6. Текст лекции

Вводная часть (10 мин).

Во вводной части целесообразно руковод­ствоваться следующей схемой.

Преподаватель принимает доклад старшины курса (командира группы) о прибытии на учебное занятие; приветствует обучаемых, а обучаемые преподавателя в соответствии с Уставом Вооруженных Сил РФ; проверяет наличие личного состава и отмечает отсутствующих на учебном занятии.

Преподаватель представляется, объявляет вид занятия и тему проводимого занятия (записывает на учебной доске или показывает на слайде). Так, на лекции по теме №3 демонстрируется слайд №1. Объявляет учебные цели занятия.

Объявляет рассматриваемые на занятии учебные вопросы (записывает на учебной доске или показывает на слайде).

Показывает связь изучаемого материала с другими темами учебной дисциплины и с другими дисциплина­ми, изучаемыми на кафедре и вузе, а также важность использования полученных знаний в практической деятельности (см. расширенный тематический план и учебную программу по изучаемой дисциплине). Для темы №3 показывается связь с темами №1-5 дисциплины «Теории горения и взрыва» и №1 дисциплины «Химии».

Переходим к рассмотрению учебных вопросов.

Вопрос № 1. Образование горючей среды при эксплуатации аппаратов с дыхательными устройствами (35 мин).

Учебный вопрос разбивается по времени на подвопросы.

Преподаватель в течение 7 минут рассказывает об образовании горючей среды при эксплуатации аппаратов с дыхательными устройствами.

Аппараты с дыхательными устройствами представляют собой закрытые емкости, внутренний объем которых сообщается с ок­ружающей средой через дыхательные устройства (дыхательные трубы, клапана и т.п.). К таким аппаратам относятся резервуары, мерники, дозаторы и другие емкости, работа которых по условиям технологии требует изменения уровня жидкости. Выход горючих паров из аппара­тов с дыхательными устройствами происходит при увеличении темпе­ратуры в газовом пространстве и в периоды их заполнения. В таких случаях опасность образования горючей среды у дыхательных уст­ройств оценивают путем сравнения рабочей температуры жидкости t_р в аппарате со значением нижнего температурного предела распрост­ранения пламени t_н. ВТПР не используется, поскольку концентрация паров при их выходе из аппарата снижается и может попасть в об­ласть воспламенения. Образование горючей среды у дыхательных уст­ройств возможно, если рабочая температура жидкости в аппарате больше или равна НТПР:

. (1)

Размер зоны горючих концентраций у дыхательных устройств за­висит от количества выходящих паров, их свойств, конструкции ем­кости и самого дыхательного устройства и многих других факторов.

Следует различать “большое” и “малое” дыхание ТА. Под "большим" дыханием ТА с горючей испаряющейся жидкостью понимается вытеснение паров при значительном изменении уровня жидкости в ТА, например, при наливе (сливе) горючего из резерва. Под "малым" дыханием понимается выход паров горючей испаряющейся жидкости при изменении температуры окружающей среды, например, температура воздуха днем и ночью.

Из практики и расчетов ориентировочно можно считать, что при наливе в резервуар 3,0 тыс. м³ горючего окружающею среду может выйти до 100,0 кг паров.

Если считать, что концентрация паров во всех точках паровоздушного пространства ТА одинакова и равна насыщенной концентрации при данной температуре, то к определению потерь жидкости за счет вытеснения паровоздушной смеси из ТА (резервуара) можно подойти следующим образом.

Пусть в ТА (рис.1) с дыхательным устройством находится жидкость. Количество паров, которое может теряться при дыхании аппаратов , можно определить расчётом.

3

2

m₂ 2-ое состояние

m₁ 1-ое состояние

1

Рис. 1. Закрытый ТА с дыхательным аппаратом.

1 - горючая жидкость; 2 - паровоздушное пространство; 3 - дыхательный патрубок.

Расчет количества паров, которое может теряться при дыхании аппаратов (На изучение подвопроса отводится 13 мин).

Количество вытесняемых паров жидкости можно определить, если знать, сколько воздуха вытесняется из газового пространства аппарата. До начала процесса в газовом пространстве аппарата концентрация паров равна φ₁, а коцентрация воздуха равна (1- φ₁) , в конце процесса - φ₂ и ( 1 – φ₂)

Из уравнения газового состояния имеем

P V=G R T , (2)

где V - объем газового пространства ТА;

P -давление;

G – вес воздуха;

R- газовая постоянная

T - температура газового пространства;

Можно найти количества воздуха до начала процесса

P₁ V₁ (1- φ₁)=G₁ R T₁ .

Откуда

G₁=P₁ V₁(1- φ₁ ) 1/RT₁ .

Вес воздуха в конце процесса

G₂=P₂V₂(1-φ₂) 1/RT₂ .

Тогда вес воздуха , вытесненного из аппарата составит :

G_B=G₁-G₂= . (3)

Вместе с воздухом из аппарата будут выходить пары горючей жидкости

, (4),

где G_В и G_П – вес паров ГЖ и воздуха

V_В и V_П – объём воздуха и паров жидкости

_в и ρ_п - плотность воздуха и паров жидкости

По закону Дальтона объём компонентов газовой смеси пропорционален их объёмным концентрациям, т.е.

, (5)

где φ - средняя объёмная концентрация паров ГЖ.

Известно, что

. (6)

Подставляя (5) и (6) в (4) получим:

. (7)

Откуда . (8)

Подставляя значение G_в из уравнения (3) в уравнение (8) будем иметь:

· . (9)

Полученное уравнение (9) необходимо рассмотреть применительно к большому и малому дыханию.

Определение потерь при большом дыхании

Перед наполнением объём жидкости равен - V1 в конце наполнения – V2

Р₁=Р₂=Р_раб, Т₁=Т₂=Т_раб и φ₁=φ₂=φ_S .

Тогда уравнение (9) примет вид :

. (10)

Определение потерь при малом дыхании

При малом дыханнии уровень жидкости не изменяется , т.е. V – const . Температура изменяется от Т₁ до Т₂ , концентрация - от φ₁ до φ₂

Р₁=Р₂=Р_р и V₁=V₂=V , тогда уравнение (9) преобразуется в следующее :

. (11)

Зная потери при “большом” и “малом дыхании”, можно рассчитать горизонтальный размер (радиус) наружной пожароопасной зоны у наземного стального резервуара:

, (12)

где: - начальный расход смеси из клапана;

- начальная концентрация паров нефтепродукта в смеси;

- высота, на которой расположен клапан;

- скорость ветра;

- нижний концентрационный предел распространения пламени.

Способы предупреждения образования горючей среды снаружи аппаратов при использовании на них дыхательных устройств (15 мин).

На этом этапе проводятся следующие мероприятия и технические решения:

1. Герметизация внутреннего объема аппаратов путем установки специальных дыхательных клапанов (3 мин).

Дыхательные клапана служат для сообщения аппаратов с окружающей средой и поддержания в них опре­деленной величины давления или вакуума в случае изменения темпе­ратуры или уровня жидкости. Использование дыхательных клапанов позволяет герметизировать аппараты при неподвижном уровне жидкос­ти и тем самым исключает выход из них паров в окружающее прост­ранство. Кроме этого, дыхательные клапана способствуют снижению потерь продукта за счет "малых дыханий", то есть при изменении температуры в газовом пространстве.

2. Применение газоуравнительных систем (2 мин), соединяющих между собой паровоздушные пространства различных емкостных аппаратов и исключающих их контакт с окружающей средой.

3. Устройство систем улавливания и утилизации вытесняемых через дыхательные устройства паров (3 мин).

Для этого используются ад­сорбционные, абсорбционные, холодильные и другие установки. Действие адсорбера основано на поглощении паров горючей жидкости специальным твердым наполнителем (активированным углем, силикагелем, цеолитом, ионитом и т.п.). Пары, выходящие из резер­вуара через дыхательную линию, поглощаются адсорбентом, а при за­сасывании атмосферного воздуха вновь возвращаются в резервуар. В случае перенасыщения адсорбента предусматриваются специальные способы продувки адсорбера, минуя резервуар.

Рис. 2. Основные способы предупреждения образования горючей среды снаружи аппаратов при использовании на них дыхательных устройств