Образование горючей среды внутри технологического оборудования при нормальной работе

Аппараты с жидкостями

Аппараты, резервуары и емкости с горючими жидкостями обычно не бывают заполнены до предела, т. е. имеют определенный свободный объем. Так как жидкости обладают свойством испаряться при любой температуре, то свободное пространство закрытых аппаратов постепенно насыщается парами. При наличии в этом пространстве воздуха (или другого окислителя) пары жидкости, смешиваясь с ним, могут образовать горючие смеси.

Концентрация насыщенных паров является функцией температуры φ_s=f(t), но не при любой температуре жидкости смесь ее паров с воздухом способна к воспламенению.

В некоторых случаях температура жидкости будет слишком мала для того, чтобы возникла пожароопасная концентрация паров, т. е. концентрация паровоздушной смеси в аппарате будет ниже нижнего предела распространения пламени. В других случаях температура жидкости настолько повысится, что концентрация паровоздушной смеси в аппарате будет слишком «богатой», т. е. выше верхнего предела распространения пламени.

Отсюда вытекает, что обязательными условиями для образования взрывоопасных (горючих) концентраций паров в закрытых аппаратах и емкостях с жидкостями являются:

а) наличие паровоздушного пространства в аппарате;

б) наличие в аппарате горючей жидкости, рабочая температура которой находится в интервале между нижним и верхним температурными пределами распространения пламени с учетом запаса надежности и при условии, что концентрация паров в свободном пространстве аппарата с пожароопасной жидкостью является насыщенной и остается неизменной во время его эксплуатации.

Условие образования взрывоопасных концентраций (ВОК) определяют следующим образом:

(6)

где t_р – рабочая температура жидкости в аппарате, град;

t_НТПРП, t_ВТПРП – соответственно нижний и верхний температурные пределы воспламенения жидкости, град.

 

Эти условия справедливы для оценки возможности образования горючей концентрации в аппаратах с неподвижным уровнем жидкости (например, аппараты непрерывного действия, аппараты периодического действия при их заполнении), когда в них образуется насыщенная концентрация паров жидкости. Но при опорожнении аппаратов периодического действия концентрация паров в их свободном пространстве уменьшается за счет поступления воздуха через дыхательную арматуру. В этом случае оценку горючести среды по температурным пределам воспламенения проводить нельзя.

Условия образования горючих (взрывоопасных концентраций) производственных аппаратов с переменным уровнем жидкости в том случае, если в них попадает воздух или по условиям технологического процесса подается окислитель определяют из выражения:

φ_нкпрп ≤ φ_р ≤ φ_вкпрп, (7)

где φ_р – фактическая (рабочая) концентрация горючего вещества, об доли (кг/м³);

φ_нкпрп, φ_вкпрп – соответственно нижний и верхний концентрационные пределы распространения пламени при рабочей температуре, об доли (кг/м³).

Концентрация в паровоздушном пространстве аппаратов с горючими однородными и неоднородными жидкостями близка к концентрации насыщенного пара.

Концентрация насыщенного пара φ_s при рабочей температуре жидкости определяется величиной давления насыщенного пара и общего давления в объеме паровоздушного пространства аппарата по формуле:

⁽⁸⁾

где Р_р – рабочее давление паровоздушной смеси в аппарате (абсолютное давление в герметичном аппарате или барометрическое давление Р_бар в «дышащем» аппарате), Па.

P_S – давление насыщенного пара жидкости при рабочей температуре, Па.

 

Величину давления насыщенного пара можно определить по уравнению Антуана:

(9)

где А, В и С_А – константы, зависящие от свойств жидкости, приведены в справочной литературе [25].

 

Если справочные данные констант формулы Антуана отсутствуют, то определить зависимость давления пара от температуры можно расчетным путем с помощью корреляции Миллера [29].

Для нефтепродуктов давление насыщенных паров в кПа, можно определить по формуле В.П. Сучкова [30]:

(10)

где t_всп – температура вспышки, ⁰С.

Для бензинов с известной температурой начала кипения t_н.к. при рабочей температуре t_р давление насыщенного пара можно определить по приближенной формуле:

(11)

где а и б – постоянные величины, для авиабензинов а = 6,4·10⁴ Па и б = 0,0325 ⁰С^-1, для автобензинов а = 5,55·10⁴ Па и б = 0,034 ⁰С^-1.