Рекомендации по обеспечению пожарной безопасности объектов нефтепродуктообеспечения

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ

ВВЕДЕНИЕ

1. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ

2. КОНСТРУКЦИЯ РЕЗЕРВУАРОВ

3. ОЦЕНКА УРОВНЯ ВЗРЫВООПАСНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ «РВС - ЛВЖ»

4. РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИХ ПОЖАРНУЮ ОПАСНОСТЬ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПОЖАРА НА РВС С ЛВЖ, РАСПОЛОЖЕННЫЙ РЯДОМ С ГОРЯЩИМ РВС

5. РАСЧЁТ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ ПРИ ИСПАРЕНИИ ЛВЖ

6. РАСЧЁТ ЗОНЫ ВЗРЫВООПАСНЫХ КОНЦЕНТРАЦИЙ ПАРОВ ПРИ РАЗЛИВЕ ЛВЖ

7. МОДЕЛИРОВАНИЕ ВОЛНЫ ДАВЛЕНИЯ ПРИ СГОРАНИИ ПАРОВОЗДУШНЫХ СМЕСЕЙ

8. МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВОЙ НАГРУЗКИ ОТ ПОЖАРА ПРОЛИВА

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ



НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ

1. ГОСТ Р 12.3.047-98. «Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля».

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

3. Рекомендации по обеспечению пожарной безопасности объектов нефтепродуктообеспечения, расположенных на селитебной территории.

4. РД 03-409-01. Методика оценки последствий аварийных взрывов топливно-воздушных смесей.



ВВЕДЕНИЕ

Организация тушения нефти и нефтепродуктов в резервуарах и резервуарных парках основана на оценке возможных вариантов возникновения и развития пожара. Пожары в резервуарах характеризуются сложными процессами развития, как правило, носят затяжной характер и требуют большого количества сил и средств для их ликвидации.

У разного вида резервуаров свои трудности и особенности тушения. С каждым годом резервуары всё совершенствуются и становятся более безопасными, но это не исключает возникновение пожара.

Оценка пожаровзрывоопасности производственных объектов необходима для решения вопросов их безопасности и приведения в соответствие с фактическими и требуемыми уровнями взрывопожарной безопасности с целью снижения пожаров и приносимого ими ущерба. Для профилактики аварийных ситуаций необходимо прогнозирование, позволяющее выявить места возможных аварий на объекте и разработать мероприятия по снижению негативных последствий.

Моделирование пожара в резервуарном парке помогает рассмотреть распространение пожара, а при дальнейшем анализе - рассчитать наиболее эффективные способы его тушения.



1. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА АНАЛИЗА ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ

Резервуарный парк включает в себя два вертикальных стальных резервуара номинальной вместимостью 400м³. Диаметр резервуара составляет 8,5 м, высота - 7,5 м. Толщина стенки верхнего пояса равна 3 мм. Расстояние между резервуарами составляет 8 м, а уровень взлива 4 м. Терминал расположен в г. Оренбург. Хранимым химическим продуктом является хлорбензол.

2. КОНСТРУКЦИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ РЕЗЕРВУАРА

Для хранения химических продуктов применяют стальные вертикальные цилиндрические резервуары (РВС) (рис.1)

Рис. 1 - Общий вид резервуара со стационарной крышей.

Схема расположения оборудования на резервуаре приведена на рисунке 2.



Рис. 2 - Схема расположения оборудования на вертикальных резервуарах.

1 -- световой люк;

2 -- вентиляционный патрубок;

3 -- дыхательный клапан;

4 -- огневой предохранитель;

5 -- замерный люк;

6 -- прибор для замера уровня;

7 -- люк-лаз;

8 -- сифонный кран;

9 -- хлопушка;

10 -- приемо-раздаточный патрубок;

11 -- перепускное устройство;

12 -- узел управления хлопушкой;

13 -- крайнее положение приемо-раздаточных патрубков по отношению к оси лестницы;

14 -- предохранительный клапан.

Конструкция резервуара РВС-400 состоит из:

- стенки цилиндрической;

- кровли стационарной крыши;

- плоского днища;

- лестницы, площадок, ограждений, люков и патрубков;

- технологического оборудования.

Рис. 3 - Конструкция резервуара РВС-400.

Дыхательный клапан предназначен для сокращения потерь продуктов от испарения в резервуаре. Исходя из условия прочности и устойчивости конструкции резервуаров, дыхательные клапаны рассчитаны на давление 200 мм вод. ст. и вакуум 25 мм вод. ст.

Предохранительные клапаны предназначены для дублирования работы дыхательных клапанов в случае выхода их из строя.

Указатель уровня используют для измерения уровня жидкости в резервуаре. Указатели бывают как с местным отсчётом уровня, так и с дистанционной приставкой для передачи показаний в диспетчерский пункт.

Пробоотборник применяют для полуавтоматического отбора проб по всей высоте налитой в резервуар жидкости и слива пробы у основания резервуара. Для отбора пробы жидкости, в пневмосистеме при помощи ручного насоса создают давление, равное 3 кгс/см³. При этом открываются все клапаны на секциях пробоотборной колонны и жидкость поступает в колонну. После её заполнения давление в системе снижают до нуля с помощью клапана сброса давления. Клапаны закрываются, и столб жидкости отсекается от основной массы жидкости. После этого, нажимая на рукоятку клапана слива пробы, жидкость сливают в пробоотборную посуду.

