автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.03, диссертация на тему:Пути снижения опасности самовозгорания отложений эмалевых лакокрасочных материалов на технологическом оборудовании окрасочных линий автотранспортных предприятий

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА.

1.1. Технология нанесения ЛКМ, пожары на окрасочных линиях, основная причина их возникновения.

1.2. Теплофизические модели самопроизвольного возникновения горения.

12.1 Модель Н. Н. Семёнова.

12.2. Модель Д. А. Франк-Каменецкого и А.Г. Мержанова.

1.2.3. Модель Я. С. Киселева.

1.2.4. О линейности теплоотвода.

12.5. Аппроксимациям-. Аэкспоненты степенной функцией.

12.6. Обоснование направлений исследования и постановки задач.

ГЛАВА 2. МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ

ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1. Методика проведения пожарно-технического обследования.

2.2. Методика определения нижнего концентрационного предела распространения пламени по пылевоздушным смесям отходов АС-182.

2.3. Методика определения склонности отложений эмалевых ЛКМ к самовозгоранию и прогноза критических условий его возникновения.

2.4. Методика определения интенсивности образования отложений, изменения склонности к самовозгоранию по мере накопления, в процессе хранения и увлажнения.

2.5. Методика приготовления модельных отложений эмали.

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ

АНАЛИЗ.

3.1. Исследования пожаров и загораний, происшедших с применением ЛКМ.

3.2. Результаты определения нижнего концентрационного предела распространения пламени по пылевоздушным смесям отходов эмали.

3.3. Исследование склонности отходов эмали к самовозгоранию по кинетическим параметрам процесса.

3.4. Интенсивность образования отложений в окрасочных камерах и изменение их активности к самовозгоранию во времени.

3.5. Исследование склонности к самовозгоранию модельных отложений на инертном носителе.

3.6. Исследование склонности к самовозгоранию увлажненных образцов.

3.7. Исследование отложений эмали содержащей ингибитор.

3.8. Расчет прогноз критических условий самовозгорания.

ВЫВОДЫ.

В технологических условиях нанесения лакокрасочных покрытий на изделия, осуществляемых пневматическим методом в окрасочных цехах, значительное количество эмали не попадает на изделия и мелкодисперсные частицы лакокрасочного материала, и в потоке воздуха осаждаются на поверхности технологического оборудования, образуя отложения, весьма склонные к саморазогреву и самовозгоранию.

Пожары в окрасочных цехах тракторных производств представляют значительную угрозу обслуживающему персоналу, нарушают ритм производственного процесса, создают опасность повреждения дорогостоящего, в том числе импортного, оборудования, неблагоприятно влияют на морально-психологический климат работников цеха, нарушают экологическое равновесие в окружающем пространстве.

Пожары в окрасочных цехах характеризуются неожиданным возникновением, нередко даже при выключенном технологическом оборудовании и в ночное время, быстрым развитием по поверхности окрасочных камер и вентиляционным воздуховодам с выходом пламени за пределы здания. Локализация и тушение таких пожаров затруднены насыщенностью цехов технологическим оборудованием. Большая скорость распространения пламени и скорость выгорания остатков лакокрасочных материалов (ЛКМ) затрудняет фиксацию истинного очага пожара, поэтому, при расследовании подобных пожаров, зачастую устанавливаются предполагаемые, а не истинные причины пожаров. Положение усугубляется еще и тем, что на производствах, использующих эмали бытует мнение, что отложения ЛКМ не склонны к тепловому самовозгоранию. Хотя в научнотехнической литературе [13-16] говорится о возможности самовозгорания отходов ЛКМ, эти утверждения носят декларативный характер, и не могут быть использованы для конкретных видов ЛКМ. Недостаточное внимание в литературе уделено исследованиям взрывоопасных свойств пылевидных отходов ЛКМ. Конкретные пожары и загорания в цехах ведущих машиностроительных заводов бывшего СССР («Кировский завод», «Волгоградский тракторный завод», «Ростсельмаш» и др.) подробно не анализировались и не изучались. Из указанных предприятий, использовавших в окрасочных цехах эмалевые ЛКМ, наиболее неблагоприятная обстановка обстояла в цехах «Кировского завода», применявших, главным образом, эмаль АС-182.

