Прогнозирование, предупреждение и ликвидация чрезвычайных ситуаций на Туймазинском газоперерабатывающем заводе (стр. 9 из 35)
В нефтегазовом комплексе используется и перерабатывается большое количество горючих и взрывоопасных материалов. Для повышения безопасности технологических процессов необходима правильная оценка взрыво- и пожароопасности этих процессов и выполнение ряда мероприятий, направленных на более рациональное проектирование и безопасную эксплуатацию.
Участок переработки газа относится к взрывопожароопасным производствам категории «А». Производства, относящиеся к данной категории, связаны с применением или получением горючих газов, нижний предел воспламенения которых составляет 10 % и менее по отношению к объему воздуха, жидкостей с температурой вспышки паров до 28 градусов при условии, что указанные газы и пары могут образовывать взрывоопасные смеси.
Основными факторами, определяющими опасность участка, являются:
а) наличие и применение в больших количествах сжиженных и газообразных углеводородов.
б) применение открытого огня в печах для нагрева теплоносителя и абсорбента.
в) ведение процесса при сравнительно высоких давлениях (до 1,6 МПа) и высоких температурах (до 250º С).
г) применение тока высокого напряжения для электродвигателей.
д) возможность образования зарядов статического электричества при движении газов и жидкостей по аппаратам и трубопроводам [3].
Пожаровзрывоопасность газофракционирующей установки обусловлена физико-химическими свойствами перерабатываемых веществ и получаемых продуктов. Сильная зависимость параметров газа от температуры является основным источником опасностей в газовом хозяйстве (Таблица 3.1).
Таблица 3.1 - Зависимость некоторых параметров углеводородов от температуры
| Т°С | Пропан | ||
| Рабс, МПа | rж, кг/м3 | rn, кг/м3 | |
| -60 | 0,04 | 606 | 1,11 |
| -55 | 0.05 | 598 | 1.36 |
| -50 | 0,06 | 593 | 1,81 |
| -45 | 0,09 | 587 | 2.07 |
| -40 | 0,11 | 581 | 2.61 |
| -35 | 0.14 | 575 | 3.25 |
| -30 | 0.17 | 565 | 3,87 |
| -25 | 0.20 | 559 | 4.62 |
| -20 | 0.24 | 553 | 5,48 |
| -15 | 0.29 | 548 | 6.40 |
| -10 | 0,34 | 542 | 7.57 |
| -5 | 0,41 | 535 | 9.05 |
| 0 | 0.47 | 528 | 10,37 |
| 5 | 0,55 | 521 | 11,90 |
| 10 | 0.63 | 514 | 13.60 |
| 15 | 0.73 | 507 | 15,51 |
| 20 | 0.83 | 499 | 17.74 |
| 25 | 0.95 | 490 | 20.15 |
| 30 | 1.07 | 483 | 22.80 |
| 35 | 1.21 | 474 | 25,30 |
| 40 | 1.37 | 464 | 28.60 |
| 45 | 1.53 | 451 | 34,50 |
| 50 | 1,70 | 446 | 36,80 |
| 55 | 1.89 | 437 | 40.22 |
| 60 | 2,10 | 434 | 44,60 |
Сжиженные углеводородные газы, находящиеся под сверхатмосферным давлением при температуре выше или равной температуре окружающей среды в сосудах, резервуарах и другом технологическом оборудовании, являются перегретыми жидкостями. Сжиженный пропан относится к веществам с критической температурой выше, а точкой кипения ниже чем в окружающей среде. Его особенностью является "мгновенное" (очень быстрое) испарение части жидкости при разгерметизации и охлаждение оставшейся доли до точки кипения при атмосферном давлении. Аварийное вскрытие емкостей с негорючей или горючей перегретыми жидкостями сопровождается взрывом и опасным действием осколков [13]. Основные физико-химические свойства пропана, обуславливающие его пожаровзрывоопасность, приведены в таблице 3.2:
Таблица 3.2 - Характеристика пропана
| Параметры | Пропан |
| Химическая формула | С3Н8 |
| Молекулярная масса | 44 |
| Плотность жидкой фазы при температуре 0° С и давлении 101,3 кПа, кг/м3 | 528 |
| Температура кипения при атмосферном давлении, 0С | -42,17 |
| Теплота сгорания в газообразном состоянии, МДж/м3 | 85 |
| Температура самовоспламенения, 0С | 466 |
| Пределы воспламеняемости в смеси с воздухом при нормальных атмосферных условиях, % объема: | |
| Нижний | 2,4 |
| Верхний | 9,5 |
Анализ свойств перерабатываемых веществ на производстве, причин аварий и неполадок на газофракционирующей установке, а также на аналогичных объектах показал, что самым неблагоприятным сценарием аварии является мгновенная разгерметизация резервуара или емкости, выброс углеводородных смесей с формированием парогазового облака, с последующим его загоранием и взрывом, а также образование пожара пролива.
