Методика расчета систем аварийного слива
При аварии или пожаре на производстве для снижения опасности их распространения возникает необходимость аварийной эвакуации огнеопасных веществ и материалов. Аварийный слив (рис. 13.1) предусматривается из емкостной аппаратуры, содержащей огнеопасные жидкости (сжиженные горючие газы, ЛВЖ и ГЖ).
Системы
аварийного слива различают по способу
слива жидкости (самотеком, под избыточным
давлением, перекачка насосом), по приводу
в действие (ручной и автоматический
пуск), по схеме слива (простая схема –
слив из одного аппарата, сложная – слив
из группы аппаратов).
А
Рис. 13.1 Схема
аварийного слива огнеопасной жидкости
самотеком:
1 – опорожняемый
аппарат; 2 – сливаемая жидкость; 3
– аварийная задвижка; 4 – линия
подачи инертной среды; 5 – сливной
трубопровод;
6 – аварийная
емкость; 7 – дыхательная линия;
8 –
огнепреградитель; 9 – гидрозатвор;
10 – расходная
линия
Объем аварийной емкости принимают из расчета полного слива жидкости из одного наибольшего по объему аппарата цеха (установки).
Аварийные емкости представляют собой закрытые аппараты, их обеспечивают дыхательными трубами, защищенными огнепреградителями. Для предупреждения резкого повышения давления при поступлении в аварийную емкость высоконагретого продукта накапливающийся водяной конденсат систематически удаляют, для чего аварийную емкость устанавливают с небольшим уклоном в сторону сливного (дренажного) патрубка. Перед подачей высоконагретой жидкости аварийную емкость продувают инертной средой (водяным паром или инертным газом) для предупреждения возможного взрыва образующейся при сливе паровоздушной смеси. Аварийные емкости располагают за пределами здания на уровне земли или под землей. При подземном расположении емкость может размещаться на расстоянии не менее 1 м от глухой стены производственного здания и не менее 4–5 м от стены с проемами.
Трубопровод для аварийного слива жидкости из емкости прокладывают с уклоном в сторону аварийной емкости с минимальным числом поворотов, защищают гидравлическим затвором, оборудуют аварийной задвижкой, которую устанавливают: при ручном пуске вне здания или на первом этаже у выхода из здания; при дистанционном (полуавтоматическом) пуске непосредственно у опорожняемых аппаратов, а пусковые кнопки – у выхода из здания или вне здания. При автоматическом пуске датчики систем привода задвижек устанавливают в зоне наиболее вероятного возникновения пожара.
Методика расчета систем аварийного слива
Продолжительность аварийного слива из емкостной аппаратуры определяется зависимостью:
,
(13.1)
где ав.сл – продолжительность аварийного слива; опор – продолжительность опорожнения аппарата; оп – продолжительность операций по приведению системы слива в действие; ав.реж – допустимая продолжительность аварийного режима.
Допустимая продолжительность аварийного режима устанавливается в пределах 10–30 мин., исходя из условий безопасности (огнестойкость несущих и ограждающих конструкций, защита технологической аппаратуры и коммуникаций от теплового воздействия при пожаре) и экономической целесообразности. С учетом возможной деформации незащищенных металлических конструкций или технологической аппаратуры и коммуникаций, допустимая продолжительность аварийного режима может быть принята равной 15 мин., исходя из огнестойкости незащищенных металлических конструкций и среднего времени до начала тушения пожара.
Аварийный слив из одиночного (постоянного сечения по высоте) аппарата. Дифференциальное уравнение для процесса опорожнения аппарата постоянного сечения (при отсутствии притока в него жидкости) имеет вид:
,
(13.2)
где
– площадь поперечного сечения аппарата;
f
– сечение аварийного трубопровода на
выходе;
– коэффициент расхода системы.
Интегрирование уравнения (13.2) дает время полного опорожнения аппарата:
.
(13.3)
Если задан объем сливаемой жидкости, формула (13.3) может быть представлена следующим образом:
,
(13.4)
где Vж – объем истекающей жидкости; qср – средняя пропускная способность системы: qср = 0,5(qmax + qmin), здесь qmax – пропускная способность системы при максимальной высоте столба жидкости; qmin – то же, но при минимальной высоте столба жидкости.
Коэффициент расхода системы слива определяют по формулам, изучаемым в гидравлике.
Среднюю скорость истечения жидкости определяют как среднеарифметическое значение скоростей при уровнях жидкости Н1 и Н2.
Если слив происходит под давлением инертной среды (азота, водяного пара, двуокиси углерода и т. п.), формула (13.3) принимает вид:
,
(13.5)
где
pи
– избыточное давление над поверхностью
жидкости;
–
плотность жидкости при данной температуре.
Аварийный слив из одиночного (переменного по высоте сечения) аппарата (цистерны, аппарата конической формы, шарового резервуара и т. п.). Общая формула для определения времени опорожнения аппарата имеет вид:
,
(13.6)
где
m
и n
– соответственно коэффициент и показатель
степени функциональной зависимости
площади сечения поверхности жидкости
от уровня:
;
;
,
здесь F1
и F2
– площадь
поверхности при уровнях Н1
и Н2
соответственно.
Если аппарат имеет несколько переменных сечений, время его опорожнения определяется для каждой пары уровней (начиная с Н1) и затем суммируется для всего аппарата.
Время опорожнения горизонтального цилиндрического аппарата (цистерны) при турбулентном режиме движения жидкости может быть найдено по формуле В. С. Яблонского:
,
(13.7)
где L – длина котловой части аппарата; D – диаметр аппарата; d – диаметр сливного трубопровода на выходе; A – параметр, учитывающий степень сокращения времени опорожнения аппарата (в зависимости от величины напора Н) и определяемый по графику (рис. 13.2).
А
Н
/D
Рис. 13.2. Графическая зависимость параметра А от величины напора
Время опорожнения аппарата шаровой формы (диаметром D) может быть найдено по формуле:
.
(13.8)
Салихова Аниса Хамидовна
Песикин Александр Николаевич
Ширяев Евгений Викторович
Сырбу Светлана Александровна