Методы расчета значений критериев пожарной опасности наружных установок

Выбор и обоснование расчетного варианта

Выбор расчетного варианта следует осуществлять с учетом годовой частоты реализации и последствий тех или иных аварийных ситуаций. В качестве расчетного для вычисления критериев пожарной опасности для горючих газов и паров следует принимать вариант аварии, для которого произведение годовой частоты реализации этого варианта Q _w и расчетного избыточного давления Δ Р при сгорании газопаровоздушных смесей в случае реализации указанного варианта максимально, то есть:

(73)

При невозможности реализации описанного выше метода в качестве расчетного следует выбирать наиболее неблагоприятный вариант аварии или период нормальной работы аппаратов, при котором в образовании горючих газопаровоздушных смесей участвует наибольшее количество газов и паров, наиболее опасных в отношении последствий сгорания этих смесей.

Количество поступивших веществ, которые могут образовывать горючие газовоздушные или паровоздушные смеси, определяется, исходя из следующих предпосылок:

а) происходит расчетная авария одного из аппаратов (в зависимости от того, какой из подходов к определению расчетного варианта аварии принят за основу);

б) все содержимое аппарата поступает в окружающее пространство;

в) происходит одновременно утечка веществ из трубопроводов, питающих аппарат по прямому и обратному потоку в течение времени, необходимого для отключения трубопроводов.

Расчетное время отключения трубопроводов определяется в каждом конкретном случае, исходя из реальной обстановки, и должно быть минимальным с учетом паспортных данных на запорные устройства, характера технологического процесса и вида расчетной аварии.

Расчетное время отключения трубопроводов следует принимать равным:

времени срабатывания систем автоматики отключения трубопроводов согласно паспортным данным установки, если вероятность отказа системы автоматики не превышает 0,000001 в год или обеспечено резервирование ее элементов (но не более 120 с);

- 120 с, если вероятность отказа системы автоматики превышает 0,000001 в год и не обеспечено резервирование ее элементов;

- 300 с, при ручном отключении.

Не допускается использование технических средств для отключения трубопроводов, для которых время отключения превышает приведенные выше значения.

Под “временем срабатывания” и “временем отключения” следует понимать промежуток времени от начала возможного поступления горючего вещества из трубопровода (перфорация, разрыв, изменение номинального давления и т. п.) до полного прекращения поступления газа или жидкости в окружающее пространство. Быстродействующие клапаны-отсекатели должны автоматически перекрывать подачу газа или жидкости при нарушении электроснабжения.

В исключительных случаях в установленном порядке допускается превышение приведенных выше значений времени отключения трубопроводов специальным решением соответствующих министерств или ведомств по согласованию с Госгортехнадзором России на подконтрольных ему производствах и предприятиях и МЧС России;

г) происходит испарение с поверхности разлившейся жидкости; площадь испарения при разливе на горизонтальную поверхность определяется (при отсутствии справочных или иных экспериментальных данных), исходя 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;

д) происходит также испарение жидкостей из емкостей, эксплуатируемых с открытым зеркалом жидкости, и со свежеокрашенных поверхностей;

е) длительность испарения жидкости принимается равной времени ее полного испарения, но не более 3600 с.

Масса газа m, кг, поступившего в окружающее пространство при расчетной аварии, определяется по формуле

m =(V _a+ V _т)· r _г, (74)

где V_a – объем газа, вышедшего из аппарата, м³; V_т – объем газа вышедшего из трубопровода, м³; r _г - плотность газа, кг× м^-3.

 

При этом

V _a=0,01· Р _1· V, (75)

где Р₁ – давление в аппарате, кПа; V – объем аппарата, м³;

V _т= V _1т+ V _2т, (76)

где V_1т – объем газа, вышедшего из трубопровода до его отключения, м³; V_2т – объем газа, вышедшего из трубопровода после его отключения, м³;

V _1т= q× T, (77)

где q – расход газа, определяемый в соответствии с технологическим регламентом в зависимости от давления в трубопроводе, его диаметра, температуры газовой среды и т. д., м^3× с^-1; Т – время, с;

 

⁽⁷⁸⁾

где Р₂ – максимальное давление в трубопроводе по технологическому регламенту, кПа; r – внутренний радиус трубопроводов, м; L – длина трубопроводов от аварийного аппарата до задвижек, м.

 

Масса паров жидкости m, кг, поступивших в окружающее пространство при наличии нескольких источников испарения (поверхность разлитой жидкости, поверхность со свеженанесенным составом, открытые емкости и т. п.), определяется из выражения

m = m _р+ m _емк+ m _св.окр+ m _пер, (79)

где m_р – масса жидкости, испарившейся с поверхности разлива, кг; m_емк – масса жидкости, испарившейся с поверхностей открытых емкостей, кг; m_св.окр – масса жидкости, испарившейся с поверхностей, на которые нанесен применяемый состав, кг; m_пер – масса жидкости, испарившейся в окружающее пространство в случае ее перегрева, кг.

