Оцінка можливості виникнення горючого середовища при пошкодженні технологічного обладнання

Під час аварій та пошкоджень апаратів і трубопроводів відбудеться вихід горючих газів, парів або рідин, що призведе до утворення вибухопожежопебезпечних сумішей біля місць виходу, в усьому виробничому приміщенні та на відкритих технологічних майданчиках.

Апарати і трубопроводи можуть пошкоджуватися при перевищенні тиску вище допустимих норм; при динамічних впливах; виникненні температурних напружень в матеріалі стінок або при зміні властивостей матеріалу під впливом високих і низьких температур; корозії або ерозії матеріалу стінок [5,6,8].

Аналізуючи причини пошкодження технологічних апаратів необхідно враховувати чітку класифікацію аварій за їх відзнаками [5,8]:

1. За причинами, що призвели до пошкодження апаратів:

- пошкодження, що виникли в наслідок механічної дії на матеріал апаратів та трубопроводів;

- пошкодження, що виникли в наслідок порушення матеріального балансу технологічного процесу;

- пошкодження, що виникли в наслідок температурного впливу на матеріал апаратів та трубопроводів;

- пошкодження, що виникли в наслідок хімічного впливу на матеріал апаратів та трубопроводів.

2. За масштабом пошкодження:

- локальне пошкодження апаратів;

- повна руйнація апарату.

Для виявлення можливості механічного пошкодження апаратів та трубопроводів необхідно встановити по технологічному регламенту, або описанню технологічного процесу відповідність граничнодопустимого тиску з робочим , наявність засобів захисту обладнання від перевантаження та інше.

Порушення матеріального балансу технологічного процесу, який може привести до надмірного підвищення тиску та руйнуванню обладнання.

Збільшення тиску може відбуватися при збільшенні опору за компресорами, насосами та апаратами. Це відбувається при неповному відкриванні засувок, зменшенні площі перерізу трубопроводів при відкладенні солей, бруду, коксу, полімеру, кристалогідратів тощо. Величина перепаду тиску в лініях для подолання опору і утворення необхідної швидкості руху продукту DR визначається за формулою:

 

, (1.19)

 

де DR – втрати тиску при збільшенні опору ліній, Па; x_і – коефіцієнт і-го місцевого опору; l_тр – довжина трубопроводу, м; d_тр –діаметр трубопроводу, м; l - коефіцієнт опору тертя; w - швидкість парів рідини, що просочуються крізь сальники насосу, кг/цикл; r_р – густина рідини, кг/м³.

Методика розв’язування задач по визначенню DR наведена в [10].

Порушення температурного режиму технологічного процесу [5,8,11] може призвести до:

1. Підвищення тиску за рахунок теплового розширення рідин, газу , або перегрітого пару, що знаходяться в апаратах;

2. Підвищення тиску при порушенні процесу конденсації парів, що знаходяться в апаратах;

3. Підвищення тиску при попаданні у високо нагріті апарати рідин з малою температурою кипіння;

4. Підвищення тиску за рахунок прискорення екзотермічних хімічних реакції, що проходять в апаратах;

5. Руйнування апаратів за рахунок термічного перенапруження матеріалу стінок апаратів.

Приріст тиску у герметичних апаратах, повністю заповнених рідиною, при підвищенні температури визначається за формулою:

 

, (1.20)

 

де DR – приріст тиску при збільшенні температури, Па; b_ст – коефіцієнт об’ємного стиснення рідини, 1/Па; b – коефіцієнт об’ємного розширення рідини, 1/К; a – коефіцієнт лінійного розширення матеріалу стінок апарату, 1/К; Dt – різниця між кінцевою та початковою температурою, К.

Якщо апарат заповнено рідиною не повністю і в середині є пароповітряний об’єм, то збільшення тиску парів можна визначити з рівняння Антуана за формулою [10,11]:

 

, (1.21)

 

де А, В, С_а – константи рівняння Антуана; t_р – робоча температура в апараті, ^оС.

При наявності в герметичних апаратах газів, кінцевий тиск визначається за формулою:

 

, (1.22)

 

де R_п – початковий тиск в апараті, кПа; Т_п, Т_к – початкова та кінцева температура в апараті, К; z –коефіцієнт стиснення газу [10,11].

При попаданні у високонагріті апарати низькокиплячих рідин тиск підвищується на величину DR , яку можна розрахувати [10]:

 

, (1.23)

 

де m – маса низько киплячої рідини, що попала в апарат; Т_р – робоча температура в апараті, К4; V_в – вільний об’єм апарату, м³.

При виникненні в апаратах гідравлічних ударів приріст тиску в системі визначається []:

 

, (1.24)

 

де с - швидкість поширення ударної хвилі, м/с; Δω - зменшення швидкості руху рідини в трубопроводі, м/с; ρ_t - щільність рідини при робочій температурі, кг/м³.

Швидкість поширення ударної хвилі розраховують за формулою:

 

, (1.24)

 

де Е_ж , Е - модуль пружності рідини та матеріалу труби, Па; d - внутрішній діаметр труби, м; δ - товщина стінки труби, м [10,11].

Для визначення можливості руйнування апаратів за рахунок термічного перенапруження матеріалу стінок апаратів необхідно встановити температурний режим роботи обладнання. В разі, якщо обладнання працює при досить великих, чи низьких температурах, або якщо при періодичній зміні температури необхідно провести розрахунки можливих температурних напружень матеріалу. Методика визначення температурних напружень розглянута в [10].

При розгляданні в КП реального ТП необхідно встановити наявність конструктивних рішень, що запобігають виникненню температурних напружень, таких як температурні компенсатори на трубопроводах та теплообмінниках, теплоізоляція апаратів та тому подібне. В разі можливості утворення шлакових або коксових відкладень необхідно провести розрахунок температури стінки теплообмінної поверхні в умовах стаціонарного температурного теплообміну.