Фрагмент документа "ОБ УТВЕРЖДЕНИИ ОБЩИХ ПРАВИЛ ВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТИ ДЛЯ ВЗРЫВОПОЖАРООПАСНЫХ ХИМИЧЕСКИХ, НЕФТЕХИМИЧЕСКИХ И НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ПРОИЗВОДСТВ".
Обозначения
E - общий энергетический потенциал взрывоопасности (полная
энергия сгорания ПГФ, поступившей в окружающую среду при АРБ);
ЕП - полная энергия, выделяемая при сгорании не испарившейся при
АРБ массы ЖФ;
E` - энергия сгорания при АРБ ПГФ, непосредственно имеющейся в
i
блоке и поступающей в него от смежных аппаратов и трубопроводов;
E" - энергия сгорания ПГФ, образующейся при АРБ из ЖФ,
i
имеющейся в блоке и поступающей в него от смежных аппаратов и
трубопроводов;
A, Ai - энергия сжатой ПГФ, содержащейся непосредственно в блоке
и поступающей от смежных блоков, рассматриваемая как работа ее
адиабатического расширения при АРБ;
V`, V" - соответственно геометрические объемы ПГФ и ЖФ в системе,
блоке;
V` - объем ПГФ, приведенный к нормальным условиям
0
(T0 = 293 К, P0 = 0,1 МПа);
P, P - соответственно регламентированное абсолютное и
0
атмосферное (0,1 МПа) давления в блоке;
ню` - удельный объем ПГФ (в реальных условиях);
i
G`, G" - масса ПГФ и ЖФ, имеющихся непосредственно в блоке и
1 1
поступивших в него при АРБ от смежных объектов;
G" - масса ЖФ, испарившейся за счет энергии перегрева и
2
поступившей в окружающую среду при АРБ;
q`, q" - удельная теплота сгорания соответственно ПГФ и ЖФ;
qPi - суммарный тепловой эффект химической реакции;
T - абсолютная температура среды: ПГФ или ЖФ;
T0, T1 - абсолютная нормальная и регламентированная температуры
ПГФ или ЖФ блока, K (T0 = 293 К);
t, t0 - регламентированная и нормальная температуры ПГФ и ЖФ
блока (t0 = 20 град. С);
Т`, t" - температура кипения горючей жидкости (К или град. С);
к к
w`, w" - скорость истечения ПГФ и ЖФ в рассматриваемый блок
i i
из смежных блоков;
Si - площадь сечения, через которое возможно истечение ПГФ или ЖФ
при АРБ;
ПPi - скорость теплопритока к ГЖ за счет суммарного теплового
эффекта экзотермической реакции;
ПTi - скорость теплопритока к ЖФ от внешних теплоносителей;
K - коэффициент теплопередачи от теплоносителя к горючей
жидкости;
F - площадь поверхности теплообмена;
Дельтаt - разность температур теплоносителей в процессе
теплопередачи (через стенку);
r - удельная теплота парообразования горючей жидкости;
c" - удельная теплоемкость жидкой фазы;
бета1, бета2 - безразмерные коэффициенты, учитывающие давление
(P) и показатель адиабаты (k) ПГФ блока;
мю - безразмерный коэффициент, учитывающий гидродинамику потока;
ро, роi - плотность ПГФ или ЖФ при нормальных условиях (P = 0,1
МПа и t0 = 20 град. С) в среднем по блоку и по i-м поступающим в него
при АРБ потокам;
тауi - время с момента АРБ до полного срабатывания отключающей
аварийный блок арматуры;
тауРi - время с момента АРБ до полного прекращения
экзотермических процессов;
тауТi - время с момента АРБ до полного прекращения подачи
теплоносителя к аварийному блоку (прекращение теплообменного
процесса);
Тхэта к - разность температур ЖФ при регламентированном режиме и
ее кипении при атмосферном давлении;
G" - масса ЖФ, испарившейся за счет теплопритока от твердой
4
поверхности (пола, поддона, обвалования и т.п.);
G" - масса ЖФ, испарившейся за счет теплопередачи от
5
окружающего воздуха к пролитой жидкости (по зеркалу испарения);
G" - суммарная масса ЖФ, испарившейся за счет теплопритока
Сигма
из окружающей среды;
Fж - площадь поверхности зеркала жидкости;
Fп - площадь контакта жидкости с твердой поверхностью розлива
(площадь теплообмена между пролитой жидкостью и твердой поверхностью);
эпсилон - коэффициент тепловой активности поверхности (поддона);
ламбда - коэффициент теплопроводности материала твердой
поверхности (пола, поддона, земли и т.п.);
ст - удельная теплоемкость материала твердой поверхности;
рот - плотность материала твердой поверхности;
ми - интенсивность испарения;
M - молекулярная масса;
R - газовая постоянная ПГФ;
эта - безразмерный коэффициент;
Рн - давление насыщенного пара при расчетной температуре;
тауи - время контакта жидкости с поверхностью пролива,
принимаемое в расчет.
