Улучшение условий труда в лесопильном цехе

         Быстрое изотермическое химическое превращение взрывоопасной среды, сопровождающееся выделением энергии и образованием опасных газов, способных производить работу, — называется «химическим» взрывом.

Взрыв или  возгорание газообразных или смешанных  горючих химических веществ наступает  при определенном содержании этих веществ  в воздухе, что приводит к разрушению и повреждению зданий и сооружений, технологических установок, емкостей и трубопроводов. На производстве при  взрыве газовоздушной, паровоздушной смеси или пыли образуется ударная волна. Степень разрушения строительных конструкций, оборудования, машин и коммуникаций, а также поражение людей зависит от избыточного давления во фронте ударной волны (разность между максимальным давлением во фронте ударной волны и нормальным атмосферным давлением перед этим фронтом).

Расчеты оценки действия взрыва горючих химических газов и жидкостей сводятся к  определению избыточного давления во фронте ударной волны ( ) при взрыве газовоздушной смеси на определенном расстоянии (R) от емкости, в которой хранится определенное количество (Q) взрывоопасной смеси.

Для ориентировочного определения избыточного  (кПа), давления ударной волны пользуются эмпирическими формулами:

 

при

;

при К > 2

 

.

 

где К — эмпирический коэффициент, зависящий от R (м) и Q (т) и определяемый по формуле:

 

.

 

Максимальные  значения избыточного давления во фронте ударной волны составляют при  взрыве газовоздушной смеси 800 кПа, пылей — 700 кПа, паровоздушной смеси — 100...200 кПа. Если принять во внимание, что в производственных условиях взрывы, как правило, происходят в замкнутом помещении, то полное избыточное давление формируется за счет процессов отражения механической волны от стен и составляет величину в 5...6 раз большую избыточного давления, возникшего при взрыве.

Насколько велики представленные значения избыточного  давления при взрывах, можно оценить  по следующим примерам: для разрушения армированного остекления зданий требуется 5...10 кПа, деревянных строений — 10...20 кПа, кирпичных зданий — 25...30 кПа, железобетонных конструкций стен цеха — 100...150 кПа.

Действие  ударной волны на человека менее 10 кПа считается безопасным, при  избыточном давлении от 10 до 30 кПа происходят легкие поражения или легкопроходящие нарушения (звон в ушах, головокружение), при избыточном давлении от 30 до 60 кПа человек получает поражения средней тяжести (вывихи, контузии головного мозга), избыточные давления от 60 до 100 кПа наносят человеку тяжелые контузии и травмы, приводящие к длительной потере работоспособности, при избыточном давлении более 100 кПа происходят крайне тяжелые контузии и травмы (переломы костей, разрывы внутренних органов), которые могут привести к гибели человека.

 Для каждой технологической системы должны предусматриваться меры по максимальному снижению взрывоопасности технологических блоков, входящих в нее:

- предотвращение  взрывов и пожаров внутри технологического  оборудования;

- защита  технологического оборудования  от разрушения и максимальное  ограничение выбросов из него  горючих веществ в атмосферу  при аварийной разгерметизации;

- исключение  возможности взрывов и пожаров  в объеме производственных зданий, сооружений и наружных установок;

- снижение  тяжести последствий взрывов  и пожаров в объеме производственных  зданий, сооружений и наружных  установок.

Общие принципы количественной оценки взрывоопасности

Принятые  сокращения:

ПГФ — парогазовая  фаза;

ЖФ — жидкая фаза;

АРБ — аварийная  разгерметизация блока.

Обозначение параметра - символа одним штрихом соответствует парогазовым состояниям среды, двумя штрихами – жидким средам, например, G ´ и G´´ соответственно масса ПГФ и ЖФ.

Обозначения:

Е – общий  энергетический потенциал взрывоопасности, (полная энергия сгорания ПГФ, поступившей  в окружающую среду при АРБ);

Е_n´´ - полная энергия, выделяемая при сгорании неиспарившейся при АРБ массы ЖФ;

Е_i ´ - энергия сгорания при АРБ ПГФ, непосредственно имеющейся в блоке и поступающей в него от смежных аппаратов и трубопроводов;

Е_i" – энергия сгорания ПГФ, образующейся при АРБ из ЖФ, имеющейся в блоке и поступающей в него от смежных аппаратов и трубопроводов;

А, А_i – энергия сжатой ПГФ, содержащейся непосредственно в блоке и поступающей от смежных блоков, рассматриваемая как работа ее адиабатического расширения при АРБ;

