Расчет флегматизирующих концентраций (флегматизация в помещениях и технологических аппаратах)

Для обеспечения взрывобезопасности технологического оборудования и производственных помещений осуществляют флегматизацию горючих парогазовых смесей в указанных объемах с помощью различных газообразных добавок. Количественно флегматизация характеризуется минимальной флегматизирующей концентрацией флегматизатора С_ф.

1. Минимальная флегматизирующая концентрация С_ф, (% об.), для горючих веществ, состоящих из атомов С, Н, О, N, рассчитывают по формуле:

(11.1)

где С_г - концентрация горючего в точке флегматизации, % об.

2. Концентрация горючего в точке флегматизации, % об, рассчитывается по формуле:

С_г = 100/[1 + 2,42(т_С + 0,5т_Н - т_О) + V_ф], (11.2)

где V_ф - число молей флегматизатора, приходящееся на один моль горючего в смеси, соответствующей по составу точке флегматизации:

(11.3)

где - стандартная теплота образования (принимается по справочнику [17 ], кДж/моль.

3. Предельно допустимую взрывобезопасную концентрацию флегматизатора С_рф, (% об.), рассчитывают по формуле:

С_рф = С_ф ×К, (11.4)

где

4. Разность энтальпий флегматизатора определяют в соответствии с приведенными в таблице 11.1 данными (флегматизатор выбирается самостоятельно).

Таблица 11.1 Значение разности энтальпий для флегматизаторов

Флегматизатор	, кДж/моль	Флегматизатор	, кДж/моль
N2	34,9	CF2ClBr	449,0
Н2О	43,6	СF3Вг	573,0
СО2	55,9	СFС13	142,0
C2F3Cl3	218,0	CCl4	170,0
SF6	150,0	CF4	90,0
CHF2Cl	110,0	С3Н4F3Cl	208,0
C2F2Cl2	170,0	С3Н8	216,0
C2F4Br2	830,0	C2F5Cl	200,0
C2F4Cl2	200,0

Приложение №12

Выбор размеров огнегасящих каналов огнепреградителей

Для предотвращения распространения пламени из аварийного оборудования в смежные с ним, а также проскока пламени через сбросные и дыхательные клапаны в емкости с горючими веществами необходимо предусматривать устройства огнепреграждения (далее - огнепреградители). Конструкция огнепреградителя обеспечивает свободный проход газа через пористую среду, в то же время не допускает проскок пламени в защищаемый объем из аварийного пространства.

Основным расчетным параметром конструкции огнепреградителя является критический диаметр канала огнепреграждаюшего элемента. Пламегасящую способность следует рассчитывать по каналу максимальных поперечных размеров, поскольку пламя, в первую очередь, пройдет именно по этому каналу.

Диаметр канала в насадке из одинаковых шариков может приниматься в зависимости от диаметра шариков следующим образом (таблица 12.1):

Таблица 12.1 Значения диаметра канала в насадке из шариков

Диаметр шарика, мм	Диаметр канала, мм	Диаметр шарика, мм	Диаметр канала, мм
2	1,0	7	4,0
3	2,0	8	5,0
4	2,5	9	6,3
5	3,0	15	10
6	3,6

Диаметр канала огнепреградителя в виде беспорядочно засыпанных колец Рашига может приниматься в зависимости от размера колец Рашига согласно таблице 12.2.

Таблица 12.2 Значения диаметра канала огнепреградителя в виде беспорядочно засыпанных колец Рашига

Размер колец Рашига, мм	Диаметр канала, мм	Размер колец Рашига, мм	Диаметр канала, мм
15Ч15	10	25Ч25	20
18Ч18	15	35Ч35	25

Для огнепреградителей с гранулированными насадками рекомендуется, чтобы поперечный размер корпуса огнепреградителя превышал размер одной гранулы не менее чем в 20 раз, а высота слоя насадки превышала диаметр ее канала не менее чем в 100 раз.

