§ 12.4. Пожарная профилактика процесса нагревания высокотемпературными теплоносителями

В качестве высокотемпературных теплоносителей (ВТ) используются растворы солей, перегретая вода, металлы, расплавленные соли и смеси солей.

Использование ВТ позволяет нагревать какие-либо продукты до 300...400° С, то есть дает возможность без применения открытого огня получать достаточно высокие температуры для нагрева.

Рис. 12.13. Схема устройства теплогенератора: 1 — форсунка; 2 — камера смешения; 3— камера сгорания;

4 — теплообменник; 5 —отвод продуктов горения; 6 — теплообменник; 7— вентилятор

Рис. 12.14. Схема устройства водогрейного котла: 1 — корпус; 2 — паросборник; 3 — предохранительный клапан; 4— кипятильник; 5— внутренний цилиндр; 6 — манометр; 7— водомер уровня; 8, 9 — экраны;

10— горелка; // — электромагнитный клапан; 12— магнитный пускатель; 13 — вентилятор; 14 — линия подачи топлива; 15 — взрывной предохранительный клапан

С точки зрения пожарной безопасности предпочтение следовало бы отдать перегретой воде, но ее использование встречает затруднения: увеличение температуры воды связано с ростом давления, при котором осуществляется ее подача. Увеличивается стоимость теплообменной аппаратуры, опасность ее повреждения. Поэтому нагревание перегретой водой используют лишь в некоторых производствах. Различают три группы высокотемпературных теплоносителей.

Первая группа — жидкометаллические ВТ (литий, натрий, калий, ртуть, галлий, сплавы натрия и калия). В качестве ВТ металлы применяются в жидком и парообразом состоянии. Из всех ВТ-жидкометаллические имеют наибольшую термическую стойкость. Однако они оказывают и самое агрессивное воздействие на конструкции. Пары жидкометаллических ВТ обладают высокой токсич­ностью, пары щелочных металлов — высокой пожаровзрывоопасностью. При рабочих температурах жидкометаллические ВТ ин­тенсивно окисляются. Поэтому в парообразном состоянии их можно использовать лишь в герметичных установках, а в жидком состоянии — в защитной атмосфере инертных газов.

Вторая группа — расплавленные соли и смеси солей (TiCU, смеси: А1С1₃с А1Вг₃, NaNO₂ с KNO₃, NaNO₂ с KNO₃ и NaNO₃ и др.). Эти соединения обладают незначительной агрессивностью по отно­шению к металлам. Расплавленные соли наименее токсичны. Максимальная температура нагрева продуктов ограничивается термической стойкостью солей и не превышает 550° С. Наиболее совершенным ВТ этой группы является нитритнитратная смесь, состоящая из 40 7о азотистокислого натрия, 7% азотнокислого натрия и 53% азотнокислого калия. Однако в пожарном отношении она очень опасна, так как при рабочей температуре легко окисляет и нитрует органические вещества, вызывая пожары и взрывы.

Третья группа — органические высокотемпературные теплоносители (ВОТ). Сюда входят минеральные масла, глицерин, дифе-нил, дифениловый эфир, ароматизированное масло и др. ВОТ используют как в жидком, так и в парообразом состояниях в интервале от минус 40 до плюс 100° С. Они, как правило, не корродируют конструкционные материалы; по сравнению с жидкометаллическими ВТ менее термически стойки. Все ВОТ горючи и взрывоопасны, некоторые в процессе нагревания разлагаются, выделяя газообразные продукты, которые с воздухом образуют взрывоопасные смеси.

Несмотря на отмеченные недостатки, ВОТ получили широкое распространение в различных отраслях промышленности. Чаще всего используются минеральные масла — компрессорное, цилиндровое и др. Эти масла не являются дефицитом и имеют сравнитель­но низкую стоимость. Существенный их недостаток — низкая термическая стойкость (200...250° С). При разложении выделяются твердые частицы, загрязняющие теплообменные поверхности и создающие условия для прогара труб. Образуются и газообразные продукты, снижающие температуру вспышки масла. Из-за разложения масла появляется необходимость подпитки системы свежими порциями.

Масло АМТ-300 содержит больше ароматических соединений, чем обычные минеральные масла, что увеличивает его термическую стойкость. Однако АМТ-300 также разлагается, следствием чего является непрерывное снижение его температуры вспышки в процессе эксплуатации.

В настоящее время широкое применение нашли такие ВОТ, как дифенил, дифениловый эфир, дифенильная смесь, мобильтерм-600, тетрахлордифенил, дитолилметан и др. Эти ВОТ позволяют при сравнительно небольших рабочих давлениях осуществлять нагревание веществ до 300...350° С.

Чаще всего используется эвтектическая смесь дифенила (26,5%) и дифенилоксида (73,5 °/о)—даутерм. Смесь азеотропная (состав пара соответствует составу жидкости), имеет температуру кипения 258° С. Даутерм может долго эксплуатироваться при сохранении первоначальных свойств. Является самым изученным и распространенным ВОТ. Применяется как в жидком, так и в парообразном состоянии. До 400° С термически стоек; неядовит.

