 |
Безопасность при эксплуатации сосудов, работающих под давлением
|
|
|
|
10.1 Методические указания
На предприятиях АПК широко используются аппараты, сосуды, коммуникации и другое оборудование, работающее под давлением. К нему относятся водогрейные и паровые котлы, выпарные аппараты, автоклавы, компрессоры, холодильные установки, ресиверы, теплообменники, трубопроводы. Их основная опасность при эксплуатации заключается в возможном внезапном разрушении, что сопровождается взрывом, при котором потенциальная энергия сжатой среды в короткий промежуток времени за счет ее адиабатического расширения переходит в кинетическую энергию разлетающихся осколков разрушенного оборудования. Производимая при адиабатическом расширении сжатой среды работа (в Дж) может быть определена по формуле:
| (10.1) |
где p1, p2 - абсолютное давление соответственно в сосуде и в окружающей среде, МПа;
V - начальный объем газа, м3;
k=cp/cv - показатель адиабаты, для воздуха k=1.41 [здесь сp - удельная теплоемкость газа при постоянном давлении, Дж/(кг×К); сv - то же, при постоянном объеме, Дж/(кг×К)].
Мощность взрыва в МВт:
| (10.2) |
где t - время действия взрыва, с.
Например, при вместимости сосуда 1 м3, находящегося под давлением газа 1 МПа, мощность взрыва составит 13,2 МВт, а водяного пара - около 200 МВт. Взрыв такой мощности сопровождается не только разрушением зданий, но и травматизмом с тяжелым и смертельным исходом.
Основными средствами предупреждения взрывов сосудов, работающих под давлением, в том числе и паровых котлов, являются предохранительные клапаны, которые при срабатывании должны поддерживать в котле давление, превышающее рабочее не более чем на 10 %. На котлах производительностью менее 100 кг/ч устанавливается один, а на более высокой производительности - не менее двух предохранительных клапанов, один из которых контрольный.
|
|
|
Пропускная способность(G, кг/ч) предохранительного клапана, установленного на паровом котле с рабочим давлением насыщенного пара 0,7¸12,0 МПа, рассчитывается по формуле
| (10.3) |
где a - безразмерный коэффициент расхода пара через клапан, принимаемый равным 0,9 величины, установленной заводом-изготовителем клапана;
F - площадь проходного сечения клапана в проточной части, мм2;
Р1 - максимальное избыточное давление пара перед клапаном, МПа.
Взрывы при работе компрессоров могут происходить вследствие превышения давления сжатого воздуха, а также из-за повышения его температуры при сжатии. При сжатии температура воздуха значительно растет и может быть определена по формуле
| (10.4) |
где Т1, Т2 - абсолютная температура газа до и после сжатия, 0К;
Р1, Р2 - абсолютное давление газа до и после сжатия, МПа;
m - показатель политропы, величина которого изменяется в пределах 1¸1,41.
Кроме того, на предприятиях АПК широко применяются баллоны, предназначенные для хранения, перевозки и использования сжатых (азот, кислород, сероводород), сжиженных (аммиак, сернистый ангидрид, фреоны) и растворимых (ацетилен) газов под давлением до 15 МПа. При заполнении сжиженных газов всего объема баллона давление в нем при повышении температуры определяется по формуле
| (10.5) |
где a - коэффициент теплового объемного расширения;
b - коэффициент объемного сжатия;
t1, t2 - начальная и конечная температура баллона, 0С
10.2 Условия задач
ЗАДАЧА 34. Определить число предохранительных клапанов с диаметром проходного отверстия d, мм, которые необходимо установить на котле производительностью GК, кг/ч, насыщенного пара, работающего с максимальным давлением Р1, МПа. Коэффициент расхода пара для клапана равен a.
| Параметры | Варианты исходных данных | ||||
| d, мм | |||||
| P1, МПа | 1,2 | 1,6 | 0,8 | 0,7 | 1,3 |
| GК, кг/ч | |||||
| a | 0,70 | 0,65 | 0,65 | 0,85 | 0,75 |
ЗАДАЧА 35. Определить, соответствует ли пропускная способность двух предохранительных клапанов производительности парового котла G, т/ч. Каждый клапан имеет диаметр проходного отверстия d, мм. Максимальное давление насыщенного пара в котле Р1, МПа, коэффициент расхода пара для клапана равен a.
|
|
|
| Параметры | Варианты исходных данных | ||||
| G, т/ч | 7,3 | 6,0 | 4,0 | 3,1 | 4,5 |
| P1, МПа | 0,8 | 0,7 | 1,4 | 1,0 | 0,9 |
| d, мм | |||||
| a | 0,65 | 0,60 | 0,55 | 0,55 | 0,60 |
ЗАДАЧА 36. Для котла производительностью G, т/ч, насыщенного пара с давлением Р1, МПа, определить пропускную способность и число устанавливаемых на котле предохранительных пружинных клапанов с диаметром проходного отверстия d, мм, коэффициент расхода пара принять равным a.
| Параметры | Варианты исходных данных | ||||
| G, т/ч | 2,5 | 3,0 | 3,5 | 4,0 | 4,5 |
| P1, МПа | 1,4 | 1,6 | 1,3 | 1,7 | 1,9 |
| d, мм | |||||
| a | 0,50 | 0,60 | 0,65 | 0,70 | 0,80 |
ЗАДАЧА 37. Рассчитать, какую температуру будет иметь воздух при сжатии в компрессоре до давления Р2, МПа, если его начальная температура t1, 0С, а давление равно атмосферному. Показатель политропы принять равным 1,3.
| Параметры | Варианты исходных данных | ||||
| Р2, МПа | 1,5 | 2,5 | 3,0 | 3,5 | 4,0 |
| t1, 0С |
ЗАДАЧА 38. В результате неправильного хранения температура баллона, заполненного сжиженным газом, повысилась от t1 до t2. Определите давление в баллоне при температуре t2 и во сколько раз это давление превышает рабочее для данного газа в баллоне.
| Параметры | Варианты исходных данных | ||||
| Газ | Аммиак | Хлор | Углекислый газ | Сероводо-род | Аммиак |
| t1, 0С | |||||
| t2, 0С | |||||
| a×10-5 при 00С при 300С | |||||
| b×10-6 при 00С при 300С |
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 11.
|
|
|
