Введение
Красноярский Горно-химический комбинат основан в 1950 году.
В августе 1958 года был введен в действие первый реактор, в 1964 году химкомбинат выдал первую продукцию.
Для переработки собственных отходов, и в перспективе отходов АЭС России, Украины и других стран, было предусмотрено строительство завода по регенерации отработанного ядерного топлива (ОЯТ) - РТ-2, начатое в 1972 году. В настоящее время введено в строй и действует хранилище ОЯТ в составе РТ-2. В результате непродуманной политики проведения конверсии, движения «зелёных», и по ряду других причин строительство РТ-2 было приостановлено.
Как альтернативный вариант развития комбината, рассматривается внедрение высоких технологий. Учитывая, что после распада СССР всё основное производство кремния для нужд радиоэлектронной промышленности оказалось на территории Украины, Государственный институт редких металлов (ГИРЕДМЕТ), по заказу руководства ГХК, разработал проект завода поликристаллического кремния ЗППК, строительство которого планируется развернуть в районе разработанной площадки РТ-2. Прибыль полученную от производства кремния планируется использовать для продолжения строительства комплекса переработки ОЯТ РТ-2. Таким образом, на промышленной площадке Изотопно-химического завода (ИХЗ ГХК) сейчас располагаются следующие объекты:
первая очередь завода по регенерации отработанного ядерного топлива - РТ-2;
площадка строительства завода по производству поликристаллического кремния;
ряд вспомогательных и обеспечивающих объектов основного производства (подземного комплекса).
Общая площадь промплощадки ИХЗ (включая «береговые» объекты) составляет около 15 кв. км. Общее количесство персонала (в наибольшей смене) - более 1000 человек (без учета персонала завода ПКК).
При разработке задания к проекту ЗПКК, Упрвление ГПС №2 рекомендовало включить в состав проекта строительство дополнительных объектов для обеспечения пожарной охраны завода. Однако эти рекомендации были игнорированы и по проекту пожарная охрана возложена на уже действующую в районе ИХЗ пожарную часть №9.
Все химические производства, а особенно связанные с участием в техпроцессе ЛВЖ и ГЖ являются источниками повышенной пожарной и экологической опасности. Особенностью произвоства поликристаллического кремния является обращения в техпроцессе больших количеств кремнийорганических соединений, являющихся опасными и токсичными веществами. Некоторые из них огнеопасны. В технологическом процессе участвуют и другие опасные вещества: водород, хлор, хлороводород, различные кислоты.
Всё это заставляет обратить более пристальное внимание на обеспечение мер противопожарной безопасности.
Целью данной работы является анализ возможного пожара на
наиболее сложном и опасном объекте завода, предложение наиболее эффективного
способа тушения, расчет необходимого количества сил и средств, рекомендаций по
организации тушения пожара, и защите личного состава.
1. Описание и характеристика объекта
Оценка пожарной опасности завода ПКК
Завод по производству поликристаллического кремния представляет собой потенциально опасное химическое предприятие, относящееся к 1 группе сложности []. Более 50% помещений и зданий завода являются взрывоопасными.
Исходным сырьем для производства поликристаллического кремния в рассматриваемом проекте является тетрахлорсилан технический - покупной, всего 6193,6 т/год, в том числе на первый пусковой комплекс - 2391,4 т/год, и водород тонкоочищенный собственного производства - всего 24140,0 тыс. м3/год, в том числе на первый пусковой комплекс 9618,0 тыс. м3/год, с учётом оборотного водорода.
Производство организуется по технологической схеме, включающей в себя:
получение трихлорсилана из исходного тетрахлорсилана и оборотного тетрахлорсилана, образующегося в процессе водородного восстановления, методом плазменного гидрирования;
водородное восстановление кремния из трихлорсилана;
конденсация хлорсиланов из парогазовой смеси, отходящей от установок водородного восстановления и плазменного гидрирования;
ректификационная очистка исходного тетрахлорсилана, разделение конденсата и очистка оборотных трихлорсилана и тетрахлорсилана;
адсорбционная очистка парогазовой смеси от хлористого водорода и возврат очищенного водорода в процесс водородного восстановления (для первого этапа);
очистка парогазовой смеси от хлористого водорода вымораживанием на установках «ОВОД» и возврат очищенного водорода в процесс водородного восстановления (для второго этапа);
получение прутков-заготовок, выращивание контрольных монокристаллов, механическая и химическая обработка поликремния;
аналитическая лаборатория и лаборатория электрофизических измерений.
