Практическая работа№2 « Пожарная опасность выхода горючих веществ

из нормально работающих технологических аппаратов»

Основные теоретические положения

Из исправных аппаратов, оборудованных дыхательными устройствами, из аппаратов с открытой поверхностью испарения, а также из аппаратов, работающих под повышенным давлением, горючие вещества выходят наружу в количествах, которые способны образовать не только местные, но и общеобъемные взрывоопасные смеси в производственных помещениях. При установке аппаратов на открытых площадках вблизи мест выхода горючих паров и газов могут образоваться местные зоны ВОК. Необходимым признаком образования ВОК снаружи аппаратов является выполнение условия (1.15) – для пожароопасных жидкостей или условия (1.25) – для всех классов горючих веществ (газов, жидкостей, пылей или волокон).

1. Интенсивность утечек паров и газов из работающего под давлением герметичного оборудования через капиллярные каналы в прокладках, сальниках, сварных швах и других местах на аппаратах и трубопроводах определяют по формуле

(2.1)

где - интенсивность выхода паров или газов из аппарата, работающего под давлением, кг/с; - коэффициент, учитывающий степень износа оборудования, изменяется в пределах от 1 (новое оборудование) до 2 (изношенное оборудование); - коэффициент, зависящий от давления среды в аппарате, значения приведены в табл. 6 приложения; - внутренний свободный объем оборудования, заполненный паром или газом под давлением, м³.

2. Количество паров жидкости, которое выходит из сообщающегося с атмосферой аппарата при его “дыхании”, определяют по формуле

(2.2)

где - количество выходящих из аппарата паров жидкости за один цикл “дыхания”, кг/цикл; и - объем газового пространства соответственно в начале и конце “дыхания”, м³; и - концентрация насыщенных паров жидкости соответственно при температурах и , об. доли; и - давление среды в аппарате соответственно в начале и конце “дыхания”, Па; = - средняя концентрация насыщенного пара в аппарате, об. доли; 8314, 31 Дж/(кмоль·К) – универсальная газовая постоянная.

3. Количество горючих паров, выходящих из сообщающегося с атмосферой (“дышащего”) аппарата за один цикл “большого дыхания”, определяют по формуле

(2.3)

где - количество выходящих паров из заполняемого жидкостью аппарата, кг/цикл; - объем поступающей в аппарат жидкости, м³; величину можно определить, зная геометрический объем аппарата и степень его заполнения ε: = ε ; - рабочее давление в аппарате, Па.

4. Количество горючих паров, выходящих из сообщающегося с атмосферой (“дышащего”) аппарата при “малом дыхании”, определяют по формуле

, (2.4)

где - количество выходящих из аппарата паров при изменении температуры среды в газовом пространстве, кг/цикл; - объем оборудования, м³.

5. Количество горючих паров, выходящих при разгерметизации аппарата (например, периодически действующего аппарата, открываемого на загрузку или выгрузку продуктов), определяют по формуле

, (2.5)

где - количество выходящих из открываемого аппарата паров, кг/цикл; - атмосферное (барометрическое) давление, Па; обычно принимают =10 Па.

6. Массу испаряющейся с открытой поверхности жидкости в неподвижную среду определяют по формуле

, (2.6)

где - масса жидкости, испаряющейся с открытой поверхности в неподвижную среду, кг; - плотность пара жидкости при рабочей температуре, кг/м³; - поверхность испарения, м²; - коэффициент диффузии пара при рабочей температуре, м² /с; - продолжительность испарения, с.

Примечание. Область применения формулы (2.6) ограничена условиями, изложенными в параграфе 2.1 учебника [3].

7. Массу испаряющейся с открытой поверхности жидкости (в движущуюся и неподвижную среду) определяют по формуле

, (2.7)

где - масса испаряющейся с открытой поверхности жидкости, кг; - коэффициент, зависящий от температуры и скорости движения воздуха; численные значения коэффициента приведены в табл. 7 приложения.

8. Величину коэффициента диффузии пара или газа в воздух при рабочей температуре определяют по формуле

, (2.8)

где - значение коэффициента диффузии, приведенной в справочной литературе при температуре , м² /с (см. табл. 1 приложения); n – показатель степени, принимаемый по табл. 1 приложения.

Плотность пара жидкости при рабочей температуре определяют по формуле

, (2.9)

9. Массу паров, выделяющихся в производственное помещение из “дышащих” или открываемых на разгрузку продукта продукта герметичных аппаратов, определяют по формуле

, (2.10)

где - масса паров, поступающих в помещение из периодически действующих аппаратов, кг; - количество паров, поступающих в помещение (за один цикл “большого дыхания”, “малого дыхания” или при разгерметизации аппарата), кг/цикл; N – количество циклов (операций) в течение часа, ч ; - продолжительность (период) работы аппарата, с.

При известной интенсивности массу выделяющихся паров или газов из аппаратов за определенный период работы оборудования определяют по формуле

, (2.11)

где - масса паров или газов, выделяющихся из аппаратов, работающих под давлением, кг.

10. Концентрацию горючих веществ в воздухе производственного помещения с учетом того, что интенсивность их выделения из аппаратов относительно мала, а сами вещества равномерно распределяются во всем объеме помещения, определяют по формулам

при отсутствии воздухообмена в помещении

, (2.12)

при наличии воздухообмена в помещении

, (2.13)

где - действительная концентрация горючих веществ в помещении, кг/м³; m – суммарная масса горючих веществ, поступающих в помещение из аппаратов, кг; - свободный объем помещения, который определяется из выражения

=0, 8 L B H,

где L, B, H – соответственно длина, ширина и высота помещения, м; А – кратность вентиляции, ч .

Предельно допустимое по условиям взрывобезопасности значение действительной концентрации горючих веществ в производственном помещении (ПДВК) определяют из следующего неравенства

ПДВК (2.14)

11. Вблизи дыхательных патрубков аппаратов и открытых поверхностей испарения пожароопасных жидкостей образуются местные зоны ВОК, объем которых оценивают по формуле

, (2.15)

где - объем местной зоны ВОК, м³; - нижний концентрационный предел распространения пламени, кг/м³; - коэффициент запаса надежности, обычно принимаемый равным 2.

Примеры

Пример 2.1. Определить значение коэффициента в формуле (2.1) при давлении среды в аппарате, равном 3 МПа.

Решение. Примем линейный закон изменения величины на ограниченном отрезке 1, 7 – 4, 1 МПа. Тогда для определения коэффициента при =3 МПа используется метод линейной интерполяции.

По табл. 6 приложения определим значение коэффициента на границах этого отрезка:

при =17*10 Па =5, 25*10 ,

при =41*10 Па =6, 94*10 .

Следовательно, при =30*10 Па (3 МПа)

.

Пример 2.2. Определить молекулярную массу паровоздушной смеси над раствором этилового спирта в бензоле при 40 º С в состоянии насыщения. Состав раствора: 50 л этанола + 120 л бензола (см. пример 1.4). Давление в аппарате – атмосферное.

Решение. Для определения кажущейся молекулярной массы смеси паров воспользуемся формулой, приведенной в табл. 3 приложения:

.

В примере 1.4 определено парциальное давление паров этилового спирта и бензола над раствором:

Па и Па.

Молекулярные массы компонентов раствора находим по табл. 1 приложения:

кг/моль и кг/моль

Определяем состав паровоздушной смеси по формуле:

этанол об. доли,

бензол об. доли,

воздух об. доли.

Определяем кажущуюся молекулярную массу смеси паров:

М=0, 0708*46, 07+0, 1506*78, 11+0, 7786*28, 96=37, 57 кг/моль (здесь 28, 96 – молекулярная масса воздуха).

Пример 2.3. При заполнении сборника керосином марки КО-22 паровоздушная смесь поступает в помещение. Определить объем зоны ВОК вблизи дыхательного устройства, если температура керосина составляет 25 º С.

Решение. Проверяем выполнение необходимого признака образования ВОК снаружи аппарата (условия 1.15).

По табл. 1 приложения находим температуру вспышки керосина КО-22: º С.

Сравниваем рабочую температуру керосина в аппарате с его температурой вспышки

Условие образования ВОК в аппарате 1.15 не выполняется. Следовательно, выходящая через дыхательное устройство паровоздушная смесь при заполнении сборника керосином марки КО-22 с температурой 25 º С не образует зону ВОК.

Пример 1.4. Определить значение коэффициента диффузии пара ацетона в воздух и его плотность при 38 º С и атмосферном давлении.

Решение. По табл. 1 приложения находим значение коэффициента диффузии пара ацетона при 0 º С, показатель степени и молекулярную массу:

м² /с; n=1, 9; М=58, 08 кг/моль.

Значение коэффициента диффузии при 38 º С определяем по формуле (2.8):

м² /с.

Молекулярный объем пара при 38 º С определяем по формуле (1.11):

м³ /кмоль.

Плотность пара ацетона при 38 º С определяем по формуле (2.9):

кг/м³.

Пример 2.5. В помещении, свободный объем которого составляет 65 м³, произвели покраску полов эмалью, содержащей 30 % мас. растворителя – циклогексана. Определить среднеобъемную концентрацию паров циклогексана в помещении через 15 мин и 1ч после окончания покраски пола (временем покраски пренебречь). Расход эмали на покраску пола площадью 14 м² составил 3, 2 кг. Вентиляция в помещении и теплообменные устройства отсутствуют. Температура воздуха в помещении 22 º С.

Решение. Исходя из условий задачи, считаем, что испарение растворителя из краски происходит в неподвижную среду при постоянной температуре, а стены помещения препятствуют распространению паров за пределы поверхности испарения. Для расчета массы испаряющегося растворителя с окрашенной поверхности пола используем выражение (2.6). Определяем величины, входящие в это выражение.

