Рассмотрим нижней вентиляции для реактивных жидкостей
Runaway реакций
Когда жидкости в сосуде может пройти экзотермических беглых химической реакции, нижней вентиляции может обеспечить безопасные и менее дорогие по оказанию чрезвычайной помощи, чем верхняя вентиляция. Вот как оценить эти решения.
Большинство предыдущих исследований, публикаций и производственных практик были сосредоточены на ТОП-вентиляционных устройств для сброса давления. ЭТИ популярны, поскольку они обладают целым рядом преимуществ для систем, в которых двухфазной пар / жидкость ПОМОЩИ не возникает:
* Топ-вентиляционных устройств для сброса проще в обслуживании, за исключением больших колонн или других высоких судах.
* Топ-вентиляционные системы помощи, более вероятно, сохранить жидкости и выход только пар, это увеличивает длительность защиты при внешнем воздействии огня на судно из-за охлаждающий эффект кипящей жидкости в сосуде.
* Во многих случаях, сбрасываемые жидкости пара, которая часто может быть выброшено в атмосферу в безопасной высоты.
* Пара только события рельефа помощи ставкам, которые, порядок меньше, чем две фазы номера чрезвычайной помощи, и они не выполняют большие массы жидкости, таким образом, заголовок помощи и лечения системы отличаются меньшими размерами и менее дорогостоящим для топ-вентиляции.
Тем не менее, если они содержатся жидкостей, проходят экзотермических химических реакций, беглых, топ вентиляционные системы может быть весьма значительным и, следовательно, дорогостоящим, особенно для больших судов процесса. Это связано продление срока верхней помощи вентиляции, в ходе которого рельефа температура может значительно повыситься. Повышение температуры приведет к гораздо более высокий уровень реакции, что может привести к unventable реакции. Когда очень быстро exotherms или химических реакций разложения, как ожидается, то даже разрыв диска с диаметром, равным диаметру судна может не защитить системы, а также беглых считается unventable. В этих случаях, как инструментальной системы свалку или пассивной вентиляции снизу рельефа (PBVR) системы могут быть единственным безопасным выбором для защиты процесса судна.
Боттом-вентиляционные системы по оказанию чрезвычайной помощи может удалить энергичных жидкости из процесса судно значительно быстрее, чем топ-вентиляционные них. После удаления жидкости может быть закаленных или сбрасываются в сосуд, который получает адекватной вентиляции потенциала.
Большинство предыдущих нижней вентиляционные системы используют автоматические клапаны (1, 2). Как правило, такие клапаны могут быть открыты после вмешательства оператора, нажав переключатель реактора свалку или защитных блокировок, что чувство высокой температуре и высоком давлении в охраняемых судна. Дампа клапан может быть увеличена путем введения инертного газа в верхней части судна, чтобы помочь изгнать жидкости.
Эта статья посвящена использованию газа Давление, создаваемое ранней части беглый реакции, чтобы открыть Пассивное устройство для сброса давления. Хотя эта программа установки не может открыть как можно автоматической заслонкой, защитных блокировок, он имеет то преимущество, что он должен работать с более высоким уровнем надежности, без необходимости использования внешнего источника энергии. Использования двойной системы, используя как инструментальной системы свалку и PBVR системы параллельно следует учитывать при проектировании рельефа защиты энергетических жидкостей.
Реактивная жидкостей
В то время как PBVR был сравнительно редко, инструментальной системы нижней свалки, широко используются для защиты реактора от беглых реакций. Есть, по крайней мере по трем причинам:
1. Instrumented дамп системы можно привести в действие либо вмешательства оператора или защитных блокировок, который определяет условия, которые могут привести к беглых реакции. В отличие от системы PBVR зависит от давления, вызванного ростом газы, выделяющиеся во время беглого реакции, чтобы открыть Пассивное устройство для сброса давления. Таким образом, подготавливается дампа системы могут быть в состоянии открыть раньше, чем пассивная.
2. Для PBVR система функционировала правильно, пара пространства на судне должны быть разработаны для сохранить достаточное количество выделившихся газов реакции, чтобы заставить жидкость из охраняемого судна. Многие реакторы предназначены для поддержания постоянного давления в паровом пространстве с использованием автоматических клапанов в накладных, что дыхательная трубка отводит газ при повышении давления выше установленного значения. Инженер-конструктор должен быть уверен, что скорость выделения газа по реакции значительно превышает максимальную скорость через вентиляционный клапан регулирования давления в реакторе при нижней вентиляции является на работу.
3. Надлежащей организации производственного контроля клапанов в инструментальной системы свалки являются менее склонными к утечке, чем клапаны и менее склонны к случайным открытием, чем разрыв дисков.
Хотя Есть несколько технических документов по PBVR системы, эксперты давления можно привести ряд примеров нижней паров в коммерческой практике. В 1970-х крупнейших химических американская фирма использует PBVR сорвать беглых реакции полимеризации стирола. Реакторов работает выше атмосферного давления, а от высокого давления реактора вызвана беглых полимеризации, разрыв диска в нижней части реактора взрыва, что позволяет очистить устройство самотеком в горизонтальной, цилиндрической поймать с танками. Большой слотов, параллельно главной оси танка были на вершине поймать танк разрешить отвод газообразных побочных продуктов от реакции полимеризации. Угловой "дождь шляпе" крыша была приведена в слоты держать дождевую воду из бака. Полистирол, оставшихся в баллоне после реакции полимеризации были полными был очень тяжелым и трудно удалить. Таким образом, использовать поймать бак был отключен, и похоронили в безопасном свалки. Тогда новый танк был установлен.
Опубликовано доказательства того, что снизу вентиляционные системы были рассмотрены ранее включает в себя код Сафир компьютер, который был разработан по контракту с Айше, как один продукт от проектно-конструкторский институт по оказанию чрезвычайной помощи системы (Дьерс). См., например, Фишер и др.. (3). Код Сафир, которая была разработана в начале 1980-х, включает в себя PBVR как вариант дизайна.
