Аммиак находит широкое применение в деятельности человека, объем его производства превышает 150 млн. т/год. Аммиак - токсичное, пожаро- и взрывоопасное вещество. Из-за возможных серьезных материальных разрушений и значительных зон токсического заражения аммиачные объекты относят к опасным производственным объектам, которые подлежат регистрации в Ростехнадзоре.

Вопросы обеспечения промышленной безопасности таких объектов при проектировании требуют особого внимания. Рассмотрены вопросы пожаро-и взрывоопасное помещений и наружных установок, аммиачных объектов, а также их защиты от пожаров и взрывов, обусловленные выявленными недостатками в соответствующих нормативных документах.

Характеристика аммиака

Аммиак при атмосферном давлении и температуре выше -33,4 °С находится в газообразном состоянии. Он не имеет цвета, но обладает резким характерным запахом нашатырного спирта. Плотность газообразного аммиака составляет 0,823 кг/м3 (легкий газ).

Газообразный аммиак - горючий газ с удельной теплотой сгорания 18 688 кДж/кг. Температура самовоспламенения I аммиака в стальной бомбе, обладающей каталитическим действием, равна 650 °С. Область воспламенения аммиачно-воздушной смеси находится в пределах 15-33,6 %. Минимальное взрывоопасное содержание кислорода 16,2 % об. Наиболее легко воспламеняемая аммиачно-воздушная смесь стехиометрической концентрации требует энергию зажигания 680 мДж. Давление взрыва такой смеси - 580 кПа. Нормальная скорость распространения пламени не превышает 0,1 м/с при атмосферном давлении и температуре окружающего воздуха, что в десятки раз медленнее, чем у водорода. Вне зоны воспламенения аммиачно-воздушная смесь не горит

Сжиженный аммиак - трудногорючее вещество, которое горит только при наличии над его поверхностью постоянного источника воспламенения достаточной мощности. При проливе сжиженный аммиак, приобретая при атмосферном давлении температуру -33,4 °С, вскипает с мгновенным образованием аэрозольного облака, которое не загорается от источника огня.

Аммиак хорошо растворяется в воде с выделением тепла, интенсифицирует испарение при разбавлении водой. Для снижения загрязнения воздушного пространства разбавлять и смывать жидкий аммиак следует не менее чем десятикратным количеством воды. Удельное объемное электрическое сопротивление жидкого аммиака - 0,8 • 105 Ом • м, поэтому накопление опасных потенциалов статистического электричества при транспортировании не наблюдается.

Газообразный аммиак токсичен, по степени воздействия на организм человека относится к 4-му классу опасности. Предельно допустимая концентрация аммиака в воздухе рабочей зоны ПДК з = 20 мг/м3, максимально разовая концентрация для населенных пунктов - 0,2 мг/м3. Порог восприятия обоняния не превышает 55 мг/м3. Концентрация аммиака С= 1500 мг/м3 (0,21 %) вызывает смертельный исход.

Пожаро- и взрывоопасность производственных помещений и наружных установок

Из характеристики аммиака следует, что в зависимости от условий хранения он может находиться в газообразном или жидком состоянии. При этом физическое состояние аммиака оказывает влияние на его пожаро- и взрывоопасные свойства, соответственно, - на выявление категории помещений, зданий и наружных установок.

Газообразный аммиак при концентрациях аммиачно-воздушной смеси 15-33,6 % взрывоопасен. Однако он относится к слабочувствительным веществам с низкой способностью к образованию взрывоопасных смесей и к протеканию детонационного горения даже для стехиометрической смеси. Детонационная ячейка аммиака - более 40 см, тогда как у ацетилена, водорода, особо чувствительных к образованию взрывоопасных смесей, - менее 1 см. Энергия воспламенения аммиака в сотни раз превосходит энергию воспламенения метана и в тысячи раз - водорода.

Скорость роста давления для стехиометрической смеси в замкнутом объеме составляет 6 МПа/с, что значительно ниже, чем у водорода, ацетилена, в 3 раза ниже, чем у метана. Кроме того, для аммиака характерны высокий нижний концентрационный предел воспламенения (НКПВ) - 15 % с узкой зоной возможного горения аммиачно-воздушной смеси и высокая температура воспламенения, при этом требуется значительная энергия зажигания. Малая удельная теплота сгорания (18 688 кДж/кг) и, следовательно, низкая адиабатическая температура горения (1777 К) не обеспечивают самоподдерживающее даже диффузионное горение для стехиометрической смеси. Поэтому при сгорании неограниченного облака, т.е. на наружных установках, взрывная волна не образуется.

Взрывные явления аммиачно-воздушных смесей в промышленных условиях отмечены лишь в замкнутых системах при высоких температуре и давлении. Все известные случаи взрывов происходили в замкнутых объемах, где образовывались взрывоопасные смеси и находился источник воспламенения не менее 680 мДж с температурой не ниже 650 °С. Взрывы на производстве азотной кислоты обусловлены проведением процесса окисления аммиака на границе нижнего предела взрываемости и при температуре около 800 °С.

Используя нормативную методику, определяют категорию помещения. Когда давление ударной волны при взрыве > 5 кПа, то, согласно нормативной методике, производственные помещения должны отвечать требованиям категории А - повышенной взрывопожарной опасности.

В случае если расчетное избыточное давление взрыва в помещении не превышает 5 кПа, то, согласно требованиям, производственные помещения не могут быть отнесены к категориям А и Б. Использование категории В также исключается, так как категории В1-В4 требуют знания удельной пожарной нагрузки, т.е. наличия площади горения вещества, тогда как горение (взрыв) газообразного аммиака протекает в объеме помещения. В этом случае помещение должно соответствовать категории Д.

В мировой практике не зафиксированы взрывы аммиачно-воздушных смесей в открытом пространстве.

