Проектирование автомобильной газозаправочной станции сжиженным газом пропан-бутан (стр. 5 из 16)
Большинство крупных аварий обусловлено воспламенением газовоздушной смеси, образующейся при утечке сжиженного газа. Если она длится продолжительное время, то создается бассейн испарения сжиженного газа, который может быть причиной взрыва и большого пожара.
Фаза выхода аварии за промышленное предприятие
В современных условиях высокой концентрации объектов, близкого соседства различных зданий и сооружений разрушительное действие аварии при выходе за территорию объекта вовлекает дополнительные опасности для других объектов в ходе процесса и увеличивает масштаб катастрофы. Если же при этом затрагивается население, то авария становится событием социальным и политическим.
Понимание специфики аварий, знание их особенностей и закономерностей позволяют выявить существо возникающих проблем. Для современного состояния проблемы взрыве- и пожаробезопасности характерна ограниченность знаний как в области дефектов и отклонений, накапливаемых под действием технологических нагрузок и способных вызвать аварийную ситуацию, так и в области их поведения под действием воздушных ударных волн, теплового излучения и других поражающих факторов, появляющихся в условиях аварий.
Для обеспечения безопасности необходимо выявление качественных и количественных закономерностей при исследовании взрыво- и пожароопасное™ технологии хранения СУГ.
На рисунке 1 представлены возможные варианты развития взрыво- и пожароопасных ситуаций.
2.1 Пожароопасные свойства сжиженных углеводородных газов
Сжиженные углеводородные газы получают из нефти или природного газа. Они обладают высокой плотностью паров, примерно в 1,5-2 раза превышающей плотность воздуха. Низкая температура кипения (пропан: Ткип = -42,06°С, бутан: Ткип = -0,5°С) не позволяет газам в нормальных условиях находиться в жидком состоянии, и они быстро испаряются.
Сжиженные газы обладают высоким коэффициентом объемного расширения, например, в 3,5 раза больше чем у керосина, поэтому при нагревании возможно быстрое повышение давления внутри резервуара и его разрыв. Вследствии высокой плотности и значительной диффузии газы стелятся по земле и могут в безветренную погоду в открытом пространстве локальные взрывоопасные концентрации. Большая скорость испарения СУГ и низкие концентрационные пределы распространения пламени (пропан: НКПР = 2,3%, ВКПР = 9,4%, бутан: НКПР=1,8%, ВКПР = 9,1%) обуславливают быстрый рост взрывоопасных концентраций в значительных объемах. Так, из одного литра бутана при t = -4°С с площади 1 м2 может образоваться взрывоопасная концентрация в течение 1,5 мин в объеме до 13 м2.
Основными компонентами автомобильного газового топлива являются пропан и бутан. Они обладают способностью растворять жир, масло, краску, разрушать резину. Поэтому уплотнения в магистралях низкого давления выполнены из бензо- и маслостойкой резины или синтетических материалов. На автомобильные газозаправочные станции поставляют летнюю и зимнюю смеси газов с различным содержанием пропана и бутана. В летний период 50±10% пропана, в зимний период 90±10%. Уменьшение количества пропана и увеличение бутана в летний период необходимо для ограничения роста давления в емкостях при положительных температурах окружающей среды. И, наоборот, в зимней смеси пропана больше чем бутана для сохранения необходимого давления и надежной работы технологической системы.
2.2 Анализ возможных причин разгерметизации технологической системы
Необходимым условием обеспечения эффективной и безопасной эксплуатации технологического оборудования является его прочность, под которой понимают способность конструкции воспринимать усилия рабочих нагрузок, не разрушаясь и не образуя пластических деформаций сверх установленных величин.
Наблюдаемые на практике повреждения технологического оборудования происходят:
· в результате недостатков конструктивного характера (неправильный расчет, неудачный выбор материала) и дефектов изготовления (скрытые внутренние дефекты материала, некачественная подгонка и сварка);
· нарушения принятых режимов работы;
· отсутствие или неисправность средств защиты от перегрузок;
· некачественного технического обслуживания и ремонта.
