Анализ методик расчета давления насыщенных паров нефтепродуктов Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

^^МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ПРОИЗВОДСТВА ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

УДК 665.6

АНАЛИЗ МЕТОДИК РАСЧЕТА ДАВЛЕНИЯ НАСЫЩЕННЫХ ПАРОВ

НЕФТЕПРОДУКТОВ

В.В. Яковлев1, Е.А. Числова2

Санкт-Петербургский Политехнический Университет Петра Великого, 194021, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29

При анализе расчета насыщенных паров нефтепродуктов особую сложность составляет расчет значения давления насыщенных паров. В случае отсутствия экспериментальных данных возникает задача выбора методики оценки значения давления насыщенных паров. В статье предлагается осуществлять выбор методики, приемлемой для оценки давления насыщенных паров по его математическому ожиданию. Критерием применимости является попадание вычисленного значения в интервал с выбранной доверительной оценкой.

Ключевые слова: методика, насыщенные пары, нефтепродукты, математическое ожидание, температура, воздушная смесь.

ANALYSIS OF METHOD OF CALCULATION OF PRESSURE OF SATURATED STEAM

OF OIL PRODUCTS

V.V. Yakovlev, E.A. Chislova

Peter the Great St.Petersburg Polytechnic University, 194021, St. Petersburg, Politekhnicheskaya St., 29

In the analysis of calculation of saturated steam of oil products the special complexity is made by calculation of value of pressure of saturated steam. In the absence of experimental data there is a problem of the choice of a technique of assessment of value of pressure of saturated steam. In article it is offered to carry out the choice of a technique acceptable for assessment of pressure of saturated steam on its mathematical expectation. Criterion of applicability is hit of the calculated value in an interval with the chosen confidential assessment.

Keywords: technique, saturated steam, oil products, population mean, temperature, air mix.

При оценке пожарной опасности или взрывоопасности топливно-воздушной смеси одним из основных аргументов является масса испарившейся смеси, рассчитываемая согласно методике ПБ 09-540-03

G = F•ц•Ps•Vm•t•10-6, (1)

где G - масса испарившейся жидкости (кг); F - площадь испарения (м2); Ps - давление насыщенных паров (кПа); m - молярная масса нефтепродукта (г/моль-К);

ц - коэффициент (табл. 1);

t - время испарения (с). Особую сложность и неопределенность составляет расчет значения давления насыщенных паров, которое зависит от типа нефтепродукта, от температуры воздушной среды и еще от ряда параметров.

При отсутствии экспериментальных данных возникает задача выбора методики оценки значения давления насыщенных паров, оценки, поскольку в процессе определения подходящей методики придется иметь дело со случайными величинами.

1Яковлев Вячеслав Владимирович - доктор технических наук, профессор, тел.: +7 921 343-04-95, e-mail: vv-yakovlev@yandex.ru;

2Числова Елена Александровна - студентка, тел.: +7 981 753-66-02, e-mail: alena.chis.95@mail.ru

Анализ методик расчета давления насыщенных паров нефтепродуктов

Наиболее популярными в настоящее время являются следующие методики.

Таблица 1 - Значения коэффициента г/ [5]

Скорость воздушного потока над зеркалом испарения, м/с Значение коэффициента при соответствующей температуре воздуха

10°С 15°С 20°С 30°С 35°С

0.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0

0.1 3.0 2.6 2.4 1.8 1.6

0.2 4.6 3.8 3.5 2.4 2.3

0.5 6.6 5.7 5.4 3.6 3.2

1.0 10.0 8.7 7.7 5.6 4.6

1. Методика, основанная на уравнении Ан-туана [1]

= А —

Са+^С

(2)

где

Г(Т) =

1250

1250

^ГГОШО — 307.6

К7о)=

-1;

+ 108000 — 307.6

— 1,

(5)

где I - температура среды (°С);

- температура вспышки (°С). Результаты расчетов, выполнены по программе в среде МаИаЬ.

В таблице 2 представлены значения давления насыщенных паров бензина, рассчитанные по различным методикам.

Таблица 2 - Значения давления насыщенных паров бензина, рассчитанные по различным методикам

А, В, Са - коэффициенты Антуана; Ь°С - температура воздушной среды. При этом во многих руководящих документах при ссылках на уравнение Антуана не указано, где можно найти коэффициенты Антуана. Достаточно подробно они были представлены в приложении к устаревшему документу НПБ-105-95 [1].

