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 или объемному самовоспламенению.

T.1. Сущность метода.

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.

Т.2. Формулы для расчета безопасной площади разгерметизации технологического оборудования с газопаровыми смесями.

Т.2.1. Безопасную площадь разгерметизации технологического оборудования с газопаровыми смесями определяют по следующим безразмерным критериальным соотношениям:

(Т.1)

для сосудов, рассчитанных на максимальное относительное давление взрыва (при одновременном выполнении условия) в знаменателеформулы (T.1)сомножитель (_m- 1) отсутствует, и

(Т.2)

для сосудов, выдерживающих давление взрыва в диапазоне относительных значений

В формулах (T.1)и(Т.2)приняты следующие обозначения (индексыi,и,е,тотносятся 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;

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

p_i- 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;

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

Е_i- коэффициент расширения продуктов сгорания смеси;

 - 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.

Комплекс подобия Wпредставляет 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:

(Т.3)

где ₀- 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), м²;

V- максимальный внутренний объем сосуда, в котором возможно образование горючей газопаровой смеси, м³;

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

- температура горючей смеси, К;

М_i- молекулярная масса горючей смеси, кг/кмоль;

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

Т.2.2. Формулы (Т.1)и(Т.2)могут быть использованы как для определения безопасной площади разгерметизацииFпри проектировании аппаратов по максимально допустимому относительному давлению взрыва в нем_m(прямая задача), так и для определения максимально допустимого начального давления горючей смесир_iв аппарате, рассчитанном на максимальное давлениер_m, с уже имеющимся сбросным люком площадьюF, например при анализе аварий (обратная задача).

Т.2.3. Формулы (Т.1)и(Т.2)охватывают весь диапазон возможных давлений в оборудовании с различной степенью негерметичности

Т.2.4. Точность определения диаметра сбросного сечения по инженерным формулам (Т.1),(Т.2)в сравнении с точным компьютерным решением системы дифференциальных уравнений динамики развития взрыва составляет около 10 %.

Т.3. Степень влияния различных параметров на безопасную площадь разгерметизация технологического оборудования с газопаровыми смесями.

Т.3.1. 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).

Т.3.2. Расчет безопасной площади разгерметизации проводится, как правило, для наиболее опасных (околостехиометрического состава) смесей, если не доказана невозможность их образования внутри защищаемого объекта.

Т.4. Зависимость фактора турбулентности от условий развития взрыва в технологическом оборудовании с газопаровыми смесями при точечном источнике зажигания.

Т.4.1. Зависимость фактора турбулентности от условий развития горения, исходя из сегодняшнего уровня знаний, может быть представлена для полых объектов формулой

(Т.4)

где а₁,а₂,а₃- эмпирические коэффициенты, определяемые по таблице Т.1.

Таблица Т.1