Оценка пожарной опасности завода ПКК

 

 

*В условиях нашей страны отмеченная  тенденция усиливается межведомственной чересполосицей. Даже для очень ответственных участков конечное изделие изготовляется из комплектующих, поставляемых различными министерствами. А реально ведомства очень сильно различаются по культуре обеспечения надежности и уровню качества выпускаемого ими оборудования. 

   Из рисунка 2 наглядно видно, что  наибольшая вероятность аварии - разрыв или повреждение трубопровода.

максимальный выход ЛВЖ произойдёт при разрыве трубопровода подающего ТХС со склада готовой продукции в связи с его большой протяженностью (240 м по плану).

Рабочее давление в трубопроводе 4 ати, максимальный розлив ЛВЖ случится на отметке 0,00. Наиболее сложная оперативная обстановка будет на этой отметке, т.к. в зоне горения окажутся емкости содержащие ЛВЖ, и основания ректификационных колонн. под воздействием температуры возможна их максимальная деформация и проседание.

На отметке +36,0 также находятся сборники ТХС.  их объем 6,3 м3; степень максимального заполнения 0,8; расположены в поддонах объемом: 20х3х0,15= 9м3 . Розлив Лвж не выйдет за пределы поддона, максимальное количество ТХС составит 7460 кг что намного меньше ТХС при разрыве трубопровода.

Из условия моделирования наиболее тяжелой ситуации примем ряд допущений:

1. Все количество вытекшего ТХС воспламеняется и горит на всей площади возможного розлива.
2. Станция пожаротушения не сработала и в расчёт не принимается.
3. Возможен отказ автоматики перекрывания задвижек на подающем трубопроводе, учитываем ручное закрывание.
4. Розлив происходит на площади помещения отделения ректификации. Из площади розлива исключаем только площадь основания колонн, площадь поддонов с емкостями сборников, площадь лифтовой шахты, площадь тамбура ворот (по чертежу плана отм. 0,00).

 

Исходные данные:

  Геометрические параметры отделения ректификации КОХ на отм. 0,00 сведены в таблицу 2.3

Таблица 2.3

Геометрические характеристики
Величина	Обозначение	Единица измерения	Значение	Примечание
Общая площадь помещения	Fо	м2	1188
Площадь розлива (горения)	Fтуш (Fсв)	м2	963	Равна свободной площади помещения
Высота помещения	H	М	7	С учётом толщины перекрытий
Общий объём	Vобщ	М3	8316
Свободный объём	Vсв	М3	7292

 

 

 В расчетах использованы  исходные данные, предоставленные

заказчиком проекта и изложенные ниже.

ТХС; легковоспламеняющаяся жидкость; плотность 1480 кг*м-3 ;

 молярная  масса 135,5 кг*кмоль-1 ; температура кипения 33,8° С;

 температура вспышки (о.т.) - 14° С; температура самовоспламененения 190° С ; температурные пределы распространения пламени: в сухом воздухе - нижний -56° С, верхний 28° С; нижний концентрационный предел распространения пламени (НКПР) 1.7%. (об.);

удельная теплота сгорания 3,8 * 106 Дж*кг-1 , удельная теплота испарения 1,96 * 105 Дж*кг-1 ; давление насыщенных паров lg прнас (мм. рт.ст.) =.6.85876 - 1054,64 / ( t+ 233.31) в интервале от                                                                                                           

40 до 32 °С; скорость выгорания 0,033 кг*м-2 * с-1; температура

горения 980 °С (теоретически рассчитанная величина, по экспериментальным данным 400-700 °С) ; максимальное давление взрыва 980 кПа ; скорость нарастания давления взрыва: средняя  126*10 Па*с , максимальная 350*10  Па*с

 

Разгерметизация трубопровода ТХС на участке выхода со склада к приемным емкостям в корпусе очистки хлоридов на отметке 0,00.

 

Масса вышедшего ТХС из трубопровода будет составлять:

m= G* + /4 *d2*l*       ( 2.1 )

где G - массовый расход ТХС при транспортировке через трубопровод.

G = /4 *d2* * -1   ( 2.2 )

где /4=0,785 ;

  диаметр трубопровода d= 0,076 м2;

  плотность ТХС  =1480 кг*м-3;

  давление в трубопроводе P=4 ати;

  длинна трубопровода l=240м;

при ручном отключении задвижки 1=300с;

при автоматическом отключении если вероятность отказа системы автоматики превышает 0,000001 в год и не обеспечено резервирование её элементов, 2 =120с;

при автоматическом отключении если вероятность отказа системы автоматики не превышает 0,000001 в год или обеспечено резервирование её элементов, 3 =3 с;

G=0,785*0,0762*1480*(2*4*1,013*105*1480-1)1/2=157 (кг*с-1)

тогда из формулы (2.1) получаем:

m1= 48710 кг или 33 м3;

m2= 20451 кг или 14 м3;

m3= 2082 кг   или  1,4 м3.

