Приложение 1. Общие принципы количественной оценки взрывоопасности технологических объектов (стадий, блоков)

Приложение 1

Общие принципы количественной оценки взрывоопасности технологических объектов (стадий, блоков)

Условные сокращения и обозначения

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" - масса ПГФ и ЖФ соответственно.

Обозначения:

     Е               - общий  энергетический  потенциал  взрывоопасности,

                       кДж (полная энергия сгорания ПГФ,  поступившей   в

                       окружающую среду при АРБ);

     Е               - полная   энергия,     выделяемая    при   сгорании

      п                неиспарившейся при АРБ массы ЖФ, кДж;

     Е'              - энергия   сгорания  при  АРБ ПГФ,  непосредственно

      i                имеющейся в блоке и поступившей в него  от смежных

                       арматуры и трубопроводов;

     Е"              - энергия сгорания ПГФ, образующейся при АРБ из  ЖФ,

      i                имеющейся  в блоке и поступившей в него от смежной

                       арматуры и трубопроводов;

     А, А            - энергия сжатой ПГФ, содержащейся непосредственно в

         i             блоке   и   поступающей   от   смежных     блоков,

                       рассматриваемая как  работа   ее   адиабатического

                       расширения при АРБ, кДж;

     V', V"          - соответственно   геометрические  объемы ПГФ и ЖФ в

                       системе, блоке;

     V'              - объем   ПГФ,   приведенной  к  нормальным условиям

      0                (Т = 293 К, P = 0,1 МПа);

                                    0

     Р, Р   , Р      - соответственно   регламентированное,   абсолютное,

         абс   0       атмосферное (0,1 МПа) давление в блоке;

     v'              - удельный объем ПГФ (в реальных условиях);

      i

     G' , G"         - масса  ПГФ  или  ЖФ,  непосредственно  имеющихся в

      1    1           блоке   и   поступившей  в него при АРБ от смежных

                       объектов;

     G"              - масса ЖФ, испарившейся за счет энергии перегрева и

      2                поступившей в окружающую среду при АРБ;

     G"              - масса   испарившейся  ЖФ,  оставшаяся в  аварийном

      3                блоке  и   поступившая  в  него из  смежных систем

                       (блоков) при АРБ;

     g', g"          - удельная теплота сгорания ПГФ и ЖФ соответственно;

     g               - суммарный тепловой эффект химической реакции;

      pi

     Т, Т            - абсолютная    регламентированная   и    нормальная

         0             температуры ПГФ (T') и ЖФ (Т") блока (Т  = 293 К);

                                                              0

     t, t            - регламентированная  и  нормальная  температуры ПГФ

         0             (t') и ЖФ (t") блока (t  = 20°С);

                                              0

     T" , t"         - температура кипения горючей жидкости;

      к    к

     w', w"          - скорость истечения ПГФ и ЖФ в рассматриваемый блок

      i   i            из смежных блоков;

     S               - площадь сечения,  через которое возможно истечение

      i                ПГФ из ЖФ при АРБ;

     П               - скорость   теплопритока   к  ЖФ за счет суммарного

      pi               теплового эффекта экзотермической реакции;

     W               - производительность блока по основному сырью;

      p

     П               - скорость    теплопритока   к   ЖФ    от    внешних

      Ti               теплоносителей;

     К               - коэффициент   теплопередачи   от   теплоносителя к

                       горючей жидкости;

     F               - поверхность теплообмена;

     Дельта Т        - разность   температур   теплоносителей  в процессе

                       теплопередачи (через стенку);

     r               - удельная теплота парообразования горючей жидкости;

     с"              - удельная теплоемкость ЖФ;

     бета , бета     - безразмерные   коэффициенты,  учитывающие давление

         1      2      (Р) и показатель адиабаты (к) ПГФ блока;

     бета            - безразмерный       коэффициент,        учитывающий

         1             гидродинамику потока;

     ро, ро          - плотность ПГФ (ро', ро') или ЖФ (ро", ро")     при

           t                                 i                 i

                       нормальных условиях (Р    = 0,1 МПа и t  = 20°С) в

                                             абс              0

                       среднем по блоку и п о i-м  поступающим в него при

                       АРБ потоком;

