Расчет зоны взрывоопасных концентраций при испарении сжиженных углеводородных газов с площади разлива

2.4 Расчет зоны взрывоопасных концентраций при испарении сжиженных углеводородных газов с площади разлива.

Основные положения

При функционировании технологического процесса возможны два варианта образования зон взрывоопасных концентраций на открытой технологической установке:

·  эксплуатационные взрывоопасные зоны, образующиеся при нормальном функционировании технологического аппарата;

·  аварийные взрывоопасные зоны, образующиеся в результате неконтролируемого поступления СУГ наружу из технологического аппарата.

2.4.1 Основы классификации взрывоопасных зон при нормальном функционировании технологического процесса

Размеры эксплуатационных взрывоопасных зон регламентированы «Правилами устройства электроустановок» (ПУЭ). Такие зоны принято классифицировать как взрывоопасные класса В-Iг у наружных установок. Взрывоопасные зоны у наружных установок ограничиваются по горизонтали и вертикали следующими размерами:

·  3м – от закрытых технологических аппаратов, содержащих горючие газы и ЛВЖ;

·  5м – от места выброса взрывоопасных и горючих веществ из предохранительных и дыхательных клапанов;

·  8м – от резервуаров с ЛВЖ газгольдеров, а при наличии обвалования – в пределах всей площади внутри обвалования;

·  20м – от мест открытого слива и налива ЛВЖ на эстакадах.

2.4.2 Определение размеров взрывоопасных зон при аварийном розливе СУГ на открытой площадке

При аварийном разливе СУГ взрывоопасные концентрации образуются только в том случае если,

t_р>t_всп ;

где t_р – температура СУГ, ⁰С; t_всп – температура вспышки, ⁰С.

В нормативных документах по пожарной безопасности имеются два метода расчета размеров зон взрывоопасных паровоздушных смесей при испарении жидкости с поверхности разлива.

Первый метод, включенный в «Рекомендации по обеспечению пожар ной безопасности объектов нефтепродуктообеспечения, расположенных на селитебной территории», основан на проведенных исследованиях по изучению закономерностей распределения вредных веществ при кратковременном выделении из наземных источников в Главной геофизической обсерватории России.

Расчетная формула, заимствованная из работы В.М. Эльтермана "Охрана воздушной среды на химических и нефтехимических предприятиях" (М.: Химия, 1985), имеет вид:

, м.

где R_звк - горизонтальный размер зоны от границы источника испарения, ограничивающие область концентраций, превышающих нижний концентрационный предел распространения пламени, м; А - константа, равная 0,17 м^-1; m_п – масса паров, испарившаяся с открытой поверхности разлива, кг; φ_нп - нижний концентрационный предел распространения пламени, кгм^-3.

Связь между нижним концентрационным пределом распространения пламени, выраженным в кг·м^-3 (φ_нп), нижним концентрационным пределом распространения пламени, выраженным в % объемных (φ_нп) описывается следующей формулой:

; кг·м^-3

где М - молекулярная масса, кг·кмоль^-1, V_t - мольный объем, равный при нормальных условиях 22,4 м³ ·кмоль^-1.

Второй метод расчета горизонтальных размеров зон, ограничивающих газо- паровоздушные смеси с концентрацией горючего выше нижнего концентрационного предела распространения пламени, при аварийном поступлении горючих газов и паров не нагретых легковоспламеняющихся жидкостей в открытое пространство изложен в НПБ 105-03.

Размеры зоны, м, ограничивающие область концентраций, превышающих нижний концентрационный предел распространения пламени (φ_нп), вычисляют по формулам:

для горючих газов (ГГ)

• радиус зоны:

;

• высота зоны:

;

• плотность газа при расчетной температуре:

; ;

где m_г - масса поступивших в открытое пространство СУГ при аварийной ситуации, кг; ρ_г - плотность СУГ при расчетной температуре и атмосферном давлении, кг·м^-3, φ_нп - нижний концентрационный предел распространения пламени, % объема.

