Анализ состояния безопасности промышленных объектов

курсовая работа

2. Количественная оценка пространственных масштабов полей поражающих факторов, возникающих в результате техногенного происшествия на рассматриваемом и соседних объектах

Согласно требованиям нормативно-методических документов максимально возможный объём разлившихся нефтепродуктов составит: автоцистерна - 100 % объема; стационарные объекты хранения нефти и нефтепродуктов - 100% объёма максимальной ёмкости одного объекта хранения.

Количественные показатели для сценария «А»

Интенсивность испарения W, кг/(с·м2), для не нагретых выше температуры окружающей среды ЛВЖ, при отсутствии данных, допускается рассчитать по формуле (справедливой в диапазоне температур от минус 50 до плюс 40 °С) :

где з - коэффициент, принимаемый по таблице 3, в зависимости от скорости и температуры воздушного потока над поверхностью испарения. Для наихудших условий (скорость ветра 1 м/с, температура 35оС) эта величина составит 4,6;

М - молярная масса ЛВЖ, г/моль. Принимаем М = 98 г/моль;

Рн - давление насыщенного пара при расчетной температуре жидкости, кПа.

Таблица 3 - Значения коэффициента з

Скорость воздушного потока в помещении, м*с-1

Значение коэффициента з при температуре t, оС, воздуха в помещении

10

15

20

30

35

0

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

Оценим давление насыщенных паров спирта Рн по уравнению Антуана при расчётной температуре tр = 40°С (пролив топлива на нагретую поверхность площадки):

спирт lgРн = 4,2 - 680/(222 + 40) = 1,60,

Рн = 40,2 кПа (40% об.),

кг/(с·м2).

Оценка продолжительности испарения спирта. При свободном растекании 1 л спирта на бетонную поверхность образуется пятно площадью 0,67 м2. Следовательно, на каждом квадратном метре бетонной поверхности будет удержано m1 = 1/0,67 = 1,5 л спирта, или, при плотности 0,745 кг/л, 1,12 кг (как при свободном растекании, поскольку излишки спирта утекут в дренажную систему). Тогда продолжительность испарения составит:

Площадь площадки для разгрузки составляет 90 м2 .

С учетом площади площадки масса паров спирта в облаке ТВС равна:

Mп = 1,12*90 = 100,8 кг.

Плотность паров бензина при расчетной температуре tр и молярной массе бензина М = 98 может быть определена по формуле:

Эффективный диаметр разлива составит:

Высота пламени Н, м:

где М - удельная массовая скорость выгорания топлива кг/(м2*с). Для спирта принята 0,06 кг/(м2*с);

с - плотность окружающего воздуха, кг/м3. Принята 1,2 кг/м3;

g - ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с2.

Расчет параметров пожара пролива ЛВЖ произведен в соответствии с ГОСТ Р 12.3.047-98 и НПБ 105-03.

Интенсивность теплового облучения пожара:

где Ef - среднеповерхностная плотность теплового излучения пламени, принимаемая по таблице 4 (для эффективного диаметра пролива площадью 10,71 м2 60 кВт/м2);

Fq - угловой коэффициент облученности

Таблица 4 - Среднеповерхностная плотность теплового излучения пламени в зависимости от диаметра очага и удельная массовая скорость выгорания для некоторых жидких углеводородных топлив .

Топливо

Еf, кВт/м2

М, кг/(м2*с)

d = 10 м

d = 20 м

d = 30 м

d = 40 м

d = 50 м

СПГ (Метан)

220

180

150

130

120

0,08

СУГ (Пропан-бутан)

80

63

50

43

40

0,10

Бензин

60

47

35

28

25

0,06

Спирт

40

32

25

21

18

0,04

Нефть

25

19

15

12

10

0,04

Примечание. Для диаметров очагов менее 10 м или более 50 м следует принимать величину Еf такой же, как и для очагов диаметром 10 и 50 м, соответственно.

,

где Fн Fn, - факторы облученности для вертикальной и горизонтальной площадок, соответственно;

ф - коэффициент пропускания атмосферы

.

Производим вычисления на расстоянии 10 м (r = 10 м).

