3.3 Образования взрывоопасных концентраций внутри технологического оборудования
Взрыв - быстрое химическое превращение среды, сопровождающееся выделением энергии и образованием сжатых газов. [1]
Взрывоопасная смесь- смесь воздуха или окислителя с горючими газами, парами легковоспламеняющихся жидкостей, горючими пылями или волокнами, которая при определенной концентрации и возникновении источника инициирования взрыва способна взорваться. [1]
Взрыв на объектах топливо - энергетического комплекса происходят в аппаратах, емкостях, помещениях или на наружных технологических установках. При этом, как правило, наблюдаются взрывы газо-, паро-, и пылевоздушных смесей. Реже происходят механические взрывы, сопровождающиеся разрушением аппаратов, трубопроводов резервуаров, баллонов, работающих при высоких давлениях.
Все технологическое оборудование на предприятиях может быть отнесено к следующим трем основным типам:
- Открытые аппараты. Примерами открытых аппаратов служат различные ванны (промывочные, окрасочные, закалочные и др.) с горючими жидкостями, смесители, а также аппараты периодического действия, открываемые для загрузки и выгрузки продукции;
- «дышащие» аппараты. Примеры таких аппаратов служат резервуары со стационарной крышей для хранения нефти и нефтепродуктов, мерники, напорные баки, бункеры для хранения зернистых и пылевых материалов, аппараты с переменным уровнем находящихся в них продуктов.
- герметичные аппараты (реакторы непрерывного действия, ректификационные колоны, абсорбенты, насосы, компрессоры, напорные трубопроводы и другое технологическое оборудование).
Резервуары на УПСВ «Пашня» относятся к оборудованию «дышащие аппараты». Основное пространство образования взрывоопасных концентраций находится снаружи, но так как заполнение резервуаров идет не полностью, то при несрабатывании дышащих клапанов взрывоопасные концентрации могут скопиться внутри.
Опасность образования ВОК внутри аппаратов с ЛВЖ и ГЖ, находящихся на отстое, может иметь место в случае наличия в них паровоздушного пространства и если температура жидкостей или концентрация паров в них находится между нижним и верхним температурным или концентрационным пределами распространения пламени. [9]
Так как на УПСВ «Пашня» резервуары заполняют максимум на 80%, это способствует образованию паровоздушного пространства.
Условие образования взрывоопасной концентрации легковоспламеняющейся жидкости и горючей жидкости приведено в формула 3.3.1:
tнпрп tж tвпрп,(3.3.1)
где tнпрп, tвпрп - соответственно нижний и верхний температурные пределы распространения пламени; tж - рабочая температура.
Для нефти верхний и нижний температурные пределы распространения пламени:
- tнпрп = 12 o C.
- tнпрп = 39 o C.
Рабочая температура жидкости на РВС-1,2 = 17 o C, что соответствует условию для образования ВОК в резервуарах.
Из рассмотренных условий, можно сделать вывод, что резервуарный парк является пожаровзрывоопасным.
3.4 Возможность образования горючих концентраций вне аппаратов и емкостях
Взрывоопасные вещества после высвобождения из закрытых (герметичных) систем в зависимости от их природы и физических параметров состояния в оборудовании или транспортной системы могут образовывать:
- облако топливно-воздушной смеси (ТВС), из дыхательных клапанов и дыхательных линий резервуаров (большое или малое дыхание) или испаряющейся с поверхности разлитой жидкости;
- разлитие опасных продуктов по свободной площади или в пределах ограждений (обвалований);
- струйное истечение опасных веществ из технологического блока при частичной разгерметизации, как жидкой, так и паровой фаз.
Высвобожденные взрывоопасные вещества при контакте и смешении с кислородом воздуха, при появлении источника зажигания достаточной мощности склонны к дальнейшим физико-химическим превращениям в форме взрывов и горения.
Чаще всего образование горючих паровоздушных концентраций около резервуаров происходит при их заполнении нефтью (большое дыхание), при повышении температуры окружающей среды (малое дыхание).