Согласно п 3.2 [1] розлив на твердом основании принимаем 1л на1м2.

Теоретическая площадь розлива составит:

F1=33000 м2; F2=14000 м2; F3=1400 м2.

Розлив ЛВЖ во всех случаях произойдет по всей свободной площади отделения ректификации.

Удельная пожарная нагрузка на 1м2 площади помещения составит:

gm= m/ Fсв  кг*м-2 (2.3); или

gv= V/ Fсв  л*м-2 (2.4)

Время выгорания определим как отношение удельной пожарной нагрузки к скорости выгорания: = g/Vвыгор  (2.4) ; полученные расчетом данные сведем в таблицу 2.4

Таблица 2.4

Удельная пожарная нагрузка		Время выгорания ЛВЖ
Кг*м-2	Л*м-2	с	мин
50,6	3,42,	1533	25,5
21,2	1,43	642,4	10,7
2,16	0,15	65,5	1

 

Наиболее сложная обстановка возникнет при разгерметизации трубопровода на отметке 0,00 при условии отказа автоматического перекрывания задвижек. При этом произойдет розлив 48710 кг ТХС по всей свободной площади помещения. Удельная пожарная нагрузка составит 50,6 кг*м-2. Загорание быстро распространяется по всей площади розлива. Время полного выгорания ЛВЖ составит 25,5 мин .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчёт температурного режима пожара

 

Расчет температурного режима проводим согласно методике изложенной в источнике [   ].

Определяем поверхность теплообмена в помещении:

S= Sпола+ Sперекрытий+ Sстен   (2.5)

S=1188+1188+(22*7*2+54*7)=3062 м2

  Определяем плотность теплового  потока 

w=( * Vвыгор * Fпож* J) / (3,6* S)          (2.6)

Где:   w - плотность теплового потока;

 Vвыгор - массовая скорость выгорания кг*м-2*ч-1 0,033*3600

Fпож - площадь пожара 963 м2

J - низшая массовая теплота сгорания 3,8*106 дж*кг -1 =3,8*103 кдж*кг -1

- коэффициент полноты сгорания  найдём из уравнения сгорания  трихлорсилана (2.7)

Основная реакция горения (подтверждённая результатами экспериментов проведённых в центральной заводской лаборатории ГХК) см. приложение 1 уравнение (  ):

HSiCl3 + O2 = SiO2 + HCl + Cl2                 (2.7)

Без учёта побочных реакций принимаем, что для сгорания 135,5 кг ТХС требуется 32 кг кислорода. Содержание кислорода в воздухе 21%. Количество воздуха для сгорания 1кг ТХС составит: 32/0,21=152,4 кг; 1кмоль воздуха- 29 кг; на 1кмоль ТХС необходимо 152,4/29=5,3 кмоль  воздуха;  на 1 кг ТХС необходимо 5,3/135,5=0,04 кмоль воздуха. 1кмоль газа (н.у.) занимает объем 22,4 м3 , тогда на сгорание 1 кг ТХС необходимо затратить 22,4*0,04= 0,9 м3 воздуха.

По приложению 5 [  ] коэффициент полноты сгорания =0,99

w = (0,99*0,033*3600*963*3800)/(3,6*3062) = 39,044 Вт*м2

Определяем коэффициент избытка воздуха:

Т.к. площадь горения велика, очень быстро, от лучистого тепла и роста температуры будет происходить разрушение остекления. Ориентировочно принимаем, что произойдёт разрушение остекления примерно на 80% его площади. Газообмен в помещении будет осуществляться через оконные проемы. Принимаем, что на приток будет работать 1/3 разрушенного остекления.

Площадь приточных отверстий составит:

F1=0,8* Fостекления *1/3 ; F1= 0,8*540 /3 = 144м2

F1/ Fпож = 144/963 = 0,15

коэффициент избытка воздуха a определяется по кривой 4, а характер отношения Fпож / Fпола = 963/1188=0,81 > по сплошной линии приложения 7 [6].

Коэффициент избытка воздуха  a =14

Определяем среднеобъемную температуру пожара на временном отрезке 1-30 мин по номограмме приложения 8 [  ] Рис 3:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Данные заносим в таблицу 2.5.

Таблица 2.5

мин	1	2	5	7,5	10	12,5	15	20	25
Т °С	40	60	90	125	150	170	185	200	210

На рис 4 построим график роста температуры в помещении.

