Вывод: Резервуары постоянно заполнены топливом на 80-95 % и концентрация паров топлива близки к насыщенным и взрывоопасная концентрация не образуется. Горючая среда может образоваться в следующих ситуациях:
- в трубопроводах при сливе-наливе нефтепродуктов;
- в бочке бензовоза при опорожнении;
- в резервуаре аварийного слива при аварийном сливе с бензовоза.
3.3 Расчет размеров зон взрывоопасных концентраций, при поступлении горючих газов и паров в открытое пространство
При функционировании технологического оборудования возможны два варианта образования зон взрывоопасных паровоздушных смесей на открытой технологической площадке:
Первый вариант - взрывоопасные эксплуатационные зоны, образующиеся при нормальном функционировании технологического процесса;
Второй вариант - аварийные взрывоопасные зоны, образующиеся в результате неконтролируемого выхода ЛВЖ наружу из технологической системы.
Размеры взрывоопасных эксплуатационных зон при нормальной эксплуатации регламентированы «Правилами устройства электроустановок» (ПУЭ). Такие зоны у наружных установок принято классифицировать как взрывоопасные класса В - Iг.
Взрывоопасные зоны у наружных установок ограничиваются по горизонтали и вертикали следующими размерами:
– 3 м - от закрытых технологических аппаратов, содержащих горючие газы и ЛВЖ;
– 5 м - от места выброса взрывоопасных и горючих веществ из предохранительных и дыхательных клапанов;
– 8 м - от резервуаров с ЛВЖ и газгольдеров, а при наличии обвалования -- в пределах всей площади внутри обвалования;
– 20 м - от мест открытого слива и налива ЛВЖ на эстакадах.
В этих зонах принимаются все меры по исключению появления источника зажигания, и в первую очередь - это требования к выбору электрооборудования.
Определение зон взрывоопасных концентраций газов и паров ЛВЖ при аварийном поступлении их в открытое пространство при неподвижной воздушной среде регламентировано ГОСТ Р 12.3.047-98 [6].
Размеры зоны (м), ограничивающие область концентраций, превышающей нижний концентрационный предел распространения пламени по горизонтали и вертикали рассчитывают по формулам, приведенным ниже.
Для паров ЛВЖ:
(3.1)
(3.2)
где mп - масса паров ЛВЖ, поступивших в открытое пространство за время полного испарения, но не более 3600 с, кг;
сп - плотность паров ЛВЖ при расчетной температуре, кг/м3;
РS - давление насыщенных паров ЛВЖ, кПа;
К - коэффициент (К = ф/3600);
ф - продолжительность поступления паров ЛВЖ при испарении, с;
цНКПР - нижний концентрационный предел распространения пламени ГГ или паров, % об;
тг - масса поступившего в открытое пространство ГГ при аварийной ситуации, кг;
сг - плотность горючего газа при расчетной температуре и атмосферном давлении, кг/м3.
Для ЛВЖ геометрически зона, ограниченная НКПР паров, будет представлять цилиндр с основанием радиусом Rб и высотой h = Zнкпр при высоте источника паров ЛВЖ h < ZНКПРП и hб = h + ZНКПРП при h ? ZНКПРП.
3.4 Оценка возможности образования горючей среды при выходе веществ наружу из технологического оборудования, образующиеся при нормальном функционировании технологического процесса
При эксплуатации технологического оборудования, в котором обращаются легковоспламеняющиеся и горючие жидкости, возможно образование горючей среды при выходе этих веществ наружу. Причем выход веществ может проходить как из нормально работающего технологического оборудования, так и при его повреждении.
Это может происходить при наполнении подземных резервуаров нефтепродуктами, а также при заправке автотранспортных средств на топливораздаточных колонках.
При сливе бензина из АЦ в подземные емкости взрывоопасные концентрации могут создаваться в цистерне бензовоза и на площадке АЗС, около дыхательных клапанов. Оценим возможность их образования в самое опасное время - летнее. В летний, наиболее жаркий период года, бензин в цистерне бензовоза во время его движения в дневное время за счет солнечной радиации может нагреться до 30 0С и более, а сама цистерна (ее верхняя часть) до +35 - 40 0С и более [21]. Концентрация паров бензина в цистерне бензовоза при его температуре 30 0С будет насыщенной, так как при движении бензовоза происходит взбалтывание, перемешивание.
