Примеры выполнения заданий второй части РГР

Пример 1: Дать заключение о горючести среды в резервуаре с ацетоном и найти объем взрывоопасной зоны вблизи его дыхательного устройства, если в течение часа произошло одно большое дыхание. Объем резервуара V_P=800 м³, степень его заполнения e=0,9, температура ацетона t_p=15 °C, рабочее давление Р_р=1·10⁵ Па.

Решение:

1. Оценка объема взрывоопасной зоны вблизи дыхательного устройства резервуара.

1.1. Определяем количество ацетона находящегося в резервуаре:

1.2. Определяем рабочую температуру в (°К)

1.3. Находим в справочных данных молекулярную массу ацетона (М):

М = 58,08 кг/кмоль.

1.4. Определяем объемную долю насыщенных паров (φ _s)

, где Р_общ=Р_р=10⁵ Па (3)

(4)

А=7,25058

В=1281,721 константы уравнения Антуана (табл. 2 приложения).

С_а=237,088

1.5. Определяем количество горючих паров, выходящих из аппарата при большом дыхании:

(16)

1.6. Определяем объем взрывоопасной смеси:

j_н=0,022

производим перерасчет

(6)

, примем К_б=4; Q_б=G_б, (24)

т.к. определяем для одного большого дыхания

2. Заключение о горючести среды.

Производим перерасчет φ_Н и φ_В в зависимости от рабочей температуры:

(2)

(2а)

Определяем является ли среда в аппарате горючей:

Принимая во внимание, что ацетон хранится продолжительное время в резервуаре, то φ _s= φ_р

Среда будет являться горючей если

(1)

0,196>0,1465

Следовательно, среда не является горючей.

Пример 2. При окраске методом окунания изделия погружают в ванну с лакокрасочным материалом. Площадь поверхности испарения ванны F=2м². Определить количество испарившегося с поверхности ЛКМ растворителя за час работы и оценить объём взрывоопасной зоны, который может образоваться над ванной при отсутствии движения воздуха над её поверхностью. Температура воздуха в помещении и растворителя t_в=t_р=20°С. Растворитель – метанол (пожароопасные свойства ЛКМ принять по растворителю).

Решение:

1. Определяем давление насыщенных паров метанола и концентрацию их над поверхностью жидкости:

(4)

А=8,22777

В=1660,454 константы уравнения Антуана (табл. 2 приложения).

С_а=245,818

; (3)

Р_бар=10⁵ Па

2. Определяем плотность паров метанола при рабочей температуре.

(6)

Т_р=20+273=293 К; М=32,042 кг/кмоль (табл. 1 приложения)

3. Определяем значение коэффициента диффузии при рабочей температуре.

(22)

где n=2,08; D₀=0,129·10^-4м²/c; -табл. 1 приложения.

4. Определяем интенсивность испарения с открытой поверхности.

(19)

5. Определяем количество метанола, испарившегося за 1 час.

Q=I_ин·t=2,7·10^-5·3600=9,78·10^-2кг. (23а)

6. Определяем объём взрывоопасной зоны.

(24)

произведём перерасчёт φ_Н (φ_Н=0,06)

(5)

Пример 3. Дать заключение о горючести среды в аппарате периодического действия при его нормальной работе. Определить суммарное количество паров, выходящих из этого аппарата при открывании крышки и заполнении его растворителем, а также оценить объём взрывоопасной зоны, которая при этом может образоваться. ЛВЖ – толуол, рабочая температура t_р=25°С, объём аппарата V=40 м³, степень его заполнения e=0,7, рабочее давление Р_р=0,2 Мпа.

Решение:

1. Определяем количество паров, вышедших из аппарата в период загрузки.

(16)

при Р_р=Р_бар формула будет иметь вид

(16)

DV=V·e=40·0,7=28 м³;

2. Определяем количество паров, выходящих при открывании крышки:

V_св=V·(1-e)=40·(1-0,7)=12 м³

(3)

тогда

(18)

3. Определяем общее количество паров, вышедших наружу.

G=G_б+G_п=3,95+1,7=5,65 кг.

4. Определяем объём взрывоопасной зоны.

