Расчет количества выходящих веществ в помещение при локальном и полном повреждении технологического оборудования

 

При авариях и повреждениях аппаратов и трубопроводов из них выходят горючие газы, пары или жидкости, что может привести к об­разованию пожаровзрывоопасных смесей как в производственных поме­щениях, так и на открытых площадках.

Локальное повреждение

1. Массу выходящих наружу веществ при локальных повреждениях аппаратов m _Л определяют по формуле:

 

                                                                                 (9.1)                                                                     

 

где α - коэффициент расхода, изменяющийся в пределах 0,45 - 0,85; при истечении через отверстие круглой формы в тонких стенках жидкостей, вязкость которых составляет (0,5 - 1,5) МПа·с, можно принимать α = 0,64;

  f - сечение отверстий, через которое вещество выходит наружу, м²;

  ω - скорость истечения вещества из отверстия, м/с;

  ρ_г,п - плотность вещества, кг/м³;

  τ - длительность истечения, с.

2. Скорость истечения жидкости через отверстие в трубопроводе или корпусе аппарата при постоянном давлении вычисляют по формуле:

 

                                                                                             (9.2)

 

где g = 9,81 м/с² - ускорение силы тяжести;

Н_пр - приведенный напор, под действием которого происходит истечение жидкости через отверстие, м.

При истечении самотеком Н_пр = Н (здесь Н - высота столба жидкости, м); при работе аппарата под давлением:

 

                                                                                        (9.3)

 

где Р_р.и - избыточное давление среды в аппарате над поверхностью жидкости, Па (Р_р.и = Р_р - 1·10⁵ Па; здесь Р_р - абсолютное рабочее давление среды в аппарате, Па);

  ρ_ж - плотность жидкости при рабочей температуре, кг/м³.

3. Скорость истечения перегретых паров и газов через отверстие зависит от режима истечения и определяется по следующим формулам:

 

 

- для докритического режима истечения, когда Рс > Ркр

 

                                                                 (9.4)

 

- для критического режима истечения, когда Рс < Ркр

 

                                                                                (9.5)

 

где Рс - давление окружающей среды, в которую происходит истечение газов, Па (обычно Рс = Ратм);

  Ркр - критическое давление, определяемое из выражения:

                                                                                           (9.6)

 

где k - показатель адиабаты; значения k для различных паров и газов приведены в таблице 9.1.

 

Таблица 9.1 Показатель адиабаты k для некоторых паров и газов

Вещество	tp, °С	k	Вещество	tp, °С	k
Аммиак	15	1,31	Воздух	0	1,403
	100	1,28		100	1,399
Ацетилен	15	1,25		1000	1,365
Бензол	100	1,10	Метан	15	1,31
Водяной пар	100	1,324	Оксид углерода	15	1,404
	200	1,310		300	1,379
	300	1,304	Сероводород	15	1,32
Водород	-20	1,42		300	1,28
	+15	1,41	Этанол	90	1,13
	200	1,398	Уксусная кислота	135	1,15
Метанол	77	1,203	Этан	15	1,22
	100	1,26		50	1,21
				15	1,255
			Этилен	100	1,18

 

R - удельная газовая постоянная, 8314,31/МДж/(кг·К).

 

4. Количество подсасываемого воздуха Q _в через неплотности и повреждения в аппараты, работающие под разрежением, определяем по формуле:

 

                                                     (9.7)

 

где α - коэффициент расхода воздуха, равный 0,7;

  Р_В - величина разрежения (вакуума), Па; численные значения величин разрежения Р_В и остаточного давления Рс среды в аппарате связаны соотношением: Р_В + Рс = 1·10⁵ Па;

  t_p - температура среды в аппарате, °С;

  τ - продолжительность аварийного режима, с (120 с – если вероятность отказа системы автоматики превышает 0,000001 в год; 300 с – при ручном отключении);

  ρ_в - плотность воздуха, подсасываемого в аппарат при температуре t_В, кг/м3;

  t _В - температура подсасываемого воздуха, °С.

 

Полное повреждение

1. Массу горючих веществ m _в, выходящих наружу при полном разрушении аппарата, определяют по формуле:

 

                                                                 (9.8)

 

где m _ап - масса веществ, выходящих из разрушенного аппарата, кг;

m _тр1 и m _тр2 - масса веществ, выходящих из трубопроводов соответственно до момента отключения задвижек или других запорных устройств и после их закрытия, кг.

