vetosckin

Расчет избыточного давления взрыва производится теми же методами, что и при категорировании по НПБ 105-95.

Взрывоопасные зоны подразделяются на шесть классов.

1.Взрывоопасная зона класса В-I – пространство в помещениях, в которых выделяются горючие газы или пары ЛВЖ в таком количестве и с такими свойствами, что они могут образовывать с воздухом взрывоопасные смеси при нормальных режимах работы (загрузка или разгрузка технологических аппаратов, хранение или переливание ЛВЖ в открытых емкостях).

2.Взрывоопасная зона класса В-Iа – пространство в помещениях, в которых при нормальной эксплуатации взрывоопасные смеси горючих газов или паров ДВЖ с воздухом не образуются, а лишь кратковременно в результате аварийных ситуаций или неисправностей.

3.Взрывоопасная зона класса В-Iб – пространство в помещениях, в которых при нормальной работе взрывоопасные смеси горючих газов или паров ЛВЖ с воздухом не образуются, а образование их возможно только в результате аварии или неисправностей, но отличающихся от класса В-Iа одной из следующих особенностей:

-горючие газы в этой зоне имеют высокий нижний концентрационный предел распространения пламени (НКПР) 15% (об.) и выше, обладают резким запахом (например, объекты с наличием аммиака);

-присутствие газообразного водорода в помещениях, в которых по условиям технологического процесса исключается образование взрывоопасной смеси в объеме, превышающем 5% свободного объема помещения, и имеющие взрывоопасную зону только в верхней части помещения;

-лабораторные и другие помещения, в которых горючие газы и пары ЛВЖ имеются в небольших количествах, недостаточных для создания взрывоопасной смеси в зоне, превышающей 5% свободного объема помещения, и в которых работа с этими веществами проводится без применения открытого огня;

-горючие газы и ЛВЖ имеются в таких количествах, что при их воспламенении и сгорании расчетное избыточное давление не превысит 5кПа.

Эти помещения не относятся к взрывоопасным, если работа с горючими газами и ЛВЖ проводится в вытяжных шкафах или под вытяжными зонтами и расчетное избыточное давление не превышает 0,5кПа.

121

4.Взрывоопасная зона класса В-Iг – пространства у наружных технологических установок с взрывоопасными веществами, надземных и подземных резервуаров с ЛВЖ или горючими газами (газгольдеры), эстакад для слива и налива ЛВЖ, открытых нефтеловушек, прудов-отстойников с плавающей нефтяной пленкой; пространства у проемов, cмежных с помещениями классов В-I, В-Iа и В-II, пространства около устройств для выброса воздуха из систем вытяжной вентиляции помещений с взрывоопасными зонами любого класса; пространства у предохранительных и дыхательных клапанов емкостей и технологических аппаратов с горючими газами и ЛВЖ.

5.Взрывоопасная зона класса В-II – пространство в помещениях, в которых выделяются переходящие во взвешенное состояние горючие пыли и волокна в таком количестве и с такими свойствами, что они способны образовать с воздухом взрывоопасные пылевоздушные смеси при нормальных режимах работы (например, при загрузке и разгрузке технологических аппаратов) и при ее воспламенении и сгорании может развиться избыточное давление свыше 5кПа.

6.Взрывоопасная зона класса В-IIа – пространство в помещениях, в которых опасные состояния, указанные в зоне класса В-II, не возникают при нормальной эксплуатации, а возможны только при аварийных ситуациях или неисправностях.

При давлении взрыва паров перегретых жидкостей, пылевоздушной смеси не более 5кПа принимается пожароопасная зона класса П-I или П-II соответственно. Пожароопасная зона – пространство внутри и вне помещений, в пределах которого постоянно или периодически обращаются горючие вещества. Пожароопасные зоны классифицируются только по наличию горючих материалов. Помещения и установки, в которых содержатся горючие жидкости с температурой вспышки выше 61оС и пыли с НКПР выше 65 г/м3, относят к пожароопасным и классифицируют по следующим зонам.

1.Пожароопасная зона класса П-I – пространство в помещениях, в которых содержатся горючие жидкости (например, масла).

