3. Опасность аппаратов, из которых возможен выход горючих веществ без повреждения их конструкции

К таким аппаратам могут быть отнесены резервуар с этилбензолом и компрессоры.

При эксплуатации резервуара с этилбензолом в период его наполнения будет выбрасываться наружу взрывоопасная концентрация паров этилбензола, так как температура жидкости в резервуаре 20⁰ С, а температура вспышки этилбензола тоже 20⁰ С, т.е. t_раб =t_всп.. Объем взрывоопасной смеси в окружности дыхательной линии резервуара зависит от количества вытесненных паров при его большом дыхании. Потери за цикл «большого дыхания» определяют по формуле:

G_б= (V₁-V₂) P_раб/ T_раб·φ_s ·(M_пара/848), где

V₁ –объем резервуара, равный по заданию 1000 м³;

V₂ – объем парового пространства после заполнения, равный 0,1· V₁ , м³;

P_раб – давление в резервуаре, равное по заданию 1,01 атм. (10100 кг/м³);

T_раб - температура жидкости в резервуаре, равная 273+20 =293 К;

M_пар – молекулярный вес паров этилбензола, равный 108;

φ_s – концентрация паров этилбензола при температуре жидкости, равной 20⁰С;

φ_s= P_s / P_общ , где

P_s – давление насыщенных паров этилбензола при t_раб=20⁰С;

P_общ – общее давление в резервуаре, 775 мм рт.ст.;

Давление насыщенных паров определяют по справочным данным, а при их отсутствии можно определить расчетом по формуле Антуана:

lgP_s = A – B/C_A + t

где А, В, С_А – константы Антуана, соответственно равны: 7,94; 2113; 273.

lgP_s = 7,94-2113/273+20 = 0,73.

Следовательно, P_s =5,4 мм рт. ст., тогда φ_s =5,4/775 = 0,007 объемные доли.

Подставляя полученные данные, будем иметь:

G_б =(1000 – 0,1·1000)·(10100/273+20)·0,007·108/848 =29,2 кг/цикл.

Это количество паров этилбензола образует следующий объем взрывоопасной смеси паров с воздухом (Vм³):

V= G_б /0,5·φ_нкпв , здесь φ_нкпв нижний предел распространения пламени, г/м³.

В данных о свойствах этилбензола дано значение φ_нкпв = 0,9% объемных, в весовых единицах это будет:

φ^вес_нкпв=( φ^объем_нкпв·М /v)·10=(0,9·108/24)·10 = 40,5г/м³, где

v – объем килограмма молекулы при 20⁰С, м³,

Тогда V=29,2·1000 /0,5·40,5 = 1457 м³.

Такой объем взрывоопасной смеси даже для наружного резервуара представляет большую опасность, каждое «дыхание» резервуара приводит к значительным безвозвратным потерям и загрязняет воздушную среду. Для уменьшения потерь резервуар имеет на дыхательной трубе дыхательный клапан, но наиболее рациональное решение – применение резервуаров с плавающей крышей (что уже было предложено ранее).

При эксплуатации насосов и компрессоров может иметь место утечка жидкостей или газа через неплотности сальникового уплотнения вала. Это может привести к образованию опасных концентраций в помещениях. Объем взрывоопасной смеси можно определить расчетом, зная количество выходящего наружу продукта.

Т ак, например, количество этилбензола (G, кг/ч), выходящего через сальниковое уплотнение насоса, будет равно:

G = 0,05·d·γ ·k·√Н ,

d– диаметр вала насоса, по заданию равен 0,03 м;

γ – объемная масса этилбензола, равная 70 кг/м³;

k – коэффициент, показывающий, какая доля жидкости испаряется, выходя наружу. Примем k=1;

Η – давление, создаваемое насосом, равное 15 мм вод.ст.

Подставляя, получим:

G= 0,05·0,03·870· 1·√15=5,75кг/ч

Если все это количество этилбензола испарится, то при наличии работающей вентиляции в помещении насосной образуется взрывоопасная смесь в объеме (V):

V=G/φ_нкпв·n=5,75·1000/40,5·10= 14м³/ч,

где n – кратность воздухообмена, равная по заданию 1/ч.

Это составит: (V/П)· 100= (14/6·16·4)·100 = 3,65 % от объема помещения.

Для снижения этой опасности необходимо применить торцевое уплотнение вала или устроить местные отсосы паров от сальников насоса (тем более пары токсичны), а неиспарившуюся жидкость смывать водой в специальные отстойники.

Из компрессора количество воздуха, выходящего через сальник на стороне нагнетания, можно примерно определить по формуле:

G¹=A√P

G¹ – количество газа, выходящего через сальник, г/ч на 1мм периметра штока;

A – коэффициент для высоколетучих жидкостей и газов при нормальном состоянии сальников, принимают ≈ 5;

P – давление на линии нагнетания в ати. По заданию Р=0,5 ати.

Следовательно, G¹=A√P =5·√0,5 = 3,5 г/ч на 1 мм периметра.

Всего выйдет G = G¹πd =3,5·3,14·30 = 330 г/ч , где

d – диаметр вала компрессора, мм.

Это количество водорода может образовать местную взрывоопасную концентрацию в объеме помещения (без учета действия вентиляции):

V =G/0,5·φ_нкпв =330/0,5·4= 165 м³

Такое количество выходящего через сальники водорода, как показывают расчеты, представляет очень большую опасность, и поэтому устройство местных отсосов сальников необходимо. Система вентиляции должна включаться автоматически перед пуском компрессора и останавливаться только после остановки компрессора.