Разработка необходимых средств защиты.

 

Аппараты и трубопроводы могут повреждаться по следующим причинам:

- от образования повышенного давления;

- от проявления динамических воздействий;

- от образования высоких температурных напряжений в материале стенок или от изменения прочностных свойств материала в результате воздействия высоких и низких температур;

- от коррозии материала стенок или эрозии (механического истирания стенок).

 

Все вышеперечисленные причины рассматриваются для каждого аппарата своего варианта задания.

E

Образование повышенного давления в аппаратах.

При исследовании возможности образования повышенного давления в аппаратах следует:

 

- установить, есть ли причины, приводящие к нарушению материального баланса: увеличение производительности насоса, неисправность редуктора, увеличение интенсивности закачки, образование пробок в расходной линии, увеличение сопротивления дыхательной линии, уменьшение расхода продукта потребителем при неизменном его поступлении, перекрытие расходных линий задвижками, переполнение емкостей при отсутствии переливных линий или автоматики и т.п..

Если какие-либо из этих причин могут иметь место, их надо указать в работе и пояснить, почему именно эти причины характерны для данного случая:

 

Величину давления в линиях (для преодоления сопротивления и создания необходимой скорости движения продукта) определяют по формуле:

а общее давление из выражения Р_к = Р_н + D Р

где Р_к - конечное давление в системе при увеличении сопротивления линий, Па;

Р_­н - рабочее давление в сети, Па; D Р - потери давления при увеличении сопротивления линий, Па;

l - коэффициент сопротивления трения, определяемый в зависимости от режима движения продукта по формулам:

- при R е < 2300 (ламинарный режим) l = 64/ Re;

- при  (переходный режим) ;

- при 15 ´ 10³< Re <80 ´ 10³  (турбулентный режим в гидравлических трубах) ;

- при Re > 500 (турбулентный режим) ,

u де d - внутренний диаметр трубопровода, м. Определяется с учетом степени уменьшения диаметра e.

d₂ = d ´ (1- e), (e принимают от 0,1 - 0,55);

Δ- абсолютная шероховатость стенок труб, м;

Re =  - число Рейнольдса;

w - скорость движения продукта в трубопроводе, м/с;

v - коэффициент кинематической вязкости при рабочей температуре, м²/с);

l _экв - эквивалентная длина трубопровода с учетом наличия местных сопротивлений, м;

ρ _t - плотность продукта при рабочей температуре, кг/м³.

где Р_0, Р_р - соответственно атмосферное и рабочее давление, Па;

Т_0, Т_р - соответственно температура при нормальных условиях (273К) и рабочая температура, К;

М - молекулярная масса вещества;

V ₀ - объем киломоля вещества (22,41 м³/кмоль).

В расчетах принимают следующие значения величины Δ(м):

- для новых стальных цельнотянутых, а также оцинкованных труб

Δ = (0,1-0,2) ´ 10^-3;

- для новых чугунных труб Δ = 0,3 ´ 10^-3;

- для цельнотянутых стальных труб с незначительной коррозией

Δ = (0,2-0,3)10^-3;

- для цельнотянутых стальных труб, подвергнутых значительной коррозии,

Δ = 0,5 ´ 10^-3 и выше.

Меры пожарной безопасности изложены в (см. [1], стр. 40-45):

 

В установившемся процессе вводимые в систему потоки ве­ществ, составляющие приходные статьи баланса, должны равнять­ся потокам веществ, выводимым из системы, которые составляют расходные статьи баланса.

Во избежание аварий и повреждений следует: отдавать предпочтение центробежным насосам и компрес­сорам, подбирать центробежные насосы и компрессоры без значи­тельного превышения их характеристик над номинальными; у поршневых насосов и компрессоров устраивать циркуляционную линию с перепускным клапаном; использовать устройст­ва, автоматически регулирующие работу насоса или компрессора в зависимости от величины давления в линии.

Для предупреждения образования пробок в линиях производят очистку веществ от взвешенных твердых частиц и солей, не допу­скают образования отложений кокса, полимеров, льда, кристалло­гидратов.

Аппараты и трубопроводы, расположенные на открытых пло­щадках и в неотапливаемых помещениях, защищают теплоизоля­цией, прокладывают параллельно трубам паровые спутники.

- установить, могут ли быть явления, вызывающие повышение температурного режима работы аппарата: повышение температуры поступающего в аппарат вещества, повышение температуры подогрева аппарата, ухудшение процесса охлаждения аппарата, увеличение скорости экзотермических реакций и т. п..

Если какие-либо из этих явлений имеют место, их следует указать. При этом можно показать расчетом, насколько может повыситься давление в аппаратах с жидкостями или газами при повышении температур на определённую величину (см. [2], стр. 40-41, и [1], стр. 45-47):

 

Так давление в герметичных аппаратах с газами или перегретыми парами при повышении температуры определяют по формуле:

 

где Р_н  - начальное давление в аппарате, Па;

 Т_н, Т_к - соответственно начальная и конечная температура газа, К;

Z - коэффициент сжимаемости газа.

Конечное давление в аппаратах с насыщенными парами жидкостей и наличием жидкой фазы (при изменении температуры) определяют из выражения:

Р_к = Р _s = f (Т_к)

где Р _s - давление насыщенного пара при температуре Т_к, Па.

Приращение давления (при повышении температуры) в герметичном аппарате или участке трубопровода, полностью заполненном жидкостью, определяется по формуле:

где β - коэффициент объемного расширения жидкости;

β _сж - коэффициент объемного сжатия жидкости;

D Т = Т_к - Т_н - изменение температуры в аппарате, К.

Допустимую степень заполнения емкостных аппаратов с жидкостью рассчитывают по формуле:

e = 1- β D Т_макс

где e - степень заполнения аппарата;

β - коэффициент объемного расширения жидкости.

D Т_макс = Т_макс - Т_мин - предельный ожидаемый перепад температур,

 который может наблюдаться при эксплуатации аппарата, К.

 

 

- установить, может ли быть явление, приводящее к нарушению нормального процесса конденсации паров: уменьшение или прекращение подачи охлаждающей среды, загрязнение теплообменной поверхности.

Если это явление может иметь место, пояснить его и определить величину приращения давления (см. [2], стр. 41)

 

Конечное давление в аппарате определяется из выражения:

Р_к=Р_р + D Р

где Р_р - рабочее давление в аппарате, Па;

D Р - приращение давление в системе, Па.

    Приращение давления D Р в аппаратах при нарушении нормального процесса конденсации паров определяют по формуле:

  

где а - степень неполноты конденсации паров, %;

G _п - производительность аппарата по пару, кг/с;

t - продолжительность процесса нарушения конденсации паров, с;

   Р₀ = 1 ´ 10⁵ Па - давление окружающей среды;

V _св - свободный объем системы, м³;

r _t - плотность паров жидкости при температуре и давлении в аппарате.