ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАТЕГОРИЙ ВЗРЫВООПАСНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ БЛОКОВ. РАСЧЕТ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО


Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте его и откройте на своем компьютере.

ОПРЕДЕЛЕНИЕКАТЕГОРИЙВЗРЫВООПАСНОСТИ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХБЛОКОВ.


РАСЧЕТЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО
ПОТЕНЦИАЛА

БЛОКА
.


Принятыесокращения


ПГФ


парогазоваяфаза;

ЖФ



жидкаяфаза;

АРБ



аварийнаяразгерметизацияблока.

НКПР



нижнийконцентрационныйпределраспространенияпламенигорючей
смеси.


Обозначениепараметра



символаоднимштрихомсоответствуетпарогазовым
состояниямсреды,двумяштрихами


жидкимсредам,

например

G
′и
G″



соответственномассаПГФиЖФ.


Принятыеобозначения

E


общийэнергетическийпотенциалвзрывоопасности(полнаяэнергиясгорания
ПГФ,поступившейвокружающуюсредуприАРБ,плюсэнергияадиабатического
расширенияПГФ,находящейсявблоке),кДж;

E
п



полнаяэнергия,выделяемаяприсгораниинеиспарившейсяпр
иАРБмассы
ЖФ,кДж;

E′
i



энергиясгоранияприАРБПГФ,непосредственноимеющейсявблокеи
поступающейвнегоотсмежныхаппаратовитрубопроводов,кДж;

E″
i


энергиясгоранияПГФ,образующейсяприАРБизЖФ,имеющейсявблоке
ипоступающейвнегоот
смежныхаппаратовитрубопроводов,кДж;

A,А
i



энергиясжатойПГФ,содержащейсянепосредственновблокеи
поступающейотсмежныхблоков,рассматриваемаякакработаееадиабатического
расширенияприАРБ,кДж;

V′,V″



соответственногеометрическиеобъем
ыПГФиЖФвсистеме,блоке,м
3
;

V′
0



объемПГФ,приведенныйкнормальнымусловиям(T
0

= 293 K,

P
0

=0,1МПа),м
3
;

P, P
0



соответственнорегламентированноеабсолютноеиатмосферное(0,1МПа)
давлениявблоке,МПа;

v′
i




удельныйобъемПГФ(вреальныхусловиях),кг/м
3
;

G′
1
,G″
1



массаПГФиЖФ,имеющихсянепосредственновблокеи
поступившихвнегоприАРБотсмежныхобъектов,кг;

G″
2


массаЖФ,испарившейсязасчетэнергииперегреваипоступившейв
окружающуюс
редуприАРБ,кг;

q′,q″


удельнаятеплотасгораниясоответственноПГФиЖФ,кДж/кг;

q
Pi



суммарныйтепловойэффектхимическойреакции;

T



абсолютнаятемпературасреды:ПГФилиЖФ,К;

T
0
, T
1



абсолютнаянормальнаяирегламентированнаятемпературыПГФили
ЖФблока,K(T
0

= 293 K);

t, t
0



регламентированнаяинормальнаятемпературыПГФиЖФблока

(t
0

=20°C);

T′
K
,″
K



температуракипениягорючейжидкости(Kили°C);

w′
i
,w″
i



скоростьистеченияПГФиЖФврассматриваемыйблокизсмежных
блоков,м/с;

S
i



площадьсечения,черезкотороевозможноистечениеПГФилиЖФприАРБ,
м
2
;

П
Pi



скоростьтеплопритокакГЖ
засчетсуммарноготепловогоэффекта
экзотермическойреакции,м/с;

П
Ti



скоростьтеплопритокакЖФотвнешнихтеплоносителей,м/с;

K



коэффициенттеплопередачиоттеплоносителякгорючейжидкости;

F


площадьповерхноститеплообмена,

м
2
;

Δ



разностьтемпературтеплоносителейвпроцессетеплопередачи(через
стенку),
0
С;

r



удельнаятеплотапарообразованиягорючейжидкости,кДж/кг;

c″


удельнаятеплоемкостьжидкойфазы,кДж/кг
·
К;

