Предотвратить пожары на элеваторе
В непростых экономических условиях предприятия, занимающиеся переработкой и хранением растительного сырья, не всегда имеют возможность должным образом переоборудовать взрывоопасное производство. Однако существует незатратный способ предотвращения случайного взрыва.
На элеваторах при осуществлении технологических процессов приемки, очистки, сушки, отпуска зерно перемещается транспортными механизмами или движется по самотечным трубам. Соприкосновение с ними и со стенками бункеров, воздействие рабочих органов машин и взаимное трение зерен становятся причинами истирания оболочек зерна и образования органической пыли. В результате во внутренних свободных объемах норий при движении зерновой массы возникает пылевоздушная смесь, которая при открытом огне может самовоспламениться. Также эта пыль от транспортного и другого оборудования оседает на стенах, полу, трубах. В итоге при взвихривании этой смеси может случиться взрыв в помещении, бункере или силосе.
ОПАСНОЕ СОСЕДСТВО
Элеваторы, склады силосного типа и другие предприятия по хранению и переработке растительного сырья устроены по одной схеме: механизмы вертикальной транспортировки зерна установлены так, что части их конструктивных элементов — трубы — иногда проходят через силосы, бункеры или шахты. Нории относятся к взрывоопасному оборудованию в связи с наличием в их внутренней части пылевоздушной смеси органической пыли, образующейся во время работы. При попадании открытого огня происходит взрыв в свободном объеме нории, что приводит к разрыву ограждающих стенок, выбросу пламени и высокотемпературных продуктов горения в производственные помещения. Причины возникновения открытого огня внутри нории могут быть разными. Может случиться смещение ленты с ковшами, а также барабана на оси и его трение о стенки труб в результате ослабления затяжки болтов, соединяющих его хомут, что вызывает искрение и нагревание. Возможна пробуксовка ленты на приводном барабане при уменьшении ее натяжения, завале продуктом или зацепах ковшами посторонних предметов. Причинами взрыва могут послужить несоблюдение техники безопасности при ведении сварочных работ в нории или вблизи нее. Указанные источники открытого огня могут появиться в результате отсутствия или несрабатывания реле контроля скорости, датчиков подпора в башмаках нории и уровня в бункерах, в которые поступает продукт от головки трубы, а также из-за отсутствия защиты привода от перегрузок и по другим причинам.
Нории чаще всего становятся источником первичного воспламенения в помещениях, зданиях взрывопожароопасных производственных объектов хранения и переработки растительного сырья. При взрыве пылевоздушной смеси в объеме нории происходит разрыв ограждающих конструкций и выброс высокотемпературных продуктов горения в здание. Это приводит к взвихриванию пыли, осевшей на их стенках и полу, следующему вторичному самовоспламенению в помещении и уничтожению конструкции всего сооружения. Особенно опасен разрыв норийных труб при взрыве внутри замкнутого пространства бункеров, силосов, шахт, где также имеется пыль, при воспламенении которой строение максимально разрушается. Поэтому конструкции норийных труб внутри этих строений необходимо защищать от выброса горючих веществ. В соответствии с «Правилами безопасности взрывопожароопасных производственных объектов хранения и переработки растительного сырья» внутренние нории должны быть рассчитаны на остаточное давление пылевоздушного взрыва. Для защиты допускается обоснованное расчетными данными усиление норий или замена их на сварные трубы круглого сечения с толщиной стенки не менее двух миллиметров. Пока далеко не каждое предприятие может выделить финансовые средства для полной модернизации оборудования, поэтому усиление норийных труб — важнейшая неотложная задача для обеспечения безопасности производства.
НЕ ДОПУСТИТЬ ОШИБОК
Для поиска оптимального конструктивного решения по взрывозащите труб, эксплуатируемых в системах хранения и переработки зерна, были проведены специальные расчеты одного звена норийной трубы II-350, снабженного с двух сторон соединительными фланцами из угловой стали с размерами 50×50×5. Остаточное давление взрыва внутри данного типа норий составляет 0,02–0,025 МПа. Объектами изучения служили конечно-элементные модели разных вариантов труб со взрывозащитными устройствами.