Большим дыхание - называют вытеснение паров наружу (или подсос воздуха внутрь) при изменении уровня жидкости в аппаратах. Малым дыханием называют вытеснение паров наружу (или подсос воздуха внутрь аппаратов), вызываемое изменением температуры газового пространства под влиянием изменения температуры среды.
Взрывоопасные концентрации паров нефти с воздухом при больших дыханиях могут образовываться сравнительно быстро при повышенных температурах наружного воздуха весной и летом, в результате чего резко возрастает их выброс через дыхательные клапаны резервуаров и емкостей.
Исследованиями установлено, что взрывоопасные зоны максимальных размеров образуются при инверсии атмосферы, которое чаще всего создается в период с 7 часов вечера до 7 часов утра. В ночное время и рано утром часто наблюдается почти полное безветрие и даже нисходящие потоки воздуха. Штилевая погода и потоки воздуха, прижимающиеся к поверхности земли, создают благоприятные условия для образования взрывоопасных концентраций, так как пары нефти тяжелее воздуха и над поверхностью земли образуется газовое облако, которое может распространяться на значительные расстояния от места выхода паров.
Взрывоопасная загазованность прилегающей территории может возникнуть преимущественно при больших дыханиях, когда происходит мощный выброс паровоздушной смеси в атмосферу при значительной концентрации в ней горючих паров. [10]
Определим расчетом количество горючих паров, выходящих в атмосферу при большом дыхании резервуара РВС-3000 по формуле 3.4.1:
(3.4.1)
где V1-V2 - обьем подаваемой в резервуар жидкости, при степени его заполнения е = 0,8
V1-V2 = е ·Vр-ра = 0.8·3000 = 2400 м3
где Vр-ра - геометрический объем резервуара РВС - 3000; Рр= 2 105 Па - рабочее давление в РВС, Тр= 290К - температура среды в резервуаре,;
цs - объемную долю насыщенных паров при tр, определяем по формуле:
цs = Ps/Pраб (3.4.2)
где Ps - давление насыщенного пара нефти; Рраб =2 105 Па - рабочее давление системы,
Рs определяем по уравнению Антуана:
(3.4.3)
Где - коэффициенты (константы) Антуана, принимаем их равными: А = 5,07020, В = 682,876, Са = 222,066
Полученные коэффициенты подставляем в выражение:
Тогда: цs = 15561 / 200000 = 0.077 объем. доли
М = 90 кг/кмоль - молекулярная масса нефти, принимаем по наиболее летучим фракциям
Подставляя полученные значения в исходную формулу (3.4.1) находим количество выделившихся в атмосферу горючих паров нефти при заполнении РВС- 3000:
Полученное количество горючих паров нефти может образовать газовое облако взрывоопасной концентрации вблизи PBC-3000, объем которого можно определить по формуле (3.4.3):
Vвзр.=Gб/цнппр ,(3.4.4)
Где Gб = 689 кг/ цикл - количество горючих паров выходящих из РВС-3000 за один цикл; цнппр - нижний концентрационный предел распространения пламени в кг/м3, определяем по формуле:
цнппр = (М · цнппр) / Vt , кг/м3 (3.4.5)
где М = 90 кг/кмоль - молекулярная масса;
Vt, м3/кмоль - молярный объем паров нефти при рабочих условиях определяем по формуле:
кг/м3 4.6)
Где V0 = 22,41 м3/кмоль - молярный объем паров нефти; Тр = 290 К - рабочая температура нефти в резервуаре; Т0 = 273 К - температура при нормальных физических условиях; Р0 = 1 · 105 Па.
Отсюда:
Vt = 22.41·290 / 273 = 23 м3/кмоль;
Тогда:
цнппр = 90·0.08 / 23 = 0,31 кг/м3
В итоге объем взрывоопасной зоны около РВС-3000 будет равен:
Vв = 689/0,31 = 2223 м3
Таким образом, при безветренной погоде или небольших скоростях ветра на территории резервуарного парка около РВС-3000 в период закачки его нефтью может образоваться газовое облако большого объема - 2223 м3, а при наличии источника возгорания может возникнуть быстро развивающийся пожар.
