Аппарат с горючей жидкостью
Глава 3
ПОЖАРНАЯ ОПАСНОСТЬ ВЫХОДА горючих веществ из поврежденного технологического оборудования
И СПОСОБЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
Классификация аварий и повреждений технологического
Оборудования на производственных объектах
Наиболее пожаровзрывоопасная ситуация на производственных объектах, способная привести в том числе к катастрофическим последствиям, возникает в случае аварийного выхода горючих веществ из технологического оборудования.
Выход горючего вещества из поврежденного технологического оборудования приводит, как правило, к образованию пожаро- или взрывоопасной зоны и при наличии источника зажигания – к воспламенению горючего вещества или взрыву горючей смеси, пожару на производственном объекте.
Под аварией (в наиболее широком толковании этого термина) понимают разрушение сооружений и/или технических устройств, применяемых на опасном производственном объекте, неконтролируемый взрыв и/или выброс опасных веществ.
В зависимости от возможных последствий аварии на производственных объектах в соответствии с ГОСТ Р 12.3.047–98 классифицируются как:
крупная авария – авария, при которой гибнет не менее десяти человек;
проектная авария– авария, для которой обеспечение заданного уровня безопасности гарантируется предусмотренными в проекте промышленного предприятия системами обеспечения безопасности по ГОСТ 12.1.004–91;
максимальная проектная авария – проектная авария с наиболее тяжелыми последствиями (гибель более десяти человек, значительный материальный или экологический ущерб).
Локальное повреждение технологического оборудования – образование трещин, сквозных отверстий от коррозии, прогаров теплообменной поверхности, нарушение целостности фланцевых соединений и т. п. – приводит к выходу продукта под давлением в виде струй пара, газа или жидкости.
Полное разрушение технологического оборудования (аппарата, резервуара, железнодорожной цистерны, мерника, отстойника, циклона и т. п.) или трубопровода характеризуется выходом всего содержимого в производственное помещение или на территорию открытой установки.
Статистика чрезвычайных ситуаций, аварий и пожаров, происшедших на производственных объектах вследствие воспламенения горючих парогазовоздушных смесей, свидетельствует о том, что пожар может развиваться по эффекту «домино», когда в аварийную ситуацию дополнительно вовлекаются соседние сооружения предприятий, а также здания и сооружения жилой застройки (при расположении объекта на селитебной территории), что приводит к значительному материальному ущербу, травмам и гибели людей.
Необходимым условием для реальной оценки масштабов последствий чрезвычайных ситуаций, которые могут возникнуть на производственных объектах, и разработки мероприятий противопожарной защиты является количественный анализ опасности среды в зоне выхода горючих веществ из поврежденного технологического оборудования.
Определение количества горючих веществ,
Выходящих наружу при локальном повреждении
Технологического оборудования
Аппарат с горючей жидкостью
Массу выходящей наружу жидкости при локальном повреждении аппарата 
определяют по формуле
, (3.1)
где 
– коэффициент расхода, изменяющийся в пределах 0,45–0,85 (при истечении жидкостей, вязкость которых составляет 0,5–1,5 МПа×с, через отверстие круглой формы в тонких стенках, можно принимать = 0,64); 
– сечение отверстия, через которое вещество выходит наружу, м2; 
– скорость истечения вещества из отверстия, м/с; 
– плотность вещества, кг/м3; 
– длительность истечения, с.
Скорость истечения жидкости через отверстие в трубопроводе или корпусе аппарата при постоянном давлении вычисляют по формуле
, (3.2)
где 
= 9,81 м/с2 – ускорение силы тяжести; 
– приведенный напор, под действием которого происходит истечение жидкости через отверстие, м.
При истечении жидкости самотеком 
(здесь 
– высота столба жидкости, м); при работе аппарата под давлением
, (3.3)
где 
– избыточное давление среды в аппарате над поверхностью жидкости, Па ( 
Па; здесь 
– абсолютное рабочее давление среды в аппарате, Па); 
– плотность жидкости при рабочей температуре, кг/м3.
Длительность истечения определяется расчетным временем отключения аппаратов и трубопроводов в каждом конкретном случае, исходя из реальной обстановки с учетом паспортных данных на запорные устройства, характера технологического процесса и вида расчетной аварии.
