Расчет размеров взрывоопасных зон и избыточного давления взрыва ТВС при авариях с ЛВЖ

3.2.1. Расчет размеров взрывоопасных зон при разгермектизации цистерны и проливе ЛВЖ.

Для расчета радиуса зоны используется формула /4/:

Х_нкпр = 3,2 · К^1/2 · [Р_н / С_нкпр]^0,8 · [М_р/ (ρ_n · Р_н)]^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));

Р_н – давление насыщенных паров ЛВЖ при расчетной температуре, кПа;

С_нкпр – нижний концентрационный предел распространения пламени, % (об);

М_р – масса паров ЛВЖ, поступивших в открытое пространство за время полного испарения, но не более 14400 с, кг;

ρ_n – 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:

М_р = I_р · T · S_р , кг (3.10)

где I_р – интенсивность испарения, (кг/см²);

S_р – 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/( I_р · S_р) < 14400 с (3.11)

Интенсивность испарения определяется по формуле:

I_р = 10^-6 · η · М_м^0,5 · Р_н (3.12)

где η – коэффициент, принимаемый по табл. 3.1;

М_м – молекулярная масса, кг/кмоль;

Р_н – давление насыщенных паров, кПа.

Р_н = 0,133 · 10 ^{[А – (В/( С}_А ^{+ t}_р^)] , кПа (3.13)

где А, В, /С_А – константы уравнения Антуана, определяемые по Приложениям 14,15;

t_р – расчетная температура воздуха ⁰ С.

Таблица 3.1

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 · M_p)^1/3 / [1 + (7066/ M_p)²]^1/6, при M_p < 5 т. (3.15)

R₁ = K₁ · (0,45 · M_p)^1/3, при M_p > 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);

M_p – 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 = Р_а · (0,8 · М_пр^0,33/r + 3 · М_пр^0,66/r² + 5 · М_пр/r³) (3.17)

где Р_а – атмосферное давление, кПа (101 кПа);

r – расстояние от геометрического центра облака ТВС, м;

М_пр – приведенная масса паров ЛВЖ, кг:

М_пр = (Q_cr/Q_о) · М_р · K_z , (3.18)

где Q_cr – удельная теплота сгорания, кДж/кг (определяется по Приложениям 14 и 15);

Q_о – константа, равная 4,52 · 10³ кДж/кг;

М_р – масса паров ЛВЖ в окружающем пространстве, кг;

K_z – 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 = ρ_ж · V_ж · е, кг (3.19)

где ρ_ж – плотность ЛВЖ, кг · м^-3 (определяется по Приложению 12);

V_ж – 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 · υ_cр · ρ_ж · S₀, кг · мин^-1 (3.20)

где S₀ – площадь сечения универсального сливного прибора или пробоины, м²;

υ_cр – 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 · υ_cр · ρ_ж · 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 ρ_ж , f, Т и К.

Для каждого из видов нефтепродуктов значения величин P_н , С_нкпр, ρ_ж и I_p различны и определяются по справочным данным или расчетом.

Ниже приводятся значения постоянных величин для всех видов нефтепродуктов:

Ρ_ж = 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 < τ_ист:

S_p (τ ) = (0,00625 · G) · τ (b¹)

M_p(τ ) = (90 · I_p · G) · τ (c¹)

X_нкпр = 14,13 · [(P_н / С_нкпр)^0,8 · (I_p · G/ ρ_п · Р_н)^0,33] · τ^0,33 (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 ρ_ж, 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.