Обоснование и расчет системы аварийного слива нефти из помещения нефтенасосной

Аварийный слив горючей жидкости из технологических аппаратов и трубопроводов, или из помещений, оказавшихся в опасной зоне, является одним из способов предотвращения развития пожара и недопущения превращения его в крупный пожар.

Учёт произведенных в разделе 4.1. расчетов и того, что в помещении нефтенасосной в технологическом процессе перекачивается легковоспламеняющаяся жидкость – нефть, поступление которой в зону пожара может усложнять обстановку, так как насосные агрегаты имеют большую производительность, дает основание сделать вывод о том, что нефтенасосную необходимо оборудовать системой аварийного слива нефти. Слив нефти следует предусмотреть (осуществлять) самотеком в аварийный резервуар, расположенный за пределами здания насосной.

В случае аварии, как показали расчеты в разделе 4.1., в помещение нефтенасосной может поступить большое количество нефти. Это количество нефти при разливе может занять большую площадь, создать угрозу возникновения и распространения пожара внутри помещения нефтенасосной.

В этом случае угроза возникновения пожара внутри помещения будет сохраняться длительное время, так как время полного испарения разлившейся нефти на площади пола насосного зала будет составлять 15534 с. Для удаления нефти из помещения без устройства аварийного слива потребуется значительное количество времени. Если при разрыве напорного патрубка трубопровода насосного агрегата произойдет пожар, то поступление большого количества нефти в зону горения резко осложнит обстановку. Развитие пожара будет зависеть от характеристики нефти, как ЛВЖ, а именно: нефть имеет температуру пламени – 1100°С, скорость выгорания нефти составляет V_выг = 9-12 см/ч.

Определяем свободную площадь насосного зала:

F_св = k · F_пом, м² (4.3.1)

где k = 0.8 – коэффициент свободной площади, принимаем;

F_пом = 408 м²

Отсюда: F_св = 0.8 · 408= 326,4 м²

Определяем высоту слоя нефти, разлившейся при аварии в помещении насосной:

h_н = V_н/ F_св = 9,3/326,4 = 2,8 см

Высоту порога (пандуса) принимаем равной 15 см, тогда разлившаяся нефть при расчетной аварии не выйдет за пределы помещения насосной.

Определяем время выгорания разлившейся при аварии нефти:

t_выг. = h_н / V_выг., ч (4.3.2)

где: h_н = 2,8 см; _Vвыг.= 12 см/ч,

отсюда: t_выг = 2,8/12 = 0,23 часа

Так как огнестойкость незащищенных металлических конструкций здания нефтенасосной принимаем 20 минут, то за t_выг= 0,23 часа не должно произойти их обрушение, однако от теплового воздействия может выйти из строя технологическое оборудование.

Из вышеизложенного видно, что в нефтенасосной необходимо предусмотреть систему аварийного слива нефти.

Для этого в помещении нефтенасосной со стороны насосов вдоль стены на площади пола нужно выполнить бетонный лоток для стока нефти при аварии насоса или трубопровода с уклоном в сторону проектируемого аварийного резервуара, который предлагается установить на минимальном расстоянии за пределами здания насосной, под землей, с дыхательной системой, защищенной огнепреградителем, а с целью откачки и быстрого высвобождения аварийной емкости, соединить ее через насосную системы откачки утечек с резервуаром сбора.

Подземный трубопровод - следует проложить также с односторонним уклоном в направлении аварийной емкости, по возможности прямолинейно, без каких либо задвижек (установка задвижек не допускается, с гидравлическим затвором, который защищает линию аварийного слива от распространения пламени при пожаре в нефтенасосной или аварийном резервуаре.

Расчет системы аварийного слива производим с целью определения фактической продолжительности эвакуации нефти из опасной зоны (помещения насосной) – τ_сл, сравнивая ее с допустимой (нормативной) продолжительностью аварийного режима - [τ_сл], которую в большинстве случаев принимают - [τ_сл] ≤900 сек., а также определения диаметра аварийного трубопровода и объема аварийной емкости.

В качестве определяющего фактора принимаем возможность деформации незащищенных металлических конструкций здания насосной, технологических агрегатов и коммуникаций насосного зала. В этом случае допустимая продолжительность аварийного слива [τ_сл] может быть принята равной 20 минутам.

