Разработка инструментальных методов оценки и предотвращения пожаровзрывоопасности окрасочных производств тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.26.02, кандидат технических наук Мельник, Анатолий Каленьевич

• Мельник, Анатолий Каленьевич
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Мельник, Анатолий Каленьевич

Введение.-------------------------------------------.------------------------------------------—---------------------------.

Глава 1. Аналитический обзор.—---------.—.—••

1.1. Исторические сведения.б

1.2 Явление электризации.

1.3. Оценка опасности статического электричества и измерение параметров электризации.-.

1.4. Методы и средства защиты от статического электричества.

1.5 Теплофизическая модель процесса самовозгорания.

1.6 Самовозгорание высокодисперсных материалов.

1.7 Самовозгорание жидкостей.

1.8. Меры борьбы с явлением самовозгорания в производственных условиях.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка инструментальных методов оценки и предотвращения пожаровзрывоопасности окрасочных производств»

Технологические процессы окраски обусловлены рядом физико-химических явлений, в результате которых могут наступать чрезвычайные ситуации (ЧС) - техногенные пожары и взрывы. К первой группе таких явлений относя электрофизические процессы, связанные с работой электрооборудования, так и с электризацией используемых диэлектрических материалов. Электрические разряды, возникающие при аварийных ситуациях в силовом оборудовании, а так же при электризации распыляемой краски, изолированных частей краскопультов, приводных ремней вентиляторов, и т.д., могут быть причиной воспламенения паров летучих растворителей. Оценка возможной энергии таких разрядов и ее сопоставление с величиной минимальной энергии зажигания обращающихся материалов позволяет оценить степень взрывопожаро-опасности производства. К другой группе явлений, приводящих к чрезвычайных ситуаций относятся экзотермические физикохимические процессы в отложениях эмалей. Их протекание в условиях недостаточного теплооотвода приводит к ускорению и возникновению очагов разогрева. Указанные процессы определяются различными технологическими параметрами, а выявление условий их стационарного протекания может быть как экспериментально, так и теоретически - математическим моделированием. Это позволит определять факторы в наибольшей степени определяющие процесс саморазогрева, а так же разработать рекомендации по их нейтрализации. Однако до настоящего времени нет единых научнообоснованных подходов, обеспечивающих прогнозирование и предотвращение подобных техногенных ЧС, как и отсутствуют объективные инструментальные методы количественной оценки опасности в химической технологии, вызывающих их электро- и теплофизических процессов лакокрасочных материалов (ЛКМ) и технологическом цикле окрасочных производств.

Работа выполнена в соответствии с планом реализации Федеральной целевой программы "Пожрная безопасность и социальная защита" на 1996-2000г.г.

Целью работы является разработка научных основ профилактики и предотвращения чрезвычайных ситуаций пожаров и взрывов на окрасочных производствах большой мощности на примере АО "Кировский завод". Основными задачами исследования являлись: ^ таксономия технических причин возникновения ЧС на мощных окрасочных производствах; V изучение электрофизических взрывопожароопасных процессов в технологическом цикле окрасочных производств; ^ разработ ка научных основ применения метода регистрации электромагнитного излучения (РЭМИ) и его аппаратурного оформления для выявления взрывопожароопасных электрофизических процессов окрасочных цехов; разработка прибора и методики измерения электросопротивления приводных ремней вентиляционных систем и заземления во взрыво- и пожароопасных помещениях; ^ изучение процесса генерации электрических зарядов при распылении лакокрасочных материалов и оценка его взрывопожаробезопасности; ^ физико-химическое изучение, математическое моделирование процесса самовозгорания отходов лакокрасочных материалов с целью создания методики оперативного контроля их склонности к самовозгоранию; ^ разработка комплекса организационно-технических мероприятий по снижению пожарной опасности окрасочных производств. Объекты и методы исследования.

