Расчётные методы оценки пожарной опасности технологической системы РВС-ЛВЖ

_п - плотность паровоздушной смеси, кгм ^-3. При отсутствии справочных данных допускается принимать _п = 1,21 кгм ^-3;

c_ж - теплоемкость ЛВЖ, Джкг^-1К^-1. При отсутствии справочных данных допускается принимать с_ж = 2000 Джкг^-1К^-1;

_ж - плотность ЛВЖ, кгм -³ ;

t_ж - температура основной массы ЛВЖ в резервуаре, ^оС;

h_р - высота резервуара, м;

h_ж - уровень взлива ЛВЖ в резервуаре, м.

По результатам экспериментальных исследований, выполненных в Академии ГПС МЧС России, среднее значение приведенного коэффициента теплоотдачи _пр составило 33,6 Втм^-2К^-1, а характерная толщина теплового поверхностного слоя _ж = 0,053 м.

Исходные данные

Сведения о горящем резервуаре РВС-300:

· диаметр, d_p = 7,6 м; высота, h_p = 7.5 м;

· наименование ЛВЖ - Аллиловый спирт;

· массовая скорость выгорания, m_выг = 4,18·10-² кгм^-2с^-1 .

Сведения о резервуаре РВС-300, расположенном рядом с горящим резервуаром:

· диаметр, d_p = 7,6 м; высота, h_p = 7.5 м;

· толщина стенки верхнего пояса резервуара, _w = 0,003 м;

· наименование ЛВЖ - Аллиловый спирт;

· плотность ЛВЖ, _ж = 854 кгм^-3;

· уровень взлива ЛВЖ в резервуаре, h_ж= 6 м;

· температура окружающей среды, t_f = 21.4^oC;

· температура основной массы ЛВЖ, t_ж = 21.4^oC;

· температура самовоспламенения, t_св = 370^oC.

Расчет

Термические и геометрические параметры факела пожара

Максимальная среднеповерхностная плотность излучения

q_ф = (335 + 7112 / d_р) m_выг10³ = (335 + 7112 / 7,6) 4.18· 10^-2 10³ = 53119

Втм^-2

d_р - диаметр горящего резервуара

m_выг - массовая скорость выгорания ЛВЖ

Высота факела пламени, м

d_р - диаметр горящего резервуара

m_выг - массовая скорость выгорания ЛВЖ

_в - плотность воздуха, кгм^-3 (допускается принимать _в1,2 кгм^-3)

- ускорение свободного падения, равное 9,81

Температура локального участка стенки резервуара, расположенного рядом с горящим

В качестве элемента конструкции резервуара принимаем участок стенки облучаемого пожаром резервуара, расположенный по нормали к основанию факела пламени.

Падающий тепловой поток

Коэффициент облученности _н для элементарной площадки соседнего резервуара, расположенного по нормали к основанию факела пламени, определяем на основании расчетной схемы, показанной на рис. 5.2, по следующему алгоритму:

Определяем расстояние между резервуарами

l_р = 0.75*d_p=0.75*7.6=5.7

d_р - диаметр горящего резервуара

l_р - расстояние между резервуарами

d_р - диаметр горящего резервуара

B₁ = x₁/2y₁ = 6,97 / 2·7,98= 0,44



C₁ = h_ф/y₁= 11,3 / 7,98 = 1,42.

h_ф - высота факела пламени

Плотность падающего теплового потока на элемент конструкции облучаемого резервуара, расположенной по нормали к основанию факела пожара

q_w = q_фн= 53119·0.18=9561.42 Втм^-2.

q_ф - максимальная среднеповерхностная плотность излучения

_н - коэффициент облученности

Возможность и продолжительность нагрева элемента конструкции резервуара до температуры самовоспламенения

Максимальная температура элемента конструкции резервуара

qw - Плотность падающего теплового потока на элемент конструкции облучаемого резервуара

t_f - температура окружающей среды

Так как условие не выполняется, то считаем, что элемент конструкции облучаемого резервуара не может послужить источником зажигания.

Способы и приемы противопожарной защиты резервуара, расположенного рядом с горящим резервуаром

1. Применение систем водяного орошения резервуаров.

2. Увеличение расстояний между резервуарами.

2. Создание условий для быстрой локализации и ликвидации пожара.

5. Расчет геометрических параметров пожарной опасности разлива аллилового спирта при полном разрушении резервуара РВС - 300

Наибольшую опасность для населения и территории представляют случаи полного разрушения резервуаров с ЛВЖ. Исследование материалов, связанных с авариями на резервуарах, показали, что наиболее опасным фактором возникающего при разрушении резервуара является гидродинамическое истечение (волна прорыва) ЛВЖ из резервуара. Причем, как правило, волна прорыва или разрушала (промывала) обвалование или перехлестывала через него. При этом нормативное обвалование, а также вид жидкости в резервуаре и характеристика грунта практически не оказывают влияния на площадь затопления.

Об этом свидетельствуют случаи полного разрушения резервуаров. Особый интерес представляет случай разрушения резервуара вместимостью 10000 м³ во время гидравлического испытания, в расследовании которого принимали участие специалисты Академии ГПС МЧС России.