3.5 Причины и различные варианты развития пожара. Источники зажигания
Анализ статических данных и отчетов комиссий по расследованию причин возникновения аварийных ситуаций на объектах нефтяной и газовой отрасли могут быть объединены в следующие группы:
- отказы и неполадки технологического оборудования;
- ошибки, запаздывания, бездействие персонала в штатных и нештатных ситуациях, несанкционированные действия персонала;
- «внешние» воздействия природного или техногенного характера.
Причины аварии, связанные с отказами и неполадками технологического оборудования:
- прекращение подачи энергоресурсов;
- коррозия и эрозия оборудования;
- физический износ, механическое повреждение или температурная деформация оборудования;
- причины, связанные с типовыми процессами.
Прекращение подачи энергоресурсов может привести к нарушению нормального режима работы оборудования, выходу технических параметров за критические значения и созданию аварийной ситуации.
Опасности, связанные с физическим износом и коррозией могут привести к аварийной разгерметизацией и выбросу опасных веществ в окружающую среду. Физический износ, механические повреждения или температура деформации оборудования может привести как к частичному, так и к полному разрушению технологического оборудования.
Типовыми процессами являются подогрев нефти и воды, перекачка газонефтяной эмульсии ее отстой. Данные процессы происходят в спокойном гидродинамическом режиме под избыточным давлением 0,005- 0,4 МПа, при высоких температурах.
При повышении давления в аппаратах выше разрешенного может произойти разгерметизация.
Емкостное оборудование является источником повышенной опасности из-за значительных объемов потенциально опасных веществ, находящихся в них.
Причины, связанные с ошибками, запаздыванием, бездействием персонала в штатных и нештатных ситуациях, несанкционированные действия персонала:
- ошибочные действия водителей транспортных средств;
- отсутствие или неисправность искрогасителей на двигателях внутреннего сгорания;
- нарушение должностных инструкций и инструкций по выполнению технологических операций;
- бездействие или ошибка в действиях в нештатной ситуации;
- выдача должностных указаний или распоряжений, принуждающих подчиненных нарушать правила безопасности и охраны труда;
- нарушение (повреждение), отключение системы взрывозащищенности оборудования, систем автоматики и безопасности электрооборудования;
- несоблюдение правил пожарной безопасности.
Особую опасность представляют ошибки при пуске и остановке оборудования, ведения ремонтных, профилактических и других работ, связанных с неустойчивыми переходными режимами.
.Причины, связанные с внешним воздействием природного и техногенного характера:
- Разряд атмосферного электричества.
Разряд атмосферного электричества возможен при поражении объекта молнией, при вторичном ее воздействии или при заносе в него высокого потенциала.
Поражение объекта молнией возможно при совместной реализации двух событий - прямого удара молнии и отказа молниеотвода (из-за его отсутствия, неправильного конструктивного исполнения, неисправности).
- Сильный ветер (скорость при порывах 25м/с и более), сильный гололед (отложения на проводах диаметром 20 мм и более), сильная метель в сочетании с сильным ветром скоростью 15м/с и более), которые могут вызвать аварии на энергетических сетях и привести к перерывам в подачи электроэнергии.
- Землетрясение, оползневые и карстовые явления.
Могут привести к сильному повреждению оборудования, опасны тем, что их сложно прогнозировать. На территории УПСВ «Пашня» вероятность появления аварий из-за данных стихийных бедствий маловероятна.
- Падение самолета, вертолета.
Падение самолетов, метеоритов и.т.д. для территории расположения декларируемого объекта маловероятны. Над территорией декларируемого объекта нет постоянно действующих авиалиний.
- Диверсии и террористические акты, акты вандализма.
Террористические акты и акты вандализма маловероятны.
УПСВ «Пашня» расположена вдали от транспортных магистралей. На территорию объекта посторонним въезд и проход запрещен. Данный объект обеспечен надежной охраной.
Все вышеперечисленные факторы могут привести к разгерметизации оборудования и явиться причиной возникновения аварийных ситуаций различных масштабов [7]