Определение давления и мощности взрыва

Воздухосборника компрессора

Основной опасностью для сосудов воздушно-компрессорных установок и воздухопроводов является образование взрывоопасных смесей паров масла и воздуха, а также образование на внутренней, поверхности воздухопроводов окисной пленки масла.

Если концентрация паров масла в среде сжатого воздуха достигает6—11 %, эта смесь может взорваться при температуре около 200^оС и даже при более низкой температуре, когда применяется низкокачественное компрессорное масло.

Если в воздухопроводам образуются перекисные соединения, взрыв может произойти при температуре примерно + 60^оС, а также от удара и сотрясения.

Расследования аварий с сосудами воздушно-компрессорных установок показали, что правила о компрессорных установках на тех предприятиях, где происходили аварии, не выполнялись, а именно:

а) смазка цилиндров компрессоров производилась маслом с низкой температурой вспышки (190^оС и ниже вместо нормальной +240^оС), а в отдельных случаях даже непроверенным маслом, несмотря на прямое указание правил о необходимости перед применением компрессорного масла проверять его в лаборатории и предохранять от загрязнений;

б) продувка от масла воздухосборников и маслоотделителей производилась нерегулярно, хотя правила обязывали производить продувку всех сосудов компрессорных установок каждую смену;

в) из-за отсутствия обводных линий и по производственным условиям воздухосборники не останавливались и не очищались периодически от масла, что должно производиться не реже одного раза в полгода; также не прочищались от масляных наслоений воздухопроводы и не производилась промывка воздухопроводов, расположенных между компрессорами и ресиверами, что также должно производиться не реже одного раза в 6 месяцев;

г) в некоторых случаях температура сжатого воздуха вследствие недостаточного охлаждения в одноступенчатых компрессорах превышала 160^оС и в многоступенчатых +140^оС. Таким образом, температура сжатого воздуха в воздухопроводе мало отличалась от температуры вспышки масла, хотя, согласно правилам, эта разница должна быть не меньше 75 °С;

д) воспламенению смеси паров масла с воздухом в компрессорных установках иногда способствовала неисправность фильтров, пропускавших с воздухом пыль и ржавчину из труб подсоса воздуха в компрессор.

Задание. Определить опасное давление и мощность взрыва воздухосборника компрессора. Сделать заключение о возможных причинах взрыва. Исходные данные принимаем по табл. 2.3.1.

Дано(вариант 1): Объем воздухосборника 0,9 м³, изготовлен из бесшовной трубы с внутренним диаметром D_В = 0,3 м и толщиной стенки d_с = = 3 мм. Известно, что компрессор создает давление Р_К = 0,8 МПа, смазывается компрессорным маслом М12 с температурой вспышки Т_в = 489 К. При осмотре воздухосборника установлено, что взрыв произошел не из-за ослабления элементов конструкции.

При расчетах для всех вариантов принять: время взрыва t_вз = 0,1 с; материал воздухосборника Ст20; s_доп = 400 МПа; температура наружного воздуха 293 К.

Решение

1. Определяем предельно допустимое давление для бака воздухо-сборника:

МПа, (2.4)

приняв минимальное давление взрыва Р_вз = 1,25Р_доп, получим Р_сз= 8×1,25 = = 10 МПа.

2. Рассчитываем мощность взрыва, приняв, что вся энергия расходуется на работу взрыва

, (2.5)

где

, (2.6)

Дж; (2.7)

кВт,

где А_вз - энергия сжатого газа, Дж; t - время взрыва, с; m - показатель адиабаты, для воздуха m = 1,41; Р_вз - давление взрыва, МПа; V - объем воздухосборника, м³; Р₀ - атмосферное давление, 0,1013 МПа » 0,1 МПа.

Возможными причинами взрыва могут быть:

- завышение предельно допустимого давления в сосуде от источника питания. В нашем случае данное предположение не может служить причиной аварии, так как рассчитано, что Р_доп = 8,0 МПа, а источник питания создает давление всего 0,8 МПа, т.е. в 10 раз меньше допустимого;

- повышение давления за счет воспламенения масловоздушной смеси, вызванного повышением температуры среды, в связи с неисправностью системы охлаждения компрессора. Для проверки данного предложения нужно определить температуру воздуха после сжатия в компрессоре

К.

Т = 535 К, что больше температуры вспышки масла Т_в = 489 К.

Ответ: Давление взрыва 10 МПа, мощность – 231330 кВт. Наиболее вероятной причиной взрыва воздухосборника является отказ системы охлаждения компрессора и повышение температуры среды воздухосборника свыше Т_в масловоздушной смеси.

Таблица 2.3.1

Исходные данные

Исходные данные	№ варианта
Рабочее давление воздухосборника, МПа	0,8	0,5	0,6	0,7	0,9		1,1	1,2	1,3	1,4	1,5	1,6	1,7	1,8	1,9
Объем воздухосборника, м3	0,9	4,5	3,9	3,8	3,5	3,2	3,1	2,9	2,8	2,5	2,6	2,1	1,9	1,2	1,2