Приёмо-раздаточные патрубки используют для проведения операций по заполнению и опорожнению резервуара. Приёмо-раздаточные патрубки внутри резервуара оборудованы хлопушками с перепуском, которые препятствуют самопроизвольному истечению жидкости из резервуара. Открытие хлопушки осуществляется при помощи специального электроприводного устройства управления хлопушками во взрывобезопасном исполнении, устанавливаемого снаружи резервуара, или вручную при помощи штурвала.

Верхний световой люк предназначен для проветривания во время ремонта и зачистки.

Люк-лаз предназначен для доступа внутрь резервуара рабочих для ремонта и зачистки скопившейся на дне грязи и для вентиляции резервуара перед проведением огневых работ. Диаметр его принимается обычно 500 мм.

Водоспускной кран служит для периодического удаления подтоварной воды, собирающейся над днищем резервуара.

3. ОЦЕНКА УРОВНЯ ВЗРЫВООПАСНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ «РВС - ЛВЖ»

Существует несколько расчётных методов определения максимальной температуры слоя ЛВЖ в резервуаре, разработанных в области расчёта потерь нефти и бензинов от испарения из резервуаров. Они могут быть удачно использованы для решения вопросов пожарной безопасности. Один из методов расчёта основан на решении уравнения Фурье при синусоидальном изменении температуры на поверхности полубесконечного тела.

Расчётная формула имеет вид:

где q_л - тепловая нагрузка на резервуар от солнечной радиации, Вт*м^-2;

б_w-f - коэффициент теплоотдачи в сложном лучисто-конвективном теплообмене от оболочки, ограничивающей газовое пространство резервуара, в окружающий воздух, Вт*м^-2*К^-1;

б_п.w-ж - приведённый коэффициент теплоотдачи от оболочки, ограничивающей газовое пространство резервуара, к поверхностному слою ЛВЖ, Вт*м^-2*К^-1;

б_w-ж - коэффициент теплоотдачи излучением от оболочки, ограничивающей газовое пространство резервуара, к ЛВЖ, Вт*м^-2*К^-1;

б_п-ж - коэффициент теплоотдачи от паровоздушной смеси к поверхностному слою ЛВЖ, Вт*м^-2*К^-1;

t_f-max - максимальная среднемесячная температура окружающего воздуха, ⁰С;

t_f - среднемесячная температура окружающего воздуха, ⁰С;

m_ж - показатель температурного поля в поверхностном слое ЛВЖ, м^-1;

л_ж - коэффициент теплопроводности ЛВЖ, Вт*м^-1*К^-1;

б_w-п - коэффициент теплоотдачи в сложном лучисто-конвективном теплообмене от оболочки, ограничивающей газовое пространство резервуара, к паровоздушной смеси, Вт*м^-2*К^-1;

f_ж - площадь зеркала ЛВЖ в резервуаре, м²;

f_об - площадь оболочки, ограничивающей газовое пространство резервуара, м²;

t_ж - температура основной массы ЛВЖ, ⁰С.

Допускается принимать в расчёте следующие значения коэффициентов:

л_ж = 0,11 Вт*м^-1*К^-1;

б_w-f = 10,7 Вт*м^-2*К^-1;

б_п.w-ж = 0,73 Вт*м^-2*К^-1;

б_п-ж = 5,3 Вт*м^-2*К^-1;

б_w-ж = 5,3 Вт*м^-2*К^-1;

б_w-п = 2,5 Вт*м^-2*К^-1.

Остальные величины определяют по следующим формулам:

- максимальная среднемесячная температура окружающего воздуха

t_f-max = t_f + t_f-mах/2

Температуру основной массы ЛВЖ t_ж в резервуаре принимают равной среднемесячной температуре окружающего воздуха (t_f). Значения температуре окружающего воздуха и максимальной амплитуды колебаний температуры окружающего воздуха (t_f-mах) определяют по СНиП «Строительная климатология».

- площадь зеркала испарения ЛВЖ в резервуаре

f_ж = р d_р²/4,

где d_р - диаметр резервуара, м;

- площадь оболочки, ограничивающей газовое пространство резервуара

f_об = f_ж + р d_р (h_р - h_ж),

где h_р - высота резервуара, м;

h_ж - высота (уровень) взлива ЛВЖ в резервуаре, м;

- площадь оболочки, м², ограничивающей газовое пространство резервуара, на которую воздействует солнечная радиация, определяют как аппроксимацию на плоскость, перпендикулярную направлению солнечных лучей:

f_л = d_р (h_р -h_ж ) sin (ш - о) + f_ж cos (ш - о),

где ш - географическая широта местности, ^o;

о - усредненное значение расчетного склонения солнца, ^o;

- усредненное значение расчетного склонения солнца для текущего месяца определяется годовым ходом изменения склонения солнца, соответствующим схеме движения земного шара по орбите вокруг Солнца

о = 22,7 sin (295 - 30 №_м),

где №_м - порядковый номер месяца года;

- плотность падающего теплового потока от Солнца на площадку, нормальную к направлению солнечных лучей (формула Бугера-Бертрана),

,

где 1325 - солнечная постоянная, Вт•м^-2; с_ат - коэффициент прозрачности атмосферы (допускается принимать равным 0,7);

- тепловая нагрузка на резервуар от солнечной радиации, Вт•м^-2



q_л = е_w q_с f _л / f_об.

Степень черноты оболочки резервуара е_w, окрашенной алюминиевой краской годичной давности, допускается принимать равной 0,7;

- показатель температурного поля в поверхностном слое ЛВЖ, м^-1

где с_ж - плотность жидкости, кг•м^-3;

с_ж - теплоемкость жидкости, Дж•кг-¹•К-¹ (при отсутствии справочных данных допускается принимать равной 2000 Дж•кг-¹•К-¹).