Резервуар изготовлен по типовому проекту 704-1-170.84, разработанному ЦНИИПроектстальконструкцией. Диаметр резервуара - 28,5 м, высота - 18 м. Его смонтировали из трех рулонов методом рулонирования. Стенка резервуара состоит из 12 поясов, семь нижних поясов выполнены из низколегированной стали марки 09Г2С-12 по ГОСТ 19282-73, пояса с восьмого по двенадцатый изготовлены из малоуглеродистой стали марки СтЗпс-5 по ГОСТ 380-71. Толщины поясов: I - 12 мм, II - 9 мм, III -8 мм, IV - 7 мм, V - 7 мм, VI - 7 мм, VII - 6 мм, У1-ХП -5 мм.

Разрушение резервуара случилось через 13 ч после достижения уровня налива воды 17,6 м. При осмотре места аварии резервуара было установлено, что реактивной силой излившейся воды стенка оторвана от днища, частично - от крыши, развёрнута и отброшена на расстояние 25,032 м. Трещина разорвала стенку, затем днище по околошовной зоне внутреннего уторного шва, а крышу - по зоне примыкания к стенке. Центральная часть днища осталась на фундаменте. Волной излившейся из разрушенного резервуара воды были повреждены и сдвинуты со своих фундаментов на 6-14 м еще три соседних резервуара, так как обвалование вокруг всех четырех резервуаров отсутствовало.

Монтажный кран ДЭК-251, находившийся в момент аварии в 10 м от разрушившегося резервуара, был опрокинут.

Установлено, что площадь разлива ЛВЖ при полном разрушении резервуара в основном прямо пропорциональна объему разлившейся жидкости:

F_з-р = f_з * е_р *V_р.

где F_з-р - площадь зоны разлива, м²;f_з - коэффициент разлива, м^-1; е_р - степень заполнения резервуара; V_p - номинальная вместимость резервуара, м³.

Степень заполнения резервуара допускается принимать равной 0,9.

Коэффициент разлива ЛВЖ или, вернее, уже затопления, определяют, исходя из расположения наземного резервуара на местности

f = 12 - при расположении на поверхности с уклоном, более 1 %

f = 5 - при расположении на равнине

Приведенную форму разлива ЛВЖ при крупномасштабной аварии принимают в зависимости от расположения резервуара на местности:

o в низине или на ровной поверхности (с уклоном до 1 %) - в виде круга с радиусом

o на возвышенности - в виде эллипса.

Значения осей эллипса определяют по следующим формулам:

большой полуоси

малой полуоси

б = 4 F_ж / (р b),

К_ук - коэффициент, характеризующий уклон, благоприятствующий разливу жидкости, значение которого определяют исходя из уклона местности:

К_ук = 8 - при уклоне не более 3 %;

К_ук = 16 - при уклоне более 3 %.

Исходные данные

1) Наименование ЛВЖ - Аллиловый спирт.

2) вместимость резервуара, V_р = 300 м³ .

3) Степень заполнения резервуара жидкостью, е_р = 0,8.

4) Уклон площадки = 0.2% .

Расчет

Площадь разлива ЛВЖ

F_з-р = f_з * е_р * V_р = 5 · 0,8 · 300 = 1200 м².

f_з - коэффициент разлива

е_р - степень заполнения резервуара

V_p - номинальная вместимость резервуара

Значение коэффициента разлива ЛВЖ принято равным 5, так как уклон, менее 1 %.

Толщина слоя разлившейся ЛВЖ

_ж = 1 / f_з = 1/ 5 = 0.2 м

f_з - коэффициент разлива

Приведенную форму разлива ЛВЖ при крупномасштабной аварии принимают в зависимости от расположения резервуара на местности:

o в низине или на ровной поверхности (с уклоном до 1 %) - в виде круга с радиусом

F_ж - площадь розлива

Способы и приемы снижения пожарной опасности

Эксплуатируемую резервуарную емкость в полном объеме следует подвергнуть комплексному обследованию в соответствии с действующими нормативными документами на предмет ее дальнейшей безопасной эксплуатации с выдачей технического заключения об ее состоянии.

В качестве дополнительных мер, направленных на ограничение площади аварийного разлива нефтепродуктов на случай полного (хрупкого) разрушения резервуара, следует рассматривать использование кольцевой дороги вокруг группы резервуаров, имеющей возвышение не менее 1,5 м над планировочной отметкой внутри основного обвалования;

Временными мерами, обеспечивающими как снижение опасности хрупкого разрушения резервуара, так и последствий разрушения, могут быть:

· бандажирование стенок резервуаров согласно действующим нормативным документам;

· регламентирование максимального уровня взлива нефтепродукта с учетом технического состояния резервуара.

Рис. 5.1

Одним из эффективных технических решении, способных предотвратить последствия гидродинамического истечения жидкости в случае внезапного разрушения резервуара, считается устройство принципиально нового ограждения (рис. 5.1), имеющего конструктивную особенность- волноотражающий козырек, который позволяет уменьшить высоту стены ограждения и защитный зуб, для принятия основной нагрузки, возникающей при гидродинамическом истечении.

6. Расчет массы паров аллилового срита при испарении с поверхности разлива

Массу паров ЛВЖ, испарившейся с поверхности разлива, определяют из выражения:

m_п = W_исп F_ж ф, кг

где W_исп - интенсивность испарения, кг•с^-1•м^-2;

F_ж - площадь испарения, м²;

ф - продолжительность испарения, с.

Для ненагретых ЛВЖ при отсутствии экспериментальных данных допускается рассчитывать значение W_исп по формуле

W_исп = 10^-6, кг с^-1 м^-2

где з - коэффициент, учитывающий влияние скорости и температуры воздушного потока на интенсивность испарения; М - молярная масса, кг•кмоль^-1_; P_s - давление насыщенного пара жидкости, кПа.