Два технических документов по PBVR были представлены в 1996 году процесса повышения безопасности промышленных объектов Симпозиум (4, 5). Ссылка 4 только абстрактно, и представляет собой первое издание этой работы.
Wakker и де Гроот (5) Центрального научно-исследовательского Akzo Nobel и безопасности Depts. обобщены обширные экспериментальные работы с нестабильной органических пероксидов. Они продемонстрировали преимущества PBVR эксперимент с ряда соединений. Они также представили ряд практических предложений для применения нижней вентиляции полномасштабных систем. Их документ является обязательным пособием для всех, кто работает с органических пероксидов, или с большой интерес к PBVR.
Последняя книга (6) на химические реакции очертания рельефа методов для проектирования и нижней и верхней вентиляционной системы помощи для реактивных жидкостей.
Инертный жидкостей
В смежной области химических технической практики, системы продувки были использованы в течение десятилетий по чрезвычайной разгерметизации судов, содержащих нефть и газ. Хотя химические реакции обычно незначительны продувки сосуды углеводородных жидкостей, выбор лучших против нижней вентиляции важно. Mahgerefteh и др.. (7) показал, что снизу вентиляции разгерметизации сосуда жидких углеводородов сокращение запасов жидких гораздо быстрее, чем верхней вентиляции. Этот факт применительно к вентиляции, так легких и тяжелых жидких углеводородов. Тем не менее, топ вентиляции разгерметизация судов, содержащих тяжелые углеводороды быстрее, чем нижней вентиляции. Для сосуды легких углеводородов, донных вентиляции дал начальник разгерметизации, а также быстрое удаление запасов. Естественно, эти наблюдения зависят от размера разгерметизации арматуры и трубопроводов, которые установлены либо в верхней или нижней части сосуда.
Монтгомери (8) разработала упрощенную модель температур обоих судов и расширяющегося газа в нем во время разгерметизации. Охлаждение в разгерметизации может быть достаточно, чтобы требовать более дорогих строительных материалов, которые не хрупкими при низких температурах, достигнутых в ходе этого процесса. Монтгомери установил, что температура газа расширение может быть гораздо ниже, чем в сосуде, содержащем газ, в зависимости от тепловой скорости передачи. Для судов, которые не являются изолированными, либо нижней вентиляции (судов, содержащих летучие жидкости), или медленнее разгерметизации можно держать судно стене температур от достижения хрупкости диапазона.
Хак и др.. (9) разработало сложную компьютерную модель для любой верхней или нижней продувки судов содержащих до 3 жидкой фаз (жидкой воды, жидких углеводородов, а мокрый газообразных углеводородов). Их модель может имитировать множество сложных явлений, в том числе за счет охлаждения газа расширения конденсации газа из-за охлаждения, испарения жидкости из-за разгерметизации, формирование газовых гидратов, тепло-и массообмена между фазами, и перенос тепла от судна. Хак и др.. (10), то проверить модель для легких углеводородов. Они также продемонстрировали преимущества нижней вентиляции для быстрого deinventory содержащегося жидкостей.
Преимущества нижней вентиляции
Большое внимание имеет важное значение при проектировании системы по оказанию чрезвычайной помощи для судов, которые содержат реактивных жидкостей. Это потому, что энергия, выделяющаяся при спонтанной химической реакции этих жидкостей могут быть достаточно большими, чтобы причинить серьезный ущерб, если не благополучно освобождены. Например, она не является необычным для тепловой эффект реакции будет порядка тысячи BTUs за фунт реактивной жидкости. Многие органические жидкости имеют теплоемкости около 0,5 БТЕ / фунт жидкости. Таким образом, адиабатическое повышение температуры может быть несколько тысяч градусов, в отсутствие испарения. Потому что 10 град С повышения температуры примерно в два раза скорость реакции многих химических реакций, даже 200 ° С рост может увеличить скорость реакции более чем в миллион раз. Легко видеть, как беглого реакции или самоускоряющегося разложения (SAD) может происходить, как тепла, выделяющегося в результате реакции ускоряет его, повышая температуру.
На практике такие крайние поднимается температура редко достигается при реактивной органических жидкостей с низкой промежуточной молекулярной массой. Вместо этого, тепловой энергии уходит на испарение жидкости и повышение температуры пара образуется. В сосуд под давлением с неадекватностью системы сброса давления, это приведет к быстрому росту температуры и давления, возможно, и ниже катастрофического события.
Боттом-вентиляционные системы сброса давления обладают следующими преимуществами для сосудов с реактивной жидкостей:
* Нижняя вентиляции изначально безопаснее, потому что жидкость из процесса судно быстро, тем самым снижая переходов, температуры и скорости реакций.
* Низкая максимальная температура достигается при нижнем вентиляционные системы может избежать наступления опасных вторичных реакций разложения, которые происходят в течение ряда реактивных химических веществ. Например, хлоропрена проходит ventable экзотермических беглых полимеризации при низких температурах. При более высоких температурах, это вещество распадается так быстро, что реакционная смесь unventable.
* Нижняя вентиляции позволяет передачу реактивной жидкости из сосуда в процессе утолить судна. Утолить судно может остановить или задержать беглого реакции несколькими способами:
1. Если реакция закаленного (т. е. один или более из основных компонентов смеси летучих жидкость, которая будет кипеть и, таким образом, чтобы температура смеси практически постоянно), а если для сброса давления в сосуде значительно выше, выше атмосферного, а затем снижается реакционной смеси в танк, который открыт для атмосферное давление упадет температура смеси, замедление или прекращение реакции.
2. Бака-охладителя реактора получать дамп может содержать остановки реакции соединения, а также механизма перемешивания.
