Пожарная безопасность технологических процессов / Goryachev - PB Tekhnologicheskikh processov 2020

Выход горючих веществ из технологического оборудования при авариях на производстве и способы обеспечения пожарной безопасности

где τп – длительность полного испарения жидкости, с; W – интенсивность испарения жидкости, которую определяют экспериментально или по справочным данным; при отсутствии данных интенсивность испарения допускается рассчитывать по формулам. Интенсивность испарения Wи, кг/(м2·с), не нагретых выше расчетной температуры (воздуха) жидкостей:

где рs – давление насыщенного пара при расчетной температуре жидкости tр, определяемое по справочным данным или по формуле Антуана, кПа; η – коэффициент, принимаемый по табл. 8.1.

Таблица 8.1

Значение коэффициента η в зависимости от скорости и температуры воздуха

Примечание. Для скорости воздушного потока более 1 м/с величину η принимают равной значениям при 1 м/с; при расчетной температуре более 35 °С величину η принимают равной значениям при 35 °С; при расчетной температуре менее 10 °С величину η принимают равной значениям при 10 °С.

Скорость воздушного потока в помещении с работающей аварийной вентиляцией u, м/с, находят из выражения

где L – длина производственного помещения, м.

В качестве расчетной температуры tр принимают:

–  максимально возможную температуру воздуха в производственном помещении в соответствующей климатической зоне;

–  максимально возможную температуру воздуха по технологическому регламенту с учетом возможного повышения температуры в аварийной ситуации.

Если значение расчетной температуры определить не удается, допускается принимать ее равной 61 °С.

Массу паров mп, кг, образующихся при испарении не нагретых выше расчетной температуры ЛВЖ, определяют по формуле

141

Пожарная безопасность технологических процессов

Еслижидкостьнагретавышерасчетнойтемпературы,ноневышетемпературы кипения, то массу паров, образующихся при ее испарении от начальной до расчетной температуры mн, кг, находят из выражения

, (8.20)

где сж – удельная теплоемкость, кДж/(кг·К); рsн – давление насыщенного пара, кПа; Lисп – удельная теплота испарения при начальной температуре испарения жидкости, кДж/кг.

Общую массу паров mΣ, кг, образующихся при испарении жидкости, нагретой выше расчетной температуры, но не выше ее температуры кипения, определяют по формуле

Массу паров жидкости, участвующих в образовании зоны ВОК при выполнении соотношения tр ≥ tвсп, определяют по формуле (8.14).

В помещение поступает горючая пыль или волокна

Методика расчетного определения массы взвешенной в объеме помещения пыли (волокон), образовавшейся в результате аварийной ситуации, приведена в гл. 12.

8.4.2. Размещение оборудования на территории наружной установки

В открытое пространство поступает горючий газ или перегретый пар

Масса горючего газа (перегретого пара), участвующего в образовании зоны ВОК в открытом пространстве, соответствует массе газа (перегретого пара) mг(п), вышедшего наружу из аварийного технологического оборудования, и определяется по формуле (8.11).

В открытое пространство поступает СГГ, ЛВЖ или ГЖ

Выход в открытое пространство СГГ, ЛВЖ или ГЖ из аварийного технологического оборудования сопровождается их разливом на территории наружных установок, испарением и образованием паровоздушных смесей.

Величину коэффициента разлития жидкостей на территории наружных установок принимают:

–  при проливе жидкостей на неспланированную грунтовую поверхность fр = 5 м–1;

–  при проливе на спланированное грунтовое покрытие fр = 20 м–1; –  при проливе на бетонное или асфальтовое покрытие fр = 150 м–1.

142

Выход горючих веществ из технологического оборудования при авариях на производстве и способы обеспечения пожарной безопасности

Площадь испарения жидкостей Fи, м2, на производственных площадках с защитными ограждениями, ограничивающими их растекание, определяют по формуле

где Fсв – свободная для разлива площадь внутри защитного ограждения, м2. При квазимгновенном разрушении вертикального наземного резервуара (под квазимгновенным разрушением понимают внезапное, в течение

долей секунды, разрушение стенки резервуара на всю высоту) происходит выход хранимой жидкости в открытое пространство в виде быстро движущегося потока – волны прорыва – и частичный перелив ее через земляное обвалование. Массовую долю перелившейся через обвалование жидкости Q можно найти из графика, приведенного на рис. 8.1.

