Рассчитаем избыточное давление при резкой остановке насоса по причине переполнения емкости, пережатия (перекрытия) трубопровода или иной технической неисправности. Приращение давления в трубопроводе при гидравлическом ударе определяем по формуле Н. Е. Жуковского:
где с — скорость распространения ударной волны:(14)где t — плотность ИПБ при рабочей температуре, 845 кг/м3; d — внутренний диаметр трубы, 0,05 м; Еж — модуль упругости паров изопропилбензола: (15)где — коэффициент сжимаемости ИПБ, 3,56.10−10 Па-1;Па;Е — модуль упругости стали, 2,1.1011
Па; s — толщина стенки трубы, 0,0035 м;м/с — уменьшение скорости движения жидкости в трубопроводе, м/с.(16)где нач — начальная скорость движения продукта в трубопроводе, м/с; конконечная скорость движения продукта в трубопровод, м (часто кон =0).м/сПа = 0,42 МПаДинамические воздействия и гидроудары не могут послужить причиной аварии, так как значение избыточного давления достаточно мало и составляет 0,42 МПа, что не превышает предела прочности оборудования, равного для стальных трубопроводов 10 МПа согласно СН527−80[6]. 2.
6.2 Расчет взрывоопасности при разгерметизации трубопровода и автоматическом перекрытии задвижек
Произведем расчет взрывоопасности при разгерметизации технологического трубопровода подачи ИПБ в дренажную емкость. Расчетное время определяется из НПБ 105−03 [2], исходя из того, что согласно схеме на рис.
2), запор задвижек в экстренной ситуации производится автоматическим способом. Автоматические задвижки расположены как на входе в изопропилбензола в трубопровод 85−1, так и на выходе из него (поз.XV). При автоматическом способе перекрытия задвижек время работы трубопроводов равно 120 с. Таким образом, из трубопроводов поступит:(17)где F — производительность по изопропилбензолу, 1800 кг/ч,τ - время, 120 с, 3600 — переводной коэффициент из ч. в с. кг
Определим объем вытекшего через трубопроводизопропилбензола:(18)м3Масса паров жидкости m, кг, поступивших в окружающее пространство при наличии нескольких источников испарения (поверхность разлитой жидкости, поверхность со свеженанесенным составом, открытые емкости и т. п.), определяется из выраженияm = mр + mемк. + mсв.окр. + mпер, (19)где mр — масса жидкости, испарившейся с поверхности разлива, кг; mемк. — масса жидкости, испарившейся из открытых емкостей, 0 кг; mсв.окр. — масса жидкости, испарившейся с поверхностей, на которые нанесен применяемый состав,
0 кг; mпер — масса жидкости, испарившейся в окружающее пространство в случае ее перегрева, 0 кг. Рассчитаем массу испарившегося изопропилбензола [2]. т = WFиτ,(20)где W — интенсивность испарения, кгс-1м-2; τ - время испарения жидкости (ИПБ), причем длительность испарения жидкости принимается равной времени ее полного испарения, но не более 3600 с. Для ненагретых выше температуры окружающей среды ЛВЖ при отсутствии данных допускается рассчитывать W по формуле (21)где - коэффициент, принимаемый по табл. 3 в зависимости от скорости и температуры воздушного потока над поверхностью испарения. При скорости воздухообмена 1,0 м/с при t = 300С получим по таблице 3 НПБ 105−03=5,6.Рн — давление насыщенного пара при расчетной температуре жидкости tp, равное 6,22 мм.рт. ст. или
0,83 кПа. Fи — площадь испарения, м2, определяемая в соответствии с п. 7 в зависимости от массы жидкости тп, вышедшей в помещение. Следовательно, площадь испарения изопропилбензола превышает площадь помещения, и Fи равна площади помещения: Fи = а .b (22)Fи =18.12 = 216м2Согласно НПБ 105−03, 1 л изопропилбензола разливается на площади 1 м² пола помещения. Так как разлито 71 л ИПБ, что меньше, чем 216л, то в расчетах Fи примем равной 71 м². кгс-1м-2т = .71. 3600 = 13,036кг< 60 кг