Значение коэффициента з, учитывающего влияние скорости и температуры воздушного потока на интенсивность испарения, приведено в табл. 6.1.

Таблица 6.1

Значение коэффициента з

Подвижность воздуха, м•с-1	Температура воздуха в помещении, oC
	ниже 12	12...17	17...25	25...32	выше 32
Uв = 0 0 0,15 0,15 Uв < 0,3 0,3 Uв < 0,7 0,7 Uв	1,0 3,0 4,6 6,6 10,0	1,0 2,6 3,8 5,7 8,7	1,0 2,4 3,5 5,4 7,7	1,0 1,8 2,4 3,6 5,6	1,0 1,6 2,3 3,2 4,6

Подвижность воздуха в помещении, м•с^-1, можно оценить по формуле

U_в = A_в L_п / 3600,

где A_в - кратность воздухообмена, ч^-1; L_п - длина помещения, м.

Давление насыщенных паров, кПа, принято определять по уравнению Антуана:

Lg P_s = A_А - B_А / (C_А + t_р),

где А_А, В_А и С_А - константы уравнения Антуана;

t_р - расчетная температура, ^оС.

В качестве расчетной температуры следует принимать максимально возможную температуру воздуха в соответствующей климатической зоне или максимально возможную температуру воздуха по технологическому регламенту с учетом повышения температуры в аварийной ситуации.

Для нефтепродуктов давление насыщенных паров, кПа, можно определить по формуле В.П. Сучкова:

где t_всп - температура вспышки, ^оС.

При расчете массы паров ЛВЖ, испарившейся с поверхности разлива, анализируют два варианта:

o I вариант - за период 3600 с или менее вся разлившаяся ЛВЖ способна испарится;

o II вариант - за период 3600 с, только часть разлившейся ЛВЖ испаряется.

Продолжительность поступления паров при испарении определяют из условия разлива ЛВЖ на 1 м² по формуле



где, _ж - толщина слоя разлившейся жидкости, м;

_ж - плотность ЛВЖ, кг м^-3;

W_исп - интенсивность испарения ЛВЖ, кг м^-2 с^-1.

Исходные данные

Наименование разлившейся ЛВЖ - Алллиловый спирт.

Молярная масса, M = 58,08 кгкмоль^-1.

Плотность ЛВЖ, _ж = 854 кг м^-3.

Расчетная температура ЛВЖ, t_p = 21.4 °С.

Константы уравнения Антуана:

· А_А= 7.65943;

· B_А=1944.765;

· C_А = 247.6.

Площадь разлива ЛВЖ, F_ж = 1200 м².

Толщина слоя разлившейся жидкости, _ж = 6,7 *10^-3 м.

Расчет

Давление насыщенных паров, кПа,

Lg P_s = A_А - B_А / (C_А + t_р) =7.65943- 1944.765/ (247.6+ 21.4) = 0.4298

А_А, В_А и С_А - константы уравнения Антуана;

t_р - расчетная температура, ^оС.

P_s= 10^0.4208 = 2.69 кПа.

Интенсивность испарения равна:

Масса паров аллилового спирта, образующихся при испарении с поверхности разлива, будет равна



m_п = W_исп F_ж ф = 20*10^-6*1200*3600 = 86.4 кг.

W_исп - интенсивность испарения, кг•с^-1•м^-2;

F_ж - площадь испарения, м²;

ф - продолжительность испарения, с.

Способы и приемы снижения пожарной опасности

Меры пожарной безопасности, обеспечивающие снижение пожарной опасности процесса испарения, являются:

o покрытие поверхности разлива пенами различной кратности;

o применение реагентов, активно впитывающих жидкость;

o разбавление пожароопасных водорастворимых жидкостей водой;

o самотечный слив разлившейся жидкости в аварийные емкости или амбары;

o откачка разлившейся жидкости насосами.

7. Расчет зоны взрывоопасных концентраций паров

Определение зоны взрывоопасных концентраций паров при испарении легковоспламеняющейся жидкости в открытое пространство при неподвижной воздушной среде регламентировано ГОСТ Р 12.3. 047-98 «Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля».

Образование взрывоопасных концентраций паров при испарении ЛВЖ с поверхности разлива возможно, если: t_р t_всп,

где; t_р - расчетная температура ЛВЖ при испарении, ^оС.

t_всп - температура вспышки ЛВЖ, ^оС.

В качестве расчетной температуры ЛВЖ при испарении принимают значение среднемесячной температуры для июля месяца.

Для ЛВЖ геометрически зона, ограниченная НКПР паров, будет представлять цилиндр. За начало отсчета зоны, ограниченной НКПР паров, принимают внешние размеры зоны аварийного разлива ЛВЖ. Во всех случаях расстояние должны быть не менее 0,3 м.

Размеры зоны, м, ограничивающие область концентраций, превышающей нижний концентрационный предел распространения пламени от зоны аварийного разлива ЛВЖ рассчитывают по формулам

,

,

где т_п - масса паров ЛВЖ, поступивших в открытое пространство за время полного испарения, но не более 3600 с, кг;

_п - плотность паров ЛВЖ при расчетной температуре, кг м^-3;

р_s - давление насыщенных паров ЛВЖ, кПа;

К - коэффициент (К = Т / 3600);

Т - продолжительность поступления паров ЛВЖ при испарении, с;

ц_НКПР - нижний концентрационный предел распространения пламени паров, % (об.).

Величины: масса паров ЛВЖ; плотность паров ЛВЖ; давление насыщенных паров ЛВЖ; нижний концентрационный предел распространения пламени паров принимают по результатам расчетов, полученных в ранее выполненных работах.

Продолжительность поступления паров при испарении определяют из условия разлива ЛВЖ на 1 м² по формуле



где, _ж - толщина слоя разлившейся жидкости, м;

_ж - плотность ЛВЖ, кг м^-3;

W_исп - интенсивность испарения ЛВЖ, кг м^-2 с^-1.

Плотность паров ЛВЖ при расчетной температуре определяют по формуле

где М - молярный масса, кгкмоль^-1;

V_о - объем, занимаемый одним киломолем при нормальных условиях. Принимают V_о = 22,4 м³ кмоль^-1;

t_р - расчетная температура, ^оС.

Значения толщины слоя разлившейся жидкости, плотность жидкости и интенсивность испарения принимают по результатам расчетов, полученных в ранее выполненных работах.

Исходные данные

Наименование ЛВЖ - Аллиловый спирт.

Плотность жидкости, _ж = 854 кг м^-3.

Расчетная температура, t_р = 21.4^оС.

Температура вспышки, t_всп = 21^оС.

Интенсивность испарения, W_исп = 20 *10^-6 кг м^-2 с^-1.

Масса паров аллилового спирта, испарившаяся с поверхности разлива, m_п = 86.4 кг.

Нижний концентрационный предел распространения пламени, ц_НКПР = 2,5% (об.).

Давление насыщенных паров аллилового спирта, р_s = 2.69 кПа.

Форма разлива - круг.

Радиус зоны аварийного разлива ЛВЖ, R_ж = 382.17 м.

Толщина слоя разлившейся жидкости, _ж = 0.2 м.

Расчет

Проверка возможность образования взрывоопасных концентраций паров при испарении ЛВЖ

t_р = t_всп ,

так как t_р = 21.4^оС, t_всп = 21^оС.

Условие выполняется.

Продолжительность поступления паров определяют из условия разлива ЛВЖ на 1 м² по формуле

_ж - толщина слоя разлившейся жидкости, м;

_ж - плотность ЛВЖ, кг м^-3;

W_исп - интенсивность испарения ЛВЖ, кг м^-2 с^-1

Принимаем продолжительность испарения 3600 с.

Значение коэффициента К принимаем равным 1. Плотность паров ЛВЖ

Расстояния, ограничивающие область концентраций паров ЛВЖ, превышающих НКПР, составят

Вывод. Граница зоны, ограниченной НКПР паров ЛВЖ, будет проходить:

o по горизонтали на расстоянии 7.97 м от границы разлива;

o по вертикали - на высоте 0,37 м от поверхности разлива.

8. Расчет опасных факторов пожара при сгорании паров аллилового спирта на открытой технологической площадке

В случае образования паровоздушной смеси в незагроможденном технологическим оборудованием пространстве и его зажигании относительно слабым источником (например, искрой) сгорание этой смеси происходит, как правило, с небольшими видимыми скоростями пламени. При ламинарном режиме горения распространение пламени происходит от каждой точки фронта по нормали к его поверхности. Такое горение называются нормальными. Для некоторых горючих веществ в смеси с воздухом нормальные скорости горения составляют для предельных углеводородов 0,32 - 0,40 м·с^-1 , для водорода -- 2,7 м·с^-1. При столь малых скоростях распространения пламени в газовых смесях амплитуды волны давления малы и могут не приниматься во внимание при оценке поражающего воздействия.

В этом случае реализуется так называемый пожар-вспышка, при котором зона поражения высокотемпературными продуктами сгорания паровоздушной смеси практически совпадает с максимальным размером облака продуктов сгорания (т.е. поражаются в основном объекты, попадающие в это облако).

Радиус воздействия высокотемпературных продуктов сгорания паровоздушного облака при пожаре-вспышке R_F определяется приближенным соотношением

где E_i - объемный коэффициент расширения продуктов сгорания. Для нефтепродуктов величина Е_i может быть принята равной 7.

R_нкпр - размер зоны, ограниченной нижним концентрационным пределом распространения пламени (НКПР) паров, определяемый в соответствии с формулами, приведенными в работе №11.

Воздействие продуктов сгорания паровоздушной смеси в случае пожара-вспышки следует считать наиболее характерным фактором при сгорании паровоздушной смеси.

В реальных же условиях в пространстве, загроможденном технологическим оборудованием, происходит искривление фронта пламени. С увеличением поверхности фронта пламени скорость возрастает. При достижении скоростей распространения пламени, составляющих десятки и сотни метров в секунду, но не превышающих скорость распространения звука в данной среде (300-320 м·с^-1), дефлаграционное горение, которое генерируются ударные волны с максимальным давлением 20-100 кПа.

В определенных условиях дефлаграционное (взрывное) горение может перейти в детонационный процесс, при котором скорость распространения пламени превышает скорость распространения звука и достигает 1-5 км·с^-1.