3.2 Описание расчетного сценария аварии
Отключение подачи воды оборотного цикла привело к прекращению конденсации паров продукта в холодильниках, вследствие чего повысилось давление внутри емкости орошения с пропаном, которая была подвергнута коррозионному износу, вследствие отказа предохранительного клапана произошла разгерметизация емкости по сварному шву, жидкая фаза продукта вылилась на подстилающую поверхность, мгновенно испарившийся пропан образовал газовоздушную смесь. Произошел взрыв от искры созданной падающими конструкциями разрушенного резервуара и пожар пролива.
Авария произошла летом, месяц - июль, в 15.30, смена находится на рабочих местах и воздействию опасных факторов подвержено максимальное количество людей, скорость ветра – 1 м/с, температура воздуха - 20ºС. Происходит взрыв образовавшегося облака взрывоопасной смеси и пожар пролива. Объем емкости Vе= 16 м3, степень заполнения емкости 80%, давление в емкости p=1,6 МПа, температура в емкости 50ºС, плотность пропана при давлении 1,6 МПа и температуре 50ºС ρе=450 кг/м3.Масса пропана, находящегося в емкости m=0,8· Vе· ρе= 0,8·16·450 = 5760 кг
Будем считать, что при мгновенной разгерметизации емкости с пропаном, вся масса пропана выйдет в окружающее пространство, при этом часть пропана мгновенно испарится, а другая часть выльется на подстилающую поверхность.
По графику (рисунок 3.1) определяем долю мгновенно испарившегося пропана:
a0,6
0,5 
0,403
0,2
0,1-100 -50 0 50 100 t вещества., 0С
a - доля мгновенно испарившейся жидкости
Рисунок 3.1 - Доля мгновенно испарившейся жидкости для пропана при мгновенной разгерметизации оборудования
При 50 ºС доля мгновенно испарившегося пропана будет составлять 0,4 от общей массы пропана. Так как происходит мгновенное воспламенение, именно эта часть будет участвовать в образовании взрыва или огненного шара, остальная часть образует пожар пролива.
Таким образом, во взрыве примет участие 2304 кг пропана, а в пожаре пролива 3456 кг.
3.3 Расчет показателей пожаровзрывоопасности газофракционирующей установки
Методика расчета критериев пожарной опасности при сгорании взрывоопасной пыли определена в ГОСТ Р 12.3.047-98 «Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля», а также НПБ 105-03 «Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности».
3.3.1 Расчет параметров волны давления
Избыточное давление Dp, кПа, развиваемое при сгорании газопаровоздушных смесей, рассчитывают по формуле:
, (3.1)где р0 — атмосферное давление, кПа (допускается принимать равным 101 кПа);
r- расстояние от геометрического центра газопаровоздушного облака, м;
mпp - приведенная масса газа или пара, кг, рассчитанная по формуле:
mпр = (Qсг / Q0)mг,п Z, (3.2)
где Qсг — удельная теплота сгорания газа или пара, Дж/кг;
Z— коэффициент участия, который допускается принимать равным 0,1;
Q0— константа, равная 4,52 · 106 Дж/кг;
mг,п — масса горючих газов и (или) паров, поступивших в результате аварии в окружающее пространство, кг.
Импульс волны давления i, Па · с, рассчитывают по формуле
, (3.3)Расчет:
Удельная теплота сгорания пропана 4,6 · 107 Дж/кг [25].
Находим приведенную массу mпр по формуле (3.3.2):
mпр = (Qсг / Q0)mг,п Z = (4,6 · 107/4,52 · 106) · 2304· 0,1 = 2344 кг.
Находим избыточное давление Dp на расстоянии 30 м по формуле (3.1)
Dp = 101·[0,8 ·23440,33 / 30 + 3 ·2344 0,66 / 302 + + 5·2344 /303] = 135 кПа.
Находим импульс волны давления i по формуле (3.3):
i = 123 · (2344)0,66 / 30 = 687 Па · с.
Зависимость избыточного давления на фронте ударной волны и импульса волны давления от расстояния до центра взрыва представлена в таблице 3.3, и в соответствии с ГОСТ Р 12.3.047-98 выделяются следующие зоны разрушений:
Таблица 3.3 - Степень разрушения зданий при воздействии избыточного давления
| Степень поражения | Избыточное давление, кПа | Расстояние до центра взрыва, м | Импульс волны давления, Па · с |
| Полное разрушение зданий | 100 | 35 | 597 |
| 50 %-ное разрушение зданий | 53 | 50 | 423 |
| Средние повреждения зданий | 28 | 71 | 290 |
| Умеренные повреждения зданий (повреждение внутренних перегородок, рам, дверей и т.п.) | 12 | 130 | 156 |
| Нижний порог повреждения человека волной давления | 4,6 | 250 | 82 |
| Малые повреждения (разбита часть остекления) | 2,8 | 400 | 45 |