CC BY
171
УДК 614.83 + 84:628
Б.Н. Яковлев КАТЕГОРИРОВАНИЕ СООРУЖЕНИЙ МЕТАНТЕНКОВ ПО ВЗРЫВНОЙ И ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ
На основании полученных в ходе долговременных экспериментальных исследований на действующих сооружениях по обработке осадков сточных вод данных представлены рекомендации по категорированию сооружений и уменьшению их опасности.
B.N. Jakovlev METHANE-TANK BUILDINGS CATEGORIZATION ACCORDING TO THEIR EXPLOSIVE AND FIRE SAFETY FEATURES
On the base of data received through the long-term experimental researches on the functioning structures of sewage precipitation processing certain recommendations on categorization of buildings and to decreasing of their danger factors are done here.
Объективная оценка взрывной и пожарной опасности различных канализационных сооружений является очень важным элементом создания безопасных и безвредных условий их эксплуатации.
На многих предприятиях для сбраживания осадка и ила применяются метантенки. Метантенки представляют собой цилиндрические резервуары с коническим днищем и герметическим перекрытием, в верхней части которого имеется колпак для сбора газа. В метантенках происходит сбраживание осадка или ила. При сбраживании в анаэробных условиях органические вещества распадаются с образованием конечных продуктов: метана СН4, двуокиси углерода СО2 и воды. Условно принято, что распад происходит в две фазы: гидролиз сложных органических веществ, в результате которого образуются жирные кислоты, спирты, альдегиды и др.; превращение этих промежуточных веществ в метан, двуокись углерода, а также бикарбонаты и карбонаты. Выход газа в зависимости от химического состава колеблется от 5 до 20 м3 на 1 м3 осадка. Состав газа: метан (СН4) - до 70%; двуокись углерода (СО2) - до 20%; азот (N2) - до 8%; водород (Н2) - до 2%; кислород (О2) - 0-
0,3%; окись углерода (СО) - до 2%. Применяют два режима сбраживания осадков: мезофильный (33°С) и термофильный (53°С). При термофильном режиме сбраживания обеспечивается дегельминтизация осадка и примерно в 2 раза выше доза загрузки, что позволяет сократить объемы метантенков. Однако для сбраживания в термофильных условиях требуется большой расход тепла. В результате процесса сбраживания ила в метантенках достигается: дезинфекция от болезнетворных бактерий; сброженный ил хорошо отдает влагу и быстро подсушивается; ил, прошедший сброжение, является удобрением для сельского хозяйства; газ, выделяющийся в процессе брожения, может быть использован для хозяйственных целей.
Конструктивные размеры метантенков по основным типовым проектам составляют: диаметр от 12,5 до 22,6 м; полезный объем одного резервуара от 1000 до 8000 м ; высота верхнего конуса от 1,9 до 4,45 м; цилиндрической части от 6,5 до 18 м; нижнего конуса от 2,15 до 3,7 м; строительный объем здания обслуживания от 672 до 2700
33
м ; киоска газовой сети от 100 до 170 м .
Для проведения экспериментальных исследований по определению взрывопожароопасности были выбраны метантенки следующих предприятий химической и нефтехимической промышленности: Энгельсского п/о «Химволокно», Самарского завода синтетического каучука, Северодонецкого п/о «Азот», Саратовского химкомбината и др.
На Энгельсском п/о «Химволокно» имеются два метантенка, объемом 1600 м3 каждый, диаметром по 15 м. Метантенки смонтированы в одну группу, в центре которой располагается здание управления. В нем находятся распределительные чаши сырого и сброженного осадка. В метантенках установлено 2 насоса 6НФ, для опорожнения и прокачки трубопроводов. Температура процесса сбраживания ~ + 33°С. Выпуск осадка осуществляется со дна на иловые площадки. Выделившийся газ из газосборника, установленного на крышке горловины метантенка, направляется в киоск газовой сети, где происходит отделение воды, содержащейся в газе. После водоотделения газ - метан поступает по газопроводу на использование или сжигание (на свечу). Продолжительность загрузки —1,5-2 часа; давление 200-250 мм вод. ст.;
3 —1
количество загрузки — 200-300 м сут ; влажность осадка составляет 92-95%; давление газа более 0,01-0,02 кг-см—2; количество газа 12-16 м3-м—3 осадка.
На Куйбышевском заводе СК (г. Тольятти) эксплуатируются 4 метантенка для сбраживания первичного и избыточного ила. Они представляют собой герметичные железобетонные емкости: № 1 и № 3 — диаметром по 17,5 м, емкостью 2500 м3 каждая; № 2 и № 4 — диаметром по 15 м, емкостью 1800 м3 каждая. Газ — метан собирается под куполом метантенка и через газовый киоск отводится на использование или сжигание. Подача ила в метантенки не более 135 м -сут— ; влажность ила составляет ~ 94%.