Это происходит вследствие турбулизации материальных потоков, вызывающей сильное искривление и большое увеличение поверхности фронта пламени. При этом возникает ударная волна, на фронте которой резко повышаются плотность, давление и температура смеси. При возрастании этих параметров смеси до самовоспламенения горючего вещества возникает детонационная волна, являющаяся результатом сложения ударной волны и образующейся зоны сжатой, быстрореагирующей (самовоспламеняющейся) смеси.

Характерным примером перехода дефлаграционного горения в детонационный процесс можно рассматривать сложный пожар, который произошел полярной ночью в резервуарном парке установки переработки газового конденсата в заполярном городе Дудинка. Резервуарный парк состоял из двух групп: сырьевой (четыре резервуара РВС-5000 с газовым конденсатом) и товарной (три резервуара РВС-1000 с бензином и два резервуара РВС-400 с дизельным топливом).

Дул сильный ветер. Температура упала до --39°С. В 19 ч 23 мин случилась авария -- в районе насосной станции лопнул конденсатопровод диаметром 325 мм. Через приточную вентиляцию газовоздушная смесь попала внутрь помещения насосной, воспламенилась и взорвалась. Силой взрыва был разрушен резервуар №1, в котором находились 5 тысяч тонн конденсата.

Лавина конденсата беспрепятственно перехлестнула через обвалование и разлилась по всей территории резервуарного парка на площади 13000 м².

Взрыв несет потенциальную опасность поражения людей и обладает разрушительной способностью (табл. 12.1).

Таблица 8.1

Степень поражения от воздействия избыточного давления при сгорании паровоздушных смесей

Степень поражения	Избыточное давление, кПа
Полное разрушение зданий	100
50%-е разрушение зданий	53
Средние повреждения зданий (разрушение зданий без обрушения, разрушаются резервуары нефтехранилищ)	28
Умеренные повреждения зданий (повреждение внутренних перегородок, рам, дверей и т. п.)	12
Нижний порог повреждения человека волной давления	5
Малые повреждения (разбита часть остекления)	3

Определение опасных параметров воздействия избыточного давления взрыва, развиваемого при сгорании паровоздушных смесей, регламентировано ГОСТом Р 12.3. 047-98 «Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля».

Избыточное давление взрыва, развиваемого при сгорании паровоздушных смесей, рассчитывают по формулам:

ДР = Р_о (0,8 m_пр ^0,33/r + 3 m_пр^0,68/r ² + 5 m_пр/r ³),

где Р_о - атмосферное давление, кПа (допускается принимать равным 101 кПа);

r - расстояние от геометрического центра сгорания паровоздушной смеси, м;

m_пр - приведенная масса пара, кг.

Приведенная масса пара, кг, вычисляется по формуле

m_пр = (Q_сг / Q_o) m Z,

где Q_сг - удельная теплота сгорания пара, Дж·кг^-1;

Z - коэффициент участия горючих паров в горении, значение которого допускается принимать равным 0,1;

Q_o - константа, равная 4,52·10⁶ Дж·кг^-1;

m - масса паров ЛВЖ, испарившаяся с поверхности разлива, кг.

Категорирование наружных установок по пожарной опасности

По пожарной опасности наружные установки подразделяются на категории А_н, Б_н, В_н, Г_н и Д_н. Допускается классифицировать резервуарную группу, как категорию А_н (ЛВЖ с t _всп ? 28°С) или Б_н (ЛВЖ с t _всп > 28°С), если избыточное давление взрыва, развиваемого при сгорании паровоздушных смесей на расстоянии 30 м от наружной установки превышает 5 кПа

Способы и приемы противопожарной защиты

1. Здания, в которых расположены помещения управления (операторные), а также административные и другие непроизводственные здания, в которых предусмотрено постоянное пребывание людей, должны быть устойчивыми к воздействию ударной волны.

Исходные данные

Наименование ЛВЖ - Аллиловый спирт

Масса паров аллилового спирта, испарившаяся с поверхности разлива, m_п = 86.4 кг.

Размер зоны, ограниченной нижним концентрационным пределом распространения пламени паров, R_нкпр = 7.97 м

Удельная теплота сгорания аллилового спирта, Q_сг = 35,1· 10⁶ Дж/кг.

Расчет

1. Радиус воздействия высокотемпературных продуктов сгорания паровоздушного облака при пожаре-вспышке R_F определяется приближенным соотношением

E_i - объемный коэффициент расширения продуктов сгорания

R_нкпр - распространения пламени паров

2. Определяем приведенную массу

m_пр = (Q_сг / Q_o) m Z = (35.1·10⁶ /4,52·10⁶ )·86.4 · 0,1 = 67 кг

Q_сг - удельная теплота сгорания пара, Дж·кг^-1;

Z - коэффициент участия горючих паров в горении, значение которого допускается принимать равным 0,1;

Q_o - константа, равная 4,52·10⁶ Дж·кг^-1;

m - масса паров ЛВЖ, испарившаяся с поверхности разлива, кг.

3. Находим избыточное давление

ДР = Р_о (0,8 m_пр ^0,33/r + 3 m_пр^0,68/r ² + 5 m_пр/r ³) =

= 101 [0,8 (67)^0,33/10 + 3 (67)^0,66/10² + 5 (67)/10³] = 114.635 кПа.



Р_о - атмосферное давление (допускается принимать равным 101 кПа);

r - расстояние от геометрического центра сгорания паровоздушной смеси, принимаем равным 10 м;

m_пр - приведенная масса пара, кг.

