Как обезвредить воздух?

Опытно-экспериментальный модуль озонатора относится к установкам с высоким напряжением. Она выполнена в металлическом корпусе, который заземляется или зануляется, что обеспечивает безопасность в обслуживании и эксплуатации.

Перед включением модуля озонатора вентиляционных выбросов необходимо проверить надежность заземления или зануления его корпуса.

При выполнении ремонтных и профилактических работ открывать корпус модуля озонатора разрешается только через 15 минут после отключения его то сети.

Ремонтные работы и профилактическое обслуживание установки должно производиться электриками, имеющими доступ к работе с высоким напряжением (3 и 4 группы).

На полу у пульта управления модуля озонатора вентиляционных выбросов необходимо предусмотреть деревянную решетку (настил) и диэлектрический коврик.

3.1.5. УСЛОВИЯ БЕЗОПАСНОЙ РАБОТЫ

При работе электроустановки с высоким напряжением в среде, содержащей воздух и горючие газы, возникает вопрос о взрыво – и пожаробезопасности.

Озонатор работает в пределах градиента потенциала 10-15 кВ/см, т.е. в области несамостоятельного темного разряда, при котором не достигается пробой газового промежутка 25 кВ/см (Еремин Е. Н. «Газовая электрохимия»).[15] Стироло – воздушная смесь имеет нижний предел воспламенения 50000-70000 (Розловский А.И. «Научные основы техники безопасности при работе с горючими газами и парами»). Реальная концентрация стирола в нейтрализуемых выбросах до 30 мг/м3, т.е. в сотни раз ниже.

Для дополнительной страховки и предупреждения распространения горения в аварийных экстремальных ситуациях с двух сторон озонатора на расстоянии 0,5 м должны быть установлены огнепреградители с диаметром каналов 0,7– 1,2 мм, в сочетании с предохранительными клапанами, которые устанавливаются с обеих сторон от огнепреградителя. Диаметр отверстия предохранительного клапана должен быть равен диаметру трубы, на которой он устанавливается.

3.1.6. ПОРЯДОК ВКЛЮЧЕНИЯ

Подать напряжение на пульт управления средств контроля и сигнализации. Для этого включить рубильник. При этом загорается сигнальная лампа («Сеть включена»). Установить ЛАТР в нулевое положение, ручку ЛАТРа повернуть влево до конца. Включить высокое напряжение путем нажатия кнопки. На табло загорается сигнальная лампа («Высокое напряжение включено»). Посредством ЛАТРа установить по вольтметру не более 40 В. Рекомендуется оставить в рабочем состоянии модуль озонатора в течение всего времени подачи вентиляционных выбросов. Целесообразно выключить модуль озонатора после окончания подачи вентиляционных выбросов.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЛЬТАМПЕРНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРУБОК ОЗОНАТОРА.

Электродная трубка является основным элементом реактора. На ее поверхности при большой разности потенциалов между внутренним электродным покрытием и наружной спиралью происходят процессы ионизации с выделением озона.

Известно, что количество ионов, образующихся на поверхности трубки пропорционально разности потенциалов на электродах. При этом ограничивающим фактором является электрическая прочность (пробивное напряжение) материала трубки, в данном случае, стекла. Эффективность выделения ионов на поверхности трубки косвенно может быть оценена разрядным током при постоянном напряжении. Для исследования вольтамперных характеристик трубок изготовлен стенд, схеме которого представлена на рис.2. Высоковольтный трансформатор напряжения 1 типа НОМ-10 питается от ЛАТРа 2. ток, протекающий в цепи трубки 3, измеряется миллиамперметром 4, включенным в диагональ выпрямительного моста 5. Для защиты прибора в цепи при пробое служит сопротивление R и разрядник 6.

Напряжение в высоковольтной цепи измеряется киловольтметром 7, а в низковольтной цепи – вольтметром 8.

Для исследования вольтамперных характеристик (ВАХ) использовались трубки длиной 30 мм, толщиной стенки 2 мм из технических сортов стекла. Внешняя спираль изготавливалась из стальной вязальной проволоки диаметром 2 мм.

Рабочая длина трубок изменялась в пределах 260– 440 мм, число витков спирали от 7 до 29 , напряжение питания 0-15,5 кВт.

На рис.3 представлены ВАХ с длиной рабочей части трубок 440 мм – 1, 380 мм – 2 и 260 мм – 3 и 4. Для трубки 1 ток увеличивается от 0,4 мА до 3,7 мА при увеличении напряжения с 3,85 кВ до 15,4 кВ. с уменьшением рабочей длины трубок до 380 мм при том же количестве витков спирали максимальный ток при U – 15,4 мА уменьшается до 3,0 мА, а для трубки длиной 260 мм– ток 2,5 мА.

