粉尘泄爆课程设计讲稿

重庆大学谢波一、爆燃泄压（泄爆）过程与原理1、泄爆过程与现象2、泄爆的防护原理：Pred低于容腔的设计强度。二、泄爆措施安全性分析（泄爆措施的可行性分析）四、泄爆的一般要求1、生命安全1）对有人员的容腔采取爆燃泄压措施，可防止容腔发生结构失效以及减小容腔外部相邻区域人员的伤亡。2）对无人员的容腔结构进行爆燃泄压，可以防止容腔发生破裂。3）爆燃泄压措施的设置应能避免在泄爆过程中造成人员的伤害。2、财产保护1）爆燃泄压的设计应能限制泄爆容腔的破坏程度。2）爆燃泄压的设计应能避免点燃邻近物质。3）爆燃泄压措施的设置应能避免造成邻近财物受爆炸波的破坏。4）爆燃泄压措施的设置应能避免抛射造成邻近财物的损失。五、泄爆设计内容1、泄爆面积计算影响因素：Pred、粉尘爆炸特性Kst与Pmax、容腔特征（V和L/D）、泄压装置的特性（破膜压力Pstat、泄爆装置的惯性、泄爆效率Ef。2、泄爆口位置3、泄爆管设计4、泄爆装置泄爆门或泄爆板的设计、安装、运用和维护。5、泄放安全区的确定及防护措施外部压力、火球尺寸，以及导流板、泄爆管参数的设计计算。六、几个设计基础参数与确定1、容腔强度Pes的确定图低碳钢的应力应变曲线2/32/3redesPP屈服极限变形不可接受极限强度变形可接受考虑到泄爆时的动态效应，采用动载荷因子（DLF）加以考虑，因此：最坏情况下，DLF=1.5。注：1）容腔的强度是系统最薄弱部件的强度。2）如果泄爆面积足够大情况下，仍发生不可接受的破坏时，需要考虑采取措施增强容腔强度，或采取其它防护措施。esredPPDLF2、L/D值的计算当几何形状较复杂或泄爆口不是开设在容腔端头时，则需要合理估算L/D值。这种情况下，L/D值的估算需根据容腔本身的设计情况、火焰达到泄爆口之前在容腔内穿行的最大距离以及火焰传播通过的体积来加以估算。具体方法如下：1）估算火焰在达到泄爆口之前可能穿行的最大距离H。2）计算火焰在容器内沿其传播通道穿行时所扫描体积Veff。3）用Veff除以H，得到有效容腔面积Aeff。4）根据Aeff计算有效容腔直径Deff。5）L/D＝H/Deff。实例如图7.2～7.83、泄爆装置虑的因素包括：泄爆装置的形状、开启压力、惯性大小、安装和布置方式，以及成本和维护方面等。1）泄爆装置分类分为爆破片（一旦打开后就不能复用）和泄爆门（可重复使用），可以采用铰链或弹簧压紧紧固。2）安装要求紧固装置不能阻碍泄爆装置正常动作，泄爆口开启灵活、不受阻碍；卸压容腔的运行不应受冰雪、油漆、腐蚀或残片或在其内表面上沉积物的阻碍（防雨雪罩、除冰）；Pstat在规定的范围内，泄爆装置能可靠地承受低于Pstat的压力脉动、其它振动或机械力作用。3）泄爆装置惯性泄爆装置具有一定的质量惯性，影响泄爆装置的开启，从而影响容腔内的Pred值，因此在泄爆面积设计时，需要加以考虑。对给定的泄爆开启压力，惯性越大，打开时间越长。反之，打开速度较快，泄爆更有效。应尽可能选用较低的质量惯性的泄爆装置，减小打开泄压口所需的时间。如果惯性质量超过一定的值，需对泄爆面积进行修正。泄爆效率：如果无惯性的泄爆装置，设泄爆面积为A1，在给定Pstat时，容腔内降低的爆炸压力为Pred，为达到同样的泄爆效果，采用有惯性的泄爆装置，其泄爆面积为A2，则泄爆效率E为：式中A1、A2分别是有惯性和无惯性泄爆装置的泄爆面积，E是泄爆效率，用于泄爆面积修正。12100AEA泄压效率百分数4）泄爆装置的技术要求泄爆装置必须能在较低可测的压力下打开；泄爆装置不能在非泄爆情况下打开，以免物料泄漏；泄爆装置动作迅速可靠，也即泄爆装置的质量惯性有一定的限制（泄爆装置的惯性质量增大时，泄爆过程受到的阻碍增强，降低了泄爆效率降低；此时由于当泄爆面积一定，因而Pred增大。