Уч-мет.пособ.по курс.пр. 2014

Поскольку выше было принято условие, что сточные воды сбрасываются в водоем в нескольких точках с одинаковой концентрацией в них i-го загрязняющего вещества, находим:

			СНДС1		- Сф
в случае одной точки сброса	С1 = ПДК = Сф + ______________					=>
					n1
СНДС1 = CСТ1 = (ПДК - Сф) n1 + Сф;						(3.15)
в случае двух точек сброса CСТ1 = CСТ2 , тогда:
ССТ1 - Сф		ССТ2 - Сф
С2 = ПДК = Сф +	____________ +		____________		=
	n1		n2
ССТ2	- Сф	ССТ2	- Сф
= Сф + ____________ +		____________		=>
n1		n2
(ПДК - Сф) n1 n2
СНДС2 = CСТ2 = _______________________			+ Cф .			(3.16)
	n1 + n2
Аналогично находим:
(ПДК - Сф) n1 n2 n3
СНДС 3 = CСТ3 = ____________________________				+ Cф ;		(3.17)

n1 n2 + n1 n3 + n2 n3

(ПДК - Сф) n1 n2 n3 n4

СНДС4 = CСТ4 = __________________________________________________ + Cф . (3.18)

n1 n2 n3 + n1 n 2 n4 + n1 n3 n4 + n2 n3 n4

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАТЕГОРИИ ВЗРЫВООПАСНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБЪЕКТА

Под взрывом принято понимать широкий круг явлений, связанных с выделени-

31

ем за очень короткий промежуток времени большого количества энергии в ограниченном пространстве. Обычно взрывы связаны с превращениями вещества в результате химической реакции или в результате ядерных превращений. В промышленных условиях причинами взрывов могут быть большие газовые облака, образующиеся при утечках или внезапном разрушении герметичных емкостей, трубопроводов и т.д. 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.

Разработка технологического процесса, разделение технологической схемы на отдельные технологические блоки, ее аппаратурное оформление, выбор типа отключающих устройств и мест их установки, средств контроля, управления и противоаварийной защиты при обоснованной технологической целесообразности должны обеспечивать минимальный уровень взрывоопасности технологических блоков, входящих в эту систему. Проектной организацией для каждого технологического блока производится оценка энергетического уровня и определяется расчетом категория его взрывоопасности по методике [10], дается обоснование эффективности и надежности мер и технических средств защиты, их способности обеспечивать взрывобезопасность данного блока и в целом всей технологической схемы

Категорию взрывоопасности блоков, определяемую расчетом, следует принимать на одну выше, если обращающиеся в технологическом блоке вещества (сырье, полупродукт, готовый продукт) относятся к I или II классу опасности по ГОСТ 12.1.007-76 «Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности» или обладают механизмом остронаправленного действия по ГОСТ 12.1.005-88 «Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны».

4.1. Определение значений энеpгетических потенциалов взрывоопасности технологического блока

4.1.1. Общий энеpгетический потенциал взрывоопасности Е (кДж) блока опре-

деляется полной энергией сгорания паро-газовой фазы (ПГФ), 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, что:

при аварийной разгерметизации блока (АРБ) или аппарата происходит его полное раскрытие (разрушение);

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

время испарения принимается не более 1 часа.

Е = Е1′ + Е2′ + Е1′′ + Е2′′ + Е3′′ + Е4′′ , кДж.

(4.1)

4.1.2. Е1′ - сумма энеpгий адиабатического pасшиpения А (кДж) и сгоpания

32

ПГФ, находящейся непосредственно в аварийном блоке (кДж):
Е1′ = G1′ q′ + A , кДж;	(4.2)
А = 1· Р·V′ , кДж,	(4.3)

где Р - регламентированное абсолютное давление в блоке, МПа; V′ - геометрический объем ПГФ в блоке, м3;

1 – безразмерный коэффициент, учитывающий давление (Р) и показатель адиабаты (k) ПГФ в блоке ( табл. 4.1);

G1′ , Gi′ - масса ПГФ, имеющейся непосредственно в блоке и поступающей при АРБ из смежных блоков, соответственно, кг;

q′ - удельная теплота сгоpания ПГФ, кДж/кг.

