Файл: vetosckin.pdf

Основные принципы количественной оценки взрывоопасности технологических объектов приведены в Общих правилах взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств ПБ 09-170-97. Однако они ориентированы преимущественно на объекты, в которых обращаются горючие газы и жидкости. Процессы же образования и взрыва пылевоздушных смесей имеют другие закономерности и требуют уточнения методологии оценки взрывоопасности пылеобразующих объектов и разработки соответствующего математического аппарата.

Используя основные положения указанных Правил, можно сформулировать общие подходы к решению этой задачи. Уровень взрывоопасности пылеобразующего технологического блока (объекта) характеризуется энергией сгорания суммарного количества взрывоопасной пылевоздушной смеси, способной образоваться внутри оборудования, в объеме производственного помещения и наружной установки в результате отклонения от норм технологического режима или возникновения аварийных ситуаций, связанных с разгерметизацией системы. Границами технологического блока могут быть автоматические пламеотсекатели, секторные затворы, шнековые питатели и другие механизмы, обеспечивающие надежное запирание блока при повышенных давлениях в условиях внутреннего взрыва.

где G – общая масса дисперсного продукта, участвующая в образовании взрывоопасной пылевоздушной смеси, кг; q – удельная энергия сгорания дисперсного продукта, кДж/кг.

Расчеты G проводятся с учетом возможности возникновения аварийной ситуации с максимально тяжелыми последствиями, которая характеризуется образованием наиболее благоприятной для взрыва концентрации смеси, наиболее неблагоприятным стечением обстоятельств и предельно возможными границами развития.

Учитывая специфические особенности аварий в производствах с пылеобразующими процессами (возникновение вторичных взрывов пылевоздушных смесей, образовавшихся в результате взвихрения пылевых отложений), выделим три составляющие G:

Здесь G1 – масса взвешенной пыли в аппаратуре технологического блока, кг; G2 – масса взвешенной пыли в пылевоздушной смеси, образующейся в объеме помещения или наружной установки в результате выброса продукта из разрушенного внутренним взрывом оборудования и поступле-

134

ния пылеобразующих технологических потоков к разгерметизированному участку из смежного оборудования, кг; G3 – масса взвешенной пыли в пылевоздушной смеси, образующейся в объеме помещения или наружной установки за счет взвихрения пыли, осевшей на полу, покрытии, оборудовании, строительных конструкциях, кг.

G1 определяется по формуле:

где Vпвс – суммарный объем пылевоздушной смеси во всех связанных между собой аппаратах и трубопроводах технологического блока, м3; С – концентрация пылевоздушной смеси, наиболее выгодная для взрыва, кг/м3.

При отсутствии экспериментальных данных можно использовать стехиометрическую концентрацию:

где М – молекулярный вес дисперсного вещества; n – число молекул кислорода, необходимое для полного сгорания молекул вещества.

Согласно НПБ 105-95:

где Gа – масса горючей пыли, выбрасываемой из разгерметизировавшегося аппарата (блока), кг; Пп – интенсивность пылящего технологического потока, кг/с; τ – время, необходимое для отключения этого потока, с; Кп – коэффициент пыления, представляющий собой отношение массы взвешенной в воздухе пыли ко всей массе пыли, поступившей из аппарата в помещение. При дисперсности пыли более 350 мкм рекомендуется принимать Кп = 0,5; при дисперсности менее 350 мкм – Кп = 1.

Более точные результаты можно получить, применив методы расчета, учитывающие всю совокупность основных факторов, определяющих степень пыления дисперсных материалов при выбросе из технологического оборудования (плотность, дисперсность частиц, высота пылевого облака, интенсивность и время пылевыделения). Закономерности изменения количества взвешенной пыли в пылевоздушной смеси, образовавшейся при поступлении пылеобразующих потоков из смежного оборудования Gп (кг), могут быть описаны следующей системой уравнений:

135

где Gос – количество пыли, осевшей из пылевоздушной смеси за время τ; Vос – линейная скорость оседания частиц, м/с; Н – высота пылевого облака, м.