3. Танк может занимать значительное инвентаризации воды - этого достаточно для поглощения тепла реакции реакционной смеси (как скрытой теплоты испарения воды плюс разумная тепла).
* Снизу вентиляционной системы помощи нередко оказывается меньше и дешевле.
* Для полимеризации систем очистки процесс сосудов и трубопроводов будет проще, если реактивной жидкости процесс будет устранена прежде, много полимеризации не произошло.
* Для полимеризации системы, или для реактивных систем, которые формируют других твердых тел, внизу вентиляционные системы могут быть более безопасными в силу того, менее вероятно вилку. Это потому, что дно вентиляции обычно удаляет реактивной жидкости при гораздо более низких, чем переходы верхней вентиляционной системы.
* Реактивной жидкости может быть переведен из дорогих судно, предназначенное для производства на недорогие 1 для утоления жажды, смягчения их последствий, или отвод беглых реакции, а также для простоты очистки.
* Снизу вентиляционные системы сброса давления могут быть рассчитаны на работу пассивно, как топ-вентиляционные них. Пассивный вентиляционные системы устранит необходимость внешнего источника энергии, чтобы открыть клапан.
* При установке устройства для сброса давления в верхней части погружной трубы в процессе сосуд, дно вентиляционные устройства для сброса давления может быть столь же доступны для обслуживания, как обычных установленные сверху, топ-предохранительное устройство вентиляции.
Если рассмотреть дно вентиляции
Нижняя вентиляции следует учитывать при любом из следующих условий:
* Когда содержащиеся жидкость может пройти unventable реакции разложения.
* Когда жидкость может пройти экзотермических беглых реакции, которая требует практически невозможно, поскольку большая верхнего вентиляции для сброса давления системы.
* Когда жидкость подвергается беглых реакции, которая производит продукты, такие как жесткие полимеры, которые трудно удалить из процесса сосуд, трубопроводы, и другого технологического оборудования.
* Когда жидкость обладает высокой токсичностью себя, или беглых реакции выделяется один или несколько продуктов с высокой токсичностью, тем самым увеличивая потенциальную опасность, сопряженные с потерей сдерживания.
* Когда непрореагировавшего жидкости достаточно ценные, чтобы восстановление частично отреагировали и закаленных смеси привлекательными.
Элементы в нижней вентиляционной системы помощи
Система PBVR может содержать следующие элементы (11):
* Форсунка, падение труб, или других входной трубы подключения жидкости в сосуде с предохранительным устройством;
* Предохранительное устройство;
* Выход трубопровода на палубе или системы удаления отходов;
* Пар / жидкость сепаратора или бака-охладителя, а также
* Пассивная скруббер, бум яму, активная скруббер, вспышки, или другой системы утилизации.
В системе PBVR, устройство для сброса давления открывается, когда давление внутри судна достигает либо давления настройки (предохранительного клапана или разрыва контактов) или давление разрыва (разрыв диска) устройства. Отсутствие внешнего источника энергии, не требуется.
Система может включать в себя PBVR давления системы контроля за паровом пространстве охраняемого судна. Например, в реакторе смешения, который работает с уровня жидкости около 60-80% от полной, типичной системой контроля давления газа позволит либо из или в паровом пространстве. Когда реактор наполняется, один клапан в парах дыхательная трубка будет открываться, когда давление начинает расти, сохраняя давление почти постоянной. Аналогичным образом, когда жидкость в настоящее время снят, другой клапан в инертных газопровод будет открыт для поддержания давления почти постоянной снова. Поток инертного газа идет в ногу положительного давления в паровом пространстве судна и предотвращает попадание воздуха через любой утечки. Исключение из воздуха, рекомендуется каждый раз, когда процесс жидкость легко воспламеняется.
При проектировании системы PBVR для судна, которое также имеет давление в системе управления, инженер-конструктор должен признать, что клапан регулирования давления в верхнем дыхательная трубка, как правило, идти полным открываться, когда давление внутри сосуда подходов помощи значение. Инженер должен, таким образом, позволит медленное освобождение судна системой PBVR, потому что там не будет столько газа доступны привод жидкости из сосуда.
Тем не менее, инженер следует также разработать PBVR системы безопасно облегчить судно, если клапан в накладных вентиляционная трубка, закрыт из-за системы управления или в автономном режиме или неправильно. Другими словами, потому что клапан в накладных дыхательная трубка требует внешнего источника энергии, чтобы открыть или закрыть, ее надежность не может быть столь же высокими в чрезвычайной ситуации. Дизайнер должен, следовательно, быть уверенным, что система PBVR обеспечит безопасный сброс давления, независимо от клапана в верхнем вентиляционная трубка, открытым или закрытым.
Для особо реактивных жидкостей, рассмотреть вопрос о предоставлении и инструментальной свалку и PBVR систем. Эта комбинация обеспечивает как высокую надежность и быструю передачу реактивной жидкости из сосуда в охраняемых получения соответствующего судна.
Указания
Здесь шаг за шагом процедуры:
Шаг 1: Обзор возможных причин для рассмотрения нижней вентиляции.
Изучите судна и жидкости, она содержит с точки зрения приведены здесь. В частности, обзор разделы о преимуществах нижней вентиляции для реактивных жидкостей и о том, когда для рассмотрения нижней вентиляции. Если нижней вентиляции-видимому, не имеет свои преимущества для судна, на вопрос, остановить его рассмотрения.
Шаг 2: Разработка предварительного качественного дизайна снизу вентиляционной системы.
Если вы новичок в сброса давления системы техники, дополнительного чтения целесообразно, таких, как Руководящие принципы API (12, 13, 14), монографии CCPS (15), а также книги о реактивной помощи (6). После этого, сделайте выбор:
А. Где снизу вентиляционные устройства для сброса быть в принципе? На насадки на дно сосуда? На верхней части погружной трубы, которая достигает почти до дна сосуда? Или в другом месте?
