(課程設(shè)計)容器設(shè)備泄爆措施設(shè)計

1、 PAGE 29目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc345851020 摘要與關(guān)鍵詞 PAGEREF _Toc345851020 h 1 HYPERLINK l _Toc345851021 【摘要】 PAGEREF _Toc345851021 h 1 HYPERLINK l _Toc345851022 【關(guān)鍵詞】 PAGEREF _Toc345851022 h 1 HYPERLINK l _Toc345851023 1概述 PAGEREF _Toc345851023 h 2 HYPERLINK l _Toc345851024 1.1設(shè)計基本原則 PAGEREF

2、 _Toc345851024 h 2 HYPERLINK l _Toc345851025 1.1.1實用原則： PAGEREF _Toc345851025 h 2 HYPERLINK l _Toc345851026 1.1.2簡化原則： PAGEREF _Toc345851026 h 2 HYPERLINK l _Toc345851027 1.2設(shè)計任務(wù)與設(shè)計內(nèi)容 PAGEREF _Toc345851027 h 2 HYPERLINK l _Toc345851028 1.3設(shè)計準(zhǔn)則 PAGEREF _Toc345851028 h 2 HYPERLINK l _Toc345851029 1.4設(shè)

3、計成果概述 PAGEREF _Toc345851029 h 2 HYPERLINK l _Toc345851030 2泄爆原理及安全性分析 PAGEREF _Toc345851030 h 3 HYPERLINK l _Toc345851031 2.1泄爆原理 PAGEREF _Toc345851031 h 3 HYPERLINK l _Toc345851032 2.2安全性分析 PAGEREF _Toc345851032 h 4 HYPERLINK l _Toc345851033 3.容器尺寸及已知基本參數(shù) PAGEREF _Toc345851033 h 5 HYPERLINK l _Toc3

4、45851034 3.1容器尺寸 PAGEREF _Toc345851034 h 5 HYPERLINK l _Toc345851035 3.2已知基本參數(shù) PAGEREF _Toc345851035 h 6 HYPERLINK l _Toc345851036 4.泄爆面積的計算與確定 PAGEREF _Toc345851036 h 6 HYPERLINK l _Toc345851037 4.1計算流程圖 PAGEREF _Toc345851037 h 6 HYPERLINK l _Toc345851038 4.2輸入?yún)?shù)確定 PAGEREF _Toc345851038 h 7 HYPERLI

5、NK l _Toc345851039 4.3計算容腔所需的最小泄爆面積 PAGEREF _Toc345851039 h 9 HYPERLINK l _Toc345851040 4.4對設(shè)備或建筑物進行高速湍流校正 PAGEREF _Toc345851040 h 12 HYPERLINK l _Toc345851041 4.5泄壓裝置慣性質(zhì)量的影響 PAGEREF _Toc345851041 h 13 HYPERLINK l _Toc345851042 4.6建筑物體積效應(yīng)修正 PAGEREF _Toc345851042 h 14 HYPERLINK l _Toc345851043 4.7泄壓管

6、影響的修正 PAGEREF _Toc345851043 h 15 HYPERLINK l _Toc345851044 5.泄爆管參數(shù)的計算與確定 PAGEREF _Toc345851044 h 18 HYPERLINK l _Toc345851045 5.1泄爆管長度計算與確定 PAGEREF _Toc345851045 h 18 HYPERLINK l _Toc345851046 5.2泄爆管半徑計算 PAGEREF _Toc345851046 h 18 HYPERLINK l _Toc345851047 5.3泄爆管設(shè)計 PAGEREF _Toc345851047 h 18 HYPERLI

7、NK l _Toc345851048 5.4泄爆管安裝方位 PAGEREF _Toc345851048 h 19 HYPERLINK l _Toc345851049 6反沖力及持續(xù)時間、沖量的計算 PAGEREF _Toc345851049 h 20 HYPERLINK l _Toc345851050 6.1反沖力計算 PAGEREF _Toc345851050 h 20 HYPERLINK l _Toc345851051 6.2反沖持續(xù)時間計算 PAGEREF _Toc345851051 h 20 HYPERLINK l _Toc345851052 6.3總沖量計算 PAGEREF _Toc