Предметом исследования является технологический цикл окрасочного производства (на примере АО "Кировский завод"),использующего в больших объемах различные акриловые эмали, например АС-182 (до 380 тонн в год). В качестве инструментальных методов применялись: а) для изучения электрофизических процессов - методы РЭМИ, измерение электросопротивления, и микрофотография; б) для изучения теплофизических и физико-химических процессов - термический анализ, газовая хромотография, ИК-спектроскопия. 6

Заключение диссертации по теме «Безопасность в чрезвычайных ситуациях (по отраслям наук)», Мельник, Анатолий Каленьевич

выводы

1. Методом таксономического анализа установлено, что основными причинами техногенных ЧС - взрывов и пожаров на окрасочных производствах являются разряды статического электричества и самовозгорание отходов и отложений лакокрасочных материалов;

2. создана физико-математическая модель формирования электромагнитного сигнала при искровом разряде и предложено ее использование аппаратурное оформление и использование в качестве инструментального метода для изучения разрядов статического электричества в окрасочных камерах - метод регистрации электромагнитного излучения;

3. предложены методики расчета энергии, выделяющейся при нейтрализации статического разряда и критической энергии, вызывающей воспламени не паров ЛВЖ;

4. исследована электрическая структура "факела" распыла лакокрасочных материалов. Установлено, что заряды капель варьируются в зависимости от размера в интервале 10~9-ь10"13 Кл. Сближение двух капель с зарядом 10"

9 3 -4

Кл на расстоянии 10" м приводит к разряду с энергией 5 10 Дж, что почти в 100 раз превышает величину минимальной энергии зажигания, например, для паров ксилола;

5. разработана блок-схема сигнализатора пожарной опасности, использующего принцип РЭМЙ и прибора для контроля электрического сопротивления приводных ремней "1ШСР-1" предназначенных для эксплуатации во взрывопожароопасных помещениях;

6. изучен механизм формирования отложений ЖМ и установлена связь между процессом электризации частиц аэрозоля ЖМ в "факеле" распыла и особенностями структуры их отложений на поверхностях окрасочных камер;

7. методами физико-химического анализа установлено, что основными экзотермическими процессами способствующими саморазогреву отложений

153

ЛКМ являются: а) окислительная полимеризация с участием кислорода воздуха; б) каталитическое окисление растворителя

8. предложена и научно обоснована классификация ЛКМ на три группы по их склонности к самовозгоранию исходя из значений температуры начало термической деструкции полимера;

9. на основе разработанной математической модели кинетики саморазогрева отложений лакокрасочных материалов предложены методики оперативного контроля склонности отходов лакокрасочных материалов к самовозгоранию и определение их взрывопожаробезопасного расхода в технологическом цикле окраски;

Ю.разработан комплекс организационно-технических мероприятий по снижению пожарной опасности окрасочных цехов АО "Кировский завод".

155

1. НАЗНАЧЕНИЕ ПРИБОРА

Прибор изготовлен согласно ТУ. 38.105.279-78 для измерения сопротивления клиновидных ремней типа "В" по принципу серийно выпускаемых мегаомметров типа Ml 101М,

Прибор предназначен для эксплуатации при температуре окружающего воздуха от -30°С до +40°С и относительной влажности до 80%.

2 ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ. 2.1 Пределы измерения сопротивления, рабочая часть шкалы и величина но минального напряжения на зажимах прибора: пределы измерения Рабочая часть шкалы Номинальное напряжение кОм МОм кОм МОм

0-1000 0-500 0-1000 0,05-100 600

2.2 Длина шкалы не менее 80 мм. Рабочая часть шкалы на пределе "МП" составляет 80% всей ее дайны.

2.3. Основная погрешность в рабочей части шкалы не превышает ±1 % длины ее рабочей части.

2.4. Вариации показаний не превышают ±1,9% от длины рабочей части шкалы.

2.5 Изменение показаний прибора при отклонении его от горизонтального положения на 30° в любом направлении не превь€)ал& 4: 2% от длины рабочей части шкалы.

2.6. Изменения показаний прибора под влиянием постоянного поля напряженностью 400 ав/м не превышает ±2,5% от длины рабочей части шкалы.

156

3. КОМПЛЕКТ ПОСТАВКИ

1. Высокоомный измеритель

2. Кабель:

I шт. сетевой

I шт. нагрузки

I шт.

3. Стенд для испытания ремней типа "В" (СИР).I шт.

4. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ

Переменное напряжение выпрямляется по схеме удвоения и поступает на зажимы прибора.

Принципиальная схема прибора приведена на рис. 1.3.1.

Измерительным механизмом прибора является логометр магнитоэлектрической системы.

Так как ток в цепи рабочей рамки зависит от измеряемого сопротивления, а ток в цепи противодействующей является постоянной величиной, определяемой номиналами резисторов Лз и то угол отклонения подвижной части прибора пропорционален отношению токов, протекающих через рамки.

Выходное напряжение зависит от величины измеряемого сопротивления.

С увеличением измеряемого сопротивления шунтирующее влияние цепи рабочей рамки уменьшается и напряжение на измеряемом сопротивлении приближается к номинальному.

Производить измерения в цепях, находящихся под напряжением, запрещается.

Для проверки исправности прибора необходимо:

5. ПОДГОТОВКА К РАБОТЕ

157 установить прибор горизонтально или вертикально на твердом основании; тумблер "множитель" переключения пределов измерения поставить в положение "МО";

Подключить кабель "сеть" к гнезду "«100-^240" и розетке 200 В; тумблер "ВКЛЮЧ"- "ВЫЮТЮЧ" поставить в положение "ВКЛЮЧ", при этом должна загореться лампочка слева от тумблера.

Нажать кнопку "ИЗМ", при этом при исправном приборе и разомкнутых зажимах стрелка должна установиться на отметке "оо" шкалы "МП", а на вольтметре стрелка прибора должна показать 200 В.

6. ПОРЯДОК РАБОТЫ

Присоединить к зажимам прибора стенд для испытания ремней. В зависимости от величины измеряемого сопротивления тумблер "множитель" ставят в положение "О" и "МО".

После нажатия кнопки "ИЗМ" снимают показания стрелочного прибора.

Начальное измерение всегда производить при положении тумблера "множитель" в положении "МО".

ВНИМАНИЕ? При нажатии кнопки "ИЗМ" на зажимы: прибора и на контакты стенда испытателя ремней подается 600 В. Установку ремня производить при выключенном приборе. Годность ремня определяется согласно ТУ.38.105.279-78

158

Заключение

Анализ материалов по статистике пожаров на АО "Кировский завод" показывает, что основными источниками пожарной опасности являются электростатические и электрические разряды, происходящее в аварийных ситуациях, физико-химические процессы в слое отложений отходов краски, приводящие к их самовоспламенению. Большинство из пожаров произошло вследствие самовозгорания отходов ЛКМ.

Исследованы кинетические особенности физико-химических процессов, приводящих к самовоспламенению отходов краски. Показано, что слой отходов краски представляет собой сложную физико-химическую систему со сложным комплексом нестационарных, необратимых и нелинейных физических и химических процессов, зависящих от большого числа параметров и протекающих в зависимости от сочетания этих параметров на стадии саморазогрева ускоренно (резонансно).

Любой состав из используемых окрасочных материалов является пожароопасным. Начальной стадией саморазогрева является полимеризация отходов. Ускорение реакций полимеризации в начальный момент путем, повышения температуры в окрасочной камере до ЗСИ-40°С или использование более летучих растворителей является одним из вариантов создания менее пожароопасных составов красок, однако, не может быть рекомендовано для внедрения без дополнительных исследований прежде всего, в силу сложности анализируемых процессов.

Состав смол, являющихся пленкообразователями, может быть изменен только в связи с рассмотренным выше вариантом, однако, поскольку (см. 3.5) система не критична по отношению к величине объемного источника тепла в достаточно широких пределах величины этого параметра, то вряд ли целесообразным является проведение исследований с варьированием химического состава смолы.

150

Параллельной с реакцией полимеризации является реакция окисления растворителя. Поэтому использование растворителей с малой теплотой окисления и малым тепловым коэффициентом реакции окисления в принципе может затормозить переход к критическому режиму саморазогрева. Рекомендовано использовать растворитель с малым содержанием ксилола. Рекомендации по замене растворителя или его химическому составу могут быть окончательно разработаны только на основе специальных исследований, которые позволят исключить взаимные неблагоприятные влияния различных компонентов краски.