Горизонтальные размеры зоны, м, ограничивающие область концентраций, превышающих нижний концентрационный предел распространения пламени (Снкпр), для ЛВЖ вычисляют по формуле: (24)г, п — плотность газа или пара при расчетной температуре tp, кгм-3, вычисляемая по формуле:(25)где М — молярная масса, 120,19 кг. кмоль-1; V0 — мольный объем, равный 22,413 м3кмоль-1; tp — расчетная температура в открытом пространстве, принятая равной 30 °C (среднее значение между нормальной температурой воздуха на наружной площадке и температурой изопропилбензола в трубопроводе). кг/м3К — коэффициент, принимаемый равным К = Т/3600 для ЛВЖ; Т — продолжительность поступления паров в открытое пространство, 3600 с; СНКПР — нижний концентрационный предел распространения пламени паров ЛВЖ, 0,88% (об.); мВеличину избыточного давления ∆Р, кПа, развиваемого при сгорании газопаровоздушных смесей, определяют по формуле:(26)где Р0 — атмосферное давление, кПа (примем равным 101 кПа); r — расстояние от геометрического центра газопаровоздушного облака, 4,45 м; mпр — приведенная масса пара, кг, вычисляется по формулеmпр = (Qcг/Q0)xmxZ, (27)где Qcг — удельная теплота сгорания газа или пара, 4,38.107Джxкг-1; Z — коэффициент участия горючих газов и паров в горении, который допускается принимать равным 0,1; Q0 — константа, равная 4,52×106 Джxкг-1; mмасса горючих газов и (или) паров, поступивших в результате аварии в окружающее пространство, 13,036 кг. mпр = (4,38.107/4,52×106)x 13,036×0,1 = 12,63 кг
Отсюда получим:
кПаСледовательно, избыточное давление в эпицентре взрыва радиусом 4,45 м составит 195,9 кПа, что повлечет за собой значительные разрушения: будут разрушены участки трубопровода и дренажная емкость. Величину импульса волны давления i, Паxс, вычисляют по формуле: i = 123xmпр0,66/r, (28)i = 123×12,630,66/4,45 = 147,4 ПаxсУсловную вероятность QВПi поражения человека избыточным давлением при сгорании газо-, пароили пылевоздушных смесей на расстоянии r от эпицентра определяют следующим образом[2]. По вычисленным значениям избыточного давления Р и импульса i по вычисляют величину «пробит"-функции Рr по формуле: Pr = 5 — 0,26ln (V), (29)гдеV-расчетный комплекс, (30)где Р — избыточное давление, Па; i — импульс волны давления, 147,4 Пас;Pr = 5 — 0,26ln (541,1) = 3,36С помощью таблицы 9 [2] определим условную вероятность поражения человека. Так, при значении Рr = 3,36 значение Qвп = 5% = 0,05.Условную вероятность поражения человека тепловым излучением QfПi определим следующим образом:
а) рассчитаем величину Рr по формуле:
Рr = -14,9 + 2,56ln (tq1,33), (31)где t — эффективное время экспозиции, с; q — интенсивность теплового излучения, кВтм-2, определяемая в соответствии с методом расчета интенсивности теплового излучения (раздел 6[2]).Величину t находятдля пожара пролива
ИПБ:t = to + x/u, (32)где t0 — характерное время обнаружения пожара, с, (t0 = 5 с); х — расстояние от места расположения человека до зоны, где интенсивность теплового излучения не превышает 4 кВтм-2, м; и — скорость движения человека, мс-1 (и = 5 мс-1);Интенсивность теплового излучения q, кВтм-2, для пожара пролива жидкости ИПБ вычислим по формуле: q = Ef Fq, (33)где Ef — среднеповерхностная плотность теплового излучения, кВтм-2; Fq — угловой коэффициент облученности; - коэффициент пропускания атмосферы. Значение Ef принимается на основе имеющихся экспериментальных данных. Примем величину 40 кВтм-2 для ИПБ. Эффективный диаметр пролива d, м, определим по формуле, (34)где F — площадь пролива, м2. мВычислим высоту пламени Н, м, по формуле, (35)где М — удельная массовая скорость выгорания топлива, 0,085 кгм-2с-1, в — плотность окружающего воздуха, 1,2 кгм-3; g = 9,81 мс-2 — ускорение свободного падения. мОпределим угловой коэффициент облученности Fq по формулам: (36)где Fv, Fн — факторы облученности для вертикальной и горизонтальной площадок соответственно, определяемые с помощью выражений: S = 2r/d, (37)где r — расстояние от геометрического центра пролива до облучаемого объекта, примем 5 м (наименьшее расстояние от трубопровода до здания).S = 2. 5/9,51 = 1,05h = 2H/d, (38)h= 2. 2,51/9,51 = 0,53A = (h2 + S2 +1)/(2S), (39)A = (0,532 + 1,052 +1)/(2.1,05) = 1,135B = (1 + S2)/(2S), (40)B = (1 + 1,052)/(2.1,05) = 1,0012, (41), (42)Определим коэффициент пропускания атмосферы по формулеτ = ехр [-7,010−4(r — 0,5 d)] (43)τ = ехр [-7,010−4(5 — 0,5. 9,51)] = 1q = 40 0,646кВтм-2Тогда х равен:
мt = 5 + 32,28/5 = 11,45 сРr = -14,9 + 2,56ln (11,451,33) = 2,44б) с помощью табл. 9 [2] определим условную вероятность QПi поражения человека тепловым излучением. При данном значении PrQПi составляет порядка 0,5%.Зоны очага взрываразлитого изопропилбензола приведены на рис.
