I Расчет энергетического потенциала технологического блока

При расчете энергетического потенциала технологического блока необходимо оценить, в результате каких процессов, протекающих при аварийной разгерметизации, может происходить образование горючих и взрывоопасных сред. Для этого нужно сопоставить параметры технологического процесса (температуру и давление) с физико-химическими (температурой кипения) и пожароопасными свойствами (температурой вспышки или возможностью бурной химической реакции при контакте с водой). При анализе особенностей технологического процесса выясняют, замкнута или нет система в момент возможной аварийной разгерметизации, идет ли химическая экзотермческая реакция, осуществляется ли подогрев или охлаждение блока.

1.Оценить, в результате каких процессов, протекающих при аварийной разгерметизации сборника, может происходить образование взрывоопасных сред.

Для взрывоопасных парогазовых сред энергетический потенциал определяется суммой энергий адиабатического расширения парогазовой фазы (ПГФ), полного сгорания имеющихся и образующихся из жидкой фазы (ЖФ) паров за счет внутренней и внешней энергии при аварийной разгерметизации:

E =(G₁+ G₂+ G₃+ G₄+ G₅+ G₆)·∆Н_сг                  кДж

где ∆Н_сг – удельная теплота сгорания ПГФ, образующей взрывоопасные смеси при аварийной разгерметизации, кДж/кг;

G₁ – масса горючих паров или газов, находящихся в аварийном блоке к моменту аварийной разгерметизации, кг;

G₂ - масса горючих паров или газов, поступающих к разгерметизированному блоку от смежных объектов (блоков) за время до закрытия задвижек, кг;

G₃ - масса горючих паров, образующихся за счет энергии перегрева ЖФ в аварийном блоке (температура жидкой технологической среды больше температуры кипения ЛВЖ или ГЖ), кг;

G₄- масса горючих паров, образующихся из ЖФ за счет тепла экзотермических реакций, не прекращающихся при аварийной разгерметизации, кг;

G₅- масса горючих паров, образующихся из ЖФ за счет теплопритока от внешних теплоносителей за время до закрытия задвижек, кг;

G₆-         масса горючих паров над поверхностью разлитой жидкости, образующихся за счет теплообмена с окружающей средой, кг.

              Сравнение величин G₁ – G₆ между собой позволяет выбрать рациональные мероприятия по снижению уровня взрывоопасности оборудования или всего технологического процесса.

Качественно определить массы паров этанола, которые могут выделиться при аварии сборника и представить в виде расчетной формулы

E =(∑G_i)·∆Н_сг кДж

Ниже приводится последовательность расчета массы горючих газов и паров G₁ – G₆.

Расчет массы ПГФ (G ₁), находящейся непосредственно в аварийном блоке

Последовательность расчета массы G₁ включает расчет:

       - геометрического объема парового или газового пространства,

       - концентрации (плотности) паров или газов в объеме парогазовой фазы.

       Геометрический объем парогазовой фазы (V_пф), представляющий разницу между внутренним объемом аппарата (V_ап) и объемом жидкой фазы в нем в зависимости от исходных данных в индивидуальном задании, находится по следующим формулам:

V_пф = V_ап (1 - a)               м³                   

V_пф = V_ап - å(D_i / r_i)         м³                   

где a - степень заполнения аппарата,

 D_i - масса i-того компонента жидкой фазы, кг,

 r_i  - плотность i-того компонента жидкой фазы, кг/м³. Если плотность компонента неизвестна, то ее принимают, равной плотности воды 1000 кг/м³.

Если в индивидуальном задании представлены геометрические размеры аппарата (роторно-пленочного испарителя), то геометрический объем определяется из выражения

V_ап = 0,785· d² · h             м³                   

где d и h - диаметр и высота аппарата, м.

       Для определения концентрации горючих паров в объеме аппарата сначала рассчитывают давление насыщенных паров ЛВЖ (R_i) при температуре технологической среды (Т).

