§ 6.5. Флегматизация среды в аппаратах инертными газами — способ подготовки их к проведению ремонтных огневых работ

Вместо полной очистки аппарата от горючих остатков можно применить флегматизацию паровоздушной среды внутри него каким-либо инертным газом (водяным паром, углекислым газом, азотом или продуктами сгорания от генератора инертного газа) или химически активным ингибитором горения. В результате введения инертного газа содержание кислорода во всем газовом пространстве аппарата снижается до максимально допустимой концентрации, зависящей от вида инертного разбавителя.

Неэффективность флегматизации среды методом продувки аппарата негорючим газом особенно хорошо видна на следующем примере. Допустим, в аппарат объемом V подается газ с расходом q. В начале продувки в аппарате находится чистый горючий газ, а инертный газ в нем отсутствует. Конечная концентрация инертного газа составляет φ_ин. Допустим также, что газ равномерно распре­деляется по всему объему аппарата, а давление в аппарате не возрастает, так как возникающий избыток смеси выбрасывается в атмосферу. Тогда дифференциальное уравнение материального баланса по негорючему газу внутри аппарата имеет вид:

Vdφ = qdτ—gφdτ, (6.30)

а его решение относительно времени продувки

. (6.31)

Отсюда при φ_ин→-1 (что соответствует малым значениям ПДВК) время продувки

τ-→∞, то есть при флегматизации среды в аппарате обычной продувкой значительная часть негорючего газа транзитом выбрасывается в атмосферу и не участвует в обеспечении пожарной безопасности последующих огневых работ.

Одним из флегматизаторов является водяной пар. В отличие от процесса пропарки, где также используется водяной пар, для флегматизации горючей среды в газовом пространстве аппарата необходимо не только поддерживать определенную температуру (80°С), но и постоянно обеспечивать такой расход пара, чтобы концентрация кислорода соответствовала условиям безопасности. При снижении или прекращении расхода пара температура в аппарате падает, давление снижается в результате его конденсации, что при­водит к подсасыванию воздуха в аппарат. Если учесть, что скорость испарения при нагреве продуктов возрастает, взрывоопасные концентрации в аппаратах (при прекращении пропарки) образуются значительно быстрее, чем при прекращении продувки воздухом или инертным газом. Флегматизацию паром среды в больших аппаратах (например, резервуарах емкостью более 1000 м³) практически осуществить нельзя, так как поступающий пар будет интенсивно конденсироваться на стенках, крыше и днище, и снизить содержание кислорода до безопасного значения невозможно. Этот случай соответствует процессу пропарки и приводит к постепенному удалению части горючего.

Экспериментальными исследованиями в области воспламенения паров и газов при флегматизации аргоном, углекислым газом, азотом и активными ингибиторами горения, в том числе в условиях сварки, установлены граничные условия взрывобезопасности для выполнения сварочных работ на емкостях с остатком горючего. Например, минимальное взрывоопасное содержание кислорода в емкости для смеси паров светлых нефтепродуктов с воздухом и инертным газом составляет при разбавлении двуокисью углерода 12,6%, азотом — 9,6%, аргоном — 9%. Введение инертных доба­вок не снижает качества сварного шва.

Исследованием методов введения инертного газа (многократным повышением и сбросом давления инертного газа, продувкой инертным газом, вакуумированием с последующим введением инертного газа) установлено, что одним из наиболее эффективных способов флегматизации среды является введение инертного газа в предварительно вакуумированный аппарат. Однако этот способ нельзя применить к резервуарам и емкостям с низкой устойчивостью к вакууму.

Применение выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания (ДВС) для обеспечения пожарной безопасности сварочных работ на емкостях с остатками жидкого топлива впервые было осуществлено в Советском Союзе в 1943 г.

Вследствие довольно высокого остаточного содержания кислорода в выхлопных газах ДВС, в топочных газах котлов и теплогенераторов их нельзя использовать в качестве инертных. Поэтому инертный газ получают в специальных генераторах, в которых осуществляется процесс «дожигания» кислорода в газе. Примерный состав инертного газа: двуокись углерода — 15%, кислород — 0,5%, водород — 0,1%, окись углерода — 0,1%, двуокись серы — 1 %, азот — 71 %, пары воды — 12,3%.

Для получения больших количеств инертных газов перспективны генераторы на базе реактивных двигателей, которые применяются, например, для тушения пожаров и предупреждения взрывов в шахтах.