8、345851052 h 20 HYPERLINK l _Toc345851053 7安全卸放區(qū)域確定及維護措施 PAGEREF _Toc345851053 h 21 HYPERLINK l _Toc345851054 7.1安全泄防區(qū) PAGEREF _Toc345851054 h 21 HYPERLINK l _Toc345851055 7.2火球尺寸危險距離 PAGEREF _Toc345851055 h 21 HYPERLINK l _Toc345851056 7.3外部爆炸波壓力分布 PAGEREF _Toc345851056 h 22 HYPERLINK l _Toc34585105

9、7 7.4防護措施 PAGEREF _Toc345851057 h 23 HYPERLINK l _Toc345851058 8泄爆裝置安裝與維護措施 PAGEREF _Toc345851058 h 25 HYPERLINK l _Toc345851059 8.1泄爆裝置 PAGEREF _Toc345851059 h 25 HYPERLINK l _Toc345851060 8.2安裝與維護 PAGEREF _Toc345851060 h 25 HYPERLINK l _Toc345851061 9結(jié)論 PAGEREF _Toc345851061 h 26 HYPERLINK l _Toc3

10、45851062 9.1防爆設(shè)計主要參數(shù) PAGEREF _Toc345851062 h 26 HYPERLINK l _Toc345851063 9.2爆炸防護要求 PAGEREF _Toc345851063 h 26 HYPERLINK l _Toc345851064 9.3結(jié)束語 PAGEREF _Toc345851064 h 27摘要與關(guān)鍵詞【摘要】大多數(shù)固體可燃物質(zhì)的粉塵，當(dāng)其彌散在空氣中并受點火源的作用時，都能快速的燃燒，從而具有粉塵爆炸的危險。粉塵爆炸就是粉塵在爆炸極限范圍內(nèi)，遇到熱源，火焰瞬間傳播與整個粉塵混合空間，化學(xué)反應(yīng)速度極快，同時釋放大量的熱，形成很高的溫度和很大的壓力

11、，系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)化為機械工以及光和熱的輻射，具有很強的破壞力。泄爆就是通過將已燃燒、未燃燒的混合物以及燃燒氣體釋放出來，從而降低設(shè)備內(nèi)部的爆炸壓力，達到對設(shè)備防護的一種方法。其具體措施是在設(shè)備上開設(shè)足夠面積的開口，防止設(shè)備被損壞。本次課程設(shè)計通過對一種具體情況下的粉塵爆炸的研究以給定的的容器為基準(zhǔn)，完成了泄爆面積的計算與修正；泄爆管長度、直徑和安裝方位等參數(shù)的計算與確定；反沖力及其持續(xù)時間、沖量的計算；安全泄放區(qū)確定與防護措施的確定；泄放裝置安裝與防護措施的確定。設(shè)計過程中根據(jù)多種因素進行修正，力求符合實際情況。【關(guān)鍵詞】粉塵爆炸、容器泄爆、泄壓面積、泄爆管、泄壓裝置1概述1.1設(shè)計基本原則1.

12、1.1實用原則： 本次課程設(shè)計旨在為以一給定容器及相關(guān)參數(shù)為基準(zhǔn)，通過計算其泄壓面積來設(shè)計泄爆管與安全泄放面積等實際問題。因此本次課程設(shè)計應(yīng)遵從實用原則，一切從實踐經(jīng)驗出發(fā)，應(yīng)用大量由實踐得出的經(jīng)驗公式及修正系數(shù)，力求得出結(jié)果貼近實際應(yīng)用，使計算結(jié)果切實可用。1.1.2簡化原則： 由于此次課程設(shè)計時間較短，同時以我們現(xiàn)在已有的知識不足以深刻探求過多的實際的復(fù)雜問題。因此本次課程設(shè)計過程中運用了很多的簡化過程，忽略了許多的影響因素，并做了許多的假設(shè)。使設(shè)計計算過程有了一定程度上的簡化。1.2設(shè)計任務(wù)與設(shè)計內(nèi)容1.2.1泄爆面積的計算與確定1.2.2包括泄爆管長度、直徑和安裝方位等參數(shù)的計算與確定

