5.3. Помещения с нагретыми легковоспламеняющимися и горючими жидкостями

Пример 7

1. Исходные данные.

1.1. Помещение приемной емкости охлажденного гексана установки экстракции пропиточного масла. В помещении расположена емкость с объемом гексана V_a = 40 л = 0,04 м³, насосы горячей воды. Размеры помещения L×S×Н = 12 ∙ 6 ∙ 6 м. Объем помещения V_п = 432 м³. Свободный объем помещения V_св = 0,8 ∙ 432 = 345,6 м³. Площадь помещения F = 72 м². Температура гексана в емкости охлажденного гексана T_а = 50 °С = 323,2 К. Суммарный объем гексана, истекающего из подводящих и отводящих трубопроводов при аварийной ситуации, составляет V_тр = 1 л = 0,001 м³.

1.2. Молярная масса гексана M = 86,177 кг ∙ кмоль^-1. Константы уравнения Антуана: А = 5,99517; В = 1166,274; С_а = 223,661. Химическая формула гексана C₆H₁₄. Плотность гексана (жидкости) при температуре жидкости t_ж = 50 °С ρ_ж = 631,8 кг ∙ м^-3. Средняя теплоемкость гексана в интервале температур 0 ÷ 100 °С С_ж = 2514 Дж ∙ кг^-1 ∙ К^-1. Температура вспышки гексана t_всп = -23 °С. Температура кипения гексана t_к = 68,74 °С.

2. Обоснование расчетного варианта аварии.

При определении избыточного давления взрыва в качестве расчетного варианта аварии принимается разгерметизация приемной емкости и выход из нее и подводящих и отводящих трубопроводов гексана в объем помещения. За расчетную температуру принимается температура нагрева гексана в приемной емкости t_p,2 = 50 °С. Максимальная абсолютная температура воздуха в данном районе (г. Москва) согласно [3] t_p,1 = 37 °С.

3. Определение параметров взрывопожарной опасности проводим с использованием [1] и данного Пособия.

3.1. Плотность паров гексана (формула А.2 [1]) составит:

0246S10-12291

 

0246S10-12291

3.2. Давление насыщенных паров гексана при температурах t_р,1 = 37 °С и t_p,2 = 50 °С составит соответственно (п. 3.2 Пособия):

0246S10-12291

 

Р_н,1 = 33,18 кПа;

 

0246S10-12291

 

Р_н,2 = 54,13 кПа.

3.3. Удельная теплота испарения гексана L_исп (Дж ∙ кг^-1) при температуре t_p,2 = 50 °С рассчитывается по формуле (А.15) [1]:

0246S10-12291

 

0246S10-12291

3.4. Объем гексана, вышедшего в помещение, V_г (м³) составит:

V_г = V_а + V_тр = 0,04 + 0,001 = 0,041 м³.

3.5. Масса вышедшего в помещение гексана m_п (кг) составит:

m_п = V_г ∙ ρ_ж = 0,041 ∙ 631,8 = 25,904 кг.

3.6. Расчетная площадь разлившегося гексана F_и (м²) составит:

F_и = 1,0 ∙ V_г = 1,0 ∙ 41 = 41 м².

4. Для определения массы m₁ (кг) паров гексана, испарившихся при охлаждении разлившейся жидкости от t_p,2 = 50 °С до t_p,1 = 37 °С, воспользуемся формулой (А.14) [1]:

0246S10-12291

 

0246S10-12291

5. Интенсивность испарения W (кг ∙ м^-2 ∙ с^-1) гексана при расчетной температуре t_р,1 = 37 °С определяем согласно формуле (А.13) [1]:

0246S10-12291

6. Масса m₂ (кг) паров гексана, испарившихся с поверхности разлива при расчетной температуре t_p,1 = 37 °С, согласно формуле (A.12) [1] составит:

m₂ = 3,0802 ∙ 10^-4 ∙ 41 ∙ 3600 = 45,464 кг.

7. Суммарная масса испарившегося гексана составит:

m = m₁ + m₂ = 1,808 + 45,464 = 47,272 кг.

Поскольку m_п = 25,904 < m = 47,272 кг, то принимаем, что масса вышедшего при аварийной разгерметизации приемной емкости гексана испаряется полностью, т.е. m = m_п = 25,904 кг.

8. Избыточное давление взрыва ∆Р согласно формуле (16) Пособия будет равно:

0246S10-12291

9. Расчетное избыточное давление взрыва превышает 5 кПа, следовательно, помещение приемной емкости охлажденного гексана относится к категории А.

Пример 8

1. Исходные данные.