Продолжительность светового дня ф_дн в №-_м месяце целесообразно принять по справочным данным для соответствующей географической широты местности. Допускается использовать следующую приближенную формулу

ф_дн = 11,9 + 5,7 sin (267 - 27 №_м).

По модели синусоидального изменения температур не представляет труда определить продолжительность периода существования взрывоопасной концентрации внутри РВС при хранении ЛВЖ:

,

где , рад;

t_нп - нижний температурный предел распространения пламени, ⁰С;

t_ж - температура основной массы ЛВЖ, ⁰С;

t_п.сл-max - максимальная температура поверхностного слоя ЛВЖ; ⁰С.

Прежде чем определять значение ф_вок, следует проанализировать значение и.

При:

и >1 - ц_вок внутри системы не образуются, так как t_п.сл-max < t_нп;

и<0 - ц_вок будут существовать в течение суток, так как t_ж > t_нп;

0 < и < 1 - значение ф_вок определяют по формуле.

Уровень взрывоопасности технологической системы «РВС - ЛВЖ» в i-м месяце определяют из соотношения

,

где N_с.дн и N_дн - число безоблачных дней и число дней в месяце соответственно.

Исходные данные:

- регион расположения терминала - Оренбург;

- географическая широта местности, ш = 51,7⁰;

- число безоблачных дней в июле, N_с.дн. = 28;

- среднемесячная температура окружающего воздуха для июля, t_f = 24⁰С;

- максимальная суточная амплитуда колебаний температуры окружающего воздуха для июля, Дt_f-max = 23⁰С;

- диаметр РВС, d_p = 8,5 м;

- высота РВС, h_p = 7,5 м;

- наименование хранимой ЛВЖ - хлорбензол;

- нижний температурный предел распространения пламени, t_нп = 24⁰С;

- плотность ЛВЖ, с_ж = 840 кг*м³;

- коэффициент теплоотдачи в сложном лучисто-конвективном теплообмене от оболочки, ограничивающей газовое пространство резервуара, в окружающий воздух, б_w-f = 10,7 Вт*м^-2*К^-1;

- приведённый коэффициент теплоотдачи от оболочки, ограничивающей газовое пространство резервуара, к поверхностному слою ЛВЖ, б_п.w-ж = 0,73 Вт*м^-2*К^-1;

- коэффициент теплоотдачи излучением от оболочки, ограничивающей газовое пространство резервуара, к ЛВЖ, б_w-ж = 5,3 Вт*м^-2*К^-1;

- коэффициент теплоотдачи от паровоздушной смеси к поверхностному слою ЛВЖ, б_п-ж = 5,3 Вт*м^-2*К^-1;

- коэффициент теплопроводности ЛВЖ, л_ж = 0,11 Вт*м^-1*К^-1.

Для расчёта составлена программа в табличном процессоре Exсel.

Расчёт

Максимальная среднемесячная температура окружающего воздуха:

t_f-max = 24 + 23/2 = 35,5⁰С.

Площадь зеркала испарения ЛВЖ в резервуаре:

f_ж = р 8,5²/4 = 56,7 м².

Площадь оболочки, ограничивающей газовое пространство резервуара:

f_об = 56,7 + р 8,5 (7,5 - 4) = 150,1 м².

Усредненное значение расчетного склонения солнца для июля

о = 22,7 sin (295 - 30*7) = 22,6⁰.

Площадь оболочки, ограничивающей газовое пространство резервуара, на которую воздействует солнечная радиация:

f_л = 8,5(7,5 - 4 )sin(51,4 - 22,6) + 56,7cos(51,4 - 22,6) = 64 м².

Плотность падающего теплового потока от Солнца на площадку, нормальную к направлению солнечных лучей:

= 882,1 Вт м^-2.

Тепловая нагрузка на резервуар от солнечной радиации:

q_л = 0,7*882,1*64 /150,1 = 263,35 Вт•м^-2.

Продолжительность светового дня июле:

ф_дн = 11,9 + 5,7 sin(267 - 27*7) = 17,47 ч.

Показатель температурного поля в поверхностном слое ЛВЖ:

= 19,532 м^-1

Максимальная температура поверхностного слоя ЛВЖ в резервуаре:

= 40,631⁰С.

Параметр

= -0,002;

и<0 - ц_вок будут существовать в течение суток, так как t_ж > t_нп;

Вывод: из вышеуказанного расчёта можно заметить, что рабочая концентрация пара ЛВЖ внутри системы будет находиться в области взрывоопасных значений в течение суток.

Контрольные вопросы:

1. Область применения показателя «уровень взрывоопасности технологической системы».

Одним из основных параметров при анализе риска пожара является уровень взрывоопасности технологической системы. Уровень взрывоопасности изменяется в пределах от нуля до единицы.

Под уровнем взрывоопасности технологической системы понимают отношение суммы периодов ф_ВОК, когда рабочая концентрация пара ЛВЖ (ц_п) внутри системы находится в области взрывоопасных значений, к определенному периоду функционирования ф_функ, например, к году (Рис. 4)



Рис. 4 - Расчётная тема к определению уровня взрывоопасности

2. Область применения показателя пожаровзрывоопасности «концентрационные пределы распространения пламени».