13、（要求采用帶90彎頭）1.2.3反沖力及其持續(xù)時間、沖量的計算1.2.4安全泄放區(qū)域確定與防護措施1.2.5泄爆裝置安裝與維護措施1.3設(shè)計準(zhǔn)則本次課程設(shè)計主要依據(jù)的設(shè)計準(zhǔn)則為中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)粉塵爆炸泄壓指南GB/T 1560520081.4設(shè)計成果概述本次的課程設(shè)計中，根據(jù)課程設(shè)計任務(wù)書上所給出的已知容器尺寸以及相關(guān)參數(shù)，通過基本參數(shù)的簡單計算后，算出了最小的泄壓面積。隨后通過L/D、湍流影響、泄壓管影響進行修正得出最終的泄壓面積。之后根據(jù)泄壓面積算出了泄爆管的相關(guān)參數(shù)，并結(jié)合一定的材料初步設(shè)計了泄爆管安裝方位，并畫出了簡圖。此外，根據(jù)基本參數(shù)算出了反沖力及其持續(xù)時間，沖量等。最后根據(jù)

14、課程設(shè)計書及其他文獻材料確定了安全泄放區(qū)域、防護措施以及泄爆裝置的安裝與維護措施。通過上面所述的大致過程，編寫出了課程設(shè)計書，并進行了簡單的排版。除此之外，本次課程設(shè)計，我從最初拿到任務(wù)書一無所知，到慢慢與同學(xué)們探討，向老師請教，一步步的解決了許多問題。這不但讓我收獲了學(xué)術(shù)求知的寶貴方法，更讓我學(xué)到了團隊協(xié)作的重要性。2泄爆原理及安全性分析2.1泄爆原理泄爆的防護原理：Pred低于容腔的設(shè)計強度泄爆是一種可以預(yù)防爆炸壓力上升到不可接受水平的措施，泄爆通過使主要爆炸過程發(fā)生在敞開安全的地方而非建筑物內(nèi)或粉塵加工容器內(nèi)的方法來實現(xiàn)上述目的。在容腔壁面上設(shè)計一定的薄弱部位，該薄弱部位在爆炸形成的早期

15、階段即可打開。燃燒著的物料以及燃燒產(chǎn)物得以釋放，從而降低容腔內(nèi)的超壓。泄爆后容腔內(nèi)的殘余壓力稱為降低的爆炸壓力Pred。圖7.1表示承壓或泄爆時容腔內(nèi)的壓力隨時間的變化過程。曲線A是承爆時的壓力時間曲線，這種情況下，容腔內(nèi)的最大壓力可達到或超過10bar，大多數(shù)廠房建筑都不能承受這種幅值的爆炸壓力作用。在泄爆情況下，其產(chǎn)生的最大壓力相比前者較低，如圖曲線C所示。Pred值的大小與泄壓開口的面積、設(shè)置位置以及泄壓裝置的開啟壓力等有關(guān)，同時還受到其它因素的影響。泄爆系統(tǒng)的正確設(shè)計應(yīng)確保Pred低于容腔的設(shè)計強度。整個容腔的各個部分，例如進出口、滑閥等都可能承受爆炸壓力的作用，因此在估算整個容腔的設(shè)

16、計強度時，應(yīng)考慮到這些承受爆炸壓力作用的部件。可以用容腔最薄弱部分的設(shè)計強度來表示整個容腔的設(shè)計強度。圖7.1 泄爆和非泄爆情況下，典型的壓力時間曲線。2.2安全性分析安全性分析流程圖在本容器設(shè)備中需要考慮到泄爆防護，進行下一步安全性分析。泄爆時泄放有毒物質(zhì)是不可接受的，因此，當(dāng)要泄放的物質(zhì)是有毒的，或者可能造成嚴(yán)重的危害，采用泄爆措施是不安全的，此時應(yīng)該采用承爆或抑爆措施。在本容器設(shè)備的工藝中，所泄放是是無毒無害物料，進行下一步的安全性分析。物料的燃爆特性分析是確保容器設(shè)備的強度承受物料爆炸后的壓力。本設(shè)備的物料具有燃爆特性，進行下一步安全性分析。由于容器中的物料的燃爆特性，則必須要考慮設(shè)備

17、強度、配置情況和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而通過計算得到泄爆面積。進行下一步安全性分析。附：(6)廠房的配置結(jié)構(gòu)。當(dāng)容器的長徑比增大時，其爆炸效應(yīng)顯著增強。 （7）內(nèi)部結(jié)構(gòu)。在某些實際運用過程中，有時會遇到容積非常小的容器，要對這類容器進行泄爆實際上是非常困難的，因此必須將容器設(shè)計為在最大爆炸壓力作用下而不發(fā)生破裂來加以防護。在某些容積較小的容器中，由于其具有較大的內(nèi)表面積，因而其最大爆炸壓力可能降低到低于標(biāo)準(zhǔn)測試得到的最大爆炸壓力值。當(dāng)容器不是按照壓力容器設(shè)計規(guī)范進行設(shè)計時，則很難準(zhǔn)確估算其強度。此時應(yīng)根據(jù)最薄弱的連接部件的強度（例如連接銷、鉚釘連接或者其它連接方式的強度）來確定容器能夠承受的爆炸壓力。在

18、確定泄爆面積后，與容器壁的面積比較，能否提供足夠的泄爆面積。在本容器設(shè)備中，泄爆面積及容器壁面積的計算在第二章中，由此可以知道，本容器設(shè)備是可以提供足夠的泄爆面積的。進行下一步安全性分析。附：(8)是否存在足夠泄爆的面積？在尺寸較小的緊湊型容器中，工藝出料口和進料口都能提供足夠的泄爆面積，但同時還需考慮其發(fā)生傳爆的可能性。對承爆、泄爆或抑爆等系統(tǒng)，必須防止燃燒波沿相互連接的管道發(fā)生傳播。只要采用了合適的隔爆措施，就可以認為泄爆或抑爆過程中發(fā)生的點火總是局限于這兩種防護措施所保護的容器內(nèi)（即不會發(fā)生燃燒波的傳播）。如果沒有采取合理的隔爆措施，則需假定通過連接管道發(fā)生射流點火現(xiàn)象，因而需要采取更嚴(yán)

19、格的安全措施。本容器設(shè)備是單獨的泄爆容器，可以不考慮泄爆容器與其他工藝單元的隔爆措施。進行下一步安全性分析。泄爆措施是通過泄放容器中的物料達到降低容器中的壓力，因此容器外必須存在安全泄放區(qū)域。其中，安全泄放區(qū)域的確定詳見第二章。進行下一步安全性分析。附：(12)危險泄放區(qū)。泄爆口的設(shè)置應(yīng)確保不會對人員造成傷害，并盡可能地降低泄爆時所產(chǎn)生側(cè)火災(zāi)和爆炸波效應(yīng)。對此，需要進行危險性分析，從而合理確定泄爆時可能產(chǎn)生的危險區(qū)域范圍，相應(yīng)地，應(yīng)考慮防止人員進入這種危險區(qū)域。在正常運行過程中，必須防止人員進入泄爆口或泄爆管的泄放區(qū)域。 泄爆噴射出的火球體積可能非常大，盡管可以將爆炸泄放到敞開的區(qū)域，如果不能

20、泄放到敞開的安全區(qū)域，則應(yīng)考慮采用泄爆管將這種燃燒著的泄放物泄放到建筑物外比較安全的地方。在本容器設(shè)備考慮采用了泄爆管進行安全泄放，進行下一步安全性分析。 由于考慮到采用了泄壓管進行泄壓，在第二章有泄壓管的詳細設(shè)計，由此可以知道本容器設(shè)備可以安裝泄爆管。進行下一步安全性分析。 由以上分析，可以確定泄爆措施的安全性，進而可以著手進行泄爆的詳細設(shè)計。 在泄爆詳細設(shè)計完成后，需要建立確保泄爆系統(tǒng)設(shè)計、運行安全性的文件。保證泄爆系統(tǒng)的長期正常的運行。3.容器尺寸及已知基本參數(shù)3.1容器尺寸3.2已知基本參數(shù)容器材料屈服強度0.5bar、粉塵處理工藝在常溫常壓下工作（Pinitial=1bar=0bar

