Прогнозирование, предупреждение и ликвидация чрезвычайных ситуаций на Туймазинском газоперерабатывающем заводе

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

3.3.2 Расчет размеров зон, ограниченных нижним концентрационным пределом распространения (НКПР) газов

При испарении пропана образуется взрывоопасная зона. Для определения ее максимальных размеров используется нижеприведенная методика.

Расстояния XНКПР, YНКПР и ZНКПР, м, для горючих газов, ограничивающие область концентраций, превышающих НКПР, рассчитывают по формулам:

, (3.4)

, (3.5)

где mг - масса поступившего в открытое пространство горючего газа при аварийной ситуации, кг;

rг - плотность горючего газа при расчетной температуре и атмосферном давлении, кг/м3;

СНКПР — нижний концентрационный предел распространения пламени горючего газа, % (об.) [25].

Расчет:

Для пропана СНКПР = 2,3 % об, масса пропана mг=2304 кг.

= 14,6 = 116 м,

= 0,33 = 2,6 м.

 ρг – плотность паров СУГ при расчетной температуре и атмосферном давлении, кг/м3, которая рассчитывается по формуле:

ρг = М/(V0· (1+0,00367· tp)), (3.6)

где М – молярная масса, кг/моль, равна 44 кг/кмоль для пропана;

 V0 – мольный объем, равный 22,413 м3/кмоль;

 tp – расчетная температура, 0С, равная 20 0С;

 ρn = 44/(22,4· (1+0,00367·20)) = 1,83 кг/м3;

Радиус Rб, м, и высоту Zб, м, зоны, ограниченной НКПР газов и паров, вычисляют исходя из значений HНКПР, YHKHP и ZНКПР.

При этом Rб > ХНКПР, Rб > YНКПР и Zб > h + Rб (h =2 м – высота емкости, м).

Для горючих газов геометрически зона, ограниченная НКПР газов, будет представлять цилиндр с основанием радиусом Rб и высотой hб = 2Rб при Rб £ h и hб = h + Rб при Rб > h, внутри которого расположен источник возможного выделения горючих газов.

Цилиндр, внутри которого располагается источник возможного выделения горючих газов, будет иметь следующие параметры: радиус Rб= 116 м, высота hб = 118 м. В пределах этой зоны создается взрывоопасная среда.

3.3.3 Расчет интенсивности теплового излучения при образовании «огненного шара»

Облако пара или топливовоздушной смеси, переобогащенное топливом, и не способное поэтому объемно детонировать, начинает гореть вокруг своей внешней оболочки, образуя огневой шар. Такие шары, вызванные горением углеводородов, светятся и излучают тепло, что может причинить смертельные ожоги и вызвать возгорание горючих веществ.

Расчет интенсивности теплового излучения «огненного шара» q, кВт/м2, проводят по формуле:

q = Ef · Fq · t, (3.7)

где Ef — среднеповерхностная плотность теплового излучения пламени, кВт/м2;

Fq — угловой коэффициент облученности;

t - коэффициент пропускания атмосферы.

Ef определяют на основе имеющихся экспериментальных данных. Допускается принимать Ef равным 450 кВт/м2 [25].

Fq рассчитывают по формуле:

, (3.8)

где Н— высота центра «огненного шара», м;

Ds — эффективный диаметр «огненного шара», м;

r — расстояние от облучаемого объекта до точки на поверхности земли непосредственно под центром «огненного шара», м.

Эффективный диаметр «огненного шара» Ds рассчитывают по формуле:

Ds =5,33 m 0,327, (3.9)

где т — масса горючего вещества, кг.

H определяют в ходе специальных исследований. Допускается принимать H равной Ds/2.

Время существования «огненного шара» ts, с, рассчитывают по формуле:

ts = 0,92 m 0,303 , (3.10)

Коэффициент пропускания атмосферы t рассчитывают по формуле:

t = ехр [-7,0 · 10-4 (- Ds / 2)] , (3.11)

Доза теплового излучения воздействующего на людей определяется по формуле:

Q = q · ts. , (3.12)

Данные для расчета:

Расстояние от облучаемого объекта до точки на поверхности земли непосредственно под центром «огненного шара» 50 м.

Расчет:

По формуле (3.9) определяем эффективный диаметр «огневого шара» Ds

Ds = 5,33 · (2304)0,327 = 66 м.

По формуле (3.8), принимая H = Ds /2 = 33 м, находим угловой коэффициент облученности Fq

Fq =  = 0,126.

По формуле (3.11) находим коэффициент пропускания атмосферы t:

t = ехр [-7,0 · 10-4 ( – 66 / 2 )] = 0,98.

По формуле (3.7), принимая Ef = 450 кВт/м2, находим интенсивность теплового излучения q

q = 450 · 0,126 · 0,98 = 55 кВт/м2.

