3.2.1. Расчет размеров взрывоопасных зон при разгермектизации цистерны и проливе ЛВЖ.
Для расчета радиуса зоны используется формула /4/:
Хнкпр = 3,2 · К1/2 · [Рн / Снкпр]0,8 · [Мр/ (ρn · Рн)]0,33, м (3.9)
где К – коэффициент, принимаемый равным Т/14400;
Т – расчетная продолжительность поступления паров ЛВЖ в окружающее пространство (принимается равной времени полного испарения жидкости, но не более 14400 с по формуле (3.11));
Рн – давление насыщенных паров ЛВЖ при расчетной температуре, кПа;
Снкпр – нижний концентрационный предел распространения пламени, % (об);
Мр – масса паров ЛВЖ, поступивших в открытое пространство за время полного испарения, но не более 14400 с, кг;
ρn – плотность паров ЛВЖ, кг/м3.
3.2.2. Определение массы вещества в облаке ТВС при испарении ЛВЖ, а также параметров, входящих в формулу (3.9).
Масса испарившейся жидкости определяется по формуле:
Мр = Iр · T · Sр, кг (3.10)
где Iр – интенсивность испарения, (кг/см2);
Sр – площадь разлива, м2 (определяется по формулам, приведенным в разделе 3.3 Руководства).
|
|
Расчетная продолжительность поступления паров ЛВЖ в окружающее пространство определяется по формуле:
Т = М/(Iр · Sр) < 14400 с (3.11)
Интенсивность испарения определяется по формуле:
Iр = 10-6 · η · Мм0,5 · Рн (3.12)
где η – коэффициент, принимаемый по табл. 3.1;
Мм – молекулярная масса, кг/кмоль;
Рн – давление насыщенных паров, кПа.
Рн = 0,133 · 10 [А – (В/(СА + tр)], кПа (3.13)
где А, В, /СА – константы уравнения Антуана, определяемые по Приложениям 14,15;
tр – расчетная температура воздуха 0 С.
Таблица 3.1
Скорость воздушного потока, м·с-1 | Значение коэффициента η при температуре tв воздуха (0 С) | ||||
0,1 0,2 0,5 1,0 | 1,0 3,0 4,6 6.6 10,0 | 1,0 2,6 3,8 5,7 8,7 | 1,0 2,4 3,5 5,4 7,7 | 1,0 1,8 2,4 3,6 5,6 | 1,0 1,6 2,3 3,2 4,6 |
Плотность паров ЛВЖ определяется по формуле:
(3.14)
где V0 – мольный объем, равный 22,413 м3 кмоль-1.
Взрывоопасные концентрации паровоздушных смесей ЛВЖ над поверхностью пролитой жидкости образуются в том случае, когда расчетная температура воздуха меньше температуры вспышки паров ЛВЖ, значение которой приведено в Приложениях 14 и 15.
Расчет размеров взрывоопасных зон при разливе ЛВЖ проводится по формуле (3.9).
За начало отсчета взрывоопасной зоны принимаются внешние габаритные размеры цистерн, резервуаров, трубопроводов и т.п.
3.2.3. Определение радиусов зон избыточного давления при взрыве ТВС, образующейся при испарении ЛВЖ, проводится по следующим формулам /5/:
R1 = K1 · (0,45 · Mp)1/3 / [1 + (7066/ Mp)2]1/6, при Mp < 5 т. (3.15)
R1 = K1 · (0,45 · Mp)1/3, при Mp > 5 т. (3.16)
где R1 – радиус 1-го класса опасной зоны с заданным избыточным давлением на границе зоны, м (табл. П.3.1 в Приложении 3);
|
|
K1 – коэффициент взаимосвязи величины избыточного давления с радиусом опасной зоны (табл. П.3.1 в Приложении 3);
Mp – масса паров, испарившаяся с поверхности разлива ЛВЖ, кг.
Величину избыточного давления ΔP (кПа) при взрыве ТВС, образующихся при авариях цистерн с ЛВЖ определяется по формуле /4/:
ΔP = Ра · (0,8 · Мпр0,33/r + 3 · Мпр0,66/r2 + 5 · Мпр/r3) (3.17)
где Ра – атмосферное давление, кПа (101 кПа);
r – расстояние от геометрического центра облака ТВС, м;
Мпр – приведенная масса паров ЛВЖ, кг:
Мпр = (Qcr/Qо) · Мр · Kz, (3.18)
где Qcr – удельная теплота сгорания, кДж/кг (определяется по Приложениям 14 и 15);
Qо – константа, равная 4,52 · 103 кДж/кг;
Мр – масса паров ЛВЖ в окружающем пространстве, кг;
Kz – коэффициент участия горючего во взрыве, который допускается принимать равным 0,1.