Нижний (верхний) концентрационный предел распространения пламени - минимальное (максимальное) содержание горючего вещества в однородной смеси с окислительной средой, при котором возможно распространение пламени по смеси на любое расстояние от источника зажигания.

Значения концентрационных пределов распространения пламени необходимо включать в стандарты или технические условия на газы, легковоспламеняющиеся индивидуальные жидкости и азеотропные смеси жидкостей, на твёрдые вещества, способные образовывать взрывоопасные пылевоздушные смеси (для пылей определяют только нижний концентрационный предел). Значение концентрационных пределов следует применять при определении категории помещений по взрывопожарной и пожарной опасности в соответствии с требованиями норм технологического проектирования; при расчёте взрывобезопасных концентраций газов, паров и пылей внутри технологического оборудования и трубопроводов; при оценке размеров взрывоопасных зон и горючести среды в аппаратах; при проектировании вентиляционных систем, а также при расчёте предельно допустимых взрывобезопасных концентраций газов, паров и пылей в воздухе рабочей зоны с потенциальными источниками зажигания в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.010; при разработке мероприятий по обеспечению пожарной безопасности в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004.

3. Что понимают под термином «околопредельная ЛВЖ»?

К группе околопредельных нефтепродуктов относятся ЛВЖ, при хранении которых в РВС, образование взрывоопасных концентраций характерно только в летний период года, т.е. температура поверхностного слоя ЛВЖ способна превысить нижний предел распространения пламени, но не способна достигать верхний предел распространения пламени.

4. Как можно определить ход изменения температуры основной массы ЛВЖ в резервуаре в течение суток?

Закономерности изменения суточных температур поверхностно-го слоя обуславливают характер изменения концентрации паров ЛВЖ в пограничном слое. Можно выделить следующие характерные периоды существования взрывоопасных концентраций паров ЛВЖ в РВС (Рис. 5).

а) в течение суток ц_п не достигает ц_нкпр;

б) в ночное, утреннее и вечернее время находится ц_п < ц_нкпр, днем - ц_п в пределах ц_вок;

в) в течение суток находится ц_п в пределах ц_вок;

г) в ночное время находится ц_п < ц_нкпр, днем - ц_п > ц_вкпр, утром и вечером - ц_п в пределах ц_вок;

д) ночью, утром и вечером находится ц_п в пределах ц_вок, днем - ц_п > ц_вкпр;

е) в течение суток ц_п > ц_вкпр.

Рис. 5 - Характерные периоды существования взрывоопасных концентраций паров (ц_вок)

5. Что является источником существования тепловых изменений, происходящих в РВС?

Источником существенных тепловых изменений, происходящих в резервуаре, является солнечная радиация. Тепловой поток от солнца приводит к нагреву металлической оболочки, ограничивающей газовое пространство резервуара. От нагретых стенок и крыши резервуара тепло теряется в окружающий воздух посредством конвективно-лучистого теплообмена, а также передаётся паровоздушной смеси внутри резервуара и поверхностному слою. Последний отдаёт часть тепла посредством теплопроводности нижележащим слоям, другая часть тепла расходуется на испарение, а основная масса полученного поверхностным слоем тепла идёт на изменение его внутренней энергии, т.е. на увеличение температуры.

6. Примерно, на сколько градусов может превышать значение температуры поверхностного слоя ЛВЖ над основной массой жидкости в РВС?

Температура основной массы ЛВЖ в резервуаре стремится к значению температуры окружающего воздуха, а температура поверхностного слоя ЛВЖ является функцией теплового режима резервуара, которая может на 10..20 градусов превышать значение основной массы ЛВЖ в резервуаре.

4. РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИХ ПОЖАРНУЮ ОПАСНОСТЬ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПОЖАРА НА РВС С ЛВЖ, РАСПОЛОЖЕННЫЙ РЯДОМ С ГОРЯЩИМ РВС

Расчетные положения справедливы для группы однотипных резервуаров в период начальной стадии пожара, т.е. до введения сил и средств на охлаждение резервуара.

Термические и геометрические параметры факела пожара

Максимальную среднеповерхностную плотность излучения, Втм^-2, которую факел пламени горящей ЛВЖ имеет в штиль, можно определить по следующей формуле:

q_ф = (335 + 7112 / d_р) m_выг10³,

где d_р - диаметр горящего резервуара, м;

m_выг - массовая скорость выгорания ЛВЖ, кгс^-1м^-2.

В условиях штиля форму факела пламени рассматривают в виде качающегося цилиндра. Высоту факела пламени, м, определяют по формуле

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

g - ускорение свободного падения, равное 9,81 мс^-2.

В дальнейших расчетах в качестве излучающей поверхности принимают факел в виде плоскости с учетом фактора видимости.

Температура локального участка стенки резервуара, расположенного рядом с горящим резервуаром

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

Плотность падающего теплового потока от факела горящего резервуара на элемент конструкции рядом расположенного резервуара

Плотность падающего теплового потока от факела горящего резервуара на элемент конструкции облучаемого резервуара, расположенной по нормали к основанию факела пожара, Втм^-2

q_w = q_{ф н}.

Коэффициент облученности _н для элементарной площадки соседнего резервуара, расположенного по нормали к основанию факела пламени, определяем на основании расчетной схемы по формуле:

где B₁ = x₁/2y₁ ; C₁ = h_ф/y₁.

Значения x₁ и y₁ определяем по следующим формулам:

Возможность и продолжительность нагрева элемента конструкции резервуара до температуры самовоспламенения

Максимальная температура элемента конструкции резервуара:

где t_f - температура окружающей среды, ^оС.