По формуле (3.10) определяем время существования «огненного шара» ts:

ts = 0,92 · 23040,303 = 9,6 с.

По формуле (3.12), определяем дозу теплового излучения воздействующего на людей от «огненного шара»:

Q = q · ts = 55 · 9,6 = 5,2 · 105 Дж/м2.

Зависимость величины теплового излучения огневого шара от расстояния до его центра представлена в таблице 3.4.

Таблица 3.4 - Зависимость величины теплового потока от расстояния до его центра

За время существования огневого шара (9,6 сек.) люди получат ожоги различной степени тяжести (см. приложение А, табл. 3).

3.3.4 Расчет интенсивности теплового излучения при пожаре пролива

Интенсивность теплового излучения q, кВт/м2, рассчитывают по формуле:

q = Ef · Fq · t, (3.13)

где Ef — среднеповерхностная плотность теплового излучения, кВт/м2;

Fq — угловой коэффициент облученности;

t — коэффициент пропускания атмосферы.

Ef принимают на основе имеющихся экспериментальных данных. При отсутствии данных допускается Ef принимать равной 100 кВт/м2 для СУГ [24].

Рассчитывают эффективный диаметр пролива d, м, по формуле

, (3.14)

где S — площадь пролива, м2.

Рассчитывают высоту пламени Н, м, по формуле

 , (3.15)

где т — удельная массовая скорость выгорания топлива, кг/(м · с);

rв — плотность окружающего воздуха, кг/м3;

g— ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с2.

 Определяют угловой коэффициент облученности Fq по формуле:

, (3.16)

где

(3.17),

где А = (h2 + + 1) / 2S1,      (3.17)

Sl= 2r/d, (3.18)

где r— расстояние от геометрического центра пролива до облучаемого объекта

, (3.19)

 (3.20)

B = ( 1+S12 ) / ( 2S1 ),     (3.21)

Определяют коэффициент пропускания атмосферы t по формуле:

t = exp[ -7,0 · 10 -4 ( r - 0,5 d)], (3.22)

Расчет: происходит испарение с поверхности разлившейся жидкости; площадь испарения при разливе на горизонтальную поверхность определяется (при отсутствии справочных данных), исходя из расчета, что 1 л жидкостей, разливается на площади 0,1 м2 поверхности.

Определим площадь пролива:

При мгновенной разгерметизации емкости, в пожаре пролива участвует 3456 кг вещества, по таблице 3.1 плотность жидкой фазы пропана при температуре окружающего воздуха 20ºС равна 499 кг/м3. Объем жидкого пропана, участвующего в пожаре пролива равен

V = m/ρ = 3456/499 = 6,92 м 3= 6920 л

S = 6920·0,1 = 692 м2.

Определяем эффективный диаметр пролива d по формуле (3.14):

d = = = 28 м.

Находим высоту пламени по формуле (3.15), принимая

т = 0,1 кг / (м2 · с), g = 9,81 м/с2 и rв = 1,2 кг/м3:

=57 м.

Находим угловой коэффициент облученности Fq по формулам (3.16) – (3.21), принимая r = 50 м:

,

= 7,14,

4,84,

= 3,64.

=0,04,

 =0,11,

Fg= = 0,11.

Определяем коэффициент пропускания атмосферы по формуле (3.22):

t = exp [ - 7,0 · 10 -4 (50 - 0,5 ·14)] = 0,97.

Находим интенсивность теплового излучения q по формуле (3.13), принимая Еf= 100 кВт/м2

q = 100 · 0,11 · 0,97 = 10,6 кВт/м2.

В соответствии с ГОСТ Р 12.3.047-98 разделяются различные степени поражения людей и материалов в зависимости от интенсивности теплового излучения от пожара. На расстоянии 50 м от геометрического центра разлива при воздействии теплового потока 10,6 кВт/м2 люди получат ожоги 1 и 2 степени тяжести.

3.4 Оценка индивидуального и социального риска

Индивидуальный риск - вероятность (частота) возникновения опасных факторов пожара и взрыва, возникающая при аварии в определенной точке пространства. Характеризует распределение риска.

Социальный риск - зависимость вероятности (частоты) возникновения событий, состоящих в поражении определенного числа людей, подвергшихся поражающим воздействиям пожара и взрыва, от числа этих людей. Характеризует масштаб пожаровзрывоопасности. Социальный риск оценивается по поражению не менее десяти человек.

3.4.1 Оценка индивидуального риска

Вероятность реализации различных сценариев аварии рассчитывают по формуле:

Q (Ai) = Qав Q (Ai)ст, (3.23)

где Q (Ai)ст — статистическая вероятность развития аварии по i-й ветви логической схемы.

Для СУГ, Q (Ai)ст определяют по таблице 3.5.

