Пожарная безопасность технологических процессов / Shvyrkov - PB tekhnologicheskikh processov 2012

7.2.2. Аппарат с горючим газом

Массу выходящего наружу газа при локальном повреждении аппарата mл определяют по формуле (7.1). Скорость истечения перегретого пара

или газа через отверстие зависит от режима истечения и определяется по следующим формулам:

для докритического режима истечения, когда рс ркр :

2k R

р

k 1

с

k

w

(t

р

273) 1

;

(7.10)

докр

k 1 M

рр

для критического режима истечения, когда pс ркр :

w	2k R			(t		273) ,	(7.11)
	k 1 M
кр					р

где рс – давление окружающей среды, в которую происходит истечение газов, Па (обычно рс рбар); ркр – критическое давление, определяемое из выражения

	2			k
				k 1
ркр рр					,	(7.12)
k 1

где k – показатель адиабаты; R – универсальная газовая постоянная ( R =

=8314,31 Дж/(кмоль·К).

7.3.Определение количества горючих веществ, выходящих наружу при полном разрушении технологического оборудования

7.3.1. Аппарат с горючей жидкостью или сжиженным газом

Массу горючих веществ, выходящих наружу при полном разрушении аппарата mп , определяют по формуле

mп mап mтр1 mтр2 ,

(7.13)

где mап – масса веществ, выходящих из разрушенного аппарата, кг; mтр1 и mтр2 – масса веществ, выходящих из трубопроводов соответственно

до момента отключения задвижек или других запорных устройств и после их закрытия, кг.

91

Для аппаратов с жидкостями или сжиженными газами массу горючих веществ (после преобразования выражения (7.13)) определяют по формуле

n	k	f j ) ж ,		(7.14)
mп (Vап qi i	l j
i 1	j 1 пр	пр
где V – геометрический внутренний объем аппарата, м3;			–	степень
ап
(коэффициент) заполнения аппарата; qi	– производительность i-го насоса
или пропускная способность i-го трубопровода, питающего аппарат, м3/с;
i – продолжительность отключения i-го побудителя расхода, с;			n	– число

побудителей расхода, питающих аппарат; l jпр и f jпр – соответственно дли-

на, м, и сечение, м2, j-го участка трубопровода (от аварийного аппарата до запорного устройства), из которого происходит истечение жидкости (сжиженного газа), м; k – число участков трубопроводов, примыкающих к аварийному аппарату; ж – плотность жидкости при рабочей температу-

ре среды в аппарате, кг/м3.

При полном разрушении технологического оборудования в производственном помещении площадь испарения жидкости определяют по формулам, приведенным в п. 7.2.1.

При полном разрушении крупногабаритного технологического сооружения на открытой производственной площадке, например РВС, площадь разлива жидкости зависит не только от объема разлившейся жидкости, но и от уклона рельефа местности.

Анализ статистических данных пожаров и аварий, связанных с полным разрушением РВС, а также результаты экспериментов, проведенных на кафедре ПБТП, по определению площади разлива жидкостей при квазимгновенном разрушении оборудования позволили установить зависимость для определения площади разлива нефти и нефтепродуктов при полном разрушении РВС вместимостью от 500 до 30000 м3:

S

р

260000(0,3326(х х

2

)2 1,5520х2 х

2

х

3

) ,

(7.15)

1

1

где

S

р

– прогнозируемая площадь разлива жидкости, м2;

х

d

р

/ 45,6 ;

1

х2 hж /18;

х3 i / 0,07

(здесь dр – диаметр

аварийного резервуара, м;

hж

– высота взлива жидкости в резервуаре до аварии ( hж 0,5Нр , где Нр –

высота резервуара, м), м; i – гидравлический уклон рельефа местности). Следует отметить, что разлив пожароопасной жидкости на значитель-

ной площади и воздействие опасных факторов пожара при полном разрушении РВС происходят за считанные секунды. Этого времени явно недостаточно для идентификации персоналом аварийной ситуации, принятия соответствующих ответных действий по предотвращению разлива горящей жидкости и эвакуации.

92

Вследствие того что направление разрушения резервуара относительно соседних резервуаров или объектов практически непредсказуемо, сценарии развития таких аварий могут иметь большое количество вариантов.

К наиболее опасному, с точки зрения масштабов последствий квазимгновенного разрушения резервуара, следует отнести вариант развития аварии по принципу «домино», когда поток жидкости при разрушении РВС направлен на соседние резервуары группы, наружные технологические установки, здания или сооружения предприятия. В этом случае возможно цепное развитие аварии, что приведет к увеличению площади разлива (пожара), значительному материальному и экологическому ущербам, к необходимости сосредоточения большого количества сил и средств для локализации и ликвидации аварии (пожара).

Приведенные выше сведения рекомендуется использовать при разработке планов пожаротушения и локализации аварийных ситуаций, расчете необходимого количества сил и средств для тушения пожара и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций, оценке пожарных рисков и разработке декларации пожарной безопасности.

7.3.2. Аппарат с горючим газом

Массу горючего газа, выходящего наружу при полном разрушении аппарата mп , определяют по формуле (7.13), которая после соответствую-

щих преобразований имеет следующий вид:

m	(V рр		q		l f		рр	) ,	(7.16)
			k		k
п	ап		i 1 i i		j 1 jпр	jпр		г
		105					105
где рр – рабочее давление среды в аппарате, Па; qi								– производительность

i-го компрессора или пропускная способность i-го трубопровода, питающего аппарат, м3/с; г – плотность горючего газа при рабочей температуре

среды в аппарате, кг/м3.

7.4.Определение размеров зон ВОК в производственных помещениях

ина открытых технологических площадках

При разливе горючих жидкостей или сжиженных горючих газов (СГГ) в помещении или на территории промышленной площадки происходит их испарение с образованием зон ВОК (для горючей жидкости должно

выполняться условие tр tвсп ).

Взрывоопасная смесь может занять весь объем помещения и выйти за его пределы. Взрывоопасное облако может дрейфовать по ветру на значительные расстояния до тех пор, пока оно не диффундирует в окружающую среду или не встретит на своем пути источник зажигания, воспламенивший ее. Воспламенение облака приводит к появлению опасных факторов взрыва (избыточное давление взрыва и импульс волны давления), а также пожару разлившейся жидкости.

93

Определяющими параметрами зоны ВОК являются расстояния ХНКПР, YНКПР и ZНКПР (длина, ширина и высота), ограничивающие область концентраций, превышающих НКПР пламени, которые зависят от массы, физикохимических свойств разлившихся продуктов, температуры и подвижности окружающей среды.

7.4.1. Образование зоны ВОК в производственном помещении

Метод расчета размера зон, ограниченных НКПР пламени, при аварийном поступлении ненагретых ЛВЖ или ГГ в производственное помещение изложен в СП 12.13130–2009.

Приведенные ниже расчетные формулы применяют для помещений,

имеющих форму прямоугольного параллелепипеда с отношением

длины

к ширине не более 5 при условии, что 100m / (ρг.пVсв ) 0, 5φн , где н

– НКПР

пламени газа или пара, % (об.).

Расстояния ХНКПР, YНКПР

и

ZНКПР

при

0 н рассчитывают

по формулам:

0

0,5

ХНКПР

;

(7.17)

K1L K2 ln

н

0

0,5

;

(7.18)

YНКПР K1S K2 ln

н

0

0,5

,

(7.19)

ZНКПР K3 H K2 ln

н

где K1 – коэффициент, принимаемый равным 1,1314 для ГГ и 1,1958 для ЛВЖ; K2 – коэффициент, принимаемый равным 1 для ГГ; для ЛВЖ K2 = = Т/3600; K3 – коэффициент, принимаемый равным 0,0253 для ГГ при отсутствии подвижности воздушной среды; 0,02828 для ГГ при подвижной воздушной среде; 0,04714 для ЛВЖ при отсутствии подвижности воздушной среды и 0,3536 для ЛВЖ при подвижной воздушной среде; L, S и H – соответственно длина, ширина и высота производственного помещения, м;– допустимые отклонения концентраций при задаваемом уровне значи-

мости Q( ) – табличное значение (табл. 7.2) (величина уровня значимости Q( ) выбирается, исходя из особенностей технологического процесса, допускается принимать Q( ) , равным 0,05); 0 – предэкспо-

ненциальный множитель, % (об.), вычисляемый по следующим формулам:при отсутствии подвижности воздушной среды для ГГ:

94

0	3,77 103	m	;	(7.20)
		гVсв

при подвижности воздушной среды для ГГ:

0	3 10	2	m	;	(7.21)
			гVсвU

при отсутствии подвижности воздушной среды для паров ЛВЖ:

		100m		0,41
0	н				;	(7.22)
			V
		н	п св

при подвижности воздушной среды для паров ЛВЖ:

		100m		0,46
0	н				,	(7.23)
			V
		н	п св

где m – масса газа или паров ЛВЖ, поступающих в объем помещения и участвующих в образовании зон ВОК, кг; н – концентрация насыщен-

ных паров при расчетной температуре tр воздуха в помещении, % (об.).