Определяем необходимые коэффициенты :

Фактор облученности вертикальной площадки Fv определяется по формуле:

Фактор облученности горизонтальной площадки Fн рассчитывается по формуле:

Угловой коэффициент облученности Fq:

Коэффициент пропускания атмосферы:

Тогда = 60 * 0,22* 0,996 = 13,54кВт/м2

Расчеты по сценарию «А» сведены в таблицу 5.

По результатам расчетов построен график зависимости плотности теплового потока пожара пролива, кВт/м2, от расстояния до его центра, м, (рисунок 1).

Таблица 5 - Расчеты по сценарию «А»

Наименование параметра

Значение параметра

Исходные данные

Вид ГСМ

Бензин автомобильный

Подстилающая поверхность

Бетон

Расчетная температура, оС

+ 40 оС

Площадь пролива, м2

70

Удельная скорость испарения спирта, кг/м2

0,0002

Продолжительность испарения, с

582

Масса паров в облаке ТВС, кг

100,8

Плотность паров, кг/ м3

3,81

Результаты расчетов

Эффективный диаметр, м

8,71

Высота пламени, м

13,5

Среднеповерхностная плотность теплового излучения пламени, кВт/м2

60

Массовая скорость выгорания, кг/м2

0,06

q

35

30

25

20

15

10

5

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 r

Рисунок 1 - Зависимость плотности теплового потока пожара пролива от расстояния до его центра

Количественные показатели для сценария «Б»

Объёмный взрыв топливовоздушной смеси (ТВС) паров спирта на сливоналивной эстакаде может вызвать барическое поражение персонала, повреждение автоцистерны и прочих объектов.

Оценим размер области пространства с «опасной» концентрацией паров спирта в случае его утечки. Для ЛВЖ геометрически зона, ограниченная НКПР паров, будет представлять собой цилиндр с основанием радиусом RНКПР и высотой ZНКПР при высоте источника паров ЛВЖ.

Радиус зоны RНКПР для паров ЛВЖ, ограничивающий область концентраций, превышающих НКПР, рассчитывают по формуле:

где К - коэффициент, принимаемый равным Т/3600 (Т - продолжительность поступления паров ЛВЖ в открытое пространство, но не более 3600 с);

Рн - давление насыщенных паров ЛВЖ при расчетной температуре, кПа. При расчетной температуре 40 оС (температура дорожного покрытия разгрузочной площадки) Рн = 40 кПа;

Снкпр - нижний концентрационный предел распространения пламени паров ЛВЖ, % (об). Для паров спирта 1,1%;

mпр - приведенная масса паров, поступивших в атмосферу за время полного испарения, но не более 3600 с, определяют по формуле:

где Q0 - константа, равная 4520 кДж*кг-1;

Qсг - удельная теплота сгорания пара спирта 43240 кДж*кг-1;

Z - коэффициент участия паров в горении (0,1);

m - масса горючих паров, поступивших в результате аварии в окружающее пространство, кг. Из предыдущих расчетов 100,8 кг;

сп - плотность паров ЛВЖ при расчетной температуре, кг/м3. Из предыдущего расчета 3,81 кг/м3.

.

Верхняя граница зоны «опасных концентраций» ZНКПР определена по формуле:

Избыточное давление на различных расстояниях от эпицентра найдено по формуле:

где mпр - масса вещества, приведенная к тротиловому эквиваленту, кг;

Р0 - атмосферное давление (101,3 кПа).

На расстоянии 4 м от центра взрыва

Импульс волны давления рассчитан по соотношению:

Расчеты по сценарию «Б» сведены в таблицу 6.

По результатам расчетов построены графики зависимости избыточного давления взрыва, кПа, от расстояния до центра, м, (рисунок 2) и импульса взрыва, кПа*с, от расстояния до центра, м, (рисунок 3).

