4.3 Оценка возможности образования горючих концентраций вне аппаратов и емкостей

Вне аппаратов горючие концентрации могут образовываться при утечке паров или жидкостей через сальники насосов, при «больших» и «малых» дыханиях резервуаров, а также при повреждениях. Пожарная опасность насосных станций характеризуется в значительной степени свойствами жидкостей, перекачиваемых насосами (бензинов, дизельного топлива, керосина, масла и др.). Наибольшую опасность представляют насосы, осуществляющие перекачку бензинов, т.к. температурные пределы воспламенения этих продуктов сравнимы с температурой окружающего воздуха в различные периоды. Вследствие того, что насосы имеют сальниковые уплотнения, утечка паров перекачиваемых нефтепродуктов может происходить как через сальники этих насосов, так и через неплотности сальниковых и фланцевых соединений. Объем, в котором может образовываться горючая концентрация паров нефтепродуктов, определяется по формуле:

G(m)

Vвок = ----------------- ∙ Кб, м³. (1)

𝝋_НКПВ

где: G(m) -количество горючего вещества, поступившего в помещение, кг/час;

Кб -коэффициент запаса надежности, принимаемый 2;

𝝋_НКПВ -нижний концентрационный предел воспламенения, кг/м³

Для перевода концентрации паров из % в кг/м³ используем формулу:

М∙𝝋_нкпв,% 𝝋_нкпв = ----------------------------, кг/м³. (2)

Vt

где: М = 97,2 -молекулярная масса паров бензина, кг/кмоль;

Vt = 3,4 м³ /кмоль -молярный объем паров бензина при 20°С;

𝝋_НКПВ = 0,79 об. долей(%).

97,2∙0,79

при этом: 𝝋_нкпв = ----------------------- = 0,22 кг/м³.

3,4

Найдем количество бензина, выходящего через сальники центробежного насоса в течении 1-го часа, по формуле:

G = (0,005 ∙ ρ ∙ d ∙ K ) ∙ Кт (3)

где: ρ = 740 кг/м³ -плотность бензина;

К = 0,8 -коэффициент испаряемости бензина;

Н = 72 м.вод.ст -напор развиваемый насосом;

Кт = 0,4 -коэффициент, учитывающий уменьшение потерь из

насосов ввиду использования торцевых уплотнений;

d = 0,07м -диаметр вала насоса.

Подставив имеющиеся данные, получим:

G = (0,005 ∙ 740 ∙ 0,07 ∙ 0,8 ) ∙ 0,4 = 0,7 кг/час.

(4)

где, V₀ - универсальная газовая постоянная 22,4 м³/кмоль;

t_P - рабочая температура среды;

Р₀ - давление при нормальных физических условиях 760 мм рт.ст.;

Р_Р - рабочее давление в аппарате (72 м вод.ст.= 5296 мм рт.ст.)

Тогда объем, в котором образуется местная взрывоопасная концентрация, будет равен:

0,7

Vвок = ------------ ∙ 2 = 6,4 м³.

0,22

Таким образом, в помещении насосной, при неработающей вентиляции, в течение одного часа, может образоваться местная горючая концентрация в объеме 6,4 м³. Для контроля загазованности воздуха в насосной целесообразно применение газоанализаторов довзрывоопасных концентраций.

4.4 Возможные причины повреждений трубопроводов

Причинами повреждения трубопроводов на предприятии могут являться:

а) уменьшение сечения трубопроводов из-за:

- наличия в них парафиновых отложений или неполного открытия задвижек,

-гидравлического удара;

б) увеличение производительности насосов;

в) коррозия.

Оценим возможность повреждения нефтепровода в случае быстрого перекрытия задвижки при рабочем давлении нефти в трубопроводе 4МПа, плотность нефти с = 830 кг/м3, материал трубопровода - сталь 17Г1С с модулем упругости Е= 2.1·1011 Па. Коэффициент объемного сжатия (всж) для нефти равен 0.74·10-9 Па, фактическая производительность нефтепровода (при работе одного насоса) Q = 3500 м3/ч, наружный диаметр трубопровода Dн = 500 мм = 0,5 м; толщина стенки S = 8 мм = 0,008 м. Определим площадь проходного сечения трубопровода:

F = р·(D2в/4) = (р/4)(Dн-2S)2 = 3,14/(0,5 - 2·0,008)2 = 0,379 м2

Определим скорость движения нефти по формуле:

w = Q/F = 3500/0,379 = 9234 м/ч = 2,56 м/с

Находим скорость распространения ударной волны при быстром перекрытии задвижки по формуле:

где: Dв = Dн - 2S = 0,5 - 2·0,008 = 0,484 м

Определим максимальное уменьшение скорости нефти в трубе по формуле:

Дщ = щнач - щкон, Дщ = 2,56 - 0 = 2,56 м/с

Находим приращение давления в трубопроводе при гидравлическом ударе по формуле Н. Е. Жуковского,

ДP = C · Дщ · сt, Па

ДР = 991.4 · 2,56 · 830 = 2110830 = 2,11 МПа

Определяем конечное давление нефти в трубопроводе по формуле:

Рк = Рн + ДР, Па

Рк = 5 · 106 + 2,11 · 106 = 7,11 · 106 Па = 7,11 МПа

Определяем пробное давление Рпр при испытании трубопровода по формуле:

Рпр = 1.25 · Рр (при Рр > 0.5 МПа), МПа,

Рпр = 1,25·5 = 6,25 МПа

Таким образом, давление в магистральном трубопроводе при гидравлическом ударе (при быстром перекрытии задвижки) превышает допустимое давление: Рк = 7,11 МПа > Рпр = 6,25 МПа, что может привести к разрушению трубопровода. Давление гидроудара зависит от времени закрытия запорных устройств и длины трубопроводов. Чем меньше период закрытия задвижки и чем длиннее трубопровод, тем больше приращение давления. Электроприводы задвижек в резервуарном парке позволяют плавно перекрывать трубопроводы. Подачу нефти насосами во избежание гидравлического удара нельзя резко изменять. Давление при пуске или остановке насоса нельзя резко повышать или понижать. Для защиты от гидроудара предусмотрены обратные клапаны и регуляторы сглаживания волн давления. Оценим возможность повреждения магистрального трубопровода из-за приращения давления, вызванного уменьшением сечения трубопровода при наличии отложений или неполном открытии задвижки. Приращение давления в результате наличия отложений (на преодоление сопротивления) определим по формуле:

ДP = ДP2 - ДP1, Па

где: ДP1 - давление при работе трубопровода, не имеющего отложений

ДP2 - давление при работе трубопровода с отложениями, Па

где: d1 = 0,5 м - диаметр трубопровода без отложений;

щ1 = 2,56 м/с - скорость движения нефти определена ранее при Q = 3500 м3/ч;

d2 = 0,25 м - диаметр трубопровода на расчетном участке с отложениями;

щ2 - скорость движения нефти на расчетном участке трубопровода с отложениями. Определим эту скорость из уравнения неразрывности потока:

щ1·f1 = щ2·f2

Откуда: = 10,24 м/с

lэкв - эквивалентная расчетная длина трубопровода с учетом местных сопротивлений , принимаем lэкв = 4000 м;

л1 и л2 - коэффициенты гидравлического сопротивления трению для трубопровода без отложений и с отложениями. Определим сначала режим движения нефти в трубопроводе по числу Рейнольдса Re:

Re = щ·d/н

где: d1 = 0,5 м - диаметр расчетного участка трубопровода, без отложений с отложениями - d2 = 0,25 м;

н = 0,00069 м2/с, [2] - коэффициент кинематической вязкости нефти, берем его как для бензина. Находим число Рейнольдса, Re при d1 = 0,5 м и d2 = 0,25м;

Re1 = (2,56·0,5)/0,00069 = 1855

Re2 = 10,24·0,25/0,00069 = 3710

Здесь выполняется условие: 2320<Re<10000 т.е режим течения переходный

Определяем потери напора по расчетной длине трубопровода lэкв = 4000 м

для участка с отложениями:

В итоге приращение давления на преодоление сопротивления составит по формуле:

ДP = ДP2 - ДP1 = 27850178 - 1044382 = 26805796 Па = 26,8 МПа

На основании расчета делаем вывод, что образование отложений ведет к уменьшению сечения трубопровода, что на расчетной длине 4000 м от d1= 0,5 м до d2 = 0,25 м приводит к увеличению давления в трубе на 26,8 МПа, что вызовет нарушение целостности трубопровода. Чтобы избежать отложений, трубопроводы периодически чистят промышленными скребками. Для предупреждения гидравлических ударов в задвижках с электроприводом предусмотрена установка датчиков, сигнализирующих о неполном открытии задвижек. Причиной повреждения трубопроводов может явиться химическое воздействие, а именно, химическая и электрохимическая коррозия, а также механическое воздействие - эрозия (истирание стенок движущейся нефтью). Защита от серной коррозии аналогична защите от нее резервуаров. Для защиты от электрохимической коррозии применяются: катодная защита, протекторная и дренажная защита.