Взрыв парогазовоздушного облака в ограниченном пространстве

При авариях с технологической аппаратурой, содержащей горючие газы и жидкости, но находящейся в ограниченном пространстве, масса поступающих в помещение горючих газов (ГГ), горючих (ГЖ) и легко воспламеняющихся жидкостей (ЛВЖ) определяют по формулам (5.57) и (5.58).

Массу паров ГЖ, поступающих в помещение при испарении разлившейся жидкости, находят по формуле (5.59), в которой площадь испарения F(m²) определяется исходя из расчета, что 1 л смесей и растворов, содержащих по массе 70% и менее растворителей, разливается по площади 0,5 м² пола помещения, а остальных жидкостей - на 1 м² пола помещения. Длительность испарения τ (с) принимается равной времени полного испарения, но не более 3600 с.

Интенсивность испарения разлившейся жидкости в помещении W кг/(м² · с), согласно НПБ-105-95, определяется по формуле

где η - коэффициент, зависящий от скорости и температуры воздушного потока над поверхностью испарения (табл. 5.26); М - молекулярная масса жидкости, кг/моль; Р_нас - по формуле (5.61), кПа.

Таблица 5.26

Значения коэффициента η

Избыточное давление взрыва ΔP_ф (кПа) для индивидуальных горючих веществ, состоящих из атомов углерода, водорода, кислорода, хлора, брома и фтора, определяется по формуле

(5.69)

где: р_max - максимальное давление взрыва стехиометрической газо- или паровоздушной смеси в замкнутом объеме, определяемой по справочным данным (при отсутствии данных допускается принимать равным 900 кПа); р₀ - начальное давление, принимаемое равным 101,3 кПа; т - масса горючего газа или паров ЛВЖ в помещении, кг; Ζ - коэффициент участия горючего во взрыве, принимаемый равным 1 для водорода, 0,5 - для других горючих газов, 0,3 - для паров ЛВЖ и ГЖ; V_св - свободный объем помещения, м³ (можно принять равным 80% помещения); р_r - плотность газа или пара при расчетной температуре, кг/м³; К_н - коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатность процессов горения, принимаемый равным 3; С_стх - стехиометрическая концентрация горючего, % об., вычисляемая по формуле

(5.70)

где β = n_с + 0,25(n_н - n_х) - 0,5n_о - стехиометрический коэффициент кислорода в реакции горения (n_с, n_н, n_х, n₀ - число атомов углерода, водорода, кислорода и галоидов в молекуле горючего).

Пример 9. Насосный зал нефтеперерабатывающего предприятия имеет размеры 54 х 12 х 8,5 м. В зале расположены четыре центробежных магистральных насоса, два из которых находятся в рабочем состоянии, два - резервные. Производительность каждого насоса Q = 2,78 м³/с. Нефть находится в насосе с максимальным объемом заполнения V_ап = 25,76 м³. Насос занимает площадь 4,6 х 2,8 м.

Отсечные вентили (автоматическое отключение) находятся в помещении насосной, а длины подводящего и отводящего нефтепроводов диаметром d = 1020 мм соответственно равны l₁ = 3,0 и l₂ = 4,4 м. Помещение насосного зала оборудовано системой аварийной вентиляции с кратностью К_ав = 10 ч^-1. Температура нефти равна средней максимальной температуре t_н = 22,4 °С, скорость воздуха в помещении при работе аварийной вентиляции составляет 1 м/с.

Оценить возможные последствия аварийного разлива нефти и последующего взрыва в результате разгерметизации одного магистрального нефтеперекачивающего насоса.

Решение.

1. Учитывая, что объем нефти, вышедшей из трубопроводов равен

где τ - время автоматического отключения насоса, согласно табл. 5.24, принято равным 2мин (120 с), найдем объем нефти, поступившей в помещение насосной (с учетом вылива из насоса):

2. Найдем толщину слоя разлившейся нефти с учетом размеров насосной и оборудования.

Учитывая, что площадь насосной составляет F_пом = 54 · 12 = 648 (м²), а насосы занимают площадь F_mc = 4 · 4,6 · 2,8 = 51,52 (м²), определим величину свободной площади пола F_{св.пола}:

Поступившая в помещение насосной нефть покроет всю свободную площадь пола слоем высотой δ:

3. Интенсивность испарения легковоспламеняющейся жидкости, не нагретой до температуры кипения, найдем по формуле (5.68), предварительно по формуле (5.61) определив давление насыщенных паров нефти Р_нас:

Здесь принято, что молекулярная масса нефти II группы равна М = 240 кг/кмоль, скрытая теплота кипения нефти L_кип = 345,4 кДж/кг, а температура кипения нефти t_кип = 57 °С, R= 8,310 кДж/(К · кмоль).

Тогда интенсивность испарения нефти равна

Здесь в соответствии с табл. 5.26 при температуре в помещении около 20 °С и скорости воздушного потока 1 м/с коэффициент η = 7,7.

4. Масса паров нефти, образующихся при аварийном разливе нефти, т_п равна по формуле (5.59)

Здесь время испарения нефти принято равным 3600 с.

Поскольку масса разлившейся нефти при ее плотности р_неф = 860 кг/м³ равна

то за время аварийной ситуации, равное 3600 с, испарится в объеме помещения только

разлившейся нефти.

5. По формуле (5.64) найдем плотность паров нефти ρ_п:

6. Избыточное давление во фронте ударной волны при взрыве паров нефти найдем по формуле (5.69), в которой дополнительно учтем уменьшение массы взрывоопасной смеси в результате работы аварийной вентиляции путем введения в знаменатель коэффициента К:

При расчете по формуле (5.69) принято что:

• - коэффициент участия горючего во взрыве для ЛВЖ, нагретых до температуры ниже температуры вспышки, равен 0,3;
• - свободный объем помещения равен 80% геометрического объема помещения, т.е.

- молекулярной массе нефти М = 240 кг/кмоль соответствует формула С₁₇Н₃₈ (n_с = 17, n_н = 38, β = 17 + 0,25 · 38 = 26,5), а стехиометрическая концентрация паров нефти определяется по формуле (5.70)

• - коэффициент негерметичности и неадиабатности процесса горения принят K_н = 3;
• - коэффициент, учитывающий уменьшение массы взрывоопасной смеси в результате работы аварийной вентиляции, равен

где τ_исп - время испарения нефти, принятое равным 1 ч (3600 с).

• 6. Поскольку основные строительные конструкции здания насосной являются железобетонными, а предельно допустимый прирост давления для них составляет ΔP_доп ⁼ 25 кПа, то здание разрушено не будет.
• 7. В том случае, когда аварийная вентиляция не работает или отсутствует, избыточное давление на фронте ударной волны увеличится на порядок и будет равно ΔΡ_ф = 180 кПа, что приведет к полному разрушению здания насосной и гибели персонала.