Таблица 6 - Расчеты по сценарию «Б»

Наименование параметра

Значение параметра

Исходные данные

Вид ГСМ

Бензин автомобильный

Подстилающая поверхность

Бетон

Масса паров в облаке ТВС, кг

100,8

Результаты расчетов

Коэффициент участия, К

0,1

Удельная теплота сгорания пара бензина, кДж·кг-1

43240

Приведенная масса паров, кг

98

ДP

8000

7000

6000

5000

4000

3000

2000

1000

1 2 3 4 5 6 7 r

Рисунок 2 - Зависимость избыточного давления взрыва от расстояния до центра

i

3000

2500

2000

1500

1000

500

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 r

Рисунок 3- Зависимость импульса взрыва от расстояния до центра

Количественные показатели для сценария «В»

Интенсивность теплового излучения «огненного шара» q, кВт/м2, определена по формуле:

где Ef - среднеповерхностная плотность теплового излучения пламени, кВт/м2. В соответствии с рекомендациями принимаем равным 432 кВт/м2;

Fq - угловой коэффициент облученности;

ф - коэффициент пропускания атмосферы.

Угловой коэффициент облученности Fq рассчитан по формуле:

где Н - высота центра «огненного шара». Принимаем равной Ds/2, м;

Ds - эффективный диаметр «огненного шара», м

где m - масса горючего вещества, кг;

r - расстояние от облучаемого объекта до точки на поверхности земли, м.

Н = 12 м.

На расстоянии r = 10 м

Коэффициент пропускания атмосферы t рассчитан по формуле:

.

Время существования «огненного шара» ts, с:

34,9

Расчеты по сценарию «В» сведены в таблицу 7.

Таблица 7 - Расчеты по сценарию «В»

Наименование параметра

Значение параметра

Исходные данные

Вид ГСМ

Бензин автомобильный

Масса паров в облаке ТВС, кг

100,8

Расчетные параметры (приложение Д) /5/

Эффективный диаметр, м

24

Высота центра шара, м

12

Продолжительность существования шара, с

3,72

По результатам расчетов построен график зависимости теплового излучения «огненного шара», кВт/м2, от расстояния до его центра, м, (рисунок 4).

q

120

110

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 r

Рисунок 4 - Зависимость плотность теплового излучения «огненного шара» от расстояния до его центра

Количественные показатели для сценария «Г»

Оценим давление насыщенных паров горючего Рн по уравнению Антуана при расчётной температуре tр = 40°С (пролив топлива на нагретую поверхность площадки):

спирт lgРн = 4,2 - 535/(218 + 40) = 1,60,

Рн = 40,2 кПа (40% об.)

Определим интенсивность испарения W, кг/(с·м2):

кг/(с·м2).

Оценка продолжительности испарения спирта. При свободном растекании 1 л спирта на бетонную поверхность образуется пятно площадью 0,67 м2. Следовательно, на каждом квадратном метре бетонной поверхности будет удержано m1 = 1/0,67 = 1,5 л спирта, или, при плотности 0,745 кг/л, 1,12 кг (как при свободном растекании, поскольку излишки бензина утекут в дренажную систему). Тогда продолжительность испарения составит:

Площадь площадки для разгрузки составляет 3000 м2 .

С учетом площади площадки масса паров бензина в облаке ТВС равна:

Mп = 1,12*3000 = 3360 кг.

Плотность паров спирта при расчетной температуре tр и молярной массе спирта М = 98 может быть определена по формуле:

Эффективный диаметр разлива составит:

Высота пламени Н, м:

где М - удельная массовая скорость выгорания топлива кг/(м2*с). Для спирта принята 0,06 кг/(м2*с);

с - плотность окружающего воздуха, кг/м3. Принята 1,2 кг/м3;

g - ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с2.

Производим вычисления на расстоянии 50 м (r = 50 м).

Определяем необходимые коэффициенты :

Фактор облученности вертикальной площадки Fv определяется по формуле:

(2.13)

Фактор облученности горизонтальной площадки Fн рассчитывается по формуле:

(2.14)

Угловой коэффициент облученности Fq:

Коэффициент пропускания атмосферы:

Тогда = 25 * 0,19* 0,99 = 4,7 кВт/м2

Расчеты по сценарию «Г» сведены в таблицу 8.

По результатам расчетов построен график зависимости плотности теплового потока пожара пролива, кВт/м2, от расстояния до его центра, м, (рисунок 5).

Таблица 8 - Расчеты по сценарию «Г»

Наименование параметра

Значение параметра

Исходные данные

Вид ГСМ

Бензин автомобильный

Подстилающая поверхность

Бетон

Расчетная температура, оС

+ 40 оС

Площадь пролива, м2

4200

Удельная скорость испарения бензина, кг/м2

0,002

Продолжительность испарения, с

544

Масса паров в облаке ТВС, кг

3360

Плотность паров, кг/ м3

3,81

Результаты расчетов

Эффективный диаметр, м

62,03

Высота пламени, м

60

Среднеповерхностная плотность теплового излучения пламени, кВт/м2

25

Массовая скорость выгорания, кг/м2

0,06

12

10

8

6

4

2

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55

Рисунок 5 - Зависимость плотности теплового потока пожара пролива от расстояния до его центра

Количественные показатели для сценария «Д»

Радиус зоны RНКПР для паров ЛВЖ, ограничивающий область концентраций, превышающих НКПР, рассчитывают по формуле:

Приведенную массу паров, поступивших в атмосферу за время полного испарения, но не более 3600 с, определяют по формуле:

где Q0 - константа, равная 4520 кДж*кг-1;

Qсг - удельная теплота сгорания пара спирта 43240 кДж*кг-1;

Z - коэффициент участия паров в горении (0,1);

m - масса горючих паров, поступивших в результате аварии в окружающее пространство, кг. Из предыдущих расчетов 100,8 кг;

сп - плотность паров ЛВЖ при расчетной температуре, кг/м3. Из предыдущего расчета 3,81 кг/м3.

.

Верхняя граница зоны «опасных концентраций» ZНКПР определена по формуле:

Избыточное давление на различных расстояниях от эпицентра найдено по формуле:

где mпр - масса вещества, приведенная к тротиловому эквиваленту, кг;

Р0 - атмосферное давление (101,3 кПа).

На расстоянии 4 м от центра взрыва

Импульс волны давления рассчитан по соотношению:

Расчеты по сценарию «Д» сведены в таблицу 9.

По результатам расчетов построены графики зависимости избыточного давления взрыва, кПа, от расстояния до центра, м, (рисунок 6) и импульса взрыва, кПа*с, от расстояния до центра, м, (рисунок 7).

Таблица 9 - Расчеты по сценарию «Д»

Наименование параметра

Значение параметра

Исходные данные

Вид ГСМ

Бензин автомобильный

Подстилающая поверхность

Бетон

Масса паров в облаке ТВС, кг

3360

Результаты расчетов

Коэффициент участия, К

0,1

Удельная теплота сгорания пара бензина, кДж·кг-1

43240

Приведенная масса паров, кг

3214,3

ДP

800

700

600

500

400

300

200

100

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 r

Рисунок 6 - Зависимость избыточного давления взрыва от расстояния до центра

i

600

500

450

400

350

300

250

200

150

100

50

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 r

Рисунок 7- Зависимость импульса взрыва от расстояния до центра

Количественные показатели для сценария «Е»

Эффективный диаметр «огненного шара» определим по формуле:

где m - масса горючего вещества, кг;

r - расстояние от облучаемого объекта до точки на поверхности земли, м.

Н = 38 м.

На расстоянии r = 50 м

Коэффициент пропускания атмосферы t рассчитан по формуле:

.

Время существования «огненного шара» ts, с:

Расчеты по сценарию «В» сведены в таблицу 10.

Таблица 10 - Расчеты по сценарию «В»

Наименование параметра

Значение параметра

Исходные данные

Вид ГСМ

Бензин автомобильный

Масса паров в облаке ТВС, кг

3360

Эффективный диаметр, м

75,8

Высота центра шара, м

38

Продолжительность существования шара, с

10,7

По результатам расчетов построен график зависимости теплового излучения «огненного шара», кВт/м2, от расстояния до его центра, м, (рисунок 8).

q

120

110

100

90

80

70

60

50

40

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 r

Рисунок 8 - Зависимость плотность теплового излучения «огненного шара» от расстояния до его центра

Делись добром ;)