3.2.4. Масса всего вещества пролитой ЛВЖ равна полному объему цистерны с учетом степени заполнения и определяется по формуле:
М = ρж · Vж · е, кг (3.19)
где ρж – плотность ЛВЖ, кг · м-3 (определяется по Приложению 12);
Vж – полная емкость цистерны, м3;
е – степень заполнения цистерны (принимается равной 0,85).
3.2.5. При разгерметизации запорной арматуры или образовании пробоин в нижней части цистерны масса пролитой ЛВЖ зависит от расхода жидкости через сливной прибор или образовавшуюся пробоину и времени ее истечения.
Расход ЛВЖ определяется по формуле:
G = 60 · υcр · ρж · S0, кг · мин-1 (3.20)
где S0 – площадь сечения универсального сливного прибора или пробоины, м2;
υcр – средняя скорость истечения ЛВЖ, м · с-1:
(3.21)
где μ – коэффициент расхода жидкости, учитывающей сужение струи и трение (принимается равным 0,3 для ЛВЖ);
g – ускорение свободного падения, равное 9,81 м · с-2;
H- высота столба жидкости в цистерне (диаметр цистерны), м.
Полное время истечения ЛВЖ из цистерны согласно формулам (3.19) и (3.20) равно:
τ = М/G, мин.
3.2.6. Диаметр и площадь сечения сливного устройства равны 200 мм и 314 см2 соответственно. При частичной разгерметизации устройства они могут принимать меньшие значения.
Диаметры и площади сечений пробоин, образующихся при авариях, приведены в табл. П.7.7 и принимаются за расчетные, но они могут быть и других размеров в зависимости от сложившейся аварийной ситуации.
3.2.7. Расход ЛВЖ и время истечения из цистерны с полным объемом 61,2; 85,6; 140; 161,6 м3 (см. справочное пособие /44/) в зависимости от площади пробоин и сливного устройства приведены в таблице П.7.7 (Приложение 7).
Используя данные этой таблицы можно определить массу разлившейся ЛАЖ, площадь разлива, массу испарившейся жидкости и радиус взрывоопасной зоны в любой момент времени от начала аварии по формулам:
М (τ) = G · τ (а)
где G = 60 · υcр · ρж · S0 (определяется по формулам 3.19 и 3.20)
(b)
(c)
(d)
Приведенные формулы после перевода постоянных величин в их численные значения можно представить в упрощенном виде для расчета указанных параметров в зависимости от времени от начала аварии и до полного истечения нефтепродуктов из цистерн различной емкости и площади сечения пробоин и универсального сливного прибора.
К постоянным величинам, входящим в приведенные выше формулы (b), (c), (d), относятся ρж , f, Т и К.
Для каждого из видов нефтепродуктов значения величин Pн, Снкпр, ρж и Ip различны и определяются по справочным данным или расчетом.
Ниже приводятся значения постоянных величин для всех видов нефтепродуктов:
Ρж = 800 кг · м-3;
f = 5 м-1;
Т = 14400 с, при условии Т > 14400;
К = Т/14400 = 1.
С учетом приведенных постоянных величин формулы (b), (c) и (d) преобразуются к виду при τ < τист:
Sp (τ) = (0,00625 · G) · τ (b1)
Mp(τ) = (90 · Ip · G) · τ (c1)
Xнкпр = 14,13 · [(Pн / Снкпр)0,8 · (Ip · G/ ρп · Рн)0,33] · τ0,33 (d1)
3.2.8. Примеры расчетов по приведенным выше формулам изложены в Приложении 16 настоящего Руководства. Расход истекающей жидкости в табл. П.7.5 рассчитан при постоянной средней плотности для нефтепродуктов ρж, равной 800 кг · м-3. Погрешность в расчетах составляет не более 10% по отношению к истинным значениям плотности различных нефтепродуктов.
|
|
3.2.9. При частичной и полной разгерметизации сливного устройства происходит истечение, как правило, негорящих нефтепродуктов. При этом образуется зона взрывоопасной концентрации ТВС и при наличии источника зажигания возможен взрыв смеси паров ЛВЖ с воздухом в пределах указанной зоны.
3.2.10. При опрокидывании и соударении цистерн в момент аварий из образовавшихся пробоин происходит истечение воспламенившихся нефтепродуктов с распространением пламени по поверхности пролитой жидкости. При этом взрывоопасная зона ТВС не формируется.