     тау             - время   с   момента   АРБ  до полного срабатывания

        i              отключающей аварийный блок арматуры;

     тау             - время   с   момента  АРБ  до  полного  прекращения

        pi             экзотермических процессов;

     тау             - время  с момента АРБ до полного прекращения подачи

        ri             теплоносителя   к   аварийному  блоку (прекращение

                       теплообменного процесса);

     Тета            - разность   температур  ЖФ  при  регламентированном

         к             режиме и ее кипения при атмосферном давлении;

     Тета            - разность  между  температурой  окружающей среды  и

         о.с           температурой кипения ЖФ при атмосферном давлении;

     G"              - масса ЖФ,  испарившаяся  за  счет  теплопритока от

      4                твердой поверхности  (пола,  поддона, обваловки  и

                       т.п.);

     G"              - масса ЖФ,   испарившаяся  за счет теплопередачи от

      5                окружающего   воздуха  к  разлитой   жидкости  (по

                       зеркалу испарения);

     G'              - суммарная   масса   ЖФ,   испарившаяся   за   счет

      сумма            теплопритока из окружающей среды;

     F               - площадь поверхности зеркала жидкости;

      ж

     F               - площадь  контакта  жидкости с твердой поверхностью

      п                разлива   (площадь  теплообмена   между   пролитой

                       жидкостью и твердой поверхностью разлива);

     эпсилон         - коэффициент    тепловой   активности   поверхности

                       (поддона);

     ламбда          - коэффициент  теплопроводности  материала   твердой

                       поверхности (пола, поддона, земли и т.п.);

     с               - удельная   теплоемкость     материала      твердой

      т                поверхности;

     ро              - объемный    вес   (плотность)   материала  твердой

       т               поверхности;

     m               - интенсивность испарения;

      u

     М               - молекулярная масса;

     эта             - безразмерный коэффициент;

     Р               - давление    насыщенного   пара   при     расчетной

      н                температуре;

     тау             - время  контакта  жидкости  с поверхностью разлива,

        и              принимаемое в расчет, мин.

I. Определение значений энергетических показателей взрывоопасности технологических объектов (стадий, блоков)

1. Общий энергетический потенциал взрывоопасности технологического объекта, стадии, блока Е характеризуется суммой энергии адиабатического расширения парогазовой фазы, полного сгорания имеющихся и образующихся из жидкости паров за счет внутренней и внешней (окружающей среды) энергий при аварийном раскрытии технологической системы:

            Е = Е' + Е' + Е" + Е" + Е" + E".                          (1)

                 1    2    1    2    3    4

1.1. Е'_1 - сумма энергий адиабатического расширения и сгорания ПГФ, находящейся непосредственно в аварийном блоке:

                   Е' = A + G' q';                                    (2)

                    1        1

                A = 1/(k-1) PV'(1 - (P /P   )^(k - 1)/k)              (3)

                                      0  абс

или A = бета  P V',                                                   (4)

            1

бета_1 - принимается по табл. 1.

Таблица 1

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
К = 1,1	1,6	1,95	2,95	3,38	3,80	4,02	4,16	4,28	4,46	4,63
К = 1,2	1,4	1,53	2,13	2,68	2,94	3,07	3,16	3,23	3,36	3,42
К = 1,3	1,21	1,42	1,97	2,18	2,36	2,44	2,5	2,54	2,62	2,65
К = 1,4	1,08	1,24	1,68	1,83	1,95	2,00	2,05	2,08	2,12	2,15

При значениях Р < 0,07 МПа и PV' < 0,02 МПа x м3 энергия адиабатического расширения (А) ввиду малых ее значений в расчет не принимается:

                         G' = V'ро';                                  (5)

                          1    0

                  V'= (P   V' T )/P T.                                (6)

                   0    абс    0   0

Для многокомпонентных материальных 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. Е'_2 - энергия сгорания ПГФ, поступившей к разгерметизованному участку от смежных объектов (блоков):

                              n

                       E' = сумма G' g'.                              (7)

                        2    i=1   1  1

Для i-го потока

                       G' = w' S' ро' тау';                           (8)

                        1    i  i   i    i

              w'= кв.корень 2(k/(k-1)) ро v'((P /P   )^(k-1)/k).      (9)

               i                         i i   0  абс

Для практического применения при определении скорости адиабатического истечения ПГФ можно использовать формулу

                      w'= кв.корень 2бета P v',                      (10)

                       i                 2 i

бета_2 - принимается по табл. 2.

Таблица 2

Показа- тель адиаба- ты	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
К = 1,1	1,76	2,14	3,25	3,72	4,18	4,42	4,58	4,71	4,91	5,10
К = 1,2	1,68	1,84	2,56	3,21	3,52	3,68	3,79	3,88	4,02	4,10
К = 1,3	1,57	1,85	2,56	2,83	3,07	3,18	3,25	3,30	3,40	3,46
К = 1,4	1,515	1,74	2,35	2,56	2,74	2,805	2,87	2,91	2,97	3,02

Количество ЖФ, поступившей от смежных блоков:

                    G" = w" S" ро" тау" ;                            (11)

                     1    i  i   i    i

                     w" = бета кв.корень 2P /ро",                    (12)

                      i       3            1   i

где бета  - в  зависимости  от  реальных  свойств  ЖФ и гидродинамических

        3

            условий истечения i-го потока принимается в пределах 0,1-0,9.

Примечание. При расчетах скоростей истечения ПГФ и ЖФ из смежных систем к аварийному участку (блоку) можно использовать и другие расчетные формулы, учитывающие фактические условия действующего производства, в том числе гидравлическое сопротивление системы, из которой возможно истечение.

1.3. Е"_1 - энергия сгорания ПГФ, образующейся за счет энергии перегрева ЖФ рассматриваемого блока и поступившей от смежных объектов за время тау_i:

              E" = G"    q'.                                         (13)

               4    сумма

1.4. Е"_2 - энергия сгорания ПГФ, образующейся из ЖФ за счет тепла экзотермических реакций, не прекращающихся при аварийной разгерметизации:

               E" = q'/r сумма П  тау   ,                            (14)

                2               pi   pi

где тау_р принимается для каждого случая исходя из конкретных регламентированных условий проведения процесса и времени срабатываний отсечной арматуры и средств ПАЗ, с.

1.5. Е"_3 - энергия сгорания ПГФ, образующейся из ЖФ за счет теплопритока от внешних теплоносителей:

               E" = q'/r сумма П  тау   ,                            (15)

                3               Ti   Ti

Значение П_Ti может определяться с учетом конкретного теплообменного оборудования и основных закономерностей процессов теплообмена (П_Ti = K_i F_i Дельта t_i, кДж/ч) по разности теплосодержания теплоносителя на входе в теплообменный элемент (аппарат) и выходе из него.

1.6. E"_4 - энергия сгорания ПГФ, образующейся из пролитой на твердую поверхность (пол, поддон, грунт и т.п.) ЖФ за счет теплоотдачи от окружающей среды:

              E" = G"    q'.                                         (16)

               4    сумма

               2(T - T )       e        F

                  0   k                  п

         G" = ---------- ------------- ---- F  кв.корень тау u,      (17)

          4       r       кв.корень пи  F    п

                                         ж

здесь Т_0 - температура твердой поверхности (пола, поддона, грунта и т.п.).

                    2

                   е  = ламбда ср;                                   (18)

                 G" = mu F тау u;                                    (19)

                  5       ж

                        -6

                 mu = 10  эта кв.корень МР  .                        (20)

                                          н

Значение безразмерного коэффициента эта, учитывающего влияние скорости и температуры воздушного потока над поверхностью (зеркалом испарения) жидкости, принимается по табл. 3.

Таблица 3

Скорость воздушного потока над зеркалом испарения, м/с	Значения коэффициента эта при температуре воздуха в помещении t_о.с, С
	10	15	20	30	35
0	1,0	1	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