4.2. Разделение производства на блоки

Технологическими блоками являются условно выделенные части технологических объектов, в которых обращаются опасные вещества с размещенным на них оборудованием, материалами, запорной и отсекающей арматурой с учетом выполняемых технологических операций [2]. Критерием выбора является наличие обращающихся опасных веществ и опасность выполняемых технологических операций. Границами блоков при условном секционировании технологических схем электролизной установки и площадки ресиверов принята ручная запорная арматура, установленная на трубопроводах.

При выделении отдельных блоков учитывались также:

- вместимость блоков по опасным веществам;

- влияющий на энергетические показатели взрывопожароопасности блоков, тип запорной арматуры;

- характерные особенности, связанные с гидродинамическими процессами, параметрами технологического процесса и свойствами обращающихся веществ;

- взаимное положение блоков с точки зрения влияния друг на друга в аварийной ситуации.

В результате разделения технологической схемы электролизной установки СЭУ−20 и площадки ресиверов на блоки выделены следующие:

Блок № 1− электролизная установка (аппараты для водорода) до обратного клапана и вентиля № 41 (рис. 3-4);

Блок № 2− технологический трубопровод от вентиля № 41 (выход из помещения СЭУ) и площадка ресиверов (рис.5).

Примечание 1− Вся электролизная установка (по водороду) принята за один блок, т.к. в результате полной разгерметизации за время закрытия ручной запорной арматуры (300 с) весь водород, который находится в установке выходит в помещение.

4.2.1 Оценка уровня взрывоопасности. Расчет энергетического потенциала

Определение категорий взрывоопасности технологических блоков осуществляется в соответствии с ПБ 09 – 540 – 03 [2].

Энергетический потенциал определяется как сумма следующий величин:

1. Энергетический потенциал взрывоопасности Е (кДж) блока определяется полной энергией сгорания парогазовой фазы G₁'·q' (кДж), находящейся в блоке, с учетом величины работы ее адиабатического расширения А (кДж).

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

Энергетический потенциал взрывоопасности блока Е, кДж, определяется по формуле:

Е=G₁'·q'+A, (1)

масса ПГФ, имеющаяся непосредственно в блоке G₁', кг, определяется по формуле:

G₁^’=V₀^'·ρ₀^', (2)

объем ПГФ V’ , м³, приведенный к нормальным условиям (T = 273 К, Р = 0,1 МПа- атмосферное давление), определяется по формуле:

(3)

абсолютная температура ПГФ в блоке Т, К, определяется по формуле:

(4)

плотность ПГФ в блоке после адиабатического расширения газа , кг/м³, определяется по формуле:

(5)

плотность ПГФ в аппарате при абсолютных давлениях с учетом рабочих условий (Р_абс = Р_изб+Р₀ , МПа и Т = t_раб+273, К, где t_раб -регламентированная температура, ⁰С ) ρ, кг/м³ определяется по формуле:

(6)

работа адиабатического расширения А, кДж, определяется по формуле:

(7)

где q' – удельная теплота сгорания ПГФ, равная 120900, кДж/кг;

k – показатель адиабаты, равный 1,4;

Р, Р₀ – соответственно регламентированное абсолютное (1,1 МПа) и атмосферное (0,1 МПа) давление в блоке;

ρ₀- плотность ПГФ при нормальных условиях (T =0°С= 273 К, Р = 760 мм.рт.ст=0,1 МПа), кг/м³, равная 0,0899, кг/м³;

V^ – геометрический объем ПГФ в блоке № 1 равен 1,86, м³ (V_т/п= 0,038, м³, V_ап=1,822, м³, таб.8) и тот объем водорода который производит электролизер до отключения за 5 с (V_эл.= 5,6·10^-3 м³/с –производительность одного электролизера по водороду,V^’_эл= 5,6·10^-3·5= 0,028 м³);

Т₁ – регламентированная температура ПГФ в блоке, равная 313, К.

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 m, кг, приведенная к единице удельной энергии сгорания, равной 46000, кДж/кг, определяется по формуле:

m = E/(4,610⁴), (8)

Относительный энергетический потенциал взрывоопасности Q_в технологического блока определяется по формуле:

(9)

Показатели категории взрывоопасности технологических блоков приведены в таблице 7.

Таблица 7 – Показатели категорий взрывоопасности технологических блоков [2]

Категория взрывоопасности	Qв	m, кг
I	> 37	> 5000
II	27-37	2000-5000
III	< 27	< 2000

Массовая скорость истечения водорода при полной разгерметизации трубопровода G´, кг/с, определяется в соответствии с приказом МЧС № 404 [4] по формуле:

(10)

Где S - площадь сечения, через которое возможно истечение ПГФ при аварийной разгерметизации блока (АРБ), равная 3,63·10^-3, м²;

Μ - коэффициент истечения, равный 0,8;

ρ - плотность ПГФ при рабочих условиях (Р=Р_изб+Р₀, МПа и Т=t_раб+273, К) в среднем по блоку и по i-м поступающим в него при АРБ потокам, кг/м³

P₀ - атмосферное (10⁵ Па) давления;

Р - абсолютное регламентированное давление в блоке, Па

Расчет энергетических потенциалов:

Расчет проводится только по первому блоку (электролизная установка СЭУ), так как водород очень легкий и поэтому взрыв возможен только внутри помещения. Рассмотрена аварийная разгерметизация технологического трубопровода от электролизера к разделительной колонке.

