Количественная оценка массы горючих веществ, поступающих в окружающее пространство в результате возникновения аварийных ситуаций

Размещено на http://www.allbest.ru/

Количественная оценка массы горючих веществ, поступающих в окружающее пространство в результате возникновения аварийных ситуаций

Шарапов Р.В., Зимин А.М.

Аварийные ситуации, сопровождающиеся выбросами в окружающую среду горючих веществ и их паровоздушных смесей, к сожалению, возникают нередко. Своевременная оценка ситуации может существенно облегчить работу по устранению последствий, вызванных подобными авариями. Для осуществления этой задачи необходима методика оценки количества выброшенных горючих веществ.

Количество поступивших в замкнутое или свободное пространство веществ, которые могут образовать взрывоопасные паровоздушные смеси или проливы горючих жидкостей, определяется исходя из следующих предпосылок [1, 2]:

а) происходит проектная авария одного из резервуаров или трубопроводов;

б) все содержимое резервуара (трубопроводов) или часть продукта (при соответствующем обосновании) поступает в замкнутое или свободное пространство; при этом в случае наличия на объекте нескольких резервуаров различного объема с одним и тем же веществом расчет следует проводить для варианта разгерметизации резервуара (цистерны), имеющего наибольшую емкость;

в) при разгерметизации резервуара происходит одновременно утечка веществ из трубопроводов, питающих резервуар по прямому и обратному потокам, в течение времени, необходимого для отключения трубопроводов. Расчетное время отключения трубопроводов определяется в каждом конкретном случае исходя из реальной обстановки; оно должно быть минимальным с учетом паспортных данных на запорные устройства и их надежности, характера технологического процесса и вида проектной аварии. Под «временем отключения» следует понимать промежуток времени от начала возможного поступления горючего вещества из трубопровода (вследствие перфорации, разрыва, изменения номинального давления и т. п.) до полного прекращения поступления жидкости в окружающее пространство. Быстродействующие клапаны-отсекатели должны автоматически перекрывать подачу жидкости при нарушении электроснабжения;

г) при расчетах принимается нулевая подвижность окружающего воздуха (безветрие);

д) в качестве расчетной температуры при аварийной ситуации с наземным расположением оборудования принимается максимально возможная температура воздуха в соответствующей климатической зоне, а при аварийной ситуации с подземным расположением оборудования - температура грунта, условно равная максимальной среднемесячной температуре окружающего воздуха в наиболее теплое время года (по СНиП 23-01-99 «Строительная климатология» [3]). Для Москвы эта температура составляет для наземного оборудования 37°С, а для подземного 25°С;

е) длительность испарения жидкости с поверхности пролива принимается равной времени ее полного испарения, но не более 3600 с. Для относительно небольших проливов топлива (до 20 кг) время испарения допускается принимать равным 900 с, поскольку столь небольшие проливы могут быть достаточно эффективно удалены обслуживающим персоналом. Кроме того, в запас надежности идет неучет подвижности воздуха и уменьшение скорости испарения жидкости со временем вследствие ее охлаждения.

При проведении расчетов допускается использование справочных данных, опубликованных головными научно-исследовательскими организациями в области пожарной безопасности или выданных Государственной службой стандартных справочных данных. Допускается использование показателей пожаро- и взрывоопасности для смесей веществ и материалов по наиболее опасному компоненту [1].

Ниже приводятся основные расчетные формулы для определения масс горючих веществ, поступающих в открытое или замкнутое пространство в результате аварийных ситуаций.

Определение массы легковоспламеняющейся (ЛВЖ) или горючей (ГЖ) жидкости, поступившей в окружающее пространство при разгерметизации наземного резервуара (цистерны). Масса ЛВЖ или ГЖ, поступившей в окружающее пространство при аварийной ситуации (), кг, рассчитывается по формуле:

,

где - плотность ЛВЖ (ГЖ), кг/м3, - номинальный объем резервуара (цистерны), м3 (или количество жидкости, вышедшей из резервуара при ином расчетном сценарии аварии).

