Пио ОБТ

Доклад

Студент: Кутичева К. гр. 5281

Преподаватель: Ласкин Б. М.

Санкт-Петербург

Доклад основан на документе:

ГОСГОРТЕХНАДЗОР РОССИИ

Утверждены постановлением
Госгортехнадзора России
от 05. 05. 03 № 29

Зарегистрированы в Минюсте России
15 мая 2003 года № 4537

ОБЩИЕ ПРАВИЛА ВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТИ ДЛЯ ВЗРЫВОПОЖАРООПАСНЫХ ХИМИЧЕСКИХ, НЕФТЕХИМИЧЕСКИХ И НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ПРОИЗВОДСТВ

ПБ 09-540-03

Москва

ПИО ОБТ

Технологический блок — комплекс или сборочная единица технологического оборудования заданного уровня заводской готовности и производственной технологичности, предназначенные для осуществления основных или вспомогательных технологических процессов. В состав блока включают машины, аппараты, первичные средства контроля и управления, трубопроводы, опорные и обслуживающие конструкции, тепловую изоляцию и химическую защиту. Блоки, как правило, формируют для осуществления теплообменных, массообменных, гидродинамических, химических, биологических процессов; аппарат или группа аппаратов (с минимальным числом), которые в заданное время могут быть отключены (изолированы) от технологической системы (выведены из технологической схемы) без опасных изменений режима, приводящих к развитию аварии в смежной аппаратуре или системе.

Расчет взрывоопасности 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.

В данном расчете по результатам исследований крупномасштабных взрывов на промышленных объектах и экспериментальных взрывов приняты следующие условия и допущения:

1) В расчетах принимаются общие приведенные массы парогазовых сред m и соответствующие им энергетические потенциалы E, полученные при количественной оценке взрывоопасности технологических блоков.

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 определяется по их содержанию в технологической системе, блоке, аппарате.

2) Масса парогазовых веществ, участвующих во взрыве, определяется произведением

m' = zm,

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 таблицей:

Вид горючего вещества	z
Водород	1,0
Горючие газы	0,5
Пары легковоспламеняющихся и горючих жидкостей	0,3

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.

4) Для оценки уровня воздействия взрыва может применяться тротиловый эквивалент. Тротиловый эквивалент взрыва парогазовой среды W_T (кг), определяемый по условиям адекватности характера и степени разрушения при взрывах парогазовых облаков, а также твердых и жидких химически нестабильных соединений, рассчитывается по формулам:

· Для парогазовых сред

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;

q_T - удельная энергия взрыва ТНТ, кДж/кг.

· Для твердых и жидких химически нестабильных соединений

где W_k - масса твердых и жидких химически нестабильных соединений;

q_k - удельная энергия взрыва твердых и жидких химически нестабильных соединений.

Таким образом, для каждого вещества есть свой показатель потенциальной энергии. Он коренным образом влияет на расчет возможных сценариев при аварийной ситуации. Тогда есть смысл узнать, по каким методам производится энергетический расчет для взрывоопасных веществ. Все расчеты производятся в системе СИ.

Для краткости, примем некоторые обозначения и сокращения:

ПГФ — парогазовая фаза;
ЖФ — жидкая фаза;
АРБ — аварийная разгерметизация блока.
Обозначение параметра-символа одним штрихом соответствует парогазовым состояниям среды, двумя штрихами – жидким средам, например, G ´ и G´´ соответственно масса ПГФ и ЖФ.

