1. Определение значений энергетических показателей взрывоопасности технологического блока
1. Энергетический потенциал взрывоопасности Е (кДж) блока определяется полной энергией сгорания парогазовой фазы, находящейся в блоке, с учетом величины работы ее адиабатического расширения, а также величины энергии полного сгорания испарившейся жидкости с максимально возможной площади ее пролива, при этом считается:
1) при аварийной разгерметизации аппарата происходит его полное раскрытие (разрушение);
2) площадь пролива жидкости определяется исходя из конструктивных решений зданий или площадки наружной установки;
3) время испарения принимается не более 1 ч:
Е = 
+ 
+ 
+ 
+ 
+
. (1)
1.1. - сумма энергий адиабатического расширения А (кДж) и сгорания ПГФ, находящейся в блоке, кДж:
Для практического определения энергии адиабатического расширения ПГФ можно воспользоваться формулой
A = b1PV¢; (3)
где b1 - может быть принято по табл. 1.
Таблица 1
Значение коэффициента b1 в зависимости от показателя адиабаты среды и давления в технологическом блоке
|
Показатель |
Давление в системе, МПа |
|||||||||
|
адиабаты |
0,07-0,5 |
0,5-1,0 |
1,0-5,0 |
5,0-10,0 |
10,0-20,0 |
20,0-30,0 |
30,0-40,0 |
40,0-50,0 |
50,0-75,0 |
75,0-100,0 |
|
k = 1,1 |
1,60 |
1,95 |
2,95 |
3,38 |
3,08 |
4,02 |
4,16 |
4,28 |
4,46 |
4,63 |
|
k = 1,2 |
1,40 |
1,53 |
2,13 |
2,68 |
2,94 |
3,07 |
3,16 |
3,23 |
3,36 |
3,42 |
|
k = 1,3 |
1,21 |
1,42 |
1,97 |
2,18 |
2,36 |
2,44 |
2,50 |
2,54 |
2,62 |
2,65 |
|
k = 1,4 |
1,08 |
1,24 |
1,68 |
1,83 |
1,95 |
2,00 |
2,05 |
2,08 |
2,12 |
2,15 |
(4)
где 
;
;
.
При избыточных значениях Р < 0,07 МПа и PV' < 0,02 МПа · м3 энергию адиабатического расширения ПГФ (А) ввиду малых ее значений в расчет можно не принимать.
Для многокомпонентных сред значения массы и объема определяются с учетом процентного содержания и физических свойств составляющих эту смесь продуктов или по одному компоненту, составляющему наибольшую долю в ней.
1.2. - энергия сгорания ПГФ, поступившей к разгерметизированному участку от смежных объектов (блоков), кДж:
. (5)
Для i -того потока
, (6)
где 
,
при избыточном Р £ 0,07, МПа
.
1.3. - энергия сгорания ПГФ, образующейся за счет энергии перегретой ЖФ рассматриваемого блока и поступившей от смежных объектов за время ti, кДж:
(7)
Количество ЖФ, поступившей от смежных блоков,
, (8)
где 
;
m - в зависимости от реальных свойств ЖФ и гидравлических условий принимается в пределах 0,4-0,8;
DР - избыточное давление истечения ЖФ.
Примечание. При расчетах скоростей истечения ПГФ и ЖФ из смежных систем к аварийному блоку можно использовать и другие расчетные формулы, учитывающие фактические условия действующего производства, в том числе гидравлическое сопротивление систем, из которых возможно истечение.
1.4. - энергия сгорания ПГФ, образующейся из ЖФ за счет тепла экзотермических реакций, не прекращающихся при разгерметизации, кДж:
, (9)
где 
- принимается для каждого случая, исходя из конкретных регламентированных условий проведения процесса и времени срабатывания отсечной арматуры и средств ПАЗ, с.
1.5. - энергия сгорания ПГФ, образующейся из ЖФ за счет теплопритока от внешних теплоносителей, кДж:
. (10)
Значение 
(кДж/с) может определяться с учетом конкретного теплообменного оборудования и основных закономерностей процессов теплообмена ( = Ki Fi Dti) по разности теплосодержания теплоносителя на входе в теплообменный элемент (аппарат) и выходе из него:
или 
где 
- секундный расход греющего теплоносителя;
- удельная теплота парообразования теплоносителя, а также другими существующими способами.
1.6. - энергия сгорания ПГФ, образующейся из пролитой на твердую поверхность (пол, поддон, грунт и т.п.) ЖФ за счет теплоотдачи от окружающей среды (от твердой поверхности и воздуха к жидкости по ее поверхности), кДж:
, (11)
где
. (12)
, (13)
здесь T0 - температура твердой поверхности (пола, поддона, грунта и т.п.), К;
p = 3,14;
;
; (14)
,
где 
.
Значение безразмерного коэффициента h, учитывающего влияние скорости и температуры воздушного потока над поверхностью (зеркало испарения) жидкости, принимается по табл. 2.
