Расчет элементов противопожарной защиты ректификационных колонн

Пожарная опасность ректификационных колонн возникает при утечках горючих жидкостей и газов. В результате пожара ректификационная колонна и несущие металлические конструкции могут оказаться в пламени или находиться под воздействием теплового излучения факела пламени при пожаре на соседней колонне, что приводит к обрушению конструкций из-за потерь или несущей способности под действием высоких температур.

Установка противопожарной защиты должна своевременно (до нагревания конструкций до критических температур) подать такое количество средств тушения, при котором невозможно аварийное состояние. Поэтому при определении параметров пожарной защиты важно знать время прогревания конструкций и оборудования до критической температуры или их огнестойкость.

Противопожарная защита основана на том, чтобы защитить ректификационные колонны от опасного воздействия пожара на время, необходимое для прибытия подразделений пожарной охраны и аварийно-спасательных служб и устранения аварии.

В зависимости от высоты колонны параметров системы водоснабжения могут быть различные варианты схемы распределения воды: при небольшой высоте колонны и надежности водоснабжения применяют ручные водяные стволы с применением пожарных гидрантов; при значительной высоте колонн используют лафетные стволы на вышках или стационарные системы водоорошения.

Задание 2.1 Рассмотреть условия бесперебойной подачи воды по водоводам при заданном размере допустимого снижения подачи воды при аварии на одном из участков.

Если разбить водовод на некоторое количество участков n (рис. 2.1 а), устроить переключения между водоводами и выключить при аварии только один участок одного водовода, то можно добиться допустимого уменьшения подачи воды при аварийном режиме. При обычной работе водовода по каждой из m ниток водоводов и по всем n участкам подается расход Q/m (Q -полная подача насосов). Графически (рис. 2.1 б) можно найти рабочую точку насосов Б при нормальном режиме работы водовода. Пусть водовод состоит из параллельно включенных ниток одинакового диаметра d и длины L с соединениями через каждые =L/n метров. Если сопротивление одного участка водовода обозначим через S₀,то сопротивление каждой нитки водовода будет S_o∙n, а сопротивление системы параллельно соединенных ниток водовода:

S=S₀∙n / m². (2.1)

Потери напора в водоводе могут быть найдены по формуле:

h=S₀∙n∙Q²/m². (2.2)

а б

Рис. 2.1 Расчетная схема водовода: а - разрез и связь между пьезометрическими напорами; б -план (указанием перемычек и распределения напора воды при аварии); в - график совместной работы насосной и водоводов при нормальном и аварийном режимах работы: 1 - потери напора в водоводе; 2 - потери напора при аварии; 3 - кривая Q-H (подача - напор) насоса.

По этому уравнению построить кривую 1 (см.рис.2.1б). В общем виде кривая Q - H (подача - напор) насосов может быть представлена формулой:

H=h+Z₀=a - в∙Q², (2.3)

где а и в - коэффициенты, характеризующие тип насосов.

По этому уравнению построить кривую 3 (см.рис.2.1б).

Расход воды через водовод определяют по формуле:

(2.4)

При аварии на участках водовода, лежащих параллельно аварийному (см. рис. 2.1 в), будет подаваться аварийный расход Q_a, который равен EQ. При E=Qа/Q. Пренебрегая относительно ничтожными потерями напора в соединительных участках, получим сопротивление водовода при аварии:

S_a=S_o(n-l)/m²+S₀(m-l)². (2.5)

Потери напора в водоводе при аварии могут быть найдены по формуле:

(2.6)

По этому уравнению построить кривую 2 (см.рис.2.1в) с той же начальной ординатой Z₀.

Анализируя уравнение (2.6), убедиться в том, что чем больше число соединений, тем в меньшей степени увеличивается сопротивление системы водовода при аварии и тем меньше снижается подача воды.

Требуемое число переключений, обеспечивающее допустимое уменьшение подачи воды в аварийном режиме водовода, определяется по формуле:

(2.6)

Подача воды потребителям в случае аварии зависит от проводимости системы П и ее отдельных элементов. Суммарная проводимость двух параллельно включенных ветвей выражается следующим образом:

(2.7)

Проводимость зависит от диаметров и длины линии. При равных проводимостях однотипных линий получаем соотношение:

. (2.8)

т.е. для сохранения равных проводимостей линий диаметры их должны быть больше на линиях большей длины. Это требование отвечает условиям бесперебойности.

Исходные данные для расчета приведены в таблице 2.1

Таблица 2.1

Исходные данные для расчета

№	Параметр	Обозначения	Еденица измерения	Величина параметра
	Сопротивление одного участка водовода	S₀	10⁶см	0,01-0,15
	Количество участков водовода	n	- - М -	1-4 1-10 2-20
	Количество ниток водоводов	m Z₀ а
	Начальный напор водовода Коэффициенты характеризующие тип насоса:
в	-	0,1-1,0
	Допустимое уменьшение подачи воды при аварии Qa/Q		-	0,5-0,8
	Диаметр линии водоводов Коэффициент сопротивления линии водоводов Длина участков водоводов	d K l	мм - м	150-500 0,6/0,8 2-10