5209 (585185), страница 7

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 7)

3.2 Описание расчетного сценария аварии

Отключение подачи воды оборотного цикла привело к прекращению конденсации паров продукта в холодильниках, вследствие чего повысилось давление внутри емкости орошения с пропаном, которая была подвергнута коррозионному износу, вследствие отказа предохранительного клапана произошла разгерметизация емкости по сварному шву, жидкая фаза продукта вылилась на подстилающую поверхность, мгновенно испарившийся пропан образовал газовоздушную смесь. Произошел взрыв от искры созданной падающими конструкциями разрушенного резервуара и пожар пролива.

Авария произошла летом, месяц - июль, в 15.30, смена находится на рабочих местах и воздействию опасных факторов подвержено максимальное количество людей, скорость ветра – 1 м/с, температура воздуха - 20ºС. Происходит взрыв образовавшегося облака взрывоопасной смеси и пожар пролива. Объем емкости V_е= 16 м³, степень заполнения емкости 80%, давление в емкости p=1,6 МПа, температура в емкости 50ºС, плотность пропана при давлении 1,6 МПа и температуре 50ºС ρ_е=450 кг/м³.Масса пропана, находящегося в емкости m=0,8· V_е· ρ_е= 0,8·16·450 = 5760 кг

Будем считать, что при мгновенной разгерметизации емкости с пропаном, вся масса пропана выйдет в окружающее пространство, при этом часть пропана мгновенно испарится, а другая часть выльется на подстилающую поверхность.

По графику (рисунок 3.1) определяем долю мгновенно испарившегося пропана:

0,6

0 ,5

0 ,4

03

0,2

0,1

-100 -50 0 50 100 t _{вещества.,} ⁰С

- доля мгновенно испарившейся жидкости

Рисунок 3.1 - Доля мгновенно испарившейся жидкости для пропана при мгновенной разгерметизации оборудования

При 50 ºС доля мгновенно испарившегося пропана будет составлять 0,4 от общей массы пропана. Так как происходит мгновенное воспламенение, именно эта часть будет участвовать в образовании взрыва или огненного шара, остальная часть образует пожар пролива.

Таким образом, во взрыве примет участие 2304 кг пропана, а в пожаре пролива 3456 кг.

3.3 Расчет показателей пожаровзрывоопасности газофракционирующей установки

Методика расчета критериев пожарной опасности при сгорании взрывоопасной пыли определена в ГОСТ Р 12.3.047-98 «Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля», а также НПБ 105-03 «Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности».

3.3.1 Расчет параметров волны давления

Избыточное давление p, кПа, развиваемое при сгорании газопаровоздушных смесей, рассчитывают по формуле:

, (3.1)

где р₀ — атмосферное давление, кПа (допускается принимать равным 101 кПа);

r - расстояние от геометрического центра газопаровоздушного облака, м;

m_пp - приведенная масса газа или пара, кг, рассчитанная по формуле:

m_пр = (Q_сг / Q₀)m_г,п Z, (3.2)

где Q_сг — удельная теплота сгорания газа или пара, Дж/кг;

Z— коэффициент участия, который допускается принимать равным 0,1;

Q₀— константа, равная 4,52 10⁶ Дж/кг;

m_г,п — масса горючих газов и (или) паров, поступивших в результате аварии в окружающее пространство, кг.

Импульс волны давления i, Па с, рассчитывают по формуле

, (3.3)

Расчет:

Удельная теплота сгорания пропана 4,6 · 10⁷ Дж/кг [25].

Находим приведенную массу m_пр по формуле (3.3.2):

m_пр = (Q_сг / Q₀)m_г,п Z = (4,6 · 10⁷/4,52 · 10⁶) · 2304· 0,1 = 2344 кг.

Находим избыточное давление p на расстоянии 30 м по формуле (3.1)

p = 101·[0,8 ·2344^0,33 / 30 + 3 ·2344 ^0,66 / 30² + + 5·2344 /30³] = 135 кПа.

Находим импульс волны давления i по формуле (3.3):

i = 123 · (2344)^0,66 / 30 = 687 Па с.

Зависимость избыточного давления на фронте ударной волны и импульса волны давления от расстояния до центра взрыва представлена в таблице 3.3, и в соответствии с ГОСТ Р 12.3.047-98 выделяются следующие зоны разрушений:

Таблица 3.3 - Степень разрушения зданий при воздействии избыточного давления

Степень поражения	Избыточное давление, кПа	Расстояние до центра взрыва, м	Импульс волны давления, Па · с
Полное разрушение зданий	100	35	597
50 %-ное разрушение зданий	53	50	423
Средние повреждения зданий	28	71	290
Умеренные повреждения зданий (повреждение внутренних перегородок, рам, дверей и т.п.)	12	130	156
Нижний порог повреждения человека волной давления	4,6	250	82
Малые повреждения (разбита часть остекления)	2,8	400	45

3.3.2 Расчет размеров зон, ограниченных нижним концентрационным пределом распространения (НКПР) газов

При испарении пропана образуется взрывоопасная зона. Для определения ее максимальных размеров используется нижеприведенная методика.