21、g）粉塵爆炸指數(shù)Kst=400barms-1、最大爆炸壓力Pmax=15bar泄爆裝置開啟壓力：Pstat=0.1bar4.泄爆面積的計算與確定4.1計算流程圖4.2輸入?yún)?shù)確定4.2.1題目中已知參數(shù)Kst=400barms-1, Pmax=15bar，Pstat=0.1bar，Pinitial=1bar=0barg,Pes=0.5bar4.2.2間接計算可得參數(shù)4.2.2.1降低的壓力Pred計算4.2.2.1.1壓力曲線4.2.2.1.2 容腔設(shè)計壓力的選取原則（1）如果設(shè)備變形可接受，卸壓容腔的Pred不能超過容腔極限強度的2/3。（2）如果容腔變形不可接受，則Pred不能超過卸壓容腔

22、屈服強度的2/3。（3）按照ASME鍋爐與壓力容器標(biāo)準(zhǔn)或類似標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的容腔，其最大許用工作壓力（用Pmawp表示）可以通過計算確定。4.2.2.1.3 卸壓措施應(yīng)防止容腔內(nèi)形成的最大壓力Pred不超過容腔的強度Pes，同時還應(yīng)考慮壓力上升速率引起的動態(tài)效應(yīng)，這種動態(tài)效應(yīng)可用動載荷因子（DLF）表示如下： （3.3.2） 式中：Pred = 卸壓過程中產(chǎn)生的最大壓力值bar (psi)Pes = 在容腔發(fā)生變形或爆炸時根據(jù)靜態(tài)壓力計算得到的容腔強度bar (psi)DLF = Xm/XsXm =最大沖擊擾度Xs = 靜荷載擾度，或者是當(dāng)以靜態(tài)方式加載最大載荷時系統(tǒng)產(chǎn)生的位移。(1) 如果沒有詳細

23、的結(jié)構(gòu)響應(yīng)分析數(shù)據(jù)，可以假設(shè)在最壞情形下取DLF1.5，并根據(jù)容腔最薄弱的結(jié)構(gòu)單元進行設(shè)計。(2)可以設(shè)置與卸壓面積相當(dāng)?shù)淖銐虻男秹嚎?，防止Pred超過的Pes 值（根據(jù)靜載荷計算得到）的三分之二。(3)可以依據(jù)對泄爆壓力曲線和容腔結(jié)構(gòu)響應(yīng)的分析結(jié)果，對DLF值進行修正。4.2.2.1.4計算Pred針對題中所給條件Pred=2/3Pes/1.5=0.22bar4.2.2.2容腔體積V以及L/D的計算4.2.2.2.1容腔體積（1）上半部分圓柱體體積計算：V1=h=87.96m（2）下半部分圓臺體積計算：20.77m（3）容器體積：V=V1+V2=108.73m4.2.2.2.2容器的長徑L/

24、D（1）H 等于料斗底部到泄壓口頂部的垂直距離6m（2）等于料斗體積加上泄壓口頂部以下圓柱的體積（a）圓柱部分的體積h =37.70m（b）直徑為D1和D2的卸料漏斗的體積= *h*(R2 + Rr +r2)/3=20.77m（c）Veff = 37.70+20.77=58.47m（d）Veff 是圖6.4.3(b)的陰影部分。（3）Aeff= Veff /H =58.47/6 =9.75m（4） = 3.52m，假定為圓柱形斷面。（5）Deff = 3.52m.（6）L/D = H/Deff =6 /3.52= 1.704.2.3查資料選取數(shù)據(jù)（1）泄壓裝置面密度：（2）泄壓裝置關(guān)系質(zhì)量：4

25、.3計算容腔所需的最小泄爆面積4.3.1計算公式及適用條件4.3.1.1應(yīng)采用式5.2.2（泄爆指導(dǎo)書上）計算必要的泄壓面積Av ，單位m： （5.2.2）式中：Av = 根據(jù)式5.2.2(m)計算得到的泄壓面積P = 泄壓裝置靜態(tài)破裂壓力的標(biāo)稱值(bar)K = 爆燃指數(shù)（bar-m/sec）V = 容腔體積（m）P= 爆燃最大壓力（bar）P= 爆燃泄壓后降低的壓力（bar）115式5.2.2 適用于點火前的初始壓力為1bar絕對壓力 0.2 bar。式5.2.2的適用范圍為：（1）5 bar P12 bar（2）10 bar-m/secK800 bar-m/sec（3）0.1 m V 1