Торможение процесса саморазогрева на заключительной стадии (переход к стадии горения) так же является возможным, однако, более критичным механизмом, Использование составов с высокой Тт д (красная краска) в принципе резко снижает пожарную опасность.

Таким образом, используемые на производстве лакокрасочные материалы представляют собой в любом случае пожарную опасность. Поэтому все мероприятия, которые можно предпринять на производстве, следует рассматривать как мероприятия по снижению пожарной опасности или мероприятия по защите от пожаров.

К первой группе относятся разработанные "Исполнителем" мероприятия по снижению электростатической опасности, рассмотренные в разделе 2 и мероприятия по уменьшению пожарной опасности вследствие самовозгорания отходов, рассмотренные в разделе 4.1 Ко второй группе относятся предложения на разработку автоматических систем контроля пожарной опасности, соединенных с устройствами пожаротушения.

На действующем производстве внедрение первой группы рекомендаций является в настоящее время обязательным. Требуется так же проведение дополнительных исследований по конкретизации рекомендаций и уменьшению количества варьируемых или контролируемых параметров, то есть разработка мер, вписывающихся в большей мере в технологический цикл.

151

Наиболее радикальным средством уменьшения пожарной опасности при условии неиспользования существующих материалов является исключение образования отложений отходов.

Разработка и установка систем автоматической защиты от пожаров является целесообразной, поскольку действительные убытки от пожаров даже за 1998 год оказались значительно выше стоимости серийных вариантов систем защиты.

Отметим, что используемая на АО "Кировский завод" система подсчета убытков от пожаров является необоснованной. В актах в убыток вносится только стоимость вышедшего из строя оборудования, хотя, очевидно, требуется учет затрат на приобретение заменяемого оборудования, восстановительные работы и убытки по остановке производства. Необходимым является разработка новых ГОСТов на используемое оборудование, краску, методику ее испытания, рассмотренных в соответствующих разделах отчета.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Мельник, Анатолий Каленьевич, 2000 год

1. Хорват Т., Берта И. Нейтрализация статического электричества: Пер. с англ. -

2. М.: Энергоатомиздат, 1987.- 104 с.

3. Статическое электричество в химической промышленности /Под ред. Б. И.

4. Сажи на. 2-е изд.—Л.: Химия, 1977.—238 с.

5. Правила защиты от статического электричества в производствах химической,нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности.—М.: Химия ,1973,—60 с.

6. Статическое электричество в химической промышленности /Под ред. Н. Г.

7. Дроздова.— М.: Химия, 1971 —208 с.

8. Журавлев В. С. Электростатическая опасность пластмасс —Журнал ВХО им. Д.

9. И. Менделеева, 1974, т. 19, № 5, с. 559—563.

10. Захарченко В. В. Электризация жидкостей и ее предотвращение М.: Химия,1975.—128 с.

11. Рыбаков К.В. Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья,—М.: изд. ЦНИИТЭнефтехим, 1977, №5, с. 12— 15.

12. Davies R. G., Knipple R. SAE, 1970, № 700278, p. 14-19.

13. Чертков Я. Б. Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья.

14. М.: изд. ЦНИИТЭнефтехизд, 1974, № 2, с. 13— 15.

15. Захарченко В. В., Журавлев В. С. Электризация жидкостей в аппаратах и резервуарах и методы ее снижения.—М.: изд. НИИТЭХИМ, 1974.—59 с.

16. Егоров В. Н. Влияние нерастворимых примесей на электризацию транспортируемых примесей. Промышленная энергетика, 1970, № 8, с. 22— 28.

17. Журавлев B.C., Николаева Т.Г., Евменов А. К. Электростатическая опасность производства резинотехнических изделий. — Каучук и резина, 1972, № 10, с. 38—40.

18. Лихобабенко И.Я. Электростатические явления в кожевенно-обувном производстве.— М.: Легкая индустрия, 1976.—86 с.

19. Таубкин С.И., Таубкин И.С. Пожаро- и взрывоопасность пылевидных материалов и технологических процессов их переработки. — М.: Химия, 1976.—263 с.159

20. Шихов В.Н., Васанова Л.К., Линецкая Ф.Е. Электризация сыпучих веществ. — Химическая промышленность, 1977, № 1, с. 57—59.

