Водородная станция. Здание одно-двухэтажное, с размерами 55 х 54 м. Степень огнестойкости здания - II. Помещения в здании категорий А, В, Г и Д. Кровля скатная, рулонная, между осями Г-Л - легкосбрасываемая поверхность. В здании запроектирована одна наружная эвакуационная лестница и 2 пожарных лестницы 1 типа, одна из них на перепаде высот.
Станция нейтрализации сточных вод. Здание прямоугольное, размерами 138 х 36 м. Наибольшая высота здания - 26 м. Степень огнестойкости здания - II. Помещения в здании - категорий А, В, Г, Д. Для работающих в здании предусматриваются 3 эвакуационных лестничных клетки. В здании имеется один выход на кровлю из лестничной клетки, а также 2 пожарные лестницы 2 типа и пожарные лестницы на перепадах высот.
Прирельсовый склад тетрахлорсилана, трихлорсилана и соляной кислоты:
- склад соляной кислоты - открытая площадка с навесом размерами 12 х 30 м. Высота навеса - 7,5 м.
склад трихлорсилана и тетрахлорсилана - открытая площадка с навесом, размерами 36 х 30 м. Высота навеса - 7,5 м.
насосная - здание одно-двухэтажное, размерами 12 х 31 м. Степень огнестойкости - II. Помещения в здании - категорий А и Д.
Исходя из особенностей технологических процессов производств, их размещения по корпусам завода, а также архитектурно-строительных особенностей зданий, наиболее опасными в пожарном отношении на территории промплощадки №1 завода ПКК являются здания:
корпусов водородного восстановления КВВ - 1 и 2 (зд. 1 и 1.1);
корпусов регенерации водорода - «ОВОД» и адсорбцонной очистки (зд. 2 и 2.1);
корпуса очистки хлоридов - КОХ (зд. 3);
водродной станции (зд. 5);
опытно-промышленного производства - отделения водородного восстановления и отделение получения и регенерации водорода
(зд. 26 и 27);
прирельсового склада трихлорсилана, тетрахлорсилана и соляной кислоты (зд. 12).
При этом необходимо отметить, что наибольшую опасность будет представлять здание корпуса очистки хлоридов - КОХ. В технологических процессах, размещенных в остальных зданиях обращается или водород, создающий угрозу взрыва без дальнейшего горения, или же, при обращении в технологических процессах трихлорсилана, - используемое технологическое оборудование относительно небольшой емкости, т.е. при выходе реагентов из аппаратов не будет больших розливов, значительно проще организовать их ликвидацию или тушение. На территории прирельсового склада организовано хранение значительных количеств трихлорсилана на открытой площадке. Анализ пожаровзрывобезопасности объектов складирования трихлорсилана достаточно подробно рассмотрен в одноимённой разработке ВНИИПО
[], выполненной по заказу КГХК, поэтому я не рассматриваю этот объект.
В корпусе очистки хлоридов одновременно обращается наибольшее количество различных легковоспламеняющихся веществ (трихлорсилан, смеси тетрахлорсилана и трихлорсилана, полисиланхлориды) в наиболее объемных аппаратах - ректификационных колоннах и сборниках. Кроме того, значительная часть ЛВЖ в технологическом процессе обращается в паровой фазе, что повышает возможность взрыва. Технологический процесс разделения и очистки хлорсиланов является базовым для производства поликремния. Прекращение этого техпроцесса приведет к полной остановке всего предприятия. Достаточно длительное воздействие на технологическое оборудование высоких температур при пожаре, может привести к его деформации, вызвать проседание колонн, нарушение их целостности. Демонтаж и повторный монтаж поврежденных колонн, учитывая их высоту (более 40 м), выведет предприятие из строя на значительное время (по оценке специалистов УКСа ГХК - более чем на полгода), вызовет огромные экономические потери. Вместе с тем и тушение пожара в корпусе очистки хлоридов ввиду высотности здания, особенностей горения кремнийорганических жидкостей, порядка размещения оборудования будет сильно затруднено.
