Методы расчета значений критериев пожарной опасности для горючих газов и паров

Выбор и обоснование расчетного варианта

12.1.1 Выбор расчетного варианта следует осуществлять с учетом вероятности реализации и последствий тех или иных аварийных ситуаций. В качестве расчетного для вычисления критериев пожарной опасности для горючих газов и паров следует принимать вариант аварии, для которого произведение вероятности реализации этого варианта Q_w и расчетного избыточного давления DР при сгорании газопаровоздушных смесей в случае реализации указанного варианта максимально, то есть:

G = Q_w × DР = mах                                                 (27)

Расчет величины G производится следующим образом:

рассматриваются различные варианты аварии и определяются из статистических данных или на основе ГОСТ 12.1.004 вероятности аварий со сгоранием газопаровоздушных смесей Q_wi для этих вариантов;

для каждого из рассматриваемых вариантов определяются по изложенной ниже методике значения расчетного избыточного давления DР_i;

вычисляются величины G_i = Q_wi × DР_i для каждого из рассматриваемых вариантов аварии, среди которых выбирается вариант с наибольшим значением G_i;

в качестве расчетного для определения критериев пожарной опасности принимается вариант, в котором величина G_i максимальна. При этом количество горючих газов и паров, вышедших в атмосферу, рассчитывается, исходя из рассматриваемого сценария аварии с учетом пунктами 12.1.3 – 12.1.8.

12.1.2 При невозможности реализации описанного выше метода в качестве расчетного следует выбирать наиболее неблагоприятный вариант аварии или период нормальной работы аппаратов, при котором в образовании горючих газопаровоздушных смесей участвует наибольшее количество газов и паров, наиболее опасных в отношении последствий сгорания этих смесей. В этом случае количество газов и паров, вышедших в атмосферу, рассчитывается в соответствии с пунктами 12.1.3 – 12.1.8.

12.1.3 Количество поступивших веществ, которые могут образовывать горючие газовоздушные или паровоздушные смеси, определяется, исходя из следующих предпосылок:

12.1.3.1 Происходит расчетная авария одного из аппаратов согласно пункта 12.1.1 или пункта 12.1.2 (в зависимости от того, какой из подходов к определению расчетного варианта аварии принят за основу);

12.1.3.2 Все содержимое аппарата поступает в окружающее пространство;

12.1.3.3 Происходит одновременно утечка веществ из трубопроводов, питающих аппарат по прямому и обратному потоку в течение времени, необходимого для отключения трубопроводов.

Расчетное время отключения трубопроводов определяется в каждом конкретном случае, исходя из реальной обстановки, и должно быть минимальным с учетом паспортных данных на запорные устройства, характера технологического процесса и вида расчетной аварии.

Расчетное время отключения трубопроводов следует принимать в соответствии с пунктом 4.2.3.

12.1.3.4 Происходит испарение с поверхности разлившейся жидкости; площадь испарения при разливе на горизонтальную поверхность определяется (при отсутствии справочных или иных экспериментальных данных), исходя из расчета, что 1 л смесей и растворов, содержащих 70 % и менее (по массе) растворителей, разливается на площади 0,10 м², а остальных жидкостей – на 0,15 м²;

12.1.3.5 Происходит также испарение жидкостей из емкостей, эксплуатируемых с открытым зеркалом жидкости, и со свежеокрашенных поверхностей;

12.1.3.6 Длительность испарения жидкости принимается равной времени ее полного испарения, но не более 3600 с.

12.1.4 Масса газа m, кг, поступившего в окружающее пространство при расчетной аварии, определяется по формуле:

m = (V_a+V_T) × р_г                                                      (28)

где: V_a – объем газа, вышедшего из аппарата, м³;

V_T – объем газа, вышедшего из трубопровода, м³;

 р_г – плотность газа, кг × м^-3.

При этом:

V_a = 0,01 × P₁× V,                                                    (29)

где: P₁ – давление в аппарате, кПа;

V – объем аппарата, м³.