Произведём перерасчёт j_н

(5)

(6)

(24)

5. Определяем, будет ли среда в аппарате горючей.

(1)

т.к. Т_р=298К, то φ_НТ= 0,013 и φ_ВТ= 0,067.

Φ _s= φ_р;

0,0098£0,038£0,0783

Следовательно, внутри аппарата образуется горючая среда

Пример 4. Определить количество выходящей наружу горючей жидкости при локальном повреждении аппарата (авария ликвидирована через 900 с). Определить количество испарившейся со свободной поверхности жидкости в неподвижную среду (испарение происходило в течение 1 часа) и величину объёма взрывоопасной зоны, которая может при этом образоваться. Жидкость – этанол, диаметр отверстия в стенке аппарата D_отв=3 мм, рабочее давление в аппарате Р_р=0,4 Мпа, температура жидкости t_ж=10°С, высота столба жидкости Н_ж=3 м. Коэффициент расхода принять равным 0,6; 1 л жидкости разливается на 1 м².

Решение:

1. Определяем количество жидкости, вышедшей из аппарата.

, (26)

r_t=797,9 кг/м³ – табл. 10 приложения;

t=900 с – по условию.

Определяем скорость истечения жидкости через отверстие

, (27)

, (28)

;

;

;

.

2. Определим количество жидкости, испарившейся с площади разлива:

определяем площадь разлива

;

определяем интенсивность испарения

(19)

;

где n=1,51; D₀=0,110×10^-4 м²/с – табл. 1 приложения.

;

определяем j_s

, (3)

, (4)

определяем плотность паров этанола

;

; (6)

определяем интенсивность испарения

;

. (23а)

3. Определяем объём взрывоопасной смеси

; (5)

(24)

Пример 5. Определить количество выходящего из аппарата газа при его локальном повреждении (повреждение ликвидировано через 10 мин) и время нарастания горючей концентрации при наличии воздухообмена в помещении. Газ – водород, диаметр отверстия в стенке аппарата D_отв=10мм, рабочее давление в аппарате Р_р=0,7 Мпа, объём помещения V=80 м³, кратность воздухообмена в помещении равна 4. Коэффициент расхода принять равным 0,8; температура газа 20°С.

Решение:

1. Определяем количество веществ, выходящих наружу при локальном повреждении:

, (26)

определяем скорость истечения газа, К=1,41 (табл. 4 приложения)

(31)

т.к. Р_кр>Р_с, 3,69×10⁵>1×10⁵ Па

, (30)

где Т_р=20+273=293 К

определяем плотность паров водорода при рабочей температуре:

, (6)

.

2. Определяем время нарастания горючей концентрации.

, (34а)

К_б=1,24 (табл. 2 приложения);

j_н298=0,04 (табл. 1 приложения);

V_п=0,8×V=0,8×80=64 м³;

; (35)

, (2)

Пример 6. Определить общее количество ЛВЖ, выходящей при полном разрушении аппарата, в который подавалась жидкость по двум трубопроводам, количество испарившейся жидкости и объём, в котором может образоваться горючая концентрация. Объём аппарата V_ап=1 м³, степень его заполнения e=0,6, ЛВЖ – бензол. Температура t_ж=20°С, диаметр трубопроводов принять равным 60 мм, расход насосов q₁=2м³/ч и q₂=1,5 м³/ч. Время отключения трубопроводов принять равным 900 с, площадь, на которую разливается 1л жидкости – 1 м², время испарения разлившейся жидкости – 1 ч, расстояние от аппарата до задвижки на трубопроводах – 10 м.

Решение:

1. Определяем количество жидкости вышедшей из аппарата при полном его разрушении.

. (33а)

r_tж=879 кг/м³ – табл. 10 приложения;

q₁=2 м³/час = 2/3600 м³/с = 0,00056 м³/с;

q₂=1,5 м³/час = 1,5/3600 м³/с = 0,00042 м³/с.

2. Определяем площадь розлива жидкости

,

так как 1л жидкости разливается – 1 м².

3. Определяем интенсивность испарения.