1. Определение значений энергетических показателей
взрывоопасности технологического блока
1. Энергетический потенциал взрывоопасности E (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:
E = E` + E` + E" + E" + E" + E" (1)
1 2 1 2 3 4
1.1. E` - сумма энергий адиабатического расширения A (кДж) и
1
сгорания ПГФ, находящейся в блоке, кДж:
E` = G`q` + A;
1 1
k-1
---
1 P0 k
А = ------- PV`[1 - (----) ]. (2)
k - 1 P
Для практического определения энергии адиабатического расширения
ПГФ можно воспользоваться формулой:
A = бета1 PV`; (3)
где бета1 - может быть принято по табл. 1.
Таблица 1
Значение коэффициента бета1
в зависимости от показателя адиабаты
среды и давления в технологическом блоке
---------------------------------------------------------------------------------
|Показатель| Давление в системе, МПа |
|адиабаты |--------------------------------------------------------------------|
| |0,07 -|0,5 -|1,0 -| 5,0 -|10,0 -|20,0 -|30,0 -|40,0 -|50,0 -| 75,0 -|
| |0,5 |1,0 |5,0 |10,0 |20,0 |30,0 |40,0 |50,0 |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 |
---------------------------------------------------------------------------------
G` = V` ро`, (4)
1 0 0
где
P V`
V` = --- ---Т;
0 P0 T1
k-1
---
P0 k
T = T1 (---) ;
P
1
---
P0 k
р0` = ро(---) .
P
При избыточных значениях P < 0,07 МПа и PV` < 0,02 МПа.м3 энергию
адиабатического расширения ПГФ (A) 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` - энергия сгорания ПГФ, поступившей к
2
разгерметизированному участку от смежных объектов (блоков), кДж:
n
E` = SUM G`q`. (5)
2 i=1 i i
Для i-го потока:
G` = ро`w`S`тау, (6)
i i i i i
--------
/ 2kPiV`
/ i
где w` = / ----------,
i \/ k + 1
при избыточном Р <= 0,07, МПа
--------------------------
/ k - 1
/ -----
/ 2k P0 k
w` = / ------- PiV`[1 - (----) ].
i \/ k - 1 i P
1.3. Е" - энергия сгорания ПГФ, образующейся за счет энергии
1
перегретой ЖФ рассматриваемого блока и поступившей от смежных
объектов за время тауi, кДж:
n
E" = G"[1 - exp(-c"ТхэтаК/r)]g` + SUM G"[1 - exp(-c"Тхэтакi /
1 1 1 i=1 i 1
ri)]g". (7)
i
Количество ЖФ, поступившей от смежных блоков:
G`= ро"w"S"тауi, (8)
i i i i
------------
/ 2ДельтаР
где w" = мю / ------------,
i \/ ро"
i
где мю - в зависимости от реальных свойств ЖФ и гидравлических
условий принимается в пределах 0,4 - 0,8;
ДельтаР - 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" - энергия сгорания ПГФ, образующейся из ЖФ за счет
2
тепла экзотермических реакций, не прекращающихся при
разгерметизации, кДж:
q` n
E" = --- SUM П тау , (9)
2 r i=1 Pi Pi
где тауРi - принимается для каждого случая исходя из конкретных
регламентированных условий проведения процесса и времени срабатывания
отсечной арматуры и средств ПАЗ, с.
