vetosckin

3.4. Оценка уровня воздействия взрыва и расчет радиусов зон разрушения

Методика расчета может применяться при выборе основных направлений технических мероприятий по защите объектов и персонала от воздействия взрыва парогазовых сред, а также твердых и жидких химически нестабильных соединений (перекисные соединения, ацетилениды, нитросоединения различных классов, продукты осмоления, трихлористый азот и др.), способных взрываться.

Методика дает ориентировочные значения участвующей во взрыве массы вещества.

В данной методике приняты следующие условия и допущения.

1) В расчетах принимаются общие приведенные массы парогазовых сред m, полученные при количественной оценке взрывоопасности технологических блоков.

2)Для конкретных реальных условий значения m могут определяться с учетом эффекта диспергирования горючей жидкости в атмосфере под воздействием внутренней и внешней энергий, характера раскрытия технологической системы, скорости истечения горючего продукта в атмосферу и других возможных факторов.

3)Масса твердых и жидких химически нестабильных соединений Wк определяется по их содержанию в технологической системе, блоке, аппарате.

4)Масса парогазовых веществ, участвующих во взрыве, определяется произведением:

m* = z m

где z – доля приведенной массы парогазовых веществ, участвующих во взрыве.

В общем случае для неорганизованных парогазовых облаков в незамкнутом пространстве с большой массой горючих веществ доля участия во взрыве может приниматься z = 0,1. В отдельных обоснованных случаях доля участия веществ во взрыве может быть снижена, но не менее чем до z

= 0,02.

Для производственных помещений (зданий) и других замкнутых объемов значения z могут приниматься в соответствии с табл. 3.10.

Источники воспламенения могут быть постоянные (печи, факелы, не взрывозащищенная электроаппаратура и т.п.) или случайные (временные

131

огневые работы, транспортные средства и т.п.), которые могут привести к взрыву парогазового облака при его распространении.

Таблица 3.10

Значения z для замкнутых объемов (помещений) [20]

Для оценки уровня воздействия взрыва может применяться тротиловый эквивалент. Тротиловый эквивалент взрыва парогазовой среды Wт (кг), определяемый по условиям адекватности характера и степени разрушения при взрывах парогазовых облаков, а также твердых и жидких химически нестабильных соединений, рассчитывается по формулам:

а) для парогазовых сред:

где 0,4 – доля энергии взрыва парогазовой среды, затрачиваемая непосредственно на формирование ударной волны;

0,9 - доля энергии взрыва тринитротолуола (ТНТ), затрачиваемая непосредственно на формирование ударной волны;

q* — удельная теплота сгорания парогазовой среды, кДж/кг; qт - удельная энергия взрыва ТНТ, кДж/кг.

б) для твердых и жидких химически нестабильных соединений:

WТ = qk Wk ,qТ

где qк - удельная энергия взрыва твердых и жидких химически нестабильных соединений, кДж/кг; Wк - масса твердых и жидких химически нестабильных соединений, кг.

Зоной разрушения считается площадь с границами, определяемыми радиусами R, центром которой является рассматриваемый технологический блок или наиболее вероятное место разгерметизации технологической системы. Границы каждой зоны характеризуются значениями избыточных давлений по фронту ударной волны P и, соответственно, безразмерным коэффициентом К. Классификация зон разрушения приводится в таблице

3.11.

132

Радиус зоны разрушения (м) в общем виде определяется выражени-

ем:

где K - безразмерный коэффициент, характеризующий воздействие взрыва на объект.

3.5. Оценка уровня взрывоопасности пылеобразующих технологических объектов

Объективная оценка уровня взрывоопасности технологических процессов, позволяющая с высокой достоверностью прогнозировать возможные аварийные ситуации, ход их развития и масштабы последствий, имеет важное значение при выборе оптимальных решений по стабилизации и противоаварийной защите производств.

133

Основные принципы количественной оценки взрывоопасности технологических объектов приведены в Общих правилах взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств ПБ 09-170-97. Однако они ориентированы преимущественно на объекты, в которых обращаются горючие газы и жидкости. Процессы же образования и взрыва пылевоздушных смесей имеют другие закономерности и требуют уточнения методологии оценки взрывоопасности пылеобразующих объектов и разработки соответствующего математического аппарата.

Используя основные положения указанных Правил, можно сформулировать общие подходы к решению этой задачи. Уровень взрывоопасности пылеобразующего технологического блока (объекта) характеризуется энергией сгорания суммарного количества взрывоопасной пылевоздушной смеси, способной образоваться внутри оборудования, в объеме производственного помещения и наружной установки в результате отклонения от норм технологического режима или возникновения аварийных ситуаций, связанных с разгерметизацией системы. Границами технологического блока могут быть автоматические пламеотсекатели, секторные затворы, шнековые питатели и другие механизмы, обеспечивающие надежное запирание блока при повышенных давлениях в условиях внутреннего взрыва.

где G – общая масса дисперсного продукта, участвующая в образовании взрывоопасной пылевоздушной смеси, кг; q – удельная энергия сгорания дисперсного продукта, кДж/кг.