Выполнив некоторые преобразования, получим

Количество пыли Gв (кг) в пылевоздушной смеси, образовавшейся при выбросе продукта из аварийного аппарата (блока),

Суммарное количество в пылевоздушной смеси

Первое слагаемое в формуле (3.22) имеет положительное значение и влияет на общее количество пыли в пылевоздушной смеси только при

При вычислении энергетического потенциала должно приниматься максимальное значение G2, достигаемое в течение всего времени пылевыделения τ и соответствующее моменту времени tmax.

Время отключения пылеобразующих технологических потоков определяется исходя из реальных условий, с учетом технических данных на запорные устройства, их надежности, наличия резерва, размещения. Если оно превышает значения , рекомендованные НПБ 105-95, или имеет значительное влияние на величину энергетического потенциала, должны приниматься меры по повышению быстродействия запорных устройств.

Скорость оседания (витания) частиц vос (м/с) можно подсчитать по интерполяционной зависимости между критериями Рейнольдса и Архимеда:

136

где d - диаметр частиц, м; v – кинематическая вязкость воздуха, м2/с; g - ускорение силы тяжести, м/с2; ρ - плотность частиц, кг/м3; ρв - плотность воздуха, кг/м3:

цы имеют не сферическую форму, в формулу (3.26) подставляется эквивалентный диаметр

где Vч – объем частицы не сферической формы. В соответствии с НПБ 105-95:

где Кч – доля горючей пыли в общей массе отложенной пыли; m1 – масса пыли, оседающая на труднодоступных для уборки поверхностях за период времени между генеральными уборками, кг; m2 – масса пыли, оседающей на доступных для уборки поверхностях за период времени текущими уборками, кг; Ку – коэффициент эффективности уборки пыли (при сухой уборке он равен 0,6; мокрой – 0,7; в случае уборки передвижными пылеуборочными средствами – 0,8).

Значения m1 и m2 определяется в периоды максимального пылевыделения.

При подсчете величин G2 и G3 в объеме помещения их суммарное значение не должно превышать величины VсвСстех (где Vсв – свободный объем помещения).

Потенциал взрывоопасности технологического блока (объекта) определяется в соответствии с Общими правилами взрывобезопасности ПБ

09-170-97 по формуле:

Последствия взрывов внутри аппаратуры и на открытых установках оцениваются с учетом тротилового эквивалента и величины радиусов интенсивности воздействия ударной волны. Вместе с тем необходимо иметь в виду, что особую опасность для персонала представляют взрывы в объеме производственного помещения, способные привести к полному разруше-

137

нию зданий и сооружений даже при относительно невысоких энергетических параметрах взрывов. Оценка такой опасности производится по величине избыточного давления взрыва в помещении. Тротиловый эквивалент Wт (кг) взрыва пылевоздушной смеси:

взвешенного дисперсного продукта во взрыве (при отсутствии экспериментальных данных допускается принимать z = 0,5).

Для определения радиусов зон интенсивности воздействия ударной волны при взрыве пылевоздушной смеси можно использовать зависимость Ri (м) от Wт, приведенную в Общих правилах взрывобезопасности:

где Кi – коэффициент пропорциональности, соответствующий определенной зоне интенсивности ударной волны.

Избыточное давление взрыва Р (кПа) пылевоздушной смеси в объеме помещения рассчитывают в соответствии с НПБ 105-95:

где Р0 – начальное давление в помещении (101кПа); Vсв – свободный объем помещения, м3; ρв – плотность воздуха (1,29 кг/м3); ср – теплоемкость воздуха (1,01кДж/кг град); Т0 – начальная температура воздуха в помещении, град К; Кн – коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения (допускается принимать Кн= 3).

3.6. Промышленная взрывобезопасность

Производственные процессы должны разрабатываться [2] так, чтобы вероятность возникновения взрыва на любом взрывоопасном участке в течение года не превышала 10-6. В случае технической или экономической нецелесообразности обеспечения указанной вероятности возникновения взрыва производственные процессы должны разрабатываться так, чтобы вероятность воздействия опасных факторов взрыва на людей в течение года не превышала 10-6 на человека.

138