非建筑物内或粉尘加工容器内泄爆原理及安全性分析设计书.doc

非建筑物内或粉尘加工容器内泄爆原理及安全性分析设计书1.1设计基本原则 1.1.1实用原则：本次课程设计旨在为以一给定容器及相关参数为基准，通过计算其泄压面积来设计泄爆管与安全泄放面积等实际问题。因此本次课程设计应遵从实用原则，一切从实践经验出发，应用大量由实践得出的经验公式及修正系数，力求得出结果贴近实际应用，使计算结果切实可用。 1.1.2 简化原则：由于此次课程设计时间较短，同时以我们现在已有的知识不足以深刻探求过多的实际的复杂问题。因此本次课程设计过程中运用了很多的简化过程，忽略了许多的影响因素，并做了许多的假设。使设计计算过程有了一定程度上的简化。1.2设计任务与设计内容 1.2.1泄爆面积的计算与确定 1.2.2包括泄爆管长度、直径和安装方位等参数的计算与确定（要求采用带45弯头） 1.2.3反冲力及其持续时间、冲量的计算 1.2.4安全泄放区域确定与防护措施 1.2.5泄爆装置安装与维护措施1.3设计准则1.4设计成果概述本次的课程设计中，根据课程设计任务书上所给出的已知容器尺寸以及相关参数，通过基本参数的简单计算后，算出了最小的泄压面积。随后通过L/D、湍流影响、泄压管影响进行修正得出最终的泄压面积。之后根据泄压面积算出了泄爆管的相关参数，并结合一定的材料初步设计了泄爆管安装方位，并画出了简图。此外，根据基本参数算出了反冲力及其持续时间，冲量等。最后根据课程设计书及其他文献材料确定了安全泄放区域、防护措施以及泄爆装置的安装与维护措施。通过上面所述的大致过程，编写出了课程设计书，并进行了简单的排版。除此之外，本次课程设计，我从一开始一脸茫然的状态，到慢慢与同学们探讨，向学长们请教，一步步的解决了许多问题。这不但让我解决了这次困难的课程设计，学会了许多思维方式跟学习方法，更让我学到了团队协作的重要性。2泄爆原理及安全性分析2.1泄爆原理泄爆的防护原理：Pred低于容腔的设计强度泄爆是一种可以预防爆炸压力上升到不可接受水平的措施，泄爆通过使主要爆炸过程发生在敞开安全的地方而非建筑物内或粉尘加工容器内的方法来实现上述目的。在容腔壁面上设计一定的薄弱部位，该薄弱部位在爆炸形成的早期阶段即可打开。燃烧着的物料以及燃烧产物得以释放，从而降低容腔内的超压。泄爆后容腔内的残余压力称为降低的爆炸压力Pred。图7.1表示承压或泄爆时容腔内的压力随时间的变化过程。曲线A是承爆时的压力时间曲线，这种情况下，容腔内的最大压力可达到或超过10bar，大多数厂房建筑都不能承受这种幅值的爆炸压力作用。在泄爆情况下，其产生的最大压力相比前者较低，如图曲线C所示。Pred值的大小与泄压开口的面积、设置位置以及泄压装置的开启压力等有关，同时还受到其它因素的影响。泄爆系统的正确设计应确保Pred低于容腔的设计强度。整个容腔的各个部分，例如进出口、滑阀等都可能承受爆炸压力的作用，因此在估算整个容腔的设计强度时，应考虑到这些承受爆炸压力作用的部件。可以用容腔最薄弱部分的设计强度来表示整个容腔的设计强度。图7.1 泄爆和非泄爆情况下，典型的压力时间曲线。2.2安全性分析安全性分析流程图2.2.1在本容器设备中需要考虑到泄爆防护，进行下一步安全性分析。2.2.2泄爆时泄放有毒物质是不可接受的，因此，当要泄放的物质是有毒的，或者可能造成严重的危害，采用泄爆措施是不安全的，此时应该采用承爆或抑爆措施。在本容器设备的工艺中，所泄放是是无毒无害物料，进行下一步的安全性分析。2.2.3物料的燃爆特性分析是确保容器设备的强度承受物料爆炸后的压力。本设备的物料具有燃爆特性，进行下一步安全性分析。2.2.4由于容器中的物料的燃爆特性，则必须要考虑设备强度、配置情况和内部结构，从而通过计算得到泄爆面积。进行下一步安全性分析。附：(6)厂房的配置结构。当容器的长径比增大时，其爆炸效应显著增强。 (7)内部结构。在某些实际运用过程中，有时会遇到容积非常小的容器，要 对这类容器进行泄爆实际上是非常困难的，因此必须将容器设计为在最大 爆炸压力作用下而不发生破裂来加以防护。在某些容积较小的容器中，由 于其具有较大的内表面积，因而其最大爆炸压力可能降低到低于标准测试 得到的最大爆炸压力值。