2.Пожароопасная зона класса П-II – пространство в помещениях, в которых может образоваться пылевоздушная смесь с НКПР выше

65г/м3 и при ее воспламенении и сгорании избыточное давление не будет превышать 5кПа.

122

3.Пожароопасная зона класса П-IIа - пространство в помещениях, в которых содержатся твердые горючие вещества, не способные переходить во взвешенное состояние.

4.Пожароопасная зона класса П-III – наружные установки вне по-

мещений, в которых содержатся горючие жидкости с температурой вспышки выше 61оС или твердые горючие вещества и материалы.

3.3. Оценка взрывоопасности технологических процессов и производств

Каждый технологический процесс должен быть оценен с точки зрения уровня его взрывоопасности. Оценка производится по методике, изложенной в “Общих правилах взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств (ПБ 09-170-97)” путем определения категории взрывоопасности отдельных технологических стадий (блоков), из которых состоит данный технологический процесс

Под технологическим блоком понимается аппарат или группа аппаратов, которые в любое время и на любой стадии протекания процесса могут быть отключены от действующей технологической системы, при этом не произойдет опасных изменений режима, приводящих к развитию аварии в смежных блоках или аппаратах. Границами технологических блоков является запорная арматура, которая должна быть доступна, с достаточным быстродействием, надежна и удобна в управлении. Место установки междублочной арматуры должно быть таким, чтобы разделение системы на отдельные стадии (блоки) обеспечило минимальный уровень взрывоопасности каждого блока.

Для каждого технологического блока должна быть определена категория его взрывоопасности, которая зависит от двух показателей:

-от величины относительного энергетического потенциала взрывоопасности Qв;

-от величины приведенной массы взрывоопасного парогазового облака m.

Уровень взрывоопасности технологического блока с горючими газами и жидкостями характеризуется величиной общего энергетического потенциала взрывоопасности.

Энергетический потенциал взрывоопасности Е (кДж) блока определяется полной энергией сгорания парогазовой фазы E* (кДж), находящейся в блоке, с учетом величины работы ее адиабатического расширения A

123

(кДж), а также величины энергии полного сгорания испарившейся жидкости E** (кДж) с максимально возможной площади ее пролива за счет внутренней энергии технологической системы и внешней энергии окружающей среды при аварийной разгерметизации оборудования технологической системы, при этом считается:

-при аварийной разгерметизации аппарата происходит его полное раскрытие (разрушение);

-площадь пролива жидкости определяется, исходя из конструктивных решений зданий или площадки наружной установки;

-время испарения принимается не более одного часа:

E = A + E* + E**

Энергия адиабатического расширения парогазовой фазы (ПГФ) зависит от термодинамических свойств рабочей среды, а именно, от показателя адиабаты k среды, рабочего давления в блоке Pбл (МПа) и геометрического объема ПГФ в блоке Vбл* (м3):

A =β1 PблVбл* ,

где значение коэффициента β1 может быть принято по таблице 3.6.

124

Таблица 3.6

Значение коэффициента β1 в зависимости от показателя адиабаты среды и давления в технологическом блоке [20]

При значениях P < 0,7 МПа и P.V* < 0,02 МПа.м3 энергию адиабатического расширения ПГФ ввиду малых ее значений в расчет можно не принимать.

Значение энергии полного сгорания имеющейся парогазовой фазы складывается из двух составляющих:

E* = E1* + E2*

где E1* = G1* q* - энергия сгорания парогазовой фазы (ПГФ), находящейся в расчетном блоке, кДж;

G1* = V1* ρ1* - масса ПГФ в расчетном блоке, кг;

V1* - геометрический объем ПГФ в блоке, м3;

ρ1* - плотность ПГФ при рабочих условиях в блоке, кг/м3;

q* - удельная теплота сгорания ПГФ, содержащейся в расчетном блоке, кДж/кг;

E2* = ΣGi* qi* – энергия сгорания ПГФ, поступившей к месту разгерметизации расчетного блока из смежных блоков, кДж;

Gi* = ρi* wi* Si* τi – масса ПГФ, имеющейся в расчетном блоке, кг;

