РАЗГЕРМЕТИЗАЦИЯ

РАЗГЕРМЕТИЗАЦИЯ – наиболее распространенный способ пожаровзрывозащиты [см. ВЗРЫВОЗАЩИТА] замкнутого оборудования и помещений, заключающийся в оснащении их предохранительными мембранами и (или) другими разгерметизирующими устройствами с такой площадью сбросного сечения, которая достаточна для предотвращения разрушения оборудования или помещения от роста избыточного давления при сгорании горючих смесей. (ГОСТ Р 12.3.047-2012) [1]

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС – часть производственного процесса, связанная с действиями, направленными на изменение свойств и (или) состояния обращающихся в процессе веществ и изделий. (ГОСТ Р 12.3.047-2012) [1]

ОГНЕСТОЙКОСТЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ – промежуток времени, в течение которого воздействие стандартного очага пожара [см. ОЧАГ ПОЖАРА] не приводит к потере функциональных свойств оборудования. (ГОСТ Р 12.3.047-2012) [1]

Метод определения требуемой безопасной площади разгерметизации

Настоящий метод предназначен для определения безопасной площади разгерметизации оборудования и помещений (такая площадь сбросного сечения предохранительного устройства, вскрытие которой в процессе сгорания смеси внутри оборудования или помещения позволяет сохранить последние от разрушения или деформации), в которых обращаются горючие газы, жидкости или пыли, способные создавать с воздухом взрывоопасные смеси, сгорающие ламинарно или турбулентно во фронтальном режиме.

Метод не распространяется на системы, склонные к детонации [см. ДЕТОНАЦИЯ] или объемному самовоспламенению [см. САМОВОСПЛАМЕНЕНИЕ].

Суть метода

Безопасную площадь разгерметизации определяют по расчетным формулам на основе данных о параметрах оборудования, показателях пожаро-взрывоопасности 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.

Формулы для расчета безопасной площади разгерметизации технологического оборудования с газопаровыми смесями

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

                                                                                                                                                                   (1)

для сосудов, рассчитанных на максимальное относительное давление взрыва [см. ВЗРЫВ] 12 (при одновременном выполнении условия ).

                                                                                                                                                              (2)

для сосудов, выдерживающих давление взрыва в диапазоне относительных значений 2 .

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

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

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

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

P' – 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;

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

Ei – 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 [см. ПРОДУКТЫ СГОРАНИЯ], находящиеся в данный момент времени внутри сосуда.

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 – 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), м ;

V – максимальный внутренний объем сосуда, в котором возможно образование горючей газопаровой смеси, м ;

R – универсальная газовая постоянная, равная 8314 Дж/(кмоль·К);

Tui – температура горючей смеси, К;

Mi – молекулярная масса горючей смеси, кг/кмоль;

Sui – нормальная скорость распространения пламени при начальных значениях давления и температуры горючей смеси, м/с;

π – число "пи" (3,14).

2. 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 πm (прямая задача), так и для определения максимально допустимого начального давления горючей смеси Pi в аппарате, рассчитанном на максимальное давление Pm, с уже имеющимся сбросным люком площадью F, например, при анализе аварий [см. АВАРИЯ] (обратная задача).

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

4. 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%.

Литература:

1. ГОСТ Р 12.3.047-2012. Национальный стандарт Российской Федерации. Система стандартов безопасности труда. Пожарная безопасность технологических процессов Общие требования. Методы контроля.