21. Веревкин В.Н., Попов Б.Г., Баклыгин В.Н. Защита от вредного воздействия статического электричества: Сб. — М.: изд. НИИТЭХИМ, 1975, с. 86—89.

22. Журавлев B.C., Гефтер П.Л. Расчет допустимого значения электрического сопротивления резиновых антистатических изделий. — М.: изд. ЦНИИТЭнефте-хим, 1973—58 с

23. Максимов Б.К., Обух A.A. Статическое электричество в промышленности и защита от него.— М.: Энергия, 1978.-79 с.

24. Гавриченко Н.Д. Безопасность при работе с горючими газами. —Химическая промышленност ь, 1974, № 11, с. 825—827.

25. Гигиена применения полимерных материалов: Сб. /Под ред. K.M. Станкевича—Киев: изд. ВНИИГинтокс, 1976. - с. 82—89.

26. Портнов Ф.Г., Непомнящий П.И., Иерусалимский А.И.—В кн.: Защита от вредного воздействия статического электричества в народном хозяйстве,- Сб. — Черкассы: НИИТЭХИМ, 1973. 45 с.

27. СН—1757—77 Санитарно-гигиенические нормы предельно-допустимой напряженности электростатических полей.— М.: изд. Минздрав СССР, 1978.

28. Кречко Н.И., Захарченко В.В. Регистрация статического электричества.- в Сб. науч. тр. Исследования в области техники безопасности и охраны труда в химической промышленности.—М.: изд. НИИТЭХИМ, 1973, с. 87—92.

29. РТМ 6—28—007—78 Допустимые скорости движения жидкостей по трубопроводам и истечения в емкости (аппараты, резервуары).— Северодонецк, 1978. 63 с.

30. Василенок Ю.И. Защита полимеров от статического электричества.—Л.: Химия, 1975. -152 с.

31. Николаева Т.Г. Производство шин, РТИ и АТИ. — М.: изд. ЦНИИТЭнефте-хим, 1972, № 9, с. 32—34.

32. Журавлев B.C., Блинов A.A., Корнев А.Е. Антистатические материалы — М.: Энергия, 1969. 104 с.

33. Гуль В.Е. Электропроводящие полимерные материалы.— М.: Химия, 1968.— 248 с.160

34. Адамчевский И. Электрическая проводимость жидких диэлектриков.—Л.: Энергия, 1972. 296 с.

35. Гефтер П.Л., Журавлев B.C. Устройства нейтрализации зарядов статического электричества на оборудовании для переработки пластмассы и резины.—М.: изд. ЦИНТИхимнефтемаш, 1973.—80 с.

36. Абрамян В. К. Пенвмоэлектрические нейтрализатор статического электричества. Безопасность труда в промышленности. - М.: 1970, № 9, с. 3—45.

37. Коваленко М.И., Зрелый Н.Д., Хорольский В.Т. Профилактика пожаров и взрывов в угольных шахтах.- М.: Недра, 1983. 298 с.

38. Саранчук В.И. Окисление и самовозгорание угля.- Киев: Наукова думка, 1982. 185 с.

39. Кинле X., Бадер Э. Активные угли и их промышленное применение. Л.: Химия, 1984.-210 с.

40. Семенов H.H. Тепловая теория горения и взрывов,- В кн.: Теория горения и взрыва. М.: Наука, 1981, с 33-140

41. Франк-Каменецкий Д.А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. -М.: Наука, 1967.-315 с.

42. Киселев Я.С. Исследование закономерностей самовозгорания сухих молочных продуктов. Автореф. канд. дис. - Омск, 1968. - 24 с.

43. Beever P.F., Thome Р.Е Build. Pes. Estabi. Cun\ Pap., 1982, №5, p. 7-10

44. ГОСТ 12.1.044-89. ССБТ Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения.

