1.4. Потенциальные источники воспламенения взрывоопасных газовых сред

Ниже систематизированы основные потенциальные источники воспламенения взрывоопасных газовых сред:

1) нагретые поверхности – способность нагретой поверхности вызывать воспламенение, зависит от типа и концентрации конкретного горючего вещества в смеси с воздухом. Для воспламенения от нагретых тел с выпуклыми, а не вогнутыми поверхностями, необходима более высокая температура поверхности;

2) пламя, горячие газы и горячие частицы;

3) искры, образованные механическим путем – трение между черными металлами и между определенными видами керамики может образовать зоны высокой температуры и искры, аналогичные искрению при дроблении или шлифовке. Они могут вызвать воспламенение взрывоопасных сред. Соударения при наличии ржавчины и легких металлов (например алюминия и магния) и их сплавов могут инициировать термитную реакцию, которая может вызвать воспламенение взрывоопасных сред. Легкие металлы титан и цирконий также могут образовывать воспламеняющие искры при соударении или трении с любым достаточно твердым материалом, даже при отсутствии ржавчины;

4) электрические искры – могут быть вызваны, например:

a) замыканием и размыканием электрических цепей,

б) ослабленными контактами,

в) блуждающими токами;

5) статическое электричество – разряд заряженных, изолированных частей, выполненных из электропроводящих материалов, может привести к появлению воспламеняющих искр. Когда электрически заряженные части выполнены из непроводящих материалов, таких как пластмассы, возможны кистевые разряды и, в особых случаях, в процессах быстрого разъединения (например, ленты, движущиеся по роликам, ремни приводов) или комбинациях электропроводящих и неэлектропроводящих материалов возможно возникновение распространяющихся кистевых разрядов;

6) удары молнии;

7) электромагнитные волны – излучают все системы, которые генерируют и используют электрическую энергию радиочастотного диапазона, например радиопередатчики, промышленные или медицинские генераторы радиочастот, используемые для обогрева, сушки, затвердевания, сварки и резки. Но взрывоопасными являются электромагнитные волны радиочастотного диапазона от 10⁴ до 3·10¹² Гц;

8) ионизирующее излучение – генерируется, например, рентгеновскими трубками и радиоактивными веществами. Сам источник радиоактивного излучения может нагреваться вследствие внутреннего поглощения лучевой энергии до такой степени, что минимальная температура воспламенения окружающей взрывоопасной среды будет превышена;

9) ультразвуковые волны – значительная доля энергии ультразвуковых волн поглощается твердыми или жидкими веществами. В результате вещество, подвергнутое их воздействию, нагревается настолько, что может произойти воспламенение взрывоопасной среды;

10) адиабатическое сжатие и ударные волны – при них могут иметь место такие высокие температуры, что взрывоопасные среды могут быть воспламенены. Повышение температуры зависит, главным образом, от степени сжатия, а не от перепада давления.

1.5. Электрооборудование как источник воспламенения

Само электрооборудование как единое целое к источникам воспламенения отнести трудно, но в нем могут возникать из вышеперечисленных следующие потенциальные источники воспламенения:

– нагретые поверхности;

– электрические искры;

– статическое электричество;

– электромагнитные волны.

Нагрев поверхностей может происходить по причине перехода электрической (магнитной, электромагнитной) энергии в тепловую.

Электрические искры могут возникать из-за нарушений электрических зазоров за счет появления непредусмотренных при эксплуатации оборудования замыканий.

Статическое электричество может возникать на изоляционных покрытиях токоведущих частей. Изоляционные покрытия проводников могут быть также подвержены электрическому пробою.

Примером электромагнитного потенциального источника воспламенения могут служить генерируемые осветительными устройствами синусоидальные токи третьей гармоники.

1.6. Возникновение взрывоопасной газовой среды

Возникновение взрывоопасной газовой среды может носить природо-технический характер – природо-технический объект возникновения взрывоопасной среды (ПТО), и бесприродо-технический характер – бесприродо-технический объект возникновения взрывоопасной среды (БТО).

Примером ПТО является горючий газ, естественным образом образующийся в шахте. К ПТО относятся взрывоопасные смеси газов, относящиеся к группе I.

Примером БТО являются утечки из технологического (или иного) оборудования горючего газа, пара, тумана или жидкости в атмосферу в объеме, достаточном для образования взрывоопасной газовой среды.

Существуют три основные степени утечки:

а) постоянная утечка – утечка, которая существует постоянно (часто или длительное время);

б) утечка первой степени – утечка, появление которой носит периодический или случайный характер при нормальном режиме работы технологического оборудования;

в) утечка второй степени – утечка, которая отсутствует при нормальном режиме работы технологического оборудования, а если она возникает, то редко и кратковременно.

Важным показателем является интенсивность (скорость) утечки – количество горючего вещества или пара, высвобождающееся в единицу времени из источника утечки (технологического или иного оборудования).

В классификации зон учитываются только относительно ограниченные утечки или количества веществ применительно к нормальным условиям эксплуатации или прогнозируемым отказам.

Следует стремиться к тому, чтобы число и размеры зон классов 0 или 1 были минимальными. Это может быть обеспечено выбором конструкции технологического оборудования и условиями его эксплуатации. Необходимо обеспечить, чтобы агрегаты и установки в основном относились к зоне класса 2 и не были взрывоопасными. Если утечка горючего вещества неизбежна, необходимо использовать такое технологическое оборудование, которое является источником утечек второй степени, а если и это невозможно, т. е. когда неизбежны утечки первой степени или они постоянные (непрерывные), то их число и интенсивность должны быть минимальными. При классификации зон перечисленные принципы имеют главное значение. Для снижения уровня взрывоопасности зоны конструкция, условия эксплуатации и размещение технологического оборудования должны быть такими, чтобы даже при авариях утечка горючего вещества в атмосферу была минимальной.