На Северодонецком п/о «Азот» эксплуатируются 4 метантенка, диаметром 12,5 м каждый; полезный объем одного резервуара 1000 м3. Характеристики осадка, ила и газа те же, что и у метантенков других рассмотренных предприятий.
По разработанной методике были проведены экспериментальные исследования по определению максимальных концентраций газовоздушных смесей в различных зонах помещений метантенков. В результате исследования получены следующие максимальные значения концентрации газовоздушных смесей (табл. 1).
Анализируя полученные максимальные значения концентраций газовоздушных смесей в различных зонах метантенков исследованных предприятий, можно сделать вывод о том, что в нормальных условиях эксплуатации метантенков (штатном режиме) взрывоопасных значений концентрации газовоздушных смесей не образуется, кроме воздушной зоны самой банки. Но учитывая аварийные условия работы, характеристики метана (газ без цвета и запаха, легче воздуха, нижний предел воспламенения по различным НТД ~ 4,9% об.), а также случаи взрывов и аварий, можно рекомендовать следующую классификацию сооружений метантенков (табл. 2).
Таблица 1
Максимальные концентрации газовоздушных смесей в различных зонах метантенков
Наименование сооружения Технологический процесс Место отбора проб ГВС Максимальная концентрация, % об.
Метантенки Анаэробное сбраживание осадка и ила Здание метантенка: 1 эт. 0,25
2 эт. 0,45
5 эт. до 1,0
Помещение насосов до 1,0
Газовый киоск до 1,0
Сама банка - под куполом СН4 - 27-70 СО2 - 25-35 Н2в - 1,0 О2 - 2,0
Таблица 2
Категорирование сооружений метантенков по взрывопожароопасности
Наименование сооружения Наименование основных горючих газов Категория помещений и зданий по НПБ 105 Класс зоны по ПУЭ
Метантенки: - емкости Метан А В-1 г
- распределительные камеры Метан А В-1 а
- газовый киоск Метан А В-1 а
- газораспределительные пункты Метан А В-1 а
- инжекторные Метан А В-16
- центральные шахты Метан А В-16
- проходные тоннели Метан А В-16
- насосная для перемешивания сбраживаемого осадка Метан А В-16
Для уменьшения взрывопожарной опасности при проектировании и эксплуатации метантенков даны следующие рекомендации:
1. Планировочные:
- здания и сооружения метантенков следует располагать на хорошо проветриваемых площадках с подветренной стороны по отношению к другим производственным и административно-бытовым объектам;
- при расположении по условиям технологического процесса сооружений или их частей (насосов и т.д.) в заглубленном варианте необходимо обеспечить надежную механическую вентиляцию;
- административно-бытовые и вспомогательные помещения следует располагать в отдельно стоящих зданиях;
- к зданиям и сооружениям по всей их длине должен быть обеспечен подъезд пожарных автомобилей: с одной стороны - при ширине здания или сооружения до 18 м и с двух сторон - при ширине более 18 м;
- расстояние от метантенков до основных сооружений очистки сточных вод, а также автодорог и железнодорожных путей должно быть не менее 20 м; от газораспределительного киоска до помещения управления метантенками - 10 м.
2. Технологические:
- во всех взрывоопасных помещениях должна быть обеспечена постоянная работа вентиляции с необходимой кратностью воздухообмена;
- в помещениях метантенков все электрооборудование и электроаппаратура должны выполняться во взрывозащищенном исполнении;
- на газовых сетях метантенков должна быть арматура для аварийного отключения от магистрального трубопровода;
- необходимо постоянно контролировать давление газа в газовых системах метантенков;
- необходимо контролировать в воздушной среде помещений метантенков концентрацию газов;
- постоянно проверять герметичность различных соединений трубопроводов газовых систем; при обнаружении утечки газа срочно принять меры по устранению загазованности и спасению людей;
- при проведении ремонтных работ в помещениях метантенков необходимо использовать инструмент, исключающий возможность искрообразования;
- в зимних условиях отогрев замерзших участков газопроводов необходимо осуществлять горячей водой, песком или паром;
- взрывоопасные помещения отделяются от невзрывоопасных газонепроницаемыми стенами;
- не допускается размещение электротехнических устройств над или под взрывоопасными помещениями;
- здания со взрывоопасными производствами категории А должны проектироваться I и II степеней огнестойкости;
- полы должны быть из материалов, не искрящих при ударе;
- электроустановки, емкости, коммуникации должны иметь заземление;
- во всех взрывоопасных помещениях должна быть предусмотрена приточновытяжная механическая вентиляция, обеспечивающая расчетный воздухообмен.
Яковлев Борис Николаевич -
кандидат технических наук, профессор,
заведующий кафедрой «Эргономика и безопасность жизнедеятельности»
Саратовского государственного технического университета
Статья поступила в редакцию 11.07.06, принята к опубликованию 24.11.06