Если выполняется условие

то делаем заключение о том, что элемент конструкции облучаемого резервуара может послужить источником зажигания, и определяем текущую температуру.

Коэффициент теплоотдачи, Втм^-2 К^-1.

.

Температура элемента конструкции через , с, облучения, ⁰C,

где c_w - теплоемкость материала конструкции, Джкг^-1К^-1 (для стали,
c_w = 500 Джкг^-1К^-1);

_w - плотность материала конструкции, кгм^-3 (для стали, _w = 7800 кгм^-3);

_w - толщина стенки резервуара, м.

Количество тепла, подводимого к поверхностному слою ЛВЖ

1) Количество тепла, выносимое на поверхность ЛВЖ пограничным всплывающим тепловым слоем ЛВЖ от теплообмена с облучаемой стенкой, которая контактирует с ЛВЖ, определяют в следующей последовательности:

- коэффициент облученности для элементарной площадки облучаемой стенки, контактирующей с ЛВЖ:

;



- вспомогательные величины, необходимые для расчета коэффициента облученности, определяют по формулам:

;

;

- площадь облучаемой стенки резервуара, м², ограничивающей жидкость:

f₁ = x₂ h_ж ;

- количество тепла, выносимое на поверхность ЛВЖ вдоль нагретой стенки пограничным всплывающим тепловым слоем, в единицу времени, Вт:

Q₁ = 0,86 q_{ф 1} f₁ .

2) Количество тепла, получаемого поверхностным слоем ЛВЖ при теплообмене с облучаемой стенкой, ограничивающей газовое пространство, определяют в следующей последовательности:

- коэффициент облученности для элементарной площадки облучаемой стенки, ограничивающей газовое пространство резервуара:

;

-площадь облучаемой стенки резервуара, м², ограничивающей газовое пространство:

f₂ = x₂ (h_р - h_ж);

- количество тепла, получаемое поверхностным слоем ЛВЖ при теплообмене с облучаемой стенкой, в единицу времени, Вт:

Q₂ = 0,47 q_{ф 2} f₂ .

3) Количество тепла, получаемого поверхностным слоем ЛВЖ при теплообмене с крышей облучаемого резервуара, в единицу времени определяют в следующей последовательности:

- коэффициент облученности для элементарной площадки облучаемой крыши резервуара:

;

- вспомогательные величины В₂ и С₂ рассчитывают по формулам:

;

;

- площадь крыши резервуара принимают равной площади поверхности зеркала испарения ЛВЖ, м²:

;



- количество тепла, получаемого поверхностным слоем ЛВЖ от теп-лообмена с крышей облучаемого резервуара, в единицу времени, Вт:

Q₃ = 0,28 q_{ф 3} f₃ .

Температура поверхностного слоя ЛВЖ

Температуру поверхностного слоя ЛВЖ, ⁰С, через , с, облучения определяют по формуле:

,

где c_п - теплоемкость паровоздушной смеси, Джкг^-1К^-1. При отсутствии справочных данных допускается принимать с_п = 1010 Джкг^-1К^-1;

_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, ⁰С;

h_р - высота резервуара, м;

h_ж - уровень взлива ЛВЖ в резервуаре, м.

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

1. Применение систем водяного орошения резервуаров.

2. Увеличение расстояний между резервуарами.

3. Создание условий для быстрой локализации и ликвидации пожара.

Исходные данные:

Сведения о горящем резервуаре:

- диаметр, d_p = 8,5 м;

- высота, h_p = 7,5 м;

- наименование ЛВЖ - хлорбензол.

Сведения о резервуаре, расположенном рядом с горящим резервуаром:

- диаметр, d_p = 8,5 м;

- высота, h_p = 7,5 м;

- толщина стенки верхнего пояса резервуара, д_w = 0,003 м;

- расстояние между резервуарами, l_p = 8 м;

- наименование ЛВЖ - хлорбензол;

- плотность ЛВЖ, с_ж = 840 кг*м^-3;

- уровень взлива ЛВЖ в резервуаре, h_ж = 4 м;

- температура окружающей среды, t_f = 24⁰C;

- температура основной массы ЛВЖ, t_ж = 24⁰C;

- температурные пределы распространения пламени:

нижний t_нп = 24⁰С, верхний t_вп = 60,2⁰С;

- температура самовоспламенения, t_св = 637⁰С.

Для расчёта составлена программа в табличном процессоре Excel.

Расчёт

Термические и геометрические параметры факела пожара

Максимальная среднеповерхностная плотность излучения:

q_ф = (335 + 7112 /8,5)0,04*10³ = 46868 м.

Высота факела пламени:

= 11,6 м.

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 облучённости ц_н для элементарной площадки соседнего резервуара, расположенного по нормали к основанию факела пламени, определяется на основании расчётной схемы, по следующему алгоритму:

= 7,97 м.

= 10,78 м.

B₁ = 7,97/2*10,78 = 0,37;

C₁ = 11,6/10,78 = 1,08

= 0,145.

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

q_w = 46868*0,145 = 6796,2 Вт*м^-2.

Возможность и продолжительность нагрева элемента конструкции резервуара до температуры самовоспламенения.

Максимальная температура элемента конструкции резервуара:

= 180,1 ^оС.

Проверяем условие 180,1509,6 - условие не выполняется, элемент конструкции облучаемого резервуара может не послужить источником зажигания.

Коэффициент теплоотдачи:

= 20,682 Вт*м^-2*К^-1

Температура элемента конструкции через 60 с облучения:

= 100,9 ^оС.