当容器不是按照压力容器设计规范进行设计时， 则很难准确估算其强度。此时应根据最薄弱的连接部件的强度（例如连接 销、铆钉连接或者其它连接方式的强度）来确定容器能够承受的爆炸压力。2.2.5在确定泄爆面积后，与容器壁的面积比较，能否提供足够的泄爆面积。在本容器设备中，泄爆面积及容器壁面积的计算在第二章中，由此可以知道，本容器设备是可以提供足够的泄爆面积的。进行下一步安全性分析。附：是否存在足够泄爆的面积？在尺寸较小的紧凑型容器中，工艺出料口和进料口都能提供足够的泄爆面积，但同时还需考虑其发生传爆的可能性。2.2.6对承爆、泄爆或抑爆等系统，必须防止燃烧波沿相互连接的管道发生传播。只要采用了合适的隔爆措施，就可以认为泄爆或抑爆过程中发生的点火总是局限于这两种防护措施所保护的容器内（即不会发生燃烧波的传播）。如果没有采取合理的隔爆措施，则需假定通过连接管道发生射流点火现象，因而需要采取更严格的安全措施。本容器设备是单独的泄爆容器，可以不考虑泄爆容器与其他工艺单元的隔爆措施。进行下一步安全性分析。2.2.7泄爆措施是通过泄放容器中的物料达到降低容器中的压力，因此容器外必须存在安全泄放区域。其中，安全泄放区域的确定详见第二章。进行下一步安全性分析。附：（12）危险泄放区。泄爆口的设置应确保不会对人员造成伤害，并尽可能地降低泄爆时所产生侧火灾和爆炸波效应。对此，需要进行危险性分析，从而合理确定泄爆时可能产生的危险区域范围，相应地，应考虑防止人员进入这种危险区域。在正常运行过程中，必须防止人员进入泄爆口或泄爆管的泄放区域。2.2.8 泄爆喷射出的火球体积可能非常大，尽管可以将爆炸泄放到敞开的区域，如果不能泄放到敞开的安全区域，则应考虑采用泄爆管将这种燃烧着的泄放物泄放到建筑物外比较安全的地方。在本容器设备考虑采用了泄爆管进行安全泄放，进行下一步安全性分析。2.2.9由于考虑到采用了泄压管进行泄压，在第二章有泄压管的详细设计，由此可以知道本容器设备可以安装泄爆管。进行下一步安全性分析。2.2.10由以上分析，可以确定泄爆措施的安全性，进而可以着手进行泄爆的详细设计。2.2.11在泄爆详细设计完成后，需要建立确保泄爆系统设计、运行安全性的文件。保证泄爆系统的长期正常的运行。3.容器尺寸及已知基本参数3.1容器尺寸 3.2已知基本参数3.2.1容器材料极限强度0.5bar、粉尘处理工艺在常温、0.3barg下工作（注：Pinitial=1bar=0barg）；3.2.2粉尘爆炸指数Kst=300barms-1、最大爆炸压力Pmax=10bar3.2.3泄爆装置开启压力：Pstat=0.1bar4.泄爆面积的计算与确定4.1计算流程图4.2输入参数确定4.2.1题目中已知Kst=300barms-1, Pmax=10bar，Pstat=0.1bar，Pinitial=0.3barg,Pes=0.5bar4.2.2间接计算可得参数4.2.2.1降低的压力Pred计算4.2.2.1.1 容腔设计压力的选取原则4.2.2.1.1.1 如果设备变形可接受，卸压容腔的Pred不能超过容腔极限强度的2/3。4.2.2.1.1.2如果容腔变形不可接受，则Pred不能超过卸压容腔屈服强度的2/3。4.2.2.1.1.3 按照ASME锅炉与压力容器标准或类似标准设计的容腔，其最大许用工作压力（用Pmawp表示）可以通过计算确定。4.2.2.1.2 卸压措施应防止容腔内形成的最大压力Pred不超过容腔的强度Pes，同时还应考虑压力上升速率引起的动态效应，这种动态效应可用动载荷因子（DLF）表示如下： 式中：Pred = 卸压过程中产生的最大压力值bar (psi)Pes = 在容腔发生变形或爆炸时根据静态压力计算得到的容腔强度bar (psi)DLF = Xm/XsXm =最大冲击扰度Xs = 静荷载扰度，或者是当以静态方式加载最大载荷时系统产生的位移。(1) 如果没有详细的结构响应分析数据，可以假设在最坏情形下取DLF1.5，并根据容腔最薄弱的结构单元进行设计。(2)可以设置与卸压面积相当的足够的卸压口，防止Pred超过的Pes 值（根据静载荷计算得到）的三分之二。