ДР = Р_о (0,8 m_пр ^0,33/r + 3 m_пр^0,68/r ² + 5 m_пр/r ³) =

= 101 [0,8 (67)^0,33/20 + 3 (67)^0,66/20² + 5 (67)/20³] = 32.5 кПа.

r - расстояние от геометрического центра сгорания паровоздушной смеси, принимаем равным 20 м;

ДР = Р_о (0,8 m_пр ^0,33/r + 3 m_пр^0,68/r ² + 5 m_пр/r ³) =

= 101 [0,8 (67)^0,33/30 + 3 (67)^0,66/30² + 5 (67)/30³] = 16.4 кПа

r - расстояние от геометрического центра сгорания паровоздушной смеси, принимаем равным 30 м;

ДР = Р_о (0,8 m_пр ^0,33/r + 3 m_пр^0,68/r ² + 5 m_пр/r ³) =

= 101 [0,8 (67)^0,33/40 + 3 (67)^0,66/40² + 5 (67)/40³] = 8 кПа

r - расстояние от геометрического центра сгорания паровоздушной смеси, принимаем равным 40 м;

ДР = Р_о (0,8 m_пр ^0,33/r + 3 m_пр^0,68/r ² + 5 m_пр/r ³) =

= 101 [0,8 (67)^0,33/50 + 3 (67)^0,66/50² + 5 (67)/50³] = 6.66 кПа

r - расстояние от геометрического центра сгорания паровоздушной смеси, принимаем равным 50 м;

Избыточное давление взрыва, развиваемое при сгорании паровоздушной смеси

Таблица 8.1

Расстояние от геометрического центра сгорания паровоздушной смеси, м	10	20	30	40	50
Избыточное давление, кПа	114.635	32.5	16.4	8	6.66

График: «Зависимость избыточного давления взрыва от расстояния от геометрического центра паровоздушной смеси»

Согласно Таблице 12.1 Методических рекомендаций и графику «Зависимость избыточного давления взрыва от расстояния от геометрического центра паровоздушной смеси» определяем возможное разрушение.

- Полное разрушение зданий

- 50%-е разрушение зданий

- Средние повреждения зданий (разрушение зданий без обрушения, разрушаются резервуары нефтехранилищ)

- Умеренные повреждения зданий (повреждение внутренних перегородок, рам, дверей и т. п.)

- Нижний порог повреждения человека волной давления

Допускается классифицировать резервуарную группу, как категорию А_н (ЛВЖ с t _всп ? 28°С), если избыточное давление взрыва, развиваемого при сгорании паровоздушных смесей на расстоянии 30 м от наружной установки превышает 5 кПа

9. Расчет тепловой нагрузки от пожара пролива бензина

Тепловую нагрузку при пожарах проливов в произвольной точке на открытой площадке (синонимы: плотность падающего теплового излучения, интенсивность теплового излучения) q, кВт/м², рассчитывают по формуле

q = E_f F_q ,

где E_f - среднеповерхностная плотность теплового излучения пламени, кВт/м²;

F_q - угловой коэффициент облученности;

- коэффициент пропускания атмосферы.

E_f принимают на основе имеющихся экспериментальных данных. Для некоторых жидких углеводородных топлив указанные данные приведены в табл. 13.2.

Таблица 9.1

Среднеповерхностная плотность теплового излучения пламени

Топливо	Еf, кВт/м2, при d,	т,
	10	20	30	40	50	кг/(м2 с)
СУГ (пропан-бутан)	80	63	50	43	40	0,1
Бензин	60	47	35	28	25	0,06
Дизельное топливо	40	32	25	21	18	0,04
Нефть	25	19	15	12	10	0,04
Примечание Для диаметров (d) очага менее 10 м или более 50 м следует принимать Ef такой же, как и для очагов диаметром 10 м и 50 м соответственно. т - удельная массовая скорость выгорания, кг/(м2 с)

При отсутствии данных допускается E_f принимать равной 100 кВт/м² для СУГ, 40 кВт/м² для нефтепродуктов.

Рассчитывают приведенный диаметр пролива d, м, по формуле

,

где F_ж - площадь пролива, м².

Рассчитывают высоту пламени Н, м, по формуле

,

где т - удельная массовая скорость выгорания топлива, кг/(м²·с);

_в - плотность окружающего воздуха, кг/м³;

g - ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с².

Определяют угловой коэффициент облученности F_q по формулам:

,

,

,

S₁ = 2r/d

r - расстояние от геометрического центра пролива до облучаемого объекта,

h = 2H/d;

,

B = (1 + S²)/(2S).

Определяют коэффициент пропускания атмосферы по формуле

= exp [-7,0·10^-4 (r - 0,5d)].

Продолжительность теплового воздействия пожара, с

= _{ж ж} / т ,

_ж - толщина слоя разлившейся жидкости, м;

_ж - плотность жидкости, кг м^-3

т - удельная массовая скорость выгорания топлива, кг · м^-2·с^-1.

Категорирование наружных установок по пожарной опасности

По пожарной опасности наружные установки подразделяются на категории А_н, Б_н, В_н, Г_н и Д_н. В основу принадлежности наружной установки к категории В_н положена интенсивность теплового излучения от очага пожара.

Допускается классифицировать наружную установку, как категорию В_н:

o если интенсивностью теплового излучения от очага пожара на расстоянии 30 м от наружной установки превышает 4 кВт м^-2 ;

o наружная установка по признакам пожарной опасности не относится к категории А_н,или Б_н.