Таким образом, наиболее серьезных последствий следует ожидать при возникновении внутреннего пожара в корпусе очистки хлоридов промышленной площадки N1 завода по производству поликристаллического кремния, при этом тушение возможного пожара будет самым сложным по своим условиям.
По условию задания рассмотрим наиболее сложный вариант возможного пожара на заводе ПКК - внутренний пожар в корпусе очистки хлоридов.
Оперативно-тактическая характеристика объекта
Архитектурные решения
Здание прямоугольное в плане, размерами 30,0 м х 54,0 м
14 сетка колонн 6,0 м х 6,0 м
15 на отм. 50.400 пролёт - 18,0 м
16 высота этажа - 7,2 м и 14,4 м
- высота до низа строительных конструкций - 14,4 м
крановое оборудование: подвесные краны: Q = 10 т;
монорельсы Q = 2 т; 3,2 т.
Кровля здания - скатная, рулонная, с внутренним водостоком.
На кровле здания запроектирован навес из стального профнастила по металлическим фермам и балкам. Остекление корпуса ленточное, переплётами из гнутосварных стальных профилей с двойным и тройным остеклением с механизмами открывания по серии 1.436.8-21.
Степень огнестойкости здания II.
Пределы огнестойкости основных конструкций соответствуют требованиям для здании и сооружений соответствующих степеней, согласно табл. I, СНиП 2.01. 02-85. Для этого все металлические колонны и стойки, ригели перекрытий, связи оштукатуриваются по сетке, толщ. 70 мм или обетонируются.
Общая категория здания, согласно технологическим процессам - «А»•
Здание имеет 6 этажей, с этажами на отм. 0,000; 7,200;
.400» 23.800; 36.000 и 43.200. Согласно примечанию пункт 4 табл. I СНиП 2.09.02-85 «Производственные здания», при определении этажности здания, площадки, этажерки, ярусы, площадь которых на любой отметке не превышает 40% площади этажа здания, в число этажей не включается.
Помещения кат. «А» располагаются у наружных стен и на верхних этажах.
Для безопасной эвакуации работающих предусмотрены 2 лестничные клетки. Т.к. здание имеет высоту более 30 метров, в нем запроектированы незадымляемые лестничные клетки 3-го типа, с естественным освещением и постоянным подпором воздуха в тамбур-шлюзах. Все лестничные клетки имеют выход непосредственно наружу. В качестве второго эвакуационного выхода из помещений, расположенных на верхних этажах, запроектирована наружная эвакуационная стальная лестница.
Здание оборудовано пассажирским лифтом, Q = 630 кг. Выходы из лифтовой шахты предусматриваются через лифтовые холлы, отделяемые от смежных помещений противопожарными перегородками 1-го типа.
В здании запроектированы выходы на кровлю из лестничных клеток.
Трудящиеся-корпуса пользуются бытовыми помещениями, расположенными в отдельно стоящем АБК.
Бытовые помещения сообщаются с производственным корпусом надземной пешеходной галереей.
Общественное питание трудящихся осуществляется столовой, расположенной на территории площадки.
В корпусе запроектирована комната приема пищи.
Конструктивные решения
Проект каркаса здания решён в металле. Колонны и ригели двутаврого сечения из сварных профилей. Пространственная устойчивость здания обеспечивается системой вертикальных связей по колоннам. Внутренние перегородки - сборные железобетонные = 80 мм, по серии 1.ОЗО.9-2.
Плиты перекрытия ребристые железобетонные высотой 400 мм, по серии ИИ24-2/70.
Наружные керамзитобетонные панели толщиной 300 мм по серии
.030.1-1.
Фундамент под здание выполнен в виде сплошной плиты толщ. 1 м на свайном основании.
(Здесь и далее в тексте, ссылка на устаревшие нормативные документы используется в связи с тем, что проект разрабатывался в 1989-1992 г. и проектировщики ссылаются на данные документы.)
Расположение и назначение помещений.
Конструктивно здание можно разбить на две основные части - отделение ректификации и вспомогательные и технологические помещения.