(3)可以依据对泄爆压力曲线和容腔结构响应的分析结果，对DLF值进行修正。4.2.2.1.3根据题中所给出的条件：Pes=0.5bar，DLF取最坏情况为1.5进行计算 Pred=2/3Pes/1.5=0.22bar4.2.2.2容腔体积V以及L/D的计算4.2.2.2.1容腔体积 + （1）上半部分长方体体积计算：（2）下半部分四棱体体积计算：= （3）容器体积：4.2.2.2.2容器的长径L/D（1）H 等于料斗底部到泄压口顶部的垂直距离4.5m（2） 等于长方体的体积（a）长方体部分的体积（b） = 13.5m（c） 是图A.6.4.3(b)的阴影部分。（3） 13.5/4.5=3（4）Deff=Aeff对应的水力直径=（0.5*（2.0+1.5）=1.75m。p （5）=1.75m.（6）4.2.3查资料选取数据（1）泄压装置面密度：（2）泄压装置关系质量：4.3计算容腔所需的最小泄爆面积4.3.1计算公式及适用条件4.3.1.1应采用式5.2.2（泄爆指导书上）计算必要的泄压面积Av ，单位m：式中：Av = 根据式5.2.2(m)计算得到的泄压面积P = 泄压装置静态破裂压力的标称值(bar)K = 爆燃指数（bar-m/sec）V = 容腔体积（m）P= 爆燃最大压力（bar）P= 爆燃泄压后降低的压力（bar）1154.3.1.1.1式5.2.2 适用于点火前的初始压力为1bar绝对压力 0.2 bar。4.3.1.1.2式5.2.2的适用范围为：（1）5 bar P 12 bar（2）10 bar-m/secK 800 bar-m/sec（3）0.1 m V 10,000 m（4）P0.75 bar4.3.2判断公式是否适用及选定参数的影响（1）Pinitial=0.3barg，满足初始压力适用条件（2）P=10bar，满足最大压力适用条件 爆燃过程中产生的最大压力和最大压力上升速率是爆燃防护设计中的关键参数。密闭容器爆燃的关键特征即是能达到的最大压力P，以及最大压力上升速率(dP/dt)max。压力上升速率较高意味着用于成功泄压的时间极短。反之，如果压力上升速率较低，则允许泄压过程相对较慢而能确保有效泄压。从所要求的泄压面积的角度，当其它参数保持不变时，压力上升速率越大，有效泄压所需的面积越大。（3）Kst=300barms-1，满足爆燃指数适用条件 粉尘的爆炸特性，即在密闭容器中实验测定的Kst值和最大爆炸压力P。这两个参数可以在1m3爆炸实验容器或20L球形容器中采用标准测试方法加以测定（详见第2章2.2节和附录3）。Kst值与实验所采用的容器容积有关，该参数表征了粉尘的爆炸特性，其单位为barm/s，可以根据下述方程计算得到： 式中V是实验容器的容积（m）,（dp/dt）是在标准实验测试中测得的最 大压力上升速率。（4）V=108.73m，满足容腔体积适用条件。 容腔的特征：V和L/D。V是容腔容积。一般地，容腔容积是指用于泄爆面积计算的自由空间体积，例如收尘器中就不能包括滤尘袋的体积。L/D是容腔长度与直径之比。在紧凑型容腔中，火焰的运动不会受到轴向流动的影响，因而在这种密闭容器中的火焰速度可以保持相对较低的速度，且对大多数粉尘而言，其产生的最大超压大致为10倍初始压力。但在长型容器中，容器内的轴向流动能引起火焰加速并达到很高的火焰速度，因而产生很高的爆炸压力，特别是当L/D值较大时，其爆炸压力更高。故此，L/D比值对泄压面积的计算有很大的影响。（5）Pstat=0.1bar，满足爆炸装置开启压力适用条件。（Pred=0.22bar） 泄压过程中达到的最大压力即Pred通常高于泄压装置的开启压力Pstat。Pred超过Pstat的大小是容腔内压力上升速率、泄压面积和泄压装置惯性质量的复杂函数。当泄压面积与容腔容积之比较大时，Pred接近Pstat。当降低泄压面积时，Pred增大，当泄压面积趋近于零时，Pred趋近于Pmax。 结论：根据本课题给出条件可以按公式5.2.2计算最小泄爆面积4.3.3计算过程及结果将上述数据代入，运算得，Avo=8.58m4.4根据容腔L/D修正公式4.4.1公式与适用条件（1）当L/D 小于等于2时，应设A 等于A。（2）当L/D 值大于2且小于等于6时，按照下式计算所需的泄压面积A：式中exp(A) = e ，e是自然对数的底。（3）对于顶部给料的储罐、料斗和筒仓，只要利用所有校正因子后计算得到的基本泄压面积不超过容腔的断面积，式5.2.3可以推广到L/D值高达8。4.4.2计算相关参数并选用公式由于前面所算L/D=2.29，不满足条件（1），因此应给与修正。于是有8.58m4.4.3计算过程及结果根据公式及使用条件可得16.1m4.5对设备或建筑物进行高速湍流校正4.5.1湍流作用4.5.1.1湍流引起火焰褶皱，使作用于未燃物料的火焰面积增加，从而导致火焰速度增加。4.5.1.2如果密闭容器中的燃料/氧化剂混合物初始处于静止状态，容器中初始湍流导致压力上升速率增大，其产生的最大压力也略有增加。湍流导致所需的泄压面积增加。图4.5.1.2表示湍流和燃料浓度的这种作用。4.5.1.3在爆燃过程中，气体和粉尘流动通过容腔内的障碍物时也会产生湍流。在如管道等加长容腔中，湍流的产生得以增强，火焰速度达到很高的值，引起爆燃向爆轰的转变。在泄压过程中，由于未燃气体流动通过泄压开口，可能在容腔内部和外部产生湍流。图4.5.1.2 甲烷空气混合物中湍流对最大压力和压力上升速率的影响。4.5.2公式及适用条件（1）式5.2.3适用于整个工艺条件下轴向空气平均速度 和切向空气速度 都小于20m/sec的粉体加工和储存设备，由该式可以计算得到所需泄爆面积的最小值。（2）为运用式5.2.3，轴向平均空气速度可以由下式计算得到：式中：Q = 流经设备的体积流率（m/sec）L = 空气和产品流动方向上设备的总长度（m）V = 设备容积(m)（3）如果周向（即切向）空气速度是设备内部的切向空气速度，则 可以取为0.5 ，式中 是设备内的最大切向空气速度。（4）Q, ， ,以及 的值可实测得到，也可以由熟悉设备设计、运行状况的人员计算得到。（5）实测或计算结果应有详细的文档记录，供泄压设计人员和有关管理机构应用。（6）如果得到的与的最大值小于20 m/sec，应设A 等于A。（7）如果 或中任一速度大于20 m/sec，则可以利用下式计算A：式中max(A, B) = 是A与B的最大值。（8）存在粉尘爆炸危险的建筑物泄压时，可以由5.2.6.8式确定：（9）可以通过利用部分体积公式5.3.1，适当减少这些建筑物所需的泄压面积。4.5.3公式选用及计算根据本题所给出条件以及具体情况的分析可知，本题应不考虑动态因素影响。因此忽略湍流影响。得8.58 m4.6泄压装置惯性质量的影响4.6.1泄爆效率泄爆效率：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。4.6.2公式及适用条件（1）当泄压装置的惯性质量小于等于40 kg/m且K 小于或等于250 bar-m/sec时，应采用式5.2.7.2来确定基本泄压面积是否需要增加，泄压面积的增大量可按5.2.7.2计算。（2）当泄压装置的惯性质量MT 超过式5.2.7.2的计算值时，需要对泄压面积进行调整。式中：= 惯性质量临界值（kg/ m）P = barn = 泄压装置数量V= 体积(m)K 250 bar-m/sec（3）如果M ，则泄压面积需要额外增加泄压面积，计算如下：式中：A= 由5.2.2.6中式5.2.6.7或5.2.6.8计算得到的泄压面积。M = 泄压装置的惯性质量（kg/m）（如果K 75 bar-m/sec，在式5.2.8中K值取75。）（4）当M 时，A= A。4.6.3计算相关参数并选用修正公式选取泄压膜片惯性质量M=20 kg/m,n=1P=0.22bar, V=21.75m, Kst=300barms-1代入公式5.2.7.2，算得=21.0kg/m大于M，满足条件（4）因此4.6.4面积修正结果=16.1 m4.7建筑物体积效应修正4.7.1建筑物体积效应4.7.1.1本小节适用于具有粉尘爆炸危险的大型加工车间，这些车间的粉尘爆炸危险性通常与沉积在地板和其它表面的可燃物料，以及加工设备内部的物料等有关。4.7.1.2建筑物具有粉尘爆炸危险时，所需的最低泄压面积可以根据整个建筑物的体积，也可以根据部分体积确定。