БЕЗОПАСНАЯ ПЛОЩАДЬ РАЗГЕРМЕТИЗАЦИИ ОБОРУДОВАНИЯ И ПОМЕЩЕНИЯ 

БЕЗОПАСНАЯ ПЛОЩАДЬ РАЗГЕРМЕТИЗАЦИИ ОБОРУДОВАНИЯ И ПОМЕЩЕНИЯ — площадь сбросного сечения предохранительного устройства в помещениях и оборудовании, в которых обращаются горючие газы, жидкости или пыли, способные создавать с воздухом взрывоопасные смеси. Вскрытие площади сбросного сечения предохранительного устройства помещения и оборудования в процессе сгорания в них взрывоопасной смеси позволяет сохранить это помещение и оборудование от разрушения или деформации [1].

Безопасную площадь разгерметизации определяют по расчетным формулам на основе данных о параметрах оборудования, показателях пожаровзрывоопасности горючих смесей, условиях возникновения и развития процесса.

Метод устанавливает зависимость безопасной площади разгерметизации от объема оборудования или помещения и максимально допустимого давления внутри него, давления и температуры технологической среды, термодинамических и термокинетических параметров горючей смеси, условий истечения, степени турбулентности [2].

Формулы для расчета безопасной площади разгерметизации технологического оборудования с газопаровыми смесями

Безопасную площадь разгерметизации технологического оборудования с газопаровыми смесями определяют по следующим безразмерным критериальным соотношениям (1):

, (1)

- для сосудов, рассчитанных на максимальное относительное давление взрыва (см. ВЗРЫВ)  (при одновременном выполнении условия  в знаменателе формулы (1) сомножитель  отсутствует, и

            (2)

- для сосудов, выдерживающих давление взрыва в диапазоне относительных значений .

В формулах (1) и (2) приняты следующие обозначения (индексы i, u, е, m относятся соответственно к начальным параметрам, параметрам горючей смеси, характеристикам горения (см. ГОРЕНИЕ) в замкнутом сосуде, максимальным допустимым значениям):

 — относительное максимально допустимое давление в сосуде, которое не приводит к его деформации и (или) разрушению;

— абсолютное максимально допустимое давление внутри сосуда, которое не приводит к его деформации и (или) разрушению, Па;

 — абсолютное начальное давление горючей смеси в аппарате, при котором происходит инициирование горения, Па;

 — абсолютное давление в пространстве, в которое происходит истечение, в момент достижения максимального давления взрыва внутри аппарата (атмосфера, буферная емкость и т. п.), Па;

 — относительное максимальное давление взрыва данной горючей смеси в замкнутом сосуде;

 — абсолютное максимальное давление взрыва данной горючей смеси в замкнутом сосуде при начальном давлении смеси , Па;

 — коэффициент расширения продуктов сгорания смеси;

X — фактор турбулентности, представляющий собой в соответствии с принципом Гуи-Михельсона отношение действительной поверхности фронта пламени в аппарате к поверхности сферы, в которую можно собрать продукты сгорания, находящиеся в данный момент времени внутри сосуда [2].

Комплекс подобия W представляет собой с точностью до постоянного множителя произведение двух отношений — эффективной площади разгерметизации к внутренней поверхности сферического сосуда равного объема и скорости звука в исходной смеси к начальной нормальной скорости пламени:

,                (3)

где  — число «пи»;

 — коэффициент расхода при истечении свежей смеси и (или) продуктов сгорания через устройство взрыворазрежения (предохранительная мембрана, клапан, разгерметизатор и т. п.);

F — площадь разгерметизации (сбросного сечения), ;

V — максимальный внутренний объем сосуда, в котором возможно образование горючей газопаровой смеси, 

R — универсальная газовая постоянная, равная 8314 Дж/(кмоль*К);

 — температура горючей смеси, К;

 — молекулярная масса горючей смеси, кг/кмоль;

 — нормальная скорость распространения пламени при начальных значениях давления и температуры горючей смеси, м/с.

Формулы (1) и (2) могут быть использованы как для определения безопасной площади разгерметизации F при проектировании аппаратов по максимально допустимому относительному давлению взрыва в нем  (прямая задача), так и для определения максимально допустимого начального давления горючей смеси  в аппарате, рассчитанном на максимальное давление , с уже имеющимся сбросным люком площадью F, например при анализе аварий (обратная задача).

Формулы (1) и (2) охватывают весь диапазон возможных давлений в оборудовании с различной степенью негерметичности .

Точность определения диаметра сбросного сечения по инженерным формулам (1), (2) в сравнении с точным компьютерным решением системы дифференциальных уравнений динамики развития взрыва составляет около 10 %.

 Степень влияния различных параметров на безопасную площадь разгерметизации технологического оборудования с газопаровыми смесями

В настоящем методе реализован подход к расчету площади сбросного сечения, заключающийся в учете влияния различных параметров и условий на безопасную площадь разгерметизации посредством соответствующего изменения эффективного значения фактора турбулентности (отношение фактора турбулентности к коэффициенту расхода) [2].

 Расчет безопасной площади разгерметизации проводится, как правило, для наиболее опасных (около стехиометрического состава) смесей, если не доказана невозможность их образования внутри защищаемого объекта.

Зависимость фактора турбулентности от условий развития взрыва в технологическом оборудовании с газопаровыми смесями при точечном источнике зажигания (см. ИСТОЧНИК ЗАЖИГАНИЯ)

Зависимость фактора турбулентности от условий развития горения, исходя из сегодняшнего уровня знаний, может быть представлена для полых объектов формулой:

 (4)

где  — эмпирические коэффициенты, определяемые по таблице 1.

Таблица 1. Эмпирические коэффициенты

Литература:

1.Энциклопедия «Пожарная безопасность», 2019 г.

2.Государственный стандарт РФ ГОСТ Р 12.3.047-2012 «Система стандартов безопасности труда. Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля»