(課程設(shè)計)容器設(shè)備泄爆措施設(shè)計

#泄爆管參數(shù)的計算與確定5.1泄爆管長度計算與確定5.1.1計算公式選用泄壓管道的最大長度必須滿足下面的不等式:島<min(5.5.9)式中：min(A,B)=A與B的最小值Leff=min(Lduct，Ldusty)Ldusty=(PmaxPred)°V/Av5.1.2式中參數(shù)選取與計算D=D=3.52m,Kst=400barms-lhe將參數(shù)代入公式，計算得LWmin[88,27.5]=27.5eff5.1.3泄爆管長度選取選取L=25m5.2泄爆管半徑計算假設(shè)泄爆管為圓形，貝也2n/4=A=11.15m2，貝廿D=3.85mvf5.3泄爆管設(shè)計泄爆管設(shè)計見圖9.10圖，其中幾種泄爆管的設(shè)計形式是禁止采用的。應(yīng)明確的問題是,針對特定的設(shè)計條件，必須采用合理的設(shè)計指南。如果降低的爆炸壓力的計算方法是在實驗結(jié)果的基礎(chǔ)上提出的，也可以采用其它設(shè)計方法。在泄爆管設(shè)計中，需要考慮的其它因素包括：5.3.1泄爆管中彎頭的位置彎頭位置設(shè)計所依據(jù)的實驗條件是在距泄爆管出口1m處設(shè)置有彎頭。因此，不強調(diào)彎頭位置必須靠近泄爆口的位置。建議彎頭位置距離泄爆口至少2m。5.3.2多個彎頭的影響建議在泄爆管上只設(shè)置一個彎頭。實驗研究表明，如果在泄爆管上設(shè)置有兩個彎頭，則所得到的降低的爆炸壓力將會升高。5.3.3泄爆管的強度泄爆管內(nèi)的壓力可能達到泄爆容器內(nèi)的壓力值。因此泄爆管應(yīng)具備足夠高的強度，從而可以承受相應(yīng)的爆炸壓力。有些情況下，盡管泄爆管內(nèi)的壓力甚至可以高于容器內(nèi)的壓力，但這些壓力對泄爆管的作用時間極短。5.3.4緩變式彎頭本指南中所規(guī)定的彎頭是急轉(zhuǎn)式彎頭，因為這種形式的彎頭代表了最壞的情形。如果采用緩變式彎頭，則在其它條件相同的情況下，泄爆管內(nèi)的壓力要低于急轉(zhuǎn)式彎頭內(nèi)的壓力。建議在計算帶緩變式彎頭的泄爆管的L/D值時，采用泄爆管的外輪廓線（見圖9.6和附錄6）。如果彎頭曲率半徑/泄爆管直徑之比小于2,則泄爆管的長度L計量方式不變，應(yīng)將彎頭考慮成急轉(zhuǎn)式彎頭，并采用附錄6中的B或C。5.3.5反沖力問題爆炸容器和泄爆管均應(yīng)進行緊固安裝，以承受反沖力作用。杲用屮口汕爆芭押南：運用＜45^彷兒的冊爆廿比南:焼止采用的泄爆昨的遡t卜:III-I■,I■：11^9.10泄爆但設(shè)艸5.3.6利用格柵保護泄爆管只要格柵的網(wǎng)格尺寸不是太小，泄爆管出口端安設(shè)的保護格柵對降低的爆炸壓力影響不大。但采用輕質(zhì)蓋板進行保護時可能導(dǎo)致降低的爆炸壓力增大。5.4泄爆管安裝方位由于本次課程設(shè)計要求為水平泄壓，則下圖為車間容器泄爆管安裝方位俯視圖

6反沖力及持續(xù)時間、沖量的計算6.1反沖力計算6.1.1公式選用無卸壓管時，應(yīng)采用下式確定作用在容腔上的反沖力:F=a-DLF-A-P(3.3.5.2)rvred式中：Fr=燃燒卸壓引起的最大反沖力[kN(lbf)]a=單位變換因子[100(1)]DLF=1.2Av=卸壓面積[m2(in2)]Pred=卸壓過程中形成的最大壓力[bar(psi)]6.1.2參數(shù)選取并代入計算a=100,DLF=1.2,Av=11.15m2,Pred=0.22bar忽略泄爆管的影響，代入公式3.3.5.2計算得反沖力Fr=294.36kN6.2反沖持續(xù)時間計算6.2.1公式選用應(yīng)根據(jù)3.3.5.5式計算反沖力的持續(xù)時間:A(3.3.5.5)A(3.3.5.5)式中：：f=卸壓口打開后，脈沖壓力的持續(xù)時間(sec)b=4.3X10-3(1.3X10-3)Pmax二未卸壓情況下產(chǎn)生的最大壓力[bar(psi)]Pred=卸壓過程中產(chǎn)生的最大壓力[bar(psi)]V=容腔容積[m3(ft3)]Av二卸壓面積(無卸爆管)[m2(ft2)]6.2.2參數(shù)選取及計算Pmax=15bar,Pred=0.22bar,V=108.73m3,Av=11.15m2代入公式3.3.5.5，得t=0.35secf6.3總沖量計算6.3.1公式選用在爆燃卸壓過程中，卸壓容腔的輔助結(jié)構(gòu)受到的總沖量可以用下式表達:I二0.53?F?t(3.3.5.6)rf式中：I=輔助結(jié)構(gòu)受到的總沖量[kN-sec(lbf-sec)]Fr=燃燒卸壓過程中受到的最大反沖力[kN(lbf)]tf=卸壓口打開后，脈沖壓力的持續(xù)時間(sec)6.3.2參數(shù)選取及代入計算由上述計算可得，反沖力Fr=294.36kN,脈沖壓力的持續(xù)時間tf=0.35sec,代入公式3.3.5.6,計算得總沖量I=54.60kN?sec7安全卸放區(qū)域確定及維護措施7.1安全泄防區(qū)與泄爆容器內(nèi)會形成高壓一樣，在泄爆容器外部由于泄放的火球與爆炸波，可能形成泄爆的二次效應(yīng)。必須考慮到泄爆產(chǎn)生的這些二次效應(yīng)，從而對人員或附近的設(shè)備或者建筑物提供合適的防護。實際上，泄爆不僅僅是將粉塵云和火焰泄放出來的事情。泄爆過程中釋放的火焰和粉塵粉塵云的尺寸和量可能很大(見圖9.1，其表明粉塵泄爆時的產(chǎn)生的火球)。因此在泄爆區(qū)域以外也存在著一定的危險性，可能造成人員的傷害或設(shè)備的損壞。已有相關(guān)文獻對泄爆危險區(qū)域范圍的估算方法進行了研究(見第十二章)。因此，在泄爆過程中將泄放物釋放到一個安全的地方是非常重要的，在工廠布局設(shè)計時也應(yīng)考慮到這種因素的影響。如果粉塵加工設(shè)備不能設(shè)置在敞開場所，則最好應(yīng)能夠在泄爆時采用泄爆管將燃燒著的粉塵云泄放到安全的地方(見9.4節(jié))。一般地，如果工廠尚未進行正常生產(chǎn)過程中，且廠房屋頂部分的人員通行可以得到嚴格限制，應(yīng)優(yōu)先選擇使泄爆口或泄爆管穿過廠房屋頂使其出口朝上。如果樓上設(shè)置有相關(guān)工藝設(shè)備，且周圍建筑物有足夠的間距，則采用側(cè)向泄爆，同時要求不會形成危險。7.2火球尺寸——危險距離應(yīng)采取措施降低火球溫度與壓力導(dǎo)致人員傷亡和設(shè)備損壞的風(fēng)險7.2.1有編制文件的風(fēng)險評價結(jié)果可以用于減小5.8.2中計算得到的危險距離。7.2.2對于粉塵爆燃泄壓，距離D可以用式5.8.2表示：D二K?fVV(5.8.2)In丿式中：D=(正面)到泄壓口的軸向距離(m)K=火焰長度系數(shù)