部分体积的确定方法如下：（1）从实际建筑物或与工艺设备和物料相似设施的地板上至少收集三个具有代表性的样品。样品的获取需在计量的地板面积Afs内收集，该计量的地板面积为0.37m2（4ft2）。（2）对每一个地板粉尘样品称量质量，并计算平均质量Mf（单位g）。 （3）从计量面积区域Ass（粉尘沉积表面上）收集至少两个具有代表性的样品。这些沉积表面可以在任何平面上，包括梁、架子和工艺设备和结构的外表面。计算总表面积这些粉尘沉积表面的总表面积Asur 。（4）对每一个样品称量质量并计算其平均质量Ms（单位g）。 （5）确定可能从工艺设备中泄漏到建筑物中的可燃粉尘的总质量Me 。（6）按照SATME1226可燃粉尘爆炸压力与压力上升速率的测定方法对粉尘样品进行测试，确定Pmax 、KSt ，以及对应于最大的KSt 值的最佳粉尘爆炸浓度cw。（7）利用Pmax 和KSt的最大值，建筑物体积V,以及= Pred/Pmax ，利用式5.2.8和5.2.9小节中的相关规定计算泄压面积Av3，该泄压面积是整个建筑物内都充满可燃粉尘时进行泄压所需的面积。P （8）计算最坏情况下，采用下式计算建筑物部分体积分数Xr ：式中：Xr = 最坏情况下建筑物的部分体积分数M f =地板样品的平均质量（g）Afs = 计量地板面积。cw =最佳粉尘爆炸浓度H =建筑物天花板高度M s =沉积表面样品的平均质量（单位g）Asur =沉积有粉尘的表面的总面积Ass = 沉积粉尘表面的计量取样面积V = 建筑物体积Me =工艺设备可能泄漏到建筑物内的可燃粉尘的总质量（a）计算过程中应采用几种样品cw 的最低值。如果没有计量取样面积下的cw 值，可以在该式中取cw 值为200g/m3。（b）如果没有计量取样面积值 M f / A f和M s/A ss ，且一直根据MFPA654制造、加工和可燃固体颗粒物处理过程中火灾与粉尘爆炸预防标准使这些设施得到有效的清扫和维护，则上述比值可以采用近似值，这些近似值是基于整个地板区域和其它表面上（注：地板和沉积表面由5.3.4.2（3）中定义）沉积的粉尘层厚度为0.8mm1/32in、堆积密度为800 kg/m的基础上得到的。对应上述情况的近似值为640 g/m。（9） 如果计算得到的Xr 1，则最少需要的泄压面积等于Av3。（a）如果Xr P ，则无需进行爆燃泄压。（b）如果1 Xr P ，则所需的最低泄压面积Av4可以由式5.3.1计算如下：4.7.2公式选用及修正本课程设计中由于设计所需资料不全，故可近似忽略建筑物体积效应影响，因此取=16.14.8泄压管影响的修正4.8.1泄压管的影响4.8.1.1如果没有泄压管，则Avf = Av4；否则应根据下式计算泄压管的影响。求解过程是迭代求解，因为E1 和E2 都是Avf的函数。式中：Avf =在泄压口上连接有泄压管时所需的泄压面积（m2）Av4 = 用式5.3.1对部分体积泄压修正后的泄压面积（m2）式中：Pstat = 泄压装置标称静态开启压力（bar）V =容腔体积（m3）Lduct =泄压管的总长度（m）K0 = 1.5，为得到修正式5.2.2和5.2.3的数据进行实验测试时所用的实验装置阻力系数值。式中：K = 泄压管道的总阻力系数Kinlet、Kelbows、Koutlet=各种装配件的阻力系数U = 流体速度Dh =泄压管道的水力直径（m）fD = 充分发展湍流的达西（DArcy）摩擦因子。4.8.1.2某些情况下，可能得到泄压面积的两个解。此时，选择泄压面积较小者。4.8.1.3 如果这些方程得不到泄压面积的解，在应通过减小泄压管道长度或增加容腔的强度使容腔能承受较高的Pred值的方法，也可以两者同时采用，从而对泄压设计进行修改。4.8.1.4如果泄压装置没在管道的进口处，则不能采用式5.5.1a。4.8.1.5如果初始压力在大气压附近波动超过0.2bar，则不能采用5.5.1a式。4.8.1.6如果泄压管道的在长度上仍一处的断面积变化达10%以上，则不能采用5.5.1a式。