β
1
,β
2



безразмерныекоэффициенты,учитывающиедавление

(P)ипоказатель
адиабаты(k)ПГФблока;


μ


безразмерныйкоэффициент,учитывающийгидродинамикупотока;

ρ,ρ
i



плотностьПГФилиЖФпринормальныхусловиях(P=0,1МПаи
0

= 20
°C)всреднемпоблокуипоi
-
мпотокам,поступающимвнегоприАРБ;

τ
i



времясмоментаАРБдополногосрабатыванияотключающейаварийный
блокарматуры,с;

τ
Pi



времясмоментаАРБдополногопрекращенияэкзотермическихпроцессов,
с;

τ
Ti



времясмоментаАРБдополногопрекращенияподачитеплоносителяк
аварийному
блоку(прекращениетеплообменногопроцесса),с;

Θ
K



разностьтемпературЖФприрегламентированномрежимеиеекипениипри
атмосферномдавлении;

G″
4


массаЖФ,испарившейсязасчеттеплопритокаоттвердойповерхности
(пола,поддона,обвалованияит.п.)
,кг;

G″
5


массаЖФ,испарившейсязасчеттеплопередачиотокружающеговоздухак
пролитойжидкости(позеркалуиспарения),кг;

G″
Σ



суммарнаямассаЖФ,испарившейсязасчеттеплопритокаизокружающей
среды,кг;

F
ж



площадьповерхностизеркалажидкости,м
2
;

F
п



площадьконтактажидкостиствердойповерхностьюрозлива(площадь
теплообменамеждупролитойжидкостьюитвердойповерхностью),м
2
;

ε


коэффициенттепловойактивностиповерхности(поддона);

λ


коэффициенттеплопроводностиматериалатвердойповерхности(пола,
поддона,землиит.п.);

c
T



удельнаятеплоемкостьматериалатвердойповерхности,кДж/кг

К;

ρ
T



плотностьматериалатвердойповерхности,кг/м
3
;

m
и



интенсивностьиспарения,кг/с;

M



молекулярнаямасса,г/моль;

R



газоваяпостояннаяПГФ,равная8,31Дж/(моль

К);

η



безразмерныйкоэффициент;

P
н



давлениенасыщенногопараприрасчетнойтемпературе,Па;

τ
и



времяконтактажидкостисповерхностьюпролива,принимаемоеврасчет,с.


9.1
Определениезначенийэнергетическихпоказателейвзрывоопасн
о
сти
технологическогоблока


Энергетическийпотенциалвзрывоопасности
E

(кДж)

блокаопределяетсяполной
энергиейсгоранияпарогазовойфазы,находящейсявблоке,сучетомвеличиныработыее
адиабатическогорасширения,атакжевеличиныэнергииполногосгоранияиспарившейся
жидкостисмаксимальновозможнойплощадиеепролива,приэтом

считается:

1

приаварийнойразгерметизацииаппаратапроисходитегополноераскрытие
(разрушение);

2

площадьпроливажидкостиопределяетсяисходяизконструктивныхрешений
зданийилиплощадкинаружнойустановки;

3

времяиспарения(времяконтактажидкостисповерхностьюпролива,принимаемое
врасчет)принимается
неболее1ч

(3600с)
:


ܧ

ܧ



ܧ



ܧ



ܧ



ܧ



ܧ



ˍ ˉ

(1)



где




-

суммаэнергийадиабатическогорасширения
А

(кДж)исгоранияПГФ
находящейсявблоке,кДж;





-

энергиясгоранияПГФ,поступившейкразгерметизированномуучасткуот
смежныхобъектов(блоков),кДж;





-

энергиясгоранияПГФ,образующейсязасчетэнергииперегретойЖФ
рассматриваемогоблока
ипоступившейотсмежныхобъектовзавремя
,кДж;





-

энергиясгоранияПГФ,образующейсяизЖФзасчеттепла
экзотермическихреакций,непрекращающихсяприразгерметизации,кДж;





-

энергиясгоранияПГФ,образующейся

изЖФзасчеттеплопритокаот
внешнихтеплоносителей,кДж;




-

энергиясгоранияПГФ,образующейсяизпролитойнатвердуюповерхность
(пол,поддон,грунтит.п.)ЖФзасчеттеплоотдачиотокружающейсреды(оттвердой
поверхностиивоздухакжидкостип
оееповерхности),кДж.


