Диссертация (1172859), страница 43
Текст из файла (страница 43)
В этом случае необходимо подавать дополнительное количество газа стем, чтобы компенсировать утечку газа из помещения через проемы или притокавоздуха от работающей вентиляции. Интенсивность дополнительной подачи газа(подпитки) может быть определена по уравнению:(3.14)где– концентрация газа, которую необходимо поддерживать в течение заданноговремени,– интенсивность дополнительной подачи газа для компенсации разбавленияатмосферы за счет утечек или работающей принудительной вентиляции.Обеспечение пожаробезопасной (взрывобезопасной) концентрации в течениепромежутка времени t2 может быть также осуществлено созданием начальной избыточной концентрации газа Сk, с тем, чтобы к концу этого промежутка времени содержаниегазовогосостававпомещениибылоненижеогнетуша-щей/флегматизирующей концентрации Соф.Расчетная формула для определения начальной концентрации имеет вид:(3.15)При использовании газовых составов тяжелее воздуха утечка газа из помещенияв основном обуславливаются разностью плотностей газового состава и окружающеговоздуха, размерами неплотностей и высотой их расположения.
В работе [233] рассмотрена модель утечки газового состава тяжелее воздуха, предварительно равно-247мерно перемешанного с воздухом в помещении, через прямоугольный проем с определенными размерами по высоте и ширине. При этом объемный расход вытекающего состава определяется по формуле:(3.16)СМВеличина параметрахарактеризует удельную негерметичность помещения иопределяется по формуле:(3.17)где:– плотность наружного воздуха, кг/м3;– коэффициент истечения отвер-стия; g – ускорение силы тяжести, м/с2; F – площадь проема, м2;– разность плот-ностей подаваемого в помещение газа и окружающего воздуха, кг/м3.Соотношение между плотностями имеет вид:СМСССНа основании этих зависимостей при известных величинах(3.18)и C можно опре-делять потери огнетушащего состава (JCM), которые необходимо учитывать при выборе нормативных параметров установки пожаротушения.Необходимо отметить, что параметрможет быть рассчитан аналогичным об-разом и в случае наличия нескольких проемов [233].Расчет параметров системы флегматизацииВременные параметры системы флегматизации во многом определяются временемотключения (перекрытия) трубопроводов, соединенных с технологическим оборудованием, содержащим горючие газы или жидкости, из которого возможен аварийный выходгорючих азов или жидкостей в защищаемые помещения МСП.В частности, при категорировании помещений по взрывопожарной и пожарнойопасности расчетное время отключения трубопроводов принимается согласно паспортным данным установок, если вероятность отказа технологической системы автоматики непревышает 10-6 год-1 или обеспечено резервирование ее элементов.Расчетное время принимается 120 с, если вероятность отказа технологической системы автоматики превышает 10-6 год-1 и не обеспечено резервирование ее элементов.Расчетное время отключения трубопроводов принимается 300с при ручном отключении.248Для апробации применения рассматриваемой системы предполагается следующее:расчетное время отключения трубопроводов составляет 120 с [39] (т.е.прекращение поступления горючего вещества в помещение происходит через промежуток времени, не превышающий 120 с);с определенным запасом надежности предполагаем, что в течение 120 срасход равномерно снижается с максимального значения до нуля и может быть аппроксимирован в виде:приприсВ этой связи, предельное значение объемного расхода горючего газа или пара испаряющейся горючей жидкости в соответствии с формулой (3.3) будет составлять:ГГгдеГГГГ(3.19)– объемный расход поступающего в помещение горючего газа или пара го-рючей жидкости, м3/с; V – объем помещения, м3; t3 – заданное время поступления газа или пара, с;ГГ– предельное значение концентрации горючего газа или пара го-рючей жидкости, равное нижнему концентрационному пределу распространенияпламени газа или пара, об.доли.Объемный расход флегматизирующего газа можно определить по формуле:Фгде:ФФФ(3.20)– объемный расход флегматизатора м3/с; Сф – флегматизирующая концен-трация флегматизатора, об.