Определение массы ЛВЖ (ГЖ), поступившей самотеком при разгерметизации трубопровода, выходящего из резервуара. Массу ЛВЖ или ГЖ находят по уравнению:

,

где - расход жидкости, истекающей из резервуара через разгерметизированный трубопровод, кг/с, описываемый уравнением:

; ,

- расчетное время отключения трубопроводов, связанных с местом разгерметизации, с;

- диаметр трубопроводов, м (в случае различных диаметров трубопроводов, связанных с местом разгерметизации, объем выходящего топлива рассчитывается для каждого трубопровода в отдельности);

- длина i-го участка трубопровода от запорного устройства до места разгерметизации, м;

п - число участков трубопроводов, связанных с местом разгерметизации;

- напор столба жидкости в резервуаре, Па;

- высота столба жидкости (от верхнего уровня жидкости в резервуаре до уровня места разгерметизации), м;

g - ускорение свободного падения (g=9,81 м/с2).

Определение массы ЛВЖ (ГЖ), поступившей в окружающее пространство при разгерметизации напорного трубопровода. Напорный трубопровод - трубопровод, по которому насосом перекачивается ЛВЖ (ГЖ). При отсутствии обратного потока жидкости из резервуара по принципу «сифона» масса вышедшей жидкости вычисляется по формуле:

,

где GH -- производительность насоса, кг/с.

При разгерметизации напорного трубопровода и при возможности возникновения обратного потока жидкости из резервуара по принципу «сифона» массу вышедшей жидкости находят по формуле:

.

Определение площади разлива ЛВЖ (ГЖ). Площадь разлива ЛВЖ (ГЖ) F, м2, определяется: взрывоопасный паровоздушный горючий жидкость

а) площадью обвалования или поддона, если предусмотрена локализация растекания посредством этого устройства (но не более величины , где k=0,21 м2/кг для бензина и 0,19 м2/кг для дизельного топлива);

б) величиной , если локализация разлива поддоном не предусмотрена.

Определение массы паров ЛВЖ, выходящих через «дыхательную» арматуру или разгерметизированную арматуру, соединяющую паровое пространство резервуара с атмосферой, при наполнении резервуара и при хранении ЛВЖ. В случае наполнения резервуара массу выходящих паров ЛВЖ, кг, вычисляют по формуле:

,

где - плотность паров, равная

,

- давление насыщенных паров топлива при расчетной температуре, кПа, определяемое по справочным данным (для бензина при подземном расположении оборудования =29,18 кПа, а при наземном =39,28 кПа; для дизельного топлива =0,05 кПа и =0,59 кПа соответственно);

Р0 - атмосферное давление, кПа (допускается принимать равным 101 кПа);

- геометрический объем резервуара, м3;

- молярная масса топлива, кг/кмоль (для бензина =95,3 кг/кмоль, для дизельного топлива =172,3 кг/кмоль);

- мольный объем, равный 22,413 м3/кмоль;

Тр - расчетная температура, °С (для Москвы при хранении топлива в наземных резервуарах Тр=37°С, а в подземных резервуарах Тр=25°С).

При хранении ЛВЖ массу паров вычисляют по формуле:

,

где - расход паров ЛВЖ, кг/с, определяемый соотношением:

,

- время поступления паров из резервуара, с;

- максимальная площадь поверхности испарения ЛВЖ в резервуаре, м2;

W - интенсивность испарения ЛВЖ, кг/(м2 с), равная

.

На основании приведенной методики появляется возможность провести компьютерную оценку массы горючих веществ, поступающих в окружающую среду в результате аварии. В итоге была разработана программа, способная рассчитывать массу веществ, поступающих в результате различных аварийных ситуаций в окружающую среду.

Исходные данные для расчета:

плотность ЛВЖ (ГЖ);

объем резервуара;

расчетное время отключения трубопроводов;

диаметры и длины трубопроводов;

высота столба жидкости;

производительность насоса, подающего жидкость;

давление насыщенных паров ЛВЖ (ГЖ);

геометрический объем резервуара;

молярная масса жидкости;

расчетная температура;

время поступления паров из резервуара;

площадь поверхности испарения.

Результаты расчета:

масса ЛВЖ (ГЖ), поступившей в окружающее пространство при аварийной ситуации;

масса паров жидкости, выходящих из резервуара при его наполнении и при хранении жидкости.

Область применения модели [1]:

кг/м3; м3; м; м; м; кг/с; кПа; кг/кмоль; °С; с; м2

Литература

1. Егоров А.Ф., Савицкая Т.В. Управление безопасностью химических производств на основе новых информационных технологий. - М.: Химия, КолосС, 2004. - 416 с.

2. РД 03.409-01. Методика оценки последствий аварийных выбросов топливно-воздушных смесей

Размещено на Allbest.ru