Расчеты G проводятся с учетом возможности возникновения аварийной ситуации с максимально тяжелыми последствиями, которая характеризуется образованием наиболее благоприятной для взрыва концентрации смеси, наиболее неблагоприятным стечением обстоятельств и предельно возможными границами развития.

Учитывая специфические особенности аварий в производствах с пылеобразующими процессами (возникновение вторичных взрывов пылевоздушных смесей, образовавшихся в результате взвихрения пылевых отложений), выделим три составляющие G:

Здесь G1 – масса взвешенной пыли в аппаратуре технологического блока, кг; G2 – масса взвешенной пыли в пылевоздушной смеси, образующейся в объеме помещения или наружной установки в результате выброса продукта из разрушенного внутренним взрывом оборудования и поступле-

134

ния пылеобразующих технологических потоков к разгерметизированному участку из смежного оборудования, кг; G3 – масса взвешенной пыли в пылевоздушной смеси, образующейся в объеме помещения или наружной установки за счет взвихрения пыли, осевшей на полу, покрытии, оборудовании, строительных конструкциях, кг.

G1 определяется по формуле:

где Vпвс – суммарный объем пылевоздушной смеси во всех связанных между собой аппаратах и трубопроводах технологического блока, м3; С – концентрация пылевоздушной смеси, наиболее выгодная для взрыва, кг/м3.

При отсутствии экспериментальных данных можно использовать стехиометрическую концентрацию:

где М – молекулярный вес дисперсного вещества; n – число молекул кислорода, необходимое для полного сгорания молекул вещества.

Согласно НПБ 105-95:

где Gа – масса горючей пыли, выбрасываемой из разгерметизировавшегося аппарата (блока), кг; Пп – интенсивность пылящего технологического потока, кг/с; τ – время, необходимое для отключения этого потока, с; Кп – коэффициент пыления, представляющий собой отношение массы взвешенной в воздухе пыли ко всей массе пыли, поступившей из аппарата в помещение. При дисперсности пыли более 350 мкм рекомендуется принимать Кп = 0,5; при дисперсности менее 350 мкм – Кп = 1.

Более точные результаты можно получить, применив методы расчета, учитывающие всю совокупность основных факторов, определяющих степень пыления дисперсных материалов при выбросе из технологического оборудования (плотность, дисперсность частиц, высота пылевого облака, интенсивность и время пылевыделения). Закономерности изменения количества взвешенной пыли в пылевоздушной смеси, образовавшейся при поступлении пылеобразующих потоков из смежного оборудования Gп (кг), могут быть описаны следующей системой уравнений:

135

где Gос – количество пыли, осевшей из пылевоздушной смеси за время τ; Vос – линейная скорость оседания частиц, м/с; Н – высота пылевого облака, м.

Выполнив некоторые преобразования, получим

Количество пыли Gв (кг) в пылевоздушной смеси, образовавшейся при выбросе продукта из аварийного аппарата (блока),

Суммарное количество в пылевоздушной смеси

Первое слагаемое в формуле (3.22) имеет положительное значение и влияет на общее количество пыли в пылевоздушной смеси только при

При вычислении энергетического потенциала должно приниматься максимальное значение G2, достигаемое в течение всего времени пылевыделения τ и соответствующее моменту времени tmax.

Время отключения пылеобразующих технологических потоков определяется исходя из реальных условий, с учетом технических данных на запорные устройства, их надежности, наличия резерва, размещения. Если оно превышает значения , рекомендованные НПБ 105-95, или имеет значительное влияние на величину энергетического потенциала, должны приниматься меры по повышению быстродействия запорных устройств.

Скорость оседания (витания) частиц vос (м/с) можно подсчитать по интерполяционной зависимости между критериями Рейнольдса и Архимеда:

136

где d - диаметр частиц, м; v – кинематическая вязкость воздуха, м2/с; g - ускорение силы тяжести, м/с2; ρ - плотность частиц, кг/м3; ρв - плотность воздуха, кг/м3:

цы имеют не сферическую форму, в формулу (3.26) подставляется эквивалентный диаметр

где Vч – объем частицы не сферической формы. В соответствии с НПБ 105-95:

где Кч – доля горючей пыли в общей массе отложенной пыли; m1 – масса пыли, оседающая на труднодоступных для уборки поверхностях за период времени между генеральными уборками, кг; m2 – масса пыли, оседающей на доступных для уборки поверхностях за период времени текущими уборками, кг; Ку – коэффициент эффективности уборки пыли (при сухой уборке он равен 0,6; мокрой – 0,7; в случае уборки передвижными пылеуборочными средствами – 0,8).

Значения m1 и m2 определяется в периоды максимального пылевыделения.

При подсчете величин G2 и G3 в объеме помещения их суммарное значение не должно превышать величины VсвСстех (где Vсв – свободный объем помещения).