доли;Ф– время подачи флегматизатора, с.Массовые расходы горючего газа или пара можно определить по формулам:ГГФгдеГГ ,ФГГФГГФ(3.21)(3.22)– соответственно, плотности горючего газа (пара), флегматизатора, кг/м3.Количество флегматизатора и горючего газа, вытекающих из отверстий, предусмотренных для сброса давления, можно определить по формулам (3.16-3.17).249Оценка обеспечения условий флегматизации помещений МСПФормула (3.19) позволяет определить предельные значения расходов поступающих в помещение горючих газов и паров, при которых горючая газопаровоздушная смесь может быть зафлегматизирована расчетным количеством флегматизатора,определяемым по формуле (3.20), при заданной величине времени флегматизации.Критерием обеспечения условий флегматизации газопаровоздушных смесей являетсянепревышение расходных характеристик газа или пара горючей жидкости, поступающих в объем защищаемого помещения из разгерметизированного оборудования,предельных значений.Ниже в качестве примера проведена оценка возможности обеспечения данного условия для ряда помещений типовой морской стационарной платформы.
В качестве горючих веществ рассматриваются нефть и попутный газ, состоящий, в основном, из метана.При выборе «расчетных» помещений руководствовались их размерами, а такженаиболее высокими значениями параметров производящихся в них технологическихопераций (давление, температура и др.).Оценка возможных расходов, выбрасываемых в помещения нефти или попутного газа (метана), проводилась из следующих соображений.Утечка нефти. Нефть является сложной смесью нескольких тысяч химическихсоединений, большинство из которых – это комбинации атомов углерода и водорода.Каждое из этих соединений характеризуется собственной температурой кипения, чтоявляется важнейшим физическим свойством нефти, влияющим на ее пожаровзрывоопасность.Площадь пролива нефти при разгерметизации технологического оборудования является одним из основных параметров, характеризующих уровень пожаровзрывоопасности, поскольку она определяет количество паров нефти, поступающих при испарениипролива в объем помещения.При проливе жидкости на горизонтальную неограниченную поверхность площадь пролива обычно определяется по формуле:пргдепрплощадь пролива, м2;рр– коэффициент разлития, м-1;(3.23)– объем жидкости,поступающей в окружающее пространство при разгерметизации оборудования, м3.250При проливе нефти в помещение площадь пролива может достигать всей площади помещения.Массовый расход паров нефти в помещение можно оценить по соотношению:пгде(3.24)прмассовый расход паров нефти, кг/с;п– интенсивность испарения нефти,кг/(м2·с).Интенсивность испаренияпри отсутствии ветра над поверхностью проливаможет быть определена по выражению [66]:(3.25)нгде– молярная масса жидкости, кг/кмоль;н– давление насыщенного пара прирасчетной температуре жидкости, кПа.Интенсивность испарения нефти одного из месторождений континентальногошельфа России (М = 199 кг/кмоль,ляетн=67 кПа), оцененная по формуле (3.25), состав-= 0,945·10-3 кг/(м2·с).В работе [234] по результатам полигонных экспериментов получена величинаинтенсивности испарения нефти равная 1,0·10-3 кг/(м2·с).
Это значениебудет ис-пользовано в дальнейших расчетах.Утечка газаПри оценке расходных характеристик газа, выбрасываемого из разгерметизированного оборудования в объем помещения, принято с определенным запасом надежности, что в течение времени 60 с после начала выброса давление в оборудовании неизменяется и скорость истечения газа равна критической.Тогда формула для расчета массового расхода газа будет иметь вид [66]:(3.26)ггдег– массовый расход газа, кг/с;– давление газа в оборудовании, Па;– плотность газа в оборудовании при давленииистечения,м2;μ–коэффициентистечения, кг/м3; A – плотность отверстия(принимаетсяравнымγ – показатель адиабаты газа.Выражение для плотностиможно записать следующим образом:0,8);251(3.27)где– температура газа в оборудовании, К;сферное давление 105 Па;– температура равная 293 К;– плотность газа при давленииПодставляя (3.3.21) в (3.3.22) и принимая для метанаи температуре– атмо.= 0,716 кг/м3, γ = 1,2,можно получить следующую формулу для оценки массового расхода газа:(3.28)гДанная формула использована в дальнейших расчетах.Оценка расходных характеристик.
