Аппарат с горючей жидкостью

Глава 3

ПОЖАРНАЯ ОПАСНОСТЬ ВЫХОДА горючих веществ из поврежденного технологического оборудования

И СПОСОБЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

 

Классификация аварий и повреждений технологического

Оборудования на производственных объектах

 

Наиболее пожаровзрывоопасная ситуация на производственных объектах, способная привести в том числе к катастрофическим последствиям, возникает в случае аварийного выхода горючих веществ из технологического оборудования.

Выход горючего вещества из поврежденного технологического оборудования приводит, как правило, к образованию пожаро- или взрывоопасной зоны и при наличии источника зажигания – к воспламенению горючего вещества или взрыву горючей смеси, пожару на производственном объекте.

Под аварией (в наиболее широком толковании этого термина) понимают разрушение сооружений и/или технических устройств, применяемых на опасном производственном объекте, неконтролируемый взрыв и/или выброс опасных веществ.

В зависимости от возможных последствий аварии на производственных объектах в соответствии с ГОСТ Р 12.3.047–98 классифицируются как:

крупная авария – авария, при которой гибнет не менее десяти человек;

проектная авария – авария, для которой обеспечение заданного уровня безопасности гарантируется предусмотренными в проекте промышленного предприятия системами обеспечения безопасности по ГОСТ 12.1.004–91;

максимальная проектная авария – проектная авария с наиболее тяжелыми последствиями (гибель более десяти человек, значительный материальный или экологический ущерб).

Локальное повреждение технологического оборудования – образование трещин, сквозных отверстий от коррозии, прогаров теплообменной поверхности, нарушение целостности фланцевых соединений и т. п. – приводит к выходу продукта под давлением в виде струй пара, газа или жидкости.

Полное разрушение технологического оборудования (аппарата, резервуара, железнодорожной цистерны, мерника, отстойника, циклона и т. п.) или трубопровода характеризуется выходом всего содержимого в производственное помещение или на территорию открытой установки.

Статистика чрезвычайных ситуаций, аварий и пожаров, происшедших на производственных объектах вследствие воспламенения горючих парогазовоздушных смесей, свидетельствует о том, что пожар может развиваться по эффекту «домино», когда в аварийную ситуацию дополнительно вовлекаются соседние сооружения предприятий, а также здания и сооружения жилой застройки (при расположении объекта на селитебной территории), что приводит к значительному материальному ущербу, травмам и гибели людей.

Необходимым условием для реальной оценки масштабов последствий чрезвычайных ситуаций, которые могут возникнуть на производственных объектах, и разработки мероприятий противопожарной защиты является количественный анализ опасности среды в зоне выхода горючих веществ из поврежденного технологического оборудования.

 

Определение количества горючих веществ,

Выходящих наружу при локальном повреждении

Технологического оборудования

 

Аппарат с горючей жидкостью

 

Массу выходящей наружу жидкости при локальном повреждении аппарата определяют по формуле

, (3.1)

где – коэффициент расхода, изменяющийся в пределах 0,45–0,85 (при истечении жидкостей, вязкость которых составляет 0,5–1,5 МПа×с, через отверстие круглой формы в тонких стенках, можно принимать = 0,64); – сечение отверстия, через которое вещество выходит наружу, м²; – скорость истечения вещества из отверстия, м/с; – плотность вещества, кг/м³; – длительность истечения, с.

Скорость истечения жидкости через отверстие в трубопроводе или корпусе аппарата при постоянном давлении вычисляют по формуле

, (3.2)

где = 9,81 м/с² – ускорение силы тяжести; – приведенный напор, под действием которого происходит истечение жидкости через отверстие, м.

При истечении жидкости самотеком (здесь – высота столба жидкости, м); при работе аппарата под давлением

, (3.3)

где – избыточное давление среды в аппарате над поверхностью жидкости, Па ( Па; здесь – абсолютное рабочее давление среды в аппарате, Па); – плотность жидкости при рабочей температуре, кг/м³.

Длительность истечения определяется расчетным временем отключения аппаратов и трубопроводов в каждом конкретном случае, исходя из реальной обстановки с учетом паспортных данных на запорные устройства, характера технологического процесса и вида расчетной аварии.