V_T = V_1T + V_2T,                                                       (30)

где: V_1T – объем газа, вышедшего из трубопровода до его отключения, м³;

 V_2T – объем газа, вышедшего из трубопровода после его отключения, м³.

V_1T = q × Т,                                                         (31)

где q – расход газа, определяемый в соответствии с технологическим регламентом в зависимости от давления в трубопроводе, его диаметра, температуры газовой среды и других параметров, м³ × с^-1;

Т – время, определяемое по пункту 12.1.3, с.

V_2T = 0,01 × p × Р₂ × (r₁² L₁ + r₂² × L₂+….+r_n² × L_n),                         (32)

где: Р₂ – максимальное давление в трубопроводе по технологическому регламенту; кПа;

 r – внутренний радиус трубопроводов, м;

 L – длина трубопроводов от аварийного аппарата до задвижек, м.

12.1.5 Масса паров жидкости m, поступивших в окружающее пространство определяют из выражения:

m = W × F_и × T,                                                       (33)

где: W – интенсивность испарения, кг × с^-1 × м^-2;

 F_и – площадь испарения, м², определяемая в соответствии с пунктом 12.1.3 в зависимости от массы жидкости m_n, вышедшей в окружающее пространство;

 Т – продолжительность поступления паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей в окружающее пространство согласно пункту 12.1.3, с.

При необходимости учета массы паров перегретой жидкости, ее величину m_пер определяют по формуле (при Т_a>Т_кип):

m_пер=min 0,8m_п                                     (34)

где: m_п – масса вышедшей перегретой жидкости, кг;

С_р – удельная теплоемкость жидкости при температуре перегрева жидкости   T_a, Дж×кг^-1×K^-1 ;

Т_a – температура перегретой жидкости в соответствии с технологическим регламентом в технологическом аппарате или оборудовании, К;

Т_кип – нормальная температура кипения жидкости, К;

L_исп – удельная теплота испарения жидкости при температуре перегрева жидкости Т_a, Дж×кг^-1.

Если аварийная ситуация связана с возможным поступлением жидкости в распыленном состоянии, то она должна быть учтена введением дополнительного показателя, учитывающего общую массу поступившей жидкости от распыляющих устройств, исходя из продолжительности их работы.

12.1.6 Интенсивность испарения W определяется по справочным и экспериментальным данным. Для ненагретых ЛВЖ при отсутствии данных допускается рассчитывать W по формуле:

W=10^-6 ×  × Р_н ,                                                   (35)

где: М – молярная масса, г×моль^-1;

Р_н – давление насыщенного пара при расчетной температуре жидкости, определяемое по справочным данным в соответствии с пунктом 2.3, кПа.

12.1.7 Для сжиженных углеводородных газов (СУГ) при отсутствии данных допускается рассчитывать удельную массу испарившегося СУГ m_суг из пролива, кг×м^-2, по формуле:

m_суг= ,                    (36)

где: М – молярная масса СУГ, кг×кмоль^-1;

L_исп – мольная теплота испарения СУГ при начальной температуре СУГ Т_ж, Дж × моль^-1;

Т₀ – начальная температура материала, на поверхность которого разливается СУГ, К;

Т_ж – начальная температура СУГ, К;

l_тв – коэффициент теплопроводности материала, на поверхность которого разливается СУГ, Вт × м^-1 × К^-1;

 – коэффициент температуропроводности материала, на поверхность которого разливается СУГ, м² × с^-1;

С_тв – теплоемкость материала, на поверхность которого разливается СУГ, Дж × кг^-1 × К^-1;

r_тв – плотность материала, на поверхность которого разливается СУГ, кг × м^-3;

t – текущее время, с, принимаемое равным времени полного испарения СУГ, но не более 3600 с;

 число Рейнольдса;

U – скорость воздушного потока, м × с^-1;

 – характерный размер пролива СУГ, м;

n_в – кинематическая вязкость воздуха, м² × с^-1;

l_в – коэффициент теплопроводности воздуха, Вт × м^-1 × К^-1.

