Розрахунок системи аварійного зливу

Вихідні дані для розрахунку системи аварійного зливу:

- найменування рідини — бензол;

- робоча температура рідини — 20С;

- об’єми ємностей: Є-1 — 5 м³, Є-2 — 5 м³;

- коефіцієнт заповнення ємностей — К_з = 0,8;

- висота розташування технологічного майданчика — 2 м;

- довжина магістрального трубопроводу аварійного зливу –30 м;

- співвідношення розмірів ємностей — D : Н = 1 : 2.

За розрахункову визначаємо ємність Є-1, як найбільш віддалену від аварійної ємності, та складаємо схему аварійного зливу (див. графічний додаток до методичних вказівок).

(При ємностях різного об’єму за розрахункову вибирається найбільша за об’ємом та найвіддаленіша ємність.)

1. Визначаємо діаметр та висоту ємностей.

Об’єми ємностей однакові і вони будуть дорівнювати:

де: V_Є-1,2 - об’єми ємностей Є-1 та Є-2 (м³);

D_Є-1,2 - діаметри ємностей Є-1 та Є-2 (м);

Н_Є-1,2 - висота ємностей Є-1 та Є-2 (м).

Оскільки за умовами завдання H = 2D, проводимо відповідні перетворення та знаходимо:

2. Визначаємо значення окремих елементів системи аварійного зливу.

Діаметри всіх дільниць трубопроводу приймаємо однаковими серед стандартних.

d₁ = d₂ = d₃ = d₄ = 101 мм

Діаметр зливних патрубків з ємностей приймаємо 200 мм

d_патр. = 200 мм

З метою запобігання розповсюдження вогню з ємності в ємність передбачаємо на трубопроводі два гідравлічних затвори на дільницях 3 та 4.

3. Визначаємо довжину окремих ділянок трубопроводу.

Для забезпечення самопливу рідини по аварійному трубопроводу приймаємо його підйом на початку на 0,15 м. Тоді:

де: Н_м — висота розташування технологічного майданчика.

Відстань між ємностями приймаємо 1 м, виходячи з економного використання виробничої площі та забезпечення нормативного значення евакуаційних проходів. Тоді:

Довжина трубопроводу (за умовами завдання)

4. Знаходимо коефіцієнти місцевих опорів трубопроводу та їх загальну суму.

Місцеві опори («дзета») знаходимо за довідниковими даними (табл.7 додатку), а їх суму — по шляху аварійного зливу із розрахункової ємності Є-1.

- прямий вхід в зливний патрубок - 0,5;

- раптове звуження труби:

- трійник для прямого потоку (2 шт.) - 2  0,55 = 1,1;

- повністю відкрита засувка - 0,15;

- гідрозатвори (2 шт.) - 2  1,3 = 2,6;

- коліно трубопроводу (2 шт.) - 2  0,9 = 1,8;

- прямий вхід в аварійну ємність - 0,5.

Σζ = 0,5+0,37+1,1+0,15+2,6+1,8+0,5=7,02

5. Визначаємо коефіцієнт опору системи аварійного зливу.

де: _i — коефіцієнт опору тертю для дільниць трубопроводу;

Для труби діаметром 101 мм за довідниковими даними (табл.6 додатку) він становить 0,032.

L_i, — довжина дільниць трубопроводу;

d_. — діаметр трубопроводу на виході в аварійну ємність;

 - сума коефіцієнтів місцевого опору.

6. Визначаємо коефіцієнт витрати в системі аварійного зливу.

7. Визначаємо максимальний напір стовпа рідини в системі.

де: Н_р — висота стовпа рідини в розрахунковій ємності, м;

Н_м — висота розташування технологічного майданчика, м.

Висоту стовпа рідини в ємності визначаємо, виходячи з її коефіцієнта заповнення.

Оскільки , після перетворень отримаємо:

де: К_з — коефіцієнт заповнення ємності (із завдання 0,8);

V — об’єм розрахункової ємності (із завдання 5 м³);

D — діаметр ємності (з розрахунку 1,46 м).

Таким чином: Н_мах = Н₁ = 2,39 + 2 = 4,39 м

8. Визначаємо число Рейнольдса:

де: _сист.- коефіцієнт витрат в системі (за розрахунком дорівнює 0,135);

Н₁ — максимальний напір стовпа рідини в системі (за розрахунком дорівнює 4,39);

Н₂ — мінімальний напір стовпа рідини в системі (дорівнює висоті технологічного майданчика — 2 м);

d — внутрішній діаметр трубопроводу (прийнятий 101 мм)

 - коефіцієнт кінематичної в’язкості рідини, м²/с (табл..8 додатку).

За довідниковими даними для бензолу при температурі 20С дорівнює 0,685  10^-6 м²/с.

(При проміжних значеннях температури коефіцієнт кінематичної в’язкості визначається методом інтерполяції.)

9. Уточнюємо коефіцієнт опору трубопроводу.

Оскільки значення числа Рейнольдса становить більше 2320, за визначення розрахункового значення коефіцієнту опору трубопроводу приймаємо формулу:

де:  — абсолютна шорсткість стінок трубопроводу, приймаємо рівною 0,0007 м (додаток).