Потенциал взрывоопасности технологического блока (объекта) определяется в соответствии с Общими правилами взрывобезопасности ПБ

09-170-97 по формуле:

Последствия взрывов внутри аппаратуры и на открытых установках оцениваются с учетом тротилового эквивалента и величины радиусов интенсивности воздействия ударной волны. Вместе с тем необходимо иметь в виду, что особую опасность для персонала представляют взрывы в объеме производственного помещения, способные привести к полному разруше-

137

нию зданий и сооружений даже при относительно невысоких энергетических параметрах взрывов. Оценка такой опасности производится по величине избыточного давления взрыва в помещении. Тротиловый эквивалент Wт (кг) взрыва пылевоздушной смеси:

взвешенного дисперсного продукта во взрыве (при отсутствии экспериментальных данных допускается принимать z = 0,5).

Для определения радиусов зон интенсивности воздействия ударной волны при взрыве пылевоздушной смеси можно использовать зависимость Ri (м) от Wт, приведенную в Общих правилах взрывобезопасности:

где Кi – коэффициент пропорциональности, соответствующий определенной зоне интенсивности ударной волны.

Избыточное давление взрыва Р (кПа) пылевоздушной смеси в объеме помещения рассчитывают в соответствии с НПБ 105-95:

где Р0 – начальное давление в помещении (101кПа); Vсв – свободный объем помещения, м3; ρв – плотность воздуха (1,29 кг/м3); ср – теплоемкость воздуха (1,01кДж/кг град); Т0 – начальная температура воздуха в помещении, град К; Кн – коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения (допускается принимать Кн= 3).

3.6. Промышленная взрывобезопасность

Производственные процессы должны разрабатываться [2] так, чтобы вероятность возникновения взрыва на любом взрывоопасном участке в течение года не превышала 10-6. В случае технической или экономической нецелесообразности обеспечения указанной вероятности возникновения взрыва производственные процессы должны разрабатываться так, чтобы вероятность воздействия опасных факторов взрыва на людей в течение года не превышала 10-6 на человека.

138

Взрывобезопасность производственных процессов должна быть обеспечена взрывопредупреждением и взрывозащитой, организационнотехническими мероприятиями. Параметрами и свойствами, характеризующими взрывоопасность среды являются:

-температура вспышки;

-концентрационные и температурные пределы воспламенения;

-нормальная скорость распространения пламени;

-минимальное взрывоопасное содержание кислорода (окислителя);

-минимальная энергия зажигания;

-чувствительность к механическому воздействию (удару и трению). Основными факторами, характеризующими опасность взрыва, явля-

ются:

-максимальное давление и температура взрыва;

-скорость нарастания давления при взрыве;

-давление во фронте ударной волны;

-дробящие и фугасные свойства взрывоопасной среды.

Для обеспечения взрывобезопасного ведения производственного процесса на него должны быть установлены коэффициенты безопасности.

Опасными и вредными факторами, воздействующими на работающих в результате взрыва, являются:

- ударная волна, во фронте которой давление превышает допустимое значение;

-пламя;

-обрушивающиеся конструкции, оборудование, коммуникации, здания и сооружения и их разлетающиеся части;

-образовавшиеся при взрыве и выделившиеся из поврежденного оборудования вредные вещества, содержание которых в воздухе рабочей зоны превышает ПДК.

Для предупреждения взрыва необходимо исключить:

-образование взрывоопасной среды;

-возникновение источника инициирования взрыва. Взрывоопасную среду могут образовать:

-смеси веществ (газов, паров, пылей) с воздухом и другими окислителями (кислород, озон, хлор, окислы азота);

-вещества, склонные к взрывному превращению (ацетилен, озон, гидразин).

139

Источником инициирования взрыва являются:

-открытое пламя, горящие и раскаленные тела;

-электрические разряды;

-тепловые проявления химических реакций и механических воздействий;

-искры от удара и трения;

-ударные волны;

-электромагнитные и другие излучения.

Предотвращение образования взрывоопасной среды в помещении должно быть достигнуто:

-применением герметичного производственного оборудования;

-применением рабочей и аварийной вентиляции;

-отводом, удалением взрывоопасной среды;

-контролем состава воздушной среды и отложений взрывоопасной

пыли.

Предотвращение образования взрывоопасной среды внутри технологического оборудования должно быть обеспечено:

-герметизацией технологического оборудования;

-поддержанием состава и параметров среды вне области воспламенения;

-применением ингибирующих (химически активных) и флегматизирующих (инертных) добавок;

-конструктивными и техническими решениями при проектировании производственного оборудования и процессов.

Предотвращение возникновения источника инициирования взрыва должно быть обеспечено:

-регламентацией огневых работ;

-предотвращением нагрева оборудования до температуры самовоспламенения взрывоопасной среды;

-применением средств, понижающих давление во фронте ударной волны;

-применением материалов, не создающих при соударении искр;

-применением средств защиты от атмосферного и статического электричества, блуждающих токов, токов замыкания на землю;

-применением быстродействующих средств защитного отключения возможных электрических источников инициирования взрыва;

140