Формула (36) справедлива для СУГ с температурой Т_ж £ Т_кип. При температуре СУГ Т_ж > Т_кип дополнительно рассчитывается масса перегретых СУГ m_пер по формуле (34).

Расчет горизонтальных размеров зон, ограничивающих газо- и паровоздушные смеси с
концентрацией горючего выше НКПР, при аварийном поступлении горючих газов и паров ненагретых легковоспламеняющихся жидкостей в открытое пространство

 

12.1.8 Горизонтальные размеры зоны, м, ограничивающие область концентраций, превышающих нижний концентрационный предел распространения пламени (С_нкпр), вычисляют по формулам:

для ГГ:

R_нкпр = 14,5632 × ;                                    (37)

для паров ненагретых ЛВЖ:

R_нкпр=3,1501 ,                                  (38)

                                           (39)

где: m_г – масса поступивших в открытое пространство ГГ при аварийной ситуации, кг;

r_г – плотность ГГ при расчетной температуре и атмосферном давлении, кг × м^-3;

m_п – масса паров ЛВЖ, поступивших в открытое пространство за время полного испарения, но не более 3600 с, кг;

r_п – плотность паров ЛВЖ при расчетной температуре и атмосферном давлении, кг×м^-3;

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

К – коэффициент, принимаемый равным К = Т/3600 для ЛВЖ;

Т – продолжительность поступления паров ЛВЖ в открытое пространство, с;

С_нкпр – нижний концентрационный предел распространения пламени ГГ или паров ЛВЖ, % (об.);

М – молярная масса, кг × кмоль^-1;

V₀ – мольный объем, равный 22,413 м³×кмоль^-1;

t_р – расчетная температура, °С.

В качестве расчетной температуры следует принимать максимально возможную температуру воздуха в соответствующей климатической зоне или максимально возможную температуру воздуха по технологическому регламенту с учетом возможного изменения температуры в аварийной ситуации. Если такого значения расчетной температуры t_р по каким-либо причинам определить не удается, допускается принимать ее равной 61 °С.

12.1.9 За начало отсчета горизонтального размера зоны принимают внешние габаритные размеры аппаратов, установок, трубопроводов и т. п. Во всех случаях значение R_нкпр должно быть не менее 0,3 м для ГГ и ЛВЖ.

Расчет избыточного давления и импульса волны давления при сгорании смесей
горючих газов и паров с воздухом в открытом пространстве

 

12.1.10 Исходя из рассматриваемого сценария аварии, определяется масса m, кг, горючих газов и (или) паров, вышедших в атмосферу из технологического аппарата в соответствии с пунктами 12.1.3 – 12.1.7.

12.1.11 Величину избыточного давления DР, кПа, развиваемого при сгорании газопаровоздушных смесей, допускается определять по формуле:

DР = Р_о × (0,8m_пр^0,33/r + Зm_пр ^0,66/r² + 5m_пр/r³),                             (40)

где: Р_о – атмосферное давление, кПа (допускается принимать равным 101 кПа);

r – расстояние от геометрического центра газопаровоздушного облака, м;

m_пр – приведенная масса газа или пара, кг, вычисляется по формуле:

m_пр = (Q_сг/Q_о) × m × Z,                                                  (41)

где: Q_сг – удельная теплота сгорания газа или пара, Дж × кг^-1;

Z – коэффициент участия горючих газов и паров в горении, который допускается принимать равным 0,1; Q_о - константа, равная 4,52 × 10⁶ Дж × кг^-1;

m – масса горючих газов и (или) паров, поступивших в результате аварии в окружающее пространство, кг.

12.1.12 Величину импульса волны давления i, Па × с, вычисляют по формуле:

i = 123 × m_пр^0,66/r.                                                       (42)

⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒

Поделиться: