Метод расчета параметров испарения горючих ненагретых жидкостей и сжиженных углеводородных газов

И. 1 Интенсивность испарения W, кг/(с·м²), определяют по справочным и экспериментальным данным. Для ненагретых выше температуры окружающей среды ЛВЖ, при отсутствии данных допускается рассчитывать W по формуле¹⁾

W = 10^-6  p_н, (И.1)

_______

¹⁾ Формула применима при температуре подстилающей поверхности от минус 50 до плюс 40 °С.

где  — коэффициент, принимаемый по таблице И.1 в зависимости от скорости и температуры воздушного потока над поверхностью испарения;

М — молярная масса, г/моль;

p_н — давление насыщенного пара при расчетной температуре жидкости t_р, определяемое по справочным данным, кПа.

Таблица И.1

И.2 Для сжиженных углеводородных газов (СУГ) при отсутствии данных допускается рассчитывать удельную массу паров испарившегося СУГ m _СУГ, кг/м², по формуле¹)

, (И.2)

_______

¹⁾ Формула применима при температуре подстилающей поверхности от минус 50 до плюс 40 °С.

где М — молярная масса СУГ, кг/моль;

L_исп — мольная теплота испарения СУГ при начальной температуре СУГ Т_ж, Дж/моль;

Т₀ — начальная температура материала, на поверхность которого разливается СУГ, соответствующая расчетной температуре t_p, К;

Т_ж — начальная температура СУГ, К;

_тв — коэффициент теплопроводности материала, на поверхность которого разливается СУГ, Вт/(м · К);

а — эффективный коэффициент температуропроводности материала, на поверхность которого разливается СУГ, равный 8,4·10^-8 м²/с;

t — текущее время, с, принимаемое равным времени полного испарения СУГ, но не более 3600 с;

число Рейнольдса (— скорость воздушного потока, м/с; d — характерный размер пролива СУГ, м;

_в — кинематическая вязкость воздуха при расчетной температуре t_р, м²/с);

_в — коэффициент теплопроводности воздуха при расчетной температуре t_р , Вт/(м · К).

Примеры — Расчет параметров испарения горючих ненагретых жидкостей и сжиженных углеводородных газов

1 Определить массу паров ацетона, поступающих в объем помещения в результате аварийной разгерметизации аппарата.

Данные для расчета

В помещении с площадью пола 50 м² установлен аппарат с ацетоном максимальным объемом V_aп = 3 м³. Ацетон поступает в аппарат самотеком по трубопроводу диаметром d = 0,05 м с расходом q, равным 2 · 10^-3 м³/с. Длина участка напорного трубопровода от емкости до ручной задвижки l₁ = 2 м. Длина участка отводящего трубопровода диаметром d = 0,05 м от емкости до ручной задвижки L₂ равна 1 м. Скорость воздушного потока и в помещении при работающей общеобменной вентиляции равна 0,2 м/с. Температура воздуха в помещении t_р=20 С. Плотность  ацетона при данной температуре равна 792 кг/м³. Давление насыщенных паров ацетона р_a при t_р равно 24,54 кПа.

Расчет

Объем ацетона, вышедшего из напорного трубопровода, V_н.т составляет

м³,

где  — расчетное время отключения трубопровода, равное 300 с (при ручном отключении).

Объем ацетона, вышедшего из отводящего трубопровода V_от составляет

Объем ацетона, поступившего в помещение

V_a = V_ап + V_н.т + V_от = 3 + 6,04 ·10^-1 + 1,96 · 10^-3 = 6,600 м³.

Исходя из того, что 1 л ацетона разливается на 1 м² площади пола, расчетная площадь испарения S_р = 3600 м² ацетона превысит площадь пола помещения. Следовательно, за площадь испарения ацетона принимается площадь пола помещения, равная 50 м².

Интенсивность испарения равна:

W_исп = 10^-6 · 3,5 · 24,54 = 0,655 · 10^-3 кг/(с · м²).

Масса паров ацетона, образующихся при аварийной разгерметизации аппарата т, кг, будет равна

т = 0,655 · 10^-3 · 50 · 3600 = 117,9 кг.

2 Определить массу газообразного этилена, образующегося при испарении пролива сжиженного этилена в условиях аварийной разгерметизации резервуара.

Данные для расчета

Изотермический резервуар сжиженного этилена объемом V_и.р.э ⁼ 10000 м³ установлен в бетонном обваловании свободной площадью S_об = 5184 м² и высотой отбортовки Н_об ⁼ 2,2 м. Степень заполнения резервуара  = 0,95.

Ввод трубопровода подачи сжиженного этилена в резервуар выполнен сверху, а вывод отводящего трубопровода снизу.

Диаметр отводящего трубопровода d_тp = 0,25 м. Длина участка трубопровода от резервуара до автоматической задвижки, вероятность отказа которой превышает 10^-6 в год и не обеспечено резервирование ее элементов, L= 1 м. Максимальный расход сжиженного этилена в режиме выдачи G_ж.э ⁼ 3,1944 кг/с. Плотность сжиженного этилена _ж.э при температуре эксплуатации Т_эк = 169,5 К равна 568 кг/м³. Плотность газообразного этилена _г.э при Т_эк равна 2,0204 кг/м³. Молярная масса сжиженного этилена М_ж.э = 28 · 10^-3 кг/моль. Мольная теплота испарения сжиженного этилена L_иcn при Т_эк равна 1,344 · 10⁴ Дж/моль. Температура бетона равна максимально возможной температуре воздуха в соответствующей климатической зоне T_б = 309 К. Коэффициент теплопроводности бетона _б=1,5Вт/(м·К). Коэффициент температуропроводности бетона а = 8,4 · 10^-8 м²/с. Минимальная скорость воздушного потока _min = 0 м/с, а максимальная для данной климатической зоны _max = 5 м/с. Кинематическая вязкость воздуха _в при расчетной температуре воздуха для данной климатической зоны t_р = 36 С равна 1,64 · 10^-5 м²/с. Коэффициент теплопроводности воздуха _в при t_р равен 2,74 · 10^-2 Вт/(м · К).

Расчет

При разрушении изотермического резервуара объем сжиженного этилена составит

м³.

Свободный объем обвалования V_об = 5184 · 2,2 = 11404,8 м³.

Ввиду того, что V_ж.э < V_об примем за площадь испарения S_исп свободную площадь обвалования S_об, равную 5184 м².

Тогда массу испарившегося этилена m_и.э с площади пролива при скорости воздушного потока  = 5 м/с рассчитывают по формуле (И.2)

Масса m_и.э при  = 0 м/с составит 528039 кг.

ПРИЛОЖЕНИЕ К

(рекомендуемое)