Приложение 1. Общие принципы количественной оценки взрывоопасности технологических блоков

Приложение 1

Общие принципы количественной оценки взрывоопасности технологических блоков

Условные обозначения и сокращения

Принятые сокращения

ПГФ - парогазовая фаза;

ЖФ - жидкая фаза;

АРБ - аварийная разгерметизация блока.

Обозначение параметра-символа одним штрихом соответствует парогазовым состояниям среды, двумя штрихами - жидким средам, например G' и G'' - соответственно масса ПГФ и ЖФ.

Обозначения

Е - общий энергетический потенциал взрывоопасности (полная энергия сгорания ПГФ, поступившей в окружающую среду при АРБ);

- полная энергия, выделяемая при сгорании неиспарившейся при АРБ массы ЖФ;

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

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

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

- соответственно геометрические объемы ПГФ и ЖФ в системе, блоке;

- объем ПГФ, приведенный к нормальным условиям ( К, МПа);

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

- удельный объем ПГФ (в реальных условиях);

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

- масса ЖФ, испарившейся за счет энергии перегрева и поступившей в окружающую среду при АРБ;

- удельная теплота сгорания соответственно ПГФ и ЖФ;

- суммарный тепловой эффект химической реакции;

Т - абсолютная температура среды: ПГФ или ЖФ;

- абсолютная нормальная и регламентированная температуры ПГФ или ЖФ блока, К ( К);

- регламентированная и нормальная температуры ПГФ и ЖФ блока (°C);

- температура кипения горючей жидкости (К или °C);

- скорость истечения ПГФ и ЖФ в рассматриваемый блок из смежных блоков;

- площадь сечения, через которое возможно истечение ПГФ или ЖФ при АРБ;

- скорость теплопритока к ГЖ за счет суммарного теплового эффекта экзотермической реакции;

- скорость теплопритока к ЖФ от внешних теплоносителей;

К - коэффициент теплопередачи от теплоносителя к горючей жидкости;

F - площадь поверхности теплообмена;

- разность температур теплоносителей в процессе теплопередачи (через стенку);

r - удельная теплота парообразования горючей жидкости;

- удельная теплоемкость жидкой фазы;

- безразмерные коэффициенты, учитывающие давление (Р) и показатель адиабаты (k) ПГФ блока;

- безразмерный коэффициент, учитывающий гидродинамику потока;

- плотность ПГФ или ЖФ при нормальных условиях (Р = 0,1 МПа и °C) в среднем по блоку и по i-м поступающим в него при АРБ потокам;

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

- время с момента АРБ до полного прекращения экзотермических процессов;

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

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

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

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

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

- площадь поверхности зеркала жидкости;

- площадь контакта жидкости с твердой поверхностью розлива (площадь теплообмена между пролитой жидкостью и твердой поверхностью);

- коэффициент тепловой активности поверхности (поддона);

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

- удельная теплоемкость материала твердой поверхности;

- плотность материала твердой поверхности;

- интенсивность испарения;

M - молекулярная масса;

R - газовая постоянная ПГФ;

- безразмерный коэффициент;

- давление насыщенного пара при расчетной температуре;

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

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 принимается не более 1 ч:

. (1)

1.1. - сумма энергий адиабатического расширения А (кДж) и сгорания ПГФ находящейся в блоке, кДж:

;

. (2)

Для практического определения энергии адиабатического расширения ПГФ можно воспользоваться формулой

; (3)

где - может быть принято по табл. 1.

Таблица 1

Значение коэффициента в зависимости от показателя адиабаты
среды и давления в технологическом блоке

Показатель адиабаты	Давление в системе, 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	3,08	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

, (4)

где

;

;

.

При избыточных значениях Р < 0,07 МПа и 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. - энергия сгорания ПГФ, поступившей к разгерметизированному участку от смежных объектов (блоков), кДж:

. (5)

Для i-го потока

, (6)

где ,

при избыточном , МПа

.

1.3. - энергия сгорания ПГФ, образующейся за счет энергии перегретой ЖФ рассматриваемого блока и поступившей от смежных объектов за время , кДж:

. (7)

Количество ЖФ, поступившей от смежных блоков:

, (8)

где ,

- в зависимости от реальных свойств ЖФ и гидравлических условий принимается в пределах 0,4-0,8;

- 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. - 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. - 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. - 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 по ее поверхности), кДж:

, (11)

где

. (12)

, (13)

здесь - температура твердой поверхности (пола, поддона, грунта и т.п.), K;

= 3,14;

;

;

, (14)

где .

Значение безразмерного коэффициента , учитывающего влияние скорости и температуры воздушного потока над поверхностью (зеркало испарения) жидкости, принимается по табл. 2.

Таблица 2

Значения коэффициента

Скорость воздушного потока над зеркалом испарения, м/с	Значения коэффициента при температуре воздуха в помещении , °C
	10	15	20	30	35
0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
0,1	3,0	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
1,0	10,0	8,7	7,7	5,6	4,6

Ориентировочно значение может определяться по табл. 3.

Таблица 3

Зависимость массы ПГФ пролитой жидкости от температуры ее кипения
при с

Значение температуры кипения жидкой фазы , °C	Масса парогазовой фазы , кг (при )
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 (), производится пересчет массы испарившейся жидкости по формуле

. (15)

2. По значениям общих энергетических потенциалов взрывоопасности Е 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 46 000 кДж/кг:

. (16)

2.2. Относительный энергетический потенциал взрывоопасности технологического блока находится расчетным методом по формуле

. (17)

По значениям относительных энергетических потенциалов и приведенной массе парогазовой среды m осуществляется категорирование технологических блоков.

Показатели категорий приведены в табл. 4.

Таблица 4

Показатели категорий взрывоопасности технологических блоков

Категория взрывоопасности		m, кг
I	> 37	> 5000
II	27-37	2000-5000
III	< 27	< 2000

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. Методики должны в установленном порядке согласовываться с Госгортехнадзором России.