Обогрев с помощью ВОТ осуществляется либо по одноконтурной (рис. 12.15), либо .по двухконтурной (рис. 12.16) схеме. Основные элементы одноконтурной установки — печь /, теплообменные аппараты 2, насос 4 и система трубопроводов. В печи пламенем или электротоком ВОТ нагревается. Свое тепло он передает в теплообменниках нагреваемому веществу.

Рис. 12.15. Схема одноконтурной системы обогрева ВОТ; / — печь для нагревания ВОТ; 2 — теплообменные аппараты; 3 — сборник отработанного теплоносителя; 4 — циркуляционный насос

С помощью насоса осуществляется циркуляция теплоносителя в системе.

В двухконтурной схеме к замкнутому контуру котлоагрегата I подключен второй контур II, непосредственно питающий потребителей тепла ВОТ.

Рис 12 16. Схема двухконтурной системы обогрева ВОТ: / — первый контур циркуляции; II —второй контур циркуляции; / — топка для нагревания ВОТ- 2, 6 — редукционные клапаны; 3 — подпиточный и расширительный бачки; 4 — конденсатор для улавливания паров, стравливаемых в атмосферу; 5 —выброс в атмосферу; 7 — потребители тепла BOI; « — цир­куляционный насос; 9 — линия аварийного слива

Более сложны по устройству системы обогрева парами ВОТ. На рис 12.17 приведена схема нагревания аппаратов парами дифенильной смеси. Пары ВОТ, получаемые в котле 1, подаются в па­ровые рубашки аппаратов 6, в которых нагревается продукт. Пары отдают свое тепло и конденсируются. Жидкость через конденсато-отводчики 9 поступает в магистраль 10, по которой насосом возвра­щается в котел. Стравливаемые из котла предохранительным кла­паном пары и пары, не сконденсировавшиеся в аппаратах, охлаждаются и конденсируются в конденсаторах 4 и 7 и возвращаются в систему.

Рис. 12.17. Схема обогрева парами ВОТ (дифенильной смеси): / — котел для нагревания дифенильной смеси; 2— сборник; 3— подпиточный бак; 4 — конденсатор на линии от предохранительного клапана котла; 5 — паровая магистраль ВОТ; 6—аппараты; 7—конденсатор; 8 — линия к вакуум-насосу;

9 — конденсатоотводчики; 10 — обратная магистраль ВОТ; // —сборник; 12— подогреватель сборника

В табл. 12.2 приведены основные свойства некоторых наиболее распространенных ВОТ.

Таблица 12.2

Все ВОТ являются горючими жидкостями. В условиях эксплуатации нагреваются значительно выше температуры вспышки, но ниже температуры самовоспламенения.

При нормальном режиме эксплуатации взрывоопасные концентрации ВОТ внутри аппаратов образоваться не могут, так как системы герметичны и полностью заполнены жидкостью или ее паром, а рабочее давление выше атмосферного. Однако пожарная опасность может возникнуть в случае появления неисправностей и повреждений, приводящих к выходу ВОТ из системы. Суть этих явлений (повышение давления, прогар труб, коррозия) рассмотрена выше.

Специфичность использования ВОТ заключается в термической стойкости теплоносителя. Более опасен тот теплоноситель, который менее термически стоек, так как в результате разложения образуется большое количество газообразных и твердых продуктов, что приводит к изменению физико-химических и пожароопасных свойств теплоносителя, повышению давления в системе, прогару труб и т. п. Так, при длительном использовании масла АМТ-300 без удаления продуктов термического разложения температура вспышки его мджет снизиться с 176 до 60° С, а иногда и до 40° С, т. е. масло из разряда ГЖ переходит в разряд ЛВЖ. При этом температура самовоспламенения также уменьшается с 330 до 230° С, т. е. становится ниже рабочей температуры в системе.

Из рассмотренных выше ВОТ хорошей термической стойкостью обладают дифенил, дифениловый эфир и их смесь (даутерм).

Меры пожарной профилактики при использовании ВОТ заключаются в следующем.

1. Нагревание ВОТ в теплоагрегатах ведут в «мягких» условиях: теплоноситель подают в зону наименьшей температуры, в конвекционную часть змеевика, а затем уже в радиантные трубы. За температурой ВОТ и продуктов сгорания в топке ведется контроль, осуществляется автоматическое регулирование.

2. Продукты термического разложения ВОТ систематически выводятся из системы через расширительный бак, который находится под защитой азота, чтобы теплоноситель не соприкасался с воздухом. Контакт с воздухом способствует разложению ВОТ.

3. Ведется систематический контроль пожаровзрывоопасных свойств теплоносителя (температуры вспышки, температуры самовоспламенения).

4. Для улавливания твердых продуктов разложения устанавливаются фильтры; трубы котлов регулярно очищают от отложений.

5. При остановке системы жидкость спускают во избежание образования пробок. Трубопроводы защищают теплоизоляцией.

6. Котлоагрегаты защищают предохранительными клапанами.

7. Обеспечивают герметичность соединений путем сварки, использованием термостойких и плотных прокладок, уплотнений, сальников.

8. Котлоагрегаты размещают в изолированных помещениях — котельных.

9. Установку оборудуют системой аварийного слива.

10. Выносят в обособленное помещение расширительные баки, емкости, насосы, оборудование для подпитки котлов свежими ВОТ. Защищают их системами пенного или порошкового тушения. В топочное пространство котлоагрегатов и к дымовой трубе подводят водяной пар.