Определяем фактическую продолжительность аварийного слива из помещения нефтенасосной по формуле 4.3.3:

τ_сл = τ_опор + τ_оп ≤ [τ_сл], с

где τ_опор - продолжительность опорожнения помещения нефтенасосной от нефти, с τ_оп ≈ 0 - продолжительность операции по приведению системы аварийного слива нефтенасосной в действие.

Рис. 4.3 Схема аварийного слива нефти из помещения нефтенасосной

1 – нефтенасосная с разлившейся на полу нефтью; 2- бетонный сливной лоток; 3 – приямок для сбора разлившейся нефти; 4 – трубопровод аварийного слива нефти; 5 – гидрозатвор; 6 – аварийный подземный резервуар; 7 – дыхательная линия; 8 – огнепреградитель исходя из огнестойкости незащищенных металлических конструкций здания нефтенасосной.

Тогда: τ_сл = τ_опор ≤ 20 минут

Для дальнейших расчетов принимаем τ_опор=10 мин, исходя из вышеуказанной (с учетом запаса надежности) огнестойкости незащищенных металлических конструкций нефтенасосной, экономической целесообразности и расчетного времени тушения пожара проектируемой системой автоматического пенного тушения 10 мин .

Определяем диаметр аварийного трубопровода по формуле:

, м (4.3.4)

где V_ж = 6,6 м³ – объем разлившейся нефти (сливаемой);

τ_опор = 10 мин = 600 с – время опорожнения (слива) разлившейся нефти из помещения нефтенасосной;

H₁ и Н₂ – соответственно максимальный и минимальный уровни нефти в помещении нефтенасосной, считая от выходного сечения аварийного трубопровода на входе в аварийную систему;

Н₂ - принимаем равным 1,9 м;

тогда с учетом высоты слоя разлившейся нефти, h_н = 0,03 м

Н₁ = Н₂ + h_н = 1,94 + 0,03 = 1,97 м,

φ_сист – коэффициент расхода системы аварийного слива; определяем по формуле:

(4.3.5)

где - суммарный коэффициент местных сопротивлений системы аварийного слива, определяем по формуле;

, (4.3.6)

где - соответственно коэффициенты местных сопротивлений на входе, гидрозатворе, поворотах, выходе, задвижке.

Аварийный трубопровод имеет вход с плавными закруглениями, гидравлический затвор, два плавных поворота под углом (R = 5d_тр).

Отсюда величины коэффициентов местных сопротивлений равны:

ξ_вх = 0.5; ξ_г = 1.3; ξ_п = 0.5; ξ_вых = 0.5; ξ_з = 0.5;

_сист= 0.5 + 1.3 + 0.5 + 0.5 = 3.2

Тогда, коэффициент расхода системы равен:

Определяем объем аварийной емкости по формуле:

V_а = V_ж/е, м³ (4.3.7)

где V_ж = 6,6 м³ - объем сливаемой нефти;

е = 0.9 для ЛВЖ - степень заполнения аварийной емкости нефтью,

Отсюда: V_а = 6,6 / 0,9 = 7,4 м³

При этом диаметр аварийного трубопровода:

Для аварийного трубопровода принимаем стандартный трубопровод диаметром 90 мм.

Принимаем горизонтальный подземный резервуар номинальным объемом 10 м³ для аварийного слива нефти из здания нефтенасосной.

Опасность аварийных утечек веществ можно снизить быстрым
отключением поврежденных участков (аппаратов, трубопроводов) или устройством соответствующих преград для легковоспламеняющихся горючих жидкостей.

Для ограничения свободного растекания горючей жидкости при повреждениях и авариях аппаратов и трубопроводов устраивают обвалования (в резервуарных парках), стены, бортики, пороги (пандусы), лотки и т.п. (в производственных помещениях и на территории объекта).

Если производственное помещение имеет значительную площадь и на ней сравнительно равномерно размещено большое количество аппаратов с огнеопасными жидкостями, то разделение всей производственной площади бортиками на противопожарные отсеки ограничивает разлив жидкости и размер возможной площади горения.

Принимаем помещение нефтенасосной, где перекачивается легковоспламеняющаяся жидкость - нефть, в целом за противопожарный отсек. Для того, чтобы разлившаяся в данном отсеке при аварии нефть не попала через дверные проемы на прилегающую территорию, в дверных проемах здания магистральной нефтенасосной предусматриваем пандусы нормативной высотой 10 см.