V, V´ ´  - соответственно геометрические  объемы ПГФ и ЖФ в системе,  блоке;

V´ ₀ – объем ПГФ, приведенный к нормальным условиям (T₀= 293 К, Р₀ = 0,1 МПа);

Р, P₀ – соответственно регламентированное абсолютное и атмосферное (0,1 МПа) давления в в блоке;

v_i´ - удельный объем ПГФ (в реальных условиях);

G₁´, G₁´´ - масса ПГФ и ЖФ, имеющихся непосредственно в блоке и поступивших в него при АРБ от смежных объектов;

G₂´´ – масса ЖФ, испарившейся за счет энергии перегрева и поступившей в окружающую среду при АРБ;

q´, q´´ - соответственно удельная теплота сгорания ПГФ и ЖФ;

q_Pi– суммарный тепловой эффект химической реакции;

T – абсолютная  температура среды: ПГФ или  ЖФ;

Т₀, T_i – абсолютная нормальная и регламентированная температуры ПГФ или ЖФ блока, К (T0 = 293 К);

t, t₀ – регламентированная и нормальная температуры ПГФ и ЖФ блока (t₀ = 20 °С);

T_к´´, t_к´´ - температура кипения горючей жидкости (К или °С);

w_i´, w_i´´ – скорость истечения ПГФ и ЖФ в рассматриваемый блок из смежных блоков;

S_i – площадь сечения, через которое возможно истечение ПГФ или ЖФ при АРБ;

ПP_i– скорость теплопритока к ГЖ за счет суммарного теплового эффекта экзотермической реакции;

ПT_i– скорость теплопритока к ЖФ от внешних теплоносителей;

К – коэффициент  теплопередачи от теплоносителя  к горючей жидкости;

F – площадь  поверхности теплообмена;

Dt – разность температур теплоносителей в процессе теплопередачи (через стенку);

r – удельная теплота парообразования горючей жидкости;

с´ – удельная теплоемкость жидкой фазы;

b₁,b₂ – безразмерные коэффициенты, учитывающие давление (Р) и показатель адиабаты (k) ПГФ блока;

m – безразмерный коэффициент, учитывающий гидродинамику потока;

ρ,ρ_i – плотность ПГФ или ЖФ при нормальных условиях (Р = 0,1 МПа и t0 = 20 °С) в среднем по блоку и по i-ым, поступающим в него при АРБ потокам;

τ_i – время с момента АРБ до полного срабатывания отключающей аварийный блок арматуры;

τ_Pi– время с момента АРБ до полного прекращения экзотермических процессов;

τ_Ti– время с момента АРБ до полного прекращения подачи теплоносителя к аварийному блоку (прекращение теплообменного процесса);

Ө_K– разность температур ЖФ при регламентированном режиме и ее кипении при атмосферном давлении;

G₄´´ – масса ЖФ, испарившейся за счет теплопритока от твердой поверхности (пола, поддона, обвалования и т.п.);

С₅´´ – масса ЖФ, испарившейся за счет теплопередачи от окружающего воздуха к пролитой жидкости (по зеркалу испарения);

G_∑ – суммарная масса ЖФ, испарившейся за счет теплопритока из окружающей среды;

F_Ж – площадь поверхности зеркала жидкости;

F_п – площадь контакта жидкости с твердой поверхностью разлива (площадь теплообмена между пролитой жидкостью и твердой поверхностью);

ε– коэффициент тепловой активности поверхности (поддона);

λ– коэффициент теплопроводности материала твердой поверхности (пола, поддона, земли и т.п.);

с_Т – удельная теплоемкость материала твердой поверхности;

ρ _Т – плотность материала твердой поверхности;

m_И – интенсивность испарения;

М – молекулярная масса;

R – газовая  постоянная ПГФ;

η – безразмерный коэффициент;

Р_Н – давление насыщенного пара при расчетной температуре;

τ_И – время контакта жидкости с поверхностью пролива, принимаемое в расчет.

