При проектировании и эксплуатации часто стоит задача: определить массу вещества на производственной площадке, цехе, участке, в техническом устройстве, сосуде или трубопроводе. Массу веществ определяют:
-
- на стадии проектирования производственных объектов масса веществ нужна для определения нагрузок на различные конструкции при проведении расчетов на прочность (расчет на прочность, расчет на устойчивость, расчет опорных конструкций и т.п.);
- при эксплуатации и проектирования производственного объекта необходимо определять количество опасных веществ согласно Федеральный закон от 21.07.1997 N 116-ФЗ "О промышленной безопасности опасных производственных объектов" для возможности идентификации производственной площадки и определения класса опасности. Согласно ФЗ №116 критерием для оценки количества опасных веществ на ОПО служит его масса. Сведения о массе опасного вещества на ОПО указывается в сведениях характеризующих ОПО.
Общие сведения.
Методика расчета массы вещества зависят от агрегатного состояния:
-
- вещество в твердом и жидком состоянии;
- вещество в газообразном виде;
- вещество в двухфазовом состоянии.
Расчет массы вещества в твердом и жидком состоянии.
Расчет массы вещества в твердом и жидком состоянии. Общий случай.
При инженерных расчетах жидкости считаются практически не сжимаемы.
Т. е. плотность веществ в твердом и жидком состоянии зависит только от температуры. Плотность (ρ) веществ можно определить по справочным данным.
В этом случае масса (m) вещества рассчитывается по простой формуле:
m=ρ⋅V,
V — объем вещества. Объем вещества определяется согласно паспортным данным технического устройства, сосуда или по данным проектной документации. При отсутствии данных объем для существующих устройств можно определить путем замера. Существует несколько методов определения объемов.
Формула расчета массы вещества:
Расчет массы жидкости в трубопроводе.
Для трубопроводов объем вещества определяется, как внутренний объем трубопровода. В этом случае выше приведенная формула примет вид:
m=ρ⋅l⋅π⋅Dвн2/4,
l — длина участка трубопровода диаметром Dвн;
Dвн — внутренний диаметр трубопровода.
Формула расчета массы жидкости в трубопроводе:
Расчет массы вещества жидкости в сосуде или объемных технических устройствах.
Для сосудов и объемных технических устройствах (далее просто сосуд) возможны два варианта расчета:
-
- объем сосуда полностью занят жидкостью. В этом случае массу можно рассчитать, как показано выше;
- объем сосуда частично занят жидкостью. В этом случае надо учитывать:
-
-
- процент (долю) занятую жидкой фазой;
- массу газа в оставшемся объеме сосуда, в случае если сосуд не является атмосферным (объем сосуда не связан с атмосферой) или газ тяжелее воздуха. Пример сосуда — резервуары СУГ на АГЗС (в которых минимум 15 % от объема должна составлять газовая подушка, жидкости не более 85 % соответственно).
-
Расчет массы жидкости сосуде.
mж=(d/100)⋅ρ⋅V,
d — процент жидкости в сосуде, %;
Формула расчета массы жидкости в сосуде :
Расчет массы газа и жидкости в сосуде.
Расчет массы газа проводится с помощью уравнения состояния идеального газа. Эту методику нельзя использовать для газа с высоким давлением или при сочетании высокого давления и высокой температуры (например водяной пар, используемый как рабочее тело в машинах). В этих случаях рекомендуется использовать справочные данные и пользоваться формулой, приведенной выше.
mг=mж+((100-d)⋅V⋅P⋅M)/(T⋅R),
где P — давление газа в сосуде, M — молярная масса газа, T — температура газа в сосуде, R — универсальная газовая постоянная.
Формула расчета массы газа и жидкости в сосуде:
Расчет массы газа.
Расчет массы газа. Общий случай.
Расчет массы газа проводится также с помощью уравнения состояния идеального газа.
mг=(V⋅P⋅M)/(T⋅R),
где P — давление газа в сосуде, M — молярная масса газа, T — температура газа в сосуде, R — универсальная газовая постоянная.
Формула расчета массы газа:
Расчет массы газа в трубопроводе.
mг=(3,14⋅L⋅Dвн2⋅P⋅M)/(4⋅T⋅R),
Формула расчета массы газа:
Расчет массы вещества в двухфазовом состоянии.
Точный расчет массы вещества состоящего сразу в двух состояниях является сложной задачей. На практике часто используется упрощенный вариант, предусматривающий использование процента содержания разных фаз вещества, как на примере выше.
Примечание:
Определив количество вещества и если оно относится к опасным согласно ФЗ «О промышленной безопасности» можно провести предварительную идентификацию в онлайн сервисе по идентификации ОПО.