2. Обеспечение взрывозащиты оборудования

В зависимости от вида потенциального источника воспламенения могут применяться следующие меры технической защиты:

Изоляция взрыва – взрыв должен быть огражден, и должно быть гарантировано, что оболочка (корпус) является достаточно стойкой к воздействию пламени/взрыва, и распространение пламени во взрывоопасную зону не произойдет.

Изоляция источников воспламенения – как указанно выше, для инициации взрыва требуется наличие источника воспламенения. Должны быть приняты меры для изоляции источников воспламенения от взрывоопасной смеси, а также меры для поддержания этого состояния (поддержание давления в случае использования вида защиты продувки или уровня масла, в случае использования вида защиты уровня масла).

Недопущение возникновения источника означает, что приняты меры для недопущения возникновения активного источника воспламенения.

В случае выявления опасностей воспламенения, вызванных ударами молнии, установки должны быть защищены соответствующими средствами молниевой защиты.

В случае выявления опасностей воспламенения, вызванных ионизирующим излучением, излучение должно быть безопасно экранировано оболочкой.

Также должны быть исключены процессы, способные вызывать адиабатическое сжатие или ударные волны, энергия которых может вызвать воспламенение.

Как уже указывалось, взрыв может произойти тогда, когда одновременно присутствуют взрывоопасная (например, газовая) среда и потенциальный источник (источники) воспламенения. Термин «потенциальный источник воспламенения» означает, что существует вероятность, что такой источник может с какой-то вероятностью активизироваться (стать активным источником воспламенения) и воспламенить взрывоопасную среду. Если источник воспламенения из стадии потенциального перешел в активную стадию, то вероятность воспламенения им взрывоопасной среды становится стопроцентной (Р_ИВ = 1, где ИВ – источник воспламенения).

Признаем, что взрыв со стопроцентной вероятностью (Р_взрыв = 1) произойдет, если взрывоопасная среда присутствует постоянно (зона класса 0: Р_{зона 0} = 1), а источник воспламенения из потенциального стал активным (Р_ИВ = 1).

Укажем общее формальное выражение вероятности возникновения взрыва.

Р_взрыв = Р_{зона i} × Р_ИВ,

где i – класс зоны (0; 1; 2)

х – знак умножения.

Поэтому, при наличии вероятности опасностей воспламенения (и дальнейшего взрыва) должны быть предприняты технические предупредительные и защитные меры по удалению активных источников воспламенения. Технические предупредительные и защитные меры должны нейтрализовать активные источники воспламенения либо снизить вероятность перехода потенциальных источников воспламенения в активные. Это может быть обеспечено средствами технической (конструкционной) защиты.

В зависимости от вида потенциального источника воспламенения могут применяться следующие меры технической защиты:

Меры, требующие внесение конструкционных дополнений:

Пламя должно быть ограждено, и гарантировано, что оболочка (корпус) является достаточно стойкой к воздействию пламени, и распространение пламени во взрывоопасную зону не произойдет.

В случае выявления опасностей воспламенения, вызванных ударами молнии, установки должны быть защищены соответствующими средствами молниевой защиты.

В случае выявления опасностей воспламенения, вызванных ионизирующим излучением, излучение должно быть безопасно экранировано оболочкой.

Должны быть исключены процессы, способные вызывать адиабатическое сжатие или ударные волны, энергия которых может вызвать воспламенение, например, внесением в конструкцию систему постепенного открывания заслонок и клапанов, установленных между секциями системы с высокими перепадами давления.

Т.е., меры, требующие внесение конструкционных дополнений, заключаются в том, что дополнительно к уже существующей конструкции, например, усиливается оболочка, оснащается средствами молниевой защиты, или в конструкцию добавляется система постепенного открывания заслонок и клапанов, и пр.

Меры, требующие изменений в существующей конструкции:

В случае выявления опасностей воспламенения, вызванных искрами, образованными механическим путем, необходимо не допускать трения между алюминием или магнием (исключая сплавы с содержанием алюминия менее 10 %, или лакокрасочные покрытия с массовой долей алюминия менее 25 %) и черными сплавами (кроме нержавеющей стали, когда присутствие частиц ржавчины может быть исключено). Трение и соударения титана или циркония с любым твердым материалом следует исключать.

В случае выявления опасностей воспламенения, вызванных статическим электричеством, наиболее важной защитной мерой является соединение между собой электропроводящих частей и их заземление. При наличии электроизоляционных материалов такая защитная мера является недостаточной. В этом случае нельзя допускать накопления опасных зарядов на электроизоляционных материалах, включая твердые тела, жидкости и пыль.

В случае выявления опасностей воспламенения, вызванных радиочастотными электромагнитными волнами с частотой от 10⁴ до 3·10¹² Гц, общей защитной мерой от воспламеняющего воздействия электромагнитных волн является поддержание безопасного расстояния во всех направлениях между ближайшими излучающими частями и принимающей антенной в том месте, в котором может образоваться взрывоопасная среда.

Для отсутствия опасностей воспламенения, вызванных ультразвуковыми волнами, плотность потока в генерируемом акустическом поле не должна превышать 1 мВт/мм², если не доказано, что воспламенение при этом невозможно.

Т.е., меры, требующие изменений в существующей конструкции, заключаются в том, что в существующую конструкцию вносятся изменения, например, в материалах изготовления, в соединении между собой электропроводящих частей и их заземлении, конструктивном ограничении энергии излучения, и пр.