Е – общий энергетический потенциал взрывоопасности, (полная энергия сгорания ПГФ, поступившей в окружающую среду при АРБ);
Е_n´´ - полная энергия, выделяемая при сгорании неиспарившейся при АРБ массы ЖФ;
Е_i ´ - энергия сгорания при АРБ ПГФ, непосредственно имеющейся в блоке и поступающей в него от смежных аппаратов и трубопроводов;
Е_i" – энергия сгорания ПГФ, образующейся при АРБ из ЖФ, имеющейся в блоке и поступающей в него от смежных аппаратов и трубопроводов;
А, А_i – энергия сжатой ПГФ, содержащейся непосредственно в блоке и поступающей от смежных блоков, рассматриваемая как работа ее адиабатического расширения при АРБ;
V, V´ ´ - соответственно геометрические объемы ПГФ и ЖФ в системе, блоке;
V´ ₀ – объем ПГФ, приведенный к нормальным условиям (T₀= 293 К, Р₀ = 0,1 МПа);
Р, P₀ – соответственно регламентированное абсолютное и атмосферное (0,1 МПа) давления в в блоке;
v_i´ - удельный объем ПГФ (в реальных условиях);
G₁´, G₁´´ - масса ПГФ и ЖФ, имеющихся непосредственно в блоке и поступивших в него при АРБ от смежных объектов;
G₂´´ – масса ЖФ, испарившейся за счет энергии перегрева и поступившей в окружающую среду при АРБ;
q´, q´´ - соответственно удельная теплота сгорания ПГФ и ЖФ;
q_Pi– суммарный тепловой эффект химической реакции;
T – абсолютная температура среды: ПГФ или ЖФ;
Т₀, T_i – абсолютная нормальная и регламентированная температуры ПГФ или ЖФ блока, К (T₀ = 293 К);
t, t₀ – регламентированная и нормальная температуры ПГФ и ЖФ блока (t₀ = 20 °С);
T_к´´, t_к´´ - температура кипения горючей жидкости (К или °С);
w_i´, w_i´´ – скорость истечения ПГФ и ЖФ в рассматриваемый блок из смежных блоков;
S_i – площадь сечения, через которое возможно истечение ПГФ или ЖФ при АРБ;
П_Pi– скорость теплопритока к ГЖ за счет суммарного теплового эффекта экзотермической реакции;
П_Ti– скорость теплопритока к ЖФ от внешних теплоносителей;
К – коэффициент теплопередачи от теплоносителя к горючей жидкости;
F – площадь поверхности теплообмена;
t – разность температур теплоносителей в процессе теплопередачи (через стенку);
r – удельная теплота парообразования горючей жидкости;
с´ – удельная теплоемкость жидкой фазы;
₁, ₂ – безразмерные коэффициенты, учитывающие давление (Р) и показатель адиабаты (k) ПГФ блока;
– безразмерный коэффициент, учитывающий гидродинамику потока;
, _i – плотность ПГФ или ЖФ при нормальных условиях (Р = 0,1 МПа и t₀ = 20 °С) в среднем по блоку и по i-ым, поступающим в него при АРБ потокам;
_i – время с момента АРБ до полного срабатывания отключающей аварийный блок арматуры;
_Pi– время с момента АРБ до полного прекращения экзотермических процессов;
_Ti– время с момента АРБ до полного прекращения подачи теплоносителя к аварийному блоку (прекращение теплообменного процесса);
_K– разность температур ЖФ при регламентированном режиме и ее кипении при атмосферном давлении;
G₄´´ – масса ЖФ, испарившейся за счет теплопритока от твердой поверхности (пола, поддона, обвалования и т.п.);
С₅´´ – масса ЖФ, испарившейся за счет теплопередачи от окружающего воздуха к пролитой жидкости (по зеркалу испарения);
– суммарная масса ЖФ, испарившейся за счет теплопритока из окружающей среды;
F_Ж – площадь поверхности зеркала жидкости;
F_п – площадь контакта жидкости с твердой поверхностью разлива (площадь теплообмена между пролитой жидкостью и твердой поверхностью);
– коэффициент тепловой активности поверхности (поддона);
– коэффициент теплопроводности материала твердой поверхности (пола, поддона, земли и т.п.);
с_Т – удельная теплоемкость материала твердой поверхности;
_Т – плотность материала твердой поверхности;
m_И – интенсивность испарения;
М – молекулярная масса;
R – газовая постоянная ПГФ;
– безразмерный коэффициент;
Р_Н – давление насыщенного пара при расчетной температуре;
_И – время контакта жидкости с поверхностью пролива, принимаемое в расчет.

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:

· при аварийной разгерметизации аппарата происходит его полное раскрытие (разрушение);

· площадь пролива жидкости определяется, исходя из конструктивных решений зданий или площадки наружной установки;

· время испарения принимается не более одного часа:

Е₁´ – сумма энергий адиабатического расширения А (кДж) и сгорания ПГФ находящейся в блоке, кДж:

Для практического определения энергии адиабатического расширения ПГФ можно воспользоваться формулой:

где ₁ может быть принято по таблице:

Показатель адиабаты	Давление в системе, МПа
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	45,-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

Тогда

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.

