Из аппаратов, работающих в нормальном технологическом режиме, горючие вещества выходят наружу в количествах, которые способны образовывать местные и общеобъемные взрывоопасные смеси в производственных помещениях.
Горючие газы, пары и жидкости выходят из аппаратов, имеющих открытую поверхность испарения жидкости, дыхательные устройства, если эксплуатируются аппараты периодического действия, с сальниковыми уплотнениями и т.п. Даже из герметически закрытых аппаратов, работающих под избыточным давлением, происходят небольшие утечки из-за наличия неплотностей в швах, фланцевых соединениях и арматуре.
Количество выходящих наружу веществ может быть найдено опытным путем или определено расчетом.
Аппараты с открытой поверхностью испарения
Горючая концентрация смеси паров с воздухом над поверхностью открытого аппарата образуется, если температура жидкости (t) будет выше температуры вспышки (tвсп). С учетом коэффициента надежности это условно выражается соотношением:
t ≥ t всп - 10 0С, (17)
Массу испаряющейся с открытой поверхности жидкости в неподвижную среду можно определить по формуле [32]:
(18)
где m н – масса испаряющейся с открытой поверхности в неподвижную среду, кг;
ρt – плотность пара жидкости при рабочей температуре, кг/м3;
F и – поверхность испарения, м2;
Dt – коэффициент диффузии пара при рабочей температуре, м2/с;
τ – продолжительность испарения, с.
Величину коэффициента диффузии пара или газа в воздух при рабочей температуре t р определяют по формуле:
(19)
где D с – значение коэффициента диффузии, приведенное в справочной литературе при температуре t с, м2/с;
n – показатель степени, принимаемый по справочной литературе.
Характер испарения в движущуюся среду резко отличается от испарения в неподвижную среду. При конвективной диффузии над поверхностью жидкости образуется небольшой толщины пограничный слой с насыщенной концентрацией пара. Затем происходит резкий перепад концентрации. В слоях, лежащих выше пограничного слоя (вследствие интенсивного перемешивания среды при движении), концентрация пара становится примерно одинаковой.
Массу испаряющейся с открытой поверхности жидкости (в движущуюся и неподвижную среду) можно определить по формуле, приведенной в [10]:
(20)
где m и – масса испаряющейся с открытой поверхности жидкости, кг;
η – коэффициент, зависящий от температуры и скорости движения воздуха в помещении, численные значения коэффициента η приведены в таблице 3.
P S – давление насыщенного пара при температуре испарения, кПа;
М – молярная масса паров жидкости, кг/кмоль.
Таблица 3
Значения коэффициента η
| ωв, м/с | Значение коэффициента η при tв, 0С, | ||||
| 10 | 15 | 20 | 30 | 35 | |
| 0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 |
| 0,1 | 3,0 | 2,6 | 2,4 | 1,8 | 1,6 |
| 0,2 | 4,6 | 3,8 | 3,5 | 2,4 | 2,3 |
| 0,5 | 6,6 | 5,7 | 5,4 | 3,6 | 3,2 |
| 1,0 | 10,0 | 8,7 | 7,7 | 5,6 | 4,6 |
«Дышащие» аппараты
Нормальная эксплуатация закрытых аппаратов требует сообщения их внутреннего объема с окружающей средой. Пары жидкости поступают из аппаратов в атмосферу или в помещение через дыхательные трубы или открытые люки в результате так называемых малых и больших дыханий. Большим дыханием называют вытеснение паров наружу или подсос воздуха внутрь аппаратов при изменении уровня жидкости в них. Малым дыханием называют вытеснение паров наружу или подсос воздуха внутрь аппаратов, вызываемые изменениями температуры газового пространства под влиянием изменения температуры внешней среды.
При выходе паровоздушной смеси из аппарата около дыхательной трубы образуется горючая концентрация паров, если температура жидкости будет равна или больше величины нижнего температурного предела воспламенения с учетом коэффициента надежности:
t р ≥ t нтпрп - 10 0С, (21)
Величина зоны опасных концентраций будет зависеть от количества выходящих паров, их свойств и состояния окружающей среды (скорость движения и температура воздуха).
