Количественная оценка взрывоопасности блоков

Общий энергетический потенциал взрывоопасности технологического блока характеризуется суммой энергий адиабатического расширения парогазовой фазы (ПГФ), полного сгорания имеющихся и образующихся из жидкости паров за счет внутренней и внешней (окружающей среды) энергий при аварийном раскрытии (аварийной разгерметизации) технологической системы

где  – сумма энергий адиабатического расширения и сгорания ПГФ, находящейся непосредственно в аварийном блоке, кДж;

 – энергия сгорания ПГФ, поступившей к разгерметизированному участку от смежных блоков, кДж;

 – энергия сгорания ПГФ, образующейся за счет энергии перегрева жидкой фазы (ЖФ) рассматриваемого блока и поступившей от смежных объектов за время с момента аварийной разгерметизации блока до полного срабатывания отключающей аварийный блок арматуры, кДж;

– энергия сгорания ПГФ, образующейся из ЖФ за счет тепла экзотермических реакций, не прекращающихся при аварийной разгерметизации, кДж;

 – энергия сгорания ПГФ, образующейся из ЖФ за счет теплопритока от внешних теплоносителей, кДж;

 – энергия сгорания ПГФ, образующейся из пролитой на твердую поверхность ЖФ за счет теплоотдачи от окружающей среды, кДж.

Так как в рассчитываемом блоке ПГФ нет, то

.

Так как рассчитываемый технологический блок рассматривается как отдельный, у которого нет смежных блоков, из которых могут поступать газы или пары горячих жидкостей, то

.

Так как в блоке отсутствует перегретая ЖФ, то

.

Экзотермические реакции в блоке отсутствуют, поэтому

.

Теплоприток от внешних теплоносителей отсутствует, поэтому

.

Таким образом

Энергия сгорания ПГФ, образующейся из пролитой на твердую поверхность ЖФ за счет теплоотдачи от окружающей среды, рассчитывается по формуле

,

где  – суммарная масса ЖФ, испарившейся за счет теплопритока из окружающей среды, кг;

q – удельная теплота сгорания ПГФ, кДж/кг.

Суммарная масса ЖФ находится по формуле

,

где  – масса ЖФ, испарившейся за счет теплопритока от твердой поверхности, кг;

 – масса ЖФ, испарившейся за счет теплопередачи от окружающего воздуха (по зеркалу испарения), кг.

Температуру поверхности пола принимаем равной 10^оС. Так как эта температура ниже температуры кипения пролитой жидкости, то испарения за счет теплопритока от твердой поверхности не происходит. Поэтому

.

Масса ЖФ, испарившейся за счет теплопередачи от окружающего воздуха, рассчитывается по формуле

,

где  – интенсивность испарения кг/с·м²;

 – площадь поверхности зеркала жидкости, м²;

 – время контакта жидкости с поверхностью разлива, принимаемое в расчет, с.

Интенсивность испарения находится по формуле

,

где  кПа – давление насыщенных паров этанола при 20^оС;

 – молярный масса, кг/кмоль;

 – безразмерный коэффициент, учитывающий влияние скорости и температуры воздушного потока над поверхностью (зеркалом испарения) жидкости, принимается максимальный [31].

Тогда

 кг/с·м².

Площадь поверхности зеркала жидкости находится по формуле

F _ж = F _к – F _р,

где F _к = 258,64 – площадь помещения насосной, м²;

F _р = 3 2 = 6 – площадь фундаментов насосных агрегатов, м².

F _ж = 258,64 - 6 = 252,64 м².

Тогда

кг.

Удельная теплота сгорания находится по формуле:

,

где q сгор – удельная теплота сгорания (низшая) жидкой фазы топлива, кДж/кг;

  – удельная теплота испарения жидкой фазы топлива, кДж/кг.

Удельная теплота сгорания рассчитывается по формуле

,

где  = 0,8502 – относительная плотность топлива при 15^оС.

кДж/кг.

Для расчета удельной теплоты испарения топлива используется формула

,

где = 230,9 – средняя температура кипения нефтепродукта, К.

кДж/кг.

Тогда

q = 42762,07 + 60,96 = 42823,03 кДж/кг.

Отсюда

кДж.

По значению общего энергетического потенциала взрывоопасности определяются величины общей массы горючих паров взрывоопасного парогазового облака и относительного энергетического потенциала взрывоопасности.

Общая масса горючих паров взрывоопасного парогазового облака, приведенная к единой удельной энергии сгорания, равной 46000 кДж/кг, определяется по формуле

.

 кг.

Относительный энергетический потенциал взрывоопасности технологического блока находится по формуле

.

.

По значениям относительного энергетического потенциала и приведенной массы парогазовой среды осуществляется классификация (категорирование) технологического блока [31]. Так как > 37, а m > 5000 кг, то рассчитываемый блок является блоком I категории взрывоопасности.

Исходя из определенной выше категории взрывоопасности предусматриваем запорную (отсечную) арматуру: для блока I категории – запорные и отсекающие устройства с дистанционным управлением и временем срабатывания не более 12 секунд.

Тротиловый эквивалент взрыва парогазовой среды  (кг) рассчитывается по формуле

,

где  – доля приведенной массы паров, участвующей во взрыве;

 – удельная энергия взрыва ТНТ, кДж/кг. Принимается 46000.

кг.

Радиус (базовый) зоны разрушений  (м) рассчитывается по формуле

 при >5000 кг.

м.

Радиус зоны сильного разрушения

м.

Радиус зоны 50% разрушения

м.

Радиус зоны среднего повреждения

м.

Радиус зоны лёгкого повреждения

м.

Радиус зоны повреждения 10% остекления

м.

Пример 5. Расчет значений энергетических показателей взрывобезопасности реактора - карбонататора (Р-202/2) установки по производству сульфонатных присадок

Исходные данные по реактору - карбонататору (Р-202/2)

Температура потока: t = 40°С;

Абсолютное давление в блоке: Р_абс = 20 кПа;

Диаметр реактора-карбонататора: D = 2,6 м;

Высота реактора-карбонататора: H = 4,19 м.

Общий энергетический потенциал взрывоопасности технологического объекта (сепаратора паров аммиака из реактора реакции обменного разложения) Е характеризуется суммой энергий адиабатического расширения парогазовой фазы, полного сгорания имеющихся паров и поступающих от смежных объектов, образующихся из пролитой на твёрдую поверхность жидкой фазы:

где – сумма энергий адиабатического расширения и сгорания парогазовой смеси, находящейся непосредственно в аварийном блоке;

– энергия сгорания парогазовой фазы, поступившей к разгерметизированному участку от смежных блоков;

– энергия сгорания парогазовой фазы, образующейся из пролитой на твёрдую поверхность жидкой фазы.