3.4.1 Расчет образования горючей среды при выходе веществ наружу при наливе в подземные емкости и зоны взрывоопасной загазованности
Расчет по бензину «Регуляр-92»:
Количество выходящих паров из заполняемой бензином емкости определяем по формуле.
, (3.3)
где Vн - объем поступающий в резервуар, м3; Vн =8 м3объем цистерны в бензовозе;
Рр - рабочее давление, Па, РР=Р0=1·105 Па;
Тр - рабочая температура в резервуаре, 15 + 273 = 288К;
цs - концентрация насыщенного пара;
М - молярная масса бензина, кг/кмоль;
М = 98,2 кг/кмоль.
По уравнению В.П.Cучкова определяем давление насыщенного пара бензина.
(3.4)
где tвсп - температура вспышки, 0С.
кПа,
об.доли,
кг/цикл,
Объем взрывоопасной зоны определяем по формуле:
(3.5)
где Кб - коэффициент безопасности. Кб =2;
цн - нижний концентрационный предел распространения пламени, кг/м3. Пересчет осуществляется по следующей формуле:
, (3.6)
где ц = 0,96%;
кг/м3,
, (3.7)
где Vt - молярный объем пара, м3/кмоль;
V0 - молярный объем паров при н.у., м3/кмоль.
м3/кмоль
Размер зоны ограничивающей область концентрации превышающих цнкпр для паров ЛВЖ вычисляют по формуле 3.1:
Принимаем ф =0,5 час, тогда К= 1800/3600=0,5.
Vo - мольный объем, Vo=22,413 м3/кмоль;
м
, (3.8)
кг/м3
Аналогично производим расчет по бензину «Премиум-95».
Расчет по бензину «Премиум-95»:
Количество выходящих паров из заполняемой бензином емкости определяем по формуле 3.3.
По уравнению В.П.Cучкова 3.4 определяем давление насыщенного пара бензина.
кПа,
об.доли,
кг/цикл.
Пересчет осуществляется по следующей формуле 3.6:
кг/м3,
м3/кмоль,
Размер зоны ограничивающей область концентрации превышающих цнкпр для паров ЛВЖ вычисляют по формуле 3.1:
м,
кг/м3,
Как видно из расчетов показатели бензинов «Регуляр-92» и «Премиум-95» практически одинаковы, но с учетов более высокой опасности и выхода постановления Правительства РФ от 27.02.2008 №118, об утверждении Технического регламента «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, для реактивных двигателей и топочному мазуту»[22], топлива «Нормаль-80», «Регуляр-92» будут отменены и все расчеты будем производить по бензину «Премиум-95».
3.4.2 Расчет концентрацию паров бензина при открывании горловины автоцистерны
При открывании крышки горловины автоцистерны некоторая часть паров бензина выйдет наружу, так как избыточное давление в свободном пространстве будет немного выше атмосферного 30 - 55 кПа. Определим количество этих паров и объем, в котором может образоваться локальная концентрация паров бензина около горловины цистерны бензовоза при открывании крышки. Определим количество паров бензина, выходящих наружу:
(3.9)
где Рраб - рабочее давление в цистерне бензовоза, 130350 Па;
Ратм - атмосферное давление, Ратм =1·105 Па;
цS - концентрации паров бензина, об. доли;
Vсв - свободный объем цистерны, заполненной бензином на 90%;
м3, где 8 м3 - геометрический объем цистерны;
М - молекулярная масса паров бензина, 93,2 кг/кмоль;
Траб - рабочая температура бензина в цистерне бензовоза 273 + 30 = 303 К.
По уравнению В.П.Cучкова 3.4 определяем давление насыщенного пара бензина при + 30 0С в бензовозе.
кПа,
об.доли,
кг.
Объем взрывоопасной зоны определяем по формуле 3.5:
фн - нижний концентрационный предел распространения пламени по формуле 3.6;
кг/м3,
м3/кмоль,
.