Таблица 2
Значение коэффициента h
|
Скорость воздушного потока над зеркалом испарения, м/с |
Значение коэффициента h при температуре воздуха в помещении tо.с, °С |
||||
|
10 |
15 |
20 |
30 |
35 |
|
|
0 |
1,0 |
1,0 |
1,0 |
1,0 |
1,0 |
|
0,1 |
3,0 |
2,6 |
2,4 |
1,8 |
1,6 |
|
0,2 |
4,6 |
3,8 |
3,5 |
2,4 |
2,3 |
|
0,5 |
6,6 |
5,7 |
5,4 |
3,6 |
3,2 |
|
1,0 |
10,0 |
8,7 |
7,7 |
5,6 |
4,6 |
Ориентировочно значение 
может определяться по табл. 3
Таблица 3
Зависимость массы ПГФ пролитой жидкости от температуры ее кипения при t=180 с
|
Значение температуры кипения жидкой фазы tк, °С |
Масса парогазовой фазы GS, кг (при Fп=50 м2) |
|
Выше 60 |
<10 |
|
От 60 до 40 |
10-40 |
|
От 40 до 25 |
40-85 |
|
От 25 до 10 |
85-135 |
|
От 10 до -5 |
135-185 |
|
От -5 до -20 |
185-235 |
|
От -20 до -35 |
235-285 |
|
От -35 до -55 |
285-350 |
|
От -55 до -80 |
350-425 |
|
Ниже -80 |
> 425 |
Для конкретных условий, когда площадь твердой поверхности пролива жидкости окажется больше или меньше 50 м2 (Fп ¹ 50), производится пересчет массы испарившейся жидкости по формуле
. (15)
2. По значениям общих энергетических потенциалов взрывоопасности Е определяются величины приведенной массы и относительного энергетического потенциала, характеризующих взрывоопасность технологических блоков.
2.1. Общая масса горючих паров (газов) взрывоопасного парогазового облака т, приведенная к единой удельной энергии сгорания, равной 46000 кДж/кг:
. (16)
2.2. Относительный энергетический потенциал взрывоопасности Qв технологического блока находится расчетным методом по формуле
. (17)
По значениям относительных энергетических потенциалов Qв и приведенной массе парогазовой среды m осуществляется категорирование технологических блоков.
Показатели категорий приведены в табл. 4.
Таблица 4
Показатели категорий взрывоопасности технологических блоков
|
Категория взрывоопасности |
Qв |
m, кг |
|
I |
> 37 |
> 5000 |
|
II |
27 - 37 |
2000 - 5000 |
|
III |
< 27 |
< 2000 |
3. С учетом изложенных в данном приложении основных принципов могут разрабатываться методики расчетов и оценки уровней взрывоопасности блоков для типовых технологических линий или отдельных процессов. Методики должны в установленном порядке согласовываться с Госгортехнадзором России.
Приложение 2
РАСЧЕТ УЧАСТВУЮЩЕЙ ВО ВЗРЫВЕ МАССЫ ВЕЩЕСТВА
И РАДИУСОВ ЗОН РАЗРУШЕНИЙ
Расчет 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.
Расчет дает ориентировочные значения участвующей во взрыве массы вещества.
1. В данном расчете по результатам исследований крупномасштабных взрывов на промышленных объектах и экспериментальных взрывов приняты следующие условия и допущения.
1.1. В расчетах принимаются общие приведенные массы парогазовых сред m и соответствующие им энергетические потенциалы E, полученные при количественной оценке взрывоопасности технологических блоков согласно приложению 1.
Для конкретных реальных условий значения m и E могут определяться другими методами 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.
Масса твердых и жидких химически нестабильных соединений Wk определяется по их содержанию в технологической системе, блоке, аппарате.
1.2. Масса парогазовых веществ, участвующих во взрыве, определяется произведением
m' = zm, (1)
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 равной 0,1. В отдельных обоснованных случаях доля участия веществ во взрыве может быть снижена, но не менее чем до 0,02.
Для производственных помещений (зданий) и других замкнутых объемов значения z могут приниматься в соответствии с табл. 1.
Таблица 1
Значение z для замкнутых объемов (помещений)
|
Вид горючего вещества |
z |
|
Водород |
1,0 |
|
Горючие газы |
0,5 |
|
Пары легковоспламеняющихся и горючих жидкостей |
0,3 |
1.3. Источники воспламенения могут быть постоянные (печи, факелы, невзрывозащищенная электроаппаратура и т.п.) или случайные (временные огневые работы, транспортные средства и т.п.), которые могут привести к взрыву парогазового облака при его распространении.
1.4. Для оценки уровня воздействия взрыва может применяться тротиловый эквивалент. Тротиловый эквивалент взрыва парогазовой среды WT (кг), определяемый по условиям адекватности характера и степени разрушения при взрывах парогазовых облаков, а также твердых и жидких химически нестабильных соединений, рассчитывается по формулам:
1.4.1. Для парогазовых сред
, (2)
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.
1.4.2. Для твердых и жидких химически нестабильных соединений
, (3)
где Wk - масса твердых и жидких химически нестабильных соединений;
qk - удельная энергия взрыва твердых и жидких химически нестабильных соединений.
2. 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 DР и соответственно безразмерным коэффициентом К. Классификация зон разрушения приводится в табл. 2.
Таблица 2
Классификация зон разрушения
|
Класс зоны разрушения |
К |
DР, кПа |
|
1 |
3,8 |
³100 |
|
2 |
5,6 |
70 |
|
3 |
9,6 |
28 |
|
4 |
28 |
14 |
|
5 |
56 |
£2 |
2.1. Радиус зоны разрушения (м) в общем виде определяется выражением
, (4)
где K - безразмерный коэффициент, характеризующий воздействие взрыва на объект.
2.2. При выполнении инженерных расчетов радиусы зон разрушения могут определяться выражением