                   LgP_i = A + B/(Т - C_a)                                               

где А, В, С_а - константы уравнения Антуана для ЛВЖ, приводятся в справочной литературе или индивидуальном задании (следует учитывать возможность вариантов расчета с учетом десятичного или натурального логарифмов, температуры среды в градусах Кельвина (Т) или Цельсия (t), размерности давления в кПа или мм рт ст).

 Затем по закону Генри находят мольную долю ЛВЖ

(C_i) в технологической среде

C_i = (D_i/ M_i)/å(D_i/ M_i)                                            

Если молекулярная масса какого-либо компонента (M_i) неизвестна, то ее принимают равной молекулярной массе воды 18 кг/кмоль.

       Концентрация горючих паров ЛВЖ в объеме аппарата находится по формуле

С_нас = r_пф · R_i/R₀                кг / м³            

где r_пф - плотность (концентрация) насыщенных паров ЛВЖ при температуре кипения, кг/м³, приводится в справочной литературе или индивидуальном задании,

        R₀ - атмосферное давление, равное 101 кПа.

       Затем сравнивают насыщенную концентрацию паров ЛВЖ (С_нас) с нижним концентрационным пределом распространения пламени (С_НКПРП),

С_НКПРП = r_пф · 10^-2 · НКПРП,                  кг/м³              

где НКПРП - нижний концентрационный предел распространения пламени, % об, приводится в справочной литературе.

       Если С_нас меньше 0,5С_НКПРП, то массой паров G₁ пренебрегают, так как. взрывоопасная концентрация паров ЛВЖ в свободном объеме аппарата не образуется

       Масса паров ЛВЖ в объеме парового пространства технологического блока равна

G₁ = С_нас · V ⁰_пф,               кг                   

       Масса горючих газов в объеме технологического блока равна

G₁ = r_гф · V ⁰_гф                  кг                   

       где r_гф – плотность горючих газов при нормальных условиях, кг/м³, приводится в справочной литературе или индивидуальном задании;

V ⁰_пф,V ⁰_гф – объем паровой или газовой фазы, приведенный к температуре (Т₀) и давлению (Р₀) в помещении, м³:

V ⁰_пф = V _пФ ·Т₀·Р/(Т·Р₀),              м³                   

Расчет G₂ - массы горючих паров (газов), поступающих

к аварийному блоку от смежных объектов (блоков)

       Масса горючего пара или газа, поступающего к аварийному блоку по трубопроводу, определяется выражением

G₂ = W · S · С_нас · t,          кг               или

                              G₂ = W · S · r_гф · t, кг                   

где W- скорость истечения парогазовой (жидкой фазы), поступающей от смежного блока, м/с,

         S - площадь сечения трубопровода, через который возможно поступление парогазовой (жидкой) фазы от смежного блока, м²,

        t,- время срабатывания арматуры, отключающей поступление среды по трубопроводу в аварийный блок, с, приводится в индивидуальном задании.

W = (2 b₂ · R · n)^0,5,          м/с                 

где R - абсолютное давление в трубопроводе, МПа,

       n - удельный объем парогазовой (жидкой) фазы при истечении в аварийный блок,, находится из выражения

n = (22,4 · Т · R₀)/(M · Т₀ · R),                  м³/кг              

где Т₀ - температура воздуха в помещении, К, приводится в индивидуальном задании;

       b₂ - коэффициент, учитывающий давление в трубопроводе и показатель адиабаты парогазовой среды (для газов – 1,4; для паров жидкости – 1,1), приводится ниже

Показатель адиабаты	b 2 при давлениии до 0,5 МПа
1,1	1,76
1,2	1,68
1,3	1,57
1,4	1,515

S = 0,785 · d²,       м²                               

где d – диаметр трубопровода, м, приводится в индивидуальном задании.

 Расчет G₃ - массы горючих паров, образующихся