 |
Методика расчета значений энергетических показателей взрывоопасности технологических блоков
|
|
|
|
Взрывоопасность технологической стадии количественно можно определить по значению общего энергетического потенциала. Общий энергетический потенциал взрывоопасности технологического блока характеризуется энергией адиабатического расширения парогазовой фазы, полного сгорания имеющихся и образующихся из жидкости паров за счет внутренней и внешней (окружающей среды) энергии при аварийном раскрытии технологической системы: [18]
(3.1)
где 
– сумма энергий адиабатического расширения и сгорания ПГФ, находящейся непосредственно в аварийном блоке;
– энергия сгорания ПГФ, поступившей к разгерметизированному участку от смежных блоков;
– энергия сгорания ПГФ, образующейся за счет энергии перегрева ЖФ рассматриваемого блока и поступившей от смежных объектов за время;
– энергия сгорания ПГФ, образующейся из ЖФ за счет тепла экзотермических реакций, не превращающихся при аварийной разгерметизации;
– энергия сгорания ПГФ, образующейся из ЖФ за счет теплопритока от внешних теплоносителей;
– энергия сгорания ПГФ, образующейся из пролитой на твердую поверхность ЖФ за счет теплоотдачи от окружающей среды (от воздуха по зеркалу и твердой поверхности к жидкости).
Исходя из значения Е, рассчитывают общую массу горючих паров взрывоопасного парогазового облака, приведенную к единой удельной энергии сгорания, равной 46000 кДж/кг и относительный энергетический потенциал взрывоопасности технологического блока:
(3.2)
где m – масса горючих паров, газов, кг.
(3.3)
где Q в – относительный энергетический потенциал взрывоопасности технологического блока.
|
|
|
По значению Q в и m осуществляют категорирование блоков:
Таблица 3.3 – Параметры категорирования
| Категория взрывоопасности | Qв | m |
| I | >37 | >5000 |
| II | 27-37 | 2000-5000 |
| III | <27 | <2000 |
Согласно п.1.3 [18] категорию взрывоопасности блоков, определенную расчетом, следует принимать на одну выше, если образующиеся в технологическом блоке вещества относятся к I или II классу по ГОСТ 12.1.007-76.
Значения общей приведенной массы парогазовых сред и общего энергетического потенциала могут быть использованы при определении зон разрушения и возможного травмирования персонала в случае аварии.
Методики расчета энергий сгорания парогазовых сред, которые могут быть выброшены при аварийной разгерметизации блока и образованы от внутренних и внешних источников состоят в следующем:
Сумма энергий адиабатического расширения и сгорания парогазовой фазы, находящейся непосредственно в аварийном блоке.
Значения 
рассчитывается по формуле:
= А+ G΄q΄; кДж (3.4)
в свою очередь
(3.5)
(3.6)
В технологии (блоках) могут находиться многокомпонентные парогазовые фазы. В этом случае расчет массы и объема производится с учетом процентного содержания (
) и физических свойств (
) составляющих эту смесь продуктов. Вместе с тем, допускается расчет производить по одному компоненту, составляющему наибольшую долю в смеси.
Подставляя (3.5) и (3.6) в (3.4) для случая многокомпонентных парогазовых фаз можно записать:
= Рабс. 
. (3.7)
Поскольку значения 
изменяются в пределах 1,08÷1,6 и 5÷50 МДж/кг, что значительно больше 
, тогда в практических расчетах значением первого слагаемого в (3.4) можно пренебречь, тогда:
.
Энергия сгорания парогазовой фазы, поступившей к разгерметизированному участку от смежных блоков.
|
|
|
Значение 
рассчитывается по формуле:
, (3.8)
где 
. (3.9)
В практических расчетах скорость истечения парогазовой фазы можно определить по формуле:
. (3.10)
Подставив (3.9) и(3.10) в (3.8) получим:
(3.11)
Энергия сгорания парогазовой фазы, образующейся за счет энергии перегрева жидкой фазы.
Значения 
рассчитывается по формуле:
(3.12)
массу жидкой фазы, поступившей от смежных блоков можно рассчитывать по методике:
(3.13)
Скорость истечения:
, (3.14)
где Н – напор, при котором происходит истечение жидкости, м.вод.ст.;
μ – коэффициент расхода, учитывающий сужение струи и трение.
Если аппарат работает под избыточным давлением Рабс, тогда:
(3.15)
Энергия сгорания ПГФ, образующейся из ЖФ за счет теплопритока от экзотермических реакций и внешних теплоносителей.
Значения 
и 
рассчитываются по формулам:
= 
, кДж (3.16)
, кДж (3.17)
Значение ПТ i рассчитывается по формуле:
. (3.18)
Энергия сгорания ПГФ, образующейся из пролитой на твердую поверхность жидкой фазы.
Значения 
рассчитывается по формуле:
, кДж (3.19)
Значение 
можно принимать по таблице 4 [18], и для конкретных условий розлива производить перерасчет по формуле:
= 
(3.20)
Площадь розлива можно определить, зная радиус растекания жидкой фазы. Для горючих жидкостей с различной вязкостью по поверхности полированного стекла в зависимости от кинематической вязкости и времени растекания τ получены расчетные формулы при разовом истечении объема V:
(3.21)
при непрерывном истечении с объемным расходом Q:
(3.22)
Для учета характеристики поверхности введен коэффициент состояния поверхности К n, определяющий соотношение фактического радиуса растекания по идеальной поверхности.
|
|
|
Приняв для идеальной поверхности стека К n =1 экспериментально нашли: для металла 0,9, для грунта 0,9, для железобетонной плиты 1,1, для асфальта 1,1, для бетона с наполнителем из мраморной крошки 0,5.
