Прогнозирование опасных зон при разгерметизации сосудов

1. Оценка зон воздействия при разгерметизации оборудования емкостей и сосудов.

Аварийная разгерметизация оборудования для хранения, транспортирования и переработки веществ, находящихся в газообразном и жидком состоянии, приводит к выбросу содержимого аппаратов в окружающую среду.

В зависимости от термодинамического состояния жидкости, находящейся в сосуде, возможны три пути протекания процесса при его разгерметизации:

1. При больших энергиях перегрева жидкости или сжатых газов (паров) жидкость может полностью  переходить во взвешенное мелкодисперсное и парообразное состояние с образованием взрывоопасных смесей;

2. При низких энергетических параметрах жидкости происходит спокойный её пролив на твёрдую поверхность, а испарение осуществляется путём теплоотдачи от твёрдой поверхности;

3. Промежуточный режим, когда в начальный момент происходит резкое вскипание жидкости с образованием мелкодисперсной фракции, а затем наступает режим свободного испарения с относительно низкими скоростями.

Для определения размеров зон воздействия необходимо:

1) Спрогнозировать, какое количество жидкости или газа поступит в окружающую среду при том или ином виде аварии. Приближённо количество мгновенно исправившейся жидкости:

, где

где m – доля мгновенно испарившейся жидкости в адиабатическом приближении при температуре T,

Нт – удельная энтальпия жидкости при температуре T,

Нх – удельная энтальпия жидкости в точке кипения при атмосферном давлении.

rx – удельная скрытая теплота парообразования в точке кипения при атмосферном давлении.

2) Рассчитать процесс растекания и испарения жидкости, а также рассеивание паров пролитой жидкости с учётом рельефа местности, климатических условий, планировки площадки.

Результатом такого расчёта должны быть нанесённые на ситуационныё план поля концентраций паров пролитой жидкости. На плане местности отмечают динамику процесса рассеивания паров, прогнозируют изменение концентрации в различных точках местности по времени.

2. Оценка зон воздействия взрывных процессов.

Под взрывом принято понимать широкий круг явлений, связанных с выделением за очень короткий промежуток времени большого количества энергии в ограниченном пространстве.

На практике чаще других встречаются следующие типы взрывов:

1) Свободный воздушный взрыв – происходит на значительной высоте от поверхности земли, при этом не происходит усиления ударной волны между центром взрыва и объектом.

Избыточное давление на фронте, МПа:

, где

– расстояние от эпицентра, приведённое к тротиловому эквиваленту,

С* – масса приведённого тротилового эквивалента,

R – расстояние от эпицентра до рассматриваемой точки.

2) Наземные и приземные взрывы;

Наземные – взрывы на поверхности земли, при них воздушная волна от взрыва усиливается за счёт отражения. Параметры ударной волны рассчитывают по формулам воздушного взрыва, но величину энергии взрыва удваивают.

Приземные – взрывы в приземных слоях атмосферы, при них образуются сферические воздушные ударные волны, распространяющиеся в пространстве в виде области сжатия – разряжения. Фронт воздушной волны характеризуется скачком давления, температуры, плотности и скорости частиц воздуха.

3) Внутренний взрыв – взрыв внутри помещения, характеризуется тем, что нагрузка воздействует на объект изнутри. Возникающие нагрузки зависят от многих факторов: типа взрывчатого вещества, массы, полноты заполнения внутреннего объёма помещения веществом, его местоположения во внутреннем объёме и т.д. Полное решение задачи определения параметров взрыва является сложной задачей.

4) Взрыв (горение) больших газообразных облаков в атмосфере.

Газовые облака образуются при утечках или внезапном разрушении герметичных ёмкостей, трубопроводов и т.п. (процесс взрыва или горения имеют ряд специфических особенностей). Образующиеся в атмосфере газовые облака чаще всего имеют сигарообразную форму, вытянутую по направлению ветра. Воспламенение не всегда сопровождается взрывом и инициаторы горения или взрыва случайны. Газовое облако может стать причиной множества очагов пожаров.

При оценке разрушающего действия взрыва газового облака в открытом пространстве необходимо определить избыточное давление (скоростной напор) во фронте пламени:

, где

– плотность газа при нормальных условиях,

– скорость газа на расстоянии х от точки воспламенения,

– коэффициент искривления фронта пламени,

u – нормальная скорость пламени,

e – степень расширения газов при сгорании,

t – текущее значение времени с момента зажигания.

По ΔР можно ориентировочно оценить степень разрушения различных видов объектов.

3. Оценка пожароопасных зон.

Под пожаром обычно понимают неконтролируемый процесс горения, сопровождающийся уничтожением материальных ценностей и создающий опасность для жизни людей.

Под воспламенением понимается возгорание, сопровождающееся появлением пламени.

Температура воспламенения – минимальная температура вещества, при котором происходит загорание.

Температура вспышки – минимальная температура горючего вещества, при котором над его поверхностью образуются газы и пары, способные вспыхивать в воздухе от источника зажигания.

Температура самовозгорания – самая низкая температура, при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермической реакции, заканчивающейся пламенным горением (без источника зажигания).

Эти температуры горючих жидкостей определяются экспериментально или расчетным путём согласно ГОСТ 12.1. 044 – 89.