1.5. Е" - энергия сгорания ПГФ, образующейся из ЖФ за счет
3
теплопритока от внешних теплоносителей, кДж:
q` n
E" = --- SUM гамма тауТ . (10)
3 r i=1 i i
Значение П (кДж/с) может определяться с учетом конкретного
Ti
теплообменного оборудования и основных закономерностей процессов
теплообмена (П = КiFiДельтаti) по разности теплосодержания
Ti
теплоносителя на входе в теплообменный элемент (аппарат) и выходе из
него:
П = W c (t` - t") или П = W r ,
Ti Ti i 2 1 Ti Ti Ti
где W - секундный расход греющего теплоносителя;
Ti
r - удельная теплота парообразования теплоносителя, а также
Ti
другими существующими способами.
1.6. E" - энергия сгорания ПГФ, образующейся из пролитой на
4
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:
E" = G" q`, (11)
4 сигма
где
G" = G" + G", (12)
сигма 4 5
T0 - Tk эпсилон Fn ---
G" = 2--------- ------- ---- Fn \/тау, (13)
4 r ---- Fж
\/ пи
здесь Т0 - температура твердой поверхности (пола, поддона, грунта
и т.п.), К;
пи = 3,14;
------------
эпсилон = /ламбда ро c ;
\/ B B
G" = миFжтауи;
5
---
ми = 1Е(-6)нюРн / M , (14)
\/
r 1 1
где Рн = P0exp[---(--- - ---)].
R Тк T
Значение безразмерного коэффициента эта, учитывающего влияние
скорости и температуры воздушного потока над поверхностью (зеркало
испарения) жидкости, принимается по табл. 2.
Таблица 2
Значения коэффициента ню
------------------------------------------------------------------
|Скорость воздушного| Значения коэффициента ню при температуре |
|потока над зеркалом| воздуха в помещении to.c, град. С |
| испарения, м/с |--------------------------------------------|
| | 10 | 15 | 20 | 30 | 35 |
|-------------------|--------|--------|-------|--------|---------|
| 1 | 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 G" может определяться по табл. 3.
сигма
Таблица 3
Зависимость массы ПГФ пролитой жидкости
от температуры ее кипения при тау = 180 с
------------------------------------------------------------------
|Значение температуры кипения |Масса парогазовой фазы GСигма,|
|жидкой фазы tк, град. С | кг (при FП = 50 м2) |
|---------------------------------|------------------------------|
| 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 м2 (FП /= 50), производится
пересчет массы испарившейся жидкости по формуле:
Fn тау
G" = GСигма ---- x -----. (15)
Сигма 50 180
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 46 000 кДж/кг:
E
m = -----------. (16)
4,6 x 1Е4
2.2. Относительный энергетический потенциал взрывоопасности QВ
технологического блока находится расчетным методом по формуле:
1 ---
QВ = ------- 3 / E . (17)
16,534 \/
По значениям относительных энергетических потенциалов QB 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 | QВ | 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.
Приложение 2
|
Фрагмент документа "ОБ УТВЕРЖДЕНИИ ОБЩИХ ПРАВИЛ ВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТИ ДЛЯ ВЗРЫВОПОЖАРООПАСНЫХ ХИМИЧЕСКИХ, НЕФТЕХИМИЧЕСКИХ И НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ПРОИЗВОДСТВ".