При значенні числа Рейнольдса менше 2320 необхідно користуватися формулою:

У даному випадку маємо:

Різниця від раніше прийнятого табличного значення становить:

де: _т — табличне значення коефіцієнту опору трубопроводу;

_р — розрахункове значення коефіцієнту опору трубопроводу

Оскільки різниця не перебільшує 10 % коефіцієнт опору уточнення не потребує. В іншому випадку він приймається розрахунковим і робиться перерахунок.

10. Визначаємо пропускну здатність системи при максимальному напорі в системі.

де: _сист. — коефіцієнт витрат в системі (по розрахунку дорівнює 0,135 );

Н₁ — максимальний напір стовпа рідини в системі (по розрахункам дорівнює 4,39 м вод.ст.);

f _вих. — площа перерізу трубопроводу, м²;

Для труби діаметром 101 мм вона дорівнює:

Таким чином:

11. Визначаємо пропускну здатність системи при мінімальному напорі в системі.

де: Н₂ — мінімальний напір стовпа рідини в системі, який дорівнює висоті технологічного майданчика — 2 м;

12. Визначаємо середню пропускну здатність системи.

13. Визначаємо тривалість спорожнення розрахункової ємності.

14. Визначаємо тривалість аварійного зливу.

де: _ав.зл. — час аварійного зливу, хв.;

_опер. — час проведення операцій по включенню системи аварійного зливу, хв.;

Цей час визначається п.3.2 НАПБ Б.03.002-2007 і при ручному включенні становить 5 хв.

_ав.реж. - допустима тривалість аварійного режиму.

Виходячи з мінімальної межі вогнестійкості незахищених металевих несучих конструкцій технологічного майданчика, допустиму тривалість аварійного режиму приймаємо рівною 15 хв. Таким чином:

_ав.зл = 8,3 + 5 = 13,3 хв. < 15 хв.

Оскільки час аварійного зливу становить менше 15 хв., умови безпеки витримуються. В іншому випадку необхідно збільшити діаметр трубопроводу або висоту технологічного майданчика.

15. Визначаємо необхідний об’єм аварійної ємності.

Об’єм аварійної ємності повинен дорівнювати 30 % об’єму всіх об’єднаних апаратів, але бути не менше найбільшого (п.17.4.10 ВБН В 2.2-58.1-94).

V_ав. = 0,3 (V₁ + V₂ ) = 0,3  (5 + 5) = 3 м³

Оскільки обидві ємності однакові за об’ємом, який дорівнює 5 м³, що більше 3 м³, остаточно приймаємо об’єм аварійної ємності 5 м³.

ВИСНОВОК: Запропонована система аварійного зливу дозволить своєчасно евакуювати частину горючої рідини з осередку пожежі, що забезпечить більш сприятливі умови з її ліквідації.

Додаток 4

Таблиця 2

Властивості горючих газів

№ з/п	Найменування	Хімічна формула	Температура кипіння, С	µ·106, Па·с (при 200С)	С	Коеф.теплопровідності. λ·10 2, Вт/(м·К) (при 200С та 1·105 Па)	Теплоємність СР, кДж/(кг·К) (при 200С та 1·105 Па)
1.	Аміак	NH3	-33,4	9,18	899	2,4	2,09
2.	Ацетилен	С2Н2	-83,7	9,35	471	2,2	1,69
3.	Бутан	С4Н10	- 0,5	6,835	650	1,6	1,679
4.	Водень	Н2	-252,75	8,355	346	17,6	14,335
5.	Метан	СН4	+ 4	10,395	419	3,3	2,232
6.	Пропан	С3Н8	- 42,06	7,502	551	1,9	1,667
7.	Пропілен (пропен)	С3Н6	- 47,7			1,5	1,520
8.	Етилен (етен)	С2Н4	- 103,7	9,85	514	2,0	1,554
9.	Етан	С2Н6	-88,5	8,6	525	2,4	1,753
10.	Оксид вуглецю	СО	-191,5	16,573	974	2,3	0,837
11.	Сірководень	H2S	-60,2	11,66	273	1,3	1,059

Таблиця 3

Коефіцієнти теплопровідності та теплоємність окремих рідин

Найменування газу	Ацетон	Бензол	Ксилол	Толуол	Етанол	Метанол	Пропа-нол	Бензин	Гас	Гексан
Формула	С3Н6О	С6Н6	С8Н10	С7Н8	С2Н6О	СН4О	С3Н8О	-	-	С6Н14
М	58,08	78,11	106,17	92,14	46,07	32,04	60,1	110	150	86,117
, Вт/(м·К)*	0,172	0,150	0,133	0,139	0,180	0,215	0,155	0,138	0,145	0,132
Ср, кДж/(кг·К)**	2,20	1,67	1,58	1,62	1,58	2,48	2,39	1,84	2,10	2,51

*Теплоємність повітря [С_р] при t=20⁰С та Р=1∙10⁵Па – 1,005 кДж/кг·К

**Коефіцієнт теплопровідності повітря [] t=20⁰С та Р=1∙10⁵Па – 2,59∙10^-2 Вт/м·К

Таблиця 4