7.Рис. 7. Зоны очага взрываразлитого изопропилбензола
В эпицентре взрыва поражение людей вызывается и непосредственным, и косвенным воздействием ударной волны (эквивалентно взрыву нескольких ручных гранат). При ее непосредственном воздействии основной причиной появления у попавших в зону поражения людей травм служит мгновенное повышение давления воздуха, что воспринимается человеком как резкий удар. При этом возможны повреждения внутренних органов, разрыв кровеносных сосудов, барабанных перепонок, сотрясение мозга, переломы и травмы. Кроме того, ударная волна может отбросить человека на значительное расстояние и причинить ему при ударе о землю (или препятствие) различные повреждения. Наименьшие повреждения от взрыва и пожара получат люди, находящиеся внутри здания.
3 ЗАКЛЮЧЕНИЕВ данной работе нами былпроведен комплексный анализ взрывопожарной безопасности участка трубопровода подачи изопропилбензола в дренажную ёмкость. Исследование проводилось на основе справочных данных о физико-химических и пожароопасных свойствах изопропилбензола, а также технологической и проектной документации предприятия ОАО «Казаньоргсинтез». В первом разделе данного проекта были рассмотрены основные физико-химические, токсические и пожароопасные свойства изопропилбензола. Так, изопропилбензол (кумол) представляет собой бесцветную органическую жидкость со специфическим запахом. Брутто-формула изопропилбензола имеет вид C9H12.
По степени воздействия на организм человека технический изопропилбензол относится к малоопасным веществам. Предельно допустимая концентрация паров изопропилбензола в воздухе рабочей зоны, согласно современным российским нормативам, составляет 50 мг/м3. Изопропилбензол в силу своих свойств считаетсявзрывои пожароопасным веществом. Физическая опасность разгерметизации емкостей и трубопроводов с изопропилбензолом заключается в том, что в результате вытекания, перемешивания вещества могут образоваться электростатические заряды, приводящие к возгоранию смеси или взрыву. Во втором разделе курсового проекта описаны назначение и режимные параметры трубопровода 85−1 и приведена технологическая схема. Назначение рассматриваемого трубопровода — транспортировка ИПБ от трубопровода ИПБ до дренажной емкости. Согласно заданию на проектирование принято, что по взрывоопасной и пожарной опасности наружные установки относятся к категории АН, класс взрывоопасной зоны 2 (В-Iг), категория и группа взрывоопасной смесиопределена в соответствии с ГОСТ Р 5 133 019−99 и равна IIAT1. Режимные параметры трубопровода изопропилбензола 85−1:рабочая среда: изопропилбензол (ИПБ);содержание основного вещества (ИПБ): 99,7%;внутренний диаметр трубопровода: 50 мм;рабочее давление в системе: Рраб = 0,5 МПа (5 атм.);рабочая температура в системе: 40 оС;линейная скорость потока: 0,3 м/с;производительность по ИПБ: 1800 кг/час.В третьем разделе курсового проекта были описаны и охарактеризованы исполнение трубопроводов, трубопроводной арматуры и вспомогательных приборов в соответствии с технологической и проектной документацией предприятия ОАО «Казаньоргсинтез».