Согласно [6] допускается принимать площадь испарения при розливе на пол, исходя из расчета, что 1 литр смесей и растворов, содержащих 70% и менее (по массе) растворителей, разливается на площади 0,5 м2, а остальных жидкостей – на площадь 1м2 пола помещения.
Разделение на блоки
Расчет значений энергетических показателей взрывоопасности
технологического блока
Установка БНПУ представляет собой химико-технологическую систему взаимосвязанных технологических операций, в которых перерабатываются взрывоопасные среды.
Установка состоит из следующих узлов:
- электрообессоливание;
– атмосферная возгонка.
Однако, учитывая небольшую производительность и, следовательно, малые геометрические объемы аппаратуры, а также характеристики сред технологическая схема установки БНПУ рассматривается как единый технологический блок.
Рассчитаем значения энергетических показателей взрывоопасности установки БНПУ:
1. Расчет энергий адиабатического расширения и сгорания ПГФ.
1.1. Вещество в блоке – газ придельный, объем ПГФ – 5 м3= V΄, регламентированное давление Рабс=210 кПа, регламентированная температура Т=460 К, β1=1,4, Т0=293 К, П0=100 кПа, ρ΄=2,2 кг/м3, q΄=46250 кДж/кг.
Определим объем ПГФ приведенный к нормальным условиям:
(3.23)
Определим массу ПГФ, находящуюся в аварийном блоке:
(3.24)
По формуле (3.5) определяем:
А=1,4 х 5 х 210=1470 кДж
По формуле (3.4) определяем:
=1470+19,7 х 46250=914234 кДж
1.2. Вещество в блоке – пары бензина, объем ПГФ V=13,9, Рабс=210 кПа, Т=460 К, β 1 =1,21, ρ΄ =4,69 кг/м, q΄ =43786 кДж/кг.
|
|
|
Определяем по формуле (3.5):
А=1,21 х 210 х 13,9=3532 кДж
По формуле (3.24) определяем:
По формуле (3.4) определяем:
=3532 + 87,2 х 43786=3821671 кДж
Общая энергия взрыва ПГФ составит:
=914237+3821671 =4735905 кДж
2. Расчет энергии сгорания ПГФ, поступившей от смежных участков. Рабс=160 кПа, β2=1,68, ρ΄=4,69 кг/м, q΄=43786 кДж/кг, V1=8,43 м3/кг, d=0,15 м, τ=300с.
По формуле (3.10) определяем:
По формуле (3.9) определяем:
По формуле (3.8) определяем:
=1672,5 х 43786=73232085 кДж
3. Расчет энергии сгорания жидкой фазы, пролитой на твердую поверхность. Скорость воздушного потока 1м/с, температура воздуха 250С, площадь контакта жидкости с твердой поверхностью 180 м2, поверхность – бетон, время контакта 300с, температура твердой поверхности 500С.
3.1. Вещество – мазут, температура 2100С. Из графика рисунок 1 и таблицы 4 [10] находим 
.
По формуле (3.20) определяем:
По формуле (3.19) определяем:
= 82,8 х 43786=3625481 кДж.
3.2. Вещество – нефть температура 1800С. Из графика рисунок 1 и таблицы 4 [10] находим 
.
По формуле (3.20) определяем:
По формуле (3.19) определяем:
= 57,6 х 43786=2522074 кДж
Энергия сгорания составит:
= 3625481 + 2522074=6147555 кДж
4. Общий энергетический потенциал будет равен:
Е=4735905+73232085+6147555=84115545 кДж
5. Определим приведенную массу вещества по формуле (3.2):
6. Определим относительный энергетический потенциал по формуле (3.3):
Таблица 3.4 -Классификация технологических блоков по взрывоопасности
| Номера позиций аппаратуры по технологической схеме, составляющие технологический блок | Относительный энергетический потенциал блока | Категория взрывоопасности | Вывод о соответствии | ||
| По регламенту | По расчетам | По регламенту | По расчетам | ||
| Блок теплообменников: Е-101А/В, Е-102А/В, Е-103, Е-104А/В и Е-105 | 8,3 | 26,49 | III | III | Соответствует таблица 5 [10] |
| Электродегидратор V-101 | 7,9 | 26,49 | III | III | |
| Ректификационная колонна Т-101 | 20,4 | 26,49 | III | III | |
| Печи нагрева Н-101 и Н-102 | 6,7 | 26,49 | III | III | |
| Рефлюксная емкость V-102, воздушные холодильники АС-101А/В/С | 9,8 | 26,49 | III | III | |
| Отпарная колонна Т-103, осушитель V-103 | 2,6 | 26,49 | III | III | |
| Воздушные холодильники АС-102 и АС-103 | 0,6 | 26,49 | III | III | |
Вывод: проведя расчеты и определив относительный энергетический потенциал Q в =26,49<27, и приведенную массу m =1828,58кг<2000кг, в соответствии с таблицей 5 [10], определим категорию взрывоопасности установки БНПУ. Установка относится к III категории взрывоопасности.
|
|
|
