Приложение 2. ФЕДЕРАЛЬНЫЕ НОРМЫ И ПРАВИЛА В ОБЛАСТИ ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ "ОБЩИЕ ПРАВИЛА ВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТИ ДЛЯ ВЗРЫВОПОЖАРООПАСНЫХ ХИМИЧЕСКИХ, НЕФТЕХИМИЧЕСКИХ И НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ПРОИЗВОДСТВ"

ПГФ - парогазовая фаза;

ЖФ - жидкая фаза;

АРБ - аварийная разгерметизация блока.

НКПР - нижний концентрационный предел распространения пламени горючей смеси.

Обозначение параметра-символа одним штрихом соответствует парогазовым состояниям среды, двумя штрихами - жидким средам, например G' и G" - соответственно масса ПГФ и ЖФ.

Принятые обозначения

E - общий энергетический потенциал взрывоопасности (полная энергия сгорания ПГФ, поступившей в окружающую среду при АРБ, плюс энергия адиабатического расширения ПГФ, находящейся в блоке);

- полная энергия, выделяемая при сгорании не испарившейся при АРБ массы ЖФ;

- энергия сгорания при АРБ ПГФ, непосредственно имеющейся в блоке и поступающей в него от смежных аппаратов и трубопроводов;

- энергия сгорания ПГФ, образующейся при АРБ из ЖФ, имеющейся в блоке и поступающей в него от смежных аппаратов и трубопроводов;

A, - энергия сжатой ПГФ, содержащейся непосредственно в блоке и поступающей от смежных блоков, рассматриваемая как работа ее адиабатического расширения при АРБ;

, - соответственно геометрические объемы ПГФ и ЖФ в системе, блоке;

- объем ПГФ, приведенный к нормальным условиям ( , МПа);

P, - соответственно регламентированное абсолютное и атмосферное (0,1 МПа) давления в блоке;

- удельный объем ПГФ (в реальных условиях);

, - масса ПГФ и ЖФ, имеющихся непосредственно в блоке и поступивших в него при АРБ от смежных объектов;

- масса ЖФ, испарившейся за счет энергии перегрева и поступившей в окружающую среду при АРБ;

, - удельная теплота сгорания соответственно ПГФ и ЖФ;

- суммарный тепловой эффект химической реакции;

T - абсолютная температура среды: ПГФ или ЖФ;

, - абсолютная нормальная и регламентированная температуры ПГФ или ЖФ блока, K ( K);

t, - регламентированная и нормальная температуры ПГФ и ЖФ блока (°C);

, - температура кипения горючей жидкости (K или °C);

, - скорость истечения ПГФ и ЖФ в рассматриваемый блок из смежных блоков;

- площадь сечения, через которое возможно истечение ПГФ или ЖФ при АРБ;

- скорость теплопритока к ГЖ за счет суммарного теплового эффекта экзотермической реакции;

- скорость теплопритока к ЖФ от внешних теплоносителей;

K - коэффициент теплопередачи от теплоносителя к горючей жидкости;

F - площадь поверхности теплообмена;

- разность температур теплоносителей в процессе теплопередачи (через стенку);

r - удельная теплота парообразования горючей жидкости;

- удельная теплоемкость жидкой фазы;

, - безразмерные коэффициенты, учитывающие давление (P) и показатель адиабаты (k) ПГФ блока;

- безразмерный коэффициент, учитывающий гидродинамику потока;

, - плотность ПГФ или ЖФ при нормальных условиях (P = 0,1 МПа и °C) в среднем по блоку и по i-м потокам, поступающим в него при АРБ;

- время с момента АРБ до полного срабатывания отключающей аварийный блок арматуры;

- время с момента АРБ до полного прекращения экзотермических процессов;

- время с момента АРБ до полного прекращения подачи теплоносителя к аварийному блоку (прекращение теплообменного процесса);

- разность температур ЖФ при регламентированном режиме и ее кипении при атмосферном давлении;

- масса ЖФ, испарившейся за счет теплопритока от твердой поверхности (пола, поддона, обвалования и т.п.);

- 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;

- площадь поверхности зеркала жидкости;

- площадь контакта жидкости с твердой поверхностью розлива (площадь теплообмена между пролитой жидкостью и твердой поверхностью);

- коэффициент тепловой активности поверхности (поддона);

- коэффициент теплопроводности материала твердой поверхности (пола, поддона, земли и т.п.);

- удельная теплоемкость материала твердой поверхности;

- плотность материала твердой поверхности;

- интенсивность испарения;

M - молекулярная масса;

R - газовая постоянная ПГФ;

- безразмерный коэффициент;

- давление насыщенного пара при расчетной температуре;

- время контакта жидкости с поверхностью пролива, принимаемое в расчет.