26、0,000 m（4）P0.75 bar4.3.2判斷公式是否適用（1）Pinitial=1bar=0barg，滿足初始壓力適用條件（2）P=15bar，不滿足最大壓力適用條件 （3）Kst=400barms-1，滿足爆燃指數(shù)適用條件 （4）V=108.73m，滿足容腔體積適用條件。（5）Pstat=0.1bar，滿足爆炸裝置開啟壓力適用條件。（Pred=0.22bar）結(jié)論：根據(jù)已給的已知條件和公式的適用條件可知，P=15bar，不滿足最大壓力適用條件，故不能用此公式計算最小泄爆面積，只能通過相關(guān)圖表進行計算。4.3.3讀圖法計算最小泄爆面積4.3.3.1圖H.2（a）H.2（k）中曲線的使用

27、方法圖H.2（a）H.2（k）中同時對容腔的L/D進行了修正。這些圖沒有考慮湍流增強、泄爆管、分隔體積或升高的初始壓力等效應(yīng)，故可以除L/D以外，其他部分均需要修正。H.2.1 因子A. 利用圖H.2（a）或圖H.2（b）中的曲線。在圖的底端根據(jù)Kst值向上作垂線，與Pstat曲線相交，然后在左邊縱軸上讀取因子A的值。 圖H.2(a) 粉塵泄爆面積(50KSt300) 圖H.2(b)粉塵泄爆面積 (300KSt)H.2.2 因子B. 利用圖H.2（c）、圖H.2(d)、圖H.2(e)或圖H.2(f)的曲線。根據(jù)體積值向上作垂線與圖中曲線相交，然后在左邊縱軸上讀取因子B的值。 圖 H.2(c)粉

28、塵泄爆體積(010 m3). 圖H.2(d)粉塵泄爆體積 (10100 m3). 圖H.2(e)粉塵泄爆體積(1001000 m3) 圖H.2(f)粉塵泄爆體積(100010,000 m3)H.2.3 因子 C. 計算，即Pred 與Pmax 之比。利用圖H.2(g)、圖H.2(h)或圖H.2(i)。 在圖的橫軸上根據(jù)的取值作垂線與圖中曲線相交，然后在縱軸上讀取因子C的值。圖H.2(g) 粉塵泄爆面積(0.05). 圖H.2(h)粉塵泄爆面積(0.05 MT ，則泄壓面積需要額外增加泄壓面積，計算如下： （5.2.8）式中：A= 由5.2.2.6中式5.2.6.7或5.2.6.8計算得到的泄壓

29、面積。M = 泄壓裝置的慣性質(zhì)量（kg/m）（ 如果K 75 bar-m/sec，在式5.2.8中K值取75。）（4）當(dāng)M MT 時，A= A。4.5.3計算相關(guān)參數(shù)并選用修正公式由于Kst=400barms-1超出公式適用范圍，故忽略此步修正，因此Av3=Av2。4.5.4面積修正結(jié)果 Av3=Av2=11.15m4.6建筑物體積效應(yīng)修正4.6.1建筑物體積效應(yīng)本小節(jié)適用于具有粉塵爆炸危險的大型加工車間，這些車間的粉塵爆炸危險性通常與沉積在地板和其它表面的可燃物料，以及加工設(shè)備內(nèi)部的物料等有關(guān)。建筑物具有粉塵爆炸危險時，所需的最低泄壓面積可以根據(jù)整個建筑物的體積，也可以根據(jù)部分體積確定。部分

30、體積的確定方法如下：（1）從實際建筑物或與工藝設(shè)備和物料相似設(shè)施的地板上至少收集三個具有代表性的樣品。樣品的獲取需在計量的地板面積Afs內(nèi)收集，該計量的地板面積為0.37m2（4ft2）。（2）對每一個地板粉塵樣品稱量質(zhì)量，并計算平均質(zhì)量Mf（單位g）。 （3）從計量面積區(qū)域Ass（粉塵沉積表面上）收集至少兩個具有代表性的樣品。這些沉積表面可以在任何平面上，包括梁、架子和工藝設(shè)備和結(jié)構(gòu)的外表面。計算總表面積這些粉塵沉積表面的總表面積Asur 。（4）對每一個樣品稱量質(zhì)量并計算其平均質(zhì)量Ms（單位g）。 （5）確定可能從工藝設(shè)備中泄漏到建筑物中的可燃粉塵的總質(zhì)量Me 。（6）按照SATME122

