Анализ риска

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Расчет количества опасных веществ в оборудовании.

Проверка общего объема аппарата с реальным (расчетным) объемом аппарата:

    (4.1)

Так как реальный объем и общий объем аппарата различаются, то, в дальнейшем, для расчета будем использовать рассчитанный объем аппарата.

Из практики установлено, что объемы газообразной и жидкой фазы в сепараторе составляют 70 и 30 % от объема аппарата соответственно. Таким образом,

объем газообразной фазы:

объем жидкой фазы:

Определение  количества вещества в сепараторе произведем по следующей формуле:          (4.2)

где — плотность вещества при температуре Т.

С верха сепаратора С-2 выходит ВСГ, следовательно, плотность газообразной фазы примем равной плотности ВСГ при нормальных условиях. С низа выходит гидрогенизат, представляющий собой смесь из бензина и части сконденсировавшегося ВСГ, следовательно, плотность жидкой фазы возьмем равной плотности бензина при нормальных условиях. Для пересчета плотностей из нормальных в рабочие условия воспользуемся следующими формулами:

,      (4.3)

где   - плотность при н.у. ( );

Т - температура в сепараторе ( Т= 473 К);

Т₀ - температура при н.у. (Т₀ = 273 К);

P - давление при T ( );

P₀ - давление при н.у. (P₀ = 101325 Па).

     (4.4)

где   — плотность жидкой фазы при t;

t — температура в сепараторе (t = 200 °С );

 — плотность при t = 20°С ;

 — средняя поправка значений  плотности на 1 °С ( = 0,000818).

Следовательно,

количество газообразной фазы: ,

количество жидкой фазы: .

5. . Расчетная часть

5.1. Расчет энергетических потенциалов аппаратов

Предполагаем, что возникли условия для взрыва, и считаем:

1) во взрыве участвует  только парогазовая составляющая  смеси на объекте;

2) в качестве расчетного принят весь объем парогазовой составляющей смеси на объекте;

3) взрыв смеси подобен  взрыву сферы с центральным  зажиганием.

 

Общий энергетический потенциал  взрывоопасности технологического объекта, стадии, блока - сумма энергий  адиабатического расширения парогазовой фазы (ПГФ), полного сгорания имеющихся и образующихся из жидкости (ЖФ) паров за счет внутренней и внешней (окружающей среды) энергии при аварийном раскрытии технологической системы, кДж:

.                                        (5.1.1)

 

- сумма энергий адиабатического  расширения А (кДж) и сгорания ПГФ, находящейся непосредственно в аварийном блоке, кДж,

,                                                      (5.1.2)

где А - энергия сжатой ПГФ, содержащейся непосредственно  в блоке, кДж; при значениях Р < 0,07 МПа и Р×V'<0,002 МПа×м³ А в расчетах не учитывается из-за малых величин;

                      ,                                                 (5.1.3)

Р – регламентированное давление в блоке, кПа; кПа;

          V' = 15,4 м³,(см. п. 4)

- коэффициент, принимаемый в  зависимости от k (показатель адиабаты) и Р (регламентированное давление в системе, МПа) по справочным данным. Так как в k неизвестен, расчет А проводим по (5.1.3) для k = 1,4. Принимаем =1,68.

Подставляя все в (5.1.3), получаем

,             (5.1.4)

 - масса ПГФ, имеющейся непосредственно в блоке при аварийной разгерметизации блока, кг, (см. п. 4)

q' - удельная теплота сгорания ПГФ, кДж/кг; При отсутствии данных удельную теплоту сгорания можно принимать 29753-48459 кДж/кг. Принимаем удельную теплоту сгорания ПГФ (ВСГ) q'= 90000 кДж/кг.

Далее, подставив A и G' в (5.1.2), рассчитываем :

.  (5.1.5)

 

- энергия сгорания ПГФ, поступившей к разгерметизированному участку от смежных объектов (блоков), кДж,

,                                                   (5.1.6)

где - масса ПГФ i-го потока, поступившего к разгерметизированному участку, кг.

Для i-го потока

,                                               (5.1.7)

где - скорость адиабатического истечения ПГФ i-го потока, м/с;

 - площадь сечения, через которое возможно истечение ПГФ, м². В примере площадь сечения определена для размера отверстия истечения         d = 0,35 м;

 - плотность ПГФ i-го потока, поступившей в разгерметизированный блок; величина принимается по данным заводских технологических лабораторий или по справочной литературе; в примере принята = = 1,7 кг/м³;

 - время срабатывания отключающей арматуры, с. Величина берется из регламента или паспорта арматуры, = 12 с.

Скорость адиабатического истечения  ПГФ i-го потока определяется по критической скорости истечения газа при :

,                                               (5.1.7)

где - критическое давление i-го потока, поступающего к разгерметизированному участку, Па.

    (5.1.8)

- удельный объем ПГФ в реальных условиях, м³/кг. Эта величина рассчитана следующим образом:

,          (5.1.9)

где М – молекулярная масса ПГФ, кг/кмоль.

Для ПГФ, подставив  и в (5.1.7) получим:

 м/с

Площадь сечения, через  которое возможно истечение ПГФ:

.                                  (5.1.10)

Подставляя известные характеристики и в (5.1.7), получим:

 кг.         (5.1.11)

Считаем, что количество потоков, поступающих к разгерметизированному участку, i=2 (принимаем поступающий поток и обратный поток). Тогда, подставляя (5.1.11) в (5.1.6), рассчитываем :

.      (5.1.12)

 

- энергия сгорания ПГФ, образующейся за счет энергии перегрева ЖФ рассматриваемого блока и поступившей от смежных объектов за время , кДж,

,           (5.1.13)

где - масса ЖФ, имеющейся непосредственно в блоке и поступившей в него при аварийной разгерметизации от смежных блоков, соответственно, кг.