В настоящей работе рассматривалисьпредставленные ниже наиболее характерные помещения.1. Помещение технологической зоны. Это помещение наибольшее из всех рассматриваемых помещений, в которых аварии связаны в основном с выбросом нефти.Объем помещения составляет 20905 м3.Для данного помещения согласно формуле (3.3.14) предельная массовая скоростьпоступления паров нефти при испарении из пролива составитпредг= 11,5 кг/с.По формуле (3.3.15) можно оценить расчетное количество флегматизатора. Вкачестве огнетушащего/флегматизирующего вещества принят хладон 227еа, флегматизирующая концентрация которого принята равной 15,5 % (об).Тогда требуемый объемный расход флегматизатора для флегматизации предельного поступления паров нефти в помещение составит:м3/с.ФМассовый требуемый расход флегматизатора составит:ФФФкг/с.Площадь данного помещения составляет 2980 м2.
Если гипотетически предположить, что при выбросе в аварийной ситуации нефть разольется по всей даннойплощади, то поступление паров в помещение будет происходить с расходом 1,0·103·2980 = 2,98 кг/с, что существенно меньше предельной скорости поступления паровдля этого помещения. Это говорит о том, что система флегматизации паров нефтиобеспечит флегматизацию защищаемого объема при времени подачи флегматизатора60 с, заложенного в формулу (3.3.15).252Поскольку площадь помещения технологической зоны самая большая из всех защищаемых установкой флегматизации, то следует ожидать, что условие флегматизациипаров нефти будет выполнено и для всех остальных помещений платформы.2. Помещение технологической зоны. В данном помещении может быть выброскак нефти, так и газа.Согласно формуле (3.3.14) предельный массовый расход поступающего газа(метана) для данного помещения составитпредг= 10,95 кг/с.При определении возможного расхода газа в помещение при аварии рассмотрено истечение его из аминового контактора высокого давления.
Эквивалентный диаметр отверстия истечения принят 10 мм как наиболее вероятный согласно [162, 163].Максимальное давление, при котором находится попутный газ в аминовом контакторе высокого давления, составляет 795 кПа, температура 30 °С.Согласно формуле (3.26), можно получить значениег= 0,0852 кг/с, что го-раздо меньше предельного расхода.Можно оценить максимально допустимое значение эквивалентного диаметраистечения газа, при котором выполняется условиегпред.гМаксимально допус-тимый эквивалентный диаметр отверстия истечения можно определить по соотношению:мдпредг(3.29)гПодставляя в выражение (3.3.22) полученные выше значения, можно получитьмд= 113 мм.Таким образом, условие обеспечения флегматизации для данного помещения вы-полняется практически для всех принимаемых при оценках рисков эквивалентных диаметрах истечения попутного газа из аминового контактора высокого давления.3.
Помещение технологического оборудования. Данное помещение характеризуется небольшим объемом в сравнении с помещениями других зон платформы, атакже высокими параметрами технологического процесса, так как в этом помещенииустановлены компрессоры системы компримирования и подготовки попутного газа.253Объем помещения равен 2950 м3. По формуле (3.19) можно получить предельный расход попутного газа, выбрасываемого в помещение:предг= 1,6 кг/с.Для оценки возможного расхода газа в помещение при аварии рассмотрено его истечение из компрессора высокого давления из наиболее вероятного эквивалентного диаметра отверстия истечения равного 10 мм. Давление компремирования составляет 2870кПа, температура газа 160 °С.Подстановка этих исходных параметров в формулу (3.28) позволяет получить расход газаг= 0,257 кг/с, что меньше предельного расхода для данного помещения.Оценка максимально допустимого эквивалентного диаметра истечения, при которомвыполняется условиегпредгпо формуле (3.3.24) даетмд =25мм.Таким образом, достижение условий флегматизации для данного помещения можетбыть выполнено при эквивалентных диаметрах истечения, не превышающих 25 мм.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