Критический диаметр канала огнепреграждаюшего элемента для сбросных огнепреградителей на резервуарах определяется выражением:

(12.1)

где d - фактический диаметр каналов сухого огнепреградителя, м;

Р_р - начальные (рабочие) температура, С˚, и давление, Па, горючей смеси;

R - удельная газовая постоянная горючей смеси, Дж /(кг∙К):

, (12.2)

v_н – нормальная скорость распространения пламени, м/с;

C_р – удельная теплоемкость горючей смеси, Дж/(кг∙К);

λ – коэффициент теплопроводности горючей смеси, Вт/(м∙К);

φ_г(п) – концентрация горючего вещества в смеси стехиометрического состава определяется из реакции горения;

М_г(п) – молярная масса горючего вещества;

М_возд. – молярная масса воздуха;

Например, для метанола концентрация горючего вещества в смеси стехиометрического состава определяется следующим образом:

СН₄О+1,5(О₂+3,76N₂)→СО₂+2Н₂О+1,5∙3,76N₂

Величина коэффициента теплопроводности двухкомпонентной парогазовоздушной смеси определяется по формуле:

(12.2)

где φ_г – содержание горючего вещества в смеси (обычно стехиометрического состава), об. доли;

λ_г и λ_в – коэффициенты теплопроводности соответственно горючего пара (газа) и воздуха (принимаются по справочной литературе).

Удельную теплоемкость горючей смеси находят из выражения:

(12.3)

где С_р.г. – удельная теплоемкость горючего пара или газа, Дж/(кг∙К) (табл. 15.3);

С_р.в. – удельная теплоемкость воздуха, Дж/(кг∙К) (табл. 12.3).

Численные значения критических диаметров пламягасяших каналов для некоторых наиболее распространенных в промышленности стехиометрических смесей с воздухом при атмосферном давлении и комнатной температуре приведены в таблице 12.4.

Таблица 12.3 Параметры горючих веществ

Наименование вещества	vн, м/с	λр∙10-2, Вт/(м∙К)	Ср, кДж/(кг∙К)
Аммиак	0,23	2,4	2,09
Этилен	0,735	2,0	1,554
н-Бутан	0,45	1,6	1,679
Ацетилен	1,57	2,2	1,69
Водород	2,70	17,6	14,335
Метан	0,338	3,3	2,232
Сероводород	0,41	1,3	1,059
Оксид углерода	0,45	2,3	0,837
Этан	0,476	2,4	1,753
Пропан	0,39	1,9	1,667
Бензол	0,478	0,158	1,77
Метанол	0,572	0,207	2,47
Пропанол	0,4	0,16	2,45
Толуол	0,388	0,129	1,72
Ацетон	0,44	0,190	2,160
Этанол	0,556	0,167	2,39
Этилбензол	0,4	0,186	2,55
Атмосферный воздух (0˚С)		2,44	1,005
Атмосферный воздух (20˚С)		2,59	1,005
Атмосферный воздух (40˚С)		2,76	1,005
Атмосферный воздух (60˚С)		2,90	1,005

Таблица 12.4 Значения критических диаметров пламягасяших каналов

Смеси	d, мм	Смеси	d, мм
Аммиак NН3 (при Т = 425 К)	22,10	Метанол СН4О	2,70
Анилин С6Н7N (при Т = 375 К)	2,84	Метилацетилен С3Н4	2,05
Ацетальдегид С2Н4О	3,08	Оксид углерода СО	3,04
Ацетилен С2Н2	0,85	Оксид этилена C2H4O	1,60
Ацетон С3Н6O	2,45	Пентан С5Н12	2,49
Бензин А-72	2,80	Пропан С3Н8	2,60
Бензол С6Н6	2,66	Пропилен С3Н6	2,38
Бутан С4Н10	2,49	Сероводород СS2	0,75
Винилацетат С4Н6O2	5,34	Стирол С8Н8	2,66
Винилацетилен С4H4	1,43	Толуол С7Н8	3,78
Винилхлорид С2Н3Cl	2,70	Уайт-спирит	2,45
Водород Н2	0,89	Уксусная кислота С2Н4О	5,59
Гексан С6Н14	2,50	Циклогексан С6Н12	2,66
Гептан С7Н16	3,08	Циклопентан С5Н10	4,63
Изобутан С4Н10	2,74	Этан С2Н6	4,63
Изопентан С5Н12	2,49	Этанол С2НбО	2,97
Метан СН4	3,50	Этилен С2Н4	1,75

Приложение № 13