B. Какой тип предохранительного устройства будут использоваться? предохранительный клапан? Разрыв диска? Разрыв PIN-код? Разрыв диска под клапан?
C. Где выход трубопровода выписки из предохранительного устройства? На палубе? Для облегчения обработки стоков системы?
D. Есть две фазы, пар / жидкость помощи может произойти? Если это так, пара и жидкости сепаратор, вероятно, будет необходимо (16).
Е. Будет ли погасить жидкости необходимо, чтобы остановить беглеца реакции или реакции может быть разрешено запустить свой курс (17, 18, 19)? Если утолить жидкости необходимо смешивать с выпускаемой жидкости, должны погасить активных жидкой системы впрыска использовать, или это будет достаточно использовать пассивные перемешивания в бака-охладителя?
F. Если горючие пары выпускают, прилегающих к охраняемым судна, имеются источники воспламенения в регионе? Если вентилируемые паров токсичных или воспламеняющихся, будут ли они нуждаются в лечении? Если да, то лучше всего лечить системы (активный пылеуловителя, пассивная скруббер, вспышки, термоокислитель, каталитический окислитель и т.д.)?
Г. Было бы желательно установить приборы дампа системы параллельно с PBVR системы? В случае, если система пассивной быть увеличена путем введения инертного газа рано во время события? Этот газ будет ускорить поток на дно свалки до давления, создаваемого реагирования, испарения жидкости достаточно высока, чтобы открыть Пассивное устройство и диск жидкости из сосуда.
Шаг 3: Разработка предварительного качественный дизайн топ-вентиляционной системой.
Использование процедуры аналогичны, что в шаге 2 на нижней вентиляционной системы.
Шаг 4: Сравнение предварительных проектов, а если возможно, сделать выбор.
Есть ли особые характеристики конкретных реактивных жидких и защиты судна, которые делают для четкого выбора? Например: Есть ли существенные различия в безопасности или воздействия паров, остатков или загрязненного оборудования? Имеет ли размер и след помощи вентиляции и системы очистки стоков соответствует свободного пространства?
Если выбор ясен, перейдите к шагу 5. Если нет, перейдите к шагу 6.
Шаг 5: Разработка количественных дизайн выбранного вентиляционной системы. Просмотрите результаты, чтобы убедиться, что выбранный выбор все еще представляется правильным. Перейдите к шагу 7.
Шаг 6: Разработка дизайна процесс количественного обоих типов вентиляционных систем. Обзор результатов и выбора оптимального давления вентиляционной системы. Перейдите к шагу 7.
Шаг 7: Полное подробное проектирование выбранного типа для сброса давления вентиляционной системы. Документ этот проект. Запросить пересмотр конструкции компетентным сверстников. Провести обзор техники безопасности конструкции. Изменить дизайн по мере необходимости.
Шаг 8: Приказ соответствующие устройства для сброса (ы), проверить и тестирования устройств (а), а затем установить новую систему сброса давления. Сделать то же самое для вспомогательного оборудования, таких как рельеф стоков обращения системы.
Шаг 9: Проверка системы помощи во время обзора prestartup безопасности для обеспечения того, чтобы проекты осуществлялись и правильно установлена. Запуск и запустить устройство.
Дизайн советы
1. Для судов, которые обычно пара пространство над реактивной жидкости, сверху вентиляции часто может быть сделано для паро-единственной отдушиной, выбрав соответствующий небольшой максимальный уровень жидкости в емкости. Это значительно снижает стоимость системы сброса давления. Для nonfoamy жидкости с вязкостью менее 100 сП, максимально допустимый уровень жидкости либо реактивная или внешнего нагрева может быть оценена с помощью критерия Дьерс разъединения (3, 15).
2. При управлении сценарий дизайн помощи системы является внешнее воздействие огня в процессе судна, что приводит к беглых химической реакции, рассмотреть такие меры, как NFPA рекомендованных водяные брызги, NFPA рекомендованных дренажа и NFPA рекомендованных изоляции для снижения внешнего источника тепла огонь. Эти шаги уменьшить размер требуемой системы помощи, они могут также увеличить допустимый уровень жидкости в сосуде. Они также уменьшают риск кипящей жидкости расширения пара взрыва (BLEVE) охраняемого судна.
3. Моделирование беглых реакция требует кинетическая модель, которая подходит надежные измерения реакции кинетические данные (например, концентрации от времени для каждого видов химических веществ в реакции, а также температуры и давления от времени). Кинетической модели должны быть основаны на данных, которые охватывают диапазон составов, катализатор характеристики, температуры и давления, которое могло произойти с самого события помощи в полном масштабе оборудования.
4. Из беглых реакции приводят к значительному росту температуры, давления событий вызванных ими может происходить в широком диапазоне температур. Таким образом, модель температурной зависимости в жидкой фазе такие свойства, как плотность, теплоемкость, теплота парообразования и вязкости, а также от температуры и от давления паровой фазы такие свойства, как плотность и теплоемкость.
5. Если дизайн условия должны заверить всех парах вентиляции на верхней вентиляции случаях дизайн, то соответствующие соплах уравнений с руководящими принципами API могут быть использованы для прогнозирования скорости вентиляции в заданной отверстия устройства для сброса (12, 14).
6. Есть два основных вариантов для нижней вентиляции: (а) вентиляция через сопла на дне сосуда, или (б) вентиляционные течет вверх через погружной трубы, который проникает в верхней части судна. Эти две основные выбор может привести к очень разным поток явлений в сопла, в результате чего в различных моделях потока сопла. Например, если разрыв диска для установки на нижней сопла судна, то гидростатическое давление будет вызывать жидкости на входе сопла для переохлаждения в течение большей части рельефа события. Это может быть верно, даже если жидкости в верхней части поверхности жидкости в сосуде кипения. Таким образом, нижней монтаж предохранительного устройства могут быть представлены в первом приближении с помощью модели сопла потока переохлаждении жидкости.