Рис. 8.1. Зависимость массовой доли перелившейся через обвалование жидкости Q от параметра а/h0

где h0 – начальная высота жидкости в резервуаре, м;a – высота обвалования, м. Площадь пролива жидкости за пределами ограждения Fпр, м2:

Суммарная площадь пролива FΣр, м2, при квазимгновенном разрушении вертикального наземного резервуара:

143

Пожарная безопасность технологических процессов

Характерной особенностью взаимодействия волны прорыва с преградой является размыв земляного обвалования или разрушение железобетонной ограждающей стены, которые рассчитываются на статическое удержание жидкости, а не на динамическое. Достаточно часто при таких авариях происходит повреждение или сильная деформация соседних резервуаров, повреждение зданий, сооружений и технологических установок.

Длительность испарения жидкости с поверхности пролива τи, с, принимают равной времени ее полного испарения, но не более 3 600 с; при проливе до 20 кг жидкости время испарения допускается принимать равным

900 с, т. е.

При отсутствии экспериментальных данных интенсивность испарения W, кг/(м2·с), не нагретой выше температуры окружающей среды жидкости при разливе на территории наружной установки рассчитывают по формуле:

Вкачестверасчетнойтемпературынанаружнойустановкепринимают следующее значение:

–  при аварии на наземно расположенном оборудовании – максимальновозможнуютемпературувоздухавсоответствующейклиматическойзоне; –  при аварии на подземно расположенном оборудовании – температуру грунта, условно равную максимальной среднемесячной температуре

окружающего воздуха в наиболее теплое время года.

При выбросе СГГ из оборудования, работающего под давлением, происходитмгновенноеиспарениечастиСГГсобразованиемпарокапельногооблака.

Массовая доля мгновенно испарившегося СГГ:

где ср – удельная теплоемкость СГГ, кДж/(кг·К);tа – температура окружающего воздуха, °С; tb – температура кипения СГГ при атмосферном давлении, °С; Lg – удельная теплота парообразования СГГ, кДж/кг.

При δ ≥ 0,35 вся масса СГГ, поступающего в открытое пространство из оборудования, переходит в парокапельное облако. При δ < 0,35 в парокапельное облако переходит только часть СГГ, а оставшаяся часть СГГ образует поверхность пролива, с которой происходит его испарение. Интенсивность испарения СГГ W, кг/(м2·с):

144

Выход горючих веществ из технологического оборудования при авариях на производстве и способы обеспечения пожарной безопасности

где λs – коэффициент теплопроводности материала поверхности пролива СГГ, Вт/(м·К); сs – удельная теплоемкость материала, Дж/(кг·К); ρs – плотность материала, кг/м3; t0 – начальная температура материала, °С; τ – текущее время с момента начала испарения, с (но не менее 10 с); λа – теплопроводность воздуха при t0, Вт/(м·К); u – скорость воздуха над поверхностью испарения, м/с; d – характерный диаметр пролива, м; νа – кинематическая вязкость воздуха при t0, м2/с.

Массу паров СГГ mп, кг, участвующих в образовании зоны ВОК, определяют по формуле

Массу паров ЛВЖ или ГЖ, участвующих в образовании зоны ВОК при выполнении соотношения tр ≥ tвсп, определяют по формуле (8.21).

8.5. Параметры зон взрывоопасных концентраций

8.5.1. Параметры зон взрывоопасных концентраций, образующихся в производственных помещениях

В помещении обращаются горючие газы или перегретые пары

Параметры зоны ВОК характеризуются расстояниями по осям x, y, z

от источника поступления горючего газа (перегретого пара) XНКПР , YНКПР , ZНКПР , ограниченными нижним концентрационным пределом распростране-

ния пламени СНКПР:

где L, В и Н – длина, ширина и высота помещения соответственно, м;Kг – коэффициент, принимаемый равным 0,0253 при отсутствии подвижности воздушной среды и равным 0,02828 при подвижности воздушной среды; δ – коэффициент, принимаемый при уровне значимости 0,05 равным 1,38 при

145

Пожарная безопасность технологических процессов

отсутствии подвижности воздушной среды и равным 1,37 при подвижности воздушной среды; С0 – предэкспоненциальный множитель, % (об.), определяемый по следующим формулам:

–  при отсутствии подвижности воздушной среды

; (8.34)

–  при подвижности воздушной среды

, (8.35)

где mг – масса газа, поступившего в помещение при аварии оборудования, кг; ρг – плотность газа при расчетной температуре, кг/м3; Vсв – свободный объем помещения, м3; u – скорость воздуха, м/с.