Программа расчетов предусматривала получение оценок напряженно-деформированного состояния моделей при избыточном давлении взрыва внутри трубы. За основу взяли одну секцию нории. Вычисления выполнялись с помощью пакета прикладных программ расчета динамики и прочности механических систем. Основная цель — сравнение величин напряженного состояния частей конструкции со значениями предела прочности материала. Остаточное давление внутри труб при взрыве в нории было определено при условии срабатывания систем взрыворазрядных устройств на головке и в трубах. Напряженно-деформированное состояние оценивалось по всем вариантам и во всех элементах. В расчете приводились сравнительные данные по основным составляющим механизма в динамике поиска оптимального варианта. В результате вычислений решалось несколько задач — разработка конечно-элементных моделей базовых модификаций норийных труб и поиск оптимального количества противовзрывных защитных поясов путем последовательной их установки на базовую модель. Первоначально был просчитан исходный вариант одного звена трубы — конструкции, которая не имеет дополнительных устройств противовзрывного характера и эксплуатируется на предприятиях по хранению и переработке зерна.
При избыточном давлении внутри нории, равном 0,025 МПа, листы центральной части трубы испытывают эквивалентные напряжения, достигающие 1880 МПа. Предельное напряжение для материала, то есть стали, составляет 380–470 МПа по ГOСТу 1050-88. Из этого следует, что в данных условиях труба разрушится. Предохранить ее от этого можно двумя способами: увеличить толщину листа и поставить дополнительные устройства, позволяющие за счет усиления поясов жесткости распределить нагрузки между листами трубы и обручами.
Увеличение толщины листа материала норийной трубы нерационально, поскольку резко возрастает расход материала. К тому же этот способ невозможно выполнить с трубами, находящимися в эксплуатации. Поэтому при расчетах реализовывался второй вариант — введение дополнительных противовзрывных механизмов. В качестве такого устройства был использован обруч из двух Г-образных половин, скрепленных при помощи болтового соединения.
ТОЧНЫЕ РАСЧЕТЫ
Первоначальный вариант с обручем, изготовленным из равнобокого уголка размером 50×50×5 по ГОСТу 8509-93, был проверен на прочность с помощью специальных расчетов. Исследовалось напряженно-деформированное состояние норийной трубы, окольцованной двумя противовзрывными поясами. Однако величина эквивалентного давления, равная 1134 МПа, все еще существенно превышала уровень допустимого значения. Дальнейшие опыты и расчеты сводились к дополнительной последовательной установке по одному обручу в целях достижения оптимального уровня напряжения в листах. Последний вариант вычислений с установкой четырех устройств показал, что данная версия подходит больше всего. Максимальные показатели достигли 233 МПа, что значительно ниже предела прочности материала трубы, то есть 470 МПа. При расчете в качестве расширения зоны оптимального поиска конструкции противовзрывного устройства были апробированы другие варианты расположения удерживающих стержней. Однако они не дали положительных результатов.
При помощи вычислений удалось выяснить, что для предохранения нории II-350 от разрушения при взрыве пыли внутри трубы с избыточным давлением 0,025 МПа необходимо по всей длине секции поставить четыре противовзрывных обруча, изготовленных из уголков размером 50×50×5 и скрепленных одним болтом М16 с каждой стороны. Из расчетов различных вариантов устройств норийных труб следует, что оптимальна установка специальных обручей в количестве, соответствующем измерениям для каждого вида норий. Усиление норийных труб играет решающую роль для обеспечения взрывобезопасности объекта до появления у предприятия возможности произвести полную модернизацию оборудования.
Текст:Е. Гудкова, Н. Марченко, эксперты в области промышленной безопасности взрывопожароопасных производственных объектов хранения и переработки растительного сырья