МЕТОДИКА ВИЗНАЧЕННЯ ЕНЕРГЕТИЧНИХ ПОКАЗНИКІВ ТЕХНОЛОГІЧНИХ БЛОКІВ
Визначення значень енергетичних показників вибухонебезпечності технологічних блоків проводиться згідно:
НАОП 1.3.00-1.01-88. Загальні правила вибухобезпеки для вибухопожежонебезпечних хімічних, нафтохімічних і нафтопереробних виробництв.
1. Енергетичний потенціал вибухонебезпечності Е (кДж) блоку визначається повною енергією згоряння парогазової фази, що перебуває в блоці, з урахуванням величини роботи її адіабатичного розширення, а також величини енергії повного згоряння рідини, що випарувалася, з максимально можливої площі її виливу, при цьому вважається:
1) при аварійній розгерметизації апарата відбувається його повне розкриття (руйнування);
2) площа виливу рідини визначається, виходячи з конструктивних рішень будівель або площадки зовнішньої установки;
3) час випаровування приймається не більше однієї години:
Е = Е'1 + Е'2 + Е"1 + Е"2 + Е"3 + E"4, ()
де
|
Е |
- загальний енергетичний потенціал вибухонебезпеки (повна енергія згорання ПГФ, що надійшла в навколишнє середовище при аварійній розгерметизації блоку (АРБ)); |
|
Еn |
- повна енергія, що виділяється при згоранні маси РФ, що не випарилася при аварійній розгерметизації блоку (АРБ); |
|
Е'і |
- енергія згорання при АРБ ПГФ, що безпосередньо знаходиться у блоку та надходить у нього від суміжних апаратів та трубопроводів; |
|
Е"і |
- енергія згорання ПГФ, що утворюється при АРБ з РФ, що наявна в блоці та надходить в нього від суміжних апаратів та трубопроводів; |
1.1. Е'1- сума енергій адіабатичного розширення А і згоряння ПГФ G'1q', що знаходиться в блоці, кДж:
E'1 = G'1q' + A, ()
|
q' |
- питома теплота згорання ПГФ; |
|
|
<Object: word/embeddings/oleObject1.bin> |
- енергія стиснутої ПГФ, що наявна безпосередньо у блоці та надходить від суміжних блоків, що розглядається як робота її адіабатичного розширення при АРБ; |
|
|
К |
- коефіцієнт теплопередачі від теплоносія до одержувача; |
|
Для практичного визначення енергії адіабатичного розширення ПГФ можна скористатися формулою:
A = 1 PV’, ()
де 1 може бути прийняте по табл. 6
|
Показник адіабати |
Тиск у системі, МПа |
|||||||||
|
|
0,07-0,5 |
0,5-1,0 |
1,0-5,0 |
5,0-10,0 |
10,0-20,0 |
20,0-30,0 |
30,0-40,0 |
40,0-50,0 |
50,0-75,0 |
75,0-100,0 |
|
k=1,1 |
1,60 |
1,95 |
2,95 |
3,38 |
308 |
4,02 |
4,16 |
4,28 |
4,46 |
4,63 |
|
k=1,2 |
1,40 |
1,53 |
2,13 |
2,68 |
2,94 |
3,07 |
3,16 |
3,23 |
3,36 |
3,42 |
|
k=1,3 |
1,21 |
1,42 |
1,97 |
2,18 |
2,36 |
2,44 |
2,50 |
2,54 |
2,62 |
2,65 |
|
k=1,4 |
1,08 |
1,24 |
1,68 |
1,83 |
1,95 |
2,00 |
2,05 |
2,08 |
2,12 |
2,15 |
1.1.1. G'1 - маса ПГФ, що наявна безпосередньо у блоці та надходить у нього при АРБ від суміжних об‘єктів, кг
<Object: word/embeddings/oleObject2.bin>, ()
де
|
<Object: word/embeddings/oleObject3.bin> |
- об‘єм ПГФ, приведений до нормальних умов (T0 = 293 К, Р0 = 0,1 МПа);, м³ |
|
<Object: word/embeddings/oleObject4.bin> |
- абсолютна температура середовища, К |
|
<Object: word/embeddings/oleObject5.bin> |
- щільність ПГФ приведена до нормальних умов, кг/ м³ |
При надлишкових значеннях Р < 0,07 МПа й PV/ < 0,02 МПам3 енергію адіабатичного розширення ПГФ (А) через малі її значення в розрахунок можна не приймати.
Для багатокомпонентних середовищ значення маси й об'єму визначаються з урахуванням процентного змісту й фізичних властивостей продуктів, що складають цю суміш або по одному компоненту, що становить найбільшу частку в ній.