K=10,對金屬粉塵;K=8,對化學(xué)和農(nóng)業(yè)粉塵V=泄壓容腔的體積(m3)n二均勻布置的泄壓口的數(shù)量根據(jù)式5.8.2計算得到的軸向距離不應(yīng)超過60m。噴射出來的火焰寬度(從泄壓口中心線算起)應(yīng)計算為D值的一半?；鹎虻母叨榷x為與D的尺寸相同，火球一半的高度位于泄壓口中心線以上，火球的另一半位移中心線以下。7.2.3公式參數(shù)選定及代入計算假定K=10,n=1,由上述計算知V=108.73m3將以上參數(shù)代入公式5.8.2計算可得，D=47.73m因此安全泄放區(qū)域為以容器為中心，以47.73m為半徑的圓形區(qū)域以外的區(qū)域。7.3外部爆炸波壓力分布7.3.1外部壓力計算如果是立方體容器進行泄壓，Pmax,a值可以用式5.8.3近似計算如下:JrU上仏A-F(5.8.3)式中：Pmax,a二外部壓力(bar)Pred=降低的壓力(bar)Av=泄壓面積(m2)V=容腔體積(m3)根據(jù)前面計算知：Pred=0.22bar,V=108.73m3,Av=11.15m2代入5.8.3計算得Pmax,a=0.13bar7.3.2最大外部壓力計算對于較長的距離r(單位m)，最大外部壓力Pmax,r,可以用式5.8.4近似計算如下:Pmax.?-Pmax.?-式中：Pmax,r=最大外部壓力Pmax,a=外部壓力(bar)D=火球的最大長度(m)r=距離泄壓口的距離±0.2D(m)根據(jù)上述計算，D=47.73m,Pmax,a=0.13bar代入公式，得：Pmax,r=1.24/r(bar)7.4防護措施7.4.1運用導(dǎo)流板為減小泄爆危險區(qū)的范圍，運用導(dǎo)流板是一種可行的途徑。對此，英國健康與安全管理局（HSE）Buxton實驗室進行了一系列實驗加以研究。實驗中，采用的爆炸容器容積為6.3m3?？傮w上，這些實驗研究表明，當(dāng)導(dǎo)流板面積增加時，或者增大導(dǎo)流板的安裝角度均改善了裝置的運用效果。但這種導(dǎo)流板對降低的爆炸壓力幾乎沒有影響。圖9.2給出了對過去導(dǎo)流板設(shè)計實踐的一些修改情況，以及導(dǎo)流板可能采用的設(shè)計和安裝情況。導(dǎo)流板的面積應(yīng)至少是泄爆口面積的三倍，且導(dǎo)流板的尺寸不應(yīng)小于1.6倍泄爆口的尺寸。導(dǎo)流板應(yīng)與水平面之間至少保持45°的傾角（但60。效果更佳），從而將泄放出的火球朝向上方噴出。導(dǎo)流板的安裝位置距泄爆口應(yīng)有一定的距離，以確保導(dǎo)流板不會對泄放過程形成阻礙，從而導(dǎo)致泄爆容器內(nèi)的最大降低壓力升高。但同時應(yīng)注意導(dǎo)流板的安裝位置也不宜距泄爆口太遠。如圖9.2所示，爆炸測試表明1.5D的距離（式中D是泄爆口的直徑）可以取得較為滿意的效果，在實際設(shè)計中，也可以根據(jù)實際情況對該距離加以修正。所安裝的導(dǎo)流板應(yīng)能承受泄爆過程中產(chǎn)生的力的作用，該作用力可可以用降低的爆炸壓力乘以導(dǎo)流板面積計算得到。導(dǎo)流板的安裝運用可以限制泄爆火球在水平方向的延展程度，實驗表明，當(dāng)如圖9.2所示安裝導(dǎo)流板時，火球長度大致是無導(dǎo)流板時火球長度的一半左右。