При 0 н принимают ХНКПР = YНКПР = ZНКПР = 0.

Концентрация н может быть найдена по формуле

н 100 рн / р0 ,	(7.24)
где р0 – атмосферное давление, равное 101 кПа.
	Таблица 7.2
Характер распределения концентраций	δ
Для ГГ при отсутствии подвижности воздушной среды	1,38
Для ГГ при подвижности воздушной среды	1,37
Для паров ЛВЖ при отсутствии подвижности воздушной среды	1,25
Для паров ЛВЖ при подвижности воздушной среды	1,27

Примечание. Значения допустимых отклонений концентраций при уровне значимости Q(φ φ) 0, 5.

Радиус Rб и высоту Zб, м, зоны, ограниченной НКПР газов и паров, вычисляют, исходя из значений XНКПР, YНКПР и ZНКПР для заданного уровня значимости Q.

При этом Rб > XНКПР, Rб > YНКПР и Zб > h + Rб для ГГ и Zб > ZНКПР для ЛВЖ (h – высота источника поступления газа от пола помещения для ГГ

тяжелее воздуха и от потолка помещения для ГГ легче воздуха, м).

95

Геометрически зона ВОК, образованная ГГ и ограниченная НКПР, представляет собой цилиндр с основанием радиусом Rб и высотой hб = 2Rб при Rб h и hб = h + Rб при Rб > h, внутри которого расположен источник возможного выделения ГГ.

Геометрически зона ВОК, образованная ЛВЖ и ограниченная НКПР, представляет собой цилиндр с основанием радиусом Rб и высотой Zб =

= ZНКПР при высоте источника паров ЛВЖ h < ZНКПР и Zб = h + ZНКПР при

h ZНКПР.

За начало отсчета места появления горючих паров или газов при аварии принимают внешние габаритные размеры аппаратов, установок, тру-

бопроводов и т. п. Во всех случаях значения расстояний XНКПР, YНКПР и ZНКПР должны быть не менее 0,3 м для ГГ и ЛВЖ.

7.4.2. Образование зоны ВОК на производственной площадке

Метод расчета размера зоны, ограниченной НКПР пламени пара или газа, при аварийном поступлении ненагретых ЛВЖ или ГГ в открытое пространство принеподвижнойвоздушнойсредеизложенвСП12.13130–2009.

Расстояния ХНКПР, YНКПР и ZНКПР, ограничивающие область концентраций, превышающих НКПР, рассчитывают по формулам:

для ГГ:

mг

0,333

;

(7.25)

ХНКПР YНКПР 14,5632

г н

mг

0,333

;

(7.26)

ZНКПР 0,33

г н

для паров ЛВЖ:

pн

0,813

mп

0,333

ХНКПР YНКПР 3,1501

K

;

(7.27)

φн

ρп рн

pн

0,813

mп

0,333

,

(7.28)

ZНКПР 0,12 K

н

п рн

где mг – масса поступившего в открытое пространство ГГ при аварийной ситуации, кг; г – плотность ГГ при расчетной температуре и атмосферном давлении, кг/м3; mп – масса паров ЛВЖ, поступивших в открытое пространство за время полного испарения, но не более 3600 с, кг; п – плот-

ность паров ЛВЖ при расчетной температуре и атмосферном давлении, кг/м3; рн – давление насыщенных паров ЛВЖ при расчетной температуре,

кПа; K – коэффициент (K = Т/3600 для ЛВЖ); Т – продолжительность поступления паров ЛВЖ в открытое пространство, с.

96

Радиус Rб, м, и высоту Zб, м, зоны, ограниченной НКПР газов и паров,

вычисляют, исходя из значений ХНКПР, YНКПР и ZНКПР.

