2.6.2 Расчет параметров взрыва аммиака при реализации наиболее опасного сценария на оао кпбн «Шихан»

Избыточное давление взрыва ∆Р, кПа, для индивидуальных горючих веществ, состоящих из атомов С, Н определяется по формуле:

, кПа (2.3)

где Р_max – максимальное давление взрыва стехиометрической газовоздушной или паровоздушной смеси в замкнутом объеме (Р_max= 580кПа);

Р₀ – начальное давление, кПа (допускается принимать равным 101кПа);

m – масса ГГ или паров ГЖ, вышедших в результате гипотетической аварии в помещение из трубопровода и ресивера, кг, вычисляется по формуле:

, кг (2.4)

где V_a – объем газа, вышедшего из ресивера, 300 кг;

V_t – объем газа, вышедшего из трубопровода вычисляется по формуле:

V_т = V_1т +V_2т , м³ (2.5)

где V_1т – объем газа, вышедшего из трубопровода до его отключения, вычисляется по формуле:

V_1т = q·T , м³ (2.6)

где q=0,02 м³/с — расход газа, определяемый в соответствии с технологическим регламентом в зависимости от давления в трубопроводе, его диаметра, температуры газовой среды;

Т – расчетное время отключения трубопроводов (Т=120 с при автоматическом отключении и Т=300 с – при ручном отключении);

V_2т – объем газа, вышедшего из трубопровода после его отключения вычисляется по формуле:

V_2т =0,01∙π∙P₂∙(r₁²∙L₁+…r_n²∙L_n) , м³ (2.7)

где Р₂ = 202 кПа – максимальное давление в трубопроводе по технологическому регламенту;

r_{1,2, ... n} =0,05 м – внутренний радиус трубопровода;

L_{1,2, ... n} = 5 м и 6 м – длина трубопровода от аварийного аппарата до задвижек, м.

Z – коэффициент участия горючего вещества во взрыве, который может быть рассчитан на основе характера распределения газов и паров в объеме помещения. Допускается принимать значение Z по таблице 2.10.

Таблица 2.10 – Значение коэффициента участия горючего вещества во взрыве

Вид горючего вещества	Значение Z
Водород	1,0
Горючие газы (кроме водорода)	0,5
Легковоспламеняющиеся и горючие жидкости, нагретые до температуры вспышки и выше	0,3
Легковоспламеняющиеся и горючие жидкости, нагретые ниже температуры вспышки, при наличии возможности образования аэрозоля	0,3
Легковоспламеняющиеся и горючие жидкости, нагретые ниже температуры вспышки, при отсутствии возможности образования аэрозоля	0,0

V_св – свободный объем помещения, м³. При отсутствии дополнительных данных допускается принимать условно равным 80 % геометрического объема помещения;

ρ_г.п. – плотность газа или пара при расчетной температуре t_р, кг/м³, вычисляемая по формуле:

, кг/м³ (2.8)

где М – молярная масса вещества, кг/кмоль;

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

t_p – расчетная температура, °С. В качестве расчетной температуры следует принимать максимально возможную температуру воздуха в данном помещении в соответствующей климатической зоне или максимально возможную температуру воздуха по технологическому регламенту с учетом возможного повышения температуры в аварийной ситуации. Если такого значения расчетной температуры t_р по каким-либо причинам определить не удается, допускается принимать ее равной 61 °С;

С_ст – стехиометрическая концентрация ГГ или паров ЛВЖ и ГЖ, %(об.), вычисляемая по формуле:

, % (об.) (2.9)

где – стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания;

n_с, n_н, n₀, n_х – число атомов С, Н, О и галоидов в молекуле горючего;

К_н – коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения. Допускается принимать К_н равным 3.

Для расчета избыточного давления при реализации сценария с взрывом аммиака на ОАО КПБН «Шихан» необходимы следующие данные, представленные в таблице 2.11.

Таблица 2.11 – Данные для расчета избыточного давления

Наименование показателя	Значение показателя
Расчетная температура, tp	20 °С
Коэффициент участия горючего вещества во взрыве, Z	0,5
Молярная масса вещества, М	17,03 моль
Площадь цеха и высота	12x24 м2 и 2,5 м

Свободный объем помещения: V_св=0,8·(12·24·2,5)=576 м³.

Плотность газа или пара при расчетной температуре:

кг/м³.

Объем газа, вышедшего из трубопровода до его отключения:

V_1т =0,02·120=2,4 м³ .

Объем газа, вышедшего из трубопровода после его отключения:

V_2т =0,01·3,14∙202∙(0,05²∙5+0,05²∙6)=0,17 м³.

Объем газа, вышедшего из трубопровода: V_т =(2,4+0,17)∙0,708=1,8 кг.

Масса ГГ или паров ЛВЖ и ГЖ, вышедших в результате гипотетической аварии в помещение из трубопровода и ресивера : m=300+1,8=301,8 кг.

Эквивалентное количество вещества по первичному облаку и по вторичному облаку с учётом того, что в результате аварии произойдёт пролив 301,8 кг аммиака равно (0,00216+0,012)∙1000=14,16 кг.

Стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания:

Стехиометрическая концентрация ГГ или паров ЛВЖ и ГЖ:

Расчет избыточного давления:

кПа.

Таким образом, компрессорный цех относится к категории А пожаровзрывоопасности, поскольку в данном помещении находится вещество аммиак, при испарении которого образуется горючий газ, избыточное давление которого превышает 5 кПа.