4.8.1.7如果泄压管安装的弯头、内流式筛浆机和防雨罩，只要能够通过管道阻力系数K加以合理地考虑到这些障碍物的影响，在泄压管道上就可以安装上述附件。4.8.1.8当依据大型实验进行泄压设计时，也可以在式5.5.1a的适用条件范围以外采用泄压管道。4.8.1.9泄压管道的最大长度必须满足下面的不等式：式中：min(A, B) = A与B的最小值Leff = min(Lduct , Ldusty)Ldusty = (Pmax Pred) V/Av4.8.1.10表5.5.10归纳了本章不同粉尘泄压模型的适用条件表5.5.10 NFPA68中粉尘泄压模型的适用条件粉尘泄压模型运用泄压管道0.8P01.2 bar（绝对压力）泄压装置惯性质量MT 且 40 kg/m2允许分部分积泄压1L/D6（最后计算泄压管的影响）部分体积泄压允许采用泄压管泄压装置惯性质量 40 kg/m20.8P01.2 bar（绝对压力）1L/D6（最后计算泄压管的影响）较高的初始压力无泄压管泄压装置惯性质量MT 且 40 kg/m20.2P04 bar（表压）整个体积内爆燃1L/D6（最后计算初始压力升高的影响）泄压装置惯性质量0.8P01.2bar（绝对压力）无泄压管泄压装置惯性质量 40 kg/m2允许部分空间泄压1L/D64.8.2公式选用及修正 本题中由于条件不足，可以忽略泄压管对泄压面积的影响，因此 取=16.1m 5.1泄爆管长度计算与确定5.1.1计算公式选用泄压管道的最大长度必须满足下面的不等式：式中：min(A, B) = A与B的最小值Leff = min(Lduct , Ldusty)Ldusty = (Pmax Pred) V/Av5.1.2式中参数选取与计算D=Dhe=1.75m, Kst=300barms-1将参数代入公式，计算得Leffmin58.33,36.67=36.675.1.3泄爆管长度选取 选取L=35m5.2泄爆管半径计算假设泄爆管为圆形，则D/4=Avf=8.58m，则D=3.3m5.3泄爆管设计泄爆管设计见图9.10图，其中几种泄爆管的设计形式是禁止采用的。应明确的问题是，针对特定的设计条件，必须采用合理的设计指南。如果降低的爆炸压力的计算方法是在实验结果的基础上提出的，也可以采用其它设计方法。在泄爆管设计中，需要考虑的其它因素包括：5.3.1泄爆管中弯头的位置弯头位置设计所依据的实验条件是在距泄爆管出口1m处设置有弯头。因此，不强调弯头位置必须靠近泄爆口的位置。建议弯头位置距离泄爆口至少2m。5.3.2多个弯头的影响建议在泄爆管上只设置一个弯头。实验研究表明，如果在泄爆管上设置有两个弯头，则所得到的降低的爆炸压力将会升高。5.3.3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。因此泄爆管应具备足够高的强度，从而可以承受相应的爆炸压力。有些情况下，尽管泄爆管内的压力甚至可以高于容器内的压力，但这些压力对泄爆管的作用时间极短。5.3.4缓变式弯头本指南中所规定的弯头是急转式弯头，因为这种形式的弯头代表了最坏的情形。如果采用缓变式弯头，则在其它条件相同的情况下，泄爆管内的压力要低于急转式弯头内的压力。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（见图9.6和附录6）。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，应将弯头考虑成急转式弯头，并采用附录6中的B或C。5.3.5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。5.3.6利用格栅保护泄爆管只要格栅的网格尺寸不是太小，泄爆管出口端安设的保护格栅对降低的爆炸压力影响不大。但采用轻质盖板进行保护时可能导致降低的爆炸压力增大。