Предельное  значение энергетических показателей  взрывоопасности технологического блока

1 Энергетический  потенциал взрывоопасности Е (кДж) блока определяется полной энергией сгорания парогазовой фазы, находящейся в блоке, с учетом величины работы ее адиабатического расширения, а также величины энергии полного сгорания испарившейся жидкости с максимально возможной площади ее пролива, при этом считается:

1) при аварийной  разгерметизации аппарата происходит  его полное раскрытие (разрушение);

2) площадь  пролива жидкости определяется, исходя из конструктивных решений  зданий или площадки наружной  установки;

3) время испарения  принимается не более одного  часа:

Е₁´ – сумма энергий адиабатического расширения А (кДж) и сгорания ПГФ находящейся в блоке, кДж:

Для практического определения  энергии адиабатического расширения ПГФ можно воспользоваться формулой:

где 1 может быть принято по табл. 1.

где

 

При избыточных значениях Р<0,07 МПа и PV´ <0,02 МПа•м3 энергию адиабатического расширения ПГФ (А) ввиду малых ее значений в расчет можно не принимать.

Для многокомпонентных сред значения массы и объема определяются с  учетом процентного содержания и  физических свойств составляющих эту смесь продуктов или по одному компоненту, составляющему наибольшую долю в ней.

Таблица 1

Значение коэффициента 1 в зависимости от показателя адиабаты среды и давления в технологическом блоке

Показатель адиабаты	Давление в системе, МПа
	0,07-0,5	0,5-1,0	1,0-5,0	5,0-10,0	10,0-20,0	20,0-30,0	30,0-40,0	40,0-50,0	50,0-75,0	45,-100,0
k=1,1	1,60	1,95	2,95	3,38	3,08	4,02	4,16	4,28	4,46	4,63
k=1,2	1,40	1,53	2,13	2,68	2,94	3,07	3,16	3,23	3,36	3,42
k=1,3	1,21	1,42	1,97	2,18	2,36	2,44	2,50	2,54	2,62	2,65
k=1,4	1,08	1,24	1,68	1,83	1,95	2,00	2,05	2,08	2,12	2,15

 

Е₂´ – энергия сгорания ПГФ, поступившей к разгерметизированному участку от смежных объектов (блоков), кДж:

Для i-го потока:

где

при избыточном давлении Р 0,07 МПа:

Е₁´´ – энергия сгорания ПГФ, образующейся за счет энергии перегретой ЖФ рассматриваемого блока и поступившей от смежных объектов за время i, кДж:

Количество ЖФ, поступившей от смежных блоков:

где

m– в зависимости от реальных свойств ЖФ и гидравлических условий принимается в пределах 0,4-0,8;

DР – избыточное давление истечения ЖФ.

E₂´´ – энергия сгорания ПГФ, образующейся из ЖФ за счет тепла экзотермических реакций, не прекращающихся при разгерметизации, кДж:

где τ_Pi принимается для каждого случая, исходя из конкретных регламентированных условий проведения процесса и времени срабатывания отсечной арматуры и средств ПАЗ, с.

E₃´´ – энергия сгорания ПГФ, образующейся из ЖФ за счет теплопритока от внешних теплоносителей, кДж:

Значение (кДж/с) может определяться с учетом конкретного теплообменного оборудования и основных закономерностей  процессов теплообмена по разности теплосодержания теплоносителя на входе в теплообменный элемент (аппарат) и выходе на него:

где: W_Ti– секундный расход греющего теплоносителя;

        r_Ti– удельная теплота парообразования теплоносителя

E₄´´ – энергия сгорания ПГФ, образующейся из пролитой на твердую поверхность (пол, поддон, грунт и т.п.) ЖФ за счет теплоотдачи от окружающей среды (от твердой поверхности и воздуха к жидкости по ее поверхности), кДж:

где

здесь Т₀ – температура твердой поверхности (пола, поддона, грунта и т.п.), К;

где 

Значение безразмерного коэффициента η ,  учитывающего влияние скорости и температуры воздушного потока над поверхностью (зеркало испарения) жидкости, принимается по табл. 2.

Скорость воздушного потока над зеркалом испарения, м/с	Значения коэффициента η  при температуре воздуха в помещении tО.С., °С
	10	15	20	30	35
0,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
1,0	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

 

По значениям общих энергетических потенциалов взрывоопасности E определяются величины приведенной массы и  относительного энергетического потенциала, характеризующих взрывоопасность  технологических блоков.

Общая масса горючих паров (газов) взрывоопасного парогазового облака m, приведенная к единой удельной энергии сгорания, равной 46000 кДж/кг:

Относительный энергетический потенциал  взрывоопасности Q_В технологического блока находится расчетным методом по формуле:

По значениям относительных  энергетических потенциалов Q_В и приведенной массе парогазовой среды m осуществляется категорирование технологических блоков.