第十二章將介紹泄爆時產(chǎn)生的火球長度的估算方法。導(dǎo)流板以遠的隔離距離，應(yīng)根據(jù)工廠運行期間人員隔離該危險區(qū)域的要求來進行規(guī)定。導(dǎo)流板側(cè)向和橫向的隔離范圍的設(shè)置，原則上應(yīng)確保泄放物的側(cè)向噴射不至引起對人員傷害。當(dāng)容腔體積大于20m3時，不應(yīng)安裝導(dǎo)流板。圖9.2爆炸波導(dǎo)流扳的安裝諫計

圖9.3Q—管原理，過濾和熄火效應(yīng)共同作用，且無需考慮流動阻力問題。7.4.2抑爆一泄爆措施的聯(lián)合運用泄爆與在向泄爆口附近的火焰陣面噴撒抑爆劑聯(lián)合運用幾乎肯定有助于減小危險區(qū)域范圍。發(fā)生點火后立即向容器內(nèi)噴入抑爆劑，可降低車間內(nèi)的壓力的上升速率，因而可有效降低泄爆面積。這種系統(tǒng)的設(shè)計需要向相關(guān)專業(yè)人員進行咨詢。7.4.3阻火泄爆裝置的運用阻火泄爆裝置是設(shè)計用于可進行泄爆，同時不產(chǎn)生泄爆火球的爆炸防護措施。圖9.3和9.4表示典型的這種裝置，每種裝置都是由一個專用的泄爆板、外殼和阻火器單元構(gòu)成?；鹧娲┻^阻火單元時由于消耗能量使燃燒著的燃料溫度降到點火溫度以下，從而發(fā)生熄火。陽9.4灘爆阻.火裝旦針對容腔容積高達1000m3、粉塵爆炸等級為St3的粉塵進行了大量的爆炸測試，這些實驗測試驗證了阻火泄爆功能的有效性，但這種防護措施在實際運用時僅限于點火溫度較低的粉塵。在泄爆板上安裝短電線圈，可以實現(xiàn)一旦發(fā)生爆炸時工廠自動緊急停車的功能。7.4.4泄爆管的運用使用泄爆管的目的是將爆炸泄放到安全的地方，通常是從建筑物內(nèi)的設(shè)備將泄放物導(dǎo)向敞開空間。但這種泄爆管可能對泄爆過程產(chǎn)生阻礙作用，從而造成設(shè)備內(nèi)的降低的爆炸壓力升高。盡管對容器自身而言，可能所設(shè)計的泄爆參數(shù)是合理的，但由于安裝有泄爆管，則容器內(nèi)降低的爆炸壓力可能上升到容器設(shè)計強度以上。有三種方法計算泄爆管所產(chǎn)生的效應(yīng)，即歐洲標準方法、美國化學(xué)工程師協(xié)會方法（IChemE）和工廠互助研究（FMRC）方法。8泄爆裝置安裝與維護措施8.1泄爆裝置泄爆裝置：泄爆板（一旦打開后就不能復(fù)用）和泄爆門（可重復(fù)使用），可以采用鉸鏈或彈簧壓緊緊固8.2安裝與維護泄爆裝置的正確設(shè)計只能確保裝置本身的可靠運行，如果將這些泄爆裝置正確安裝并以較高的標準進行維護，則可確保安全。在泄爆裝置的安裝和維護過程中，應(yīng)符合制造商的相關(guān)說明和要求。同時，在安裝和維護過程中，必須考慮如下方面的重要問題：在設(shè)備正常運行期間，應(yīng)防止人員接近泄爆區(qū)域泄爆裝置應(yīng)清楚地進行標識3?設(shè)備正常運行期間，泄爆口不能作為檢查孔4?設(shè)備正常期間，泄爆裝置不應(yīng)被卡死或被其它遮蓋物遮擋工藝正常運行期間，不應(yīng)對泄爆裝置進行檢查維護6?如有必要，應(yīng)清除泄爆裝置上的冰雪等7?某些情況下，應(yīng)檢查泄爆裝置安裝密封處和鉸接處是否結(jié)冰，必要時應(yīng)進行融冰某些情況下，對泄爆裝置進行日常更換更為合理：1?