Пожаровзрывоопасность производства определяется параметрами пожароопасности и количеством используемых (в технологических процессах) материалов и веществ, конструктивными особенностями и режимами работы оборудования, наличием возможных источников зажигания и условий для быстрого распространения огня в случае пожара.

Согласно НПБ 105 – 95 все объекты в соответствии с характером технологического процесса по взрывопожарной и пожарной опасности подразделяются на пять категорий.

Под огнестойкостью понимают способность строительных конструкций сопротивляться воздействию высокой температуры в условиях пожара и выполнять при этом свои обычные эксплуатационные функции.

Время (в час) от начала испытания конструкции на огнестойкость до момента, при котором она теряет способность сохранять несущие или ограждающие функции, называется пределом огнестойкости.

СНиП 21 – 01 – 97 регламентирует классификацию зданий по степени огнестойкости, конструктивной и функциональной пожарной опасности.

Класс конструктивной пожарной опасности здания определяется степенью участия строительных конструкций в развитии пожара и образовании его опасных факторов.

По функциональной пожарной опасности здания  и помещения подразделяется на классы в зависимости от способа их использования и от того, в какой мере безопасность людей в них, в случае возникновения пожара, находится под угрозой, с учётом их возраста, физического состояния, сна или бодрствования, вида основного функционального контингента и его количества.

По масштабам и интенсивности пожары могут подразделять на:

1) отдельный пожар, возникающий в отдельном здании (сооружении) или в небольшой изолированной группе зданий;

2) сплошной пожар, характеризующийся одновременным интенсивным горением преобладающего числа зданий и сооружений на определённом участке застройки (более 50%);

3) огневой шторм, особая форма распространяющегося сплошного пожара, образующаяся в условиях восходящего потока нагретых продуктов сгорания и быстрого поступления в сторону центра огневого шторма значительного количества свежего воздуха (ветер V = 50 км/ч);

4) массовый пожар, образующийся при наличии в местности совокупности отдельных и сплошных пожаров.

Распространение пожаров и превращение их в сплошные пожары определяется плотностью застройки территории объекта, степени огнестойкости здания и скорости ветра.

Средства локализации и тушения пожаров.

К основным видам техники, предназначенной для защиты различных объектов от пожаров относятся средства сигнализации и пожаротушения.

Пожарная сигнализация должна быстро и точно сообщать о пожаре с указанием места его возникновения (наиболее надежной системой пожарной сигнализации является электрическая пожарная сигнализация).

Она включает:

1) пожарные извещатели, установленные в защищаемых помещениях и включённые в сигнальную линию;

2) приёмно-контрольную

3) станцию, источник питания, звуковые и световые средства сигнализации; 3) автоматические установки пожаротушения и дымоудаления.

Надёжность её обеспечивается тем, что все её элементы и связи между ними постоянно находятся под напряжением. Этим обеспечивается осуществление постоянного контроля за исправностью установки.

Комплекс мероприятий, направленных на устранение причин возникновения пожара и сохранение условий, при которых продолжение горения будет невозможным, называется пожаротушением.

Для ликвидации процесса горения необходимо прекратить подачу в зону горения либо горючего, либо окислителя, или уменьшить подвод теплового потока в зону реакции. Это достигается:

1)сильным охлаждением очага горения или горящего материала с помощью веществ (например Н2О), обладающих большой теплоёмкостью;

2) изоляцией очага горения от атмосферного воздуха или снижением концентрации кислорода в воздухе путём подачи в зону горения инертных компонентов;

3) применением специальных химических средств, тормозящих скорость реакции окисления;

4) механическим срывом пламени сильной струёй газа или воды;

5) созданием условий огнепреграждения, при которых пламя распространяется через узкие каналы, сечение которых меньше тушащего диаметра.

Для достижения вышеуказанных эффектов в настоящее время в качестве средств тушения используют:

1) воду, которая подаётся в очаг пожара сплошной или распылённой струёй (наиболее распространённое средство);

2) различные виды пен (химические, воздушно-механические), представляющих собой пузырьки воздуха, или углекислого газа, окруженные тонкой плёнкой воды;

3) инертные газовые разбавители, в качестве которых могут использоваться: углекислый газ, азот, аргон, водяной пар, дымовые газы и т.д.;

4) гомогенные ингибиторы – низкокипящие галогеноуглеводороды;

5) гетерогенные ингибиторы – огнетушащие порошки;

6) комбинированные составные.

Для пожаротушения в помещениях используют автоматические огнегасительные устройства. Наиболее широкое распространение получили установки, которые в качестве распределительных устройств используют спринклерные или дренчерные головки.

Сплинклерная головка – это прибор, автоматически открывающий выход воды при повышении температуры внутри помещения, вызванной возникновением пожара.

Дренчерные установки по устройству близки к сплинклерным (их отверстия постоянно открыты) и предназначены для образования водяных завес, для защиты здания от возгорания при пожаре в соседнем сооружении.

Дренчерная система включается вручную или автоматически по сигналу автоматического извещателя о пожаре с помощью контрольно-пускового узла размещаемого на магистральном трубопроводе.

Гомогенная – система, свойства которой во всех частях одинаковы или меняются непрерывно без скачков, т. е. обладающая однородной структурой;

Ингибиторы – вещества, подавляющие активность, снижающие скорость химических реакций;

Гетерогенная – система, состоящая из различных по свойствам частей, разграниченных поверхностями раздела, т. е. обладающая неоднородной структурой.