Таким образом, в принятой технологической схеме предусмотрено использование в замкнутом цикле как хлорсиланов, так и водорода и сведено к минимуму количество отходов производства.
Получение трихлорсилана (ТХС) методом плазмохимического гидрирования тетрахлорсилана:
Процесс плазменного гидрирования осуществляется на модернизированных ПКО КЗЦМ установках «Поликристалл-24М». В установку подается очищенный тетрахлорсилан и тонкоочищенный водород (1:1). Выходящая из реактора смесь хлорсилана, водорода и хлористого водорода охлаждается и направляется на конденсацию.
Водородное восстановление кремния из ТХС:
Для получения поликристаллического кремния из ТХС в отделении водородного восстановления (зд. 26) размещается 10 установок «Поликристалл-24М» и 3 установки «Поликристалл-24/54». В корпусе водородного восстановления №1 (зд. 1) размещается 15 установок «Поликристалл-24/54».
Восстановление кремния из ТХС происходит из газовой фазы на поверхность кремниевых прутков-заготовок. На установки подается очищенный трихлорсилан и тонкоочищенный водород (1:6).
В отделении водородного восстановления (зд. 26) парогазовая смесь направляется на конденсацию, а в КВВ-1 (зд. 1) - на установки регенерации водорода в корпус регенерации водорода (зд. 2).
Конденсация хлорсиланов из ПГС:
В ПГС после процессов плазменного гидрирования содержатся водород, три - и тетрахлорсилан, хлористый водород. Конденсация осуществляется на установках С 3803 (хладоносители - фреон с t = -90°° C и рассол с t = 15°° C или жидкий азот и рассол). Конденсат направляется на разделение и ректификационную очистку в корпус очистки хлоридов (зд. 3). Абгазы от установки конденсации после компремирования направляются на газоочистку.
Ректификационная очистка хлорсиланов:
Для производства поликремния ректификационная очистка исходного и оборотного ТХ, очистка от полисиланхлоридов, разделение хлоридов, очистка оборотного ТХС, производится на ректификационных колоннах диаметром 1200 мм в корпусе очистки хлоридов. Высота колонн - около 43 м.
Регенерация хлорсиланов и водорода методом вымораживания на установках «ОВОД» для КВВ-1 (зд. 1):
Газы, отходящие от установок плазменного гидрирования и водородного восстановления, направляются сначала для отделения полисиланхлоридов в КВВ-1 (зд. 1), а затем поступают в корпус регенерации водорода, где после компремирования до 1,8 ати, подаются на установки «ОВОД». Источником холода на установках являются жидкий азот, испаренный азот, захоложенный водород обратного потока и рассол. Сконденсированные хлорсиланы направляются на ректификацию в КОХ (зд. 3), регенерированный водород - в КВВ-1 (зд. 1), хлористый водород, после испарения в скруббер в КОХ (зд. 3) или в производство трихлорсилана.
В процессе производства поликристаллического кремния используются и образуются следующие вещества:
ТЕТРАХЛОРСИЛАН ТЕХНИЧЕСКИЙ (ТХ) - подвижная бесцветная жидкость с едким запахом. Температура кипения 56,8°°C. Температура плавления -68°° C. Плотность при 20°° C - 1,48 г./см3. Класс опасности 2. Сильно раздражает глаза, слизистые оболочки и верхние дыхательные пути, при попадании на кожу вызывает химические ожоги. Предельно допустимая концентрация - 1 мг/м3. Негорюч, пары невзрывоопасны.
