Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Выберите тип работыЧасть дипломаДипломная работаКурсовая работаКонтрольная работаРешение задачРефератНаучно - исследовательская работаОтчет по практикеОтветы на билетыТест/экзамен onlineМонографияЭссеДокладКомпьютерный набор текстаКомпьютерный чертежРецензияПереводРепетиторБизнес-планКонспектыПроверка качестваЭкзамен на сайтеАспирантский рефератМагистерская работаНаучная статьяНаучный трудТехническая редакция текстаЧертеж от рукиДиаграммы, таблицыПрезентация к защитеТезисный планРечь к дипломуДоработка заказа клиентаОтзыв на дипломПубликация статьи в ВАКПубликация статьи в ScopusДипломная работа MBAПовышение оригинальностиКопирайтингДругое

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

взрывопожарной опасности в системах газоснабжения

сжиженными углеводородными газами

 

4.1 Определение приведенной массы паров, участвующих

во взрыве и количество взрывоопасной газовоздушной смеси

 

4.1.1 Аварийные ситуации на объектах хранения и перераспределения сжиженных углеводородных газов (СУГ) оказывают большее воздействие на окружающую среду, чем аварии на элементах газоснабжения природным газом. Это объясняется физико-химическими и взрывопожароопасными свойствами СУГ : малыми значениями концентрационных пределов воспламенения (1,8 - 9,5% по объему); минимальной энергией воспламенения (0,25 - 0,26 МДж); плотностью (2 - 2,7 кг/м³) и другими показателями.

Физико-химические и взрывопожароопасные свойства углеводородных газов представлены в таблице 4.1.

4.1.2 В данном разделе по результатам анализа исследований крупномасштабных промышленных аварий и экспериментальных взрывов парогазовых сред, а также по официальным рекомендациям [17, 18, 19, 20] для определения зоны загазованности и горизонтальных размеров взрывоопасной зоны приняты следующие условия и допущения: в расчетах принимаются общие приведенные массы парогазовых сред и соответствующие им энергетические потенциалы, полученные при количественной оценке взрывоопасности.

Приведенная масса паров m_пр, кг, (паровой фазы (СУГ), природного газа) участвующих во взрыве, вычисляется по формуле

                                        ,                                      (4.1)

где Q_сг - удельная теплота сгорания газа, Дж/кг;

Q_о- константа, равная 4,52 × 10⁶ Дж/кг. За константу принята

  теплота взрыва типового взрывчатого вещества - тринитро-

  толуола (ТНТ) равная 4,52 ×10⁶ Дж/кг, так называемый троти-

  ловый эквивалент.

m - масса горючих газов, поступивших в результате аварии в окру-

  жающее пространство, кг;

Z - коэффициент участия (доля) горючих газов и паров во взрыве.

В общем случае для неорганизованных парогазовых облаков в незамкнутом пространстве с большой массой горючих веществ доля участия во взрыве Z=0,1. Для помещений, зданий, сооружений и других замкнутых объемов Z=0,5.

Таблица 4.1 - Физико-химические и взрывопожароопасные свойства углеводородных газов.

 

Углеводород-ный газ	М, кг/кМоль	Q, МДж/кг	Qпгс, МДж/кг	КПВ, % (об.)				Сстех, % (об.)		Сстех НКПВ		Wг стех с воздухом		rг, кг/м3			rж, кг/м3	Vи, м3 /кг			V¢и, м3/л	Vпф Vжф
			с воздухом	НКПВ		ВКПВ
Метан, СH4	16.0	50.00	2.640	5.0		16.0		9.09		1.82		0.527		0.7166			416	-			-	580
Пропан, C3H8	44.1	46.40	2.558	2.1		9.5		3.85		1.87		0.335		2.01			585	0.51			0.269	290
н-Бутан, C4H10	58.1	45.80	2.650	1.8		9.1		2.99		1.83		0.486		2.672			600	0.386			0.235	222
Продолжение таблицы 4.1
	rпгс,кг/м3				qv, МДж/м3
Углеводород-ный газ	НКПВ с воздухом	стехном. с воздухом	ВКПВ с воздухом		НКПВ с воздухом		стехном. с воздухом		ВКПВ с воздухом		Р макс, МПа		qv Р макс		V, м/с	m, МДж
Метан, СH4	1.266	1.241	1.207		1.795		3.246		3.08		0.72		4.5		0.338	0.28
Пропан, C3H8	1.308	1.320	1.359		1.958		3.505		3.376		0.86		4.08		0.455	0.26
н-Бутан, C4H10	1.318	1.335	1.413		2.196		3.540		3.413		0.86		4.12		0.379	0.25

