Приказ Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 15.12.2020 № 533"Об утверждении федеральных норм и правил в области промышленной безопасности "Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств""

Принятые сокращения

ПГФ - парогазовая фаза;

ЖФ - жидкая фаза;

АРБ - аварийная разгерметизация блока.

НКПР - нижний концентрационный предел распространения пламени горючей смеси.

Обозначение параметра-символа одним штрихом соответствует парогазовым состояниям среды, двумя штрихами - жидким средам, например, G' и G" - соответственно масса ПГФ и ЖФ.

Принятые обозначения

Е - общий энергетический потенциал взрывоопасности (полная энергия сгорания ПГФ, поступившей в окружающую среду при АРБ, плюс энергия адиабатического расширения ПГФ, находящейся в блоке);

Еп - полная энергия, выделяемая при сгорании не испарившейся при АРБ массы ЖФ;

E'i - энергия сгорания при АРБ ПГФ, непосредственно имеющейся в блоке и поступающей в него от смежных аппаратов и трубопроводов;

Е''i - энергия сгорания ПГФ, образующейся при АРБ из ЖФ, имеющейся в блоке и поступающей в него от смежных аппаратов и трубопроводов;

А, Ai - энергия сжатой ПГФ, содержащейся непосредственно в блоке и поступающей от смежных блоков, рассматриваемая как работа ее адиабатического расширения при АРБ;

V', V" - соответственно геометрические объемы ПГФ и ЖФ в системе, блоке;

V'0 - объем ПГФ, приведенный к нормальным условиям (T0 = 293 К, Р0 = 0,1 МПа);

Р, Р0 - соответственно регламентированное абсолютное и атмосферное (0,1 МПа) давления в блоке;

v'i - удельный объем ПГФ (в реальных условиях);

G'i, G''i - масса ПГФ и ЖФ, имеющихся непосредственно в блоке и поступивших в него при АРБ от смежных объектов;

G''2 - масса ЖФ, испарившейся за счет энергии перегрева и поступившей в окружающую среду при АРБ;

q', q'' - удельная теплота сгорания соответственно ПГФ и ЖФ;

qpi, - суммарный тепловой эффект химической реакции;

Т - абсолютная температура среды: ПГФ или ЖФ;

T0, T1 - абсолютная нормальная и регламентированная температуры ПГФ или ЖФ блока, К (Т0 = 293 К);

t, t0 - регламентированная и нормальная температуры ПГФ и ЖФ блока (t0 = 20°C);

Т'K, t''K - температура кипения горючей жидкости (К или °C);

w'i, w''i - скорость истечения ПГФ и ЖФ в рассматриваемый блок из смежных блоков;

Si - площадь сечения, через которое возможно истечение ПГФ или ЖФ при АРБ;

ПPi - скорость теплопритока к ГЖ за счет суммарного теплового эффекта экзотермической реакции;

ПTi. - скорость теплопритока к ЖФ от внешних теплоносителей;

К - коэффициент теплопередачи от теплоносителя к горючей жидкости;

F - площадь поверхности теплообмена;

t - разность температур теплоносителей в процессе теплопередачи (через стенку);

r - удельная теплота парообразования горючей жидкости;

с" - удельная теплоемкость жидкой фазы;

1, 2 - безразмерные коэффициенты, учитывающие давление (Р) и показатель адиабаты (k) ПГФ блока;

- безразмерный коэффициент, учитывающий гидродинамику потока;

Р, Pi - плотность ПГФ или ЖФ при нормальных условиях (Р = 0,1 МПа и t0 = 20°C) в среднем по блоку и по i-м потокам, поступающим в него при АРБ;

- время с момента АРБ до полного срабатывания отключающей аварийный блок арматуры;

- время с момента АРБ до полного прекращения экзотермических процессов;

- время с момента АРБ до полного прекращения подачи теплоносителя к аварийному блоку (прекращение теплообменного процесса);

- разность температур ЖФ при регламентированном режиме и ее кипении при атмосферном давлении;

G''4 - масса ЖФ, испарившейся за счет теплопритока от твердой поверхности (пола, поддона, обвалования и т.п.);

G''5 - масса ЖФ, испарившейся за счет теплопередачи от окружающего воздуха к пролитой жидкости (по зеркалу испарения);

- суммарная масса ЖФ, испарившейся за счет теплопритока из окружающей среды;

Fж - площадь поверхности зеркала жидкости;

Fn - площадь контакта жидкости с твердой поверхностью розлива (площадь теплообмена между пролитой жидкостью и твердой поверхностью);

- коэффициент тепловой активности поверхности (поддона);

- коэффициент теплопроводности материала твердой поверхности (пола, поддона, земли и т.п.);

ст - удельная теплоемкость материала твердой поверхности;

Рт - плотность материала твердой поверхности;

mи - интенсивность испарения;

М - молекулярная масса;

R - газовая постоянная ПГФ;

- безразмерный коэффициент;

Рн - давление насыщенного пара при расчетной температуре;

- время контакта жидкости с поверхностью пролива, принимаемое в расчет.

Определение значений энергетических показателей взрывоопасности технологического блока

1. Энергетический потенциал взрывоопасности Е (кДж) блока определяется полной энергией сгорания парогазовой фазы, находящейся в блоке, с учетом величины работы ее адиабатического расширения, а также величины энергии полного сгорания испарившейся жидкости с максимально возможной площади ее пролива, при этом считается:

1) при аварийной разгерметизации аппарата происходит его полное раскрытие (разрушение);

2) площадь пролива жидкости определяется исходя из конструктивных решений зданий или площадки наружной установки;

3) время испарения (время контакта жидкости с поверхностью пролива, принимаемое в расчет) определяется по формуле (15) настоящего Приложения, но не менее 15 минут и не более 60 минут:

1.1. Е'1 - сумма энергий адиабатического расширения А (кДж) и сгорания ПГФ, находящейся в блоке, кДж:

Е'1 = G'1q' + А;

(2)

Для практического определения энергии адиабатического расширения ПГФ можно воспользоваться формулой:

, (3)

где

, (4)

где

;

;

.