 Рис 4. Рост среднеобъемной температуры пожара

 

 

 

 

 

Характерной особенностью процесса горения ТХС является относительно невысокое значение среднеобъемной температуры в помещении. Это хорошо согласуется с тем фактом, что удельная теплота сгорания ТХС относительно низка. Она на порядок ниже по сравнению с углеводородами типа н-бутан (Для ТХС  J=3,8х106 Дж*кг-1, для н-бутана J=4,6х107 дж*кг –1).

В реальных условиях температура будет  выше  т.к. температура кипения ТХС +31 °С и при росте температуры увеличится интенсивность испарения и горения паров, помимо основной реакции горения будут протекать процессы образования тетрахлорсилана и  воды пары которой вступят в реакцию гидролиза. Температурный предел деформации и разрушения основного конструктивного матариала колонн и резервуаров –стали вСт3Сп5 составляет +380 °С. Температурный режим в помещении не достигает, но приближается к пороговому значению и при осложнении обстановки может быть лего преодолён. Трихлорсилан и тетрахлорсилан (кипящий при =57 °С ,находящиеся в сборниках и нижней части колонн под воздействием нарастающей температуры начнут интенсивно кипеть, что вызовет рост давления и возможные взрывы резервуаров. Это может привести к осложнению ситуации.

Основная задача прибывших первыми пожарных подразделений в кратчайшие сроки обеспечить охлаждение технологического оборудования в горящем помещении.

 

Зона возможного задымления, состав и токсичность продуктов горения.

В соответствии с направлением розы ветров и расположения остекления корпуса наиболее опасная зона расположена на северо- восток. В этом направлении расположен энергоблок и отсутствуют производственные корпуса. Источники водоснабжения также не расположены  в этом направлении.

Большое удаление промплощадки от городской жилой зоны, и расположение её с наветренной стороны исключают угрозу выбросов и загазованности для города. Однако для персонала завода и личного состава принимающего участие в тушении такая угроза актуальна.

Как сами хлорсиланы, так и продукты их сгорания и гидролиза опасны для человека. При горении выделяется газообразный хлор при горении и гидролизе выделяется также хлороводород. Согласно уравнению реакции 135 кг ТХС выделяют 36 кг хлороводорода и 71 кг хлора или (приведенные к стандартным условиям) по 22,4 м3 каждого газа. Теоретически при полном сгорании 48710 кг образуется  по 8052 м3 каждого газа. При реакции гидролиза при тушении водой и в меньшей степени при применении ВМП дополнительно выделяется хлороводород.

В цель данной работы не входит расчет аварийно-спасательных работ но полученные количественные результаты, бесспорно, показывают необходимость работ по осаждению облака хлора и хлороводорода образующегося в результате пожара. 

Оценка возможных действий персонала до прибытия первых пожарных подразделений.

 

Учитывая большую площадь  разлива и быстрое распространение горения по всей площади, следует однозначный вывод: персонал самостоятельно не способен ликвидировать загорание. Ждать полного выгорания ЛВЖ в помещении опасно, так как это способно привести к  повреждению оборудования, взрывам, и выходу из строя техпроцесса на длительный срок. Химическое заражение персонал также не способен ликвидировать в связи с необходимостью применения большого количества приборов распыления воды для осаждения облака.

Персонал располагаемой на территории газоспасательной станции не имеет необходимого для тушения оборудования, а так как по проекту он не имеет транспортных средств его оперативность неудовлетворительна.

Основные действия персонала в случае аварии, должны быть направлены на принятие мер к перекрытию питающих трубопроводов, сливу в аварийную ёмкость наиболее опасных пожароопасных компонентов, продувку и заполнение аппаратов и трубопроводов азотом, открытию всех сбросных клапанов на «свечу» для понижения давления в аппаратах при нагреве. Также необходимо принять меры к ручному запуску АПТ, если она не сработала автоматически.

При оповещении по громкоговорящей связи, весь персонал должен надеть средства защиты и за  исключением операторов КИП покинуть здание. На личный состав газоспасательной службы возлагаются обязанности обеспечить и проконтролировать эвакуацию персонала и обеспечить ручное отключение магистралей в случае отказа или разрушения автоматики. Из руководителей находящихся на объекте формируется объектовый штаб, который по прибытии пожарных подразделений взаимодействует со штабом пожаротушения. Целесообразно разработать порядок привлечения при аварийной ситуации, подразделений аварийно-спасательных отрядов и личного состава в/ч 96856 (бригады МЧС) дислоцированной на территории города Железногорска в 1995 году, и возложить на них задачу по ликвидации последствий химического заражения.