Количество ЖФ , поступившей от смежных блоков,

,                                            (5.1.14)

где - скорость истечения ЖФ в рассматриваемый блок из смежных, м/с,

,                                                  (5.1.15)

где - безразмерный коэффициент, учитывающий гидродинамику потока, принимается в пределах 0,1 - 0,9; Принимаем = 0,62;

- регламентированное давление  i-го потока ЖФ, поступающего к разгерметизированному участку, Па. В примере Р_i = 4.316×10⁶ Па;

- плотность ЖФ при нормальных  условиях i-го потока, кг/м³. Величина принимается по данным заводских технологических лабораторий или по справочной литературе; = 760 кг/м³.

Подставляя известные характеристики в (5.1.15), определяем :

;                       (5.1.16)

, - удельная теплоемкость ЖФ, находящейся в аварийном блоке и ЖФ i-го потока, поступающего к разгерметизированному участку соответственно, кДж/(кг×°С); величины принимаются по данным заводских технологических лабораторий или по справочной литературе. При неизвестных значениях ориентировочно можно принимать = 1,84-2,9 кДж/(кг×°С); Принимаем , =2,4 кДж/(кг×°С);

, - разность температур ЖФ, находящейся в аварийном блоке и ЖФ i-го потока, поступающего к разгерметизированному участку при регламентированном режиме и ее кипения при атмосферном давлении, °С; величины по регламенту. Температура кипения нефти и нефтепродуктов колеблется от 70 до 120 ⁰С; средняя температура кипения бензина принята 130 ⁰С, тогда = 70 ⁰С и = 70 °C;

, - удельная теплота сгорания ЖФ, находящейся в аварийном блоке и ЖФ i-го потока, поступающего к разгерметизированному участку соответственно, кДж/кг; величины принимаются по данным заводских технологических лабораторий или по справочной литературе. При неизвестных значениях удельной теплоты сгорания ЖФ для нефтепродуктов можно принимать = 39223-45559 кДж/кг; Принимаем = =44000 кДж/кг

, - удельная теплота парообразования горючей жидкости, имеющейся в блоке и поступившей к нему соответственно, Дж/кг; величины принимаются по данным заводских технологических лабораторий, по справочной литературе или определяются технологическими расчетами. При отсутствии данных значения для бензина можно ориентировочно принимать = 250 кДж/кг в зависимости от плотности и температуры смеси.

- площадь сечения, через которое  возможно истечение ЖФ, м²,

 = = 0,785*0,2² = 0,0314 м².

Подставляя известные  характеристики (28) в (26), рассчитываем

.

Считаем, что количество потоков, поступающих к разгерметизированному  участку, i=2 (принимаем поступающий поток и обратный поток). Тогда, подставляя все известные и рассчитанные величины в (5.1.13), рассчитываем :

 

- энергия сгорания ПГФ, образующейся  из ЖФ за счет тепла экзотермических  реакций, не превращающихся при  аварийной разгерметизации, кДж,

В данном случае величина не рассчитывается, т. к. в технологическом процессе нет химических реакций.

 

- энергия сгорания ПГФ, образующейся  из ЖФ за счет теплопритока  от внешних теплоносителей, кДж,

В данном случае величина не определяется, т.к. технологический процесс протекает без внешнего теплопритока.

 

- энергия сгорания ПГФ, образующейся  из пролитой на твердую поверхность  (пол, поддон, грунт и т. п.) ЖФ  за счет теплоотдачи от окружающей  среды (от воздуха по зеркалу  и твердой поверхности к жидкости), кДж,

,                                                       (5.1.17)

где - суммарная масса ЖФ, испарившейся за счет теплопритока от окружающей среды к разлившейся по твердой поверхности жидкости, кг,

,                                                     (5.1.18)

где - масса ЖФ, испарившейся за счет теплопритока от твердой поверхности (пола, поддона, обваловки и т. п.), кг.

- масса ЖФ, испарившейся за счет теплопередачи от окружающего воздуха, кг,

,                                            (5.1.19)

где m_и - интенсивность испарения, кг/(с м²);

,                                      (5.1.20)

где - безразмерный коэффициент, учитывающий влияние скорости (1 м/с) и температуры воздушного потока над поверхностью (зеркалом) жидкости (20 ⁰С), принимается по справочным данным;

М = 100 кг/кмоль – молекулярная масса;

 - площадь поверхности зеркала жидкости, м²; принимается исходя из реальных условий, в нашем случае F_ж=50 м²;

- время испарения жидкости  за счет тепломассообмена жидкости  с воздухом (время от момента пролива жидкости до ее полного испарения), с; принимается равным 3600 с;

Р_н. - давление насыщенного пара при расчетной температуре, кПа; величина определяется технологическими расчетами;

, где                                (5.1.21)

R – газовая постоянная ПГФ;

Т_к – температура кипения пролитой ЖФ, К;

Т – температура окружающей среды, К.

В нашем случае теплоприток  от окружающей среды не рассматривается, следовательно, учитывается только .

 Па,    

 кг/(с м²);                      

 кг.                                     

Затем, подставляя все  в (5.1.17), рассчитываем :

кДж.

 

Теперь, подставляя все найденные значения энергий в (5.1.1), рассчитываем общий энергетический потенциал блока Е:

=  + + +0+0+ = 1143,84´10⁶ кДж.                                                          (5.1.28)

 

5.2 Расчет тротилового эквивалента взрыва

 

Тротиловый эквивалент (эквивалент ТНТ) определяют по условиям адекватности характера и степени  разрушений при взрывах ВВ, используя уравнение энергетического баланса ударных волн, генерируемых взрывами исследуемой среды и тротила.