 

При этом каждое из слагаемых (m _р, m _емк, m _св.окp) в формуле (79) определяют из выражения

m = W× F _{и ×} Т, (80)

где W – интенсивность испарения, кг× с^-1× м^-2; F_и – площадь испарения, м², в зависимости от массы жидкости m_п, вышедшей в окружающее пространство; Т – продолжительность поступления паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей в окружающее пространство, с.

 

Величину m _пер определяют по формуле (при Т _а> Т _кип)

 

⁽⁸¹⁾

где m_П – масса вышедшей перегретой жидкости, кг; С_р –удельная теплоемкость жидкости при температуре перегрева жидкости Т_а, Дж× кг^-1 К^-1; Т_а – температура перегретой жидкости в соответствии с технологическим регламентом в технологическом аппарате или оборудовании, К; Т_кип – нормальная температура кипения жидкости, К; L_исп – удельная теплота испарения жидкости при температуре перегрева жидкости Т_а, Дж× кг^-1.

 

Если аварийная ситуация связана с возможным поступлением жидкости в распыленном состоянии, то она должна быть учтена в формуле (79) введением дополнительного слагаемого, учитывающего общую массу поступившей жидкости от распыляющих устройств, исходя из продолжительности их работы.

Интенсивность испарения W определяется по справочным и экспериментальным данным. Для ненагретых ЛВЖ при отсутствии данных допускается рассчитывать W по формуле

, (82)

где М – молярная масса, г× моль^-1; Р_Н – давление насыщенного пара при расчетной температуре жидкости, определяемое по справочным данным, кПа.

Для сжиженных углеводородных газов (СУГ) при отсутствии данных допускается рассчитывать удельную массу испарившегося СУГ m _суг из пролива, кг× м^-2, по формуле

⁽⁸³⁾

где М – молярная масса СУГ, кг× моль^-1; L_исп – мольная теплота испарения СУГ при начальной температуре СУГ Т_ж, Дж× моль^-1; Т₀ – начальная температура материала, на поверхность которого разливается СУГ, К; Т_ж – начальная температура СУГ, К; l _ТВ – коэффициент теплопроводности материала, на поверхность которого разливается СУГ, Вт× м^-1× К^-1;

– коэффициент температуропроводности материала, на поверхность которого разливается СУГ, м^2× с^-1; С_тв – теплоемкость материала, на поверхность которого разливается СУГ, Дж× кг^-1× К^-1; r _тв – плотность материала, на поверхность которого разливается СУГ, кг× м^-3; t – текущее время, с, принимаемое равным времени полного испарения СУГ, но не более 3600 с; – число Рейнольдса; U – скорость воздушного потока, м× с^-1; – характерный размер пролива СУГ, м; v_в – кинематическая вязкость воздуха, м^2× с^-1; l _в – коэффициент теплопроводности воздуха, Вт× м^-1× К^-1.

Формула 83 справедлива для СУГ с температурой Т_ж £ Т_кип. При температуре СУГ Т_ж > Т_кип дополнительно рассчитывается масса перегретых СУГ m_пер по формуле 81.

Расчет горизонтальных размеров зон, ограничивающих газо- и паровоздушные смеси с концентрацией горючего выше НКПР, при аварийном поступлении горючих газов и паров ненагретых легковоспламеняющихся жидкостей в открытое пространство

Горизонтальные размеры зоны, м, ограничивающие область концентраций, превышающих нижний концентрационный предел распространения пламени (φ _нкпр), вычисляют по формуле для горючих газов (ГГ):

⁽⁸⁴⁾

 

где т_г – масса поступившего в открытое пространство ГГ при аварийной ситуации, кг;

φ_НКПР – нижний концентрационный предел распространения пламени ГГ или паров, % об;

ρ_г – плотность горючего газа при расчетной температуре и атмосферном давлении, кг/м³.

для паров ненагретых легковоспламеняющихся жидкостей (ЛВЖ):

⁽⁸⁵⁾

где т_п – масса паров ЛВЖ, поступивших в открытое пространство за время полного испарения, но не более 3600 с, кг;

ρ_п – плотность паров ЛВЖ при расчетной температуре, кг/м³;

Р_S – давление насыщенных паров ЛВЖ, кПа;

К – коэффициент (К = τ/3600);

τ – продолжительность поступления паров ЛВЖ при испарении, с;

φ_НКПР – нижний концентрационный предел распространения пламени ГГ или паров, % об;

За начало отсчета горизонтального размера зоны принимают внешние габаритные размеры аппаратов, установок, трубопроводов и т. п. Во всех случаях значение R_нкпр должно быть не менее 0,3 м для ГГ и ЛВЖ.