Расчетное определение категории помещения насосной резервуарного парка по взрывопожарной и пожарной опасности

Нефтенасосная парка представляет собой одно помещение – насосный зал, размерами 24х10х5 м. В насосном зале установлено два нефтенасоса ЦНС-300х180, производительностью q = 300м³/ч = 0,08 м³/с, Н = 180 м (напор), рабочее давление не более 5,6 МПа, максимальное аварийное давление – 6,0 МПа.

Нефтенасосы в технологическом процессе перекачивают нефть с температурой вспышки- 18°С, молекулярной массой, М= 196, ρ_ж = 830 кг/м³. За рабочую температуру нефти принимаем t = 20°С. Нефть поступает в насос по всасывающему трубопроводу длиной l_вс = 12 м и отводится по нагнетательному трубопроводу l_наг = 15 м, диаметром обоих d = 200 мм = 0,2 м (длина трубопроводов – это расстояние от насоса до задвижек, установленных на наружной площадке вдоль тыльной стороны здания насосной).

На всасывающем трубопроводе установлены автоматические задвижки, продолжительность отключения которых t_з = 3 сек., так как обеспечено резервирование элементов системы автоматики. Давление насыщенных паров нефти, P_s = 25,8 кПа (определено ранее).

Температура воздуха внутри здания нефтенасосной, t_в = 20°С, помещение оборудовано приточной, вытяжной и аварийной вентиляцией, кратностью К = 10 и газоанализаторами.

Наиболее опасной аварией в насосной будет являться отрыв одного из напорных трубопроводов насоса самой большой производительности.

а) За аварийную ситуацию примем разрушение напорного трубопровода насоса. В результате аварии в помещение нефтенасосной поступит нефть за счет работы насоса и находящаяся в трубопроводах:

m_ж = m₁ + m₂ = (q*t_з + V_тр)·ρ_ж, кг (4.1.1)

где: m₁ и m₂ – масса нефти, вышедшей из трубопроводов соответственно до и после их отключения, кг;

ρ_ж = 830 кг/м³ – плотности нефти;

q = 1.94 м³/с – производительность нефтенасоса ЦНС-300х180;

t_з = 3 с – время остановки насоса (автоматически);

V_тр – объем трубопроводов, определяем по формуле:

, м³ (4.1.2)

где: d_всас и d_нагн заданы по условию, отсюда:

м³

Подставляем V_тр и другие известные величины в (4.1.1), получаем m_ж:

m_ж = (1,94·3 + 0,8)·830 = 5494 кг,

т.е. в помещение насосной в результате аварии выйдет и разольется по полу 5494 кг нефти.

б) Исходя из того, что один литр нефти (ЛВЖ) разливается на 1 м² - площади пола помещения, определяем максимально возможную площадь разлива испарения нефти, поступившей в помещение нефтенасосной по формуле:

, м² (4.1.3)

где: f_tp - 1000 · 1/m - переводной коэффициент, т.к. в 1 м³ = 1000 л. или удельная площадь разлива жидкости формула

м/с (4.1.4)

Отсюда:

F_u = 1000 · 5494/ 830 = 6620 м²

в) Площадь испарения нефти в нефтенасосной принимаем равной площади пола помещения согласно формулы (4.1.11):

F_пом = 24 · 10 = 240 м²

г) Определяем интенсивность испарения нефти по формуле:

, кг/(м²·с) (4.1.5)

где η - коэффициент, зависящий от температуры и скорости движения воздуха, принимаем скорость воздушного потока 0.1 м/с, тогда для заданной температуры воздуха в помещении насосной t_в=20°C, η = 2.4;

М = 196 – молярная масса нефти;

P_s = 25, 8 кПа – давление насыщенных паров нефти.

Отсюда:

кг/(м²·с)

д) Находим время полного испарения нефти τ_n, разлившейся на полу насосной в результате аварии, по формуле:

, с (4.1.6)

где - все величины известны, определены выше,

Тогда:

, с

τ_n = 27470 > 3600с, поэтому для дальнейших расчетов принимаем длительность испарения нефти - τ_n =3600 с

е) Определяем массу паров нефти, образующихся и поступающих в помещение насосной при испарении о поверхности разлива (площадь пола) по формуле:

m = W · F_u · τ_n, кг (4.1.7)

m = 8, 67 · 10^-4 · 6620· 3600= 20662 кг

ж) Находим массу паров нефти с учетом работы аварийной вентиляции, обеспеченной резервными вентиляторами, автоматическим пуском при превышении ПДВК и электропитанием по первой категории надежности (ПУЭ) по формуле с учетом рекомендаций.

, кг (4.1.8)

где: А_в = 10 Ѕ - кратность аварийной вентиляции (принимаем);

Отсюда:

кг

з) Определяем массу паров нефти, участвующих в образовании реальных зон взрывоопасных концентраций по формуле:

m" = m' · Z, кг (4.1.9)

где: Z = 0.3 - коэффициент участия горючего вещества во взрыве

Тогда, m" = 1152 · 0.3 = 345,6 кг

и) Находим свободный объем помещения нефтенасосной:

V_св = 0.8 · V_пом, м³ (4.1.10)

где: V_пом, м³ - геометрический объем помещения нефтенасосной

V_пом = 24*10*5 =1200 м³

Отсюда:

V_св = 0.8 · 1200 = 960 м³

к) Определяем плотность паров нефти по формуле

, кг/м³ (4.1.11)

где М = 96 – молярная масса легких фракций паров нефти;

V₀ = 22.431 м³ - молярный объем паров при нормальных условиях;

τ_р = 20°С - расчетная температура:

Отсюда:

, кг/м³

л) Находим стехиометрическую концентрацию паров нефти (по пропану С3Н8) – φ_ст по формуле:

% (об) (4.1.12)

где: - стехиометрический коэффициент кислорода в реакции горения, n_c = 3; n_н = 8; n_х = 0; n₀ = 0 - число атомов углерода, водорода, галоидов, кислорода в молекуле горючего,
Отсюда:

β = 3 + (8 - 0) / 4 – 0/2 = 5

Тогда:

φ_ст = 100 / (1 + 4.84 · 5) = 1,8 % (об)

м) Определяем по полученным выше данным (m" = 345,6 кг; V_св = 960 м³; ρ_n = 4,25 кг/м³; φ_ст = 1,8 % (об)) избыточное давление взрыва паров нефти в помещении нефтенасосной по формуле:

, кПа (4.1.13)

где Р_max = 900 кПа – максимальное давление взрыва стехиометрической паровоздушной смеси в замкнутом объеме;

Р₀ = 101 кПа – начальное давление;

К_н = 3 – коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадибатичность процесса горения;

Тогда:

кПа

Согласно таблицы , помещение нефтенасосной резервуарного парка по взрывопожарной и пожарной опасности относится к взрывопожароопасной категории А, так как в насосной обращается нефть, которая имеет температуру вспышки (t_всп = 18°С) менее 28°С и которая может образовывать взрывоопасные парогазовоздушные смеси, при воспламенении которых развивается расчетное избыточное давление взрыва в помещении насосной более 5 кПа.

В соответствии с ПУЭ помещение нефтенасосной относится к зоне класса В-Iа.