2. Расчет количества вредных веществ, поступающих в атмосферу через неплотности фланцевых соединений

2.1 Определение количества вредных веществ, поступающих через неплотности фланцевых соединений при p_изб ≥ ≥ 2•10⁵ Па

Количество газовой смеси, выделяющейся через неплотности фланцевых соединений, определяется по формуле, кг/ч:

, (31)

где 3,57 - коэффициент, °С^1/2 ∙см²/(м³∙ч); η - коэффициент запаса, принимаемый равным 2; p_изб - избыточное давление, Па; m - коэффициент негерметичности, характеризующий падение давления в аппарате, ч^-1; V - объем аппарата, занимаемый газовой (паровой) фазой, м³; Т - абсолютная температура газа или пара в аппарате, К; М - молярная масса газа или пара.

Следует иметь в виду, что приведенные в СНиП значения коэффициентов негерметичности соответствуют нормативным величинам толщин прокладок (табл. 1) и нормативным величинам давлений затяжки контактных поверхностей прокладок (табл. 2).

Допустимые значения коэффициентов негерметичности приведены в табл. 3 (СНиП. «Правила устройства и безопасной эксплуатации оборудования», «Указания о порядке проведения пневматических испытаний на плотность»).

Таблица 1

Нормативные размеры прокладок и давлений их затяжки

Материал прокладки	Толщина прокладки hп, мм	Ширина прокладки Bп, мм	Рабочее давление р, MПa (не более)	Температура t, °С
Резина	1 - 3	Вп ≥ 4hп	10	от - 30 до 60
Паронит	1 - 3	12 - 20	15	до 400
Фторопласт	0,8 - 0,9	10	20	от -73 до 250
Фибра	1 - 3	8 - 12	15	до 100
Алюминий	-	-	50	> 250
Медь	-	-	70	> 350
Мягкая сталь	1 - 2	8 - 16	70	> 400
Сталь типа 12Х18Н9Т	-	-	100	> 600

Таблица 2

Нормативное давление затяжки прокладок

Материал прокладки	Давление среды р*, МПа	Среда	Давление затяжки q0, МПа
Резина	до 3 3 - 10	- -	15+1,7p 45+0,7 p
Паронит	-	Нормальной проникающей способности; повышенной проникающей способности (водород, гелий и др.)	100+350∙p
Фторопласт-4	до 10 10 - 15 до 15	Жидкая » Газообразная	10+ p 40+ p 40+ p
Фибра			400
Свинец			70
* Минимальное давление относится к листу, максимальное - к листу с тканевой прослойкой.

При условном диаметре D_усл> 250 мм коэффициент m умножают на поправочный множитель k = 250/D_усл. Для уменьшения выделения вредных веществ в атмосферный воздух из аппаратов рекомендуется предусматривать торцевые уплотнения, а также применять бессальниковое оборудование с экранными электродвигателями. В этом случае коэффициент m допускается не более 0,001.

Учитывая, что в настоящее время на заводах устанавливают более совершенное технологическое оборудование с повышенной надежностью герметизирующих устройств, рекомендуется при повторных испытаниях на герметичность после ремонта предъявить такие же требования к герметизации оборудования, как и к вновь установленному, т.е. считать m=0,001-0,002.

Для аппаратов большого объема с малым числом фланцев, сальников и других устройств, через которые возможны утечки, коэффициент негерметичности можно принимать более низким, чем это указано в табл. 3.

Таблица 3

Допустимые значения коэффициентов негерметичности

Емкость	Среда	Длительность испытания на герметичность при рабочем давлении, ч	Коэффициент негерметичности m, ч-1
Сосуды, газовые компрессоры, технологическое оборудование с трубопроводами, другое оборудование, работающее под давлением: вновь установленные подвергаемые повторному испытанию	Токсичная Пожаро- и взрывоопасная То же	24 24 4	0,001 0,002 0,005
Трубопроводы для горючих, токсичных и сжиженных газов и паров: цеховые межцеховые	Токсичная и горючая Горючая Токсичная и горючая Горючая	24 24 24 24	0,0005 0,001 0,001 0,002

2.2 Определение количества вредных веществ, поступающих через неплотности фланцевых соединений при 0,02∙10⁵ ≤ p_изб < 2∙10⁵ Па

Количество газовой смеси, выделяющейся через неплотности фланцевых соединений, можно определить приближенно по формуле для р_изб > 2∙10⁵ Па, но с коэффициентом запаса η = 1,5 кг/ч:

. (32)

Пример:

Определить количество вредных веществ, выделяющихся через неплотности фланцевых соединений вновь смонтированного цехового трубопровода (d = 108 мм, толщина стенки 4 мм, длина 150 м).

Исходные данные. Состав среды в трубопроводе, % (мас.): водород – 58,9, ; оксид углерода – 7,1, ; метан – 34, .Температура газовой смеси в трубопроводе t = 50 ºC. Избыточное давление в трубопроводе p_изб = 209060 Па. Давление наружной среды B = 101325.

Решение. Относительные молекулярные массы составляющих газовой смеси: ; ; . Объемные доли составляющих газовой смеси:

;

;

.

Абсолютное давление газовой смеси в трубопроводе:

;

Па.

Парциальное давление составляющих газовой смеси (Па):

;

;

;

Па.

Концентрации составляющих газовой смеси, мг/м³:

;

;

;

;

Произведение для составляющих газовой смеси, мг/м³ (кг/м³):

(0,213);

(0,0290);

(0,122).

Плотность газовой смеси в трубопроводе:

;

мг/м³.

Молекулярная масса газовой смеси в трубопроводе:

;

.

Коэффициент негерметичности фланцевых соединений цехового трубопровода (см. табл. 2.3.): m = 0,001. Объем газов в трубопроводе: V = 0,785d²l; V = 0,785∙0,1∙150 = 1,1775 м³.

Количество газовой смеси, выделяющейся через неплотности фланцевых соединений трубопровод:

;

г/ч.

Объем газовой смеси, выделяющейся через неплотности фланцевых соединений трубопроводов:

;

м³/ч.

Количество составляющих газовой смеси, выделяющейся через неплотности фланцевых соединений трубопровода, (в г/ч):

;

;

;

.

Задача 2.1. Определить количество вредных веществ, выделяющихся через неплотности фланцевых соединений вновь смонтированного цехового трубопровода. Диаметр трубопровода d_тр = (10N_в × 4) мм, l = (110+3N_в) м. Температура газовой смеси в трубопроводе t = (50 + N_в) ºС. Избыточное давление в трубопроводе p_изб = (1,5∙10⁵ +20N_в) Па. Состав среды в трубопроводе: H₂ = (30 + N_в) %, CH₄ = (10 +N_в) %, CO. Давление наружной среды p_н = 101325 Па.

Определить концентрации, объем и количество составляющих газовой смеси, выделяющихся через неплотности фланцевых соединений трубопроводов.

Задача 2.2. Определить количество вредных газо и парообразных веществ, выделяющихся через неплотности фланцевых соединений из аппарата диаметром d = (1 + 0,1N_в) м, высотой h = =(2 + 0,1N_в) м. Состав жидкости в аппарате: вода – (30 + N_в) %, бензол – (20 + N_в) %, дихлорэтан. Газовая среда в аппарате – воздух с примесью аммиака. Концентрация аммиака в воздухе мг/м³. Влажность воздуха φ = 50 %. Температура жидкости и газовой среды в аппарате t = 40 ºC. Па. Эмпирические коэффициенты А, В, С для каждого компонента смеси жидкости:

вода	бензол	дихлорэтан
A=7,9608	A=6,912	A=7,184
B=1678	B=1214,6	B=1358,5
C=230	C=221,2	C=232

Степень заполнения жидкостью К_з=0,7

Определить концентрации, объем, количество составляющих газовой смеси, выделяющихся через неплотности фланцевых соединений трубопроводов и давление водяных паров в газообразной среде при заданной влажности:

; V – объем газовой смеси.

Таблица 4

Возможные парциальные давления компонентов в газовой смеси над жидкостью

Компонент	Парциальное давление компонентов, Па		Возможное парциальное давление, Па
	поступивших из жидкости	в первоначальной газовой среде
Вода
Бензол
Дихлорэтан
Аммиак

2.3 Определение количества вредных веществ, поступающих в атмосферный воздух через неплотности фланцевых соединений при p<0,02∙10⁵ Па

Ввиду незначительной величины количество вредных веществ при p_изб<0,02∙10⁵ Па можно принимать равным 0: G = 0.