1.1. Помещение насосной диметилформамида (ДМФА). В помещении расположены три насоса, откачивающих ДМФА из расположенного вне пределов помещения сборника, в который ДМФА отбирается из отгонного куба низа ректификационной колонны при температуре T₁ = 130 °С = 403,2 К. Температура нагретого ДМФА в сборнике Т_а = 110 °С = 383,2 К. Производительность одного насоса q = 1 м³ ∙ ч^-1 = 2,78 ∙ 10^-4 м³ ∙ с^-1 = 0,278 л ∙ с^-1. На подводящих и отводящих трубопроводах насосов за пределами помещения установлены автоматические задвижки (время отключения τ = 120 с). Объем ДМФА в отводящих и подводящих трубопроводах с учетом объема ДМФА в насосе для одного насоса составляет V_тp = 0,02 м³ = 20 л. Размеры помещения L×S×Н = 18 ∙ 6 ∙ 6 м. Площадь помещения F = 108 м². Объем помещения V_п = 648 м³. Свободный объем помещения V_св = 0,8 ∙ 648 = 518,4 м³.

1.2. Молярная масса ДМФА M = 73,1 кг ∙ кмоль^-1. Константы уравнения Антуана: А = 6,15939; В = 1482,985; С_а = 204,342. Химическая формула ДМФА C₃H₇ON. Стехиометрическая концентрация ДМФА С_ст = 4,64 % (об.). Плотность жидкости ДМФА при t = 25 °С ρ_ж = 950 кг ∙ м^-3 (с запасом для t = 110 °С при расчетах). Теплоемкость ДМФА принимаем с запасом для расчетов по гексану С_ж = 2514 Дж ∙ кг^-1 ∙ К^-1 (пример 7 Пособия). Температура вспышки ДМФА t_всп = 53 °С. Температура кипения ДМФА t_к = 153 °С. Теплоту сгорания 0246S10-12291

 принимаем с запасом для расчетов по гексану (приложение 1 Пособия).

2. Обоснование расчетного варианта аварии.

При определении избыточного давления взрыва в качестве расчетного варианта аварии принимается разгерметизация одного насоса и выход из него и подводящих и отводящих трубопроводов ДМФА в объем помещения. За расчетную температуру принимается температура нагрева ДМФА в сборнике t_p,2 = 110 °С. Максимальная абсолютная температура воздуха в данном районе (г. Москва) согласно [3] t_p,1 = 37 °С.

3. Определение параметров взрывопожарной опасности проводим в соответствии с требованиями [1] и данного Пособия.

3.1. Плотность паров ДМФА при t_р,1 = 37 °С составит:

0246S10-12291

при t_р,2 = 110 °С

0246S10-12291

3.2. Давление насыщенных паров ДМФА при температуре t_р,2 = 110 °С составит соответственно (п. 3.2 Пособия):

0246S10-12291

 

Р_н = 27,65 кПа.

3.3. Удельная теплота испарения L_исп (Дж ∙ кг^-1) ДМФА при температуре t_p,2 = 110 °С рассчитывается по формуле (А.15) [1]:

0246S10-12291

 

0246S10-12291

3.4. Объем V_д (м³) ДМФА, вышедшего в помещение, и площадь разлива жидкости F_p (м²) составит:

V_д = q ∙ τ + V_тp = 2,78 ∙ 10^-4 ∙ 120 + 0,02 = 0,0334 + 0,02 = 0,0534 м³ = 53,4 л;

 

F_p = 1,0 ∙ V_д = 1,0 ∙ 53,4 = 53,4 м².

3.5. Масса вышедшего в помещение ДМФА m_п (кг) составит:

m_п = V_д ∙ ρ_ж = 0,0534 ∙ 950 = 50,73 кг.

4. Масса m (кг) паров ДМФА, образующихся при испарении нагретой жидкости ДМФА, определяется по формуле (А.14) [1]:

0246S10-12291

5. Избыточное давление взрыва ∆Р согласно формуле (13) Пособия составит:

0246S10-12291

6. Расчетное избыточное давление взрыва не превышает 5 кПа. Помещение насосной диметилформамида не относится к категориям А или Б. Согласно п. Б.2 и табл. Б.1 [1] проведем проверку принадлежности помещения к категориям В1 - В4.

7. В соответствии с п. Б.2 [1] определим пожарную нагрузку Q и удельную пожарную нагрузку g:

0246S10-12291

 

G = 3 ∙ m_п = 3 ∙ 50,73 = 152,2 кг;

 

0246S10-12291

 

S = 3 ∙ F_p = 3 ∙ 53,4 = 160,2 м².

Поскольку F < F_p, принимаем S = F = 108 м².

8. Удельная пожарная нагрузка менее 180 МДж ∙ м^-2, но площадь размещения пожарной нагрузки более 10 м². В соответствии с табл. Б.1 [1] помещение насосной диметилформамида относится к категории В3.