7. С другой стороны, разрыв диска может быть установлен в верхней части трубы, что падение проникает в верхнюю головку охраняемого судна, с другого конца трубы для подводных внизу охраняемого судна. Тогда, несмотря на входе жидкости нижний конец трубы падение будет переохлаждении, к тому времени он достиг разрыв диска в верхней части трубы, гидростатического давления будет гораздо меньше. Жидкости на разрыв диска будет мигать, если жидкости в верхней части охраняемых судно находится на мыльный пузырь "на точку. Это означает, что для большинства систем, разрыв диска установлена на нижней сопла судна может быть значительно меньше диаметра трубы падения и соответствующие диска разрыв.
8. Подключение системы оказания чрезвычайной помощи может быть вызвано постепенное накопление полимеров или других твердых тел. Подключение должно быть предотвращено. Одним из способов достижения этого заключается в чистке входе помощи системы твердых тел - свободной жидкости, такие, как инертный газ, процесс растворителя, процесс мономера или другом приемлемом жидкости.
Лучшие против нижней вентиляции-Примеры
Реактивные жидкости находятся в практически всех видов технологического оборудования. Может быть, два наиболее распространенных типов, которые содержат значительные запасы процесса жидкости цилиндрическом сосуде или цистерне, и теплообменник. Преимущества нижней вентиляции иллюстрируются ниже на эти два широко используемых судов. 2 случаях сравниваются с помощью компьютерной программы, разработанной авторами. Программа определяется минимальный размер помощи клапан отверстия, необходимые для обеих нижних и верхних вентиляционных за тот же сценарий помощи. Программа в первую очередь применительно к реактивным системам, которые либо болтливый или гибридных, так как они часто привлекательных кандидатов на нижней вентиляции.
Программа последовательно решает ряд уравнений первого порядка с течением времени в качестве независимой переменной. Как правило, программа начинается с системы при нормальной рабочей температуры, давления и заполнить объем. Тогда, как огонь начинает (как правило, немедленный, полный поток тепла) или реакции), когда некоторые начинают начала события. Как правило, программа начинается с предохранительным клапаном, содержащее "D" отверстия в парах вентиляции. Когда он считает, что маленький отверстия для пара вентиляции и печатает эти результаты, он возвращается в "D" отверстия, чтобы начать жидких вентиляции. В конце концов, он находит маленького отверстия для жидких вентиляции, печатает результаты, а затем останавливается.
Теплообменник
Рассмотрим вертикальную 1 проход теплообменника, находящегося во внешнем огня. Его содержание пройти гибридных реакции. Теплообменник 12 дюймов диаметром. Реактивной жидкости процесс внутри трубы и головы. Жидкости в основном 100% Действующее вещество, которое реагирует на форму неконденсирующихся газа G и относительно энергонезависимой Жидкие B. Реакция кинетики первого порядка в Действующее вещество, и хорошо подходят к Аррениуса отношения, основанные на экспериментальных данных. Нормальных условиях эксплуатации составляет 55 фунтов на квадратный дюйм и 150 ° С, а также предохранительный клапан планируется открыть на 100 фунтов на квадратный дюйм.
Помощи сценария образцу предполагает, что кулер заблокирован, по крайней нормальных условиях эксплуатации, что пожар, которая кипит от охлаждающей воды оболочки, и, что пожар передает тепло излучением через оболочку для труб, а также тепло передается непосредственно через головы. Выход ставка достаточно низкая, что глава верхней обеспечивает достаточную разъединении пространство для всех парах вентиляции после капель уровне в верхней крышке. После теплообменника изначально полный жидкости, предполагается, что тепловое расширение и реакции в пробирках, в оболочке boilout удалили жидкости над верхней головой. Следовательно, только одной паровой фазе вентиляции моделируется.
Обычные верхней вентиляции:
Предохранительный клапан, содержащий "N" отверстие устанавливается на верхней крышке.
1 приведены безразмерные значения ключевых переменных в результате численного моделирования FORTRAN. Абсцисс время в со времени начала отопления (мгновенный жар огня, полный поток предположить), деленный на время, необходимое для достижения заданного давления. Ординат точки зрения процентов на пять переменных: (1) температура (измеряется в процентах рост выше нормальной рабочей температуры); (2) давление (в процентах от давления настройки предохранительного клапана в); (3) Действующее вещество преобразования (в процентах преобразования жидкости, остающиеся в холодильник, а не превращение исходной жидкости, так как некоторые не выйдет весь газ с паром); (4) кумулятивного Жидкие вентилируемые (в процентах, что первоначально в холодильник) и (5) глубина жидкости (в процентах полностью).
Поскольку кулер практически полный жидкости, давления, установленного достигается в чуть менее 0,5 с Предохранительный клапан быстро появляется открытый сорвать небольшое количество пара, а затем быстро recloses, так как давление резко падает. Моделирование закрывает клапан продувки, когда давление достигнуто, и затем снова, когда установленное давление вновь достигнуты. Она занимает около 200 безразмерных единицах времени, прежде чем в общей сложности 1 кг пара была испарения (из 826 фунтов жидкого изначально заблокирован в систему). За это время температура повышается примерно на 21% и реагентов преобразования составляет около 0,5%. На данный момент, скорость тепла в результате реакции составляет 13% от общего объема потребляемой тепловой мощности. Давление быстро повышается до заданного давления и возвращается обратно несколько раз в течение этого периода. Давление на графике действительно низкие точки давления достигается после клапана recloses. Это давление кривая неуклонно возрастает как объем пара в карцер увеличивается. Примерно до 400 безразмерных единицах времени, существует очень мало реагента конверсии или падение уровня жидкости.