31、6可燃粉塵爆炸壓力與壓力上升速率的測定方法對粉塵樣品進行測試，確定Pmax 、KSt ，以及對應(yīng)于最大的KSt 值的最佳粉塵爆炸濃度cw。（7）利用Pmax 和KSt的最大值，建筑物體積V,以及= Pred/Pmax ，利用式5.2.8和5.2.9小節(jié)中的相關(guān)規(guī)定計算泄壓面積Av3，該泄壓面積是整個建筑物內(nèi)都充滿可燃粉塵時進行泄壓所需的面積。 （8）計算最壞情況下，采用下式計算建筑物部分體積分?jǐn)?shù)Xr ： （5.3.4.2）式中：= 最壞情況下建筑物的部分體積分?jǐn)?shù)=地板樣品的平均質(zhì)量（g）= 計量地板面積。=最佳粉塵爆炸濃度H =建筑物天花板高度=沉積表面樣品的平均質(zhì)量（單位g）=沉積有粉塵的表

32、面的總面積=沉積粉塵表面的計量取樣面積V =建筑物體積=工藝設(shè)備可能泄漏到建筑物內(nèi)的可燃粉塵的總質(zhì)量（a）計算過程中應(yīng)采用幾種樣品的最低值。如果沒有計量取樣面積下的值，可以在該式中取值為200g/。（b）如果沒有計量取樣面積值 /和/，且一直根據(jù)MFPA654制造、加工和可燃固體顆粒物處理過程中火災(zāi)與粉塵爆炸預(yù)防標(biāo)準(zhǔn)使這些設(shè)施得到有效的清掃和維護，則上述比值可以采用近似值，這些近似值是基于整個地板區(qū)域和其它表面上（注：地板和沉積表面由5.3.4.2（3）中定義）沉積的粉塵層厚度為0.8mm1/32in、堆積密度為800 kg/m的基礎(chǔ)上得到的。對應(yīng)上述情況的近似值為640 g/m。（9）如果計

33、算得到的Xr 1，則最少需要的泄壓面積等于Av3。（a）如果Xr ，則無需進行爆燃泄壓。（b）如果1 Xr ，則所需的最低泄壓面積Av4可以由式5.3.1計算如下： 4.6.2公式選用及修正本課程設(shè)計中忽略建筑物體積效應(yīng)影響，因此取Av4=Av3=11.15m4.7泄壓管影響的修正4.7.1泄壓管的影響如果沒有泄壓管，則Avf = Av4；否則應(yīng)根據(jù)下式計算泄壓管的影響。求解過程是迭代求解，因為E1 和E2 都是Avf的函數(shù)。 （5.5.1a）式中：Avf在泄壓口上連接有泄壓管時所需的泄壓面積（）Av4= 用式5.3.1對部分體積泄壓修正后的泄壓面積（） （5.5.1b） （5.5.1c）式中

34、： = 泄壓裝置標(biāo)稱靜態(tài)開啟壓力（bar）V =容腔體積（）Lduct =泄壓管的總長度（m）K0= 1.5，為得到修正式5.2.2和5.2.3的數(shù)據(jù)進行實驗測試時所用的實驗裝置阻力系數(shù)值。（5.5.1d） 式中：K = 泄壓管道的總阻力系數(shù)Kinlet、Kelbows、Koutlet=各種裝配件的阻力系數(shù)U = 流體速度Dh =泄壓管道的水力直徑（m）fD = 充分發(fā)展湍流的達西（DArcy）摩擦因子。某些情況下，可能得到泄壓面積的兩個解。此時，選擇泄壓面積較小者。如果這些方程得不到泄壓面積的解，在應(yīng)通過減小泄壓管道長度或增加容腔的強度使容腔能承受較高的Pred值的方法，也可以兩者同時采用，