45. ScherurE. Wolfrum Е. BraunKohle, 1982,Bd. 34, №1-2, S. 6-11.

46. Baum M.M. On Predicing Spontaneous Combustion. Combustion & Flame, 1981, v.41, N 2, p. 187-200

47. Померанцев B.B., Шагалова С.Л., Резник В.А. Самовозгорание и взрывы натуральных тогошв. Л.: Энергия, 1978, с. 15-18.

48. Григорьев Г.Ю., Дорофеев С.Б. Горение древесного угля. ФГВ, 1984, №5 , с. 3-8.

49. Мельник А.К., Ивахнюк Г.К., Андросенко В .Я. Математическое моделирование кинетики самовозгорания отложений эмали АС-182. . Сб. науч. тр. Эколо161гая. Энергетика. Экономика.: Санкт-Петербургский государственный университет, 2000. с. 57 - 61

50. Активные угли. Каталог. Черкассы, ОНИИТЭХИМа, 1983.

51. Kalkert N., Schecker H.G. Einfluß der Komverteilung auf die Mindestzundenergie von Stauben. Chemie - Ingenieur Technik, 1980, Bd. 52, N 6, S. 515-517.

52. The Threat from within. Bulk. Syst. Int., 1982, v. 4, №6, p.29,30

53. Lender H., Seibring H. Selbstentzimndung organischer Substanzen an Isoliermaterial. Chemie - Ingeniuer Technik, 1967, Bd. 39, S. 667-671.

54. Маринина Л.К., Макаров Г.В. Взрывы промышленных пылей и их предупреждение на предприятиях химической промьшшенности. М.: МХАТИ им. Д.Й. Менделеева, 1977. - 27 с.

55. Бекяшев Р.Х., Васильева Л.М., Гришина Т.Ф. Нейтрализатор статического электричества для циклонов, аппаратов, систем пневмотранспорта. -Прикладная химия. 1972, т. 51, с 2519-2523

56. Таубкин И.С., Попов Б.Г., Зайцев А А. Бункер-накопитель дисперсных сыпучих материалов. Авт. свид. 339469, 1972.

57. Дринберг А.Я., Гуревич Е.С., Тихомиров A.B. Технология неметаллических покрытий. М:. Госхимиздат, 1987. - 256 с.

58. А.Я. Корольченко Пожаровзрывоопасность промышленной пыли. М.: Химия, 1986.-214 с.

59. Таубкин С.И., Колганова М.Н., Афанасьева Л.С Пожаровзрывоопасность аммиачной силитры при хранении и транспортировки. М.: ВНИИПО, 1980. -18 с.

60. Клубань B.C. Исследование испарения пожароопасных растворителей с поверхности многокомпонентного раствора.: Автореф. дис. на соиск. канд. тех. наук. М.: ВШ МВД СССР, 1971 г. - 15 с.

61. Мельник А.К., Ивахнюк Г.К., Андросенко В.Я. Исследование склонности отходов лакокрасочных материалов к самовозгоранию.: Сб. науч. тр. Экология. Энергетика. Экономика: Санкт-Петербургский государственный университет, СПб. 2000 г. с.43-46.

62. Алексеев М.В. Предупреждение пожаров от технологических причин. М.: МКФ РСФСР, 1963. - 204 с.162

63. Черкасов В.Н., Ульященко В.Е. Пожарная профилактика электроустановок. -М.: ВШ МВД СССР, 1970. 330 с.

64. Саушев B.C. Пожарная безопасность нефтебаз. М.: Стройиздат, 1964. - 298 с.

65. Дерягин Б.В. Адгезия твердых тел,- М., Наука, 1973. 279 с.

66. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы. М., Химия, 1989. - 463 с.

67. Качурин Л.Г. Физические основы воздействия на атмосферные процессы. -Л., Гидрометеоиздат, 1990. 462 с.

68. Флукттации электромагнитного поля Земли в диапазоне СНЧ: Монография /под ред. М.С. Александрова. М., Наука, 1972, с. 195

69. Ахумов Е.И. и др. Курс химии: в ч. 1. М., Высшая школа, 1972

70. Кросс Введение в практическую ИК-спектроскопию. М.: Изд. иностр. лит, 1961.

71. Лыков A.B. Теория теплопроводности. М.: Высшая школа, 1967. - 598 с