Возможны следующие основные комбинации нарушений, в результате которых возникают повреждения технологического оборудования:
· превышение расчетных нагрузок при сохранении расчетной прочности оборудования;
· снижение расчетной прочности оборудования при сохранении расчетных нагрузок;
· одновременное нарушение расчетных нагрузок и расчетной прочности.
Причины повреждений технологического оборудования принято классифицировать следующим образом:
· повреждение в результате механических воздействий;
· повреждение в результате температурных воздействий;
· повреждение в результате химических воздействий.
2.2.1 Разгерметизация в результате механических воздействий
Под механическими воздействиями обычно понимают такие воздействия, которые возникают в результате превышения расчетных нагрузок на оборудовании при сохранении его расчетной прочности. Наиболее характерным механическим воздействием является чрезмерное внутреннее давление, возникающее в аппарате при переполнении его СУГ. Такое явление может иметь место:
· при нарушении технологического режима;
· внешнее воздействие;
· при неисправности контрольно-измерительных приборов и защит ной автоматики.
2.2.2 Разгерметизация в результате температурных воздействий
Повреждение технологического оборудования может произойти в результате:
· образования не предусмотренных расчетом температурных перенапряжений в материале стенок резервуара и трубопроводов;
· ухудшений механических характеристик материалов при низких или высоких температурах.
2.2.3 Разгерметизация в результате химических воздействий
Обращающаяся в технологическом процессе вещества (СУГ) и окружающая среда вступают в химическое взаимодействие с материалами, из которых изготовлено технологическое оборудование, вызывая его разрушение (коррозию). Разрушающему действию коррозии наиболее подвержены слабые места оборудования:
· швы;
· разъемные соединения;
· прокладки;
· места изгибов и поворотов труб.
2.3 Расчет площади розлива сжиженных углеводородных газов в случае полной разгерметизации технологической системы
2.3.1 Определение показателей, характеризующих
пожарную опасность аварийного розлива СУГ
Основными показателями, характеризующими пожарную опасность аварийного разлива СУГ, являются: площадь или зона разлива; коэффициент разлива, радиус зоны разлива; толщина слоя разлившейся жидкости.
Установлено, что площадь разлива жидкости Fж по поверхности твердых тел прямо пропорциональна объему разлившейся жидкости Vж:
Fж = ƒ Vж.
Коэффициент пропорциональности f в уравнении назван коэффициентом разлива жидкости. В СИ коэффициент разлива выражается в м2/м3 или м-1 и показывает значение площади разлива единицы объема данной жидкости.
Остальные показатели пожарной опасности аварийного разлива пожароопасной жидкости можно определить исходя из площади разлива.
Площадь разлива жидкости характеризуют диаметром или радиусом круга, эквивалентного (по площади) разлившейся жидкости. Такой параметр можно найти, приняв площадь разлива к площади круга и вычислив из этого равенства радиус.
Кроме того, важна толщина слоя разлившейся жидкости δж, которую определяют по формуле:
δж = 1/ƒ.
Значение коэффициента разлива пожароопасной жидкости определяется в соответствии с НПБ 107-97 «Определение категорий наружных установок по пожарной опасности», а именно:
f=150, если содержание (по массе) растворителей составляет >70%;f=100, если содержание (по массе) растворителей составляет ≤70%.
Fж=150·17,5=2625 м2.
При крупномасштабных авариях, например, связанных с полным разрушением наземных вертикальных стальных резервуаров («Рекомендации по обеспечению пожарной безопасности объектов нефтепродуктообеспечения, расположенных на селитебной территории»), коэффициент разлива или вернее уже затопления определяют исходя из расположения наземного резервуара на местности:
 |
f=12 – при расположении на возвышенности;
f=5 – при расположении на поверхности, имеющей уклон, благоприятствующий разливу жидкости, но не более 1%.
Приведенную форму разлива жидкости при расположении резервуара в низине или на ровной поверхности (с уклоном до 1%) – в виде круга с радиусом:
Rж=
; 
Допускается определять показатели, характеризующие пожарную опасность разлива пожароопасных жидкостей, по материалам реальных аварий при адекватности анализируемых ситуаций или в лабораторных условиях.