(19)

, (3)

, (4)

;

;

; (22)

D₀ = 0,0775·10^-4 м²/с; n = 1,86 – табл. 1 приложения;

Т_р = 20+273=293 К;

;

М=78,11 кг/кмоль – табл. 1 приложения;

, (6)

4. Определяем количество испарившейся жидкости

. (23а)

5. Определяем объём взрывоопасной среды

; (5)

j_н = 0,014 – табл. 1 приложения;

. (24)

Пример 7. Определить конечное давление в горизонтально расположенной цилиндрической емкости, которая оказалась полностью заполненной сжиженным газом, а также внутреннее напряжение, возникающее в стенке этой емкости, и необходимую величину свободного объема при заполнении емкости. Принять, что начальное давление было 1,2 Мпа, стенки емкости изготовлены из стали марки 20ХМ (s_в=450 Мпа). Сжиженный газ – аммиак, начальная t_н=20°С и конечная t_к=30°С температуры в ёмкости, диаметр цилиндрической части ёмкости D=4 м, длина ее L=8 м и толщина стенки d=0,01 м. Емкость находилась в эксплуатации 5 лет, стенки подвергались коррозии со скоростью 0,4 мм в год.

Решение:

1. Определяем конечное давление в ёмкости:

определяем коэффициент объёмного расширения и определяем среднее значение

Т_н=t_н+273=293 К; b₁=0,00234 К^-1; – табл. 13 приложения;

Т_к=t_к+273=303 К; b₂=0,00267 К^-1; – табл. 13 приложения;

;

по таблице определяем коэффициент объёмного сжатия

Т_н=293 К; b_сж1=128·10^-11 Па^-1; – табл. 14 приложения;

Т_к=303 К; b_сж2=158·10^-11 Па^-1; – табл. 14 приложения;

;

определяем приращение давления в ёмкости

; (42)

a=12·10^-6, K^-1, - табл. 15 приложения;

определяем конечное давление в ёмкости

Р_к=Р_н+DР=1,2+16,95=18,2 Мпа.

2. Определяем внутренние напряжения, возникающие в стенках ёмкости

определяем нормативно допускаемое напряжение

, (52)

где n_в=4,25; n_т=1,5; s_в=450 Мпа

;

так как , то

, (61)

С=5·0,4·10^-3=2·10^-3 м;

, (54)

где h=1, т.к. j_нт=0,15>0,1

условие прочности не выполняется, т.к.

[s]=1,059·10⁸<s=39,64·10⁸ Па.

3. Определяем допустимую степень заполнения и величину свободного объёма

, (43)

DТ=T_к.max-T_н.min=303-293=10 К;

;

;

Пример 8. Определить приращение давления в новом стальном трубопроводе, по которому транспортируется стирол. При эксплуатации трубопровода происходит уменьшение его сечения за счёт образования отложений. Начальное давление в трубопроводе 1 Мпа. Температура стирола 25°С. Длина трубопровода L=120 м, начальная скорость движения жидкости w₁=3 м/с, диаметр чистого (без отложений) трубопровода d=0,3 м и степень уменьшения диаметра трубопровода e при образовании отложений равно 0,5. Плотность стирола 902,6 кг/м³, коэффициент кинематической вязкости при 25°С равен 0,72·10^-6м²/с.

Решение:

1. Определяем потери напора на участке с d₁=0,3 м

, (37)

Определяем число Рейнольдса

;

D=0,15×10^-3 для новых труб

т.к. ,

то ; (39в)

2. Определяем потери напора в трубопроводе с отложениями.

Определяем диаметр трубопровода:

;

определяем скорость движения продукта по суженному сечению:

;

;

;

.

Т.к. ;

,

то

3. Определяем приращение давления:

Пример 9. Определить площадь сечения предохранительного клапана, который устанавливается на ректификационной колонне. Через клапан стравливаются пары бензола. Рабочее давление в колонне Р_р=0,3Мпа, рабочая температура t_р=100°С, производительность колонны по пару G=400 кг/ч. Стравливание происходит на факел через сепаратор, в котором давление равно 0,115 Мпа. Коэффициент расхода j=0,8.

Решение:

Пропускная способность предохранительного клапана определяется по формуле:

, (48)

отсюда площадь проходного сечения клапана

.

Определяем избыточное давление срабатывания предохранительного клапана

;

т.к. ,

то .