При расчете за начало отсчета горизонтального размера зоны принимают внешние размеры аппарата. Для сжиженных углеводородных газов (СУГ) при отсутствии данных допускается рассчитывать удельную массу испарившегося СУГ (кг·м^-2 ) из пролива при температуре Т_ж ≤ Т_кип по формуле:

где М - молекулярная масса СУГ, кг·моль^-1; L_исп - мольная теплота испарения СУГ, Дж·моль^-1 ; Т₀ - начальная температура материала, на поверхность которого разливается СУГ, К; Т_ж - начальная температура СУГ, К; λ_тв -коэффициент теплопроводности материала, на поверхность которого разливается СУГ; τ - текущее время, сек, принимаемое равным времени полного испарения СУГ, но не более 3600 сек; α - коэффициент температуропроводности материала, на поверхность которого разливается

СУГ, м·сек^-1; Re - число Рейнольдса; λ_в - коэффициент теплопроводности воздуха, Вт·м^-1 К^-1; d - характерный размер пролива СУГ, м. Учитывая, что Т₀ Т_ж =Т_ж =310; К m_суг = 0.

• Число Рейнольдса:

где U - скорость воздушного потока, м·сек^-1; ν_в - кинематическая вязкость воздуха, м² ·сек^-1.

• Коэффициент температуропроводности материала, на поверхность которого разливается СУГ, определяется по формуле:

где с_тв - теплоемкость материала, на поверхность которого разливается СУГ, Дж·кг^-1 ·К^-1; ρ_тв - плотность материала, на поверхность которого разливается СУГ, кг·м^-3.

• Характерный размер пролива СУГ определяют по формуле:

где F_и - площадь поверхности испарения, м².

При температуре Т_ж > Т_кип дополнительно рассчитывается масса СУГ, испарившегося в окружающее пространство за счет перегрева.

• Масса СУГ, испарившегося в окружающее пространство в случае его перегрева:

где m_п - масса вышедшего перегретого СУГ, кг; С_р - удельная теплоемкость СУГ при температуре перегрева Т_а, Дж·кг^-1 ·К^-1; Т_а - температура перегретого СУГ в соответствии с технологическим регламентом в технологическом аппарате, К; Т_кип - температура кипения СУГ, К; L_исп - удельная теплота испарения СУГ, Дж·кг^-1:

 кг

2.5 Расчет избыточного давления взрыва при сгорании взрывоопасной газовоздушной смеси

Рассчитаем избыточное давление взрыва при сгорании взрывоопасной газовоздушной смеси. Расчет проводиться на основе ГОСТ Р 12.3.047-98.

2.5.1 Избыточное давление ΔР, кПа, развиваемое при сгорании газовоздушной смеси в открытом пространстве:

где Р_о - атмосферное давление, кПа (допускается принимать равным 101 кПа); m_пр - приведенная масса газа, кг; г - расстояние от геометрического центра газовоздушного облака, м.

2.5.2 Приведенная масса СУГ:

где Q_сг - удельная теплота сгорания СУГ, Дж/кг; Z - коэффициент участия, который допускается принимать равным 0,1; Q₀ - константа равная 4,52-10⁶ Дж/кг; m_г - масса горючих СУГ поступившего в результате аварии в окружающее пространство, кг; α - степень заполнения емкости по обьему

(85%); ρ_суг - плотность СУГ, кг/м³ ; V_PE3 - объем резервуара, м³ .

2.5.3 Импульс волны давления i, Па-сек:

где m_пр - приведенная масса газа, кг; r - расстояние от геометрического центра газовоздушного облака, м.

Таблица 4

Рис.2. Импульс волны давления при сгорании газовоздушной смеси на открытом пространстве, кПа·с.

Рис.3. Избыточное давление, развиваемое при сгорании газовоздушной смеси на открытом пространстве, кПа