Примечание: М - молекулярная масса вещества;

Q - удельная теплота сгорания газа;

Q_пгс - удельная теплота сгорания в смеси с воздухом;

КПВ - концентрационные пределы воспламенения газа в смесях с воздухом;

НКПВ - нижний концентрационный предел воспламенения;

ВКПВ - верхний концентрационный предел воспламенения;

С_стех - стехеометрическая концентрация газа в газовоздушной смеси стехеометрического состава;

W_{г стех.} - тротиловый эквивалент смеси газа с воздухом стехеометрического состава (кг ТНТ на 1 кг газовой меси);

r_г - плотность газа в нормальных условиях;

r_ж - плотность жидкой фазы при температуре кипения;

V_и- объем паров при испарении 1 кг СУГ при нормальных условиях;

V¢_и - объем паров при испарении 1 л СУГ при нормальных условиях;

V_пф - отнощение объема паровой фазы к объему жидкой фазы при температуре кипения;

V_жф

r_пгс - плотность парогазовой смеси с воздухом;

q_v - удельная объемная плотность энерговыделения для смесей с воздухом, соответствующего состава;

Р_макс - максимальное давление взрыва газовоздушной смеси;

V - стандартизированная нормальная скорость горения газа в смеси;

     m - минимальная стандартная энергия зажигания газа в смеси.

 

4.1.3 Выбор расчетного варианта следует осуществлять с учетом вероятности реализации тех или иных аварийных ситуаций.

В качестве расчетного выбирается наиболее неблагоприятный в отношении последствий загазованности окружающей среды, взрывопожарной и пожарной опасности вариант, при котором в аварии участвует наибольшее количество сжиженных или природных газов.

4.1.4 Количество взрывоопасной газовоздушной смеси (ГВС) образующейся при выбросах (утечках) определяется, исходя из следующих предпосылок :

а) происходит расчетная проектная или запроектная (умышленная) авария с разгерметизацией одного или нескольких элементов системы газоснабжения;

б) происходит выброс (утечка) из емкостей, трубопроводов, арматуры газ поступает в окружающее пространство;

в) происходит испарение с поверхности разлившейся жидкой фазы СУГ;

г) длительность испарения жидкой фазы принимается равной времени ее полного испарения и зависит от компонентного состава СУГ, массы и площади разлива, температуры окружающей среды, рельефа местности, скорости ветра и т.д.

д) расчетное время отключения поврежденных элементов определяется в каждом конкретном случае исходя из реальной обстановки, возможно и неконтролируемое истечение газа до полного его выхода или разрушения аварийного элемента.

 

4.2 Определение зоны загазованности и горизонтальных размеров взрывоопасной зоны.

 

Горизонтальные размеры взрывоопасной зоны, ограничивающие область концентраций, превышающих нижний концентрационный предел воспламенения (НКПВ), R_{НК ПВ} , м, определяется по формуле

 

                                  ,               (4.2)

 

где m - масса поступившего в открытое пространство при аварийной

         ситуации, кг;

r_г - плотность СУГ при расчетной температуре и атмосферном

  давлении, кг/м³;

С_нкпв - нижний концентрационный предел воспламенения, %(об);

 

F_{ВЗ нкпв}- площадь взрывоопасной зоны, м², определяется по формуле

                                   F_{ВЗ нкпв}= p × R²_нкпв ,                                        (4.3)

Пример.