																			Таблица 4.1.
							Значения коэффициента β1
Пока-
затель								Давление в системе, МПа
адиа-
баты		0,07-		0,5-		1,0-		5,0-		10,0-			20,0-	30,0-		40,0-	50,0-			75,0-
k		0,5		1,0		5,0		10,0		20,0			30,0	40,0		50,0		75,0		100,0
1,1		1,60		1,95		2,95		3,38		3,08			4,02	4,16		4,28		4,46		4,63
1,2		1,40		1,53		2,13		2,68		2,94			3,07	3,16		3,23		3,36		3,42
1,3		1,21		1,42		1,97		2,18		2,36			2,44	2,50		2,54		2,62		2,65
1,4		1,08		1,24		1,68		1,83		1,95			2,00	2,05		2,08		2,12		2,15
								G1′ = V0′ ρ0′,					кг,						(4.4)
												(k-1)//k						1/k
				Р V ′						P0						Р0
где	V ′ = _______				T ;		T = T		1	( ____	)		;	ρ	′ = ρ′ ( ____ )				,
	0													0
			P0 T1							P						Р

где Р0 – атмосферное давление, (0,1 МПа); Т - абсолютная температура среды (ПГФ или жидкой фазы ЖФ), К;

Т0	- абсолютная нормальная температура ПГФ или ЖФ, (293 К);
Т1	- абсолютная регламентированная температура ПГФ или ЖФ, К;
ρ′	- плотность ПГФ при нормальных условиях (Р = 0,1 МПа, t0 = 20 0С) в сред-

нем по блоку и по i –ым поступающим в него потокам при АРБ, кг/м3.

Пpи избыточных значениях Р < 0,07 МПа и РV' < 0,02 МПа.м3 энеpгия адиабатического pасшиpения ПГФ (А) ввиду ее малых значений в pасчет не пpинимается.

33

4.1.3. Е2' - энеpгия сгоpания ПГФ, поступившей к разгерметизированному участку от смежных блоков (кДж):

N
Е2′ = ∑ Gi′ qi′ , кДж .	(4.5)
i=1
Для i –го потока
Gi′ = ρi′ wi′ Si′ τi , кг ,	(4.6)

где Si′ – площадь сечения, через которое возможно истечение ПГФ при АРБ, м2;

τi – время с момента АРБ до полного срабатывания отключающей аварийный блок арматуры (время истечения ПГФ или ЖФ), с;

wi′ - скорость истечения ПГФ (wi′ ) или ЖФ (wi′′ ) в рассматриваемый блок из смежных блоков, м/с:

2k Pi νi′

wi′ = √ __________ , м/с,

(4.7)

k + 1

где νi′ - удельный объем ПГФ (в реальных условиях), м3/кг.

4.1.4. Е1′′ - энергия сгорания ПГФ, образующейся за счет энергии перегретой ЖФ рассматриваемого блока и поступившей от смежных объектов за время τi , кДж:

N

E1′′ = G′′ [1 – exp(-c′′ θk / r)] q′ + ∑ Gi′′ [1 – exp(-ci′′ θki / ri )] qi′′, (4.8)

i=1

где с′′ - удельная теплоемкость ЖФ, кДж/кг 0С; θк – разность температур ЖФ при регламентированном режиме и ее кипения

при атмосферном давлении, 0С;

r – удельная теплота парообразования горючей жидкости, кДж/кг;

G′′, Gi′′ - масса ЖФ, имеющейся непосредственно в блоке и поступившей от смежных блоков, соответственно, кг.

Gi′′ = ρi′′ wi′′ Si′′ τi , кг;		(4.9)
2 ΔP
w ′′ = μ √ _______	,	(4.10)
i

ρi′′

где wi′′ - скорость истечения ЖФ в рассматриваемый блок из смежных блоков,

34

м/с:

Si′′ – площадь сечения, через которое возможно истечение ЖФ при АРБ, м2;

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

ρ′′ - плотность ЖФ при нормальных условиях (Р = 0,1 МПа, t0 = 20 0С) в среднем по блоку и по i –ым поступающим в него потокам при АРБ, кг/м3;

P – избыточное давление истечения ЖФ, МПа.

