Пожарная безопасность резервуарного парка цеха подготовки и перекачки нефти НГДУ «Лянторнефть»

Тогда: φст = 100 / (1 + 4.84 · 5) = 2 % (об)

л) Определяем по полученным выше данным (m" = 55.2 кг; Vсв = 4665 м3; ρn = 3.99 кг/м3; φст = 2 % (об)) избыточное давление взрыва паров нефти в помещении нефтенасосной по формуле (1) [13]:

 

, кПа (3.13)

 

где: Рmax = 900 кПа - максимальное давление взрыва стехнометрической паровоздушной смеси в замкнутом объеме;

Р0 = 101 кПа - начальное давление;

Кн = 3 - коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадибатичность процесса горения;

Тогда:

кПа

Вывод: Согласно таблицы 1 [13], помещение нефтенасосной резервуарного парка по взрывопожарной и пожарной опасности относится к взрывопожароопасной категории А, так как в насосной обращается нефть, которая имеет температуру вспышки (tвсп = -18°С) менее 28°С и которая может образовывать взрывоопасные парогазовоздушные смеси, при воспламенении которых развивается расчетное избыточное давление взрыва в помещении насосной более 5 кПа.

В соответствии с ПУЭ помещение нефтенасосной относится к зоне класса В-Iа.

 

4.2 Проверочный расчет гасящего диаметра отверстий кассетного огнепреградителя, установленного на дыхательной линии технологического РВС-10000

 

Кассетный огнепреградитель устанавливается перед дыхательным клапаном резервуара (встроен в ДК). Он защищает резервуар от распространения в него огня (пламени), защитные действия основаны на явлении гашения пламени в узких каналах, что достигается в канале, диаметр которого меньше критического. Этот размер (диаметр) канала называют гасящим - dг. Расчет огнепреградителя заключается в определении критического, а затем - гасящего диаметра канала. Огнепреградители могут быть в виде сеток или насадок. Насадки бывают в виде пластин из гофрированной фольги, спирально свернутых лент и т.п., которые образуют каналы треугольной и другой формы. Диаметр канала насадки или отверстия сетки огнепреградителя, при котором тепловыделение от горящей смеси будет равно теплопотере, называют критическим диаметром dкр.

 

 

Рис. 5 Кассетный огнепреградитель

1. Корпус
2. Крышка выдвижной коробки
3. и 9. Шпилька и гайка
4. Угольники крепления выдвижной коробки
5. Скоба
6. Ручка

7. Пластины плоские и гофрированные

8. и 10. Крышки передняя и задняя

 

Определяем критический диаметр предлагаемого огнепреградителя по формуле 8.4 [1] (см. рис. 5):

 

, м (3.14)

 

где: Рекр - число Пекле, на пределе гашения пламени, равно 60-80; принимаем Рекр = 65;

Р - давление горючей смеси, равно атмосферному - Р = 105 Па

Т - рабочая (начальная) температура, принимаем Т = 293 К;

R - газовая постоянная, Дж/(кг·К)

ωн - нормальная скорость распространения пламени, ωн = 0,414 м/с по табл. 1 [2] для пропана, к которому мы приравниваем нефтяные пары;

Ср - удельная теплоемкость горючей смеси при постоянном давлении, Дж/(кг·К)

λ - коэффициент теплопроводности горючей смеси, определяем по формуле 5.9 [2]

 

λ = φг · λг + (1- φг)·λв, Вт/(м·К) (3.15)

 

где: λг = 1.9·10-2 Вт/(м·К) - коэффициент теплопроводности паров нефти, принимаем по пропану по табл. 10 [2];

λв = 2.59·10-2 Вт/(м·К) - коэффициент теплопроводности воздуха, значение берем по табл. 2 [2] для Т= 293 К;

φг - объемная доля горючего в стехиометрической смеси; определяем ее из уравнения реакции горения нефти в воздухе, т.к. пары нефти по молекулярной массе и концентрационным пределам распространения пламени близки к пропану, то φг определяем по реакции горения пропана - С3Н8 (см. реакцию горения стр.71 [3]):

 

С3Н8 + 5(О2 + 5·3.76)N2 = 3СO2 + 4Н2O + 5·3.76N2 + Q

Отсюда: об. доли (3.16)

 

Тогда: λ = 0.04 · 0.019 + (1- 0.04)·0.0259 = 2.6·10-2 Вт/(м·К)

Определяем газовую постоянную для смеси паров нефти (пропана) по формуле [2]:

 

, Дж/(кг·К) (3.17)

 

где: Rу - универсальная газовая постоянная, Rу = 8314 Дж/(кг·К);

Мг = 44,1 кг/к моль - молекулярная масса пропана по табл. 1 [2];

Мв = 28,96 кг/к моль - молекулярная масса воздуха, стр. 36 [2];

