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 dтр1 = dтр2 = 500 мм = 0,5 м. Объем емкости-сепаратора Vа = 50 м3. Давление газа Р = Р1 = Р2 = 2500 кПа, расход газа G = 40000 кг∙час-1 = 11,1111 кг∙с-1, температура газа tг = 600 С.
1.2. Молярная масса пропилена М = 42,08 кг∙кмоль-1. Химическая формула С3Н6. Удельная теплота сгорания пропилена QСГ = 45604 кДж∙кг-1 = 45,604∙106Дж∙кг-1. Плотность пропилена при tг = 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∙Vа = 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,
mпр = ∙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 Vр = 10000 м3. Максимальный коэффициент заполнения резервуара a=0,95. Температура сжиженного этилена Тж = -1030С = 170,2 К. Давление паров этилена в резервуаре Рр = 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 Vж = 9850 м3 с массой mж = 5,5948∙106 кг.
1.2. Молярная масса этилена М = 28,05 кг∙кмоль-1 = 0,02805 кг∙моль-1. Удельная теплота сгорания этилена Qсг = 46988 кДж∙кг-1 = 46,988∙10-6Дж кг-1. Плотность сжиженного этилена при температуре его кипения Тк = -103,70 С = 169,5 К rж = 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 tр = Т0 = 360 С = 309,2 К и U = 3 м∙с-1, соответственно. Мольная теплота испарения сжиженного этилена Lисп = 481,62 кДж∙кг-1 = 4,8162∙105 Дж∙кг-1 = 13509,4 Дж∙моль-1. Коэффициент теплопроводности бетона lтв = 1,3 Вт∙м-1∙К-1, воздуха lв = 0,0155 Вт∙м-1∙К-1. Теплоемкость бетона Ств = 840 Дж∙кг-1∙К-1. Плотность бетона rтв = 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 tр = 360С rв = = 1,14134 кг∙м-3. Плотность газообразного этилена при Тж = -1030С rг = = 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∙Рр∙(1-a)∙Vр∙rг = 0,01∙103,8∙0,05∙10000∙2,0121 = 1044 кг.
4. Удельная масса mуд испарившегося сжиженного этилена за время t = 3600 с из обвалования в соответствии с формулой (В.11) [1] составит:
mуд = ∙ ( = ∙(309,2-170,2) ∙
) = 2,89∙10-4∙(1∙105+0,14∙105) = =32,95 кг∙м-2,
a =
d = м,
FИ = F = 5184 м2,
Rе =
5. Масса m паров (газов) этилена, поступивших при расчетной аварии в окружающее пространство будет равна:
m = m1+ mуд ∙Fи = 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∙
mпр =
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 Qd>0,999. Принимаем Qd = 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) = Qd∙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 Gист (кг∙м-2∙с-1) в соответствии с исходными данными составляет Gист = = 56,6170 кг∙м-2∙с-1.
3. Расход пропилена G (кг∙с-1) через различные диаметры истечения составляет:
G1 = 0,785∙ ∙ Gист = 0,785∙0,0052∙56,617 = 1,1111∙10-3 кг∙c-1,
G2 = 0,785∙ ∙ Gист = 0,785∙0,01252∙56,617 = 6,9444∙10-3 кг∙c-1,
G3 = 0,785∙ ∙ Gист = 0,785∙0,00252∙56,617 = 0,0278 кг∙c-1,
G4 = 0,785∙ ∙ Gист = 0,785∙0,052∙56,617 = 0,1111 кг∙c-1,
G5 = 0,785∙ ∙ Gист = 0,785∙0,12∙56,617 = 0,4444 кг∙c-1,
G6 = 0,785∙ ∙ Gист = 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∙Va∙P∙rг = 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,
mпр1 =
DР2 = 101 кПа,
mпр2 =
DР3 = 101
mпр3 =
DР4 = 101
mпр4 =
DР5 = 101
mпр5 = кг,
DР6 = 101 кПа,
mпр6 = 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 Qd:
Qd1 = 0,962, Qd2 = 0,962, Qd3 = 0,963, Qd4 = 0,963, Qd5 = 0,966, Qd6 = 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) = Qd1∙ Q1+ Qd2∙ Q2+ Qd3∙ Q3+ Qd4∙ Q4+Qd5∙ Q5+Qd6∙ 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.