Расчет категории помещения насосной станции по взрывопожарной и пожарной опасности
Необходимость расчета категории по взрывопожарной и пожарной опасности исходит из технологического процесса по перекачке ЛВЖ и ГЖ производящегося в насосной станции. Согласно СП 12.13130.2009 при определении категории помещения учитывается:
1. Агрегатное состояние веществ и материалов.
2. Взрывоопасные свойства веществ и материалов (максимальное давление взрыва при стехиометрической концентрации горючих веществ в воздухе, теплота сгорания, температура вспышки ЛВЖ).
3. Реальные условия ведения технологического процесса (давление, температура) для прогнозирования наиболее неблагоприятного варианта аварийной ситуации, при котором в помещение может поступить наибольшее количество взрывоопасного вещества.
4. Наличие технических средств контроля и защита от образования взрывоопасных концентраций на случай разгерметизации технологического оборудования (сигнализаторы до взрывоопасных концентраций, аварийная вентиляция, быстродействующие системы отключения поврежденного аппарата, технические решения по ограничению площади разлива жидкости, аварийный слив жидкости, аварийное стравливание газа и т.п.).
5. Реальные условия образования зон взрывоопасных концентраций.
6. Вероятность появления источника зажигания (при аварийной ситуации она принимается равной единице).
7. Избыточное давление взрыва при воспламенении локального скопления горючей смеси (оно определяется с учетом процесса горения и негерметичности помещения).
8. Устойчивость здания к избыточному давлению взрыва.
Наиболее опасной аварией в насосной будет являться отрыв одного из напорных трубопроводов насоса самой большой производительности.
При отрыве трубопровода, в насосную будет поступать нефть при работающем насосе до перекрывания задвижки, а после ее перекрытия весь нефть из трубопровода выйдет наружу. В насосной имеется система аварийной вентиляции с кратностью воздухообмена 10 об/час. Дверные проёмы закрытые противопожарными дверями с пределом огнестойкости EI30 и оборудованы устройствами для самозакрывания, а так же порогами высотой 0,14 м, скорость воздушного потока в помещении не превышает 0,1 м/с. Помещение насосной имеет размеры 30 на 10 м и высоту 4м. Рабочая температура воздуха в помещении поддерживается согласно технологического регламента на уровне 20°С.
Избыточное давление взрыва ∆Р для индивидуальных горючих веществ, состоящих из атомов С, Н, О, N, С1, Вr, I, F, определяется по формуле:
∆P = (Pmax – P0)     , | (3.42) |
| где | Рmax | - | максимальное давление взрыва стехиометрической газовоздушной или паровоздушной смеси в замкнутом объеме, определяемое экспериментально или по справочным данным в соответствии с требованиями СП 12.13130.2009, допускается принимать Рmax равным 900 кПа; |
| Р0, | - | начальное давление, кПа (допускается принимать равным 101 кПа); | |
| m | - | масса горючего газа (ГГ) или паров легковоспламеняющихся (ЛВЖ) и горючих жидкостей (ГЖ), вышедших в результате расчетной аварии в помещение, для паров ЛВЖ и ГЖ по формуле (3.46), кг; | |
| Z | - | коэффициент участия горючего во взрыве. Допускается принимать значение Z по табл. 3.6; | |
| Vсв | - | свободный объем помещения, м3 (принимается 80% от полного); | |
| ρг,п | - | плотность газа или пара при расчетной температуре tр, кг/м3, вычисляемая по формуле: |
 , | (3.43) |
| где | М | - | молярная масса; |
| V 0, | - | мольный объем, равный 22,4; | |
| t р | - | расчетная температура, °С. В качестве расчетной температуры следует принимать максимально возможную температуру воздуха в данном помещении в соответствующей климатической зоне или максимально возможную температуру воздуха по технологическому регламенту с учетом возможного повышения температуры в аварийной ситуации. Если такого значения расчетной температуры tр по каким-либо причинам определить не удается, допускается принимать ее равной 61°С; | |
| КH | - | коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и недиабатичность процесса горения, допускается принимать КН равным 3; | |
