4. Пожаровзрывоопасность аппаратов, при эксплуатации которых возможен выход горючих веществ наружу без повреждения их конструкций.
Взрывопожароопасные концентрации образуются при остановке работы аппаратов или трубопроводов в результате неполного удаления жидкостей, паров или газов из внутреннего объема системы, а при пуске аппаратов и трубопроводов - в результате недостаточного удаления воздуха.
Непосредственными причинами образования взрывоопасных концентраций при остановке аппаратов являются:
-неполное удаление из аппарата огнеопасных жидкостей. Если в резервуаре осталась горючая жидкость, то удалить ее последующей продувкой очень сложно;
-недостаточная продувка водяным паром или инертным газом внутреннего пространства аппаратов и трубопроводов от оставшихся жидкостей и паров;
-негерметичное отключение от подлежащих остановке аппаратов соединенных с ними трубопроводов с огнеопасными жидкостями или газами.
Просачиваясь через негерметичные задвижки, пары жидкостей постепенно накаливаясь, могут образовать взрывоопасные концентрации даже в полностью опорожненных и правильно продутых аппаратах и трубопроводах.
Нефть – легковоспламеняющаяся жидкость темно-бурого цвета, представляющая собой смесь углеводородов. Плотность 840-880 кг/м3,температура вспышки tвсп=-350С, температура самовоспламенения tс=3200С, температурные пределы воспламенения нижний – 210С, верхний - 80С, скорость выгорания 9-12 см/ч, скорость прогрева слоя и его нарастания 24-36 см/ч, температура пламени 11000С, температура прогретого слоя 130-1600С.
Оценку пожаровзрывоопасности среды внутри технологического оборудования производят согласно ГОСТ 12.1.044-89 . Для того чтобы среда внутри резервуара была горючая необходимо соблюдение следующего условия:
,
где:
% и
%.
где н,в – нижний и верхний концентрационные пределы распространения пламени и равны для нефти соответственно 0,9-5,36%(Правдинскаяспр. Баратова табл. 5.46).Рабочая температура25С,
.
Тогда
.
s – концентрация насыщенных паров, которая приблизительно равна рабочей концентрации в резервуаре р, т.е.
,
где: Рр – рабочее давление в аппарате 1 . 105 Па (по условию); Рs – давление насыщенных паров, определяется по формуле:
170,2
кПа.
Следовательно,
Отсюда делаем вывод, условие 0,9 < 1,67< 5,36 соблюдается, следовательно, среда в аппарате пожаровзрывоопасная.
При нормальной работе хранилищ нефти возможен выход горючих паров в случае нагрева при изменении температуры окружающего воздуха. В этом случае имеет место «малое» дыхание. При «малом» дыхании количество выходящих паров определяют место по следующей формуле:
где Gм – масса горючих паров, вышедших из емкости, кг; Vсв– величина свободного объема, м3; Рр– рабочее давление, Па; Т1 – начальная температура, К; Т2 – конечная температура, К; 1 – начальная концентрация насыщенных паров, об. доля (%); 2 – конечная концентрация насыщенных паров, об. доля (%); ср – средняя концентрация насыщенных паров, об. доля (%); М – молярная масса, кг. моль-1.
Отсюда объем взрывоопасной смеси
нг,без– безопасная концентрация паров, кг . м-3.
Безопасную концентрацию горючих паров определяем по уравнению:
где: нг, без.– безопасная концентрация паров, об. доля (%); Vt= 22,413 м3. кмоль-1 – объем, занимаемый 1 кмоль паров.
Безопасную концентрацию горючих паров определяем по уравнению:
нг, без= 0,9 (н- 0,7R)
где: н – нижний концентрационный предел распространения пламени, %; R = 0,3 – воспроизводимость метода определения показателя пожарной опасности.
Затем принимаем взрывоопасную зону цилиндрической формы, где высота равна диаметру. Диаметр зоны взрывоопасных концентраций определяем по формуле:
Определим объем взрывоопасной зоны при наиболее опасном случае выхода паров нефти при следующих исходных данных:
начальная температура 25С
конечная температура 40С
Определяем давление насыщенных паров при начальной и конечной температуре:
РН1=
170,2
кПа.
РН2=
252.3
кПа.
Определяем рабочую концентрацию паров нефтепродуктов при начальной и конечной температурах:
Р 1= 1,702/ 101,325 . 100= 1,679 об. доля.
Р 2= 2,523/ 101,325 . 100= 2.49 об.доля.
Определим среднюю рабочую концентрацию:
ср=
об.доля.
Определяем массу горючих паров вышедших из резервуаров при «малом» дыхании:
GМ=
Определим безопасную концентрацию горючих паров:
г.без.= 0,9 (0,9-0,7 . 0,3)= 0,621%.
Определим безопасную концентрацию горючих паров в объемных долях:
нг,
без.=
кг.
м-3;
Vв.з=
.
Диаметр взрывоопасной зоны:
м.
Следовательно, радиус взрывоопасной зоны составляет 14,7м.
Произведу оценку выхода паров нефти при «большом» дыхании.
При «большом» дыхании количество выходящих паров определяют по следующей формуле:
где Gб – масса горючих паров, вышедших из емкости, кг; V – изменение объема, м3; Рр– рабочее давление, Па; Тр– рабочая температура, К; s– концентрация насыщенных паров при рабочей температуре, об. доля; М – молярная масса, кг моль-1.
Объем взрывоопасной зоны определяем по уравнению:
Vвз=
нг,без– безопасная концентрация паров, кг м3.
Безопасную концентрацию горючих паров определяем по уравнению:
где: нг,без– безопасная концентрация паров, об. доля; Vt= 22.413 м3кмоль-1 – объем, занимаемый 1 кмоль паров.
Безопасную концентрацию горючих паров определяем по уравнению:
нг,без= 0,9 (н – 0,7R)
где: н – нижний концентрационный предел распространения пламени, %; R=0,3 – воспроизводимость метода определения показателя пожарной опасности.
Затем принимаем взрывоопасную зону цилиндрической формы, где высота равна диаметру. Диаметр зоны взрывоопасных концентраций определяем по формуле:
Определяю объем взрывоопасной зоны при наиболее опасном случае выхода паров нефти.
При следующих исходных данных:
температура окружающего воздуха 40С;
величина нижнего концентрационного предела распространения пламени 0,9%;
объем, заполняемый нефтью2000 м3 (степень заполнения 0,9);
Молярная масса нефти – 121. кмоль-1;
Определяем безопасную концентрацию горючих паров:
г, без= 0,9 (0,9 – 0,7 . 0,3)= 0,621%;
Безопасная концентрация (массовая) горючих паров:
нг,без=
.
Масса вышедших паров:
Gб=
Объем взрывоопасной зоны:
Vвз=
Диаметр взрывоопасной зоны:
Следовательно, радиус взрывоопасной зоны составляет 24,5м.