Пожежна небезпека апаратів із дихальними пристроями

Пожежна небезпека апаратів з дихальними пристроями обумовлюється кількістю парів горючої рідини, що виходить в атмосферу або в приміщення через дихальні клапани або відкриті люки в результаті так званих “малих та великих дихань”.

Велике дихання - витиснення парів рідини назовні або підсмоктування повітря усередину апаратів при зміні в ньому рівня рідини.

Мале дихання - витиснення парів назовні або підсмоктування повітря усередину апарата при зміні температури в його газовому просторі під впливом зміни температури середовища.

Треба мати на увазі, що потрапляння повітря в апарат при його “диханні” може привести до розбавлення багатої суміші парів до вибухонебезпечної концентрації.

При малих та великих диханнях може утворюватися горюча пароповітряна суміш біля дихальних пристроїв, якщо температура рідини дорівнює або більша за величину нижньої температурної межі поширення полум'я:

, (2.1)

За потужністю одноразового викиду і розмірами зовнішніх пожежонебезпечних зон, що утворюються при цьому, більш небезпечнимиє великі дихання.

Розмір зовнішньої небезпечної зони залежить від кількості парів, що виходять, їхніх властивостей, конструкції ємності та її дихального пристрою, а також від стану навколишнього середовища (головним чином швидкості руху та вертикального розподілу температури повітря).

Кількість парів горючої рідини, що виділяються з апаратів при їх диханні, можна визначити розрахунком, якщо прийняти, що концентрація парів рідини за даною температурою у всіх точках пароповітряного простору ємності або апарата однакова і дорівнює концентрації насичених парів.

Нехай в апараті з дихальним пристроєм знаходиться легкозаймиста рідина, рівень та температура якої змінюються. Припустимо, що об’єм газового простору змінюється від до , температура і тиск від до та від до відповідно, молярна концентрація парів від до , концентрація повітря від () до (). Кількість парів, що витискується можна визначити, якщо знати об’єм витиснутого повітря та концентрацію пари у ньому.

 

З рівняння газового стану (2.2.) визначаємо кількість повітря в апараті за рівнянням 2.3:

 

РV=GRT (2.2)

 

(2.3)

де G - кількість повітря, кг;

Р – тиск в апараті, Па;

V - об’єм газу в апараті, м³;

T – температура в апараті, К;

-газова стала повітря, дорівнює ,

1- j - молярна концентрація повітря в апараті, кг/м³.

Тоді кількість повітря в апараті до початку процесу:

 

P₁V₁(1-j₁) =G₁RT_1,

звідки:

(2.4)

і відповідно кількість повітря в кінці процесу дорівнює:

 

P₂ V ₂(1-j ₂) =G ₂RT ₂

 

(2.5)

Тоді маса витиснутого з апарата повітря дорівнює

 

(2.6)

 

Разом із повітрям з апарата будуть виходити пари рідини. За законом Дальтона об’єми компонентів газової суміші пропорційні їх об’ємним концентраціям, тобто відношення об’єму повітря та парів у суміші приблизно визначається відношенням їхніх середніх концентрацій:

(2.7)

Враховуючи також, що маса парів та газів в однаковому об’ємі пропорційна їхнім молекулярним масам M, одержимо відношення маси повітря та парів у суміші, що витискується:

(2.8)

звідки:

. (2.9)

Підставляючи (2.6) у (2.8), одержимо масу парів, що витискується з апарата при зміні умов середовища:

 

(2.10)

Враховуючи значення газової сталої повітря після відповідних перетворень одержимо наступну формулу:

 

При великому диханні .

Тоді кількість парів горючої рідини, що виділяються з апаратів при великому диханні визначається за формулою:

 

[кг/цикл] (2.11)

При малому диханні рівень рідини не змінюється, а отже і об’єм пароповітряного простору V залишається незмінним, тоді . Тиск в ємності Р_р також залишається незмінним, тому що надлишок пароповітряної суміші, що утворюється при її розширенні за рахунок нагрівання, видаляється через дихальну систему. Якщо за весь час малого дихання температура рівномірно змінюється від t₁ до t₂, отже рівномірно змінюється і концентрація насичених парів від j₁ до j₂. Таким чином, .

Тоді кількість горючих парів, що виходять із апарата при зміні температури середовища у газовому просторі можна визначити за формулою:

[кг/цикл], (2.12)

У залежності від режиму роботи апаратів із дихальними пристроями основна частка втрат може припадати на великі або малі дихання. Масу парів, що виділяються у виробниче приміщення або на відкриту площадку з “дихаючих” апаратів визначають за формулою

 

, (2.13)

 

де - маса пари, що надходить у приміщення з апарата, кг;

- кількість пари, що надходить у приміщення (за один цикл “великого” або “малого” дихання), кг/цикл;

- кількість циклів (операцій) на протязі години, ;

- тривалість роботи апарата, с.

Утворення локальних вибунонебезпечних концентрацій на прилеглій місцевості або в об’ємі всього приміщення може виникнути переважно при великих диханнях, коли відбувається потужний викид суміші в атмосферу при значній концентрації в ній горючих парів. Примірний об’єм зони вибухонебезпечних концентрацій (ВНК) поблизу дихаючих патрубків можна визначити за наступною формулою:

, (2.14)

де - об’єм місцевої зони ВНК, ;

- нижня концентраційна межа поширення полум'я, ;

- сумарна маса горючих речовин, що находять до приміщення з апаратів, кг;

- коефіцієнт запасу надійності, дорівнює 2.

Найбільш пожежонебезпечними апаратами з дихальними пристроями є нафтопромислові резервуари, резервуари нафтопроводів, проміжні резервуари, а також резервуари змішування бензинів на нафтопереробних заводах, експлуатація яких супроводжується великою загазованістю території. При цьому найбільш небезпечними технологічними режимами є заповнення резервуарів нафтопродуктами, що легко випаровуються після їх тривалого простоювання та наповнення резервуарів гарячим нафтопродуктом або нафтою, що містить велику кількість газу.

Згідно досліджень [ ] максимальний горизонтальний розмір небезпечної зони поблизу підземного залізобетоного резервуара з врахуванням швидкості вітру (менше 1 м/с) можна визначити за формулою:

де х – розмір (радіус) пожежовибухонебезпечної зони;
V_н – витрата суміші через дихальний клапан;

j_п – початкова концентрація парів в суміші;

j_н – нижня концентраційна межа поширення полум’я