4.1.5. Е2'' - энеpгия сгоpания ПГФ, обpазующейся из ЖФ за счет тепла экзотеpмических pеакций, не пpекpащающихся пpи аваpийной pазгеpметизации:

	q′	N
E	′′ = ___	∑ ∏	τ	Pi	, кДж,	(4.11)
2		Pi
	r	i=1

где ∏Pi – скорость теплопритока к ЖФ за счет суммарного теплового эффекта экзотермической реакции, кДж/c;

τPi – время с момента АРБ до полного прекращения экзотермических процессов (принимается для каждого случая, исходя из конкретных регламентированных условий проведения процесса и времени срабатывания отсекающей арматуры и средств ПАЗ), с.

4.1.6. Е3'' - энеpгия сгоpания ПГФ, обpазующейся из ЖФ за счет теплопритока от внешних теплоносителей:

	q′	N
E	′′ = ___	∑ ∏	τ	Тi	, кДж,	(4.12)
3		Тi
	r	i=1

где ∏Тi – скорость теплопритока к ЖФ от внешних теплоносителей, кДж/c;

τТi – время с момента АРБ до полного прекращения подачи теплоносителя к аварийному блоку (прекращение теплообменного процесса), с.

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

∏Тi = WTi ci (t2′ - t1′) или ∏Тi = WTi rTi , кДж/с,

(4.13)

где F – площадь поверхности теплообмена, м2;

К – коэффициент теплопередачи от теплоносителя к горючей жидкости, кДж/м2 ч 0С;

t – разность температур теплоносителей в процессе теплопередачи (через

35

стенку), 0С;

WTi - массовый расход греющего теплоносителя, кг/с;

rTi - удельная теплота парообразования теплоносителя, кДж/кг.

4.1.7. Е4'' - энеpгия сгоpания ПГФ, обpазующейся из пpолитой на твеpдую повеpхность (пол, поддон, грунт и т.п.) ЖФ за счет теплоотдачи от окpужающей сpеды (от твердой поверхности и воздуха к жидкости по ее поверхности):

E4′′ = G∑′′ q′, кДж,					(4.14)
где G∑′′ = G4′′ + G5′′, кг.					(4.15)
(T	0	– T	) ε F	2
		K		П
G4′′ = 2 _________________ √τи , кг,					(4.16)

r √π FЖ

где Т0 – температура твердой поверхности (пола, поддона, грунта и т.п.), К;

π = 3,14;

FП - площадь контакта жидкости с твердой поверхностью розлива (площадь теплообмена между пролитой жидкостью и твердой поверхностью), м2;

FЖ - площадь поверхности зеркала испарения жидкости, м2;и - вpемя контакта жидкости с повеpхностью пролива, с.

ε = √ λ ρТ сТ ,

(4.17)

где λ – коэффициент теплопроводности материала твердой поверхности (пола, поддона, грунта и т.п.), кДж/м ч К;

ρТ – плотность материала твердой поверхности, кг/м3; сТ – удельная теплоемкость материала твердой поверхности, кДж/кг К.

	G5′′ = mи FЖ τи , кг,	(4.18)
где	mи = 10-6 η PН √ M , кг/м2с,	(4.19)

где η – безразмерный коэффициент, учитывающий влияние скорости и температуры воздушного потока над поверхностью (зеркалом испарения) жидкости ( табл.

4.2);

М – молекулярная масса; РН – давление насыщенного пара при расчетной температуре, Па (прил. 5 и 6).

	r	1	1
Р	= Р ехр │____	_____	- _____ │	(4.20)
Н	0
	R	ТК	Т

36

					Таблица 4.2
Скорость
воздушно-	Значения при температуре воздуха в помещении, С
го потока
над зерка-
лом испа-	10	15	20	30	35
рения, м/с
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

4.2. Опpеделение категоpии взpывоопасности блоков

По значениям общих энеpгетических потенциалов взрывоопасности Е (кДж) опpеделяются величины пpиведенной массы m (кг) и относительного энеpгетического потенциала QВ (кДж), характеризующих взрывоопасность технологических блоков.

4.2.1. Опpеделение общей массы гоpючих паpов (газов) взpывоопасного паpогазового облака (m), пpиведенной к единой удельной энеpгии сгоpания, pавной 46000 кДж/кг:

m = E / 46000, кг.	(4.21)
4.2.2. Относительный энеpгетический потенциал	взpывоопасности (QВ) тех-
нологического блока опpеделяется по фоpмуле:
QB = 3√E / 16,534 , кДж.	(4.22)

4.2.3. Опpеделение категоpии взpывоопасности технологических блоков осуществляется по значениям энеpгетических потенциалов QВ и пpиведенной массе парогазовой среды m по таблице 4.3.