Результаты расчётов заносим в табл. 1

Таблица 1 - Параметры, характеризующие пожарную опасность распространения пожара на резервуар, расположенный рядом с горящим резервуаром.

Рис. 6 - Эпюра зависимости температуры и времени распространения пожара на расположенный рядом резервуар.

Количество тепла, подводимого к поверхностному слою ЛВЖ:

1. Вспомогательные величины, необходимые для расчёта коэффициента облучённости:

= 7,29 м;

= 12,12 м.

Коэффициент облученности для элементарной площадки облучаемой стенки, контактирующей с ЛВЖ:

= 0,1329

площадь облучаемой стенки резервуара, м², ограничивающей жидкость:

f₁ = 7,29*4 = 29,14 м²;

количество тепла, выносимое на поверхность ЛВЖ вдоль нагретой стенки пограничным всплывающим тепловым слоем ЛВЖ:

Q₁ = 0,86*46868*0,1329*29,14 = 156121 Вт.

2. Коэффициент облученности для элементарной площадки облучаемой стенки, ограничивающей газовое пространство:

= 0,141;

площадь облучаемой стенки резервуара, м², ограничивающей газовое пространство:

f₂ = 7,29*(7,5 - 4) = 25,5 м²;

количество тепла, получаемое поверхностным слоем ЛВЖ при теплообмене с облучаемой стенкой:

Q₂ = 0,47*46868*0,141* 25,5 = 79223 Вт.

3. Вспомогательные величины В₂ и С₂:

= 3,9286;

= 3,1935.

коэффициент облученности для элементарной площадки облучаемой крыши резервуара:

= 0,0505;

площадь крыши резервуара принимают равной площади поверхности зеркала испарения ЛВЖ:

= 56,72 м²;

количество тепла, получаемого поверхностным слоем ЛВЖ от теп-лообмена с крышей облучаемого резервуара:

Q₃ = 0,28*46868*0,0505*56,72 = 37587 Вт;

температура поверхностного слоя ЛВЖ через 60 с облучения;

= 100,9^оС.

Вывод: элемент конструкции облучаемого резервуара не может послужить источником зажигания. Так как текущая температура стенки не достигает опасного значения, равного температуре самовоспламенения паров ЛВЖ, то можно сделать вывод, что опасность взрыва внутри резервуара с ЛВЖ не возникнет.

Контрольные вопросы:

1. Какие параметры характеризуют пожарную опасность распространения пожара на резервуар, расположенный рядом с горящим резервуаром?

Резервуары с ЛВЖ и ГЖ, расположенные рядом с горящим резервуаром, иногда взрываются, а иногда в течение всего пожара остаются невредимыми. В отдельных случаях наблюдается факельное горение в месте выхода паров из резервуара, или происходит механическое разрушение резервуара из-за повышения давления вследствие интенсивного кипения ЛВЖ. Пожарную опасность распространения пожара на резервуар, расположенный рядом с горящим резервуаром, характеризуют следующие параметры:

- устойчивое состояние резервуара с ЛВЖ;

- опасность взрыва внутри резервуара с ЛВЖ;

- опасность факельного горения паров, выходящих из дыхательного клапана резервуара.

Опасность разрушения резервуара с ЛВЖ вследствие потери прочности характеризуется выполнением следующего условия: рабочие напряжения у_р, возникающие в элементах оболочки резервуара под действием избыточного давления паров внутри резервуара вследствие интенсивного кипения ЛВЖ, превышают предел прочности у_пч.

2. Указать условия, характеризующие устойчивое состояние технологической системы «РВС - ЛВЖ» к воздействию возмущающих факторов пожара.

Устойчивое состояние резервуара с ЛВЖ обеспечивается при выполнении следующих двух условий:

- текущая температура стенки t_w не достигает опасного значения, равного температуре самовоспламенения паров ЛВЖ t_cв;

- рабочие напряжения s_p, возникающие в элементах оболочки резервуара под действием избыточного давления паров внутри резервуара, не достигают предела прочности s_пч (Рис. 7)



Рис. 7 - Параметры, характеризующие пожарную опасность распространения пожара на резервуар с ЛВЖ, расположенный рядом с горящим резервуаром.

3.Указать условия, характеризующие возможность факельного горения паров из дыхательного клапана резервуара, расположенного рядом с горящим резервуаром.

Опасность факельного горения паров, выходящих из дыхательного клапана резервуара, характеризуется возможностью выполнения двух следующих условий:

- текущая температура стенки t_w достигает или превышает опасное значение, равное температуре самовоспламенения паров t_св;

- до и в процессе нагрева жидкости концентрация паров j_p внутри резервуара превышает верхний концентрационный предел распространения пламени.

4. Указать условия, характеризующие возможность взрыва внутри резервуара с ЛВЖ, расположенного рядом с горящим резервуаром.

Опасность взрыва внутри резервуара с ЛВЖ возникает при выполнении следующих двух условий:

- текущая температура стенки t_w достигает или превышает опасное значение, равное температуре самовоспламенения паров t_св;

- концентрация паров ЛВЖ j_p внутри резервуара входит в область взрывоопасных значений.

5. Указать конструктивные элементы резервуара, расположенного рядом с горящим резервуаром, которые могут быть нагреты до температуры самовоспламенения, и послужить источником зажигания взрывоопасной паровоздушной смеси.