ρi* - плотность ПГФ при нормальных условиях (P = 100 кПа и t = 20 oC) в среднем по i–ым потокам, поступающим в расчетный блок при аварийной разгерметизации (АРБ), кг/м3;

wi* = [2 ki Pi/(ki + 1)ρi*] – скорость истечения ПГФ в расчетный блок из i- го смежного блока, м/с;

ki – показатель адиабаты среды в i-м смежном блоке;

125

Pi – регламентированное абсолютное давление в i-м смежном блоке,

Па;

Si* - площадь сечения, через которое возможно истечение ПГФ в расчетный блок из i-го смежного блока, м2;

τi – время срабатывания отключающей арматуры с момента АРБ, с.

qi* - удельная теплота сгорания ПГФ, поступившей в расчетный блок из i-го смежного блока, кДж/кг.

Значение энергии полного сгорания испарившейся жидкости складывается из четырех составляющих:

счет энергии перегретой жидкой фазы (ЖФ) в расчетном блоке и поступившей в расчетный блок от смежных блоков при АРБ за время τi, кДж;

G1** = G1**[1 – exp(- c1** θк/r1)] – масса ПГФ, образующейся за счет теплоты прегрева из ЖФ, находящейся в расчетном блоке, кг;

Gi** = ΣGi**[1 – exp(- ci** θкi/ri)] – масса ПГФ, образующейся за счет теплоты прегрева из ЖФ, поступившей в расчетный блок из смежных блоков, кг;

G1** - масса жидкой фазы (ЖФ), имеющейся непосредственно в расчетном блоке, кг;

c1** - удельная теплоемкость ЖФ, имеющейся в расчетном блоке, кДж/(кг.град);

θк = T1 – T1к = t1 – t1к – температура перегрева ЖФ в расчетном блоке, К,

оС;

T1, t1 – температура ЖФ при регламентированном режиме в расчетном блоке, К, оС;

T1к, t1к – температура кипения ЖФ в расчетном блоке при атмосферном давлении, К, оС;

r1 – удельная теплота парообразования ЖФ в расчетном блоке, кДж/кг;

Gi** = ρi**.wi** Si** τi – масса ЖФ, поступившей в расчетный блок из i-го смежного блока при АРБ, кг;

ρi** - плотность ЖФ при нормальных условиях по i–ым потокам, поступающим при АРБ в расчетный блок, кг/м3;

wi** = μ(2. Pi/ρi**)1/2 - скорость истечения ЖФ в расчетный блок из i-го смежного блока, м/с;

126

μ= (0,4…0,8) - коэффициент истечения ЖФ, зависящий от свойств ЖФ

игидродинамических условий истечения;

Pi – избыточное давление истечения ЖФ из i-го смежного блока, Па;

Si** - площадь сечения, через которое возможно истечение ЖФ в расчетный блок из i-го смежного блока, м2;

ci** - удельная теплоемкость ЖФ, поступающей в расчетный блок из i- го смежного блока, кДж/(кг град);

θкi = ti – tiк – температура перегрева ЖФ в i-ом смежном блоке, оС;

ti – температура ЖФ при регламентированном режиме в i-ом смежном блоке, оС;

tiк – температура кипения ЖФ в i-ом смежном блоке при атмосферном давлении, оС;

ri – удельная теплота парообразования ЖФ в i-ом смежном блоке, кДж/кг;

qi* - удельная теплота сгорания ПГФ, образующейся из ЖФ, поступившей в расчетный блок из i-го смежного блока, кДж/кг.