Для аппаратов с жидкостями или сжиженными газами массу горючих веществ m _ж (после преобразования выражения 12.8) определяют по формуле:

 

                                              (9.9)

Для аппаратов со сжатыми газами массу горючих веществ m_г (после преобразования выражения 13.8) определяют по формуле:

               (9.10)

где V _ап - геометрический внутренний объем аппарата, м³;

  ε - степень (коэффициент) заполнения аппарата;

  Р_р - рабочее давление среды в аппарате, Па;

q_{i н} q_ik - производительность соответственно i -го насоса или компрессора (или пропускная способность i -го трубопровода), питающего аппарат, м³/с;

  τ _i - продолжительность отключения i -го побудителя расхода, с;

  n - число побудителей расхода, питающих аппарат;

   1 _{j тр} и f_{j тр} - соответственно длина (м) и сечение (м²) j -го участка трубопровода (от аварийного аппарата до запорного устройства), из которого происходит истечение жидкости или газа;

   ρ_ж и ρ_г - соответственно плотность жидкости или газа при рабочей температуре среды в аппарате, кг/м³;

  k - число участков трубопроводов, примыкающих к аварийному аппарату.

Длительность отключения насоса или компрессора принимается равной 120 (при автоматическом отключении побудителя расхода или запорного устройства на трубопроводе) или 300 с (при ручном отключении).

2. Время полного испарения жидкости τ_п, разлившейся на полу производственного помещения при аварии технологического оборудования, определяют по формуле:

                                                                                  (9.11)

 

где W _И - интенсивность испарения жидкости (кг/м²·с), определяемая по Приложению 9.

F _И - площадь испарения (м²), принимается из следующего выражения:

                                                                       (9.12)

 

где F _р - площадь разлившейся жидкости, м²;

  f _р - удельная площадь разлива жидкости, м^-1;

V_ж - объем разлившейся жидкости, м³;

V _ж = m _ж /ρ_ж (здесь ρ_ж - плотность разлившейся жидкости, кг/м³);

F _п - площадь пола помещения, в котором произошла авария, м²;

  а и b - длина и ширина помещения, м.

Величину f _р принимают по п. А.1.2 (г) СП 12.13130.2009 «Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности», исходя из того обстоятельства, что 1 л смесей и растворов, содержащих 70% и менее (по массе) растворителей, разливается на площади 0,5 м², а остальных жидкостей - на площади 1 м²_.

3. Объем зоны, в которой может образоваться взрывоопасная концентрация паров при испарении разлившейся жидкости, определяют по формуле:

                                           ,                                 (9.13)

где  - нижний концентрационный предел распространения пламени, кг/м³;

   К_б – коэффициент запаса надежности, обычно принимается равным 2. 

Для перерасчета концентрации паров или газов, в том числе концентрационных пределов распространения пламени, из объемных (мольных долей) в килограммы в кубическом метре используют формулу

                                                ,                              (9.14)

где φ_Н* - нижний концентрационный предел распространения пламени, кг/м³; 

  φ_Н – нижний концентрационный предел распространения пламени, об.доли;

М - молекулярная масса пара или газа, кг/кмоль;

V_t – молекулярная масса пара или газа (м³/кмоль) при рабочих условиях, определяемый по формуле:

                                         ,                          (9.15)

где V_O = 22,4135 м³/кмоль – молярный объем паров или газов при нормальных условиях (V_O ≈22,4 м³/кмоль);

  Р_О = 1,01325 ·10⁵ Па – давление при нормальных физических условиях (Р_О ≈ 1 ·10⁵ Па или Р_О = 760 мм рт. ст.). В технических расчетах величину Р_О можно принимать равной барометрическому давлению (Р_О ≈ Рбар).

4. Продолжительность образования взрывоопасных концентраций в производственном помещении (при повреждении аппаратов с газами или парами) определяют по формулам:

- при отсутствии воздухообмена в помещении:

                                                                               (9.16)

- при наличии воздухообмена в помещении:

                                   ,                (9.17)

где - длительность нарастания взрывоопасных концентраций в помещении, с;

  V _св – свободный объем помещения, м³;

    - нижний концентрационный предел распространения пламени горючего вещества, об. доли;

   а – производительность вентиляционной системы, м³/с;

   q – интенсивность поступления паров или газов в помещение из аппарата, м³/с:

                                                                                                (9.18)

или

                                                                                                   (9.19)                           

 

Входящие в эти выражения величины определены ранее в п.п. 1, 2, 3 и 5 настоящего приложения.

Приложение № 10