Вывод: Таким образом, открытие горловины автоцистерны большой опасности не представляет, так как такое количество паров бензина образуется кратковременно, только при контроле заполнения цистерны. Оператор открывает горловину автоцистерны на одну, две минуты. Пары бензина быстро рассеивается в атмосфере. При сливе из бензовоза бензина, в его цистерну через дыхательной клапан поступает воздух, который перемешивается с парами бензина и способен образовать взрывоопасную смесь в свободном объеме цистерны. С АЗС ООО «Нефтересурсы» бензовоз уезжает с взрывоопасной концентрацией паров в его цистерне. Бензин, нагретый до 30 0С, сливается из цистерны в подземную емкость, температура жидкости, в которой в летнее время обычно не превышает 15 0С. Концентрация паров в емкости в начале слива будет насыщенной и примерно равна цs=11,8%, что гораздо выше цВРПР = 5,48% об и будет являться негорючей, то есть взрыва в подземной емкости с бензином при его температуре 15 0С и выше произойти не может, даже при наличии источника зажигания.
Опасная ситуация может создаваться в летнее время на площадке, около дыхательных клапанов резервуаров, в которые производиться слив бензина из бензовоза при небольших скоростях ветра (0-1 м/с).
Технико-эксплуатационной документацией проекта АЗС предусматривается расположение дыхательных клапанов, через которые будет производиться выброс паров на высоте не менее 4,5 м. Этим создаются хорошие условия для рассеивания паров бензина в окружающую атмосферу, но при отсутствии ветра паровоздушная смесь оседает на территорию АЗС «Нефтересурсы» и создает угрозу вспышки паров бензина.
3.5 Расчет размеров зон взрывоопасных концентраций, при аварийном поступлении горючих газов и паров в открытое пространство
Рассмотрим наихудший вариант - происходит пролив жидкости на горизонтальную поверхность при повреждении цистерны бензовоза. Бензовоз не подсоединен к трубопроводам слива.
Расчёт массы пролившейся жидкости будет находиться в соответствии с тем, что:
- вся жидкость, находящаяся в бензовозе поступает в окружающее пространство;
- жидкость растекается по поверхности не имеющей ограничений - отбортовки;
- приемные патрубки аварийного резервуара в закрытом положении.
Необходимо определить массу пролившейся жидкости. Формула расчёта массы жидкости:
(кг), (3.10)
где Vбенз - объём бензовоза, м3;
Vтрк - объём насоса ТРК, м3;
сб - плотность бензина равная 730 кг/м3.
Находим массу.
кг.
Зная, что 1 л. = 0,001 м3., переводим объём в литры
л,
Находим поверхность разлива F. В соответствии с НПБ 105-03 п.38г поверхность разлива принимается исходя из расчета, что 1 л смесей и растворов разливается на площади 0, 15 м2.
м2. (3.11)
При повреждении автоцистерны масса жидкости, которая разольётся на горизонтальную поверхность будет равна 5840 кг, а площадь разлива будет составлять 1200 м2.
Все производимые расчёты соответствуют требованиям НПБ 105-03[7,8].
Плотность паров ЛВЖ необходимо определить по следующей формуле 3.8:
Из ранее проведенных расчетов:
Бензин А-95
Условная формула С6,742Н11,898.
tр = 30 Со
ф = 120 с
Рн=22,12486 кПа.
, (3.11)
где W - интенсивность испарения, кг/(с·мІ);
Fu - площадь испарения (1200 мІ);
t - продолжительность поступления паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей в окружающее пространство, с.
Интенсивность испарения W определяется по справочным и экспериментальным данным. Для ненагретых ЛВЖ при отсутствии данных допускается рассчитывать W по формуле:
, (3.12)
где М - молярная масса, кг/кмоль;
Рн - давление насыщенного пара при расчетной температуре жидкости, определяемое по справочным данным в соответствии с требованиями [12], кПа.
Определяем интенсивность испарения.
кг/кмоль,
кг/(с·мІ),
Находим массу паров ЛВЖ поступивших в открытое пространство.
кг,