Разработка вопросов безопасности в проектах. Ч.3. Практикум

6. Избыточное давление во фронте ударной волны при взрыве паров нефти определим по формуле (10.1), при этом дополнительно учтем уменьшение массы взрывоопасной смеси в результате работы аварийной вентиляции:

100 (900 -101,3) 758 0,3

P = (1+9 1,0) 4406,4 9,9 0,77 3 =18 кПа.

При расчете по формуле (10.1) учтем следующие факторы: ––коэффициент участия горючего во взрыве для ЛВЖ, нагре-

тых до температуры ниже температуры вспышки, равен 0,3; ––свободный объем помещения равен 80 % от геометрического

объема помещения, т.е.

Vсв = 0,8 54 12 8,5 = 4406,4 м3;

––молярной массе нефти М = 240 кг/кмоль соответствует фор-

мула С17Н38 ( nC =17 , nH =38 , b=17 +0,25 38 =26,5 ), а стехиометрическая концентрация паров нефти определяется по форму-

ле (10.2):

––коэффициент негерметичности и неадиабатности процесса

горения Kн = 3;

––время испарения нефти tисп принято равным 1 ч (3600 с).

7. Поскольку основные строительные конструкции здания насосной являются железобетонными, а предельно допустимый прирост давления для них составляет Рдоп = 25 кПа, то здание разрушено не будет (см. табл. 9.2).

8. В том случае, когда аварийная вентиляция не работает или отсутствует, избыточное давление во фронте ударной волны в соответствии с формулой (10.1) увеличится на порядок и составит

P =100 (900 -101,3) 758 0,3 =180 кПа, 4406,4 9,9 0,77 3

что приведет к полному разрушению здания насосной и поражению персонала (см. табл. 9.1 и 9.2).

31

Вывод. При работающей аварийной вентиляции здание насосного зала нефтеперерабатывающего предприятия в результате аварийного разлива нефти и последующего взрыва паров нефти разрушено не будет. Если аварийная вентиляция не работает или отсутствует – здание насосной будет полностью разрушено и пострадает персонал предприятия.

Задача 10.1. Насосный зал предприятия имеет размеры А × В × Н, м3. В зале расположены центробежные магистральные насосы НМ 10000-210. Производительность каждого насоса q, м3/ч, создаваемое давление Р1 = 2,1 × 105 кПа. Нефть находится в насосе с максимальным объемом заполнения Vа, м3. Насос занимает площадь 4,6 × 2,8, м2. Отсечные вентили (автоматическое отключение) находятся в помещении насосной, а длина подводящего и отводящего нефтепроводов радиусом r, мм, соответственно равна L1 и L2, м. Помещение насосного зала оборудовано системой аварийной вентиляции с кратностью Аав = 10 ч-1. Температура нефти равна средней максимальной температуре tн = 22,4 °С. Скорость воздушного потока 1 м/с.

Оценить последствия аварийного разлива нефти в результате разгерметизации одного магистрального нефтеперекачивающего насоса при включенной и выключенной аварийной вентиляции.

Физико-химические характеристики нефти – молярная масса 240 кг/кмоль, химическая формула C17H38, плотность нефти 860 кг/м3, скрытая теплота испарения нефти 345,4 кДж/кг, температура кипения 57 °С.

Исходные данные к задаче приведены в табл. 10.4.

Таблица 10.4

Варианты исходных данных к задаче 10.1

32

Окончание табл. 10.4

10.2.Взрыв парогазовоздушного облака

внеограниченном пространстве

Поступающий в окружающее пространство горючий газ или пар ЛВЖ массой mг или mп, кг, образует взрывоопасное облако, горизонтальные размеры которого ограничены нижним концентрационным пределом распространения пламени СНКПР, кг/м3. Характеристики взрываемости некоторых газов (паров) приведены в табл. 10.5.

33

Таблица 10.5

Характеристики взрываемости некоторых газов (паров)

* Qv,г и Qv,ст – энергия взрыва газа (пара) и энергия взрыва газа (пара) в стехиометрической смеси с воздухом соответственно, кДж/кг; ** НКПР (ВКПР) – нижний (верхний) концентрационный предел распространения пламени.

Радиус облака RНКПР, м, определяется по следующим формулам:

– для горючих газов

34

где τисп – длительность испарения, с, принимаемая равной времени полного испарения, но не более 3600 с;

Pнас - давление насыщенного пара, кПа.

Плотность газа (пара) ρг,п, кг/м3, определяется по формуле

где M - молярная масса, кг/кмоль;

V0 - мольный объем, V0 = 22,4 м3/кмоль;

tр - расчетная температура, °С; принимается равной максимально возможной температуре воздуха в соответствующей климатической зоне; при отсутствии данных допускается принимать tр = 61 °С.

Внутренние границы облака ПГВ определяются внешними габаритными размерами аппаратов, резервуаров, установок и т.п. Во всех случаях RНКПР принимается равным не менее 0,3 м.

При расчете избыточного давления во фронте ударной волны Рф при взрыве облака ПГВ принимают, что внутри облака имеется зона детонационного взрыва радиусом R0, м:

где k - коэффициент, зависящий от способа хранения горючего вещества, для газа k = 1, для сжиженного газа под давлением k = 0,6, для сжиженного газа при пониженной температуре (изотермическом хранении) k = 0,1, при аварийном разливе ЛВЖ k =0,06;

Сст - стехиометрическая концентрация газа в смеси, % (об.) (см. табл. 10.5).

35

Решение

1. Примем, что резервуар заполнен жидким бензином на 80 %, а 20 % объема занимают пары бензина (объемная доля оборудования, заполненного газовой фазой, a = 0,2). Поскольку бензин в резервуаре находится при атмосферном давлении (Р1 = 101,3·103 Па), то по формуле (10.11) найдем массу паров бензина в первичном облаке mпΙ , кг:

W, кг/(м2 · с), определим по формуле (10.19). Для этого по формуле (10.20) найдем давление насыщенного пара бензина при температуре окружающей среды:

Затем по формуле (10.19), принимая h = 1, находим

W=1 10-6 1 5,22 94 =5,1 10-5 кг/(м2 с).

3.Масса паров во вторичном облаке, образующемся при испарении разлившегося бензина, в соответствии с формулой (10.18) определяется так:

mп.испΙΙ =5,1 10-5 400 3600 =73 кг.

Вданном случае время испарения tисп принято равным 3600 с;

втечение этого времени должны быть приняты меры по устранению аварии.

4. Суммарную массу паров бензина определим по формуле (10.22):

mп =382+73 =455 кг.

5. Радиус взрывоопасного облака RНКПР для паров ЛВЖ найдем по формуле (10.24) с учетом рассчитанной по формуле (10.25) плотности паров бензина при tр = 61 °С:

37

и с учетом определенного по табл. 10.5 нижнего концентрационного предела распространения пламени для бензина СНКПР = 0,04 кг/м3

6. Определив по табл. 10.5 стехиометрическую концентрацию газа в смеси Сст = 2,10 % (об.), по формуле (10.26) найдем радиус зоны детонационного взрыва R0:

В пределах этой зоны избыточное давление во фронте ударной волны Рф = 1750 кПа.

7. Избыточное давление во фронте ударной волны за пределами зоны детонационного взрыва найдем по формуле (10.27), предварительно определив приведенную массу паров mпр по фор-

муле (10.28):

mпр = 462004520 455 0,1=465 кг.

Тогда на границе облака RНКПР = 480 м избыточное давление во фронте ударной волны составит

8. Избыточное давление во фронте ударной волны у здания диспетчерской (R = 50 м) рассчитаем по формуле (10.27):

9. Согласно данным табл. 9.2 при избыточном давлении во фронте ударной волны Рф = 22 кПа промышленное здание с легким металлическим каркасом может получить среднюю степень разрушения (разрушение крыши, окон, перегородок, ущерб - 30…40 %).

38

10. Вероятность получения зданием диспетчерской средней степени разрушения можно найти, определив значение пробитфункции Pr по формуле 5 из табл. 9.3.

Предварительно по формуле (10.29) определим величину импульса фазы сжатия ударной волны I+:

В соответствии с приложением вероятность среднего разрушения здания диспетчерской составит всего 4 %.

Определим вероятность того, что здание диспетчерской получит слабую степень разрушения, найдя предварительно по формуле 4 из табл. 9.3 значение пробит-функции:

В соответствии с приложением вероятность слабого разрушения здания диспетчерской составит 62 %.

Вывод. В случае аварии с разрушением резервуара здание диспетчерской может получить с вероятностью 4 % среднюю степень разрушения, а с вероятностью 62 % – слабую степень разрушения.

Задача 10.2. На производственном объекте произошло разрушение резервуара с некоторым веществом (см. табл. 10.6) емкостью V1, м3, находящегося на бетонном поддоне площадью Fпод, м2. На расстоянии R, м, от резервуара находится диспетчерская, располагающаяся в здании заданного типа. Температура окружающей среды tос, °С. Ветра нет.

Определить степень разрушения здания диспетчерской. Варианты исходных данных представлены в табл. 10.6.

39