1.2. Е'2 - енергія згоряння ПГФ, що надійшла до розгерметизованої ділянки від суміжних об'єктів (блоків), кДж:
<Object: word/embeddings/oleObject6.bin>, ()
Для i-го потоку
<Object: word/embeddings/oleObject7.bin>, ()
де
|
<Object: word/embeddings/oleObject8.bin> |
- швидкість витікання ПГФ в блок, що розглядається з суміжних блоків, при надлишковому Р >0,07 Мпа |
|
<Object: word/embeddings/oleObject9.bin> |
- швидкість витікання ПГФ в блок, що розглядається з суміжних блоків, при надлишковому Р ≤0,07 Мпа |
|
Si |
- площа перетину, через який можливе витікання ПГФ при АРБ, м² |
|
i |
- час з моменту АРБ до повного спрацювання арматури, що відключає аварійний блок |
|
νi‘ |
- питомий об‘єм ПГФ (в реальних умовах) |
Для практичного застосування при P < 0,07 МПа розраховувати швидкості (м/с) витікання ПГФ можливо по формулі:
<Object: word/embeddings/oleObject10.bin>, ()
2 — може бути прийняте по табл. 7.
|
Показник адіабати |
Тиск в системі, МПа |
|||||||||
|
|
0,07 -0,5 |
0,5 -1,0 |
1,0 -5,0 |
5,0 -10,0 |
10,0 -20,0 |
20,0 -30,0 |
30,0 -40,0 |
40,0 -50,0 |
50,0 -75,0 |
75,0 -100,0 |
|
k = 1,1 |
1,76 |
2,14 |
3,25 |
3,72 |
4,18 |
4,42 |
4,58 |
4,71 |
4,91 |
5,10 |
|
k = 1,2 |
1,68 |
1,84 |
2,56 |
3,21 |
3,52 |
3,68 |
3,79 |
3,88 |
4,02 |
4,10 |
|
k = 1,3 |
1,57 |
1,85 |
2.56 |
2,83 |
3,07 |
3,18 |
3,25 |
3,30 |
3,40 |
3,46 |
|
k = 1,4 |
1,515 |
1,74 |
2,35 |
2,56 |
2,74 |
2,81 |
2,87 |
2.91 |
2,97 |
3,02 |
1.3. Е"1 - енергія згоряння ПГФ, що утвориться за рахунок енергії перегрітої РФ розглянутого блоку й, що надійшла від суміжних об'єктів за час i, кДж:
<Object: word/embeddings/oleObject11.bin>, ()
де
|
k |
- різниця температур РФ при регламентованому режимі и її кипіння при атмосферному тиску; |
|
с" |
- питома теплоємність рідкої фази; |
|
r |
- питома теплота пароутворення пальної рідини; |
1.3.1. G"і - кількість РФ, що надійшла від суміжних блоків:
<Object: word/embeddings/oleObject12.bin>, ()
де:
|
<Object: word/embeddings/oleObject13.bin> |
- швидкість витікання РФ в блок, що розглядається з суміжних блоків |
|
- залежно від реальних властивостей РФ і гідравлічних умов приймається в межах 0,4 - 0,8; |
|
|
Р |
- надлишковий тиск витікання РФ |
1.4. Е"2 - енергія згоряння ПГФ, що утвориться із РФ за рахунок тепла екзотермічних реакцій, що не припиняються при розгерметизації, кДж:
<Object: word/embeddings/oleObject14.bin>, ()
де рi приймається для кожного випадку, виходячи з конкретних регламентованих умов проведення процесу й часу спрацьовування відсічних арматур і засобів ПАЗ, с.
1.5. Е"3 - енергія згоряння ПГФ, що утвориться із РФ за рахунок теплоприпливу від зовнішніх теплоносіїв, кДж:
<Object: word/embeddings/oleObject15.bin>, ()
Значення Птi (кДж/с) може визначатися з обліком конкретного теплообмінного устаткування й основних закономірностей процесів теплообміну (Птi = Ki Fi ti) по різниці тепломісткості теплоносія на вході в теплообмінний елемент (апарат) і виході з нього:
Птi = Wтi сi (t’2 - t’1) або Птi = Wтi rтi,
де: Wтi - секундна витрата теплоносія, що гріє;
rтi - питома теплота паротворення теплоносія, а також іншими існуючими способами.
