Наружные установки с горючими газами

Пример 33

1. Исходные данные.

1.1. Наружная установка. Емкость-сепаратор, расположенная на открытой площадке и предназначенная для отделения факельного газообразного пропилена от возможной влаги. Емкость-сепаратор размещается за ограждением факельной установки на расстоянии L₂ = 75 м (длина отводящего трубопровода) от факела и L₁ = 700 м (длина подводящего трубопровода) от наружной установки пропиленового холодильного цикла. На участках начала и конца подводящих и отводящих трубопроводов установлены автоматические задвижки (время срабатывания задвижек t = 120 с). Диаметр подводящего и отводящего трубопроводов d_тр1 = d_тр2 = 500 мм = 0, 5 м. Объем емкости-сепаратора V_а = 50 м³. Давление газа Р = Р₁ = Р₂ = 2500 кПа, расход газа G = 40000 кг∙ час^-1 = 11, 1111 кг∙ с^-1, температура газа t_г = 60⁰ С.

1.2. Молярная масса пропилена М = 42, 08 кг∙ кмоль^-1. Химическая формула С₃Н₆. Удельная теплота сгорания пропилена Q_СГ = 45604 кДж∙ кг^-1 = 45, 604∙ 10⁶Дж∙ кг^-1. Плотность пропилена при t_г = 60⁰С = кг∙ м^-3.

2. Обоснование расчетного варианта аварии.

При определении избыточного давления взрыва DР при сгорании смеси горючего газа с воздухом в открытом пространстве принимается разгерметизация трубопроводов или емкости-сепаратора, при которой масса поступившего газа в открытое пространство будет максимальной.

3. Масса m пропилена, поступившего в открытое пространство при расчетной аварии из трубопроводов (m₁, m₂) или емкости-сепаратора (m₃), определяется с учетом формул п. В.1.4 [1]:

m₁ = G∙ t + 0, 01∙ 0, 785∙ = 11, 1111∙ 120 + 0, 01∙ 0, 785∙ 0, 5²∙ 700∙ 2500∙ 1, 5387 = 1333, 3 + 5284, 5 = 6617, 8 кг,

m₂ = G∙ t + 0, 01∙ 0, 785∙ = 1333, 3+0, 01∙ 0, 785∙ 0, 5²∙ 75∙ 2500∙ 1, 5387 = 1333, 3 + 566, 2 = 1899, 5 кг,

m₃ = G∙ t + 0, 01∙ V_а = 1333, 3+0, 01∙ 50∙ 2500∙ 1, 5387 = 1333, 3 + 1923, 4 = =3256, 3 кг.

Максимальная масса поступившего в открытое пространство при расчетной аварии пропилена составляет m=m₁=6617, 8 кг.

4. Избыточное давление DР (кПа) взрыва на расстоянии r = 30 м от наружной установки емкости-сепаратора согласно формулам (В.14) и (В.15) [1] составит:

DР=Р₀ =

= 101∙ (0, 488+1, 114+1, 236) = 101∙ 2, 838 = 287 кПа,

m_пр = ∙ 6617, 8∙ 0, 1 = 6677 кг.

5. Расчетное избыточное давление взрыва превышает 5 кПа на расстоянии 30 м от наружной установки, следовательно, согласно п.7.3 и табл. 2 [1] наружная установка емкости-сепаратора для отделения факельного газообразного пропилена от возможной влаги относится к категории АН.

Пример 34

1. Исходные данные.

1.1. Наружная установка. Изотермическое хранилище этилена (ИХЭ). Изотермический резервуар хранения этилена (ИРЭ) представляет собой двустенный металлический резервуар. Пространство между внутренней и наружной стенами заполнено теплоизоляцией пористым слоем перлита. Объем резервуара V_р = 10000 м³. Максимальный коэффициент заполнения резервуара a=0, 95. Температура сжиженного этилена Т_ж = -103⁰С = 170, 2 К. Давление паров этилена в резервуаре Р_р = 103, 8 кПа. ИРЭ размещен в бетонном обваловании площадью F = 5184 м² (L = S = =72 м, Н=2, 2 м).