9.1.1


ܧ





суммаэнергийадиабатическогорасширенияA(кДж)исгорания
ПГФ,находящейсявблоке,кДж:


ܧ




ܩ



ݍ





(2)




ͳ


ͳ

ܲ
ܸ



ͳ


ܲ

ܲ







ͳͲ



(3)


ДляпрактическогоопределенияэнергииадиабатическогорасширенияПГФ
можновоспользоватьсяформулой:







ܲ

ܸ


ͳͲ



(4)


г
де




ͳ


ͳ


ͳ


ܲ

ܲ








(5)


ܩ



ܸ








(6)


где

ܸ



ܲ
ܲ


ܸ

ܶ


ܶ


(7)


ܶ

ܶ



ܲ

ܲ







(8)









ܲ

ܲ





(9)


г
де






ܶ


ܲ
ܶ

ܲ


ܯ
ʹʹ

Ͷ

ʹ͹͵
ܶ

ܲ
ܲ


ˍˆ
ˏ



(10)


где

ρ
г



плотностьгазаваппаратеприрабочемдавлении

ИЗБ

+Р
0
)
,кг/м
3
;

ρ
0
,

-

плотностьгазапослеадиабатическогорасширения,кг/м
3
.


Приизбыточныхзначениях
P<0,07МПа

и
PV′<0,02МПа·м
3

энергию
адиабатическогорасширенияПГФ(A)ввидумалыхеезначенийврасчетможноне
принимать.

Длямногокомпонентныхсредзначениямассыиобъемаопределяютсясучетом
процентногосодержанияифизическихсвойствсоставляющихэтусмесьпродуктовилипо
о
дномукомпоненту,составляющемунаибольшуюдолювней.


9.
1.2

ܧ





энергиясгоранияПГФ,поступившейкразгерметизированному
участкуотсмежныхобъектов(блоков),кДж:


ܧ




ܩ



ݍ








(11)


Дляi
-
гопотока

ܩ







ݓ



ܵ







(12)


г
де

ݓ




ʹ



ܲ


ݒ




ͳ


(13)


где
υ
i



удельныйобъемгаза,м
3
/кг,допускаетсяпринимать
υ
i

= 1/

ρ
г


приизбыточномP≤0,07МПа.

ݓ




ʹ




ͳ

ܲ


ݒ




ͳ


ܲ

ܲ








(14)




9.
1.3

ܧ





энергиясгоранияПГФ,образующейсязасчетэнергииперегретой
ЖФ
рассматриваемогоблокаипоступившейотсмежныхобъектовзавремяτ
i
,кДж:


КоличествоЖФ,поступившейотсмежныхблоков:

ܧ



ܩ




ͳ

ݔ݌








ݎ



ݍ



ܩ




ͳ

ݔ݌








ݎ








ݍ




(15)


КоличествоЖФ,поступившейотсмежныхблоков:

ܩ







ݓ



ܵ






ˍˆ

(16)


где


ݓ






ʹ


ܲ




ˏ
˔


(17)


μ



взависимостиотреальныхсвойствЖФигидравлическихусловийпринимается
впределах0,4

0,8;

ΔP



избыточноедавлениеистеченияЖФ
,МПа
.

Примечание.

Прирасчетахскоростей
истеченияПГФиЖФизсмежныхсистем
каварийномублокуможноиспользоватьидругиерасчетныеформулы,учитывающие
фактическиеусловиядействующегопроизводства,втомчислегидравлическое
сопротивлениесистем,изкоторыхвозможноистечение.




9.
1.4
ܧ





энергиясгоранияПГФ,образующейсяизЖФзасчеттепла
экзотермическихреакций,непрекращающихсяприразгерметизации,кДж:


ܧ



ݍ

ݎ













(18)


где


τ
Pi



принимаетсядлякаждогослучаяисходяизконкретныхрегламентированных
условийпроведенияпроцессаивременисрабатыванияотсечнойарматурыисредствПАЗ,
с.