Сжиженный аммиак - это трудногорючая жидкость. При аварийных выбросах сжиженного аммиака в помещении или на открытой площадке происходит его вскипание за счет внутренней энергии перегрева с образованием аэрозольного облака паров и капель, равных по массе. Капли и пары с температурой -33,4 °С охлаждают воздух, конденсируя из него влагу, делая смесь белого цвета плотнее воздуха при их содержании (16-20 %).

Аэрозольное облако активно поглощает влагу атмосферного воздуха с образованием аммиачной воды. Поверхностный слой облака становится негорючим, препятствует возгоранию. Капли аммиака делают аэрозольное облако непожаро- и невзрывоопасным. Это и объясняет отсутствие взрывов аммиачно-воздушных смесей на открытых площадках и в помещениях.

В то же время трудногорючая жидкость сжиженного аммиака с температурой кипения -33,4 °С за счет тепла подстилающей поверхности поддона (грунта) начинает испаряться. При наличии постоянного источника воспламенения в период ее бурного испарения (кипения) сразу после пролива горение паров происходит лишь в виде периодических вспышек. По мере снижения интенсивности теплового потока от подстилающей поверхности поддона кипение затухает. С окончанием кипения жидкого аммиака прекращаются и периодические вспышки. Расчетные и экспериментальные данные показывают, что опасность взрывов паров аммиака в воздухе отсутствует. В также подтверждается этот факт.

При авариях с выбросом сжиженного аммиака заражается атмосферный воздух. Производственные помещения и наружные установки, согласно требованиям нормативной методики, должны отвечать категориям Д и Дн.

При сгорании аммиачно-воздушных смесей в открытом пространстве ударные волны не образуются и наружные установки могут быть отнесены к категории Вн или Дн в зависимости от удельной тепловой нагрузки сгорания огненного шара.

Согласно помещения распределительных устройств, камер непосредственного охлаждения холодильных установок относят к категории Д, если концентрация аммиака не превышает нижнего Предела взрываемое.

Производственные помещения должны оснащаться приточно-вытяжной вентиляцией. При работе с аммиаком используют фильтрующий противогаз марки «М» или «КД». При выбросах газообразного или сжиженного аммиака необходима постановка водяных завес на открытых площадках.

Противопожарная защита аммиачных помещений

Производственные помещения категории А, согласно требованиям, в зависимости от размеров производственной площадки оснащаются автоматическими установками пожаротушения (АУПТ) и пожарной сигнализации (АУПС). Опираясь на, не учитывая специфические свойства аммиака, контролирующие органы механически эти требования переносят на аммиачные объекты. Необходимость обеспечения противопожарной защиты потенциально опасных аммиачных объектов требует детальной проработки.

Аммиак - это не только горючий, взрывоопасный, но еще и токсичный газ. При появлении газообразного аммиака или паров в атмосфере проявляются прежде всего его токсические свойства, а затем при объемной доле 15-33,6 % - взрывоопасные. На аммиачных установках, согласно, предусматриваются автоматические системы контроля загазованности и оповещения об аварийных выбросах аммиака, которые имеют два уровня контроля.

В случае достижения ПД Кр з = 20 мг/м3 (0,0028 %) включаются предупредительная световая и звуковая сигнализация, а также общеобменная вентиляция.

При ПДК з = 500 мг/м3 и более включаются аварийная вентиляция, световая и звуковая сигнализация «Авария», технические средства локализацииаварийной ситуации, отключается аварийный блок, реализуются мероприятия по ликвидации аварии.

Наличие автоматической системы контроля за загазованностью позволяет зафиксировать и оповестить производственный персонал о возникновении аварийной ситуации, а затем начать ее локализацию на ранней стадии. Следовательно, данная система начинает выполнять функции АУПТ и АУПС уже при превышении аммиаком.. ПДКрз. Учитывая токсичность аммиака, разработка АУПТ и АУПС не потребуется.

При истечении жидкого аммиака под давлением в атмосферу, как отмечалось ранее, образуется не пожаро- и взрывоопасное, а токсичное аэрозольное облако. Горение паров жидкой фазы не наблюдается. Из-за малой нормальной скорости пламени аммиачно-воздушной смеси, удельного тепловыделения при горении, которое для стехио-метрической смеси - 2,38 МДж/м3, даже в момент бурного испарения при поджигании наблюдаются неустойчивые вспышки. Будет иметь место токсическое заражение.

Согласно, если производственные помещения относятся к категории А по взрывопожарной опасности х; обращением легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, сжиженных горючих газов, горючих пылей и волокон, то необходимо иметь АУПТ при площади помещения 300 м2 и более, в остальных случаях - АУПС. Это справедливо для сжиженных горючих газов, у которых после взрыва или «хлопка» наблюдается горение паров испаряющейся жидкой фазы, при проливе они обладают свойствами горючей жидкости. Оказывается, что нормативные документы содержат разные требования к составу пожаро- и взрывоопасных веществ при категорировании и оснащении автоматическими системами тушения и сигнализации о пожаре помещений категории А.

Газообразный горючий или сжиженный аммиак (трудногорючая жидкость) отсутствует в составе требований, поэтому необходимость оснащать аммиачные помещения АУПТ и АУПС отпадает. Следовательно, помещения, в которых функционирует сжиженный аммиак, следует относить к категории Д.

Кроме того, у аммиака НКПВ = 15 % (10500мг/м3), что значительно превышает порог его ощутимого раздражения 55 мг/м3. Даже люди, не чувствующие запаха, ощущают его болевое воздействие на слизистые оболочки и влажные участки кожи при незначительных концентрациях (до 100 мг/м3), которые не вызывают последствий после пребывания до полутора часов. Малые утечки могут быть немедленно обнаружены и устранены.