檢查連接鉸鏈的靈活性；進行恰當(dāng)?shù)那鍧嵟c潤滑檢查安裝銷和彈簧緊固元件檢查泄爆板和泄爆門的銹蝕情況檢查密封圈和墊圈5?檢查是否在泄爆裝置內(nèi)側(cè)是否有粉塵堆積，如安裝有泄爆管，應(yīng)同時檢查泄爆裝置外側(cè)的粉塵堆積情況檢查泄爆板緊固裝置是否完好清除泄爆裝置上或者泄爆管內(nèi)的沉積物必須確保設(shè)備上的其它孔口或活動開口處于嚴密的關(guān)閉狀態(tài)，在泄爆時不得打開。9結(jié)論9.1防爆設(shè)計主要參數(shù)9.1.1泄壓面積A=11.15m29.1.2泄爆管相關(guān)參數(shù)泄爆管長度選取L=25m；泄爆管半徑D=3.85m9.1.3反沖力及其持續(xù)時間、沖量反沖力Fr=294.36kN；持續(xù)時間tf=0.35sec；總沖量1=54.60kN?sec9.1.4危險距離與壓力分布危險距離D=47.73m；最大外部壓力Pmax,r=1.24/r(bar)9.2爆炸防護要求從爆炸破壞力的形成來看，爆炸一般需要具備5個條件：.提供能量的可燃物質(zhì)(釋放源)；?輔助燃燒的助燃劑(氧化劑)；.可燃物質(zhì)與助燃劑的均勻混合；.混合物放在相對封閉的空間(包圍體)；.有足夠能量的點火源。因此防爆應(yīng)從可燃物濃度控制、氧濃度控制、點火源控制等角度著手進行防爆措施的選取。防爆措施的成功運用不僅要求規(guī)定足夠的泄爆口大小，同時還要求能有效處理泄爆引起的各種危險，如：外部火球、外部爆炸波、粉塵和產(chǎn)品的泄露、反沖力等等。應(yīng)根據(jù)實際情況，采取相應(yīng)措施進行經(jīng)濟、有效地防爆。例如含有粉塵的工廠中應(yīng)明確辨識出可能形成爆炸性粉塵濃度的工廠區(qū)域，并將其盡可能隔離?；蜻\用導(dǎo)流板、抑爆泄爆聯(lián)合作用、阻火泄爆、泄爆管等裝置將爆炸壓力泄放到安全泄放區(qū)域內(nèi)。運用上述措施時應(yīng)首先計算出安全泄放區(qū)域尺寸，與外部最大壓力分布，從而設(shè)計泄爆裝置的具體布置方位。同時要保證泄爆裝置的有效運行，必須要對其進行正確的安裝與定期的維護。結(jié)束語經(jīng)過兩個星期的奮斗,終于完成了此次課程設(shè)計,這對我來說是一種挑戰(zhàn),同時也是一種磨練,一步一步的邁向成功.在過程中我學(xué)到了很多,從一開始的一無所知,到后面的逐漸了解,再到最后的掌握,我又得到了一份人生中一份財富.這次設(shè)計中我得到了很多課本上根本無法得到的知識,不再像原來課本上的題了,沒有明確的做題步驟,沒有那么多條件,一切都靠自己的潛心研究,查閱資料,和同學(xué)激烈的討論,第一次發(fā)現(xiàn)自己的學(xué)習(xí)不再是一味的課本上的知識,而是能夠展現(xiàn)自己,用自己的方法,自己的能力去解決實際問題,想一想社會也就是這樣,沒有哪一個工程實際問題是我們可以在課本上找到的,是完全一模一樣的,我們是工科生,是新時代的新青年,要靈活的運用自己已經(jīng)解決的知識卻解決實際問題,只會讀書,不會應(yīng)用的人不是這個時代所需要的,為了讓自己能夠為祖國發(fā)展做出貢獻,我覺得這一點很重要.在這次課程設(shè)計中,我也發(fā)現(xiàn)了很多不足,覺得自己還有很多方面需要提高,需要努力,看見大家每個人都有自己的亮點,這個不是用平時考