Расчет предохранительной мембраны

Предохранительные мембраны применяются для защиты аппаратов от разрушения при быстром повышении давления. В зависимости от характера разрушения предохранительные мембраны подразделяются на разрывные, ломающиеся, отрывные, срезные, выщелкивающие и специальные устройства. Основными расчетными параметрами предохранительных устройств является площадь проходного сечения сбросного отверстия аппарата и толщина мембраны. Ниже приводится методика расчета предохранительной мембраны разрывного типа для защиты аппарата от разрушения при взрыве горючей смеси паров нефти.

Принимаем максимально допустимое давление в аппарате Р, при котором должна сработать (разрушиться) мембрана, по таблице 13.

Таблица 13

Давление в аппарате, разрушающее мембрану

Рабочее (избыточное) давление	Давление срабатывания
Рр=Рбар(Vсв<30 м3) Рр=Рбар(Vсв≥30 м3) Рбар<Рр<0,17 Рр≥0,17	Р=0,11 Р=0,105 Р=Рр +0,03 Р=1,25 Рр

V_св - свободный объем аппарата, м³; P_бар=0,1 МПа - атмосферное давление.

Определяем максимальную поверхность фронта пламени F_пл для аппарата цилиндрической формы:

при D>H (40)

22,9 м>11,9 м

где D - диаметр аппарата, м;

Н - высота аппарата, м;

K_ф - коэффициент искривления фронта пламени;

K_ф = 1,5-2 - для аппаратов свободных от каких-либо устройств внутренним пространством и с невозмущенным состоянием среды.

Согласно п.10[8] P_max = 0,9 МПа и определяем степень повышения давления при взрыве в замкнутом объеме:

, (41)

где P_бар = 0,1 МПа

Определяем максимальный расход паров нефти через сбросное отверстие при взрыве среды в аппарате :

(42)

Определяем относительный перепад давления на сбросном отверстии и режим истечения паров нефти при взрыве среды в аппарате через него после разрушения мембраны:

, (43)

0,952

где P₀ - максимальное давление в сбросном трубопроводе, МПа; при сбросе продуктов взрыва в атмосферу P₀ = P_бар;

При > 0,528 докритический режим истечения среды из аппарата через сбросное отверстие, 0,952>0,528.

Определяем площадь сбросных отверстий F_k,м²:

для докритического режима истечения:

, (44)

где φ - коэффициент расхода, для отверстий круглой формы, равный 0,7-0,8; R = 8314,31Дж/(кмоль·К) - универсальная газовая постоянная;

t_р - рабочая среда в аппарате до взрыва,°С.

Определяем диаметр сбросных отверстий d:

, (45)

где - число однотипных мембранных устройств на аппарате.

Выбираем тип мембраны (в нашем случае мембрана - разрывная). По таблице 24 приложения[21] с учетом рабочей температуры выбираем материал мембраны (алюминий твёрдый) и находим его механические свойства:

- предел прочности s₂ = 150 МПа;

- относительное удлинение d = 0,03-0,04;

- показатель ползучести λ = 0,041/год.

По таблице 20 приложения[21] находим температурный коэффициент К_t = 1,02.

Определяем толщину разрывной мембраны:

, (46)

0,049 м

Определяем срок службы разрывной мембраны, лет:

, (47)

где с - скорость коррозии металла мембраны в рабочей среде, м/год таблица 2[21];

t_m - предельно допустимая температура,°С

Результаты расчетов разрывной мембраны:

- свободный объем V_св = 1000 м³;

Рабочие параметры:

- температура t_р = 30°С;

- давление P_p = 0,1 МПа;

- давление срабатывания мембраны P = 0,105 МПа;

- площадь сбросных отверстий F_к = 1,45 м²;

- диаметр мембраны (сбросного отверстия) d_y = 0,68 м;

- материал мембраны - алюминий твёрдый;

- толщина металлопроката (фольги) Δ_ф = 0,049 м;

- срок службы мембраны τ = 0,03 года.