Е₂´ – энергия сгорания ПГФ, поступившей к разгерметизированному участку от смежных объектов (блоков), кДж:

Для i-го потока:

где

при избыточном давлении Р 0,07 МПа:

Е₁´´ – энергия сгорания ПГФ, образующейся за счет энергии перегретой ЖФ рассматриваемого блока и поступившей от смежных объектов за время _i, кДж:

Количество ЖФ, поступившей от смежных блоков:

где

– в зависимости от реальных свойств ЖФ и гидравлических условий принимается в пределах 0,4-0,8;
Р – 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, их которых возможно истечение.

E₂´´ – энергия сгорания ПГФ, образующейся из ЖФ за счет тепла экзотермических реакций, не прекращающихся при разгерметизации, кДж:

где _Pi принимается для каждого случая, исходя из конкретных регламентированных условий проведения процесса и времени срабатывания отсечной арматуры и средств ПАЗ, с.

E₃´´ – энергия сгорания ПГФ, образующейся из ЖФ за счет теплопритока от внешних теплоносителей, кДж:

Значение (кДж/с) может определяться с учетом конкретного теплообменного оборудования и основных закономерностей процессов теплообмена () по разности теплосодержания теплоносителя на входе в теплообменный элемент (аппарат) и выходе на него:

где:

W_Ti– секундный расход греющего теплоносителя;
r_Ti– удельная теплота парообразования теплоносителя,
а также другими существующими способами.

E₄´´ – 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:

где

здесь Т₀ – температура твердой поверхности (пола, поддона, грунта и т.п.), К;
= 3,14;

где

Значение безразмерного коэффициента , учитывающего влияние скорости и температуры воздушного потока над поверхностью (зеркало испарения) жидкости, принимается по таблице:

Скорость воздушного потока над зеркалом испарения, м/с	Значения коэффициента при температуре воздуха в помещении tО.С., °С
0,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
1,0	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.
Для конкретных условий, когда площадь твердой поверхности пролива жидкости окажется больше или меньше 50 м₂ (F _П 50), производится пересчет массы испарившейся жидкости по формуле:

По значениям общих энергетических потенциалов взрывоопасности E определяются величины приведенной массы и относительного энергетического потенциала, характеризующих взрывоопасность технологических блоков.

Зависимость массы ПГФ пролитой жидкости от температуры ее кипения при = 180

Значение температуры кипения жидкой фазы tк, °С	Масса парогазовой фазы , кг (при FП = 50м2)
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

· Общая масса горючих паров (газов) взрывоопасного парогазового облака m, приведенная к единой удельной энергии сгорания, равной 46000 кДж/кг:

· Относительный энергетический потенциал взрывоопасности Q_В технологического блока находится расчетным методом по формуле:

По значениям относительных энергетических потенциалов Q_В и приведенной массе парогазовой среды m осуществляется категорирование технологических блоков.
Показатели категорий приведены в таблице:

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

ПРИМЕЧАНИЕ. Следует отметить, что расчеты могут проводиться не только по данной методике. Они могут быть разработаны на ее основе, но обязательно согласовываться с Госгортехнадзором России.

Помимо приведенной массы веществ, участвующих во взрыве, необходимо также учитывать радиус зон разрушения. Это также необходимо для расчетов вариантов аварий на ОПО (Опасных Производственных Объектах).

Методика дает ориентировочные значения участвующей во взрыве массы вещества.
Радиус зоны разрушения (м) в общем виде определяется выражением:

W_Т - масса твердых соединений.

К – безразмерный коэффициент, характеризующий воздействие взрыва на объект.

· При выполнении инженерных расчетов радиусы зон разрушения могут определяться выражением:

где при m 5000 кг

или при m 5000 кг

Таким образом, для максимальной локализации ущерба, защиты и подготовки персонала, необходимо проводить подобные расчетные мероприятия. Также они могут осуществляться не только заблаговременно, но и уже после аварии, с целью выяснения общего ущерба.

Все расчеты должны проводиться строго по документам и методикам, утвержденными в Госгортехнадзоре и должны быть утверждены. В противном случае, предприятие не имеет права на запуск производства.