika, że dla szerokiego zakresu związków, czystość azotu 95 ¸ 97 % spełnia wymagania przemysłowe, jako gaz inertny, wypełniający, płuczący, barbotujący, przekaźnik ciśnienia i in.
Przewidywanie toksyczności szczególnie nowych związków chemicznych oparte jest obecnie na jego strukturze molekularnej. Do tego celu używanych jest wiele programów komputerowych, jak np. program ilościowej oceny zależności strukturalno – toksycznej /QSTR/ używany przez EPA
Skrubery bezpieczeństwa są praktycznym sposobem postępowania z toksycznymi, niebezpiecznymi, lub korozyjnymi substancjami produktami chemicznymi. Różnica w stosunku do klasycznych skruberów polega na zasilaniu strumieniem gazu z klapy, odpowietrznika bezpieczeństwa.
Usunięcie odpowietrzenia by uniknąć nadmiernego ciśnienia, bezpośrednio do atmosfery jest najprostsze i ekonomiczne, lecz muszą być rozważone zanieczyszczenie powietrza, oddziaływanie na personel i otaczająca populację oparów toksycznych lub korozyjnych, możliwość zapłonu oparów w miejscu emisji lub tworzenia mieszaniny palnej. System bezpośredniego odpowietrzenia aparatu, instalacji procesowej obok dokładnej znajomości emitowanych do atmosfery substancji i ich stężenia wymaga również urządzeń do separacji lub wydzielenia porywanej cieczy, a także odpowiedniej wysokości komina dla obniżenia koncentracji do poziomu dozwolonego.
Traktowanie termiczne odpowietrzeń obejmuje spalanie w pochodniach lub piecach. Pochodnie są generalnie zarezerwowane dla lżejszych i bardziej lotnych niehalogenowych węglowodorów. Spalanie w pochodniach jest najbardziej spotykanym sposobem neutralizacji niebezpiecznych odpowietrzeń. Cięższe i halogenowe związki przesyłane są do spalania w piecach w kontrolowanych warunkach. Spalanie tego rodzaju wymaga jednak zwykle dodatkowego paliwa. Wymienione sposoby termiczne nie są rozwiązaniem dla wielu produktów chemicznych. Ograniczenia te wynikają z tego, że :
Wymagane są bardzo wysokie temperatury,
Tworzą się niebezpieczne lub toksyczne produkty,
Związki chemiczne są trudne do spalania,
Wymagane są bardzo kosztowne materiały konstrukcyjne ze względu korozyjne środowisko,
Wymagany jest duże zużycie paliwa dla osiągnięcia wymaganej temperatury,
tracone materiały procesowe nie są odzyskiwane,
Dodatkowe mankamenty związane są z tym, że w przypadku pochodni, promieniowanie cieplne i hałas na poziomie ziemi są duże, możliwość powrotu płomienia, ciecz nie może być dostarczana do pochodni gdyż opada w postaci ang.„burning rain”, obecność ciała stałego stanowi również problem.
Scrubbing w zastosowaniu do odpowietrzeń bezpieczeństwa jest przydatny, gdyż pozwala na usunięcie zanieczyszczeń w stopniu do 99,9% dla szerokiego zakresu obciążeń, w prostym i pewnym układzie. W rozważaniach pierwszym jest dobór odpowiedniej cieczy. Szybkość absorpcji jest głównym czynnikiem w doborze rozpuszczalnika. Pozostałe to utylizacja zużytej cieczy, stabilność i niska lotność roztworu absorpcyjnego, nie korozyjność i nie palność, mała lepkość i brak tendencji do pienienia się. Koszt absorbentu jest decydujący gdy istnieje możliwość wyboru z kilku. Dla pracy w charakterze skrubera bezpieczeństwa, powinien on posiadać:
możliwość dużego przepływu gazu,
instalacja nie może być używana do normalnej pracy,
duża zmienność składu gazów,
duża pewność działania,
możliwość gromadzenia cieczy procesowej,
konstrukcja i materiał odpowiedni,
odpowiednia lokalizacja,
wysokie stężenie niebezpiecznych gazów,
niskie ciśnienie w układzie,
mieszany i zwielokrotniony poziom zanieczyszczeń
W projektowaniu należy rozważyć:
stechiometrię procesu z nadmiarem reagenta do ok. 5%.
Odpowiednio dużą powierzchnię wymiany masy,
Dostatecznie duży czas przebywania w strefie procesu,
Temperaturę,
Ciśnienie zwrotne / back pressure/,
Skład fazowy odpowietrzenia,
Różnorodność pochodzenia odpowietrzeń z różnych źródeł.
Rozważne są skrubery: wypełnione lub półkowe kolumny, wieże natryskowe, aparaty /kolumny/ barbotaźowe i w ograniczonym zakresie Venturiego klasyczne i ejekcyjne.
Obliczyć, określić zasadnicze wymiary skrubera bezpieczeństwa stanowiącego aparat barbotażowy, zbiornikowy przy danych procesowych: maksimum wyładowania 1000 kg chloru, maksymalny strumień wyładowania 4000 kg/h; absorbent stanowi 20 % mas. roztwór NaOH o temperaturze początkowej 32 oC, ciśnienie dolne bezpieczeństwa wynosi 2 MPa
...
ludwik72