При этом Rб > XНКПР, Rб > YНКПР и Zб > h + Rб для ГГ и Zб > ZНКПР

для ЛВЖ (h – высота источника поступления газа от уровня земли, м). Геометрически зона ВОК, образованная ГГ и ограниченная НКПР,

представляет собой цилиндр с основанием радиусом Rб и высотой hб = 2Rб при Rб < h и hб = h + Rб при Rб > h, внутри которого расположен источник возможного выделения ГГ.

Геометрически зона ВОК, образованная ЛВЖ и ограниченная НКПР, представляет собой цилиндр с основанием радиусом Rб и высотой

Zб = ZНКПР при высоте источника паров ЛВЖ h < ZНКПР и Zб = h + ZНКПР при h ZНКПР. За начало отсчета размеров зоны, ограниченной НКПР газов

ипаров, принимаютвнешниегабаритныеразмерыаппаратов, установокит. п.

Во всех случаях значения ХНКПР, YНКПР и ZНКПР должны быть не менее 0,3 м для ГГ и ЛВЖ.

Расчетные формулы (7.27) и (7.28) могут быть использованы и для определения максимальных размеров зон при испарении СУГ из проливов.

Горизонтальный размер зоны ВОК по направлению ветра ХНКПР, образующейсяприистеченииСУГизтрубопровода, можнорассчитатьпоформуле

ХНКПР 40 (G /U )0,5 ,

(7.29)

где G – массовая скорость поступления ГГ в окружающее пространство, кг/с; U – скоростьветра, м/с(формулаприменимадляскоростиветраU 1 м/с).

При разгерметизации резервуаров (трубопроводов) для хранения СУГ под давлением возможно истечение паровой (при разгерметизации выше уровня жидкости) и жидкой (при разгерметизации ниже уровня жидкости) фаз. Соответственно следует различать массовые скорости истечения паровой и жидкой фаз СУГ.

Массовую скорость истечения паровой фазы СУГ Gп, кг/(с м2), вычисляют по формуле

		ркрМ
G				р		(0,167 р5	0,534 р1,95 ) ,	(7.30)
		RT
п					кр	R	R
		кр

где ркр – критическое давление, Па; Ткр – критическая температура, К; рR p / pкр (здесь р – давление в оборудовании, Па).

Массовую скорость истечения жидкой фазы СУГ Gж , кг/(с м2), вычисляют по формуле

G G		( ж / п) рR	,	(7.31)
ж	п	1,22ТR3/ 2
				97

где ж, п – плотности жидкой и паровой фаз СУГ, кг/м3; ТR = T / Tкр, где Т – температура СУГ, находящегося в аппарате (трубопроводе), К.

7.5. Способы предотвращения образования зон ВОК на производственных объектах

Устойчивая, безаварийная и безопасная работа производственных объектов зависит от конструкции и надежности эксплуатируемого оборудования, наличия и исправности контрольно-измерительных приборов и средств автоматизации, во многом от наличия и эффективности систем противоаварийной, активной и пассивной противопожарной защиты.

Безопасность производства в значительной степени определяется организационно-техническими мероприятиями, к которым можно отнести: уровень организации профилактической работы, своевременность и качество планово-предупредительных ремонтов оборудования и приборов, подготовленность и практические навыки персонала предприятий, систему надзора за состоянием технических средств противоаварийной и противопожарной систем.

Для современного уровня развития промышленности характерны значительные объемы взрывопожароопасных и токсичных продуктов, находящихся в технологической аппаратуре, хранилищах, прицеховых и базисных складах, поэтому должны приниматься всесторонние меры по предупреждению утечки и выбросов этих продуктов, пожаров, взрывов.