Таблица 3.5 - Статистические вероятности различных сценариев развития аварии с выбросом СУГ

Условная вероятность  поражения человека избыточным давлением, развиваемым при сгорании газопаровоздушных смесей, на расстоянии r от эпицентра рассчитывают следующим образом:

- вычисляются избыточное давление Dp и импульс i;

-   исходя из значений Dp и i, вычисляют значение «пробит» — функции Рr по формуле

Pr = 5 - 0,26 ln (V), (3.24)

 , (3.25)

где Dp — избыточное давление, Па; i — импульс волны давления. Па·с.

V = (17500/ 53000)8,4 + (290/ 423)9,3 = 0,029,

PrС.Д.= 5 – 0,26 ln 0,029 = 5,92.

В зависимости от «пробит»-функции определяется условная вероятность поражения избыточным давлением (см. приложение А, табл. 4):

QпС.Д. = 82

Условная вероятность поражения человека тепловым излучением определяется следующим образом:

Pr ПП.=-14,9+2,56ln(t·q1,33), (3.26)

где t –эффективное время экспозиции, с;

 q – интенсивность теплового излучения, кВт/м2.

Эффективное время экспозиции для пожаров проливов ГЖ и СУГ определяется по формуле:

t = tо + x/v, (3.27)

где tо – характерное время обнаружения пожара, с (допускается принимать t=5 с);

х – расстояние от места расположения человека до зоны (интенсивность теплового излучения не превышает 4 кВт/м2), м;

v – скорость движения человека, м/с (допускается принимать v = 5/с);

x = r – d/2, (3.28)

где r – расстояние от центра пролива, м;

d – диаметр пролития, м,

x = 50 – 31/ 2 = 34,5 м,

t = 5 + 34,5 / 5 = 11,9 с,

PrП=-14,9 + 2,56 ln(t × q1,33),

PrП=-14,9 + 2,56 ln(11,9 × 10,61,33) = 0,52.

С помощью приложения А, табл. 4 определяют условную вероятность  поражения человека тепловым излучением:

QпП = 0.

По формуле (3.26) определяем «пробит»-функцию для «огненного шара»:

PrО.Ш.=-14,9 + 2,56 ln(9,6 × 551,33) = 4,53.

В зависимости от «пробит»-функции определяется условная вероятность поражения тепловым излучением от воздействия «огненного шара» (см. приложение А, табл. 4) равна:

QпО.Ш. = 32.

Индивидуальный риск R, год-1, определяют по формуле

, (3.29)

где  — условная вероятность поражения человека при реализации i-й ветви логической схемы;

Q(A,) — вероятность реализации в течение года i -й ветви логической схемы, год-1; п — число ветвей логической схемы (рисунок 3.2).

Рисунок 3.2 — Логическая схема развития аварии, связанной с выбросом горючих веществ на наружных установках

Символы А1 - А6 обозначают:

А1 — мгновенный выброс продукта с последующим взрывом;

А2 — мгновенный выброс продукта с образованием “огненного шара”;

A3 — мгновенный выброс продукта с образованием пожара пролива;

A4 — медленное истечение продукта с последующим взрывом;

A5 —медленное истечение продукта с последующим образованием “огненного шара”;

A6— медленное истечение продукта с последующим образованием пожара пролива.

Выполним оценку вероятности развития аварии в соответствии с табл. 3.4.1 и формуле (3.4.1.1). Вероятность мгновенной разгерметизации емкости принимается 4·10-7 год -1.[3]

Вероятность сгорания паровоздушной смеси в открытом пространстве с образованием волны избыточного давления (А1):

Qс.д = 4·10-7 · 0,0119 = 4,7 · 10-9 год -1.

Вероятность образования «огненного шара» (А2) :

Qо.ш = 4 · 10-7 · 0,7039 = 2,8 · 10-7 год -1.

Вероятность воспламенения пролива (А3)

Qп.п = 4 · 10-7 · 0,0287 = 1,1 · 10-8 год -1.

Вероятности развития аварии в остальных случаях принимают равными 0.

RВ = 1,1 · 10-8 · 0 + 2,8 · 10-7 · 32 + 4,7 · 10-9 · 82 = 8,77 · 10-6

Величина индивидуального риска при аварии на газофракционирующей установке превышает значение 10-6 по ГОСТ Р 12.3.047-98, необходимо внедрение технических решений, обеспечивающих снижение величины риска.

3.4.2 Оценка социального риска

Оценку пожарной опасности при аварии на газофракционирующей установке осуществляется с помощью критерия социального риска. Расчет социального риска производится при возникновении таких поражающих факторов, как избыточное давление, развиваемое при сгорании газопаровоздушной смеси, интенсивности теплового излучения пожара пролива и «огневого шара».

1. Производится разделение территории на зоны поражения. Целесообразно провести разделение на три зоны — А, Б, В, а именно:

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21