В соответствии с НПБ 105–03 расчетное время отключения трубопроводов следует принимать равным:
- времени срабатывания системы автоматики отключения трубопроводов согласно паспортным данным установки, если вероятность отказа системы автоматики не превышает 
1/год или обеспечено резервирование ее элементов;
- 120 с, если вероятность отказа системы автоматики превышает 1/год и не обеспечено резервирование ее элементов;
- 300 с при ручном отключении.
Под «временем срабатывания» и «временем отключения» понимают промежуток времени от начала возможного поступления горючего вещества из трубопровода (перфорация, разрыв, изменение номинального давления и т. п.) до полного прекращения поступления горючего вещества в помещение или на территорию открытой установки.
Выход горючей жидкости из поврежденного оборудования приводит к ее разливу на полу помещения или на производственной площадке наружной технологической установки. Испарение жидкости с поверхности разлива 
может привести к образованию зоны взрывоопасных концентраций.
Площадь разлива горючих жидкостей на полу производственных помещений при локальном повреждении оборудования определяют из расчета, что 1 л смесей и растворов, содержащих 70 % и менее (по массе) растворителей, разливается на площади 0,5 м2, а остальных жидкостей – на 1 м2 пола помещения.
На горизонтальных поверхностях наружных производственных площадок площадь разлива определяется из расчета, что 1 л смесей и растворов, содержащих 70 % и менее (по массе) растворителей, разливается на площади 0,10 м2, а остальных жидкостей – на 0,15 м2.
Площадь испарения жидкости 
принимают из условий:
- для помещения 
;
- для наружной установки 
,
где 
– площадь пола производственного помещения, м2; 
– площадь, ограниченная бортиками, обвалованием и т. д., за пределы которых не происходит разлив жидкости, м2.
Длительность испарения жидкости 
принимают равной времени ее полного испарения, но не более 3600 с, т. е.
, (3.4)
где 
– интенсивность испарения, кг/(с×м2).
Интенсивность испарения 
находят по справочной литературе или определяют экспериментально. Для ненагретых выше температуры окружающей среды жидкостей при отсутствии данных допускается рассчитывать по формуле
, (3.5)
где 
– коэффициент, учитывающий скорость и температуру воздушного потока в производственном помещении над поверхностью испарения; 
– молекулярная масса вещества, кг/кмоль; 
– давление насыщенного пара при расчетной температуре жидкости, кПа.
Численное значение коэффициента определяют по табл. 3.1.
Таблица 3.1
| Скорость воздушного потока в помещении U, м/с | Значение коэффициента  при температуре  , оС,
воздуха в помещении
| ||||
| 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | |
| 0,1 | 3,0 | 2,6 | 2,4 | 1,8 | 1,6 |
| 0,2 | 4,6 | 3,8 | 3,5 | 2,4 | 2,3 |
| 0,5 | 6,6 | 5,7 | 5,4 | 3,6 | 3,2 |
| 1,0 | 10,0 | 8,7 | 7,7 | 5,6 | 4,6 |
Скорость движения воздуха вдоль поверхности жидкости определяют экспериментально или рассчитывают по формуле
, (3.6)
где 
– кратность аварийной вентиляции, 1/ч (определяется в соответствии с технологическим регламентом); 
– длина помещения, м.
Давление насыщенного пара при расчетной температуре жидкости определяют по справочным данным, при их отсутствии допускается рассчитывать по формуле Антуана
, (3.7)
где А, В, СА – константы уравнения Антуана; 
– расчетная температура жидкости, оС, определяемая из выражения
, (3.8)
где 
– рабочая температура жидкости в аппарате, оС (принимается в соответствии с технологическим регламентом); 
– максимально возможная температура воздуха в помещении в соответствии с климатической зоной или максимально возможная температура воздуха по технологическому регламенту с учетом возможного повышения температуры в аварийной ситуации. При отсутствии данных допускается принимать ее равной 61 оС.
Масса паров жидкости 
, которая будет участвовать в образовании зоны взрывоопасных концентраций, рассчитывается по формуле
. (3.9)
Аппарат с горючим газом
Массу выходящего наружу газа при локальном повреждении аппарата определяют по формуле (3.1). Скорость истечения перегретого пара или газа через отверстие зависит от режима истечения и определяется по следующим формулам:
- для докритического режима истечения, когда 
; (3.10)
- для критического режима истечения, когда 
, (3.11)
где 
– давление окружающей среды, в которую происходит истечение газов, Па (обычно 
); 
– критическое давление, определяемое из выражения
, (3.12)
где 
– показатель адиабаты; 
– универсальная газовая постоянная ( = = 8314,31 Дж/(кмоль·К).