1. Определение значений энергетических показателей взрывоопасности технологического блока
1. Энергетический потенциал взрывоопасности Е (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:
Е=Е1 +E'2 + E'1 + E''2 +E''3 +E'4 (1)
1.1. E'1 - сумма энергий адиабатического расширения А (кДж) и сгорания ПГФ, находящейся в блоке, кДж:
E'1=G'1q'+A (2)
A=
Для практического определения энергии адиабатического расширения ПГФ можно воспользоваться формулой:
A= (3)
где
=
G'1=V'0P'0 (4)
где
T= T1
=
При избыточных значениях P< 0,07 МПа и PV' < 0,02 МПа·м3 энергию адиабатического расширения ПГФ (А) 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 одному компоненту, составляющему наибольшую долю в ней.
1.2. E'2 - энергия сгорания ПГФ, поступившей к разгерметизированному участку от смежных объектов (блоков), кДж:
E'2 = (5)
Для i-го потока
G'i = (6)
где
=
при избыточном Р <0,07 МПа
W'i =
1.3. E''1 - энергия сгорания ПГФ, образующейся за счет энергии перегретой ЖФ рассматриваемого блока и поступившей от смежных объектов за время , кДж:
E''1 =G''1 (7)
Количество ЖФ, поступившей от смежных блоков:
= (8)
где
W''i = μ
μ- в зависимости от реальных свойств ЖФ и гидравлических условий принимается в пределах 0,4-0,8;
ΔP- избыточное давление истечения ЖФ.
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.
1.4. E''2- энергия сгорания ПГФ, образующейся из ЖФ за счет тепла экзотермических реакций, не прекращающихся при разгерметизации, кДж:
(9)
где - принимается для каждого случая исходя из конкретных регламентированных условий проведения процесса и времени срабатывания отсечной арматуры и средств ПАЗ, с.
1.5. E''3 - энергия сгорания ПГФ, образующейся из ЖФ за счет теплопритока от внешних теплоносителей, кДж:
(10)
Значение (кДж/с) может определяться с учетом конкретного теплообменного оборудования и основных закономерностей процессов теплообмена ( = ) по разности теплосодержания теплоносителя на входе в теплообменный элемент (аппарат) и выходе из него:
или
где - секундный расход греющего теплоносителя;
- удельная теплота парообразования теплоносителя,
а также другими существующими способами.
1.6. E''4- 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:
(11)
где
(12)
(13)
здесь T0 - температура подстилающей поверхности (пола, поддона, грунта и т.п.), K ;
(14)
где
где Рн - давление насыщенного пара при расчетной температуре Тр, 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) жидкости, принимается по таблице N 1
Таблица N 1
Значения коэффициента η
Примечание: для скоростей ветра более 1 м/с величина η берется равной при 1 м/с, при температуре воздуха toc над зеркалом испарения более 35°С величина η берется равной при t oc= 35°С, при температуре воздуха toc над зеркалом испарения менее 10°С величина η берется равной при toc = 10°С.
Время испарения (время контакта жидкости с поверхностью пролива, принимаемое в расчет) рассчитывается по формуле:
(15)
- расстояние, на котором ПГФ, дрейфующая от пролива площадью Fж и скоростью эмиссии mи (рассчитанной по (14), 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 может определяться по таблице N 2.
Таблица N 2
Зависимость массы ПГФ пролитой жидкости от температуры ее кипения при =180 с
Для конкретных условий, когда площадь твердой поверхности пролива жидкости окажется больше или меньше 50 м2 ( ≠50), производится пересчет массы испарившейся жидкости по формуле
(16)
2. По значениям общих энергетических потенциалов взрывоопасности E определяются величины приведенной массы и относительного энергетического потенциала, характеризующих взрывоопасность технологических блоков.
2.1. Общая масса горючих паров (газов) взрывоопасного парогазового облака m , приведенная к единой удельной энергии сгорания, равной 46000 кДж/кг:
(17)
2.2. Относительный энергетический потенциал взрывоопасности QB технологического блока находится расчетным методом по формуле
(18)
По значениям относительных энергетических потенциалов QB и приведенной массе парогазовой среды m устанавливаются категории взрывоопасности технологических блоков.
Показатели категорий приведены в таблице N 3.
Таблица N 3
Показатели категорий взрывоопасности технологических блоков
3. С учетом изложенных в данном приложении основных принципов могут разрабатываться методики расчетов и оценки уровней взрывоопасности блоков для типовых технологических линий или отдельных процессов.