В соответствии с НПБ 105–03 расчетное время отключения трубопроводов следует принимать равным:

- времени срабатывания системы автоматики отключения трубопроводов согласно паспортным данным установки, если вероятность отказа системы автоматики не превышает 1/год или обеспечено резервирование ее элементов;

- 120 с, если вероятность отказа системы автоматики превышает 1/год и не обеспечено резервирование ее элементов;

- 300 с при ручном отключении.

Под «временем срабатывания» и «временем отключения» понимают промежуток времени от начала возможного поступления горючего вещества из трубопровода (перфорация, разрыв, изменение номинального давления и т. п.) до полного прекращения поступления горючего вещества в помещение или на территорию открытой установки.

Выход горючей жидкости из поврежденного оборудования приводит к ее разливу на полу помещения или на производственной площадке наружной технологической установки. Испарение жидкости с поверхности разлива может привести к образованию зоны взрывоопасных концентраций.

Площадь разлива горючих жидкостей на полу производственных помещений при локальном повреждении оборудования определяют из расчета, что 1 л смесей и растворов, содержащих 70 % и менее (по массе) растворителей, разливается на площади 0,5 м², а остальных жидкостей – на 1 м² пола помещения.

На горизонтальных поверхностях наружных производственных площадок площадь разлива определяется из расчета, что 1 л смесей и растворов, содержащих 70 % и менее (по массе) растворителей, разливается на площади 0,10 м², а остальных жидкостей – на 0,15 м².

Площадь испарения жидкости принимают из условий:

- для помещения ;

- для наружной установки ,

где – площадь пола производственного помещения, м²; – площадь, ограниченная бортиками, обвалованием и т. д., за пределы которых не происходит разлив жидкости, м².

Длительность испарения жидкости принимают равной времени ее полного испарения, но не более 3600 с, т. е.

 

, (3.4)

 

где – интенсивность испарения, кг/(с×м²).

Интенсивность испарения находят по справочной литературе или определяют экспериментально. Для ненагретых выше температуры окружающей среды жидкостей при отсутствии данных допускается рассчитывать по формуле

, (3.5)

где – коэффициент, учитывающий скорость и температуру воздушного потока в производственном помещении над поверхностью испарения; – молекулярная масса вещества, кг/кмоль; – давление насыщенного пара при расчетной температуре жидкости, кПа.

Численное значение коэффициента определяют по табл. 3.1.

 

Таблица 3.1

 

Скорость воздушного потока в помещении U, м/с	Значение коэффициента при температуре , оС, воздуха в помещении
	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

 

Скорость движения воздуха вдоль поверхности жидкости определяют экспериментально или рассчитывают по формуле

 

, (3.6)

где – кратность аварийной вентиляции, 1/ч (определяется в соответствии с технологическим регламентом); – длина помещения, м.

Давление насыщенного пара при расчетной температуре жидкости определяют по справочным данным, при их отсутствии допускается рассчитывать по формуле Антуана

 

, (3.7)

 

где А, В, С_А – константы уравнения Антуана; – расчетная температура жидкости, ^оС, определяемая из выражения

 

, (3.8)

 

где – рабочая температура жидкости в аппарате, ^оС (принимается в соответствии с технологическим регламентом); – максимально возможная температура воздуха в помещении в соответствии с климатической зоной или максимально возможная температура воздуха по технологическому регламенту с учетом возможного повышения температуры в аварийной ситуации. При отсутствии данных допускается принимать ее равной 61 ^оС.

Масса паров жидкости , которая будет участвовать в образовании зоны взрывоопасных концентраций, рассчитывается по формуле

 

. (3.9)

Аппарат с горючим газом

Массу выходящего наружу газа при локальном повреждении аппарата определяют по формуле (3.1). Скорость истечения перегретого пара или газа через отверстие зависит от режима истечения и определяется по следующим формулам:

- для докритического режима истечения, когда

 

; (3.10)

 

- для критического режима истечения, когда

 

, (3.11)

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

, (3.12)

 

где – показатель адиабаты; – универсальная газовая постоянная ( = = 8314,31 Дж/(кмоль·К).