Наиболее опасным блоком по количеству содержащегося аммиака, является блок линейных ресиверов.

ЧС с наиболее тяжелыми последствиями при неблагоприятном варианте развития аварии и наиболее опасная по последствиям аварийного воздействия характеризуются полным разрушением линейного ресивера с максимальным выбросом жидкого аммиака (300 кг), несвоевременными действиями персонала по локализации аварии и неблагоприятными метеоусловиями для распространения аммиака.

Расчеты вероятных зон действия поражающих факторов проведены в соответствии с климатическими условиями данного района.

Исходные данные и результаты расчета энергетических показателей согласно ПБ 09-540-03 приведены в таблице 2.12.

Таблица 2.12 – Исходные данные и результаты расчета энергетических показателей при разгерметизации линейного ресивера

Характеристики	Показатели
1. Аварийный аппарат (блок)	Линейный ресивер
2. Расположение аппарата	В помещении
3. Давление в блоке, МПа	1,35
4. Температура в блоке, 0С	37
Расчет E1
Объем ПГФ блока, м3	1,0
Состав ПГФ	NH3
Показатель адиабаты	1,3
Низшая теплота сгорания, кДж/кг	18585
Масса, кг	8,9
Энергия адиабатического расширения, кДж	2031
Расчет Е2 смежного блока
Давление в блоке, МПа	1,35
Температура в блоке, 0С	35
Площадь отверстия, м2	0,0008
Время поступления, с	300
Плотность ПГФ, кг/м3	10,22
Показатель адиабаты	1,3
Низшая теплота сгорания, кДж/кг	18585
Масса, кг	2,9
Расчет E3 данного и смежных блоков
Количество ЖФ	291,1
Теплоемкость, Дж/(кг*К)	4700
Теплота испарения, кДж/кг	1374
Теплота сгорания паров, кДж/кг	17394
Температура кипения, 0С	-33,4
Масса, кг	16,6
Расчет E2 (теплоприток экзотермических реакций)	—
Расчет E3 (теплоприток от внешних сетей)	—
Расчет E4 (теплоприток экзотермических реакций)
Теплопроводность поддона (бетон), Вт/(м*К)	1,42
Плотность поддона, кг/м3	2220
Теплоёмкость поддона, Дж/(кг*К)	770
Время испарения до взрыва, с	900
Коэффициент скорости испарения	7,7
Площадь зеркала испарения, м2	4,9
Плотность ЖФ, кг/м3	681
Масса, кг	1,243
Результаты расчета
1. Сумма энергий адиабатического расширения сгорания ПГФ из аварийного блока, E1 кДж	0,167·106
2. Энергия сгорания ПГФ, поступившей к разгерметизированному блоку от смежных блоков, E2 кДж	0,056·106
3. Энергия сгорания ПГФ, образующийся за счет энергии перегретой ЖФ из аварийного и смежных блоков, E1 кДж	3,915·106
4. Энергия сгорания ПГФ, образующейся из ЖФ за счет тепла экзотермических реакций, Е2 кДж	—
5. Энергия сгорания ПГФ, образующейся за счет притока внешних теплоносителей, Е3 кДж	—
6. Энергия сгорания ПГФ, образующейся из пролитой ЖФ за счет теплопритока от окружающей среды, Е4 кДж	0,023·106
7. Общий энергетический потенциал, Е, кДж	4,161·106
8. Общая приведенная масса парогазовой среды, m кг	90,7
9. Относительный энергетический потенциал, QВ	9,7
10. Категория взрывоопасности	III
Зона полных разрушений (ΔР≥100 кПа), м	5
Зона тяжелых повреждений (ΔР≥70 кПа), м	7
Зона средних повреждений (ΔР≥28 кПа), м	12
Зона разрушения оконных проемов (ΔР≥14 кПа), м	36
Зона частичного разрушения остекления (ΔР≤2,0 кПа), м	72

Из расчетов следует, что радиус полного разрушения зданий и сооружений при разрушении линейного ресивера составляет 5 м. Вследствие чего смертельное поражение могут получить 1-2 человека, оказавшиеся в непосредственной близости от эпицентра взрыва. В радиусе 7 м возможно разрушение части стен и перекрытий. В радиусе 12 м разрушение второстепенных элементов (крыш, перегородок и дверных заполнений), при этом перекрытия не обрушаются. В радиусе 36 м возможны легкие повреждения дымовых труб и оборудования систем связи. В радиусе 72 м может произойти разрушение оконных и дверных заполнений. Границы зон действия воздушной ударной волны при взрыве аммиака на территории ОАО КПБН «Шихан» представлен на рисунке 2.8.

Рисунок 2.8 – Границы зон действия воздушной ударной волны

Таким образом, производство холода на ОАО КПБН «Шихан» с точки зрения воздействия теплового поражения и ударной волны не представляют опасности для людей, зданий и оборудования, находящихся за пределами предприятия.

Учитывая фактор, что контроль и управление технологическим процессом осуществляется из помещения операторной, расположенной за пределами отделения линейных ресиверов и конденсаторного отделения, где расположены наиболее энергоемкие блоки, вероятность поражения персонала практически отсутствует, за исключением возможного нахождения непосредственно в зоне взрыва 1-2 человека из обслуживающего или ремонтного персонала.