9.
1.5

ܧ





энергиясгоранияПГФ,образующейсяизЖФзасчет
теплопритокаотвнешнихтеплоно
сителей,кДж:



ܧ



ݍ

ݎ













(19)


Значение
П
Ti

(кДж/с)можетопределятьсясучетомконкретноготеплообменного
оборудованияиосновныхзакономерностейпроцессовтеплообмена(
П
Ti

= K
i

·
F
i

·

Δ
i
)по
разноститеплосодержаниятеплоносителяна
входевтеплообменныйэлемент(аппарат)и
выходеизнего:




ܹ















ˋˎˋ




ܹ


ݎ



(20)


где


W
Ti



секундныйрасходгреющеготеплоносителя;

r
Ti



удельнаятеплотапарообразованиятеплоносителя,
Дж/кг
.

9.1.6

ܧ




энергиясгоранияПГФ,образующейсяизпролитойнатвердую
поверхность(пол,поддон,грунтит.п.)ЖФзасчеттепло
-

имассообменас
окружающейсредой(сподстилающейповерхностьюивоздухом),кДж:


ܧ



ܩ



ݍ



(21)


г
де

ܩ



ܩ



ܩ




(22)


ܩ



ʹ

ܶ


ܶ

ݎ





ܨ
˒



ˋ


(23)


где
ܨ
˒

ܨ
ˊˈ˓ˍ˃ˎ˃


ˉˋˇ


ܨ
˄ˑˍ

˒ˑ˅ˈ˓

˒ˑˇˇˑː˃


ˑ˄˅˃ˎˑ˅ˍˋ


ˏ


T
0


температураподстилающейповерхности(пола,поддона,грунтаит.п.),
K
;



͵

ͳͶ


(24)













(25)


ܩ




ˋ

ܨ
ˉ


ˋ



(26)



ˋ

ͳͲ





ܲ



ܯ


(27)


где

ρ


плотность

материалаподдона(поребрики),кг/м
3

с



удельнаятеплоемкостьматериалаподдона,Дж/кг
·
К.

ܲ


ܲ


ݔ݌

ݎ
ܴ


ͳ
ܶ


ͳ
ܶ





(28)


где






давлениенасыщенногопараприрасчетнойтемпературе
Tp
,вкачествекоторой
принимаетсямаксимальнаяиздвухтемператур


температурывоздухаитемпературы
жидкостивпроливе,кПа.

Значениебезразмерногокоэффициента
η
,учитывающеговлияниескоростии
температурывоздушногопотоканадповерхностью(зеркало
испарения)жи
дкости,
принимаетсяпотаблице

21.

Таблица

21

-

Значениекоэффициента



Скорость

воздушного

потока

над
зеркаломиспарения,

м/с

Значения

коэффициента



при

температуре

воздуха

над

зеркалом

испарения
t
О.С
.

,

°C

10

15

20

30

35

0

1

1

1

1

1

0,1

3

2,6

2,4

1,8

1,6

0,2

4,6

3,8

3,5

2,4

2,3

0,5

6,6

5,7

5,4

3,6

3,2

1

10

8,7

7,7

5,6

4,6


Примечание:

дляскоростейветраболее1м/свеличин
у

η

принимается

равной
при1м/с,притемпературевоздуха
t
о.с

надзеркало
миспаренияболее35°Cвеличину

η

принимают
равнойпри
t
о.с

=35°C,притемпературевоздуха
t
о.с

надзеркаломиспарения
менее10°Cвеличин
у

η

берется
принимают

при
t
о.с

=10°C.


Времяиспарения(времяконтактажидкостисповерхностьюпролива,
принимаемоеврасчет)
τ
и

рассчитываетсяпоформуле:



ˋ

ݔ

ܮ




ܷ
˅ˈ˕˓˃


͵


ܶ


ܶ


ݎ






ܨ
˒
ܨ
ˉ

ͳ

ˋ





(29)


где


L
0,5НКПР



расстояние,накоторомПГФ,дрейфующаяотпроливаплощадью
F
ж

и
скоростьюэмиссииm
и

(рассчитаннойпо(1
12
)),рассеиваетсядоконцентрации0,5НКПР,
отсчитываетсяот
надветренной

стороны),м;

U
ветра



скоростьвоздушногопотоканадзеркаломиспарения,м/с.