5.4泄爆管安装方位由于本次课程设计要求为水平泄压，则下图为车间容器泄爆管安装方位俯视图6反冲力及持续时间、冲量的计算6.1反冲力计算6.1.1公式选用无卸压管时，应采用下式确定作用在容腔上的反冲力：式中：Fr = 燃烧卸压引起的最大反冲力kN (lbf)a = 单位变换因子100 (1)DLF = 1.2Av = 卸压面积m2(in2)Pred = 卸压过程中形成的最大压力bar (psi)6.1.2参数选取并代入计算=100，DLF=1.2，Av=8.58,Pred=0.22bar忽略泄爆管的影响，代入公式3.3.5.2计算得反冲力Fr=226.51kN6.2反冲持续时间计算6.2.1公式选用应根据3.3.5.5式计算反冲力的持续时间：式中：= 卸压口打开后，脉冲压力的持续时间(sec) b = 4.3 103(1.3103) Pmax =未卸压情况下产生的最大压力bar (psi)Pred = 卸压过程中产生的最大压力bar (psi)V = 容腔容积m3 (ft3)Av =卸压面积(无卸爆管) m2(ft2)6.2.2参数选取及计算Pmax=10bar, Pred=0.22bar, V=21.75m,代入公式3.3.5.5，得tf=0.039sec6.3总冲量计算6.3.1公式选用在爆燃卸压过程中，卸压容腔的辅助结构受到的总冲量可以用下式表达：式中：I = 辅助结构受到的总冲量kN-sec (lbf-sec)Fr = 燃烧卸压过程中受到的最大反冲力 kN (lbf)t f = 卸压口打开后，脉冲压力的持续时间 (sec)6.3.2 参数选取及代入计算由上述计算可得，反冲力Fr=226.51kN, 脉冲压力的持续时间tf=0.37sec,代入公式3.3.5.6，计算得总冲量I=43.58kN-sec7安全卸放区域确定及维护措施7.1安全泄防区与泄爆容器内会形成高压一样，在泄爆容器外部由于泄放的火球与爆炸波，可能形成泄爆的二次效应。必须考虑到泄爆产生的这些二次效应，从而对人员或附近的设备或者建筑物提供合适的防护。实际上，泄爆不仅仅是将粉尘云和火焰泄放出来的事情。泄爆过程中释放的火焰和粉尘粉尘云的尺寸和量可能很大（见图9.1，其表明粉尘泄爆时的产生的火球）。因此在泄爆区域以外也存在着一定的危险性，可能造成人员的伤害或设备的损坏。已有相关文献对泄爆危险区域范围的估算方法进行了研究（见第十二章）。因此，在泄爆过程中将泄放物释放到一个安全的地方是非常重要的，在工厂布局设计时也应考虑到这种因素的影响。如果粉尘加工设备不能设置在敞开场所，则最好应能够在泄爆时采用泄爆管将燃烧着的粉尘云泄放到安全的地方（见9.4节）。一般地，如果工厂尚未进行正常生产过程中，且厂房屋顶部分的人员通行可以得到严格限制，应优先选择使泄爆口或泄爆管穿过厂房屋顶使其出口朝上。如果楼上设置有相关工艺设备，且周围建筑物有足够的间距，则采用侧向泄爆，同时要求不会形成危险。7.2火球尺寸危险距离应采取措施降低火球温度与压力导致人员伤亡和设备损坏的风险7.2.1 有编制文件的风险评价结果可以用于减小5.8.2中计算得到的危险距离。7.2.2 对于粉尘爆燃泄压，距离D可以用式5.8.2表示： (5.8.2)式中：D =（正面）到泄压口的轴向距离(m)K = 火焰长度系数K = 10,对金属粉尘;K = 8，对化学和农业粉尘V = 泄压容腔的体积（m3）n =均匀布置的泄压口的数量7.2.2.1 根据式5.8.2计算得到的轴向距离不应超过60m。7.2.2.2喷射出来的火焰宽度（从泄压口中心线算起）应计算为D值的一半。7.2.2.3火球的高度定义为与D的尺寸相同，火球一半的高度位于泄压口中心线以上，火球的另一半位移中心线以下。7.2.3公式参数选定及代入计算假定K=10，n=1，由上述计算知V=21.75m将以上参数代入公式5.8.2计算可得，D=27.91m因此安全泄放区域为以容器为中心，以27.91m为半径的圆形区域以外的区域。7.3外部爆炸波压力分布7.3.1外部压力计算如果是立方体容器进行泄压，Pmax,a 值可以用式5.8.3近似计算如下：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)根据前面计算知：Pred=0.22bar,V=21.75m,Av=,代入5.8.3计算得Pmax,a=0.10bar7.3.2最大外部压力计算对于较长的距离r (单位m)，最大外部压力Pmax,r ,可以用式5.8.4近似计算如下：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0.2 D(m)根据上述计算，D=27.91m,Pmax,a=0.10bar 代入公式，得:Pmax,r=0.55/r(bar)7.4防护措施7.4.1运用导流板为减小泄爆危险区的范围，运用导流板是一种可行的途径。