В результате дорожно-транспортного происшествия разгерме-тизирован резервуар автоцистерны емкостью 8 м³. Разлив СУГ испарился. Требуется определить горизонтальные размеры взрывоопасной зоны, ограничивающие область концентраций, превышающих НКПВ.

Исходные данные:

Полезная емкость резервуаров, 6,64 м³;

резервуар был заполнен на 85%;

компонентный состав СУГ : 50% пропана и 50% бутана;

r_проп= 585 кг/м³; r_бут=600 кг/м³; r^г_проп= 2,01 кг/м³; r^г_бут= 2,672 кг/м³

С_{нкпв проп}=2,1% ; С_{нкпв бут}=1,8% ;

Решение:

 

                               585+600

               m =6,64 × ________= 3934 кг

                                      2

      2,01+2,672

r^г_см = ____________ = 2,341 кг/м³

            2

          2,1+1,8

С^г_нкпв= _________ = 1,95 %

                2

По формуле (4.2) определяется R_нкпв

 м

Площадь загазованной зоны составит при этом:

F_ВЗ=3,14 × 138² =59798,16 м²

При тех же условиях для резервуаров емкостью 10, 25, 50, 100 и 200 м³ выполнены аналогичные расчеты. Полученные данные сведены в таблицу 4.2 .

Таблица 4.2

V рез, м3	mz, кг	НКПВ, %	R, м	FВЗ,м2
8	3950		140	59800
10	4920		150	69700
25	12300	1,95	200	128130
50	24600		260	203400
100	49200		320	323550
200	98400		410	512500

Сжиженные углеводородные газы при их неорганизованных аварийных выбросах образуют облака дискообразной, часто вытянутой формы над поверхностью земли. Конфигурация и направленность движения облака многообразны, зависит от множества факторов (массы выброса, температуры, рельефа местности, движения воздуха и т.д.) и не всегда предсказуема.

 

4.3 Расчет массы паровой фазы испарившейся при разрушении емкости с сжиженным газом

 

4.3.1 Масса паров (паровой фазы) сжиженного газа, поступивших в окружающую среду при разгерметизации элементов системы газоснабжения с разливом жидкой фазы, зависит от объема и площади разлива, состава газа, температуры окружающей среды (воздуха, поверхности разлива), скорости воздушного потока, времени испарения.

 

4.3.2 Масса паровой фазы СУГ m, кг,определяется по формуле

 

                               ,                                    (4.3)

 

где m_суг - удельная масса испарившегося газа, кг/м³;

  F_и - площадь испарения, м², определяемая площадью разлива.

  t - время, с.

 

, (4.4)

 

где М - молярная масса СУГ, кг/моль;

L_исп  - мольная теплота испарения СУГ при начальной температуре СУГ Т_ж , Дж/моль;

Т_о - 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×К);

а - коэффициент температуропроводности материала, на поверхность которого разливается СУГ, м²/с;

t - текущее время, с, принимаемое равным времени полного испаренияя СУГ, но не более 3600 с;

 

 

    U × d

Re= ______ - число Рейнольдса;

       n_в

U - скорость воздушного потока, м/с;

d - характерный размер пролива СУГ, м;

n_в - кинематическая вязкость воздуха, м²/с.

В реальных аварийных условиях определение массы (объема) паровой фазы из-за множества входящих и меняющихся по времени исходных данных по формуле (4.4) затруднительно.

Поэтому для приближенного подсчета объема паровой фазы следует воспользоваться данными таблицы 4.1.

Пример.

Разрушен 50-литровый баллон с сжиженным газом. Жидкая фаза разлилась по поверхности. Состав жидкой фазы: 50% пропана и 50% бутана. Масса жидкой фазы 21 кг.

Решение.

По данным таблицы 4.1 определим массу и объем испарившейся жидкой фазы СУГ

м³

m_р = 9,4 ×2,34 = 22 кг