爆破片基本无惯性，泄爆泄漏为100%）；如果由于泄爆装置安装可能导致其它安全隐患，例如食品生产过程中对人员的健康危害，则要求泄爆装置在容器内侧安装平整，防止形成死角积聚粉尘。如果泄爆装置在进行后能够再次关闭，从而阻止空气进入泄爆容器，有助于熄灭容器中残留的燃烧过程。如果容器外部压力大于容器内部的压力，要求泄爆装置能够承受这种压差作用，并保持正确的安装位置，例如泄爆容器能够承受外部风力的作用。4、泄爆管道1）基本要求泄爆容腔必须设置在建筑物内时，可以采用泄爆管将泄放物料排放到建筑物外的安全区。泄爆管断面不得小于泄爆口面积，在计算泄压面积时，应考虑到泄爆管的影响；泄爆管尽可能平直，如果必须采用弯头，尽可能曲率半径较大。由不燃材料制成，能够承受Pred的作用，当泄爆管带有弯头时，应根据Pred值进行反冲力计算，并采取相应的支撑措施。2）泄爆管参数设计泄爆管中弯头的位置一般在距泄爆管出口1m处设置有弯头，但不强调弯头位置必须靠近泄爆口，建议弯头位置距离泄爆口至少2m。多个弯头的影响设置多个弯头时，降低的爆炸压力将会升高，因此建议在泄爆管上只设置一个弯头。泄爆管的强度泄爆管内的压力可能达到泄爆容器内的压力值甚至可能高于容器内的压力，因此泄爆管应具备足够高的强度。缓变式弯头建议在计算带缓变式弯头的泄爆管的L/D值时，采用泄爆管的外轮廓线。如果弯头曲率半径/泄爆管直径之比小于2，则泄爆管的长度L计量方式不变。反冲力问题爆炸容器和泄爆管均应进行紧固安装，以承受反冲力作用。七、气体（或气雾）泄爆面积设计1、适用范围含有气体或气雾的L/D≤5的容腔泄爆。2、低强度容腔（能承受Pred不超过0.1bar的压力）的Av计算式中：Av=泄爆面积[m2]C=泄爆参数（确定方法见指导书4.2.2.1）AS=容腔内部表面积[m2]Pred=降低的最大压力[bar]Pred超过Pstat至少0.024bar1/2svredCAAP3、高强度容器（能承受超压大于0.1bar）Av计算1）L/D≤2时（1）2）当L/D＝2～5，且Pred超过2bar，需增加泄爆面积⊿A：（2）注：两式的适用范围为：KG≤550bar-m/sec、Pred≤2bar且最少为0.05bar、Pstat≤0.5bar、V≤1000m3、初始压力≤0.2bar。0.5822/30.5722/30.127lg0.05670.175(1)vGredredstatAKPVPPV2/2750vGAKLDA4、泄爆面积的修正1）泄爆装置惯性对泄爆面积修正如果质量惯性小于或等于40kg/m2，且KG小于等于130bar-m/sec（当KG小于75bar-m/sec，KG取75）时，可采用下式确定是否需要增大泄爆面积：当惯性质量MMT时，需增加泄爆面积⊿A1.670.20.30.56.67TredGVMPnK0.50.60.20.30.0075GivredKAAMVPn2）泄爆管对卸爆面积的修正当设置有泄爆管时，应该适当减小Pred值；如果泄爆管长度小于3m（按3m计算）和小于4倍水力直径，P‘red计算如下：当泄爆管长度为3～6m或长度≥4倍水力直径时：P‘red是有泄爆管时，为运用（1）或（2）计算泄爆面积时Pred的取值注：也可以采用下图考虑泄爆管对卸压面积的修正。1.1610.779redredPP1.9360.172redredPP图4.4.2气体爆燃泄压时，有泄压管或无泄压管时的最大压力。曲线A：长度小于3m以及长度小于四倍水力直径的泄压管道。曲线B：其它管道。3）初始压力效应当初始压力较高时，可用下式计算降低的最大压力：式中：Pred,2是初始压力为P2(barabs)时降低的最大压力（barabs）Pred,1=Pred，由式（1）和式（2）确定（barabs）P2=初始压力（barabs）P1=大气压力(1.0barabs)；注：上式中不同气体的指数取值见指南中的图4.6.2，可以外推，但不超过Av/V2/3=0.35。2,2,11redredPPPP与Av/V2/3的关系八、粉尘泄爆卸压面积计算1、适用范围可燃粉尘或杂混物L/D小于等于6的容腔。2、总体思路根据KSt、Pmax、Pstat、L/D、Pinitial等参数按照图示的流程，根据实际工艺条件，选用合适的方法确定泄爆面积和其它泄爆参数。3、低惯性泄爆装置时，泄爆面积的计算1）基本泄爆面积（初始压力为1barabs±0.2bar，L/D）：（3）上式适用范围：5bar≤Pmax≤12bar10bar-m/sec≤KSt≤800bar-m/sec0.1m3≤V≤10,000m3Pstat≤0.75barL/D的影响L/D≤2时：Av1＝Av02≤L/D≤6时：max43/43/401011.541PvstatstredPAPKV0.7521010.62exp0.95vvredLAAPD容腔内部流动状态的影响本次设计不予考虑，即Av2=Av1泄爆装置惯性的影响如果泄压装置的惯性质量小于等于40kg/m2且KSt小于或等于250bar-m/sec时，根据下式确定临界惯性MT：当MMT，需在基本泄压面积的基础上增加泄爆面积，泄爆面积增大到（4）式中：Av2=考虑容腔内流动状态影响后得到的泄压面积。M=泄压装置的惯性质量（kg/m2）注：如果KSt＜75bar-m/sec，在（4）中KSt值取75。当M≤MT时，Av3=Av2。1.670.20.30.56.67TredstVMPnK0.50.60.2320.310.0075stvredvKAMVPAn粉尘部分充入的影响本次设计不予考虑，故Av4=Av32）基本泄爆面积（容腔内初始压力大于0.2bar时）在满足一定条件，其基本泄爆面积可按相关公式进行计算，详见设计指导书5.4.1的规定处理，然后与前述类似考虑其他因素影响后，计算得到Av4。3）泄爆管对卸爆面积的影响有泄爆管时，泄爆面积计算如下：式中参数E1和E2(Avf的函数)、K的计算方法相见5.5的规定，K0=1.5。0.80.4412011.18vfvKAAEEK九、泄爆效应计算1、外部火球与外部爆炸压力（安全卸放区域的确定）泄爆过程中，卸放已燃或未燃物质，在外部形成火球，或者产生外部爆炸，从而形成冲击。1）火球长度计算：气体泄爆时：式中：V=泄爆容腔体积(m3)、n=均匀布置的泄爆口数量。粉尘泄爆时：式中：K=火焰长度系数，对金属粉尘K=10;对化学和农业粉尘k=10。V=泄压容腔的体积（m3）；n=均匀布置的泄压口的数量2）火球半径（从泄爆口中线开始向外侧）与火球高度（泄压口中心线以上，火球的另一半位移中心线以下）对气体或粉尘泄爆，火球半径按D值的1/2计算，火球高度取D值。0.4023.1VDn1/3VDKn2）外部压力粉尘泄爆后，可能发生外部爆炸，如果是立方行容器泄爆，最大外部爆炸压力Pmax,a值计算方法如下。式中：Pmax,a=外部压力(bar)、Pred=降低的压力(bar)、Av=泄压面积(m2)V=容腔体积(m3)、对于较远距离r(单位m)处，最大外部压力Pmax,r,可以用下式近似计算：式中：Pmax,r=最大外部压力、Pmax,a=外部压力(bar)、D=火球的最大长度(m)、r=距离泄压口的距离≥0.2D(m)注：上述两式下列条件下成立：容腔体积：0.3m3≤V≤10,000m3降低的压力Pred≤1bar；静态动作压力Pstat≤0.1bar；爆燃指数：KSt≤200bar-m/sec；Pmax≤9bar0.10.18max,0.2aredvPPAVmax,max,0.20raDPPr2、泄爆的反冲力计算在泄爆过程中，由于从泄爆口喷出物