Отсюда: , Дж/(кг·К)

Определяем удельную теплоемкость горючей смеси Ср при постоянном давлении по формуле 5.11 [2]:

 

Ср = φг · Ср.г + (1- φг) · Ср.в Дж/(кг·К) (3.18)

 

где: Ср.г = 1667 Дж/(кг·К) - теплоемкость пропана по табл. 10 [2];

Ср.в = 1005 Дж/(кг·К) - теплоемкость воздуха по табл. 10 [2];

Отсюда: Ср = 0.04 · 1667 + ( 1- 0.04 ) · 1005 = 1031,5 Дж/(кг·К)

Полученные в результате расчетов данные подставляем в формулу (3.14). При этом получим:

Определяем гасящий диаметр отверстия (предлагаемого) кассетного огнепреградителя по формуле 8.5 [1];

d = 0.5- dкр = 0.5 · 3.26 = 1.63 мм.

где: 0.5 - коэффициент запаса надежности огнегасящей насадки

Из приведенных расчетов следует, что огнепреградители, устанавливаемые на дыхательных клапанах технологических резервуаров должны иметь гасящий диаметр каналов в насадке (отверстия в кассете) не более 1.63 мм.

 

 

4.3 Обоснование и расчет системы аварийного слива нефти из помещения нефтенасосной

 

Аварийный слив горючей жидкости из технологических аппаратов и трубопроводов, или из помещений, оказавшихся в опасной зоне, является одним из способов предотвращения развития пожара и недопущения превращения его в крупный пожар.

Учёт произведенных в разделе 4.1. расчетов и того, что в помещении нефтенасосной в технологическом процессе перекачивается легковоспламеняющаяся жидкость - нефть, поступление которой в зону пожара может усложнять обстановку, так как насосные агрегаты имеют большую производительность, дает основание сделать вывод о том, что нефтенасосную необходимо оборудовать системой аварийного слива нефти. Слив нефти следует предусмотреть (осуществлять) самотеком в аварийный резервуар, расположенный за пределами здания насосной.

В случае аварии, как показали расчеты в разделе 4.1., в помещение нефтенасосной может поступить большое количество нефти - 9229 кг ≈ 9,3 тонны. Это количество нефти при разливе может занять большую площадь, создать угрозу возникновения и распространения пожара внутри помещения нефтенасосной. В этом случае угроза возникновения пожара внутри помещения будет сохраняться длительное время, так как время полного испарения разлившейся нефти на площади пола насосного зала будет составлять 16427 с. Для удаления нефти из помещения без устройства аварийного слива потребуется значительное количество времени. Если при разрыве напорного патрубка трубопровода насосного агрегата произойдет пожар, то поступление большого количества нефти (9,3 тонны) в зону горения резко осложнит обстановку. Развитие пожара будет зависеть от характеристики нефти, как ЛВЖ, а именно: нефть имеет температуру пламени - 1100°С, скорость выгорания нефти составляет Vвыг. = 9-12 см/ч.

Определяем свободную площадь насосного зала:

 

Fсв. = k · Fпом, м2 (3.2.1)

 

где: k = 0.8 - коэффициент свободной площади, принимаем;

Fпом = 648 м2

Отсюда: Fсв. = 0.8 · 648 = 518.4 м2

Определяем высоту слоя нефти, разлившейся при аварии в помещении насосной:

 

hн = Vн/ Fсв. = 9,3/518,4 = 0,0179 м = 1,7 см

 

Высоту порога (пандуса) принимаем равной 15 см, тогда разлившаяся нефть при расчетной аварии не выйдет за пределы помещения насосной.

Определяем время выгорания разлившейся при аварии нефти:

 

τвыг. = hн / Vвыг., ч

где: hн = 1,7 см; Vвыг. = 12 см/ч,

отсюда: τвыг = 1,7/12 = 0,14 часа

 

Так как огнестойкость незащищенных металлических конструкций здания нефтенасосной принимаем 15 минут, то за τвыг= 0,14 часа не должно произойти их обрушение, однако от теплового воздействия может выйти из строя технологическое оборудование.

Из вышеизложенного видно, что в нефтенасосной необходимо предусмотреть систему аварийного слива нефти с учетом рекомендаций п. 10.10 [7].

Для этого в помещении нефтенасосной со стороны насосов вдоль стены на площади пола нужно выполнить бетонный лоток для стока нефти при аварии насоса или трубопровода с уклоном в сторону проектируемого аварийного резервуара, который предлагается установить на минимальном расстоянии за пределами здания насосной, под землей, с дыхательной системой, защищенной огнепреградителем, а с целью откачки и быстрого высвобождения аварийной емкости, соединить ее через насосную системы откачки утечек с резервуаром сбора.