Ориентировочнозначение
G″
Σ

м
ожетопределятьсяпотаблице
22
.

Таблица
22

-

ЗависимостьмассыПГФ
пролитойжидкостиоттемпературыеекипенияпри

τ
И

=180с

Значениетемпературыкипения
ЖФ;
t
к
,
о
С

Масса
ПГФ

G
SUM
,кг
;
(при
F
п

=50м
2
)

Выше60

10

От60до40

10


40

От40до25

40


85

От25до10

85


135

От10до

5

135


185

От

5до

20

185


235

От

20до

35

235


285

От

35до

55

285


350

От

55до

80

350


425

Ниже

80

� 425

Дляконкретныхусловий,когдаплощадьтвердойповерхностипроливажидкости
окажетсябольшеилименьше50м
2

(F
П


50),производитсяпересчетмассыиспарившейся

жидкостипоформуле
:

ܩ



ܩ


ܨ
˒
ͷͲ


ˋ
ͳͺͲ


(30)


ПозначениямобщихэнергетическихпотенциаловвзрывоопасностиE
определяютсявеличиныприведенноймассыиотносительногоэнергетического
потенциала,характеризующихвзрывоопасностьтехнологическихблоков.

Общаямассагорючихпаров(газов)взрывоопасногопарогазовогооблака
m,

кг
приведеннаякединойудельнойэнергиисгорания,равной46

000кДж/кг:



ܧ
Ͷ

͸

ͳͲ



(31)


Относительныйэнергетическийпотенциалвзрывоопасности
Q
В

технологического
блоканаходитсярасч
етнымметодомпоформуле
:

ܳ
˅

ͳ
ͳ͸

ͷ͵Ͷ


ܧ



(32)


Позначениямотносительныхэнергетическихпотенциалов
Q
В

иприведенной
массепарогазовойсредыmустанавливаютсякатегориивзрывоопасноститехнологических
блоков.

Показателикатегорийприведенывтаблице

2
3
.

Таблица
2
3



Показателикатегорийвзрывоопасноститехнологическихблоков

Категориявзрывоопасности

Q
в

m
,кг

I

� 37

� 5000

II

27


37

2000


5000

III

27

2000

9.2

Расчет
последствийвзрываикритерииустойчивостизданий


Вцеляхобоснования
безопасногоразмещенияустановок,зданий,сооруженийна
территориивзрывопожароопасногопроизводственногообъектавобщемслучаеследует
проанализироватьриск

взрыватопливно
-
воздушныхсмесей(далее
-

ТВС),образующихся
приаварийномвыбросеопасных(горюч
их,воспламеняющихся)веществ.Риск

взрыва
являетсямеройопасности,характеризующаявозможностьитяжестьпоследствий
аварии
.

Расчетзонпоражения,разрушения(последствийвзрыва)необходимоприменять
привыборетехническихмероприятийпозащитеобъектов
иперсоналаотударно
-
волновоговоздействиявзрывапарогазовыхсред,атакжетвердыхижидкиххимически
нестабильныхсоединений(перекисныесоединения,ацетилениды,нитросоединения
различныхклассов,продуктыосмоления,трихлористыйазот),способныхвзрыва
ться.

Расчетыразмеровзонпораженияследуетпроводитьпооднойиздвухметодик:

1)методикаоценкизонпоражения,основаннаяна"тротиловомэквиваленте"
взрываТВС;

2)методика,учитывающаятипвзрывногопревращения(детонация/дефлаграция)
привоспламенен
ииТВС.


1.Методикарасчета"тротиловогоэквивалента"даеториентировочныезначения
участвующейвовзрывемассывеществабезучетадрейфаоблакаТВС.Вданнойметодике
принятыследующиеусловияидопущения.


1.1
Дляоценкиуровнявоздействиявзрываможет
применяться"тротиловый
эквивалент"взрываW
т

(кг),определяемыйпоусловиямадекватностихарактераистепени
разрушенияпривзрывахсучастиеминыхвеществисмесей.Расчетпроводитсяпо
формуле
:

ܹ


ݍ

ݍ



ܹ



(33)


где
W
k

-

массатвердыхижидкиххимическинестабильныхсоединений;


q
k

-

удельнаяэнергиявзрыватвердыхижидкиххимическинестабильных
соединений.