Способы и приемы снижения пожарной опасности

1. Применение систем обнаружения пожара и оповещения об обнаружении пожара.

2. Установка теплозащитных экранов, водяной завесы.

3. Здания, в которых расположены помещения управления (операторные), а также административные и другие непроизводственные здания, в которых предусмотрено постоянное пребывание людей, должны быть устойчивыми к воздействию тепловых нагрузок пожара и обеспечивать безопасность находящегося в них персонала.

Исходные данные для расчета

1) Наименование ЛВЖ - Аллиловый спирт.

2) Площадь пролива ЛВЖ, F_ж = 1200 м².

4) Удельная массовая скорость выгорания ЛВЖ , т = 4,18·10-²кг/(м²·с);

5) Плотность окружающего воздуха, _в = 1,2 кг/м³;

6) Ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с².

7) расстояние от геометрического центра пролива до облучаемого объекта, r = 30

Расчет

Приведенный диаметр пролива ЛВЖ

F_ж - Площадь пролива ЛВЖ

Приведенный радиус пролива ЛВЖ , R_п = 19.5 м.

Высота пламени

d - Приведенный диаметр пролива ЛВЖ

т - Удельная массовая скорость выгорания ЛВЖ

_в - Плотность окружающего воздуха

g - ускорение свободного падения

По табл. 13.2 методических рекомендаций определяем среднеповерхностную плотность теплового излучения пламени

E_f = 12 кВт/м².

При R_п= 19.5+5

Находим угловой коэффициент облученности F_q по следующим формулам:



h₁ = 2H/d = 2 · 33/39 = 1.69;

H - Высота пламени

d - Приведенный диаметр пролива ЛВЖ

S₁ = 2r/d = 2 · (19.5+5)/39 = 1.26;

r - расстояние от геометрического центра пролива до облучаемого объекта

d - Приведенный диаметр пролива ЛВЖ

B₁ = (1 + S₁²)/(2S₁) = (1 + 1.26²)/(2 ·1.26) = 1.03

.

Коэффициент пропускания атмосферы

₁ = exp [-7,0·10^-4 ((r+5) - 0,5d)] = exp [-7,0·10^-4 ( 24.5- 0,5 · 39)] = 0,99



r - расстояние от геометрического центра пролива до облучаемого объекта

d - Приведенный диаметр пролива ЛВЖ

Интенсивность падающего теплового излучения на расстоянии 30 м от центра пролива ЛВЖ

q₁ = E_f F_{q1 1} = 12 · 0.23 · 0,99 = 2,73 кВт/м².

При R_п= 19.5+10

Находим угловой коэффициент облученности F_q по следующим формулам:

h₂ = 2H/d = 2 · 33/39 = 1.69;

H - Высота пламени

d - Приведенный диаметр пролива ЛВЖ

S₂ = 2r/d = 2 · (19.5+10)/39 = 1.51;

r - расстояние от геометрического центра пролива до облучаемого объекта

d - Приведенный диаметр пролива ЛВЖ

B₂ = (1 + S₂²)/(2S₂) = (1 + 1.51²)/(2 ·1.51) = 1,08

.

Коэффициент пропускания атмосферы

₂ = exp [-7,0·10^-4 ((r+10) - 0,5d)] = exp [-7,0·10^-4 ( 29,5- 0,5 · 39)] = 0,993

r - расстояние от геометрического центра пролива до облучаемого объекта

d - Приведенный диаметр пролива ЛВЖ

Интенсивность падающего теплового излучения на расстоянии 30 м от центра пролива ЛВЖ

q₂ = E_f F_{q2 2} = 12 · 0.69 · 0,993 = 8,22 кВт/м².

При R_п= 19.5+20

Находим угловой коэффициент облученности F_q по следующим формулам:

h₃ = 2H/d = 2 · 33/39 = 1.69;

H - Высота пламени

d - Приведенный диаметр пролива ЛВЖ

S₃ = 2r/d = 2 · (19.5+20)/39 = 2,03;



r - расстояние от геометрического центра пролива до облучаемого объекта

d - Приведенный диаметр пролива ЛВЖ

B₃ = (1 + S₃²)/(2S₃) = (1 + 2,03²)/(2 ·2,03) = 1,26

.

Коэффициент пропускания атмосферы

₃ = exp [-7,0·10^-4 ((r+20) - 0,5d)] = exp [-7,0·10^-4 ( 39,5- 0,5 · 39)] = 0,986

r - расстояние от геометрического центра пролива до облучаемого объекта

d - Приведенный диаметр пролива ЛВЖ

Интенсивность падающего теплового излучения на расстоянии 30 м от центра пролива ЛВЖ

q₃ = E_f F_{q3 3} = 12 · 0.27 · 0,986 = 3,19 кВт/м².

Таблица 9.1

Тепловые нагрузки от пожара пролива жидкости

Расстояние от геометрического центра пролива жидкости, м	Rп + 5	Rп + 10	Rп + 20
Тепловая нагрузка пожара, кВт/м2	2,73	8,22	3,19

График зависимости тепловых нагрузок пожара от расстояния



Заключение

В данном курсовом объекте мы рассчитали:

- Уровень взрывоопасности технологической системы «РВС-ЛВЖ».

Установили, что взрывоопасная концентрация будет существовать внутри

резервуара в течении суток, так как tж>tнп. Так же приняли меры пожарной безопасности, направленные на повышение устойчивости технологической системы «РВС-ЛВЖ» к возникновению пожара

1. Применение для хранения ЛВЖ резервуаров с понтонами.