Пикового давления и пиковой скорости рельефа (46000 кг / ч) достигается при 630 безразмерных единицах времени, или чуть менее 5 мин. На данный момент, уровень жидкости составляет около 67% от полной, преобразование 26% в остальной жидкости, а также 36% от первоначальной жидкость вентилироваться. Процент уровня жидкости и вентиляции не в сумме 100%, потому что жидкость продолжает расти, так как температура повышается. На данный момент только около 15% от общего ввода тепла происходит от тепловой эффект реакции, даже если температура в два раза и более 300 град C. имитационной модели составляет огонь тепла ввода понизилась в жидком смоченная поверхность падает .
Моделирование на самом деле начал с маленького "D" предохранительный клапан отверстия, но при максимальном давлении превысили 21% допустимого давления для сценария пожара, следующего по величине отверстия был судим. В конце концов, "N" отверстия был первым, для которых предельно допустимые давления в сосуде не превышала при моделировании.
Моделирование останавливается около 1075 безразмерных единицах времени, или около 8,4 мин, когда уровень жидкости падает до нуля. Существует еще около 4% от исходной жидкости остается в трубопроводе, однако это конечная точка, выбранных для сравнения на дно вентиляции дела. В этот момент температура продолжает расти до 314 ° С и преобразования превышает 91%. Даже при такой высокой преобразования, ввода теплоты реакции возросла лишь 17% от общей суммы. Предохранительный клапан продолжает открытие / закрытие цикла, так как выход показатель недостаточен для держать давление постоянно выше продувки давление.
Нижняя вентиляции:
Жидкого обрезки клапана содержащие "F" отверстие устанавливается в нижней части головы.
2 приведены безразмерные значения ключевых переменных в результате численного моделирования FORTRAN. Переменные определяются на рисунке.
Моделирование происходит одинаково с верхнего вентиляции сценарий пока клапан открывается первая. С этой точки зрения, существует огромная разница. Клапан не постоянно всплывающие открываются и закрываются, как это делалось для верхней вентиляции. При низких избыточного давления, лишь слегка приоткрыт. Это потому, что поток помощи жидкого обрезки клапана пропорциональна избыточного давления. Хотя это давление падает ниже давления продувки и закрыть клапан, давление качели гораздо меньше, даже для систем, как это теплообменник с небольшими объемами пара. Давление в паровом пространстве кулера остается относительно постоянным в течение коротких периодов времени. В более долгосрочной перспективе, оно постепенно увеличивается, пока вся жидкость вентилироваться.
На безразмерное время 200, 17% жидкого уже вентилироваться. Температура увеличилась 22%, а конверсия составляет около 0,5%; 13% от общего показателя ввода тепла от тепла экзотермических реакций.
Как и в верхнем вентиляции случае моделирования прекращается, когда уровень жидкости падает до нуля, но в этом случае только 440 безразмерных единицах времени должны были, или на 3,4 мин. Температура поднялась лишь 53% до 230 ° С, реакция преобразования только 3,8%; 49% от общего ввода тепла от теплоты реакции, потому что преобразования настолько мала, хотя температура также невелико. В настоящее время давление на ее пик 13% выше установленного давления, но ниже допустимых 21% избыточного давления. На данный момент пара начинает проходить через клапан, но эту часть мероприятия в настоящее время не моделируется и рисунками. Результаты моделирования 2 приведены в таблице 1 для упрощения сравнения.
Возбужденный реактора партии
Блок подвергается воздействию внешних пожара и его содержание пройти гибридных реакции. Она проводит около 1500 галлонов в том числе головы, и механически взволнован. Максимально допустимый уровень жидкости (во избежание две фазы, пар / жидкость задолженности) составляет 74% от полной. Реактивной жидкости первоначально содержит по существу 14% катализатора и 86% Действующее вещество, которое реагирует на форму неконденсирующихся газа G и относительно энергонезависимой Жидкие B. Реакция кинетики первого порядка в Действующее вещество, и хорошо подходят к Аррениуса отношения, основанные на экспериментальных данных. Нормальное рабочее давление составляет чуть более атмосферного с площадки инертных газов, а рабочая температура 105 градусов C. клапан планируется открыть в 30 фунтов на квадратный дюйм.
Помощи сценарий предполагает, что образцу реактора заблокирован в при нормальных условиях эксплуатации и, что пожар в нулевой момент времени с полной мощности.
Обычные верхней вентиляции:
Предохранительный клапан, содержащий "L" отверстие устанавливается на верхней крышке. Vapor-единственный поток возникает, когда реактор находится ниже 80% от полной, таким образом, 74% от полной является максимально допустимого уровня заполнения для учета жидких волнения.
3 приведены безразмерные значения ключевых переменных в результате численного моделирования FORTRAN. Переменные определяются так же, как в примере выше теплообменника.
Поскольку реактор большой начальный объем пара, она занимает почти 6 мин до достижения заданного давления. Предохранительный клапан быстро появляется открытый сорвать небольшое количество пара, а затем быстро recloses, так как давление падает из немногих 10ths пси ниже продувки давление. Моделирование закрывает клапан продувки, когда давление достигнуто, и затем снова, когда множество давления. Она занимает около 2,0 безразмерных единицах времени, прежде чем в общей сложности 25 фунтов пара была испарения (из 7750 фунтов жидкого изначально заблокирован в систему). За это время температура повышается примерно на 24% и реагентов преобразования составляет около 0,8%. Скорость нагрева за счет реакции в настоящее время 9% от общей мощности. Давление повышается до заданного давления и возвращается обратно несколько раз в течение этого периода.
Кривой давления содержится почти постоянной на установленное давление до 4,0 безразмерных единицах времени, когда 4% жидкость испаряется. На данный момент, температура поднялась 50%, и была 5,6% переходов.