Y, mA

Рис. 5 Вольтамперная характеристика трубок

Зависимость величины тока от рабочей длины трубок при прочих равных условиях показана на рис.5. Из графика видно, что увеличение рабочей длины трубки на 60% сопровождается соответствующим нелинейным возрастанием величины тока на 65-67% в интервале напряжений 10,0…15,5 кВ

Рис. 6. Вольтамперная характеристика реактора

Исследование влияния количества витков спирали (шага) навивки на величину тока при различных напряжениях проводили на трубках диаметром 30 мм с длиной рабочей части 380 мм. Количество витков спирали изменяли в пределах от 14 до 54, причем для трубки 4 спираль изготовили из проволоки диаметром 0,8 мм. Напряжение питания изменяли в пределах от 0 до 15,5 кВ.

Как видно из графиков, наибольшим потребляемым током отличается трубка 4, имеющая 54 витка с шагом 7 мм. Характеристики остальных трубок 4 расположены в порядке убывания тока, практически параллельно друг другу во всем диапазоне напряжений. Снижение количества витков спирали с 33 до 13 (на 39%) сопровождается адекватным снижением потребляемого тока на 50% при 10 кВ и на 30% при 15 кВ.

5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполнения работ по теме «Очистка вентвыбросов от стирола с помощью газоразрядного реактора» выполнено следующее:

1. Разработан эскизно-технический проект с деталировкой отдельных элементов опытно-экспериментального образца реактора-озонатора.

2. Разработана схема электрическая принципиальная кассеты реакторов.

3. Разработана лабораторная установка для проверки конструктивных и электрических характеристик реактора.

4. Проведен патентный поиск.

По сравнению с зарубежными аналогами в предлагаемой конструкции повышена надежность, увеличен срок службы, значительно упрощен способ изготовления.

Мат. России № 2008252 «Электроразрядный элемент озонатора трубчатого типа» Г.А. Александрова, Н.Н. Грутько, И.Д. Тугай, В.В. Павличенко. Заявл. 02.01.1991, Опубл. 28.02.1994, Б.И.. № 4.

Усиление внимания к вопросам охраны окружающей среды стимулировало поисковые работы по созданию новых способов и оборудования для очистки промышленных вентиляционных выбросов. Сотрудниками для этих целей был разработан опытный образец реактора-озонатора. Предназначенного для уменьшения концентрации присей органических веществ. Предлагается устанавливать такие реакторы в специальных аппаратах очистки, являющихся элементами вентиляционных систем, обслуживающих пожаровзрывоопасные производства. В процессе эксплуатации в винтиляционных системах могут перемещаться горючие газо-паро-пылевоздушные смеси. Естественно, что как вентиляционные системы в целом, так и отдельные их элементы должны удовлетворять требованиям по обеспечению пожаровзрывобезопасности.

Проведено исследование пожарной опасности реактора-озонатора (РО) и разработка рекомендаций по его безопасной эксплуатации в пожаровзрывоопасных производствах.

6. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

Реактор-озонатор (РО) представляет собой электротехническое устройство – два электрода, разделённые диэлектриком. На электроды подаётся электрическое напряжение порядка 10 киловольт. Считается, что синтез озона осуществляется в барьерном разряде. При прохождении через зону разряда молекулы кислорода частично диссоциируют. Образовавшийся атомарный кислород реагирует с молекулой кислорода, образуя озон. Практически РО выполнен в виде стеклянной трубки, на внутренней поверхности которой расположен высоковольтный электрод (фольга), а снаружи намотан нулевой электрод (проволока). Торцы трубки заглушены. Для установки внутри аппаратов очистки РО объединяются в кассеты (по 12 шт.), которые легко извлекаются из аппаратов для обслуживания и ремонта. По сведениям заказчика, производительность кассеты с 12-ю РО составляет +\-4,8 г озона в час. Время выхода РО на режим после подачи напряжения – 1-2 с. Стандарты на РО отсутствуют.

РО должен удовлетворять требования пожарной безопасности, однако, поскольку РО предлагается устанавливать внутри специальных технологических аппаратов очистки, требования ПУЭ 2 на них не распространяется. Следовательно, пожаро– и взрывобезопасность должна обеспечиваться на основе ГОСТов [3,4]. Известно, что требования этих ГОСТов достаточно общие, допускают варианты решений в рамках систем предотвращения взрыва, защиты от опасных факторов взрыва и соответствующих организационно-технических мероприятий. Естественно, что основой при выборе вариантов является представление о пожароопасности самого реактора-озонатора, которому в данном случае не требуется «присваивать маркировку по взрывозащите»5.

При работе РО пожарная опасность определяется наличием электрического разряда и образованием озона, взаимодействующего с окружающей средой. Воспламеняющая способность данного электрического разряда неизвестна. Естественно, что и экспериментальные методы определения характеристик пожарной опасности такого специфического электрического источника зажигания не стандартизировано. Отсутствуют необходимые сведения о нем в основных монографиях и справочниках.[6,7].

Химизм реакции озона с органическими соединениями изучен недостаточно, однако известно, что органические примеси способствуют разложению озона, при концентрациях более 20%, идущему со взрывом 7. Количественные данные о пожарной опасности озона в присутствии органических веществ отсутствуют.

7. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Учитывая изложенное, исследования должны были бы включать изучение пожарной безопасности РО, как электрического источника зажигания, и изучение пожарной опасности озона в присутствии органических веществ. Однако, в условиях ограниченного финансирования и времени, подобное логически понятное построение работы невозможно. Для уже созданного РО ключевым моментом в исследованиях являются испытания исправного РО непосредственно во взрывоопасной среде. Только после испытаний, убедительно доказывающих возможность безопасной эксплуатации исправного РО во взрывоопасной среде, имеет смысл вести исследования, учитывающие наличие дефектов – частичное разрушение трубок – электродов, что предусмотрено техническим заданием.

Результаты испытаний позволили определить одно из двух возможных направлений дальнейшей работы:

– экспериментальная оценка пожарной опасности РО с частичным разрушением трубок-электродов, поиск и опытная проверка технических решений, обеспечивающих безопасность в этих условиях;

– разработка рекомендаций на основе требований ГОСТ 3,4, сводящихся, в основном, к недопущению функционирования РО во взрывоопасной среде.

8. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Практически методика исследований уже изложена в разделе 2.

Испытания РО проводились на специальном экспериментальном оборудовании, которое схематически изображено ниже на рис.7

Рис. 7

В состав оборудования входил питающийся от высоковольтного трансформатора опытный образец РО (1), устанавливаемый внутри стального макета(2), объемом 15 м3. Макет был оснащен вентилятором (3) для интенсификации процессов испарения и легкоразрушаемой полиэтиленовой диафрагмой (4) для снижения давления при возможном воспламенении. В макете размещены датчики системы индикации (5) уровня концентраций взрывоопасных паров. Имелась также система контрольного воспламенения (6). Система индикации уровня концентраций взрывоопасных паров (5)состояла из двух датчиков и вторичного блока газосигнализаторов фирмы «Дрегер», калиброванных на специальном динамическом стенде ДС– ПГР.

Система контрольного воспламенения (6) служила для повышения надежности результатов испытаний, при которых РО мог не воспламенить взрывоопасную по показаниям системы индикации (5) смесь.

Все высоковольтные блоки, трансформаторы и электродвигатель вентилятора были расположены снаружи макетов. Соединение высоковольтного трансформатора с РО выполнялось специальным высоковольтном кабелем.

Испытания проводились следующим образом.

Из хранилища отбиралась порция ацетона, часть из которой использовалась для калибровки датчиков газосигнализатора фирмы «Драгер».После калибровки датчиков устанавливались в макете. Там же, на изолирующее основании устанавливался опытный образец РО в исправном состоянии. Вторая часть отработанной порции ацетона объемом около 2 л разливалась на полу макета. После чего включался вентилятор, и происходило испарение ацетона. При достижении уровня концентраций близких к стехиометрическому включался РО. Предполагалось после 1-2 минутой выдержки при отсутствии воспламенения РО отключать и включать систему контрольного воспламенения .Воспламененные смеси от этой системы свидетельствовало бы о том, что РО функционировал во взрывоопасной среде.

При воспламенении смеси опытным образом РО все оборудование обесточивалось.

9. РЕЗУЛЬАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

В соответствии с изложенным выше, были проведены испытания исправного реактора-озонатора при функционировании его во взрывоопасной ацетоновоздушной среде.

Для испытания были произвольно отобраны 3 РО. Все они при работе воспламеняли взрывоопасную среду.

После опытов все РО оставались работоспособны, оплавлялись лишь пенопластовые торцевые уплотнения и наружная оболочка кабелей.

По результатам испытаний следует сделать вывод о том, что даже исправный реактор-озонатор может воспламенить взрывоопасную ацетоновоздушную среду, т.е. в условиях интересующих нас производств он пожаровзрывоопасен

10. РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО БЕЗОПАСНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ОЗОНАТОРА В ПОЖАРОВЗРЫВООПАСНЫХ ПРОИЗВОДСТВАХ

Результаты исследования дают основание назвать три возможных причины воспламенения ацетоновоздушной смеси реактором-озонатором (РО):

–воспламенение электрическим разрядом взрывоопасной ацетоновоздушной смеси;

–Воспламенение электрическим разрядом ацетоновоздушной смеси;

–разложение озона в присутствии паров ацетона.

Для вентиляционных систем, в которых установлены аппараты с РО, могут перемещаться взрывоопасные газо – паро-пылевоздушные смеси, первая предполагаемая причина воспламенения может быть устранена двумя следующими путями.

1.Использованием автоматической системы отключающей РО при появлении взрывоопасной среды на входе в вентканал. При этом должна быть обеспечена надежность отключения РО не менее 0,99999 из расчета на один год.

2.Постоянной подачей в вентсистему до аппарата с реакторами-озонаторами гарантированно чистого воздуха, в количестве достаточном для снижения концентрации взрывоопасных смесей перед реакторами-озонаторами до безопасного уровня. При этом надежность снижения уровня концентраций, таким образом, также должна быть не менее 0,99999 в расчете на год.

При переработке обоих путей следует иметь ввиду, что подобные системы, как правило, должны иметь электроснабжение первой категории.