1. Энергетический потенциал взрывоопасности E (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 (время контакта жидкости с поверхностью пролива, принимаемое в расчет) определяется по формуле (15) настоящего Приложения, но не менее 15 минут и не более 60 минут:

1.1. - сумма энергий адиабатического расширения A (кДж) и сгорания ПГФ, находящейся в блоке, кДж:

;

(2)

Для практического определения энергии адиабатического расширения ПГФ можно воспользоваться формулой:

, (3)

где

.

, (4)

где

;

;

.

При избыточных значениях P < 0,07 МПа и МПа·м3 энергию адиабатического расширения ПГФ (A) 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-го потока

, (6)

где

,

при избыточном МПа

.

1.3. - энергия сгорания ПГФ, образующейся за счет энергии перегретой ЖФ рассматриваемого блока и поступившей от смежных объектов за время , кДж:

(7)

Количество ЖФ, поступившей от смежных блоков:

, (8)

где

- в зависимости от реальных свойств ЖФ и гидравлических условий принимается в пределах 0,4 - 0,8;

- 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 () 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 тепло- и массообмена с окружающей средой (с подстилающей поверхностью и воздухом), кДж:

, (11)

где

(12)

(13)

здесь - температура подстилающей поверхности (пола, поддона, грунта и т.п.), K;

, (14)

где

,

где

- давление насыщенного пара при расчетной температуре , в качестве которой принимается максимальная из двух температур - температуры воздуха и температуры жидкости в проливе, кПа.

Значение безразмерного коэффициента , учитывающего влияние скорости и температуры воздушного потока над поверхностью (зеркало испарения) жидкости, принимается по таблице N 1.

Таблица N 1

Значения коэффициента

Примечание: для скоростей ветра более 1 м/с величина берется равной при 1 м/с, при температуре воздуха над зеркалом испарения более 35 °C величина берется равной при °C, при температуре воздуха над зеркалом испарения менее 10 °C величина берется равной при °C.

Время испарения (время контакта жидкости с поверхностью пролива, принимаемое в расчет) принимается равным максимальному значению путем сравнения двух величин - характерного времени формирования взрывоопасного облака (времени достижения максимальной массы во взрывоопасных пределах) и характерного времени формирования облака для кипящих жидкостей (это величина полагается равной утроенному времени выравнивания скоростей кипения и испарения за счет действия ветра) по формуле:

, (15)

где: L0,5НКПР - расстояние, на котором ПГФ, дрейфующая от пролива площадью Fж и скоростью эмиссии mи (рассчитанной по формуле (14)), рассеивается до концентрации 0,5НКПР, м, отсчитывается от надветренной стороны, м;

Uветра - скорость воздушного потока над зеркалом испарения, принимаемая равной 1 м/с.

Ориентировочно значение может определяться по таблице N 2.

Таблица N 2

Зависимость массы ПГФ пролитой жидкости от температуры
ее кипения при с

Для конкретных условий, когда площадь твердой поверхности пролива жидкости окажется больше или меньше 50 м2 (), производится пересчет массы испарившейся жидкости по формуле

. (16)

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

2.1. Общая масса горючих паров (газов) взрывоопасного парогазового облака m, приведенная к единой удельной энергии сгорания, равной 46 000 кДж/кг:

. (17)

. (18)

По значениям относительных энергетических потенциалов и приведенной массе парогазовой среды m устанавливаются категории взрывоопасности технологических блоков.

Показатели категорий приведены в таблице N 3.

Таблица N 3

Показатели категорий взрывоопасности технологических блоков

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.