1.6. Е"4 - енергія згоряння ПГФ, що утвориться із пролитої на тверду поверхню (підлога, піддон, ґрунт і т.п.) РФ за рахунок тепловіддачі від навколишнього середовища (від твердої поверхні й повітря до рідини по її поверхні), кДж:
<Object: word/embeddings/oleObject16.bin>, ()
де:
<Object: word/embeddings/oleObject17.bin>, ()
1.6.1. G"4 - маса РФ, що випаровується за рахунок теплопритоку від твердої поверхні (підлоги, піддону, обвалування тощо);
<Object: word/embeddings/oleObject18.bin> ()
де
|
Т0 |
- температура твердої поверхні (підлоги, піддона, ґрунту й т.п.), К; |
|
ТК |
- температура кипіння пальної рідини(К чи С); |
|
r |
- питома теплота пароутворення пальної рідини; |
|
- коефіцієнт теплової активності поверхні (піддону); |
|
|
Fп |
- площа контакту рідини з твердою поверхнею розливу (площа теплообміну поміж вилитою рідиною та твердою поверхнею), м² |
|
Fв |
- площа поверхні дзеркала рідини, м² |
|
|
|
1.6.2. FВ - площа поверхні дзеркала рідини, м2
FВ = V∙ctgθ∙(ρб/σ)0,5KП, ()
де V - об’єм вилитою рідини;
θ – крайовий кут змочування поверхні;
ρб – питома вага (щільність) рідини;
σ – коефіцієнт поверхневого натягу, приймається 2,1;
Кп – коефіцієнт виду поверхні, для бетону приймається 0,3;
Примітка. При виливах у піддон (обвалування) FВ приймається рівною площі піддону (обвалування).
1.6.3. G"5 - маса РФ, що випаровується за рахунок теплопередачі від оточуючого повітря до вилитої рідини (по дзеркалу випаровування)
<Object: word/embeddings/oleObject19.bin>, ()
де
|
и |
- час контакту рідини з поверхнею розливу, що приймається для розрахунку. |
<Object: word/embeddings/oleObject20.bin> *, ()
* - інтенсивність випаровування визначають по довідковим та експериментальним даним. Для ненагрітих вище температури навколишнього середовища ЛЗР, при відсутності даних допускається розраховувати по вище вказаній формулі. Формула застосовується при температурі підстильної поверхні від мінус 50 до плюс 40°С.
де
|
η |
- коефіцієнт, що приймається по таблиці та залежить від швидкості та температури повітряного потоку над поверхнею випаровування; |
|
|
М |
– молярна маса, г/моль; |
|
|
<Object: word/embeddings/oleObject21.bin> |
- тиск насиченої пари при розрахунковій температурі рідини Т, кПа; |
|
|
Швидкість повітряного потоку в приміщенні, м/с |
Значення коефіцієнту η при температурі t, °С повітря в приміщенні |
||||
|
|
10 |
15 |
20 |
30 |
35 |
|
0,0 0,1 0,2 0,5 1,0 |
1,0 3,0 4,6 6,6 10,0 |
1,0 2,6 3,8 5,7 8,7 |
1,0 2,4 3,5 5,4 7,7 |
1,0 1,8 2,4 3,6 5,6 |
1,0 1,6 2,3 3,2 4,6 |
R = (FВ/π)0,5, ()
Орієнтовно, значення G" = G"4 + G"5 може визначатися по табл. 8
Для конкретних умов, коли площа твердої поверхні виливу рідини виявиться більше або менше 50 м2 (FП 50), проводиться перерахування маси рідини, що випарувалася, по формулі:
<Object: word/embeddings/oleObject22.bin>, ()
|
Значення температури кипіння рідкої фази tk, °С |
Маса парогазовой фази (при FП = 50 м2) |
|
Вище 60 |
< 10 |
|
Від 60 до 40 |
10 – 40 |
|
Від 40 до 25 |
40 – 85 |
|
Від 25 до 10 |
85 – 135 |
|
Від 10 до -5 |
135 – 185 |
|
Від -5 до -20 |
185 - 235 |
|
Від -20 до - 35 |
235 - 285 |
|
Від -35 до -55 |
285 - 350 |
|
Від -55 до -80 |
350 - 425 |
|
Нижче -80 |
> 425 |
2. За значеннями загальних енергетичних потенціалів вибухонебезпечності Е визначаються величини приведеної маси й відносного енергетичного потенціалу, що характеризують вибухонебезпечність технологічних блоків.
2.1. Загальна маса горючої пари (газів) вибухонебезпечної парогазової хмари m, приведена до єдиної питомої енергії згоряння, рівної 46000 кДж/кг:
m = E/4,6 104, ()
2.2. Відносний енергетичний потенціал вибухонебезпечності Qв технологічного блоку визначається розрахунковим методом по формулі:
<Object: word/embeddings/oleObject23.bin>, ()
За значеннями відносних енергетичних потенціалів Qв і приведеній масі парогазовой середовища m проводиться визначення категорії технологічних блоків.
Показники категорій наведені в табл. 9.
|
Категорія вибухонебезпечності |
Qв |
m, кг |
|
I |
> 37 |
> 5000 |
|
II |
27 - 37 |
2000 - 5000 |
|
III |
< 27 |
< 2000 |