Давление насыщенного пара циклогексана при рабочей температуре определяем по табл. 2 приложения:

при Т=279, 8 К =5332, 88 Па,

при Т=298, 6 К =13332, 2 Па.

Следовательно, при Т=295 К (22 º С)

Па.

Определяем концентрацию насыщенного пара циклогексана по формуле (1.8)

об. доли.

Находим молекулярную массу циклогексана по табл. 1 приложения и определяем его молярный объем при 22 º С по формуле (1.11)

М=84, 16 кг/моль;

м³ /кмоль.

Определяем плотность пара циклогексана при рабочей температуре по формуле (2.9)

кг/м³.

Поверхность испарения равна площади пола помещения

F=14 м².

Находим коэффициент диффузии пара циклогексана в воздух по табл. 1 приложения и пересчитываем его по формуле (2.8) при рабочей температуре

м² /c; n=1.89;

м² /с.

Определяем массу растворителя, который может испариться с окрашенной поверхности пола за 900 с (15 мин) и 3600 с (1 ч), по формуле (2.6):

при τ =900 с (15 мин)

кг;

при τ =3600 с (1 ч)

кг.

Находим общее количество растворителя, содержащегося в затраченной на покраску пола эмали:

m=3, 2*0, 3=0, 96 кг,

где 3, 2 кг – расход эмали на покраску пола; 0, 3 мас. доли – содержание циклогексана в эмали.

Сравнив величину =1, 158 кг с величиной m=0, 96 кг, можно увидеть, что за 1 ч эмаль полностью высохнет и в паровую фазу перейдет весь содержащийся в ней растворитель в количестве 0, 96 кг.

Определяем среднеобъемную концентрацию пара циклогексана в воздухе помещения через 900 с (15 мин) и 3600 с (1 ч) после покраски пола по формуле (2.12) (воздухообмен отсутствует):

через τ =900 с (15 мин)

кг/м³,

через τ =3600 с (1 ч)

кг/м³.

Задачи

2.1. Определить среднюю концентрацию паров (или газов) в производственном помещении, оборудованном приточно-вытяжной вентиляцией. В производственном процессе используется новое герметичное оборудование, работающее под повышенным давлением. Вид горючего вещества в аппаратах, рабочее давление , температуру , объем оборудования , заполненного парами (газами), а также кратность воздухообмена А и размеры помещения L*B*H принять по табл. 2. 1.

Таблица 2.1

2.2. Определить объем местных зон ВОК, которые образуются вблизи дыхательного устройства емкости, расположенной в цехе, в течение суток за счет больших и малых “дыханий”. Вид продукта, геометрический объем емкости V_ап, степень ее заполнения ε и рабочие температуры продукта и воздуха в дневное t_д и ночное t_н время взять из табл. 2.2. Рабочее давление в емкости – атмосферное (~1*10⁵ Па). Емкость заполняется один раз в конце дневной смены.

Таблица 2.2

2.3. В помещении цеха размером L*B*H установлены три одинаковых смесителя с дыхательными устройствами, которые заполняются водным раствором горючей жидкости. Аппараты работают периодически с продолжительностью цикла 1 ч и временем заполнения 20 мин. Определить объем зоны ВОК вблизи дыхательного устройства каждого смесителя, а также среднеобъемную концентрацию горючих паров в цехе, не оборудованном вентиляцией. Вид горючей жидкости, ее концентрацию и другие параметры принять по табл. 2.3. Давление в смесителях – атмосферное.

Таблица 2.3

Примечание. Для оценки возможности образования ВОК в смесителях воспользоваться табл. 8 приложения.

2.4. Оценить возможность образования ВОК во всем объеме помещения склада, не оборудованного приточно-вытяжной вентиляцией, при внесении в него баков с ЛВЖ после длительного хранения на открытом воздухе. Баки оборудованы дыхательными устройствами. Вид ЛВЖ в баке принять по табл. 2.2, давление в баках – атмосферное. Геометрический объем баков V, их количество N и степень заполнения ε жидкостью, а также температуру воздуха снаружи помещения t_c и в помещении t_п принять по табл. 2.4.

Таблица 2.4

2.5. В процессе приготовления продукта (растворителя) используется 6 периодически действующих аппаратов, попарно работающих в едином цикле: заполнение – 10 мин, нагрев – 15 мин, перемешивание – 15 мин, разгрузка – 20 мин. Принять рабочую температуру продукта в аппарате во время перемешивания равной 0, 5 t_кип (t_кип – температура кипения). Перемешивание производится под давлением 0, 15 МПа, остальные стадии – при атмосферном давлении. Определить концентрацию паров в производственном помещении, имеющем свободный объем 400 м³ и воздухообмен кратностью 4 ч^-1. Вид растворителя и другие параметры принять по табл. 2.5.

Таблица 2.5

Примечание. Суммарная масса паров растворителя, поступающих в помещение, образуется за счет “большого дыхания” при заполнении аппарата, “малого дыхания” при нагреве, а также выброса паровоздушной смеси при разгерметизации аппарата для выгрузки продукта.