Расстояния X_НКПР, Y_НКПР и Z_НКПР, м, для горючих газов, ограничивающие область концентраций, превышающих НКПР, рассчитывают по формулам:

, (3.4)

, (3.5)

где m_г - масса поступившего в открытое пространство горючего газа при аварийной ситуации, кг;

_г - плотность горючего газа при расчетной температуре и атмосферном давлении, кг/м³;

С_НКПР — нижний концентрационный предел распространения пламени горючего газа, % (об.) [25].

Расчет:

Для пропана С_НКПР = 2,3 % об, масса пропана m_г=2304 кг.

= 14,6 = 116 м,

= 0,33 = 2,6 м.

ρ_г – плотность паров СУГ при расчетной температуре и атмосферном давлении, кг/м³, которая рассчитывается по формуле:

ρ_г = М/(V₀· (1+0,00367· t_p)), (3.6)

где М – молярная масса, кг/моль, равна 44 кг/кмоль для пропана;

V₀ – мольный объем, равный 22,413 м³/кмоль;

t_p – расчетная температура, ⁰С, равная 20 ⁰С;

ρ_n = 44/(22,4· (1+0,00367·20)) = 1,83 кг/м³;

Радиус R_б, м, и высоту Z_б, м, зоны, ограниченной НКПР газов и паров, вычисляют исходя из значений H_НКПР, Y_HKHP и Z_НКПР.

При этом R_б > Х_НКПР, R_б > Y_НКПР и Z_б > h + R_б (h =2 м – высота емкости, м).

Для горючих газов геометрически зона, ограниченная НКПР газов, будет представлять цилиндр с основанием радиусом R_б и высотой h_б = 2R_б при R_б h и h_б = h + R_б при R_б > h, внутри которого расположен источник возможного выделения горючих газов.

Цилиндр, внутри которого располагается источник возможного выделения горючих газов, будет иметь следующие параметры: радиус R_б= 116 м, высота h_б = 118 м. В пределах этой зоны создается взрывоопасная среда.

3.3.3 Расчет интенсивности теплового излучения при образовании «огненного шара»

Облако пара или топливовоздушной смеси, переобогащенное топливом, и не способное поэтому объемно детонировать, начинает гореть вокруг своей внешней оболочки, образуя огневой шар. Такие шары, вызванные горением углеводородов, светятся и излучают тепло, что может причинить смертельные ожоги и вызвать возгорание горючих веществ.

Расчет интенсивности теплового излучения «огненного шара» q, кВт/м², проводят по формуле:

q = E_f · F_q · , (3.7)

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

F_q — угловой коэффициент облученности;

- коэффициент пропускания атмосферы.

E_f определяют на основе имеющихся экспериментальных данных. Допускается принимать E_f равным 450 кВт/м² [25].

F_q рассчитывают по формуле:

, (3.8)

где Н— высота центра «огненного шара», м;

D_s — эффективный диаметр «огненного шара», м;

r — расстояние от облучаемого объекта до точки на поверхности земли непосредственно под центром «огненного шара», м.

Эффективный диаметр «огненного шара» D_s рассчитывают по формуле:

D_s =5,33 m ^0,327, (3.9)

где т — масса горючего вещества, кг.

H определяют в ходе специальных исследований. Допускается принимать H равной D_s/2.

Время существования «огненного шара» t_s, с, рассчитывают по формуле:

t_s = 0,92 m ^0,303 , (3.10)

Коэффициент пропускания атмосферы рассчитывают по формуле:

= ехр [-7,0 · 10^-4 ( - D_s / 2)] , (3.11)

Доза теплового излучения воздействующего на людей определяется по формуле:

Q = q · t_s. , (3.12)

Данные для расчета:

Расстояние от облучаемого объекта до точки на поверхности земли непосредственно под центром «огненного шара» 50 м.

Расчет:

По формуле (3.9) определяем эффективный диаметр «огневого шара» D_s

D_s = 5,33 · (2304)^0,327 = 66 м.

По формуле (3.8), принимая H = D_s /2 = 33 м, находим угловой коэффициент облученности F_q

F_q = = 0,126.

По формуле (3.11) находим коэффициент пропускания атмосферы :

= ехр [-7,0 · 10^-4 ( – 66 / 2 )] = 0,98.

По формуле (3.7), принимая E_f = 450 кВт/м², находим интенсивность теплового излучения q

q = 450 · 0,126 · 0,98 = 55 кВт/м².

По формуле (3.10) определяем время существования «огненного шара» t_s:

t_s = 0,92 · 2304^0,303 = 9,6 с.

По формуле (3.12), определяем дозу теплового излучения воздействующего на людей от «огненного шара»:

Q = q · t_s = 55 · 9,6 = 5,2 · 10⁵ Дж/м².

Зависимость величины теплового излучения огневого шара от расстояния до его центра представлена в таблице 3.4.

Таблица 3.4 - Зависимость величины теплового потока от расстояния до его центра

Расстояние до центра огневого шара, м	Тепловой поток, q, кВт/м2	Доза теплового излучения, Дж/м2
50	55	5,2 105
60	44	4,2 105
70	39	3,8105
80	27	2,6105
90	22	2,1105
100	17	1,6105

За время существования огневого шара (9,6 сек.) люди получат ожоги различной степени тяжести (см. приложение А, табл. 3).

Характеристики

Список файлов ВКР