Концентраций вне аппаратов и емкостей

Опасность образования горючей среды около емкостей и резервуаров характерна как для резервуаров резервуарного парка, так и для насосов нефтенасосных.

В резервуарном парке горючие паровоздушные концентрации могут образоваться около резервуаров при их заполнении нефтью (большое дыхание), при повышении температуры окружающей среды (малое дыхание), а также при повреждениях корпуса резервуара, его крыши или трубопроводов и при аварийных переливах резервуаров.

Горючие концентрации паров нефти с воздухом при больших дыханиях могут образовываться сравнительно быстро при повышенных температурах наружного воздуха весной и летом, в результате чего резко возрастает их выброс через дыхательные клапаны резервуаров и емкостей а также интенсивность испарения нефти при ее разливе. Если выбрасываемые пары не будут быстро рассеиваться, то это может привести к образованию взрывоопасной концентрации на большой площади резервуарного парка. Исследованиями установлено, что взрывоопасные зоны максимальных размеров образуются при инверсионном состоянии атмосферы, которое чаще всего создается в период с 7 часов вечера до 7 часов утра. В ночное время и рано утром часто наблюдается почти полное безветрие и даже нисходящие потоки воздуха. Штилевая погода и потоки воздуха, прижимающиеся к поверхности земли, создают благоприятные условия для образования взрывоопасных концентраций, так как пары нефти тяжелее воздуха и над поверхностью земли образуется газовое облако, которое может распространяться на значительные расстояния от места выхода паров.

Пожароопасная загазованность прилегающей территории может возникнуть преимущественно при больших дыханиях, когда происходит мощный выброс паровоздушной смеси в атмосферу при значительной концентрации в ней горючих паров.

Определим расчетом количество горючих паров, выходящих в атмосферу при большом дыхании резервуара РВС-5000 по формуле:

кг/цикл (3.3.1)

где V₁-V₂ - обьем подаваемой в резервуар жидкости, при степени его заполнения е = 0,9

V₁-V₂ = е ·V_р-ра = 0.9·5000 = 4500 м³

где V_р-_ра - геометрический объем резервуара РВС - 5000;

Р_р - рабочее давление в РВС, Р_р = Р_бар = 1 · 10⁵ Па;

Т_р - температура среды в резервуаре, принимаем ее Т_р = 273+20 = 293К;

φ_s - объемная доля насыщенных паров при t_р, определяем по формуле:

φ_s = P_s/P_раб

где P_s - давление насыщенного пара нефти при t_р = 293К;

Р_раб - рабочее давление системы, у нас Р_раб = Р_бар = 1 · 10⁵ Па

Р_s определяем по уравнению Антуана:

Па (3.3.2)

где - коэффициенты (константы) Антуана, принимаем их равными:

А = 5,07020, В = 682,876, С_а = 222,066

Па

Тогда: φ_s = 25800 / 100000 = 0.258 объем. доли

М = 90 кг/кмоль - молекулярная масса нефти, принимаем по наиболее летучим фракциям

Подставляя полученные значения в исходную формулу (3.3.1) находим количество выделившихся в атмосферу горючих паров нефти при заполнении РВС- 5000:

кг/ цикл

Полученное количество горючих паров нефти может образовать газовое облако взрывоопасной концентрации вблизи PBC-5000, объем которого можно определить по формуле (3.3.3):

V_взр.=G_б/φ_нппр , (3.3.3)

где G_б = 4286 кг/ цикл – количество горючих паров выходящих из РВС-5000 за один цикл;

φ_нппр - нижний концентрационный предел распространения пламени в кг/м³, определяем по формуле 3.3.4:

φ_нппр = (М · φ_нппр) / V_t , кг/м³ (3.3.4)

где М = 90 кг/кмоль – молекулярная масса;

V_t, м³/кмоль - молярный объем паров нефти при рабочих условиях определяем по формуле:

кг/м³ (3.3.5)

V₀ = 22,41 м³/кмоль - молярный объем паров нефти;

Т_р = 293 К - рабочая температура нефти в резервуаре;

Т₀ = 273 К - температура при нормальных физических условиях;