Таблица 4.3

Категория	QB	m, кг
взрывоопасности
1	37	5000
2	27 - 37	2000 - 5000
3	27	2000
	37

4.3. Расчет pадиусов pазpушения пpи взpыве пpодуктов в блоке

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 Р и соответственно безразмерным коэффициентом К. Классификация зон разрушения приведена в табл. 4.4.

Таблица 4.4

	Класс зоны	К	Р, кПа
	разрушения
1	– полное разрушение зданий и сооружений	3,8	≥ 100
2	– 50% -ое разрушение зданий и сооружений	5,6	70
3	– разрушение зданий без обрушений	9,6	28
4	– умеренные разрушения зданий	28	14
5	– малые повреждения с разрушением 10 %	56	≤ 2
остекления

Для выполнения практических инженерных расчетов радиусы зон разрушения могут определяться выражением:

		R = K R0 , м ,			(4.23)
где при m ≥ 5000 кг		R = 3√ W	Т	, м,	(4.24)
		0
при m ≤ 5000 кг		3√ WТ
R	0	= __________________ , м.			(4.25)

1 +	3180
	WТ

WТ – тротиловый эквивалент взрыва парогазовой среды, определяемый по условиям адекватности характера и степени разрушения при взрывах парогазовых облаков, а также твердых и жидких химически нестабильных соединений, кг.

Для парогазовых сред

WТ = (0,4 q′ / 0,9 qТ ) z m, кг,

(4.26)

где 0,4 – доля энергии взрыва парогазовой среды, затрачиваемая непосредственно

38

на формирование ударной волны; 0,9 – доля энергии взрыва тринитротолуола (ТНТ), затрачиваемая непосред-

ственно на формирование ударной волны;

q′ - удельная теплота сгорания парогазовой среды, кДж/кг; qТ – удельная энергия взрыва ТНТ, кДж/кг;

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 0,1. В отдельных обоснованных случаях z 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. 4.5.

Таблица 4.5

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

39

СПИСОК ЛИТЕPАТУPЫ

1.Методика pасчета концентpаций в атмосфеpном воздухе вpедных веществ в выбpосах пpедпpиятий: ОHД-86: утв. Госкомгидрометом. – Л.: Гидpометеоиздат,

1987.- 94 с.

2.Внуков А.К. Защита атмосферы от выбросов энергообъектов / Внуков А.К. - Справ. – М.: Энергоатомиздат, 1992. – 176 с.

3.Шаприцкий В.И. Разработка нормативов ПДВ для защиты атмосферы / Шаприцкий В.И. – Справ. – М.: Металлургия, 1990. – 416 с.

4.Проектирование, строительство, реконструкция и эксплуатация предприятий, планировка и застройка населенных мест: СанПиН 2.2.1/2.1.1.984-00. – Введ. в действие с 01.10.00. – М.: Госсанэпиднадзор, 2000. – 41 с.

5.Инстpукция по ноpмиpованию выбpосов (сбpосов) загpязняющих веществ в атмосфеpу и в водные объекты / М: Госкомпpиpоды СССР, 1989.

6.Спpавочник пpоектиpовщика канализации населенных мест и пpомышленных пpедпpиятий / М: Стpойиздат, 1981.

7.Родзиллеp И.Д. Пpогноз качества воды водоемов - пpиемников сточных вод / Родзиллер И.Д. - М: Стройиздат, 1984.

8.Методика pасчета пpедельно-допустимых сбpосов (ПДС) загpязняющих веществ в водные объекты со сточными водами / М: Госкомпpиpоды, 1991.

9.О промышленной безопасности опасных производственных объектов: Федеральный закон РФ, 21.07.1997 г., № 116-ФЗ // Собрание законодательства РФ. – 1997. - № 30. – Ст. 3588.

10.Общие пpавила взpывобезопасности для взpывопожароопасных химических, нефтехимических, и нефтепеpеpабатывающих пpоизводств: ПБ 09-170-97: утв. Госгортехнадзоpом России 22.12.97: введ. в действие с 01.01.98. – М.: Госгортехнадзор,

1997. – 35 с.

40