При избыточных значениях Р < 0,07 МПа и PV < 0,02 МПа·м³ энергию адиабатического расширения ПГФ (А) ввиду малых ее значений в расчет можно не принимать.

Для многокомпонентных сред значения массы и объема определяются с учетом процентного содержания и физических свойств составляющих эту смесь продуктов или по одному компоненту, составляющему наибольшую долю в ней.

1.2. Е'2 - энергия сгорания ПГФ, поступившей к разгерметизированному участку от смежных объектов (блоков), кДж:

(5)

Для i-гo потока

(6)

где

,

при избыточном Р 0,07 МПа

1.3. Е'1 - энергия сгорания ПГФ, образующейся за счет энергии перегретой ЖФ рассматриваемого блока и поступившей от смежных объектов за время , кДж:

, (7)

Количество ЖФ, поступившей от смежных блоков:

, (8)

где

- в зависимости от реальных свойств ЖФ и гидравлических условий принимается в пределах 0,4 - 0,8;

Р - избыточное давление истечения ЖФ.

При расчетах скоростей истечения ПГФ и ЖФ из смежных систем к аварийному блоку допускается использовать и другие расчетные формулы, учитывающие фактические условия действующего производства, в том числе гидравлическое сопротивление систем, из которых возможно истечение.

1.4. Е''2 - энергия сгорания ПГФ, образующейся из ЖФ за счет тепла экзотермических реакций, не прекращающихся при разгерметизации, кДж:

, (9)

где - принимается для каждого случая исходя из конкретных регламентированных условий проведения процесса и времени срабатывания отсечной арматуры и средств ПАЗ, с.

1.5. Е''3 - энергия сгорания ПГФ, образующейся из ЖФ за счет теплопритока от внешних теплоносителей, кДж:

(10)

Значение (кДж/с) может определяться с учетом конкретного теплообменного оборудования и основных закономерностей процессов теплообмена ( = ) по разности теплосодержания теплоносителя на входе в теплообменный элемент (аппарат) и выходе из него:

или ,

где - секундный расход греющего теплоносителя;

- удельная теплота парообразования теплоносителя, а также другими существующими способами.

1.6. Е''4 - энергия сгорания ПГФ, образующейся из пролитой на твердую поверхность (пол, поддон, грунт и т.п.) ЖФ за счет тепло- и массообмена с окружающей средой (с подстилающей поверхностью и воздухом), кДж:

, (11)

где

, (12)

, (13)

здесь Т0 - температура подстилающей поверхности (пола, поддона, грунта и т.п.), К;

= 3,14

, (14)

где

где PH - давление насыщенного пара при расчетной температуре в качестве которой принимается максимальная из двух температур - температуры воздуха и температуры жидкости в проливе, кПа.

Значение безразмерного коэффициента , учитывающего влияние скорости и температуры воздушного потока над поверхностью (зеркало испарения) жидкости, принимается по таблице № 1.

Таблица № 1

Значения коэффициента

Для скоростей ветра более 1 м/с величина принимается равной при 1 м/с, при температуре воздуха toc над зеркалом испарения более 35°C величина принимается равной при toc = 35°C, при температуре воздуха toc над зеркалом испарения менее 10°C величина принимается равной при toc = 10°C.

Время испарения (время контакта жидкости с поверхностью пролива, принимаемое в расчет) принимается равным максимальному значению путем сравнения двух величин - характерного времени формирования взрывоопасного облака (времени достижения максимальной массы во взрывоопасных пределах) и характерного времени формирования облака для кипящих жидкостей (это величина полагается равной утроенному времени выравнивания скоростей кипения и испарения за счет действия ветра) по формуле:

, (15)

где: L0,5HKПР - расстояние, на котором ПГФ, дрейфующая от пролива площадью Fж и скоростью эмиссии mи (рассчитанной по формуле (14)), рассеивается до концентрации 0,5НКПР, м, отсчитывается от надветренной стороны, м;

Uветра - скорость воздушного потока над зеркалом испарения, принимаемая равной 1м/с.

Ориентировочно значение может определяться по таблице № 2.

Таблица № 2

Зависимость массы ПГФ пролитой жидкости от температуры ее кипения при = 180 с

Для конкретных условий, когда площадь твердой поверхности пролива жидкости окажется больше или меньше 50 м² (Fn 50), производится пересчет массы испарившейся жидкости по формуле

, (16)

2. По значениям общих энергетических потенциалов взрывоопасности Е определяются величины приведенной массы и относительного энергетического потенциала, характеризующих взрывоопасность технологических блоков.

2.1. Общая масса горючих паров (газов) взрывоопасного парогазового облака m, приведенная к единой удельной энергии сгорания, равной 46 000 кДж/кг:

, (17)

2.2. Относительный энергетический потенциал взрывоопасности Qв технологического блока находится расчетным методом по формуле

, (18)

По значениям относительных энергетических потенциалов Qв и приведенной массе парогазовой среды m устанавливаются категории взрывоопасности технологических блоков.

Показатели категорий приведены в таблице № 3.

Таблица № 3

Показатели категорий взрывоопасности технологических блоков

3. С учетом изложенных в данном приложении основных принципов могут разрабатываться методики расчетов и оценки уровней взрывоопасности блоков для типовых технологических линий или отдельных процессов.