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 электрои 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 производствахV 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 цеховразработка прибора и методики измерения электросопротивления приводных ремней вентиляционных систем и заземления во взрывои 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 микрофотографияб) для изучения теплофизических и физико-химических процессов — термический анализ, газовая хромотография, ИК-спектроскопия. 6.

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.

ЛКМ являются: а) окислительная полимеризация с участием кислорода воздухаб) 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» .

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 101 М,.

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.

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 основаниитумблер «множитель» переключения пределов измерения поставить в положение «МО» ;

Подключить кабель «сеть» к гнезду ««100-^240» и розетке 200 Втумблер «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.

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.

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.

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.