ТРИХЛОРСИЛАН (ТХС) - подвижная, бесцветная жидкость с едким запахом. Температура кипения 31,5°° C. Плотность при 20°° C - 1,34 г./см3. Температура самовоспламенения 180°° C. Температура вспышки - -14°°C. Нижний предел взрываемости паров с воздухом 6,6% об., верхний - 91% об. Класс опасности 2. Предельно допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны - 1 мг/м3. Биологическое действие такое же, как у тетрахлорсилана. Пары взрывоопасны.
ВОДОРОД - бесцветный газ без запаха, горюч. Плотность - 0,09 г./л. Нижний предел взрываемости с воздухом 4,09% об. Верхний
предел взрываемости с воздухом - 80% об. Температура самовоспламенения в смеси с воздухом 450°° C и зависит от состава смеси. Биологически инертен, но снижает содержание кислорода в воздухе и может вызвать удушье. Взрывоопасен в смеси с воздухом, кислородом или хлором.
СМЕСЬ ТРИХЛОРСИЛАНА И ТЕТРАХЛОРСИЛАНА (1:1) - подвижная бесцветная жидкость с едким запахом. Температура самовоспламенения - 198°°C. Нижний предел взрываемости паров с воздухом 12,2% об., верхний - 87,9% об. Температурный интервал воспламенения от -16°° C до +37,5°° C. Класс опасности 2. Биологическое действие аналогично действию ТХ и ТХС. Пары взрывоопасны.
ПОЛИХЛОРСИЛАНЫ (смесь соединений Si2Cl6, Si3Cl8, Si4Cl10) - жидкие вязкие смолообразные вещества, легко гидролизуются с выделением хлористого водорода. При попадании на тело человека действуют как хлорсиланы. Пирофорны. Продукты гидролиза взрывоопасны.
ХЛОРИСТЫЙ ВОДОРОД (HCl) - бесцветный газ с резким запахом. Относительная плотность 0,7. Температура кипения -85°° C. Класс опасности 2. ПДК - 5 мг/м3. Вызывает раздражение и химический ожог глаз, слизистых оболочек, тканей легких.
Работы с указанными веществами проводятся в герметически закрытых аппаратах, в случае пролива применяются индивидуальные средства защиты - противогазы марки В или БКФ.
Промывка кубов от осадка должна производиться тетрахлорсиланом, аппараты и трубопроводы перед демонтажем и пуском должны быть продуты азотом.
Кубовые остатки с полисиланхлоридами утилизируются, нейтрализуются и уничтожаются в специально отведенных местах. Емкости и аппаратура для хлорсиланов имеют устройства для освобождения их от продукта в случае аварии в специально предусмотренные емкости.
Все помещения, в которых производятся работы с указанными веществами оборудованы приточно-вытяжной вентиляцией, совмещенной с аварийной с кратностью воздухообмена не менее 8.
АЗОТ (N2) - бесцветный газ не имеющий запаха. Относительная плотность 0,97. Биологическое действие такое же как у водорода. Жидкий азот при попадании на кожу вызывает ожоги.
ПЛАВИКОВАЯ КИСЛОТА - бесцветная жидкость. Плотность 40%-ной кислоты 1,13 г./см3. ПДК - 0,5 мг/м3. Класс опасности 2. Выделяющиеся пары, помимо раздражающего действия (как HCl), обладают токсичным действием. Кислота при попадании на кожу вызывает трудно заживающие ожоги.
АЗОТНАЯ КИСЛОТА - бесцветная жидкость, при хранении может желтеть. Плотность 25%-ной кислоты 1,15 г./см3. ПДК и класс опасности определяются окислами азота. ПДК (в расчете на NO2) - 5 мг/м3. Класс опасности 2. Биологическое действие - пары ядовиты. Сильный окислитель, вызывает воспламенение горючих веществ.
СОЛЯНАЯ КИСЛОТА - бесцветная или желтоватая жидкость. Концентрированная кислота «дымит» на воздухе. Плотность 37%-ной кислоты 1,19 г./см3. ПДК - 5 мг/см3. Класс опасности 2. Биологическое действие такое же, как у хлористого водорода. Попадание кислоты на кожу и в глаза вызывает химический ожог.