Рассмотрение велось на основе схем внешних соединений и монтажных схем. В четвертом разделе работы был произведен выбор теплоизоляции трубопровода в соответствии с режимными параметрами. В качестве теплоизолирующего материала принята алюминиевая фольга совместно с теплоизоляцией из минеральной ваты с расчетной толщиной слоя 5 мм. Данный типизоляции обеспечивает эффективное сохранение тепла в теплоносителях и является пожаробезопасным. В пятом разделе данного проекта были описаны характерные неисправности технологических трубопроводов и выявлены основные возможные причины аварий на рассматриваемом трубопроводе ИПБ. В заключительном, шестом разделе, курсового проекта были произведены инженерные расчеты в области пожарнои взрывобезопасности трубопровода согласно действующим нормативным документам. Полученная расчетная величина безопасной скорости транспортировки изопропилбензола по трубопроводу значительно выше принятой в технологической схеме линейной скорости, равной 0,3 м/с и составляет 63,1 м/с, следовательно, трубопровод эксплуатируется в безопасном режиме. Кроме того, расчетным путем было определено, что динамические воздействия и гидроудары не могут послужить причиной аварии, так как значение избыточного давления достаточно мало и составляет 0,42 МПа, что не превышает предела прочности оборудования, равного для стальных трубопроводов 10 МПа согласно СН527−80.В дальнейших расчетах было определено избыточное давление взрыва изопропилбензола при условии разгерметизации трубопровода и прекращения подачи вещества через 120 с (согласно НПБ) в результате срабатывания автоматических задвижек. При определении последствий возможной аварии на трубопроводе: разгерметизации, разливе ИПБ, его испарении до опасных концентраций и взрыве были определены границы зон поражения людей при взрыве и пожаре разлитого ИПБ в соответствии с требованиями НПБ 105−03. Величина избыточного давления ∆Р, кПа, развиваемая при сгорании газопаровоздушных смесей, была определена равной 195,9 кПа в радиусе 4,45 м. При этом взрыв испарающегося в течение 1 ч разлитого ИПБ (всего испарится 13,6 кг вещества) повлечет за собой значительные разрушения: будут разрушены участки трубопровода и, возможно, дренажная емкость. Условная вероятность поражения человека равна Qвп = 5%.Условная вероятность поражения человека тепловым излучением QfПi определена равной 0,5% при нахождении в радиусе 5 м от эпицентра пожара. Наименьшие повреждения от взрыва и пожара получат люди, находящиеся внутри здания. Таким образом, задачи, поставленные в начале курсового проекта, можно считать выполненными.
4 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВФедеральный закон от 22.
07.2008 N 123-ФЗ (ред. от 10.
07.2012) «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности"НПБ 105−03. Нормы пожарной безопасности. Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности. — М.: МЧС России, 2003. — 20 с. ГОСТ 12.
1.044−84. СТ СЭВ 1495−79. «Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения». ГОСТ Р 51 330.
9−99."Электрооборудование взрывозащищенное. Часть 10. Классификация взрывоопасных зон". РТМ 6−28−007−78 «Допустимые скорости движения жидкостей по трубопроводам и истечения в емкости (аппараты, резервуары)». СН 527−80 «Инструкция по проектированию технологических стальных трубопроводов Ру до 10 МПа». СП 7.
13 130.
Отопление, вентиляция и кондиционирование. Требования пожарной безопасности. Арматура промышленная общего и специального назначения. Справочник в 2-х книгах. А. И. Гошко — М.: Мелго, 2007. — 376 с. Лащинский А. А., Толчинский А. Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры.
Справочник. — Л.: Машгиз, 1970. — 753 с. Основные механические и тепловые свойства веществ и материалов[Электронный ресурс].
— Режим доступа:
http://khd2.narod.ru/info/datamech.htmОфициальный сайт ЗАО «ПО «МЗТА». Продукция [Электронный ресурс]. — Режим доступа:
http://www.mztpa.ru/catalog/productsПавлов К.Ф., Романков П. Г, Малков М. П., Носков А. А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. 9-е изд., перераб. и доп. — Л.: Химия, 1981. — 560 с. Пожарная безопасность: учебник / В. А. Пучков, Ш.
Ш. Дагиров, А. В. Агафонов и др.; под общ.
ред. В. А. Пучкова. — М.: Академия ГПС МЧС России, 2014 .
— 877 с. Пожарная безопасность. Энциклопедия. — М.: ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2007.- 416 c. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения: Справ.
изд.: в 2 книгах / А. Н. Баратов, А. Я. Корольченко, Г. Н. Кравчук и др. — М.: Пожнаука, 2004. — Ч.1 — 713 с. Самойлов Н. А. Примеры и задачи по курсу «Применение ЭВМ в химической технологии»: Учеб.
пособие. — 2-е изд., перераб, и доп. — Уфа; Изд-во УГНТУ. 2002. — 160 с. Сапронов Ю. Г. Безопасность жизнедеятельности: Производственная безопасность и охрана труда на производственных предприятиях- М.: Aкадемия, 2008. — 304 с. Свойства вещества:
изопропилбензол[Электронный ресурс]. — Режим доступа:
http://chemister.ru/Database/properties.php?id=1758
Токсические и пожароопасные свойства кумола [Электронный ресурс]. — Режим доступа:
http://www.safework.ru/content/cards/RUS0170.HTMТрубопроводная арматура. Исследования. Производство. Ремонт. С. В. Сейнов — М.: Машиностроение, 2002. — 392 с. Храмцов Б. А. Прогнозирование чрезвычайных ситуаций природного характера. Методические указания к выполнению расчетно-графических заданий.
— Белгород: Изд-во БГТУ им. В. Г. Шухова, 2006. — 25 с. 5 ПРИЛОЖЕНИЯПриложение АТехнологическая схема трубопровода 85−1Приложение
БСхема внешних соединений клапана XV 331