При максимальной аварийной ситуации в обвалование поступает весь объем сжиженного этилена из резервуара, составляющий с учетом поступившего этилена из подводящих и отводящих трубопроводов до отсечных клапанов V_ж = 9850 м³ с массой m_ж = 5, 5948∙ 10⁶ кг.

1.2. Молярная масса этилена М = 28, 05 кг∙ кмоль^-1 = 0, 02805 кг∙ моль^-1. Удельная теплота сгорания этилена Q_сг = 46988 кДж∙ кг^-1 = 46, 988∙ 10^-6Дж кг^-1. Плотность сжиженного этилена при температуре его кипения Т_к = -103, 7⁰ С = 169, 5 К r_ж = 568 кг∙ м^-3. Максимальная абсолютная температура воздуха и средняя скорость ветра (воздушного потока) в летний период времени согласно [3] в данном районе (г. Томск) составляют t_р = Т₀ = 36⁰ С = 309, 2 К и U = 3 м∙ с^-1, соответственно. Мольная теплота испарения сжиженного этилена L_исп = 481, 62 кДж∙ кг^-1 = 4, 8162∙ 10⁵ Дж∙ кг^-1 = 13509, 4 Дж∙ моль^-1. Коэффициент теплопроводности бетона l_тв = 1, 3 Вт∙ м^-1∙ К^-1, воздуха l_в = 0, 0155 Вт∙ м^-1∙ К^-1. Теплоемкость бетона С_тв = 840 Дж∙ кг^-1∙ К^-1. Плотность бетона r_тв = 2000 кг∙ м^-1.Кинематическая вязкость воздуха n _в = =18, 5∙ 10^-6 Па∙ с = 1, 62∙ 10^-5 м²∙ с^-1. Плотность воздуха при t_р = 36⁰С r_в = = 1, 14134 кг∙ м^-3. Плотность газообразного этилена при Т_ж = -103⁰С r_г = = 2, 021 кг∙ м^-3.

2. Обоснование расчетного варианта аварии.

При определении избыточного давления взрыва DР при сгорании смеси горючего газа с воздухом в открытом пространстве принимается разгерметизация трубопровода между изотермическим резервуаром хранения этилена и установленными в обваловании отсечными клапанами на подводящих и отводящих трубопроводах и выход сжиженного и газообразного этилена в окружающее пространство с разливом сжиженного этилена внутри обвалования.

3. Масса m₁ газообразного этилена, поступившего в открытое пространство при расчетной аварии из ИРЭ, определяется согласно формулам (В.2), (В.3) [1]:

m₁ = 0, 01∙ Р_р∙ (1-a)∙ V_р∙ r_г = 0, 01∙ 103, 8∙ 0, 05∙ 10000∙ 2, 0121 = 1044 кг.

4. Удельная масса m_уд испарившегося сжиженного этилена за время t = 3600 с из обвалования в соответствии с формулой (В.11) [1] составит:

m_уд = ∙ ( = ∙ (309, 2-170, 2) ∙

) = 2, 89∙ 10^-4∙ (1∙ 10⁵+0, 14∙ 10⁵) = =32, 95 кг∙ м^-2,

a =

d = м,

F_И = F = 5184 м²,

Rе =

5. Масса m паров (газов) этилена, поступивших при расчетной аварии в окружающее пространство будет равна:

m = m₁+ m_уд ∙ F_и = 1044+32, 95∙ 5184 = 1044+170813 = 171857 кг.

6. Избыточное давление DР взрыва на расстоянии r = 30 м от наружной установки ИРЭ согласно формулам (В.14) и (В.15) [1] составит:

DР = 101∙

m_пр =

7. Расчетное избыточное давление взрыва превышает 5 кПа на расстоянии 30 м от наружной установки, следовательно, согласно п. 7.3 и табл. 2 [1] наружная установка изотермического резервуара этилена относится к категории АН.

Пример 35

1. Исходные данные.