Большинство рекомендаций по снижению пожароопасности лакокрасочных материалов и их отложений на поверхности оборудования окрасочных линий касались в основном организационных мероприятий. В то же время в утверждённой рецептуре эмалей никаких предложений по квалифицированному их использованию с точки зрения пожарной безопасности отложений не приводится, а в государственном стандарте на лакокрасочные материалы испытания на определение склонности к самовозгоранию отложений не предусмотрены. Не все возможные технологические приёмы снижения пожарной опасности отложений ещё использованы.

Поэтому, основной целью диссертационной работы явилась разработка методов оценки пожарной опасности ЛКМ и разработка технологии, снижающей или исключающей опасность самовозгорания отложений эмалевых ЛКМ на поверхностях оборудования окрасочных линий.

ВЫВОДЫ

Исследование пожаров в период с 1979 по 1989 гг., результаты ПТО и экспериментальное определение НКПР пылевоздушных смесей позволили установить, что в окрасочных цехах ПО «Кировский завод» возможно проведение мероприятий, позволяющих снизить число открытых пожаров. Так как исключение из технологического процесса источников зажигания не представляется возможным, мероприятия должны быть направлены на снижение вероятности образования горючей среды. В первую очередь, должны следовать меры по обеспечению сбалансированности работы приточно-вытяжной вентиляции, установка блокировок подачи эмали, сигнализация взрывоопасных концентраций растворителя. Во избежание появления взрывоопасных пылевоздушных смесей необходимо вьютавление требований, позволяющих предотвратить их образование.

Закрытые пожары связаны, в основном, с самовозгоранием отложений эмали на поверхностях технологического оборудования. Учитывая высокую реакционную способность, нестабильность во времени, вопрос об обоснованных сроках очистки технологического оборудования остается открытым. Во всяком случае, до выяснения всех факторов, влияющих на процесс самовозгорания отходов (необходимо руководствоваться положениями Правил [27]). Исходя из проведенных экспериментальных исследований и расчета-прогноза критических условий, толщину отложений выше 15-20 мм следует считать опасной даже для температурного режима окружающей среды в цехе и в этом случае необходимо принимать соответствующие меры (контроль толщины отложений, их состояние и т.д.) Альтернативным вариантом может быть организация увлажнения отложений при условии гарантированного их смачивания в местах возможного образования критических толщин. При всех вариантах целесообразен монтаж системы паротушения в вытяжных вентиляционных каналах, которая может выполнять и профилактические функции.

В плане продолжения дальнейших исследований целесообразно направление, предусматривающее прямое воздействие на окислительно-восстановительную систему путем подбора инактивирущих реагентов и введения их в рецептуру эмалей. В данном случае, с учетом положительного результата применения карбамидных смол, целесообразно вначале рассмотреть влияние добавок аминного типа. При этом необходимо получение лабораторных отложений, соответствующих структуре реальных отходов и исследование их склонности к самовозгоранию методом УМК. Для составления надежных прогнозов склонности к самовозгоранию отходов ЛКМ необходимо продолжить набор статистических данных кинетических параметров, что позволит либо окончательно отнести этот материал к наиболее активному в известной реакционной системе, либо обозначить новую окислительно-восстановительную систему с иными изокинетическими параметрами.

Определенный интерес представляет установление корреляции между компонентным составом эмалей и их склонности к самовозгоранию, которая может служить основанием для оперативного входного контроля поступающих партий эмали по какому-либо компоненту. При этом необходимо расширить диапазон применяемых носителей для приготовления недельных смесей с целью широкого варьирования компонентного состава эмалей.

Для использования влияния рецептуры эмалей в пределах поступающих партий, а также в развитие рекомендации по увлажнению отходов ЛКМ для снижения их пожарной опасности целесообразна постановка НИР по теме: «Изучить склонность к самовозгоранию отложений эмали АС-182 в технологическом оборудовании окрасочных цехов».

