Выход горючих веществ наружу из поврежденного технологического оборудования

 

Наибольшую опасность для производства представляют повреждения и аварии технологического оборудования и трубопроводов, в результате которых значительное количество горючих веществ выходит наружу, вызывая опасные скопления паров и газов в помещениях, загазованность открытых территорий, разлив жидкостей на большие площади.

Если в поврежденных аппаратах и трубопроводах горючие вещества нагреты выше температуры самовоспламенения, то при выходе наружу и соприкосновении с воздухом произойдет их загорание. Если же выходящее из поврежденных аппаратов или трубопроводов горючее вещество нагрето ниже температуры самовоспламенения, но выше температуры вспышки (для жидкостей), то произойдет образование горючих смесей паров или газов с воздухом. Повреждения аппаратов и трубопроводов могут носить местный (локальный) характер (образование трещин, свищей, сквозных отверстий от коррозии, прогары теплообменной поверхности, выжимание прокладок фланцевых соединений и т.п.).

Если известны размеры повреждения, то количество выходящей наружу жидкости можно определить по следующей формуле:

(34)

где α – коэффициент расхода, изменяющийся в пределах 0,45 - 0,85, при истечении через отверстие круглой формы в тонких стенках жидкостей, вязкость которых составляет 0,5…1,5 МПа·с, можно принимать α = 0,64;

ρ_t – плотность вещества, кг/м³;

τ – длительность истечения, с;

f – сечение отверстия, через которое вещество выходит наружу, м²,

(35)

ω – скорость истечения вещества из отверстия, м/с.

 

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

⁽³⁶⁾

где g = 9,81 – ускорение свободного падения, м/с²;

Н_пр – приведенный напор, под действием которого происходит истечение жидкости через отверстие, м. Приведенный напор можно рассчитать по формулам:

а) при истечении самотеком Н_пр=Н,

Н – высота столба жидкости в аппарате, м.

б) при работе аппарата под давлением:

Р_р.и – избыточное давление среды в аппарате над поверхностью жидкости, Па, Р_р.и = Р_р - 10⁵;

Р_р – абсолютное рабочее давление среды в аппарате, Па;

ρ_ж – плотность жидкости при рабочей температуре, кг/м³.

Скорость истечения перегретых паров и газов через отверстие зависит от режима истечения и определяется по формулам, приведенным ниже.

Для докритического режима истечения, когда Р_с> Р_кр

⁽³⁷⁾

Для критического режима истечения, когда Р_с ≤ Р_кр

⁽³⁸⁾

где Р_с – давление окружающей среды, в которую происходит истечение газов, Па, обычно Р_с=Р_бар;

Р_кр – критическое давление, определяемое из выражения

k – показатель адиабаты;

R – удельная газовая постоянная, R=8314,31/М Дж/(кг·К);

М – молярная масса вещества, кг/кмоль.

 

При повреждениях может происходить также и полное разрушение аппарата или трубопровода. В этом случае все содержимое аппарата сразу выйдет наружу и, кроме того, будет продолжаться истечение газа или жидкости из соединенных с ним трубопроводов.

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

(39)

где m_ап - масса веществ, выходящих из разрушенного аппарата, кг;

m_тр1 и m_тр2 - масса веществ, выходящих из трубопроводов соответственно до момента отключения задвижек или других запорных устройств и после их закрытия, кг.

 

 

Для аппаратов с жидкостями или сжиженными газами массу горючих веществ определяют по формуле:

, ⁽⁴⁰⁾

Для аппаратов со сжатыми газами массу горючих веществ определяют по формуле:

⁽⁴¹⁾

где V_ап – геометрический внутренний объем аппарата, м³;

ε – степень (коэффициент) заполнения аппарата;

Р_р – рабочее давление среды в аппарате, Па;

q_iH и q_ik – производительность соответственно i-го насоса или компрессора (или пропуская способность i-го трубопровода), питающего аппарат, м³/с;

τ_i – продолжительность отключения i-го побудителя расхода, с, длительность отключения насоса или компрессора принимается равной 120 с (при автоматическом отключении побудителя расхода или запорного устройства на трубопроводе) или 300 с (при ручном отключении);

n – число побудителей расхода, питающих аппарат;

l_jтр и f_jтр – соответственно длина (м) и сечение (м²) j-го участка трубопровода (от аварийного аппарата до запорного устройства), из которого происходит истечение жидкости или газа;

ρ_ж и ρ_г – соответственно плотность жидкости или газа при рабочей температуре среды в аппарате, кг/м³;

k – число участков трубопроводов, примыкающих к аварийному аппарату.