Исходные данные аналогичны данным примера 33. Частоты разгерметизации емкости под давлением с последующим истечением газа для всех размеров утечек представлены в табл. П. 1.1 [6]. Для упрощенного расчета частоту реализации в течение года рассматриваемого сценария аварии для всех размеров утечек принимаем равной Q = 6, 2∙ 10^-5 год^-1.

2. В соответствии с расчетами из примера 33 величина избыточного давления взрыва DР на расстоянии r = 30 м от наружной установки равна 287 кПа.

3. Импульс волны давления i (Па∙ с) вычисляется по формуле (В.23) [1]:

i = Па∙ с.

4. Вычисляем величину пробит-функции Рr по формулам (Г.1) и (Г.2) [1]:

Рr = 5-0, 26∙ ln (V) = 5-0, 26∙ ln (5, 32∙ 10^-7) = 5+3, 76 = 8, 76,

V =

5. По табл. Г.1 [1] для полученного значения пробит-функции определяем условную вероятность поражения человека Q_d> 0, 999. Принимаем Q_d = 1, 0.

6. Пожарный риск P(а) (год^-1) в определенной точке территории (а), на расстоянии 30 м от наружной установки, определяют с помощью соотношения (1) [1]:

Р(а) = Q_d∙ Q = 1, 0∙ 6, 2∙ 10^-5 = 6, 2∙ 10^-5 год^-1.

7. Величина пожарного риска при возможном сгорании пропилена с образованием волн давления превышает одну миллионную (10^-6) в год на расстоянии 30 м от наружной установки, следовательно, согласно табл. 2 [1] наружная установка емкости-сепаратора для отделения факельного газообразного пропилена от возможной влаги относится к категории АН.

Пример 36

1. Исходные данные.

Исходные данные аналогичны данным примера 33. Частоты разгерметизации Q (год^-1) емкости под давлением с последующим истечением для всех размеров утечек при различных диаметрах d (м) истечения представлены в табл. П.1.1 [6] и соответственно составляют:

- d₁ = 5∙ 10^{-3 м,} Q₁ = 4, 0∙ 10^-5 год^-1;

- d₂ = 12, 5∙ 10^{-3 м,} Q₂ = 1, 0∙ 10^-5 год^-1;

- d₃ = 25∙ 10^{-3 м,} Q₃ = 6, 2∙ 10^-6 год^-1;

- d₄ = 50∙ 10^{-3 м,} Q₄ = 3, 8∙ 10^-6 год^-1;

- d₅ = 100∙ 10^{-3 м,} Q₅ = 1, 7∙ 10^-6 год^-1;

- полное разрушение, Q₆ = 3, 0∙ 10^-7 год^-1.

2. Интенсивность истечения пропилена G_ист (кг∙ м^-2∙ с^-1) в соответствии с исходными данными составляет G_ист = = 56, 6170 кг∙ м^-2∙ с^-1.

3. Расход пропилена G (кг∙ с^-1) через различные диаметры истечения составляет:

G₁ = 0, 785∙ ∙ G_ист = 0, 785∙ 0, 005²∙ 56, 617 = 1, 1111∙ 10^-3 кг∙ c^-1,

G₂ = 0, 785∙ ∙ G_ист = 0, 785∙ 0, 0125²∙ 56, 617 = 6, 9444∙ 10^-3 кг∙ c^-1,

G₃ = 0, 785∙ ∙ G_ист = 0, 785∙ 0, 0025²∙ 56, 617 = 0, 0278 кг∙ c^-1,

G₄ = 0, 785∙ ∙ G_ист = 0, 785∙ 0, 05²∙ 56, 617 = 0, 1111 кг∙ c^-1,

G₅ = 0, 785∙ ∙ G_ист = 0, 785∙ 0, 1²∙ 56, 617 = 0, 4444 кг∙ c^-1,

G₆ = 0, 785∙ ∙ G_ист = 0, 785∙ 0, 5²∙ 56, 617 = 11, 1111 кг∙ c^-1.