Массовая скорость истечения водорода при полной разгерметизации трубопровода рассчитывается по формуле (10):

Примечание 2− при разгерметизации технологического трубопровода в блоке № 1 при Р_абс и диаметре Ø76х4 мм массовый расход газа, выходящего из установки, рассчитанный по приказу МЧС № 404 [4] составляет G = 2,13 кг/с, и за время закрытия ручной запорной арматуры (300 с) количество горючего газа вышедшего в помещение составляет все количество водорода, который присутствует в установке и то количество водорода, которое успевает производить электролизер за время аварийного отключения (5 с).

Плотность ПГФ в аппарате при абсолютных давлениях с учетом рабочих условий определяется по формуле (6):

Плотность ПГФ в блоке после адиабатического расширения газа определяется по формуле (5):

Абсолютная температура ПГФ в блоке определяется по формуле (4):

Объем ПГФ, приведенный к нормальным условиям определяется по формуле (3):

Масса ПГФ, имеющаяся непосредственно в блоке определяется по формуле (2):

Работа адиабатического расширения определяется по формуле (7):

Энергетический потенциал взрывоопасности блока определяется по формуле (1):

Общая масса горючих газов взрывоопасного парогазового облака, приведенная к единой удельной энергии сгорания определяется по формуле (8):

Относительный энергетический потенциал взрывоопасности определяется по формуле (9):

Блок № 1 относится к III категории взрывоопасности.

Показатели категорий взрывоопасности блока приведены в таблице 8.

Таблица 8 – Показатели категорий взрывоопасности

№ блока	Qе	m, кг	Категория взрывоопасности
1	3,55	4,4	III

4.2.2 Данные о распределении опасных веществ по блокам Распределение опасных веществ в оборудовании приведено в таблице 9. Таблица 9− Данные о распределение опасного вещества по оборудованиям и блокам
Технологический блок, Оборудование			Количество опасного вещества, кг		Физические условия содержания опасного вещества
наименование блока	наименование оборудования, № по схеме, опасное вещество	количество единиц оборудования	в единице оборудования	в блоке	агрегатное состояние	давление, МПа	температура, С
1	2	3	4	5	6	7	8
Блок № 1	Электролизер	2	0,10	1,7	газ	1.1	70-50
	Разделительная колонка	2	0,12		газ	1.1	65-45
	Регулятор-промыватель	2	0,12		газ	1.1	55-35
	Уравнительный бак	2	0,22		газ	1.1	30-20
	Холодильник	1	0,093		газ	1.1	15-10
	Сепаратор	1	0,0095		газ	1.1	15-10
	Сборник конденсата	1	0,0095		газ	1.1	15-10
	Осушитель	4	0,16		газ	1.1	12-7
	Огнепреградитель	1	0,008		газ	1.1	25-20

Продолжение таблицы 9

Технологический блок, Оборудование			Количество опасного вещества, кг		Физические условия содержания опасного вещества
1	2	3	4	5	6	7	8
	Трубопровод от электролизера до разделительной колонки	2	0,0097		газ	1.1	70-50
	Трубопровод от разделительной колонки до регулятора- промывателя	2	0,0076		газ	1.1	65-45
	Трубопровод от регулятора- промывателя до уравнительного бака	2	0,0011		газ	1.1	55-35
	Трубопровод между уравнительными баками	1	0,0016		газ	1.1	30-20
	Трубопровод от уравнительных баков в атмосферу	1	0,0021		газ	1.1	20
	Трубопровод от регулятора- промывателя до дифманометра	1	0,0025		газ	1.1	40-30
	Трубопровод от регулятора- промыввателя в атмосферу	2	0,0016		газ	1.1	40-30
	Трубопровод от регулятора- промывателя к холодильнику	2	0,0015		газ	1.1	40-30

Продолжение таблицы 9

Технологический блок, Оборудование			Количество опасного вещества, кг		Физические условия содержания опасного вещества
1	2	3	4	5	6	7	8
	Трубопровод от холодильника к сепаратору	1	0,003		газ	1.1	15-10
	Трубопровод от сепаратора к сборнику конденсата	1	0,003		газ	1.1	15-10
	трубопровод от сепаратора к адсорберу	1	0,0024		газ	1.1	15-10
	трубопровод между адсорберами	2	0,001		газ	1.1	12-7
Блок № 2	Ресивер	14	21,22	297,54	газ	1	-15-10
	трубопровод от обратного клапана до площадки ресиверов	1	0,46		газ	1	-15-10