Определяем избыточное давление среды, в которую производится выброс

;

.

Определяем коэффициент расширения паров бензола В при истечении его через отверстие

;

тогда В=0,474 – табл. 3 приложения; к=1,10.

Определяем плотность паров бензола при срабатывании клапана:

;

где ;

Т_р=t_р+273=100+273=373 К;

М=78,11 кг/кмоль – табл. 1 приложения;

.

.

Пример 10. Определить гасящий диаметр отверстий сетчатого огнепреградителя, установленного на линии аварийного сброса горючего газа из аппарата. Вид горючего газа – метан, его температура t=30°С, давление в линии Р_р=0,3 Мпа.

Решение:

1. Определяем критический диаметр по формуле:

Т_р=t+273=303 К;

U_н=0,35 м/с; М=16,4 кг/кмоль – табл. 1 приложения;

Составляем уравнение реакции горения метана в воздухе:

CH₄+2(O₂+3,76N₂)=CO₂+2H₂O+2·3,76N₂+Q

Определяем объёмную долю горючего в стехиометрической концентрации j_г

Определяем коэффициент теплопроводности двухкомпонентной горючей газовоздушной смеси:

l=j_г·l_г+(1-j_г)·l_в

l_г=3,3·10^-2 Вт/(м·К) – табл. 6 приложения;

l_в=2,68·10^-2 Вт/(м·К) – табл. 7 приложения;

l=0,095·0,033+(1-0,095)·0,0268=2,74·10^-2 Вт/(м·К).

Определяем удельную теплоёмкость горючей смеси:

;

С_р.г.=2232 Дж/(кг·К); табл. 6 приложения

С_р.в.=1004 Дж/(кг·К) – табл. 7 приложения;

С_р=0,095·2232+(1-0,095)·1004=1120,7 Дж/(кг·К).

Определяем газовую постоянную для смеси:

М_в=28,96 кг/кмоль; Ре_кр=65 – справочные данные;

.

Для обеспечения надёжности гашения пламени фактический диаметр d каналов должен быть меньше критического в «К_н» раз

К_н³2

Пример 11. Определить диаметр гранул гравийного огнепреградителя, установленного на дыхательной линии резервуара с ЛВЖ. Вид ЛВЖ – бензол, температура в паровоздушном пространстве резервуара t_п=20°С, давление в резервуаре Р_р=1,1×10⁵ Па.

Решение:

1. Составим уравнение реакции горения:

C₆H₆+7,5(O₂+3,76N₂)=6CO₂+3H₂O+7,5×3,76N₂+Q

2. Определяем объёмную долю горючего в стехиометрической смеси:

.

3. Определяем коэффициент теплопроводности смеси:

l=j_г·l_г+(1-j_г)·l_в=0,0272×0,125+(1-0,0272)×0,0259=0,0286 Вт/м×К, (63)

l_г=0,125 Вт/м×К – табл. 6 приложения;

l_в=0,0259 Вт/м×К) – табл. 7 приложения.

4. Определяем удельную теплоёмкость смеси:

, (65)

С_р.в=1005 Дж/(кг×К); С_р.г=1616 Дж/(кг×К);

;

5. Определяем газовую постоянную для смеси:

;

М_г=78,11 кг/кмоль; М_в=28,96 кг/кмоль – табл.1 приложения;

;

6. Определяем критический диаметр канала огнепреградителя:

, (62)

Т_р=t_п+273=293 К;

U_н=0,407 м/с – табл. 1 приложения;

Р_{е кр}=65;

.

7. Для надёжности гашения пламени уменьшим диаметр:

.

8. Определяем диаметр гранул

D_гр=(3…4)×d=3,5×1,65=5,8 мм.

Пример 12. Определить время аварийного опорожнения цилиндрического аппарата постоянного по высоте сечения (слив самотёком) и продолжительность аварийного слива. Вид горючей жидкости – толуол, её температура t=20°С, диаметр аппарата D=1,5 м, его высота Н=3 м, степень заполнения e=0,8, диаметр сливного трубопровода d=70 мм, перепад высот DН=6 м, коэффициент расхода системы j=0,2. Продолжительность операций по приведению слива в действие принять равным 300 с.