В результате выполнения темы:

1) проведено пожарно-технические обследование окрасочных цехов № 250, 260, 280 ПО "Кировский завод", окрасочных производств Волгоградского и Харьковского тракторных заводов и выяснено, что наиболее вероятная причина частых пожаров - самовозгорание отходов лакокрасочных материалов;

2) определены нижний концентрационный предел распространения пламени по пылевоздушным смесям отходов эмали АС-182 25-28 гм'л и кинетические параметры процесса их самовозгорания (энергия активации изменяется от 30 до70 кДжмоль"');

3) изучены реальные и модельные образцы отложений эмали на склонность к самовозгоранию с использованием теории и аппаратуры усовершенствованного метода калориметрирования;

4) показано, что склонность отходов эмали к самовозгоранию Изменяется во времени и по мере наполнения слоя отложений на поверхностях технологического оборудования;

5) произведено 2 варианта расчета-прогноза критических условий самовозгорания отложений и установлено, что толщина слоя краски губчатой структуры выше 15-20 мм является опасной даже для обычного температурного режима о кружащей среды в цехах;

110

6) изучено влияние увлажнения отложений эмали АС-182 на величину разогрева образца при его термостатировании и в лабораторных условиях показана эффективность способа обработки отходов паром для снижения опасности самовозгорания;

7) установлена возможность введения в рецептуру эмали ингибитора не нарушая физико-химических свойств покрытия и получения отложений не обладающих свойствами самонагревания;

8) разработаны рекомендации по снижению пожарной опасности окрасочных цехов.

Ill

1. Семенов H.H. Тепловая теория горения и взрывов // Усп. физ. наук, 1940. Т. 23, вып. 3

2. Франк-Каменецкий Д.А. Распределение температур в реакционном сосуде и стационарная теория теплового взрыва // Физ. химия. 1939. Т. 13. №6. С. 738-755.

3. Барзыкин В.В., Мержанов А.Г. Исследование теплового взрыва конденсированных систем в условиях слабого теплообмена с окружающей средой // Физ. химия, 1964. 38, № 11, с. 2640-2646.

4. Киселёв Я.С. О едином подходе к рассмотрению вопросов тепломассообмена в задачах пожарной безопасности судов и других объектов транспортного комплекса // Сборник научных трудов. М.: ВНИИПО МВД РФ, 1991. С. 26-30.

5. Киселёв Я.С. Критерий неравномерности нагрева. // Первая международная конференция по полимерным материалам пониженной горючести: Тезисы и доклады. Т. 1 Алма-Ата: АН СССР, 1990. С. 96-98.

6. Киселёв Я.С, Киселёв В.Я. Учёт неравномерности нагрева при обосновании критических условий теплового самовозгорания // Современные методы определения пожаровзрывоопасности веществ и материалов: Сб. научн. тр. М.: ВНИИПО МВД СССР, 1991. - С. 39-50.

7. Франк-Каменецкий Д.А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. М.: Наука, 1987. - 502 с.

8. Франк-Каменецкий Д.А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. М.: Наука, 1967.-491 с.

9. Зельдович Я.Б., Воеводский В.В. Тепловой взрыв и распространение пламени в газах. М.: АН СССР, 1947.

10. Мержанов А.Г., Дубовицкий Ф.И. Квазистационарный тепловой режим протекания взрывных реакций. // Доклады АН СССР. 1958. Т. 120. №5.-С. 1068-1071.

11. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения : Справ, изд.: в 2-х книгах / АН. Баратов, А.Я. Корольченко, Г.Н. Кравчук и др. -М.: Химия, 1990.

12. Алексеев М.В., Волков О.М., Шатров М.Ф. Пожарная профилактика технологических процессов производства. М.: ВИПТШ, 1985. - 372 с.

13. Корольченко А.Я. Пожаровзрывобезопасность процессов сушки. -М.: Стройиздат, 1987. 159 с.

14. Пожарная опасность отложений в воздуховодах вентилляционных систем / Вогман Л.П., Михайлов Д.С., Вилитенко А.Г., Ерофеичев Е.И. // Лакокрасочные материалы и их применение, 1980, 32. С. 63-64.

15. Искра Е.В. Средства защиты при окраске судов. Л.: Судостроение, 1987.-40 с.

16. ГОСТ 19024-79. Эмали АС-182. Технические условия.

17. Охрименко И.С, Верхоланцев В.В. Химия и технология пленкообразующих веществ. Л.: Химия, 1978. - 392 с.

18. Яковлев А.Д. Химия и технология лакокрасочных покрытий. Л.: Химия, 1 981 .-352 с.

19. Эглофф Г. Разложение и полимеризация углеводородов. Л.: ОНТИ - Химтеорет, 1935. - 376 с.

20. Монахов ВТ. Методы исследования пожарной опасности веществ. -М.: Химия, 1979.-376 с.

21. Haydon G. fire protection in paint manufacture // polym. Paint Colour J. 1985, V. 175. №4140. P. 216, 218.

22. Reynolds D.J. // J. Oil and Colour Chem Assoe.,1986, v. 69, №10. P. 259,260-262.

23. Mullen R.R. Flash fire during sprinkler system alteration // Fire command, 1988, V. 55, №4. p. 34 - 36, 41.

24. Пожар в выводной вентиляционной трубе на заводе гальванических лакокрасочных покрытий // Касай, 1985, т. 35. С. 36-40.

25. Типовые правила пожарной безопасности для промышленных предприятий. Утв. ГУПО МВД СССР 31.07.75.

26. Информационное письмо о пожарной опасности эмалей АС-182 и ПФ-188. Утв. начальником УПО УВД Волгоградского облисполкома 02.12.86.

27. ГОСТ 12.1.044 89. Пожарная опасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения.

28. Инструкция по технике безопасности, пожарной опасности и производственной санитарии при проведении окрасочных работ. Утв. гл. инженером ПО «Кировский завод» 20.02.81.

29. Корольченко А.Я. Пожаровзрывобезопасность промышленной пыли. М.: Химия.-216 с.

30. Кольцов К.С., Попов Б.Г. Самовозгорание твердых веществ и материалов и его профилактика. М.: Химия, 1978. - 160 с.

31. Таубкин СИ., Таубкин И.С Пожаро- и взрывобезопасность пылевидных материалов и технологических процессов их переработки. -М.: Химия, 1 976.-263 с.

32. Демидов П.Г., Шандыба В.А., Щеглов П.П. Горение и свойства горючих веществ. М.: Химия, 1981. - 272 с.

33. Киселев Я.С. Самовозгорание пищевых продуктов при их термической сушке: Автореферат дисс. докт. техн. наук. Л.: ЛТИ холодильной промышленности, 1984. - 30 с.

34. Семенов H.H. Тепловая теория горения и взрыва // Успехи физических наук, 1940, т.24, вып. 4. С. 433-486.

35. Франк-Каменецкий Д.А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. М.: Наука, 1987. ~ 502 с.

36. Киселев Я.С. Исследование условий самовозгорания твердых дисперстных, пористых и волокнистых материалов. Методические указания по курсу «Пожарная профилактика технологических процессов производств». М.: ВИПТШ, 1987. - 24 с.

37. Киселев Я.С, Топорищев A.A. Особенности кинетики окисления древесных материалов при температуре выше и ниже температуры компенсации // Теплофизика лесных пожаров. Новосибирск: ИТФ СО АН СССР, 1 984,-С. 23-30.

38. Борисов A.A., Киселев Я.С, Удилов В.П. Кинетические характеристики низкотемпературного горения торфа // Теплофизика лесных пожаров. Новосибирск: ИТФ СО АН СССР, 1984, - С. 23 - 30.

39. Пожарно-технологическая экспертиза / А.И. Федотов, А.П. Ливчиков, Л.Н. Ульянов. М.: Стройиздат, 1986. - 271 с.

40. Термостат для определения кинетических параметров экзотермических реакций / Киселев Я.С, Киселев В.Я. // Положительное решение ВНИИГПЭ по заявке № 4157496/24 от 08.06.87.

41. Киселев Я.С. Исследование условий самовозгорания твердых дисперсных, пористых, и волокнистых материалов. Методические указания по курсу пожарной профилактике технологических процессов производств ВИПТШ МВД СССР, М., 1987, - 24 с.

42. Вычисление параметров линейных уравнений способом наименьших квадратов на программированных калькуляторах / Методические указания. М.: ВИПТШ, 1987. - 14 с.

43. Моделирование пожаров и взрывов. Под общ. ред. Брушлинского H.H., Корольченко А.Я. М.: Пожнаука, 2000. - 492 с.116