Отделение ректификации занимает площадь 1188м2, размеры в плане: 54х22 м разделено перекрытиями на 6 этажей высотой 7 и 14 м. До отметки +43,2 расположены ректификационные колонны, на монтажной площадке +46,8 установлены конденсаторы. Сборники, приемные и промежуточные емкости располагаются на отметках: +36,0; +28,8; 0,00. Для различных процессов колонны и емкости объединены в группы. Процессы ректификации трихлорсилана протекают в 4 колоннах (2 рабочие, 2 резерв) в осях: И-Е в северной части помещения. Процессы разделения смеси ТХ (тетрахлорсилана) и ТХС (трихлорсилана) в центральной группе колонн (оси Е-В). Процессы ректификации негорючего ТХ в южной группе из 5 колонн (оси Б-В и 6-7). Всего размещено 15 колонн. Для пуска второй очереди завода предусмотрено разместить еще 9 колонн.
Все помещения отделения ректификации имеют ленточное остекление площадью 540м2, общая площадь стен 1064м2, что составляет 50,75%.
Вспомогательные помещения отделены сплошным коридором представляющим дополнительную защиту, отделены тамбур-шлюзами.
Внутренние перегородки выполнены из Ж/Б плит вставки из кирпича.
Полы в помещениях мозаичные, бетонные со шлифованием, кислотоупорные. Местами выложены керамической кислотоупорной плиткой.
На отметке +7,0 расположено помещение КИП. На отметке 0,00 помещение приточной вентиляции, электрощитовая, помещение станции пожаротушения.
Со стороны вспомогательных помещений расположена наружная эвакуационная лестница.
Техпроцесс автоматизирован. Пребывание людей минимальное (операторы КИП и дежурный персонал).
Описание аппартурно-технологических схем
Аппаратурно-технологические схемы опытно-промышленного производства и промышленного производства разработаны на основании следующих документов:
Рекомендации по технологическому регламенту для Красноярского ГХК на проектируемое производство поликристаллического кремния, 1992 год.
Технологический регламент на разработку процесса получения трихлорсилана, 1990 год.
Технологический регламент на очистку парогазовой смеси от хлористого водорода, 1990 год.
Технологический регламент на разработку комплексной системы управления процессом регенерации водорода в производстве поликремния в замкнутом цикле, 1989 год.
Ректификационная очистка хлорсиланов.
Ректификация исходного и оборотного тетрахлорсилана, очистка трихлорсилана, очистка от полисиланхлоридов, разделение смеси и конденсация абгазов размещаются в корпусе очистки хлоридов (КОХе), являются общими для опытно-промышленного производства и промышленного производства. Упрощенная аппаратурно-технологическая схема представлена на чертеже.
Очистка исходного и оборотного тетрахлорсилана.
Исходное сырье - тетрахлорсилан технический улучшенный по ТУ 6-02-710-80 поступает со склада в емкости, передавливается в приемные емкости и вместе с оборотным ТХ поступает на очистку в установки ректификации. Тетрахлорсилан самотеком направляется в верхнюю треть 1-ой ступени ректификации. Низкокипящие примеси - хлориды бора, фосфора и некоторых других концентрируются в верхней части колонны и непрерывно выводятся из процесса в виде легкокипящей фракции. Для более полного выведения примесей бора подается увлажненный азот. Выход на операции - 96,5%. Низкокипящая фракция собирается в сборные емкости. Продукт составляет 3% от питания колонны и соответствует качеству ТХС технический по ТУ 48.4-180-77 и направляется на склад для реализации.
Очищенный от низкокипящих примесей тетрахлорсилан передается на 2-ую ступень ректификации для очистки от высококипящих примесей. Отбор ТХ для передачи его на 2-ю колонну осуществляется из нижней части 1-ой колонны в паровой фазе. Пары ТХ конденсируются в тепловом насосе и поступают в нижнюю треть 2-ой ректификационной колонны, где происходит очистка от высококипящих примесей хлоридов железа, никеля и других тяжелых металлов. Примеси эти конденсируются в нижней части колонны и выводятся непрерывно с кубовым остатком. Очищенный тетрахлорсилан отбирается вверху колонны - из дефлегматора, и через буферные емкости направляется на передел плазмохимии, в корпус водородного восстановления, для получения ТХС.