Впомещении обращаются легковоспламеняющиеся

игорючие жидкости

Параметры зоны ВОК при аварийном поступлении ЛВЖ в производственное помещение характеризуются расстояниями по осям x, y, z от источника поступления паров ЛВЖ, ограниченными нижним концентрационным пределом распространения пламени:

где Kп – коэффициент, принимаемый равным 0,04714 при отсутствии подвижности воздушной среды и равным 0,3536 при подвижности воздушной среды; δ – коэффициент, принимаемый при уровне значимости 0,05 равным 1,25 при отсутствии подвижности воздушной среды и равным 1,27 при подвижности воздушной среды.

Значения предэкспоненциального множителя С0, % (об.) вычисляются: –  при отсутствии подвижности воздушной среды

; (8.39)

146

Выход горючих веществ из технологического оборудования при авариях на производстве и способы обеспечения пожарной безопасности

–  при подвижности воздушной среды

где φs – концентрация насыщенного пара, % (об.); mп – масса паров, поступающих в объем помещения при испарении с поверхности пролива жидкости, кг; ρп – плотность пара при расчетной температуре, кг/м3.

За начало отсчета горизонтального размера зоны принимают границы площади пролива ЛВЖ.

Расчетные формулы (8.31)–(8.40) применяются в случае, если одновременно выполняются три следующих условия: помещения имеют форму прямоугольного параллелепипеда с соотношением сторон L / B ≤ 5,

8.5.2. Параметры зон взрывоопасных концентраций, образующихся на наружных установках

Выход ГГ, перегретых паров и СГГ из технологического оборудования в открытое пространство всегда сопровождается образованием зоны ВОК. При выходе ЛВЖ или ГЖ из технологического оборудования в открытое пространство зоны ВОК образуются при выполнении соотношения tр ≥ tвсп.

Параметры зоны ВОК при неподвижной воздушной среде, ограниченнойнижнимконцентрационнымпределомраспространенияпламенигазови паров СГГ, ЛВЖ и ГЖ, характеризуются радиусом RНКПР, м, и высотой ZНКПР:

; (8.41)

, (8.42)

где m – масса поступившего в открытое пространство горючего вещества (газа или пара), кг; ρ – плотность вещества при расчетной температуре и атмосферном давлении, кг/м3; СНКПР – нижний концентрационный предел распространения пламени, % (об.).

За начало отсчета горизонтального размера зоны принимают геометрический центр пролива. Если RНКПР меньше габаритных размеров пролива, то за начало отсчета принимают внешние габаритные размеры пролива. При необходимости учитывают влияние различных метеорологических условий на размеры взрывоопасной зоны.

147

Пожарная безопасность технологических процессов

8.6. Предотвращение выхода горючих веществ и материалов из технологического оборудования при авариях на производстве

Причин аварий на производственных объектах достаточно много (основные причины аварийной разгерметизации оборудования рассмотрены в гл. 7). Большинствоаварийпроисходитврезультатевоздействиянесколькихпричин исовокупностинеблагоприятныхфакторов.Наиболееопасныйвариант,когда на ошибки, допущенные при проектировании производства, накладываются ошибки, допущенные при изготовлении и монтаже оборудования, усугубляемыеошибкамиприэксплуатации.Частоавариивлекутзасобойдругиеаварии (эффект домино), что приводит к катастрофическим последствиям. Ошибочные действия производственного персонала (так называемый антропогенный, или человеческий, фактор), к сожалению, составляют большую часть (более 60 %) причин возникновения техногенных аварийных ситуаций.

Устойчивая, безаварийная и безопасная работа пожаровзрывоопасных производств зависит от надежности и безопасности проводимых технологических процессов, от надежного и безопасного технологического оборудования, в конструктивных особенностях которого учтены критические параметры технологических процессов, пожаровзрывоопасные и физико-химические свойства обращающихся веществ и материалов, от наличия и надежности приборов контроля, средств управления и регулирования регламентированных параметров, обеспечивающих стабильность и взрывобезопасность процессов, от надежности источников электропитания (основных и резервных), от эффективности и надежности систем противоаварийной (ПАЗ), активной и пассивной противопожарной защиты, от практических навыков персонала по предотвращению возникновения аварийных ситуаций и ряда других факторов.

Организационно-технические мероприятия, к которым относятся: уровень организации профилактической работы, своевременность и качество пла- ново-предупредительного ремонта оборудования, контрольно-измерительных приборов и средств автоматизации, систем противоаварийной и противопожарной защиты, обучение персонала практическим навыкам, системы надзора за состояниемсистемПАЗипротивопожарнойзащиты,такжевзначительнойстепени определяют взрывопожаробезопасное состояние производств.

В современных производствах со сложными технологическими процессами обращаются значительные количества взрывопожароопасных и токсичных продуктов, находящихся в технологической аппаратуре, хранилищах, прицеховых и базисных складах, поэтому принимаются меры технического и организационного характера по предупреждению утечек и выбросов этих продуктов в производственные помещения или окружающую среду, предотвращению пожаров и взрывов. К сожалению, количество аварий на предприятиях ежегодно растет. Например, на предприятиях

148

Выход горючих веществ из технологического оборудования при авариях на производстве и способы обеспечения пожарной безопасности

топливно-энергетического комплекса за последние 30 лет количество аварий выросло в 2,5 раза. При этом количество жертв увеличилось в 6 раз, а экономический ущерб – в 11 раз.

Предотвращение выхода горючих веществ и материалов из технологического оборудования наружу с образованием взрывоопасных зон достигается проведением профилактичеких мероприятий и обеспечением защиты оборудования от механических, температурных и химических воздействий, не предусмотренных производственной документацией.

Предотвращение аварий и защиту технологического обору - дования от повреждений и разрушения обеспечивают следующи - ми основными способами (помиморассмотренныхвгл.7мероприятий):

–  выполнением требований действующих законов, норм и правил по обеспечению пожарной и промышленной безопасности;

–  соблюдением технологического (производственного) регламента и техники безопасности;

–  контролем внешнего вида и состояния оборудования, проведением плановых ремонтных работ, дефектоскопии и рентгеноскопии наиболее ответственного технологического оборудования;

–  максимальной механизацией и автоматизацией технологических процессов;

–  установкой в местах возможного образования ВОК газоанализато- ров-сигнализаторов довзрывоопасных концентраций, сблокированных с системами автоматического отключения побудителей расхода горючих газов или жидкостей;

–  выбором надежного технологического оборудования с учетом критических параметров технологических процессов и физико-химических свойств веществ и материалов;

–  повышением надежности герметизации оборудования (например, применением двустенных аппаратов и трубопроводов с системами контроля герметичности);

–  повышением быстродействия и надежности запорно-регулирую- щей арматуры;

–  использованием специальных защитных ограждений, рассчитанных на гидродинамическое воздействие волны прорыва при квазимгновенном разрушении наземных резервуаров;

–  поддержанием надежного и безопасного уровня эксплуатации и ремонта вспомогательного оборудования, систем контроля, ПАЗ, противопожарной защиты, средств энергообеспечения, связи и оповещения;

–  обучением персонала правилам пользования первичными средствами пожаротушения, а также действиям, направленным на предотвращение

149

Пожарная безопасность технологических процессов

возникновения аварийных ситуаций, локализацию последствий аварий, снижение материального ущерба и гибели людей при возникновении пожаров;

–  оснащением производств автоматизированными системами управления и ПАЗ, обеспечивающими автоматическое регулирование процесса и безаварийную остановку производства по специальным программам, определяющим последовательность и время выполнения операций отключения при аварийных выбросах взрывопожароопасных веществ из технологического оборудования;

–  оснащением производств автоматизированными системами, снижающими или исключающими возможность ошибочных действий производственного персонала при ведении процесса, пуске и остановке производстваидругимимероприятиямитехническогоиорганизационногохарактера.

Для снижения возможности и тяжести возникновения природных аварийных ситуаций соответствующие службы прогнозируют погодные условия, геомагнитные явления, гидрологическую обстановку, оползни, землетрясения и другие опасные явления с оповещением администрации о вероятности создания аварийной ситуации.

контрольные вопросы

1.Что понимают под термином авария?

2.Что понимают под аварийной ситуацией?

3.Что понимают под проектной аварией?

4.Чем отличается крупная авария от проектной?

5.Что понимают под запроектной аварией?

6.К каким последствиям приводит аварийная разгерметизация технологического оборудования?

7.Перечислите критерии оценки масштабов и последствий аварий на производственных объектах.

8.Укажите виды аварийной разгерметизации оборудования, поясните их.

9.Пояснитевыражениедляопределениямассыгорючегогазаилиперегретого пара, выходящего из поврежденного технологического оборудования.

10.Поясните выражение для определения массового расхода сжиженного газа, выходящего из поврежденного технологического аппарата.

11.Поясните выражение для определения массового расхода жидкости через отверстие в стенке аппарата постоянного по высоте сечения.

12.Поясните выражение для определения массы горючей пыли (или волокон), выходящей из поврежденного технологического оборудования.

13.Поясните выражение для определения массы горючих веществ, выходящих наружу при разрушении оборудования.

14.Пояснитевыражениядляопределениямассыгорючегогаза(илиперегретого пара) и горючей жидкости, выходящих наружу из аварийного аппарата.

150