Таким образом, пожаровзрывобезопасность производственных объектов в значительной мере достигается предупреждением повреждений и разрушений технологического оборудования, что обеспечивается одним из следующих способов или их комбинацией:

соблюдением технологического регламента ведения производственного процесса и техники безопасности;

максимальной механизацией и автоматизацией технологических процессов;

осуществлением контроля за геометрическими характеристиками технологического оборудования;

проведением плановых ремонтных работ, дефектоскопии и рентгеноскопии наиболее ответственных технологических аппаратов;

соблюдением температурных режимов и режимов давления при эксплуатации технологического оборудования;

оснащением аппаратов независимыми измерителями уровня и манометрами слежения за режимами давления;

регулированием скорости наполнения (опорожнения) емкостных аппаратов жидкостью, которая не должна превышать суммарную пропускную способность установленных на нем дыхательных устройств;

обеспечением возможности перекачки продуктов из одного аппарата в другой при аварийной ситуации;

98

применением устройств для сброса конденсата при расположении внутри аппаратов нагревательных элементов (например, парового змеевика, все соединения которого должны быть сварными);

применением двустенных аппаратов с заполнением межстенного пространства инертными газами или негорючими жидкостями (азотом, аргоном, тосолом и т. п.);

применением устройств защиты производственного оборудования

сгорючими веществами от повреждений и аварий, установкой отключающих, отсекающих и других подобных устройств, предохранительных клапанов и разрывных мембран;

заполнением гидравлических предохранительных клапанов трудноиспаряющейся, некристаллизирующейся, неполимеризующейся и незамерзающей жидкостью;

применением огнепреграждающих устройств в оборудовании (искрогасителей, огнепреградителей и т. д.);

подбором и применением соответствующих материалов для оборудования, используемого в агрессивных средах, при низких или высоких температурах;

применением антикоррозионной защиты оборудования;

нанесением на поверхности открытых технологических установок специальных красок, облицовочных материалов, негорючей теплоизоляции в целях уменьшения внешнего притока тепла от солнечной радиации;

применением прокладочных и уплотняющих материалов, обладающих значительной упругостью и стойкостью при рабочих температурах

вагрессивных средах (паронита, бензостойкой резины, асбометаллических прокладок и т. п.);

установкой в местах возможного образования зон ВОК датчиков дозрывоопасных концентраций с автоматическим отключением побудителей расхода горючих газов или жидкостей и выводом сигнала о нарушении технологическогопроцессанапультуправлениятехнологическимпроцессом;

выполнением требований действующих норм, правил и стандартов

вобласти обеспечения пожарной и промышленной безопасности.

Контрольные вопросы

1.Какие виды повреждений технологического оборудования вы знаете?

2.К каким последствиям может привести выход горючих веществ при повреждении технологического оборудования?

3.Что понимают под термином авария?

4.Как классифицируют аварии на производственных объектах в зависимости от возможных последствий?

99

5.От каких параметров зависит масса выходящей наружу жидкости при локальных повреждениях аппаратов?

6.Приведите формулу для определения скорости истечения жидкости через отверстие в трубопроводе или корпусе аппарата при постоянном давлении.

7.Что понимается под терминами время срабатывания и время отключения запорных устройств при аварийных ситуациях?

8.Чему равно расчетное время ручного отключения трубопроводов?

9.Чему равна площадь испарения 1 л смесей горючих жидкостей на полу производственного помещения, содержащих до 70 % по массе растворителей?

10.Чему равна площадь испарения 1 л смесей горючих жидкостей на полу производственного помещения, содержащих более 70 % по массе растворителей?

11.Чему равна площадь испарения горючих жидкостей на открытых производственных площадках, содержащих до 70 % по массе растворителей?

12.Чему равна площадь испарения горючих жидкостей на открытых производственных площадках, содержащих более 70 % по массе растворителей?

13.Назовите максимальную длительность испарения жидкости, допускаемую принимать в расчетных зависимостях.

14.Назовите параметры, от которых зависит интенсивность испарения паров жидкости с площади разлива.

15.Что учитывает коэффициент при определении интенсивности

испарения паров жидкости с площади разлива?

16.Назовите параметры, от которых зависит скорость движения воздуха в производственном помещении.

17.Приведите формулу расчета давления насыщенного пара при расчетной температуре горючей жидкости.

18.Что такое максимально возможная температура воздуха в поме-

щении?

19.Приведите формулу для определения массы паров жидкости, участвующую в образовании зоны ВОК.

20.От каких параметров зависит масса горючего вещества, выходящего наружу при полном разрушении аппарата?

21.От каких параметров зависит площадь разлива жидкости при полном разрушении вертикального стального резервуара?

22.Для чего необходимо прогнозировать площадь разлива жидкости

изону ВОК при аварийных ситуациях?

23.Назовите параметры, которыми определяется зона ВОК.

24.Как геометрически определяется зона ВОК?

100