2. Методика, изложенная в НПБ 105-03 [2] р5 = Ре • ехр [г/к • (1/То — Ут)1 (3)

где Р5 —давление насыщенных паров (кПа); Ре - атмосферное давление (кПа); г - удельная теплота парообразования смеси (Дж/г),

Я - удельная газовая постоянная смеси (Дж/ гК),

То - температура кипения смеси (К), Т - температура воздушной среды (К).

3. Методика Ашворта [3]

^) = 2Ш^[1—7Ш\; (4)

Темпе-

10°С 30°С 40°С 50°С ратура воздуха

мето-

19.8488 33.9768 43.1176 53.7749 дика Антуана

мето-

12.3420 17.4175 20.3535 23.5569 дика НПБ105- 03

3.8105 13.2153 22.9319 38.1922 формула Ашворта

11.0956 26.3786 40.6725 62.7119 формула Десятого ДБ.

матема-

11.7742 22.7470 31.7689 44.5590 тические ожидания

средние

6.5677 9.2836 11.7823 17.2828 квадра-тические отклонения

Расчет границ доверительного интервала математических ожиданий

Левая (минимальная) граница

Р —

л!п — 1

ушт = 5.5641 13.9689 20.6281 28.2172 левая граница доверительных интервалов

где Т - температура кипения при давлении

Р (К);

Т0 - температура кипения при давлении 101 кПа (К).

Р5 - давление насыщенных паров (мПа). 4. Эмпирическая формула Д.Б. Десятого [4]

Рз =

_ ехр[6.908 + 0.0433 • (Ь — 0.924 • ^ + 2.055)]

= 1047 + 7.48 • ЬУ

Р +

, (-+У 8 • £ -, П

1

5 • £ ( ^—,п — 1

л1п — 1 )

^п— 1

< Рт

<Р+-

е-?-

5 • £ (^Т~,п — 1

Vп — 1

= У

в

ТЕХНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ СЕРВИСА №1(47) 2019

21

В.В. Яковлев, Е.А. Числова

утах =17.9843 31.5251 42.9097 60.9008 - правая граница доверительных интервалов, где '^х)=у - вероятность того, что х принимает значение у;

8 - выборочное значение среднего квад-ратического отклонения;

Ь(у,п — 1) - квантиль распределения Стьюдента порядка у с числом степеней свободы п — 1;

Р —среднее по выборке значение давления насыщенных паров;

Рт - математическое ожидание лавле-

ния.

Изменение значений давления насыщенных паров бензина в зависимости от температуры воздуха, рассчитанное по различным методикам при выбранных одинаковых исходных данных приведены на рисунке 1 .

Рисунок 1 - Изменение давления насыщенных паров для различных температур воздушной среды

Выбор методики, приемлемой для оценки давления насыщенных паров при заданной температуре воздушной среды можно осуществить по критерию математического ожидания, а именно, если вычисленное значение попадает в интервал с выбранной доверительной

оценкой, то методика применима, в противном случае она отвергается.Для этих целей приведены левая (минимальное значение) и правая (максимальное значение) доверительного интервала в вероятностью 0.8.

Анализ представленных выше результатов показывает, что для выбранных исходных данных при температуре 10°С не рекомендуется применение методик (1) и (3), для температуры 30°С не подходят также методики (1) и (3), при температуре 40°С нежелательны методики (1) и (2), при температуре воздушного пространства 50°С выпадают из применения методики (2) и

(4).

Следует заметить, что приведенные рекомендации не являются вполне достоверными, поскольку ряд параметров топливно-воздушной смеси не учтен и учесть их влияние теоретически не представляется возможным. Например, значение теплоты парообразования, температуры вспышки и значения ряда коэффициентов, входящих в приведенные выше методики, меняются в широком диапазоне.

Основным методом определения значения давления насыщенных паров нефтепродуктов остается эксперимент.

Литература

1. Справочник химика 21. Химия и химические технологии. СЬеш21.ш1о/ш1о/1401869/

2. Нормы пожарной безопасности НПБ 105-03.

3. Справочник химика 21. Химия и химические технологии. СЬеш21.шЮ/ш1о/1114643/

4. Десятов Д.Б. и др. Модель функционирования информационной системы анализа динамики процесса флегматизации для снижения пожаровзрывобезопас-ности нефтепродуктов. Научные ведомости, №1 (144), вып. 25/1, 2013г.

5. Приказ МЧС от 10.07.2009 № 404 «Об утверждении методики определения расчетных величин пожарного риска на производственных объектах»