Пиковое давление 14,4% выше установленного давления и пиковой скорости рельефа (12400 кг / ч), достигнутые на 6,2 безразмерных единицах времени, или около 37 мин. На данный момент, уровень жидкости составляет около 50% от полной, преобразование 25% в этом оставшуюся жидкость, и 29% от первоначальной жидкость вентилироваться. Около 39% от общего ввода тепла происходит от тепловой эффект реакции, так как температура возросла на 69% до 178 градусов C. имитационной модели счетов для ввода огонь тепла снижается в качестве жидкого смоченная поверхность падает.
Моделирование на самом деле начал с маленького "D" предохранительный клапан отверстия, но при максимальном давлении превысили 21% допустимого давления для сценария пожара, следующего по величине отверстия был судим. В конце концов, "L" отверстие было первое одна за которое предусмотрено максимальное давление не превышало при моделировании.
Моделирование произвольно останавливается после 1 час истек, или около 10,1 безразмерных единицах времени. На данный момент, клапан снова велосипедного открытый / закрытый, так как не является достаточной скорости пара поколения держать ее открытой. Уровень жидкости сократился почти на 18% от полной, а 70% от первоначальной жидкость, испаряются и вентилироваться. Температура по-прежнему остается практически постоянной вблизи своего пикового значения в 178 ° С, а также преобразования составляет около 60%. При этом преобразовании входного теплоты реакции возросла до 47% от общей суммы. Предохранительный клапан продолжает открытие / закрытие цикла, так как скорость пара поколения недостаточно, чтобы держать давление постоянно выше продувки давление.
Хотя это и не следуют модели, вентиляции будет продолжаться по крайней постепенно медленнее клапан рабочих частот, пока не упал уровень жидкости до нуля или реакции преобразования достиг 100%.
Нижняя вентиляции:
Жидкого обрезки клапана, содержащий "H" отверстие устанавливается в нижней части головы. Альтернативное расположение вентиляционной системы находится на вершине головы с погружной трубы распространяется на дно сосуда.
Рисунок 4 показывает, безразмерные значения ключевых переменных в результате численного моделирования FORTRAN. Переменные определяются как и во всех других случаях.
Моделирование происходит одинаково с верхнего вентиляции сценарий пока клапан открывается в первый безразмерное время 1,0. С этой точки зрения, существует огромная разница. Клапан не постоянно всплывающие открытым и запечатать как это делалось для верхней вентиляции. Он остается открытым постоянно. При низких избыточного давления, лишь слегка приоткрыт. Это потому, что поток помощи жидкого обрезки клапана пропорциональна избыточного давления. Из-за большого объема паров (по сравнению с небольшим объемом пара теплообменника), давление в паровом пространстве реактора остается относительно постоянным в течение коротких периодов времени.
Максимальное давление происходит на 193% больше, чем установленное давление (избыточное давление допустимых 21% для сценария пожара) в безразмерных время 2,5, или чуть более 15 мин. На данный момент, 71% от первоначальной жидкость, вентилируемые и уровень жидкости на 17%. Температура увеличилась на 31% до 138 градусов C. Там есть только 1,4% реагента преобразования и ввода теплоты реакции лишь 12% от общей суммы.
Моделирование прекращается, когда уровень жидкости падает до нуля, но в данном случае лишь 2,9 безразмерных единицах времени были необходимы, или 17,5 мин. Температура поднялась лишь на 38% до 145 ° С, реакция преобразования только 2,2%. Только 10% от общей скорости притока тепла от реакции, потому что остальные жидкости настолько мала, даже несмотря на преобразования также невелико. Давление в настоящее время снизилась до 17,6% выше установленного давления.
На данный момент, 93% от первоначальной жидкость, вентилируемые, а остальная часть в трубопроводе. Теперь пара начинает проходить через клапан, но эту часть мероприятия в настоящее время не моделируется и рисунками. Таблица 2 сравнивает основные результаты в верхней и нижней вентиляции случаях.
Чтобы подвести итоги
Нижняя вентиляции имеет много преимуществ для сброса давления реактивных жидкостей. Пассивная вентиляция дно может быть использован для повышения надежности инструментальной системы аварийного дампа, или, как самостоятельно, улучшение по сравнению с обычными верхнего вентиляционные системы сброса давления.
В примерах, приведенных здесь, облегчение отверстие нижней области вентиляции были гораздо меньше, чем требуется для обычных верхней вентиляции. Пик температуры реакции были значительно ниже, с нижней вентиляции, что приводит к значительному снижению скорости реакций и переходов по сравнению с верхней вентиляционные системы. Значительно снижает скорость реакции и легкость быстрой закалки внешних реактивных жидкостей сделать нижней вентиляции безопасна, чем верхняя вентиляция для многих реактивных жидкостей. Благодарности
Мы выражаем глубокую признательность конструктивно критические обзоры рукописи Майкл Ливингстон, Джерри Ровнер, Двейн Стоун, Тхань Трин, и Кор Verlaan. Тем не менее, мы несем ответственность за любые ошибки или упущения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Макинтош, РД и др., "Дизайн удалением Системы Runaway помощи химического реактора", J. предотвращения потерь в сб. Штат Индиана, 8 (3), с. 169-183 (1995).
2. Макинтош, РД и др.. ", Малый Оценка сливной бачок Размеры методы". J. предотвращения потерь в сб. Штат Индиана, 8 (3), с. 185-196 (1995).
3. Фишер, HG и др., "чрезвычайной помощи System Design Использование Дьерс Технология: проектный институт по оказанию чрезвычайной помощи системы (Дьерс) Проект Manual," Айше, Нью-Йорк (1992).
4. Вальтер, К. и В. Г. Эдвардс, "Рассмотрение Боттом вентиляции для сброса давления гибридных и Гасси реакций" (аннотация только), Тр. по вопросам безопасности Симпозиум 1996 завод процесса, H. Каллингфорд, под ред. Саут-Техас секции Айше. Хьюстон, стр. 54 (1996).