E2** = G2**.q* - энергия сгорания ПГФ, образующейся из ЖФ за счет теплоты экзотермических реакций, не прекращающихся при АРБ, кДж;

G2** = (1/r)Σ(Wр Qр τр) - масса ЖФ, испарившейся за счет тепла экзотермических реакций в расчетном блоке, кг;

Wрi – производительность расчетного блока по i-му продукту экзотермических реакций, кгс/с;

Qр – тепловой эффект i-й реакции, кДж/кг;

τр – время продолжения i-й экзотермической реакции, с;

E3** = G3**.q* - энергия сгорания ПГФ, образующейся из ЖФ за счет теплопритока от внешних теплоносителей, кДж;

G3** = (1/r)Σ(Птi.τтi) - масса ЖФ, испарившейся за счет теплопритока от внешних теплоносителей, кг;

Птi – скорость теплопритока к ЖФ от i –го греющего теплоносителя, кДж/с; значение Птi (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, а также другими существующими способами:

Птi = Wтi cтi ti или Птi = Wтi.rтi;

Wтi – секундный расход i-го греющего теплоносителя в теплообменном устройстве, кг/с;

127

cтi – удельная теплоемкость i-го греющего теплоносителя, кДж/(кг.с);

ti – разность температур i-го греющего теплоносителя в процессе теплопередачи (через стенку), оС;

rтi – удельная теплота парообразования i-го греющего теплоносителя, кДж/кг;

E4** = GΣ**.q* - энергия сгорания ПГФ, образующейся из ЖФ, пролитой на твердую поверхность (пол, поддон, обвалование, грунт), за счет теплоотдачи от окружающей среды путем испарения (от твердой поверхности и от воздуха к поверхности жидкости), кДж;

GΣ** = G4** + G5** - суммарная масса ПГФ, испарившейся за счет теплопритока из окружающей среды, кг;

G4** = 2[(tп – t1к)/r](ε/π1/2)(Fп/Fж)Fп.τи1/2 – масса ЖФ, испарившейся за счет теплопритока от твердой поверхности, кг;

tп – температура твердой поверхности (пола, поддона, обвалования, грунта), оС;

ε = (λ.ρт.cт)1/2 – коэффициент тепловой активности твердой поверхности, кДж/(м2 град с1/2);

λ - коэффициент теплопроводности материала твердой поверхности (пола, поддона, земли и т.п.), кДж/(м.с.град);

ρт – плотность материала твердой поверхности, кг/м3;

cт – удельная теплоемкость материала твердой поверхности, кДж/(кг.град);

Fп – площадь контакта жидкости с твердой поверхностью пролива (площадь теплообмена между пролитой жидкостью и твердой поверхностью), м2;

Fж – площадь поверхности зеркала жидкости, м2;

τи – время контакта жидкости с поверхностью пролива, принимаемой в расчет, с;

G5** = mи.Fж .τи – масса ЖФ, испарившейся за счет теплопередачи от окружающего воздуха к пролитой жидкости (по зеркалу испарения), кг;

mи = 10-6.η.P1н.M11/2 – интенсивность испарения, кг/(м2.с);

P1н = P0.exp[(r1/R1)(1/T1 - 1/T1к] – давление насыщенного пара ПГФ в расчетном блоке при расчетной температуре, кПа;

R1 – газовая постоянная ПГФ в расчетном блоке, кДж/(кг.град); M1 – молекулярная масса ЖФ в расчетном блоке, кг/кмоль;

128

Значение безразмерного коэффициента η, учитывающего влияние скорости и температуры воздушного потока над поверхностью (зеркало испарения) жидкости, принимается по табл. 3.7.

Ориентировочно, значение GΣ** может определяться по температуре кипения пролитой жидкости и давлению насыщения пара Рн при расчетной температуре, а также по табл. 3.8.

Для конкретных условий, когда площадь твердой поверхности пролива жидкости окажется больше или меньше 50 м2 (Fп ≠ 50 м2), производится пересчет массы испарившейся жидкости по формуле:

По значениям общих энергетических потенциалов взрывоопасности Е определяются величины приведенной массы и относительного энергетического потенциала, характеризующих взрывоопасность технологических блоков.

Общая масса горючих паров (газов) взрывоопасного парогазового облака т (кг), приведенная к единой удельной энергии сгорания, равной

46000 кДж/кг:

Таблица 3.8

Зависимость массы ПГФ пролитой жидкости от температуры

129

ее кипения [20]

Относительный энергетический потенциал взрывоопасности Qв технологического блока находится расчетным методом по формуле:

= E13

Qв 16,534

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

Показатели категорий приведены в табл. 3.9.

Таблица 3.9

Показатели категории взрывоопасности технологических блоков [20]

130