| Сcт | - | стехиометрическая концентрация ГГ или паров ЛВЖ и ГЖ, % (об.), вычисляемая по формуле:; |
Сст =  ; | (3.44) | |
β = nc +  -  | (3.45) |
| где | β | - | стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания; | |
| nc, nн, nо, nх | - | число атомов С, Н, О и галоидов в молекуле горючего. | ||
Таблица 3.6
| Вид горючего вещества | Значение Z |
| Водород | 1,0 |
| Горючие газы (кроме водорода) | 0,5 |
| Легковоспламеняющиеся и горючие жидкости, нагретые до температуры вспышки и выше | 0,3 |
| Легковоспламеняющиеся и горючие жидкости, нагретые ниже температуры вспышки, при наличии возможности образования аэрозоля | 0,3 |
| Легковоспламеняющиеся и горючие жидкости, нагретые ниже температуры вспышки, при отсутствии возможности образования аэрозоля |
Масса паров жидкости m, поступившей в помещение, определяется из выражения:
| mж = mмр1+ mмр2, | (3.46) |
| где | mмр1 | - | масса нефти , поступившего в помещение до перекрытия задвижки на трубопроводе при работающем насосе; |
| mмр2 | - | масса нефти, поступившего в помещение после перекрытия задвижки из трубопровода. |
| mмр1 = ρн qнас τоткл = 740 0,09 300 = 19 980 кг, | (3.47) |
| где | ρн | - | плотность нефти; |
| τоткл | - | время, необходимое для отключения трубопровода; | |
| qнас | - | производительность насоса, осуществляющего перекачку нефти; |
mмр2 = 𝑓тр  Lтр ρн = 0,07 10 740 = 518 кг, | (3.48) |
| где | 𝑓тр | - | истечение трубопровода диаметром 0,3 м; |
| Lтр | - | длина трубопровода от насоса до задвижки. |
𝑓тр =  =  = 0,07 м2, | (3.49) |
Тогда:
| mЖ = 19980 + 518 = 20 498 кг. |
В соответствии с СП 12.13130.2009 приложение «А» п.1.2. один литр нефти разливается на один метр площади пола, т.е. нефть может разлиться на площади:
F=(20498 
1000) / 740 
м2.
Поскольку площадь насосной станции равна 30 
10 = 300 м2 и дверные проемы оборудованы порогами высотой 14 см, поэтому площадь поверхности испарения принимаем равной площади пола.
При этом массу паров mn, определяем по формуле:
mn = W  Fn Т , | (3.50) |
| где | W | - | интенсивность испарения, кг/с м2; |
| Fn | - | площадь испарения, м2; | |
| Т | - | длительность испарения нефти, принимается Т=3600 согласно приложения «А» СП 12.13130.2009. |
Интенсивность испарения W определяется по справочным и экспериментальным данным. Для ненагретых выше температуры окружающей среды ЛВЖ при отсутствии данных допускается рассчитывать W по формуле:
W = 10-6 η   Pn, | (3.51) |
| где | η | - | коэффициент, принимаемый по таблице 3.7 в зависимости от скорости и температуры воздушного потока над поверхностью испарения; |
| Pn | - | давление насыщенного пара при расчетной температуре жидкости tр, определяем по уравнению Антуана, кПа; | |
| М | - | молярная масса жидкости, равная 114,2. |
Таблица 3.7
Скорость воздушного потока в помещении, м  с-1 | Значение коэффициента h при температуре t, oС, 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 |
 , | (3.52) |
| где | A,B,CA | - | константы уравнения Антуана. |
 , |
Интенсивность испарения W будет равна:
W = 10-6 2,4  12,3 = 0.00032 кг/с м2 | ||
| mп = 0,00032 300 3600 = 345,6 кг. |
Находим стехиометрическую концентрацию нефти, химическая формула которого: С7,267 , Н14,796
β = 7,267 +  = 10,966, | ||
Сст =  = 1,8%. |
Определяем свободный объем помещения насосной:
Vсв = 0,8  30 10 4 = 960 м3. |
Плотность паров нефти при 20°С равна:
| ρг,п = 102,2 / 22,4 (1+0,00367∙20) = 4,25 кг/м3. |
Подставляя данные, находим избыточное давление взрыва:
∆P = (900-101)    = 366,5 кПа. |
Вывод: так как определенное расчетом избыточное давление взрыва больше 5 кПа, а температура вспышки нефти меньше 28°С, то категория помещения насосной по СП 12.13130.2009 относится к категории «А» - повышенная взрывопожароопасность, и классу зоны В-1а по ПУЭ.
4. РАЗРАБОТКА ПРОТИВОПОЖАРНЫХ МЕРОПРИЯТИЙ ДЛЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
Рассмотрим технические решения, которые повысят взрывопожаробезопасность технологического процесса подготовки и перекачки нефти ООО «ЛУКОЙЛ-ПЕРМЬ». Примем при этом за основу аналитический и расчетный материал приведенный выше.