Массатвердыхижидкиххимическинестабильныхсоединений

W
к

определяется
поихсодержаниювтехнологическойсистеме,блоке,аппарате.


1.2Массапарогазовыхвеществ,участвующихвовзрыве,определяется
произведением









(34)


где

m



массапарогазовоговеществавоблаке,кг;

z

-

доляприведенноймассыпарогазовыхвеществ,участвующихвовзрыве.

Таблица
2
4

-

Значение
z

длязамкнутыхобъемов(помещений)

Видгорючеговещества

z

Водород

1,0

Горючиегазы

0,5

Парылегковоспламеняющихсяигорючихжидкостей

0,3


1.
3

Источникивоспламенениямогутбытьпостоянные

(печи,факелы,
невзрывозащищеннаяэлектроаппаратура)илислучайные(временныеогневыеработы,
транспортныесредства),которыемогутпривестиквзрывупарогазовогооблакаприего
распространении.


1.4

Дляоценк
иуровнявоздействиявзрываможетприменятьсятротиловый
эквивалент.


Тротиловыйэквивалентвзрыва

парогазовойсреды
W
Т

(кг),определяемыйпо
условиямадекватностихарактераистепениразрушенияпривзрывахпарогазовых
облаков,атакжетвердыхижидких
химическинестабильныхсоедин
ений,рассчитывается
поформуле
:


1.4.1

Дляпарогазовыхсред

ܹ


Ͳ

Ͷ

ݍ

Ͳ

ͻ

ݍ







Ͳ

Ͷ

ݍ

Ͳ

ͻ

ݍ






(35)


где

0,4
-

доляэнергиивзрывапарогазовойсреды,затрачиваемаянепосредственнона
формированиеударнойволны;

0,9
-

доляэнергиивзрыватринитротолуола(ТНТ),затрачиваемаянепосредственно
наформированиеударнойволны;


q

-

удельнаятеплотасгоранияпарогазовойсреды,
равная46

000
кДж/кг;


q
T

-

удельнаяэнергиявзрываТНТ,

кДж/кг
.


1.5
Зонойразрушениясчитается
площадьсграницами,определяемымирадиусами
R,центромкоторойявляетсярассматриваемыйтехнологическийблокилинаиболее
вероятноеместоразгерметизациитехнологическойсистемы.Границыкаждойзоны
характеризуютсязначениямиизбыточныхдавленийпофронту

ударнойволны

ΔP


и
соответственнобезразмернымкоэффициентомK.


Классификациязонразрушенияприводитсяв
таблице

2
5
.


Таблица
2
5

-

.

Классификациязонразрушения

Классзоны

разрушения

K

Δ

P,кПа

Вероятныепоследствия,характер

поврежденийзданийисооружений

1

3,8



100

Полноеразрушениезданийсмассивными

стенами

2

5,6

70

Разрушение

стен

кирпичных

зданий

толщинойв
1,5
кирпича;

перемещение

цилиндрических
резервуаров;
разрушение

трубопроводных
эстакад

3

9,6

28

Разрушение

перекрытий

промышленных

зданий;

разрушение

промышленных

стальных

несущих

конструкций;

деформациитрубопроводных
эстакад

4

28

14

Разрушениеперегородокикровлизданий;
повреждениестальныхконструкций
каркасов,
ферм

5

56

≤2

Границазоныповрежденийзданий;частичное
повреждениеостекления



1.5.1

Радиусзоныразрушения(м)вобщемвидеопределяетсявыражением:

ܴ

ܭ


ܹ



ͳ


͵ͳͺͲ
ܹ









(36)


где

K
-

безразмерныйкоэффициент,характеризующийвоздействие
взрыванаобъект.


Примассепаровmболее5000кградиусзоныразрушенияможетопределяться
выражением:

ܴ

ܭ


ܹ




(37)





Приложенные файлы

  • pdf 3298023
    Размер файла: 715 kB Загрузок: 1

Добавить комментарий