Опасными конструктивными элементами резервуара, расположенного рядом с горящим резервуаром, которые могут быть нагреты до температуры самовоспламенения и послужить источником зажигания взрывоопасной паровоздушной смеси, являются:

- участок стенки облучаемого резервуара, расположенный по нормали к основанию факела пламени;

- дыхательный или предохранительный клапан (из конструкции клапана следует установить, что при нагреве стенки клапана до температуры самовоспламенения пламя способно распространиться внутрь резервуара по горючей паровоздушной смеси);

- пенокамера при наличии негерметичности между её корпусом и внутренней полостью резервуара.

6. Какие гидродинамические и тепловые потоки положены в основу формирования нагретого поверхностного слоя ЛВЖ в резервуаре, расположенном рядом с горящим резервуаром?

В основу формирования нагретого поверхностного слоя ЛВЖ в резервуаре, расположенном рядом с горящим резервуаром, положена следующая модель.

Тепловой поток от факела пламени приводит к интенсивному нагреву боковой поверхности соседнего резервуара, расположенного рядом с горящим. В пристенном пограничном слое появляются подъёмные силы, которые заставляют слой более нагретой ЛВЖ подниматься вдоль корпуса резервуара и растекаться по поверхности основной массы ЛВЖ. Это существенно влияет на температуру поверхностного слоя ЛВЖ.

Одновременно к этому всплывшему слою ЛВЖ передаётся тепло от стенок, ограничивающих газовое пространство резервуара, от крыши и парового пространства. В процессе теплообмена поверхностный слой ЛВЖ отдаёт часть тепла на испарение жидкости, а также нижележащим слоям путём теплопроводности. Часть тепла в этом сложном теплообмене отдаётся в окружающий воздух, а также основной массе ЛВЖ путём частичного смешивания при всплывании (Рис.8)

Рис. 8 - Схема гидродинамических и тепловых потоков, формирующих нагретый поверхностный слой.

Q₁ - количество тепла, получаемого поверхностным слоем от теплообмена с облучаемой стенкой, которая контактирует с ЛВЖ;

Q₂ - количество тепла, получаемого поверхностным слоем ЛВЖ от теплообмена с облучаемой стенкой, ограничивающей газовое пространство резервуара;

Q₃ - количество тепла, получаемого поверхностным слоем ЛВЖ от теплообмена с крышей резервуара;

Q₄ - количество тепла, получаемого поверхностным слоем ЛВЖ от теплообмена с паровоздушной средой газового пространства резервуара;

Q₅ - количество тепла, затрачиваемого на изменение внутренней энергии (повышение температуры) поверхностного слоя ЛВЖ;

Q₆ - количество тепла, теряемого на испарение ЛВЖ;

Q₇ - количество тепла, передаваемого от поверхностного слоя ЛВЖ к нижележащим слоям ЛВЖ посредством теплопроводности;

Q₈ - количество тепла, отдаваемого от поверхностного слоя ЛВЖ основной массе ЛВЖ путём частичного смешивания;

Q₉ - количество тепла, отдаваемого от поверхностного слоя ЛВЖ в окружающий воздух.

5. РАСЧЁТ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ ПРИ ИСПАРЕНИИ ЛВЖ

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,

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. 2.

Табл. 2 - 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:

где А_А, В_А и С_А - константы уравнения Антуана;

t_р - расчетная температура, ^оС.

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:

1-й вариант - за период 3600 с или менее вся разлившаяся ЛВЖ способна испарится;

2-й 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 - хлорбензол;

- молярная масса ЛВЖ, М = 112,6 кг*кмоль^-1;

- плотность ЛВЖ, с_ж = 840 кг*м^-3;

- константы уравнения Антуана: А_А = 6,4, В_А =1607,3, С_А = 235,4;

- расчётная температура ЛВЖ, t_p = 24^оС. В качестве расчётной температуры жидкости принять значение среднемесячной температуры для июля;

- площадь разлива ЛВЖ при полном разрушении резервуара, F_ж = 40 м²;

- толщина слоя разлившейся жидкости, д_ж = 0,2 м.

Для расчёта составлена программа в табличном процессоре Excel.

Расчёт.

Давление насыщенных паров:

= 0,2,

Р_S = 1.544 кПа.

Интенсивность испарения:

W_исп = 10^-6*= 7,67*10^-5 кг*с^-1*м^-2.

Продолжительность поступления паров:

= 2*10⁶ с.

Принимаем продолжительность испарения 3600 с.

Масса паров хлорбензола, образующихся при испарении с поверхности разлива:

m_п = 7,67*10^-5*40*3600 = 11,04 кг.

Вывод: масса паров хлорбензола, образующихся при испарении с поверхности разлива, будет равна 11,04 кг.

Контрольные вопросы:

1. Для каких целей при оценке пожарной опасности технической системы необходимо определять массу испарившейся ЛВЖ?

При оценке пожарной опасности технологической системы допускается расчётным путём определить интенсивность испарения и массу испарившейся жидкости с поверхности разлива ЛВЖ.

Эти параметры пожарной опасности процесса испарения ЛВЖ используют для расчёта:

- размера зоны взрывоопасных концентраций паров ЛВЖ;

- опасных факторов пожара при сгорании паровоздушных смесей в открытом пространстве;

- критериев категорирования помещений и наружных установок по взрывоопасной и пожарной опасности и классов взрывоопасных зон.

2. Меры пожарной безопасности, обеспечивающие снижение пожарной опасности процесса испарения.