4. Масса пропилена m, поступившего в открытое пространство при разгерметизации емкости через различные диаметры истечения составляет:

m₁ = G₁∙ t+0, 01∙ V_a∙ P∙ r_г = 11, 1111∙ 10^-3∙ 120+0, 01∙ 50∙ 2500∙ 1, 5387 = 0, 13+1923, 4=1923, 5 кг,

m₂= 6, 9444 ∙ 10^-3∙ 120+1923, 4 = 1924, 2 кг,

m₃ = 0, 0278∙ 120+1923, 4 = 1926, 7 кг,

m₄ = 0, 1111∙ 120+1923, 4 = 1976, 7 кг,

m₅ = 0, 4444∙ 120+1923, 4 = 1976, 7 кг,

m₆ = 11, 1111∙ 120+1923, 4 = 3256, 7 кг.

5. Избыточное давление взрыва DР на расстоянии r = 30 м от наружной установки емкости-сепаратора при ее разгерметизации через различные диаметры истечения согласно формулам (В.14) и (В.15) [1] составит:

DР₁ = Р₀

кПа,

m_пр1 =

DР₂ = 101 кПа,

m_пр2 =

DР₃ = 101

m_пр3 =

DР₄ = 101

m_пр4 =

DР₅ = 101

m_пр5 = кг,

DР₆ = 101 кПа,

m_пр6 = кг.

6. Импульс волны давления i вычисляется по формуле (В.23) [1]:

i₁ = Па∙ с,

i₂ = Па∙ с,

i₃ = Па∙ с,

i₄ = Па∙ с,

i₅ = Па∙ с,

i₆ = Па∙ с.

7. Определяем величину пробит-функции Рr по формулам (Г.1) и (Г.2) [1]:

Рr₁ = 5-0, 26∙ ln (V₁) = 5-0, 26∙ ln (1, 047∙ 10^-3) = 6, 78,

V₁ =

Рr₂ = 5-0, 26∙ ln (1, 046∙ 10^-3) = 6, 78,

V₂ =

Рr₃ = 5-0, 26∙ ln (1, 036∙ 10^-3) = 6, 79,

V₃ =

Рr₄ = 5-0, 26∙ ln (1, 0005∙ 10^-3) = 6, 79,

V₄ =

Рr₅ = 5-0, 26∙ ln (8, 873∙ 10^-4) = 6, 83,

V₅ =

Рr₆ = 5-0, 26∙ ln (4, 131∙ 10^-5) = 7, 62,

V₆ =

8. По табл. Г.1 [1] для полученных значений пробит-функций определяем условные вероятности поражения человека Q_d:

Q_d1 = 0, 962, Q_d2 = 0, 962, Q_d3 = 0, 963, Q_d4 = 0, 963, Q_d5 = 0, 966, Q_d6 = 0, 996.

9. Пожарный риск Р (а) в определенной точке территории (а), на расстоянии 30 м от наружной установки, вычисляют с помощью соотношения (1) [1]:

Р (а) = Q_d1∙ Q₁+ Q_d2∙ Q₂+ Q_d3∙ Q₃+ Q_d4∙ Q₄+Q_d5∙ Q₅+Q_d6∙ Q₆=0, 962∙ 4, 0∙ 10^-5+0, 962∙ 1, 0∙ 10^-5 0, 963∙ 6, 2∙ 10^-6 + 0, 963∙ 3, 8∙ 10^-6 + 0, 966∙ 1, 7∙ 10^-6 + 0, 996∙ 3, 0∙ 10^-7 = 3, 848∙ 10^-5+0, 962∙ 10^-5+5, 971∙ 10^-6+ +3, 659 ∙ 10^-6+1, 642∙ 10^-6+2, 988∙ 10^-7=5, 967∙ 10^-5.

10. Величина пожарного риска при возможном сгорании пропилена с образованием волн давления превышает одну миллионную (10^-6) в год на расстоянии 30 м от наружной установки, следовательно, согласно табл. 2 [1] наружная установка емкости-сепаратора для отделения факельного газообразного пропилена от возможной влаги относится к категории АН.