Пожарная безопасность процессов нагревания и охлаждения веществ и материалов

Технологические процессы, скорость протекания которых определяется скоростью подвода или отвода тепла, называются тепло­выми процессами, а аппаратура, предназначенная для проведения этих процессов, теплообменной. К тепловым процессам относятся нагревание, охлаждение, испарение и конденсация; первые два процесса протекают без изменения агрегатного состояния вещества, два других с изменением агрегатного состояния вещества.

Тепловые явления, как правило, сопутствуют химическим превращениям и физическим изменениям веществ. Ускорение многих химических реакций осуществляется путем нагревания реагирующих веществ. Нагревание осуществляется при проведении процессов перегонки, выпаривания, плавления, уменьшения вязкости, ректификации, сушки. Поэтому в любой отрасли промышленности специалист пожарной охраны обязательно встретится с тепловыми процессами и аппаратурой, в которой они осуществляются.

В тепловых процессах взаимодействует не менее двух сред (с различными температурами), которые называют теплоносителями. Наиболее нагретую среду называют горячим теплоносителем или нагревающим агентом, менее нагретую холодным теплоно­сителем или охлаждающим агентом (хладагентом).

Теплоносители, применяемые для нагревания, классифицируют следующим образом:

- прямые источники тепла (пламя и топочные газы, образующиеся при сжигании в топках печей твердого, жидкого или газообраз­ного топлива; электрический ток);

- промежуточные теплоносители (водяной пар, горячая вода, на­гретый воздух);

- высокотемпературные теплоносители (органические жидкости, расплавленные соли, жидкие металлы, минеральные масла и др.);

- горячие продукты производства (полупродукты, конечные продукты и отходы производства, отводимые из аппаратов с достаточ­но высокой температурой).

Для охлаждения веществ до температур 10...30 ⁰С чаще всего используют воду и воздух, как наиболее доступные и дешевые охлаждающие агенты. Охлаждение до более низких температур производят путем применения льда и специальных холодильных агентов, представляющих собой пары низкокипящих жидкостей (например, аммиака), сжиженные газы (углекислый газ, этан и др.) и холодильные рассолы. Многие хладагенты являются горючими веществами и отличаются пожароопасностъю.

При определении пожарной опасности технологических процессов нагревания горючих веществ должны учитываться: пожаровзрывоопасные свойства нагреваемых веществ, величина их рабочей температуры, способы нагревания.

Основные способы нагревания горючих веществ: нагревание водяным паром и горячими продуктами производства, нагревание пламенем и топочными газами, нагревание высокотемпературными теплоносителями.

Нагрев веществ водяным паром нашел наиболее широкое распространение в различных технологиях, поскольку он достаточно удобен и экономически выгоден в производственном отношении. Такой способ нагрева применяют в тех случаях, когда вещества необходимо подогреть до температур не более 180 ⁰С.

Водяной пар относится к числу промежуточных теплоносителей, поскольку его предварительно получают в установках огневого или электрического нагрева. В зависимости от способа передачи теплоты от пара к нагреваемому веществу различают нагрев острым (открытым) паром и нагрев глухим паром.

Нагрев острым паром – это такой способ нагрева, при котором насыщенный пар подается непосредственно в нагреваемую среду и смешивается с ней. В процессе перемешивания пар конденсируется и сообщает определенное количество теплоты нагреваемому продукту. Подача пара в аппараты осуществляется через систему перфорированных труб, расположенных у их днища. Такие трубы называют барботерами.

Основным недостатком систем обогрева веществ острым паром является необходимость удаления в дальнейшем воды из обводненного продукта. Поэтому острый пар используют, в основном, в тех случаях, когда по технологическим соображениям допустимо смешивание нагреваемой среды с конденсатом. Наиболее часто острый пар применяют для продувки аппаратов с целью освобождения их от остатков горючей жидкости и ее паров.

Нагрев глухим паром – это такой способ нагрева, при котором передача теплоты от пара к среде производится через разделяющую их стенку. Нагрев веществ глухим паром осуществляется в теплообменных аппаратах. Основные конструкции теплообменных аппаратов были рассмотрены на предыдущей лекции.

Глухой пар используется в промышленности гораздо чаще, чем острый, поскольку позволяет осуществлять нагрев веществ без непосредственного контакта с ними и исключает возможность их обводнения при отсутствии повреждений в теплообменной поверхности.

На рис. 7.1 показана принципиальная схема нагревания веществ глухим паром. Греющий пар из генератора пара (парового котла 1) направляется в теплообменник 2, где жидкость (или газ) нагревается паром через разделяющую их стенку. Пар, соприкасаясь с более холодной стенкой, конденсируется на ней, и пленка конденсата стекает по поверхности стенки. Для того чтобы облегчить удаление конденсата, пар вводят в верхнюю часть аппарата, а конденсат отводят из нижней его части.

Рис. 7.1. Принципиальная схема нагревания глухим паром:

1 – паровой котел; 2 – теплообменник; 3 – конденсатоотводчик; 4 – промежуточная емкость; 5 – центробежный насос