Мерами пожарной безопасности, обеспечивающими снижение пожарной опасности процесса испарения, являются:

- покрытие поверхности разлива пенами различной кратности;

- применение реагентов, активно впитывающих жидкость;

- разбавление пожароопасных водорастворимых жидкостей водой;

- самотёчный слив разлившейся жидкости в аварийные ёмкости или амбары;

- откачка разлившеёся жидкости насосами.

6. РАСЧЁТ ЗОНЫ ВЗРЫВРРПАСНЫХ КОНЦЕНТРАЦИЙ ПАРОВ ПРИ РАЗЛИВЕ ЛВЖ

При функционировании технологической системы возможны два варианта образования зон взрывоопасных паровоздушных смесей на открытой технологической площадке:

1-й вариант - взрывоопасные эксплуатационные зоны, образующиеся при нормальном функционировании технологического процесса;

2-й вариант - аварийные взрывоопасные зоны, образующиеся в результате неконтролируемого выхода ЛВЖ наружу из технологической системы.

Аварийные взрывоопасные зоны - характерная причина пожара.

Аварийные взрывоопасные зоны, образующиеся в результате неконтролируемого выхода пожароопасной жидкости наружу из технологической системы, неоднократно являлись причинами пожаров. Например, по причине переливов при закачке нефтепродуктов в резервуары, произошло около 10% от всех пожаров на складах нефти и нефтепродуктов.

Как правило, сценарий развития примерно одинаков для всех происшедших пожаров. Происходит разлив продукта. Безветренная ночная погода способствует загазованности территории. Контакт паровоздушного облака с внешним источником зажигания сопровождается незначительным пиком избыточного давления с последующим пожаром.

Определение размеров взрывоопасной зоны при аварийном разливе ЛВЖ

Размеры зоны, 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.

Категорирование наружных установок по пожарной опасности

По пожарной опасности наружные установки подразделяются на кате-гории А_н, Б_н, В_н, Г_н и Д_н. Допускается классифицировать резервуарную группу, как кате-горию А_н (ЛВЖ с t_всп ? 28 °С) или Б_н (ЛВЖ с t_всп > 28 °С), если концентрация паров ЛВЖ в воздухе на расстоянии 30 м от наружной установки превышает нижний концентрационный предел распространения пламени.

Исходные данные:

- наименование ЛВЖ - хлорбензол;

- молярная масса ЛВЖ, М = 112,6 кг*кмоль^-1;

- температура вспышки ЛВЖ, t_всп = 29^оС;

- нижний концентрационный предел распространения пламени паров ЛВЖ, ц_нкпр = 1,4 % об;

- расчётная температура ЛВЖ, t_p = 24^оС;

- масса паров ЛВЖ, испарившихся с поверхности разлива, m_п = 11,04 кг;

- интенсивность испарения, W_исп = 7,67*10^-5 кг*м^-2*с^-1;

- форма разлива ЛВЖ при полном разрушении резервуара - круг.

Для расчёта составлена программа в табличном процессоре Excel.

Расчёт

Проверка возможности образования взрывоопасных концентраций паров при испарении ЛВЖ:

t_p ? t_всп;

t_p = 24^оС, t_всп = 29^оС, условие не выполняется.

Продолжительность поступления паров определяем из условия разлива ЛВЖ на 1 м²:

= 21,9*10⁵ с.

Значение коэффициента К принимаем равным 1.

Плотность паров ЛВЖ:

= 4,62 кг*м^-3;

Расстояния, ограничивающие область концентраций паров ЛВЖ, превышающих НКПР:

= 3,997 м;

= 0,15 м.

Вывод: граница зоны, ограниченной НКПР паров ЛВЖ, будет проходить по горизонтали на расстоянии 4 метра от границы разлива и по вертикали на высоте 0,15 метра от поверхности разлива.

Контрольные вопросы:

1. Нормативный документ, в котором регламентированы размеры взрывоопасных зон при нормальной эксплуатации.

Размеры взрывоопасных эксплуатационных зон при нормальной эксплуатации регламентированы «Правилами устройства электроустановок» (ПУЭ).

2. Размеры взрывоопасных зон от закрытых технологических аппаратов, содержащих горючие газы и ЛВЖ, при нормальной эксплуатации.

3 метра - от закрытых технологических аппаратов, содержащих горючие газы и ЛВЖ.

3. Размеры взрывоопасных зон от места выброса взрывоопасных и горючих веществ из предохранительных и дыхательных клапанов.

5 метров - от места выброса взрывоопасных и горючих веществ из предохранительных и дыхательных клапанов.

4. Размеры взрывоопасных зон от резервуаров с ЛВЖ и газгольдеров при нормальной эксплуатации.

8 метров - от резервуаров с ЛВЖ и газгольдеров, а при наличии обвалования - в пределах всей площади обвалования.

5. Нормативный документ, в котором регламентирован метод расчёта взрывоопасных зон при испарении ЛВЖ в открытое пространство при неподвижной воздушной среде.

Определение зоны взрывоопасных концентраций паров при испарении легковоспламеняющейся жидкости в открытое пространство при неподвижной воздушной среде регламентировано ГСТ Р 12.3.047-98 «Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля».

6. Условие, при котором невозможно образование взрывоопасных концентраций паров при испарении ЛВЖ с поверхности разлива.

Образование взрывоопасных концентраций паров при испарении ЛВЖ с поверхности разлива возможно, если расчётная температура ЛВЖ при испарении превышает или равна температуре вспышки: t_p ? t_всп. В качестве расчётной температуры ЛВЖ при испарения принимают значение среднемесячной температуры для июля.

...