§ 3.4. Образование взрывоопасной смеси в помещении и на открытой площадке
Если известна скорость поступления горючих газов в воздух производственного помещения при повреждении оборудования, сложно определить промежуток времени, в течение которого в заданном объеме помещения концентрация горючего достигнет заданной опасной величины.
Рассмотрим общий случай, когда в помещении объемом V с воздухообменом кратностью п в 1/ч количество воздуха, поступающего в помещение, равно (в м3/с):
а=nV/3600. (3.14)
Происходит аварийная утечка горючего в помещение с расходом q, причем поступающее из поврежденного оборудования горючее мгновенно и равномерно распределяется по всему помещению и частично вместе с воздухом отводится из помещения.
Уравнение материального баланса, составленное относительно горючих веществ в воздухе помещения, для данного случая имеет вид:
Vdφ = qdτ— (a + q)φdτ, (3.15)
где φ — текущая концентрация горючего в воздухе; τ — время с начала аварии.
Если в момент начала аварии концентрация горючего в воздухе помещения равна нулю, то интегрирование этого уравнения в пределах от φНач = 0 до φкон дает:
,
(3.16)
Если воздухообмен в помещении отсутствует, то есть если а —0, решение имеет вид:
(3.17)
В качестве конечной опасной концентрации горючего может быть принят нижний предел воспламенения горючего в смеси с воздухом или (с учетом нормируемого коэффициента безопасности) его доля.
Продолжительность образования взрывоопасной смеси может быть определена относительно полного объема помещения. Но так как для создания опасного (для здания) избыточного давления взрыва достаточно образования взрывоопасной смеси лишь в незначительной доле объема помещения (например, в 5%), за расчетный объем следует принимать именно эту долю.
Из имевших место аварий и расчетов следует, что при повреждении технологического оборудования с газами время нарастания концентрации горючего в воздухе (до опасных пределов) может исчисляться секундами. При значительных аварийных утечках паров и газов наличие даже мощной аварийной вентиляции может не предотвратить, образования взрывоопасной смеси в помещении. Нарастание концентрации горючего в воздухе помещения при истечении и растекании жидкости происходит значительно медленнее — в зависимости от скорости испарения жидкости.
Глава 4. Причины повреждения технологического оборудования
§ 4.1. Основы прочности и классификация причин повреждения оборудования
Необходимым условием обеспечения эффективной и безопасной эксплуатации технологического оборудования является его прочность, под которой понимают способность конструкции воспринимать усилия рабочих нагрузок, не разрушаясь и не образуя пластических деформаций сверх установленных величин. Вид и толщину материала аппаратов подбирают (при проектировании и изготовлении) таким образом, чтобы они могли противостоять воздействию внутренней и внешней среды.
Наблюдаемые на практике повреждения технологического оборудования происходят в результате недостатков конструктивного характера (неправильный расчет, неудачный выбор материала), дефектов изготовления (скрытые внутренние дефекты материала, некачественная подгонка и сварка), нарушения принятых режимов работы, отсутствия или неисправности средств защиты от перегрузок, некачественного технического обслуживания и ремонта.
Возможны следующие основные комбинации нарушений, в результате которых возникают повреждения технологического оборудования:
превышение расчетных нагрузок при сохранении расчетной прочности оборудования;
снижение расчетной прочности оборудования при сохранении расчетных нагрузок;
одновременное нарушение расчетных нагрузок и расчетной прочности оборудования.
Примером разрушения технологического оборудования в результате комбинации нарушений может служить авария (с последующим тяжелым пожаром) на складе сжиженных газов газоперерабатывающего завода. Так, при заполнении горизонтального резервуара пропаном задвижку на коллекторе у заполняемой емкости закрыли без предварительной остановки насоса. При проектном максимальном давлении 2 МПа давление в коллекторе возросло до 3 МПа. Заглушка коллектора при проектной толщине 40 мм имела фактическую толщину 12 мм, причем ее шов по окружности не был проварен на 70%. По проекту на приемных и выпускных коллекторах должны были быть установлены предохранительные клапаны, но их по какой-то причине. на заводе сняли. В результате снижения проектной прочности оборудования и значительного превышения рабочего давления в трубопроводе заглушку вырвало из фланца. Возник пожар, распространившийся на группу резервуаров.
Причины повреждения технологического оборудования принято классифицировать следующим образом: повреждения в результате механических воздействий; повреждения в результате температурных воздействий; повреждения в результате химических воздействий.