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1、泄爆原理及安全性分析设计说明书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
2、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
3、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
4、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
5、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。
6、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
7、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
8、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
9、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
10、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=lbar=0barg)；3.2.2粉尘爆炸指数Ks t二300barmsT、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 计算流程图时谡祐或建雄糊.应用高速湍涼校正公式式5. 2. 6. 75. 2.6.8)运甲可骥老虑泄压管轨应 的程序处理那)是舌麦装泄圧営T4.2输入参数确定4.2.1题目中已知Kst
11、=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Pr
12、ed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DLF=1.5,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)
13、 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(1) 上半部分圆柱体体积计算：v =nr2h = 87.96 m31(2) 下半部分圆台体积计算：v =nhQ2 + Rr + r) 13 = 20.77m32(3) 容器体积：v = v + v = 108.73m3124.2.2.2.2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=6.0m(2) Vef 等于料斗体积加上泄
14、压口顶部以下圆柱的体积(a)(b)圆柱部分的体积v -nr2h = 37.70m3i直径为DI和D2的卸料漏斗的体积v2)/320.77m 3(c) Vef = 37.70+20.77=51.47m3(d) Vef 是图A.6.4.3(b)的阴影部分。(3) Aef - Vef /H -51.47/6.0 =8.578m2(4. A )0.5JDeff(4) %一 n= 3.30m，假定为圆柱形断面。 n 丿(5) Deef =3.30m.(6) L/D - H/Deff - 6/3.30 -1.824.2.3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 0，单位m2 :40 = 10(1+1.54(5.2式中：Av二根据式5.2.2(m2)计算得到的泄压面积 0P =泄压装置静态破裂压力的标称值(bar) statK =爆燃指数(bar-m/sec)stV =容腔体积(m3 )P =爆燃最大压力(bar)maxP =爆燃泄压后降低的压力(bar) 115red4.3.1.1.1式5.2.2适用于点火前的初始压力为1bar绝对压力土 0.2 bar。4.3.1.1.2 式5.2.2的适用范围为：(1) 5 bar