2. Использование защитного газа (азот или метан) в герметизированных технологиях хранения для резервуаров со стационарными крышами.

- Ожидаемая частота возникновения пожаров при нормальном функционировании технологической системы «РВС-ЛВЖ».

Выяснили, что частота возникновения пожара будет равна 5.5· 10^-21/год. Так же приняли меры пожарной безопасности, направленные на повышение устойчивости технологической системы к воздействию источников зажигания

1. Ужесточение требований к молниезащите резервуаров.

2. Для защиты от статического электричества - применение технических решений, обеспечивающих нейтрализацию разрядов статического электричества.

3. Создание условий, обеспечивающих предотвращение образования пирофорных отложений.

- Параметры, характеризующие пожарную опасность распространения пожара на резервуар с ЛВЖ, расположенный рядом с горящим резервуаром.

Установили, что элемент конструкции облучаемого резервуара не может послужить источником зажигания. Привели способы и приемы противопожарной защиты резервуара, расположенного рядом с горящим резервуаром

1. Применение систем водяного орошения резервуаров.

2. Увеличение расстояний между резервуарами.

2. Создание условий для быстрой локализации и ликвидации пожара.

- Геометрические параметры пожарной опасности разлива ЛВЖ при полном разрушении РВС. Привели способы и приемы снижения пожарной опасности

- Массу паров аллилового срита при испарении с поверхности разлива

Привели способы и приемы защиты:

o покрытие поверхности разлива пенами различной кратности;

o применение реагентов, активно впитывающих жидкость;

o разбавление пожароопасных водорастворимых жидкостей водой;

o самотечный слив разлившейся жидкости в аварийные емкости или амбары;

o откачка разлившейся жидкости насосами.

- Зону взрывоопасных концентраций паров при разливе ЛВЖ.

Прищли у выводу, что граница зоны, ограниченной НКПР паров ЛВЖ, будет проходить:

o по горизонтали на расстоянии 7.97 м от границы разлива;

o по вертикали - на высоте 0,37 м от поверхности разлива.

- Опасные факторы пожара при сгорании паровоздушных смесей на открытой технологической площадке.

Сделали вывод. Согласно Таблице 12.1 Методических рекомендаций и графику «Зависимость избыточного давления взрыва от расстояния от геометрического центра паровоздушной смеси» определяем возможное разрушение.

- Полное разрушение зданий

- 50%-е разрушение зданий

- Средние повреждения зданий (разрушение зданий без обрушения, разрушаются резервуары нефтехранилищ)

- Умеренные повреждения зданий (повреждение внутренних перегородок, рам, дверей и т.п.)

- Нижний порог повреждения человека волной давления

- Тепловые нагрузки при пожарах проливов ЛВЖ и ГЖ.



Используемая литература

1. №123-ФЗ "Технический регламент о требованиях пожарной безопасности"

2. РД 34.21.122-87 «Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений»

3. Правила устройства электроустановок ПУЭ

4. СНиП 23 - 01 - 99. «Строительная климатология»

5. СНиП 2.01.01-82 "Строительная климатология и геофизика"

6. СНиП 2.11.03-93 «Склады нефти и нефтепродуктов противопожарные нормы».

7. ГОСТ Р 12.3.047-98"Система стандартов безопасности труда. Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля"

8. Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности НПБ 105-03



Приложение

Характеристика пожарной опасности технологической системы «РВС-ЛВЖ»

Предмет анализа	Описание опасности
Показатели пожаро- и взрывоопасности аллилового спирта	Температура: · вспышки, tвсп= 21 оС; · самовоспламенения, tсв= 370 оС; Темп. пределы распр. пл.: · нижн., tнп= 21 оС; · верх., tвп= 53 оС; Конц. пределы распр. пл.: · нижн., нп = 2,5 % (об.); · верх., вп = 18 % (об.); Тепл. сгор., Нн = 35,1 МДж/кг
Рабочее состояние системы	Уровень взрывоопасности, Z = 1,1 Ожидаемая частота пожара, Nп = 5,5 * 10-2 1/год
Остановка оборудования на диагностику и ремонт	Причины образования ВОК: · негерметичное отключение резервуара от технологических коммуникаций; · наличие остатка ЛВЖ в резервуаре; · отсутствие контроля взрывобезопасной концентрации паров ЛВЖ при дегазации резервуара.
Аварийная ситуация	Радиусы: · разлива жидкости, R раз = 19 м; · зоны ВОК, R вок = 15.25 м; · зоны Р взр 5 кПа, R Р 5 = 114 м;
Пожар	Характеристика пожара резервуара: · высота факела пламени, Нф= 33 м · плотность излучения пламени, qф = 53119 МДж/м2 Факторы, способствующие выходу пожара за пределы резервуарной группы: разлив ЛВЖ; образование зоны ВОК; разрушение зданий и сооружений от воздействия Рвзр; тепловое воздействие пожара разлива на соседние объекты.
Нормативные показатели, характ. пожарную опасность технологической системы	· категория склада по СНиП 2.11.03-93 - IIIв; · уровень пожарной опасности технологических процессов по ГОСТ Р12.3,047-98 - I (повышенная опасность) · категории пожарной опасности наружных установок по НПБ 105-03 - Ан; · взрывоопасные и пожароопасные зоны по ПУЭ - В-Iг

Размещено на Allbest.ru