Р₀ = Р_раб. = 1 · 10⁵ Па, поэтому Р₀/Р_раб. = 1

Отсюда:

V_t = 22.41·293 / 273 = 24 м³/кмоль;

Тогда:

φ_нппр = 90·0.08 / 24 = 0,03 кг/м³

В итоге объем взрывоопасной зоны около РВС-5000 будет равен:

V_в = 4286/0,03 = 142866 м³

Таким образом, при безветренной погоде или небольших скоростях ветра на территории резервуарного парка около РВС-5000 в период закачки его нефтью может образоваться газовое облако большого объема – 142866 м³, а при наличии источника возгорания может возникнуть быстро развивающийся пожар. Помимо взрывопожарной опасности выброс горючих паров из резервуаров при больших и малых дыханиях приводит к большим и безвозвратным потерям наиболее легких и ценных фракций нефти, что экологически вредно и экономически не выгодно. Поэтому уменьшение безвозвратных потерь нефти при ее хранении в резервуарах, не только решает задачу снижения пожарной опасности резервуарных парков, но и позволяет решать экономические и экологические задачи.

Большую опасность с точки зрения образования горючих паровоздушных концентраций и возникновения пожара представляет нефтенасосная с нефтеперекачивающими насосными агрегатами. Горючие концентрации паров нефти в нефтенасосной могут образоваться как при нормальных условиях эксплуатации - при утечках через сальники насосов и неплотности фланцевых соединений, так и в случаях повреждения насосов и трубопроводов.

Определим объем взрывопожароопасной зоны горючих паров вблизи сальникового уплотнения насоса при выходе их из нормально работающего нефтенасоса.

, м³ (3.3.6)

где Q - количество паров нефти, выделяющееся в помещение насосной за определенный период работы, кг/ч;

К_б - коэффициент безопасности, примем К_б = 2;

_нппр = 0.03 кг/м³ - нижний концентрационный предел распространения пламени нефти.

Количество паров нефти, которое выделится в помещение нефтенасосной через сальники насоса.

Q = 1,0 кг/ч

Учитывая, что нефтенасосная оборудована торцевым уплотнением вала, принимаем величину потерь через сальники в размере 40% , т.е.

Q = 1,0·40/100 = 0.4 кг/ч

В итоге объем горючей среды - зоны вблизи торцевых уплотнений рабочих насосов с горючей концентрацией паров нефти в помещении нефтенасосной будет равен:

V_взр. = 0.4 · 2 / 0,03 = 27 м³

Таким образом, в помещении насосной в течение одного часа около каждого работающего нефтенасоса может образоваться местная взрывопожароопасная зона паров нефти объемом 27 м³ при условии неработающей вентиляции. Поэтому помещение насосной оборудовано системой принудительной приточно-вытяжной вентиляции, в том числе и аварийной. Аварийная вентиляция должна обеспечивать десятикратный воздухообмен и должна включаться автоматически при повышении концентрации паров нефти в помещении нефтенасосной выше допустимых пределов - 0,2 φ_нпрп. В нефтенасосной у каждого магистрального агрегата должны быть установлены газоанализаторы довзрывоопасных концентраций для того, чтобы исключить возможность взрыва и возникновения пожара своевременным автоматическим включением систем аварийной вентиляции помещения насосной.

При соблюдении технологического режима работы оборудования образование горючей среды внутри насосов и трубопроводов невозможно, так как в них отсутствует паровоздушное пространство, но при их повреждении разлившаяся и испаряющаяся нефть, имеющая рабочую температуру выше температуры вспышки, будет образовывать горючие концентрации паров с воздухом. При этом могут образовываться не только локальные, но и во всем объеме нефтенасосной горючие паровоздушные концентрации.

В таких аппаратах, как резервуары, возможность создания взрывоопасных концентраций зависит от многих факторов, таких как:

- пожароопасные свойства веществ;

- температура окружающей среды и хранимого продукта;

- проведение технологических операций.

Значительную опасность для резервуарного парка представляют «большие» и «малые» дыхания резервуаров, поскольку при выдохе в атмосферу может выходить значительное количество паров нефтепродукта, а при входе в резервуары поступает воздух, который может разбавлять пары до горючих концентраций.