Выход на 2-ой ступени очистки ТХ - 96,0%. Отбор кубового остатка составляет 3,5% и соответствует качеству ТХ технический. Из сборной емкости он передавливается на склад.
Очистка ТХ от низкокипящих примесей происходит при флегмовом числе R = 100, очистка от высококипящих примесей - при флегмовом числе R = 20.
Ректификационная очистка полученной при плазмохимическом гидрировании и водородном восстановлении смеси от полисиланхлоридов
Для очистки конденсата хлорсиланов от полисиланхлоридов, образовавшихся при плазменном гидрировании и водородном восстановлении, также предусмотрена ректификационная установка.
Очистка от ПСХ производится в одну стадию, при флегмовом числе R=5. ПСХ концентрируются в нижней части колонны и непрерывно выводятся с кубовым остатком. Концентрация ПСХ в кубовых остатках не превышает 8%. Собранные кубовые остатки направляются на обезвреживание. Очищенные хлорсиланы собираются в приемные емкости. Выход составляет 96,8%.
Ректификационное разделение смеси хлоридов.
Из емкости хлорсиланы подаются в среднюю часть колонны разделения. В процессе разделения ТХС, являющийся легко летучим компонентом, по сравнению с ТХ, концентрируется в верхней части колонны и выводится из дефлегматора в приемные емкости. Выход ТХС составляет 99,5%.
Тетрахлорсилан, как более высококипящий, концентрируется в нижней части колонны; оттуда выводится в промежуточную емкость, а оттуда в сборную емкость и далее на очистку от примесей совместно с исходным ТХ. Выход ТХ составляет 100%. Процесс разделения ведется при флегмовом числе R= 10.
Очистка трихлорсилана.
Для предотвращения загрязнения примесями, перешедшими из конструкционных материалов в парогазовую смесь при плазмохимическом гидрировании и примесями, образовавшимися при водородном восстановлении, ТХС перед процессом водородного восстановления подвергается ректификационной очистке. Очистка, аналогично двойной ректификации исходного и оборотного ТХ, проводится в два этапа:
на 1-ой колонне ректификации (поз.) - очистка от низкокипящих примесей, на 2-ой колонне (поз.) - очистка от высококипящих.
Выход на 1-ой и 2-ой колоннах ректификации составляет 97,5%. Очищенный ТХС из дефлегматора собирается в емкости (поз.), из которых непрерывно подается к установкам водородного восстановления. Кубовые остатки и легкокипящие фракции собираются в емкости (поз. и соответственно) и передаются на склад хлоридов для реализации. Продукт соответствует качеству ТХС технический по ТУ 48-4-180-77.
В корпусе очистки хлоридов для опорожнения колонн предусмотрены емкости (поз.,) и для аварийного слива - емкость (поз.).
Поддержание всех основных параметров процесса ректификации осуществляется средствами автоматизации в заданном режиме.
Конденсация хлорсиланов из абгазов.
В процессе ректификационной очистки хлорсиланов из верхней части дефлегматоров выводятся несконденсированные продукты, представляющие собой трихлорсилан и тетрахлорсилан, в которых растворены газы (хлористый водород, азот и другие), а также низкокипящие примеси, имеющие температуру кипения ниже плюс 32°С. Эти продукты в виде абгазов выводятся из процесса. Для снижения потерь хлорсиланов абгазы подвергаются конденсации. Абгазы колонн финишной очистки отличаются по своему составу от абгазов колонн предварительной ректификации; по составу и давлению отличаются абгазы дыхательной системы различных емкостей. Для конденсации всех абгазов предусмотрены 6 систем - 6 теплообменников, охлаждаемые фреоном.
Сконденсированные продукты сливаются в емкости а оттуда передавливаются на склад для реализации. Не сконденсировавшиеся абгазы направляются на газоочистку.
Расчет основного оборудования
Передел ректификации. (Расчет оборудования выполнен по сумме балансов на 180 и 300 тонн в год поликремния).
Производительность установки ректификации с колонной диаметром 1200 мм:
при флегмовом числе 100 - 5,0 т/сутки;