对此，英国健康与安全管理局（HSE）Buxton实验室进行了一系列实验加以研究。实验中，采用的爆炸容器容积为6.3m3。总体上，这些实验研究表明，当导流板面积增加时，或者增大导流板的安装角度均改善了装置的运用效果。但这种导流板对降低的爆炸压力几乎没有影响。图9.2给出了对过去导流板设计实践的一些修改情况，以及导流板可能采用的设计和安装情况。导流板的面积应至少是泄爆口面积的三倍，且导流板的尺寸不应小于1.6倍泄爆口的尺寸。导流板应与水平面之间至少保持45的倾角（但60效果更佳），从而将泄放出的火球朝向上方喷出。导流板的安装位置距泄爆口应有一定的距离，以确保导流板不会对泄放过程形成阻碍，从而导致泄爆容器内的最大降低压力升高。但同时应注意导流板的安装位置也不宜距泄爆口太远。如图9.2所示，爆炸测试表明1.5D的距离（式中D是泄爆口的直径）可以取得较为满意的效果，在实际设计中，也可以根据实际情况对该距离加以修正。所安装的导流板应能承受泄爆过程中产生的力的作用，该作用力可可以用降低的爆炸压力乘以导流板面积计算得到。导流板的安装运用可以限制泄爆火球在水平方向的延展程度，实验表明，当如图9.2所示安装导流板时，火球长度大致是无导流板时火球长度的一半左右。第十二章将介绍泄爆时产生的火球长度的估算方法。导流板以远的隔离距离，应根据工厂运行期间人员隔离该危险区域的要求来进行规定。导流板侧向和横向的隔离范围的设置，原则上应确保泄放物的侧向喷射不至引起对人员伤害。当容腔体积大于20m时，不应安装导流板。7.4.2抑爆泄爆措施的联合运用泄爆与在向泄爆口附近的火焰阵面喷撒抑爆剂联合运用几乎肯定有助于减小危险区域范围。发生点火后立即向容器内喷入抑爆剂，可降低车间内的压力的上升速率，因而可有效降低泄爆面积。这种系统的设计需要向相关专业人员进行咨询。图9.3 Q管原理，过滤和熄火效应共同作用，且无需考虑流动阻力问题。7.4.3阻火泄爆装置的运用阻火泄爆装置是设计用于可进行泄爆，同时不产生泄爆火球的爆炸防护措施。图9.3和9.4表示典型的这种装置，每种装置都是由一个专用的泄爆板、外壳和阻火器单元构成。火焰穿过阻火单元时由于消耗能量使燃烧着的燃料温度降到点火温度以下，从而发生熄火。针对容腔容积高达1000m3、粉尘爆炸等级为St3的粉尘进行了大量的爆炸测试，这些实验测试验证了阻火泄爆功能的有效性，但这种防护措施在实际运用时仅限于点火温度较低的粉尘。在泄爆板上安装短电线圈，可以实现一旦发生爆炸时工厂自动紧急停车的功能。7.4.4泄爆管的运用使用泄爆管的目的是将爆炸泄放到安全的地方，通常是从建筑物内的设备将泄放物导向敞开空间。但这种泄爆管可能对泄爆过程产生阻碍作用，从而造成设备内的降低的爆炸压力升高。尽管对容器自身而言，可能所设计的泄爆参数是合理的，但由于安装有泄爆管，则容器内降低的爆炸压力可能上升到容器设计强度以上。有三种方法计算泄爆管所产生的效应，即欧洲标准方法、美国化学工程师协会方法（IChemE）和工厂互助研究（FMRC）方法。8泄爆装置安装与维护措施8.1泄爆装置泄爆装置：泄爆板（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8.2安装与维护泄爆装置的正确设计只能确保装置本身的可靠运行，如果将这些泄爆装置正确安装并以较高的标准进行维护，则可确保安全。在泄爆装置的安装和维护过程中，应符合制造商的相关说明和要求。同时，在安装和维护过程中，必须考虑如下方面的重要问题： 1.在设备正常运行期间，应防止人员接近泄爆区域 2.泄爆装置应清楚地进行标识 3.设备正常运行期间，泄爆口不能作为检查孔 4.设备正常期间，泄爆装置不应被卡死或被其它遮盖物遮挡 5.工艺正常运行期间，不应对泄爆装置进行检查维护 6.如有必要，应清除泄爆装置上的冰雪等 7.某些情况下，应检查泄爆