5. Wakker, ДП, и Дж. де Грот, "Отвод разложения энергетических жидкостей Использование Боттом Vent," Proc. по вопросам безопасности Симпозиум 1996 завод процесса, H. Каллингфорд, под ред. Саут-Техас секции Айше, Хьюстон, стр. 55-71 (1996).
6. Этчелс, J., J. Уайлдей, "Рабочая тетрадь для химической реакции системы помощи размеров", HSE Books, Садбери, Суффолк, Великобритания (1998).
7. Mahgerefteh, H., и др. при, "стоя на продувки ее руководителя," Хим. Engr. (Лондон), p. 12 (19 августа 1993).
8. Монтгомери, Г., "Как предсказать температуры в течение Depressuring газа", углеводорода. Сб., С. 85-88 (апрель 1995).
9. Гаага, М. А. и др. ", продувки сосудов высокого давления I: Компьютерная модель". Trans. L Chem. Е., 70, Часть B, с. 3-9 (февраль 1992).
10. Гаага, М. А. и др. ", продувки сосудов высокого давления II: экспериментальная проверка компьютерной модели и примеры", Trans. L Chem. E, 70, Часть B, с. 10-17 (февраль 1992).
11. Эдвардс, В. Н и др., "Руководящие принципы для модернизации системы Давление помощи", в сб., Международный симпозиум по Runaway реакций и дизайн для сброса давления, Г. А. Мельхем и Герберт Фишер, EDS,, Айше, Нью-Йорк, с. 648 - 667 (1995).
12. "Калибровка" Выбор и установка давления Освобождение устройств в НПЗ. Part I - Размеры и подбор персонала, "Рекомендуемая практика API 520, 6 изд., Американский институт нефти, Вашингтон, DC (март 1993).
13. "Калибровка" Выбор и установка давления Освобождение устройств в НПЗ. Часть II - Установка, "Рекомендуемая практика API 520, 4 изд., Американский институт нефти, Вашингтон, DC (декабрь 1994).
14. "Руководство для давления Освобождение и Depressuring Systems," Рекомендуемая практика API 521, 4 изд., Американский институт нефти, Вашингтон, DC (март 1997).
15. "Руководящие принципы для сброса давления и очистных системах обработки," Центр по химической безопасности процесса, Айше, Нью-Йорк (1998).
16. Grossel С.С., "Дизайн и размер Нокаут Барабаны / Catch Цистерны для реакторных установок по оказанию чрезвычайной помощи", завод / Операции Prog, 5 (3), с. 129-135 (июль 1986).
17. Fauske, HK, М. А. Grolmes ", смягчения их последствий опасных Источник выпуска чрезвычайным Условия через Quench танки". Завод / Операции педант., 11 (2), с. 121-125 (апрель 1992).
18. Китер, А. Г. аварийного сброса давления разряда управления по пассивной Закалка - обновление ", завод / Операции Prog., 11 (3), с. 157-163 (июль 1992).
19. Сингх, J., D. Boey, "Дизайн Quench системы Runaway реакций при лабораторных оборудование", завод / Операции Prog., 10 (1), с. 58-64 (январь 1991).
Дополнительная литература
Де Гроот, JJ, и PJ Sikkens ", взрывобезопасное емкость с жидкостью", патент США, Appl. Нету 246227, 19 сентября 1988; Патент № 4982861, выданная 8 января 1991.
Даффилд, JS, и др., "Отвод пероксидных растворов", документ, представленный в 1992 году на конференции Европейского двухфазных потоков группы, Стокгольм, Швеция (1-3 июня, 1992).
Фридель, Л. и Е. Молер, "Тарифы перепада давления на пространстве пара или газа пространства сброса давления и донных выпуска Давление сосуды бинарных систем," Хим. Ing. Технология., 62 (3), с. 234-235 (1990).
Парри, CF, "Руководство по оказанию помощи Systems," Gulf Издательское дело, Хьюстон (1992).
Вальтер, К. и В. Г. Эдвардс, "Рассмотрение Боттом вентиляции для чрезвычайной помощи реактивных жидкостей", документ, представленный на 34-й ежегодный симпозиум Предотвращение потери, сессия 4 ", защита от превышения давления Альтернативы", Atlanta, GA (6-8 марта, 2000 ).
Кеннет Л. WALTER И ВИКТОР H. Edwards,
KVAERNER инженеров и конструкторов
KL WALTER является одним из главных инженера-технолога с Kvaerner инженеров и конструкторов, Хьюстон, и в настоящее время находится на Дюпон-Ла-Порт завод (тел. (281) 842-4192, факс: (281) 470-3935, E-почта: <A HREF = "mailto: WALTE2KL@nanotes1.email.dupont.com"> WALTE2KL@nanotes1.email.dupont.com </ A>). Он вступил в Kvaerner в 1994 году после 21 лет опыта работы в области процессов и продуктов R
VH Эдвардс процесса директор Kvaerner инженеров и конструкторов, Хьюстон (тел. (713) 270-2817, факс: (713) 270-3650, E-почта: <a href="mailto:vic.edwards@kvaerner.com"> vic.edwards @ <kvaerner.com />). Он ведет технологического оборудования, природоохранные технологии, и управления безопасности для инженерных проектов сделали для сайтов Дюпон на американском побережье Мексиканского залива в качестве подрядчика инженерного альянса. Одна из его основных видов деятельности в течение последних 18 лет работает с более чем 100 проектов DuPont. Он получил две награды за совершенство техники и 2 для безопасности, охраны здоровья и окружающей среды от совершенства DuPont. В 1998 году он был назван Kvaerner Сотрудник года. Эдвардс получил степень бакалавра в Университете Райса и докторскую степень в области химической инженерии в Университете Калифорнии в Беркли. Зарегистрированных профессионального инженера в Техасе, он Айше научный сотрудник и член Американской ассоциации содействия развитию науки, Американского химического общества, Национального общества профессиональных инженеров, Нью-Йоркской академии наук, Phi Lambda Ипсилон и Sigma Тау.