Подземный трубопровод - 4 (рис. 6) следует проложить также с односторонним уклоном в направлении аварийной емкости, по возможности прямолинейно, без каких либо задвижек (установка задвижек не допускается, стр. 112 [1]), с гидравлическим затвором - 5 (см. рис. 3.6), который защищает линию аварийного слива от распространения пламени при пожаре в нефтенасосной или аварийном резервуаре. Расчет системы аварийного слива производим с целью определения фактической продолжительности эвакуации нефти из опасной зоны (помещения насосной) - τсл, сравнивая ее с допустимой (нормативной) продолжительностью аварийного режима - [τсл], которую в большинстве случаев принимают - [τсл] ≤900 сек., [3], а также определения диаметра аварийного трубопровода и объема аварийной емкости.

В качестве определяющего фактора принимаем возможность деформации незащищенных металлических конструкций здания насосной, технологических агрегатов и коммуникаций насосного зала. В этом случае допустимая продолжительность аварийного слива [τсл] может быть принята равной 15 минутам,

Определяем фактическую продолжительность аварийного слива из помещения нефтенасосной по формуле 5.23 [2]:

 

τсл = τопор + τоп ≤ [τсл], с

 

где: τопор - продолжительность опорожнения помещения нефтенасосной от нефти, с τоп ≈ 0 - продолжительность операции по приведению системы аварийного слива нефтенасосной в действие

 

 

Рис. 6 Схема аварийного слива нефти из помещения магистральной нефтенасосной

1 - нефтенасосная с разлившейся на полу нефтью; 2- бетонный сливной лоток; 3 - приямок для сбора разлившейся нефти; 4 - трубопровод аварийного слива нефти; 5 - гидрозатвор; 6 - аварийный подземный резервуар; 7 - дыхательная линия; 8 - огнепреградитель исходя из огнестойкости незащищенных металлических конструкций здания нефтенаеосной (согласно рекомендаций [1]).

 

Тогда: τсл = τопор ≤ 15 минут

Для дальнейших расчетов принимаем τопор=10 мин, исходя из вышеуказанной (с учетом запаса надежности) огнестойкости незащищенных металлических конструкций нефтенасосной, экономической целесообразности и расчетного времени тушения пожара проектируемой системой автоматического пенного тушения (10 мин по п. 3 прил. 3 [7]) .

Определяем диаметр аварийного трубопровода по формуле [3]:

 

, м

 

где : Vж = 11,2 м3 (см. формулу 3.2.14) - объем разлившейся нефти (сливаемой);

τопор = 10 мин = 600 с - время опорожнения (слива) разлившейся нефти из помещения нефтенасосной;

H1 и Н2 - соответственно максимальный и минимальный уровни нефти в помещении нефтенасосной, считая от выходного сечения аварийного трубопровода на входе в аварийную систему;

Н2 - принимаем равным 1.9 м; тогда с учетом высоты слоя разлившейся нефти, hн = 0,06 м (см. формулу 3.2 [16])

Н1 = Н2 + hн = 1.94 + 0.06 = 1,96 м,

φсист - коэффициент расхода системы аварийного слива; определяем по формуле [3]:

 

 

где: - суммарный коэффициент местных сопротивлений системы аварийного слива, определяем по формуле 5.26 [2];

 

,

 

где: - соответственно коэффициенты местных сопротивлений на входе, гидрозатворе, поворотах, выходе, задвижке.

Аварийный трубопровод имеет вход с плавными закруглениями, гидравлический затвор, два плавных поворота под углом (R = 5dтр).

Отсюда величины коэффициентов местных сопротивлений равны:

 

ξвх = 0.5; ξг = 1.3; ξп = 0.5; ξвых = 0.5; ξз = 0.5;

сист. = 0.5 + 1.3 + 0.5 + 0.5 = 3.2

 

Тогда, коэффициент расхода системы равен:

Определяем объем аварийной емкости по формуле [3]:

 

Vа = Vж/ε, м3

 

где: Vж = 11,2 м3 - объем сливаемой нефти;

ε = 0.9 [3] для ЛВЖ - степень заполнения аварийной емкости нефтью,

Отсюда: Vа = 11,2 / 0,9 = 12,44 м3

При этом диаметр аварийного трубопровода:

Для аварийного трубопровода принимаем стандартный трубопровод диаметром 120 мм.

Принимаем горизонтальный подземный резервуар номинальным объемом 12,5 м3 для аварийного слива нефти из здания нефтенасосной.

Опасность аварийных утечек веществ можно снизить быстрым 
отключением поврежденных участков (аппаратов, трубопроводов) или устройством соответствующих преград для легковоспламеняющихся горючих жидкостей.

Для ограничения свободного растекания горючей жидкости при повреждениях и авариях аппаратов и трубопроводов устраивают обвалования (в резервуарных парках), стены, бортики, пороги (пандусы), лотки и т.п. (в производственных помещениях и на территории объекта).