Количество горючих паров, выходящих из сообщающегося с атмосферой («дышащего») аппарата за один цикл «большого дыхания», определяют по формуле:
(22)
где G б – количество выходящих паров из заполняемого жидкостью аппарата, кг/цикл;
V ж – объем поступающей в аппарат жидкости, м3, величину V ж можно определить, зная геометрический объем аппарата V ап и степень его заполнения ε; V ж = ε· V ап;
Рр – рабочее давление в аппарате, Па.
Количество горючих паров, выходящих из сообщающегося с атмосферой аппарата при «малом дыхании», определяют по формуле:
(23)
где G м – количество выходящих из аппарата паров при изменении температуры среды в газовом пространстве, кг/цикл;
V с – паровоздушный объем аппарата, м3;
φ1, φ2 – концентрация насыщенных паров жидкости соответственно при температурах t 1 и t 2, об. доли;
φср = (φ1+φ2)/2 – средняя концентрация насыщенного пара в аппарате, об. доли;
8314,31 – универсальная газовая постоянная, Дж/(кмоль·К).
Аппараты периодического действия
Особенностью эксплуатации аппаратов периодического действия является цикличность их работы. Перед началом работы цикла они загружаются веществами, а по окончании процесса разгружаются и готовятся для последующего цикла работы.
Эксплуатация таких аппаратов, сопряженная с необходимостью открывания люков, крышек, загрузочных и разгрузочных приспособлений и выходом при этом наружу определенного количества горючих веществ, представляет повышенную пожарную опасность по сравнению с аппаратами непрерывного действия. К таким аппаратам относятся растворители синтетических смол и других веществ, клеемешалки, смесители, экстракторы, фильтрпрессы и т. п.
Количество паров жидкости, выходящее из аппарата периодического действия, определяется в зависимости от характера выполняемой операции:
1) При загрузке растворителя происходит вытеснение паров наружу из наполняемого аппарата (большие дыхания). Массу теряемых при этом горючих паров и газов можно определить как для потерь при «больших дыханиях» аппарата.
2) Открывание крышки для выгрузки продукта соответствует сбросу избыточного давления. Количество горючих паров, выходящих при разгерметизации аппарата периодического действия, открываемого на выгрузку продуктов, определяют по формуле:
(24)
где G р – количество выходящих из открываемого аппарата паров, кг/цикл;
Рбар – атмосферное (барометрическое давление), Па, принимаемое 1·105 Па.
3) Разгрузка продукта в тару (иногда с разливом жидкости и загрязнением пола) также сопровождается выделением паров или газов, количество которых можно определить, предполагая, что происходит испарение со свободной поверхности.
Аппараты, работающие под давлением
При эксплуатации закрытых аппаратов и емкостей, находящихся под давлением, даже при их исправном состоянии происходят небольшие утечки горючих веществ через прокладки, швы, разъемные соединения и другие места. Это объясняется тем, что даже при самой тщательной обработке прилегающих друг к другу поверхностей нельзя создать абсолютную непроницаемость.
Интенсивность утечек паров и газов из работающего под давлением герметичного оборудования через капиллярные каналы в прокладках, сальниках, сварных швах и других местах на аппаратах и трубопроводах определяют по формуле:
(25)
где I р – интенсивность выхода паров или газов из аппарата, работающего под давлением, кг/с;
Ки – коэффициент, учитывающий степень износа оборудования, изменяется в пределах от 1 (новое оборудование) до 2 (изношенное оборудование);
Кр – коэффициент, зависящий от давления среды в аппарате, значения Кр приведены в таблице 4;
V с – внутренний свободный объем оборудования, заполненный паром или газом под давлением, м3.
Таблица 4
Значение коэффициента K р
| Давление P∙10-5, Па | Менее 2 | 2 | 7 | 17 | 41 | 161 | 401 | 1001 |
| Коэффициент Kp∙105, | 3,36 | 4,61 | 5,06 | 5,25 | 6,94 | 8,06 | 8,61 | 10,28 |