35、從而對泄壓設(shè)計進行修改。如果泄壓裝置沒在管道的進口處，則不能采用式5.5.1a。如果初始壓力在大氣壓附近波動超過0.2bar，則不能采用5.5.1a式。如果泄壓管道的在長度上仍一處的斷面積變化達10%以上，則不能采用5.5.1a式。如果泄壓管安裝的彎頭、內(nèi)流式篩漿機和防雨罩，只要能夠通過管道阻力系數(shù)K加以合理地考慮到這些障礙物的影響，在泄壓管道上就可以安裝上述附件。當(dāng)依據(jù)大型實驗進行泄壓設(shè)計時，也可以在式5.5.1a的適用條件范圍以外采用泄壓管道。泄壓管道的最大長度必須滿足下面的不等式：式中：min(A, B) = A與B的最小值Leff = min(Lduct , Ldusty)Ldusty

36、 = (Pmax Pred) V/Av4.7.1.10表5.5.10歸納了本章不同粉塵泄壓模型的適用條件表5.5.10 NFPA68中粉塵泄壓模型的適用條件粉塵泄壓模型運用泄壓管道0.8P01.2 bar（絕對壓力）泄壓裝置慣性質(zhì)量MT 且40 kg/m2允許分部分積泄壓1L/D6（最后計算泄壓管的影響）部分體積泄壓允許采用泄壓管泄壓裝置慣性質(zhì)量40 kg/m20.8P01.2 bar（絕對壓力）1L/D6（最后計算泄壓管的影響）較高的初始壓力無泄壓管泄壓裝置慣性質(zhì)量MT 且40 kg/m20.2P04 bar（表壓）整個體積內(nèi)爆燃1L/D6（最后計算初始壓力升高的影響）泄壓裝置慣性質(zhì)量0.8

37、P01.2bar（絕對壓力）無泄壓管泄壓裝置慣性質(zhì)量40 kg/m2允許部分空間泄壓1L/D64.7.2公式選用及修正此處忽略泄壓管對泄壓面積的影響，因此取Avf=Av4=11.15m5.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：式中：min(A, B) = A與B的最小值 Leff = min(Lduct , Ldusty) Ldusty = (Pmax Pred) V/Av5.1.2式中參數(shù)選取與計算D=Dhe=3.52m, Kst=400barms-1將參數(shù)代入公式，計算得Leffmin88,27.5=27.55.1.3

38、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，則D/4=Avf=11.15m，則D=3.85m5.3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

39、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

40、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。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： (3.3.5.2)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

41、 (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=100，DLF=1.2，Av=11.15 m,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：式中： = 卸壓口打開后，脈沖壓力的持續(xù)時間(sec) b = 4.310-3(1.310-3)Pmax =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

42、 (ft3)Av =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=108.73m,Av=11.15 m代入公式3.3.5.5，得tf=0.35sec6.3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： （3.3.5.6）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

43、的持續(xù)時間tf=0.35sec,代入公式3.3.5.6，計算得總沖量I=54.60kNsec7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

44、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(yán)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.

45、2 對于粉塵爆燃泄壓，距離D可以用式5.8.2表示： (5.8.2)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 =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=108.73m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

46、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：式中：Pmax,a =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=108.73m,Av=11.15 m代入5.8.3計算得Pmax,a=0.13 bar7.3.2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：式中：Pmax,r = 最大外部壓力Pmax,

47、a = 外部壓力(bar)D = 火球的最大長度(m)r = 距離泄壓口的距離0.2 D(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。總體上，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

48、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

49、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20m時，不應(yīng)安裝導(dǎo)流板。 圖9.3 Q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

50、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。針對容腔容積高達1000、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

51、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(biāo)準(zhǔn)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

52、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(biāo)準(zhǔn)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： 1.在設(shè)備正常運行期間，應(yīng)防止人員接近泄爆區(qū)域 2.泄爆裝置應(yīng)清楚地進行標(biāo)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 5.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 2.檢查安裝銷和彈簧緊固元件 3.檢查泄爆板和泄爆門的銹蝕情況 4.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 6.檢查泄爆板緊固裝置是否完好 7.清除泄爆裝置上或者泄爆管內(nèi)的沉積物 8.必須確保設(shè)備上的其