ЩЕЛОЧИ (KOH, NaOH) - белые кристаллические вещества. При растворении в воде сильно разогреваются. Вызывают ожоги кожи, особенно опасно попадание в глаза.
Работы с этими веществами проводятся в вытяжных шкафах или под местным отсосом с применением индивидуальных средств защиты. Кислые и щелочные стоки собираются и поступают на нейтрализацию и обеззараживание.
12 12.1.011-78 производство поликристаллического кремния относится
к классам зон В-1а и В-1б, в которых при нормальной эксплуатации взрывоопасные смеси горючих газов или паров ЛВЖ с воздухом не образуются, а возможны только в результате аварий или неисправностей. Категория взрывоопасности и группа взрывоопасных смесей по водороду - ПС-Т1, по трихлорсилану - ПС-Т4. Категории технологических помещений по взрывоопасности - в основном А.
В целях предупреждения возможности взрыва и взрывозащиты проектом предусмотрено выполнение следующих мероприятий:
. Воздушная среда контролируется на содержание водорода - непрерывно, а на содержание трихлорсилана - периодически. По показаниям газоанализаторов на водород предусмотрены звуковой и световой сигналы в соответствующем помещении и в диспетчерской.
. Для предотвращения возникновения взрыва - применение взрывозащищенного электрооборудования, защита от атмосферного и статического электричества.
. Установка предохранительных клапанов на емкостях, кубах, аппаратах и реакторах водородного восстановления, на трубопроводах водорода.
Все выбросы на свечу хлорсилановых и водородных линий продавливаются азотом с давлением 0,1 ати.
. Промывка трубопроводов и технологического оборудования тетрахлорсиланом для предотвращения отложений полисиланхлоридов (в тетрахлорсилане полисиланхлориды растворяются).
Архитектурно-строительные решения по основным корпусам.
Корпус водородного восстановления №1. Здание одно-двухэтажное, прямоугольное в плане, размерами 132 х 64,4 м. Высота до низа стропильных конструкций: в осях И-М - 12 м, в осях Н-Р - 4,8 м. Степень огнестойкости здания - II. В здании размещены помещения категорий А, В, Г и Д. Остекление корпуса - ленточное, с двойным и тройным остеклением. В здании запроектированы две пожарные лестницы - I типа и одна пожарная лестница на перепаде высот.
Корпус регенерации водорода (ОВОД). Здание одно-двухэтажное, прямоугольное в плане, размерами 48 х 55 м. Высота до низа строительных конструкций в осях А-Ж - 17,8 м. Степень огнестойкости здания - II. В здании размещены помещения категорий А, Б, Г и Д. Остекление - ленточное, с двойным и тройным остеклением. Кровля здания рулонная, с внутренним водостоком, между осями А-Ж проектируется легкосбрасываемая поверхность. В здании запроектирован 1 выход на кровлю из лестничной клетки, 1 наружная лестница, а также 3 пожарные лестницы - одна из них на перепаде высот - I типа.
Корпус очистки хлоридов. Здание прямоугольное в плане, размерами 30 х 54 м. Высота здания - 60,2 м. Степень огнестойкости здания - II. Общая категория здания - А. Здание имеет 6 этажей (отм. 0.000; 7.200; 14.400; 23.800; 36.000 и 43.200). Помещения категории А располагаются у наружных стен и на верхних этажах. Для безопасной эвакуации персонала предусмотрено 2 лестничных клетки 3-го типа, с естественным освещением и постоянным подпором воздуха в тамбур-шлюзах. В качестве второго эвакуационного выхода из помещений верхних этажей, запроектирована наружная эвакуационная лестница. В здании имеются выходы на кровлю из лестничных клеток.
Энергоблок. Здание прямоугольное в плане с размерами 73 х 37 м. Здание одноэтажное с подвалом. Степень огнестойкости - II. В здании размещены помещения категорий В и Д. Кровля - рулонная. Для работающих предусмотрено 4 эвакуационные лестничные клетки из подвала. В здании запроектирован один выход на кровлю из лестничной клетки, а также 3 пожарные лестницы 1 типа, одна из них на перепаде высот.