Решение:

Продолжительность слива определяется по формуле:

(78)

где (79)

Так как слив производится самотёком,

то Н_пр.1=6 м, Н_пр.2=DН-e·Н=6-0,8·3=3,6 м;

Пример 13. Определить расчётом время аварийного выпуска ацетилена из аппарата и обосновать выполнимость условия безопасности при сбросе газа в газгольдер, избыточное давление среды в котором не превышает 0,05 Мпа. Объём газа V_г=1400 м³, t=20°С, Р_р=0,3 Мпа, диаметр трубопровода d_тр=0,2м, j=0,4. Продолжительность операции по приведению системы в действие принять равным 60 с, а время аварийного режима 600 с.

Решение:

Продолжительность аварийного выпуска горючих газов и паров определяется:

(85)

Определяем критическое давление:

; (31)

К=1,26 – табл. 4 приложения.

Определяем давление в газгольдере:

;

, (86)

где V_г=V_св=1400 м³.

;

Т_р=t+273=20+273=293 К;

;

.

Определяем продолжительность выпуска газа с докритической скоростью:

, (86а)

t_вып=462,5+130,2+60=652,7 с > 600 с

Следовательно, условие аварийного выпуска ацетилена не выполняется, т.к.

[t_вып]<t_вып

Пример 14. Определить требуемую площадь мембранного взрывного клапана и толщину мембраны для аппарата с ЛВЖ (ацетон), в паровоздушном (газовом) пространстве которого (при определённых условиях эксплуатации) образуются взрывоопасные концентрации. Объём газового пространства аппарата V_г=8 м³; температура горючей смеси t_см=30ºС; рабочее давление в аппарате Р_р=0,4 Мпа; материал мембраны – медь. Температура окружающей среды t_окр=20ºС. Стравливание производится в атмосферу.

Решение:

1. Составим уравнение реакции горения:

С₃Н₆О+4(О₂+3,76N₂)=3СО₂+3Н₂О+4·3,76N₂+Q

2. Определяем объём газообразных продуктов взрыва:

(89)

где Р_р=4·10⁵ Па – по условию;

Р_с=Р_бар=1·10⁵ Па – по условию;

Т_р=273+30=303 К – по условию;

Sn_i=1+4·4,76=20,04 моля;

Sm_i=3+3+4·3,76=21,04 моля.

Определяем теплоту сгорания исходной смеси при Т_р=303 К

Методом линейной интерполяции по таблице 11 приложения определяем значение теплоёмкости С_р по формуле:

Предварительно принимаем температуру взрыва Т_взр=2500 К

Определяем состав продуктов сгорания:

Определяем энергию продуктов сгорания:

Т.к. энергия продуктов сгорания превышает теплоту сгорания исходной смеси, принимаем Т_взр=2000 К

Методом линейной интерполяции определяем Т_взр.

Давление разрушения мембраны принимается при Р_р=4·10⁵ Па (см. Табл. 19)

Р_разр=1,25·Р_р=1,25·4·10⁵=5·10⁵ Па.

Тогда определяем DV_t

.

3. Определяем время достижения максимального давления взрыва по формуле:

где U_н=0,426 табл. 1 приложения; V_св=8 м³ – по условию.

4. Определим Р_кр по формуле:

т.к. Р_кр>Р_с, то скорость истечения определяем по формуле:

где m=0,7

где

тогда

Определяем общую площадь мембранного взрывного устройства:

Определим толщину мембраны:

где К=0,18 для меди;

Р_доп=5·10⁵ Па;

Значение констант уравнения Антуана и коэффициент безопасности

Таблица 2

Значение коэффициента В

В — коэффициент расширения паров или газов при их истечении через отверстия.

Таблица 3

Показатель адиабаты для некоторых паров и газов

Таблица 4

Примечание: Для вещества, отсутствующего в таблице, k – показатель адиабаты, принимается равным 1,3-1,4.

Значения коэффициента k в формуле (36)

Таблица 5

Рис.1. Зависимость коэффициента сжимаемости газов от температуры и давления.

Физические свойства некоторых горючих газов

Таблица 6

Поиск по сайту: