Выполнения курсового проекта. Санкт-Петербургский университет Государственной противопожарной службы

МЧС России

Санкт-Петербургский университет Государственной противопожарной службы

Кафедра пожарной безопасности технологических процессов и производств

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Вариант 18

Тема: Анализ пожарной опасности процесса первичной переработки нефти на установке АТ и разработка мер противопожарной защиты.

Выполнил:

слушатель 54 учебной группы

мл. л-т вн. службы

Смолькин В.Н.

Научный руководитель:

Доцент кафедры ПБТП и П

Кадочникова Е.Н.

Дата защиты:

«___»__________2015г.

Оценка_____________

__________________

(подпись научного руководителя)

Санкт-Петербург

Г.

МЧС России

Санкт-Петербургский университет Государственной противопожарной службы

Кафедра пожарной безопасности технологических процессов и производств

УТВЕРЖДАЮ

Научный руководитель

Доцент кафедры ПБТП и П

(ученая степень, ученое звание, спец. звание)

Кадочникова Е.Н.

(подпись) (инициалы, фамилия)

«___»________________2015 г.

ПЛАН-ГРАФИК

выполнения курсового проекта

Тема: Анализ пожарной опасности процесса первичной переработки нефти на установке АТ и разработка мер противопожарной защиты.

Слушатель: Смолькин В.Н. ИТФ ; 54 уч группа

(Ф.И.О., факультет, курс, №группы)

Разделы, подразделы и их Содержание	Срок выполнения	Отметка научного руководителя о выполнении
Описание технологического процесса	25.09.2015 г.
Анализ пожарной опасности технологического процесса	09.10.2015 г.
Основные мероприятия и технические решения по обеспечению пожарной безопасности технологического процесса	30.10.2015 г.
Инженерные расчеты	15.11.2015 г.
Графическая часть и выводы	30.11.2015 г.
Сдача курсового проекта на проверку	04.12.2015 г.

Подпись слушателя __

Санкт-Петербург 2015 г.

Содержание:

Введение………………………………………………………………………....3

1. Исходные данные………………………………………..…………………....4

2. Описание технологического процесса………………………………………6

3. Анализ пожарной опасности технологического процесса…….………9

3.1. Анализ пожарной опасности обращающихся веществ и материалов.….9

3.2. Оценка возможности образования горючей среды внутри технологического оборудования…………..……………………………………10

3.3. Оценка возможности образования горючей среды при выходе веществ из технологического оборудования……………………………………………….11

3.4 Оценка возможности появления источников зажигания …………….…..12

3.5. Определение возможных причин и путей распространения пожара…...13

4. Основные мероприятия и технические решения по обеспечению пожарной безопасности технологического процесса……………………………………..14

4.1. Основные мероприятия и технические решения, направленные на предотвращение образования горючей среды внутри технологического оборудования…………………………………………………………………….14

4.2.Основные мероприятия и технические решения, направленные на предотвращение повреждения технологического оборудования и образования горючей среды при выходе веществ наружу……………………………….…15

4.3. Основные мероприятия и технические решения, направленные на предупреждение возникновения источников зажигания …………………….16

4.4. Основные мероприятия и технические решения, направленные на предотвращение и ограничение распространения пожара……………………17

5. Инженерные расчеты………………………………………………………19

5.1. Расчет категории взрывопожароопасности помещения компрессорной станции для сжатия этилена……………..……………………………………..19

5.2. Расчет толщины и площади мембраны…………………………………...23

Список использованной литературы…………………………………………...27
Введение

Защита промышленных предприятий от пожаров и взрывов неразрывно связана с изучением пожаро-взрывоопасности технологического процесса производства. Без выявления причин возникновения и распространения пожара или взрыва нельзя провести качественно пожарно-техническое обследование объектов, исследование имевших место пожаров и взрывов, а следовательно, - необходимости дальнейшего улучшения защиты объектов.

Разработка эффективной противопожарной защиты предполагает, помимо знаний общей методики анализа пожарной опасности, наличие глубокого понимания сущности технологии и пожароопасных свойств обращающихся в производстве веществ.

Используемые в производстве вещества обычно претерпевают ряд физических и химических превращений:

- нагреваются

- охлаждаются

- реагируют друг с другом и т.д.

Все эти процессы широко используются в большинстве современных производств и поэтому называются основными технологическими процессами. Наиболее распространенными в промышленности и пожароопасными являются процессы нагрева, ректификации, абсорбции и сушки.

Статистика пожаров на производственных объектах по причине неисправности производственного оборудования и нарушения технологического процесса производства показывает, что за год происходит порядка 300 – 400 пожаров, которые наносят огромный материальный ущерб.

Временной период	Количество пожаров, единиц.	Материальный ущерб, тыс. руб.
Январь – декабрь, 2011
Январь – декабрь, 2012
Январь – декабрь, 2013
Январь – декабрь, 2014

[Статистика приведена в соответствии с сайтом http://www.mchs.gov.ru/activities/stats/Pozhari]

На данной диаграмме мы видим как изменялось количество пожаров с 2011 по 2014 года. Из данной таблицы мы видим, что наибольшее количество пожаров было в 2011 году, а наименьшее в 2014. Следовательно идет тенденция к сокращению количества пожаров из года в год. Что касается материального ущерба, то с 2011 по 2013 года идет значительное уменьшения, но в 2014 году снова показатели материального ущерба увеличиваются.

Целью курсового проекта является анализ пожарной опасности технологического процесса и разработка мер противопожарной защиты на предприятиях по переработке нефти путем решения следующих задач:

1.Выяснить, какие вещества и в каком количестве обращаются в производстве, каковы их основные физико-химические и пожароопасные свойства.

2.Установить пожаровзрывоопасность среды внутри производственного оборудования с учетом свойств веществ и режима работы аппаратов.

3.Установить, по каким причинам может происходить выход горючих веществ из аппаратов и трубопроводов наружу, т.е. выявить возможные причины повреждений и аварий аппаратов и к каким последствиям это может привести.

4.Выявить причины появления источников зажигания и путей распространения пожара.

5.Определить основные направления противопожарной защиты.

В нашем случае объектом анализа пожарной опасности выступает технологический процесс первичной переработки нефти на установке АТ и разработка мер противопожарной защиты. Данный технологический процесс является очень важным, так как в результате его мы получаем вещества, которые являются очень распространенным видом сырья во многих отраслях. И наряду с его важностью необходимо также учитывать особенности пожарной опасности применяемых установок и предусматривать комплекс организационных мероприятий и технических средств, направленных на предупреждение возникновения и распространения пожара.

1. Исходные данные

Основные характеристики оборудования и помещений

Насос бензиновый центробежный
Давление рабочее, МПа	0,6
Рабочая температура, С
Диаметр всасывающей линии, мм
Диаметр нагревательной линии, мм
Вид уплотнения вала	ТУ
Диаметр вала, мм
Производительность м3/мин	0,8

Насосная станция продуктовых насосов
Ширина помещения, м
Длина помещения, м
Высота помещения, м
Кратность воздухообмена 1/час
Длина линии до задвижки, м
Количество насосов
Отключение задвижек	Авт
Средство тушения	Пена
Скорость воздуха, м/с	0,5

Ректификационная колонна
Диаметр, м
Высота, м
Температура низа колонны, С
Температура верха колонны, С
Давление МПа	0,13
Объем парового пространства	0,7
Средства тушения	Пар

Резервуар бензина
Объем, м3
Степень заполнения, %	0,95
Рабочая температура, С
Давление, Мпа	0,1
Молекулярный вес жидуости
Температура начала кипения
Ps при tp, мм.рт.ст.

Основные характеристики оборудования

№ п/п	Наименование оборудования	Режим работы	Размеры
Р, МПа	t, 0С	D или l, м	h, м
1.	Резервуар с нефтью
2.	Теплообменники	0,2		0,8
3.	Предварительный испаритель	0,1		1,5
4.	Насосы «горячие»	0,16		-	-
5.	Трубчатая печь	0,16		-	-
6.	Линяя с редуктором	-	-	-	-
7.	Линия бензиновых паров	-	-	-	-
8.	Ректификационная колонна	0,15	100-350
9.	Шлемовая труба	-	-	-	-
10.	Холодильник конденсатор	0,12		0,8
11.	Газосепаратор	0,11		0,8
12.	Насос бензиновый	0,3		-	-
13.	Линия подачи орошения	-	-	-	-
14.	Резервуар с бензином	-	-	-	-
15.	Насос керосина тракторного	-	-	-	-
16.	Холодильник керосина	0,15		0,8
17.	Линия отвода керосина	-	-	-	-
18.	Насос дизельного топлива	0,3		-	-
19.	Холодильник дизельного топлива	0,15		0,8
20.	Линия отвода дизтоплива	-	-	-	-
21.	Линия отвода мазута	-	-	-	-
22.	Насос мазутный	-	-	-	-
23.	Холодильник мазута	0,15		0,8
24.	Линия перегонки водяного пара	-	-	-	-

2. Описание технологического процесса

Установка АТ (атмосферная трубчатка) предназначена для перегонки нефти. Сырье, поступающее на установку, т.е. нефть, представляет слож­ный раствор взаиморастворимых углеводородов различного молекуляр­ного веса (жидких, твердых, газообразных) с примесями различных солей и воды. От избыточного содержания солей и воды нефть очищается перед началом процесса перегонки.

Разнообразие углеводородов, входящих в состав нефти, и их различ­ные температуры кипения дают возможность получать из нефти фракции с различными интервалами температур кипения - от наиболее легких фрак­ций до тяжелых. На установках АТ, осуществляя совокупность ряда физи­ческих процессов (нагревание, испарение, конденсация), из сырой нефти получают бензины, керосины, дизельное топливо и в остатке - мазут.

Принципиальная технологическая схема установки первичной пере­гонки нефти (АТ) представлена на рисунке 4.1.

Сырая нефть, очищенная от солей и воды, хранится на сырьевом складе в резервуарах 1. Из сырьевых резервуаров нефть забирается насо­сом и подается на установку для ее перегонки. Поступая на установку, нефть прежде всего подогревается до температуры 100-120°С в теплооб­менниках-подогревателях 2. Подогрев нефти ведется за счет использова­ния теплоты конечного продукта перегонки мазута, который при выходе из низа ректификационной колонны имеет температуру до 350°С.

От подогретой до 100-120 °С сырой нефти уже можно отделить наи­более легкие пары - пары бензина и растворенные в нефти газы. Для это­го нефть из теплообменников подают в предварительный испаритель 3. Предварительный испаритель - это вертикальная колонна с тарелками.

При движении нефти по тарелкам колонны сверху вниз из нее отде­ляются пары легкого бензина и по трубопроводу 7 подаются в основную ректификационную колонну 8. В нижней части колонны 3 скапливается

отбензиненная нефть, которая забирается горячим насосом 4 и под давле­нием до 1,6 МПа подается для основного подогрева в змеевик трубчатых печей 5.

За счет тепла сжигаемого топлива нефть в трубчатой печи нагревает­ся до температуры кипения мазута и поступает по линии 6 на ректифика­цию (разделение) в основную ректификационную колонну 8. Так как дав­ление в колонне небольшое (немного выше атмосферного), то на линии 6 имеется редуктор для снижения давления нефти, выходящей из трубчатой печи, до требуемой величины.

Ректификационная колонна представляет собой вертикальный ци­линдрический аппарат с тарелками. Нижняя часть колонны подогревается острым перегретым водяным паром, подаваемым по линии 24. Верхняя часть колонны питается орошением бензином, подаваемым по линии.

Поступающая в колонну нефть за счет взаимодействия жидкой фазы, движущейся по тарелкам сверху вниз, с паровой фазой, движущейся по колонне снизу вверх, разделяется на нужные фракции. Из верхней части колонны выходит самая легкая фракция - пары бензина в смеси с водя­ным паром. Эта смесь по шлемовои трубе 9 поступает на конденсацию и охлаждение в конденсатор-холодильник 10. Полученная смесь конденсата (бензин + вода) и несконденсировавшихся продуктов (пары бензина и легкие углеводородные газы) поступает на разделение в газосепаратор 11. В газосепараторе вода отсеивается от бензина и отводится из нижней час­ти аппарата в дренажную канализацию. Бензин из средней части газосе­паратора забирается насосом 12 и подается частично на орошение по ли­нии 13 и в резервуар товарной продукции 14. Газовая фаза отводится из верхней части газосепаратора на утилизацию.

Фракция керосина отводится из колонны 8 в холодильник 16 и в ох­лажденном виде насосом 15 по линии 17 подается в товарный парк.

Фракция дизельного топлива отводится из колонны 8 в холодильник 19 и, охлажденная, по линии 20 подается в резервуар товарного парка.

Остаток от перегонки нефти - горячий мазут - из нижней части рек­тификационной колонны 8 прокачивается через подогреватели-теплообменники 2 для подогрева сырой нефти. Затем мазут для оконча­тельного охлаждения проходит холодильник 23 и насосом 22 по линии 21 подается в резервуары с мазутом.

Все аппараты, кроме насосов, расположены на открытых площадках. Насосы размещены в насосной станции.

ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА

а – принципиальная технологическая схема;

б – план и продольный разрез установки

3. Анализ пожарной опасности технологического процесса

3.1. Анализ пожарной опасности обращающихся веществ и материалов

Одним из факторов, характеризующих пожарную опасность процесса первичной переработки нефти на установке АТ, является большое количество бензина. Показатели пожарной опасности данного вещества приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1.Показатели пожарной опасности обращающихся веществ и материалов

№ п./п.	Наименование вещества	Показатели пожарной опасности
Tвсп. °С	Твос. °С	Тсв. °С	НКПР % (об)	ВКПР % (об.)	НТПР °С	ВТПР °С	Др. Пока- Зате-ли
	Этилен	136,1	--		2,7		--	--	Pmax= 830 кПа Е=0,12 мДж

Так же в данном технологическом процессе обращается вода в двух агрегатных состояниях: в виде жидкости и пара. Как химическое вещество вода является нейтральной. Но при температуре около 1500°С она разлагается на кислород и водород образуя при этом взрывоопасную смесь (гремучий газ). В данном технологическом процессе она не достигает критической температуры, и следовательно, пожаро-взрывоопасности не представляет.

Анализ данных показателей пожарной опасности показывает, что данный процесс требует строжайшего соблюдения технологического регламента, правил эксплуатации технологического оборудования, правил пожарной безопасности, и своевременного принятия пожарно-профилактических мер.

3.2. Оценка возможности образования горючей среды внутри технологического оборудования.

Для возникновения горения необходимо и достаточно следующие условия:

1. Горючая среда

2.Теплофизические условия

Горючая среда образуется при сливе или заполнении резервуара ,при остановке или запуске насосов, при выходе нефтепродуктов из аппарата из-за негерметичности соединений, либо его разрушения.

К теплофизическим условиям относится образование горючей концентрации паров, находящейся в пределах от НКПР до ВКПР, наличие температурного предела распространения пламени в рамках от НТПР до ВТПР, время воздействия источника зажигания.

При утечке из аппаратов этилена или при розливе этанола образуется взрывоопасная концентрация, поэтому достаточно самого незначительного источника зажигания, чтобы произошло возгорание скорей всего со взрывом и полным разрушением технологического оборудования, источниками зажигания при этом могут служить:

1. Открытый огонь

2. Раскаленные продукты сгорания

3. Тепловое проявление механической энергии

4. Тепловое проявление химической реакции

5. Тепловое проявление электрической энергии

3.3. Оценка возможности образования горючей среды при выходе веществ из технологического оборудования.

- Резервуар с сырой нефтью. Самыми распространенными путями распространения пожара являются: растекание нефтепродуктов по территории резервуарных парков, по соединяющим трубопроводам, теплопередача излучением, накрывание пламенем соседних не горящих резервуаров.

- Насосы сырьевые ”горячие”, поршневые. Пожар может распространяться по поверхности пролитой жидкости, а так же по трубопроводам в другое оборудование.

- Трубчатая печь. В период пуска печей или в момент внезапного погасания пламени форсунок или горелок, в топочном пространстве происходит взрыв. В результате взрыва могут произойти значительные повреждения каркаса и ограждающих стен печи, разрушение топливопроводов и труб змеевиков. Выход горючих жидкостей приведет к их розливу на значительной площади и распространению горения на соседние установки. Если из топливопроводов будут выходить горючие газы, то распространение горения возможно по газо-воздушным облакам.

Взрывы в трубчатых печах сопровождаются разлетом отдельных конструктивных элементов, что создает вероятность повреждения соседних технологических установок, выхода находящихся в них горючих веществ и возникновение вторичных очагов горения.

- Насосная станция сырьевых насосов. Распространение пожара возможно по трубопроводам, по поверхности разлитой горючей жидкости, а так же в результате взрыва, так как некоторые элементы технологического оборудования и конструкций могут повредить соседние установки.

3.4 Оценка возможности появления источников зажигания (инициирования горения).

При утечке из аппаратов этилена или при розливе этанола образуется взрывоопасная концентрация, поэтому достаточно самого незначительного источника зажигания, чтобы произошло возгорание скорей всего со взрывом и полным разрушением технологического оборудования, источниками зажигания при этом могут служить:

Ø искры образующиеся при сварочных работах, ремонте оборудования, монтаже, применении искрообразующего инструмента;

Ø разряды статического электричества, возникновение короткого замыкания, образование эл. дуги, перегрузки в сети;

Ø удары молнии и ее вторичные проявления;

Ø тепловые проявления механической энергии, трение подшипников, валов насосов и других движущих частей;

Ø неосторожное обращение с огнем;

Ø тепловое проявление электрической энергии;

3.5. Определение возможных причин и путей распространения пожара.

При возникновении пожара огонь может распространиться по технологическому оборудованию, трубопроводам, поверхности растекшейся жидкости. Будет разрушено или повреждено остальное оборудование, могут пострадать люди, работающие на предприятии. Пожар может перекинуться на другие производства предприятия. Возможно разрушение всего производства в результате взрыва, если образуется взрывоопасная концентрация.

4. Основные мероприятия и технические решения по обеспечению пожарной безопасности технологического процесса.

Пожарная безопасность технологического процесса достигается при правильной эксплуатации технологического оборудования, выполнении необходимых пожарно-профилактических мероприятий, соблюдении правил пожарной безопасности и технологического регламента. Правила эксплуатации оборудования, меры безопасности и профилактические мероприятия разрабатываются с учетом особенностей технологического процесса, особенностей и степени его пожарной опасности, эффективности принятых решений. Правильные и грамотно разработанные мероприятия и технические решения по обеспечению пожарной безопасности технологического процесса значительно снижают опасность возникновения пожара, образования горючей среды, появления источников зажигания, а также огранивают распространения пожара в случае его возникновения. Умелыми действиями обслуживающий персонал заводов может предотвратить аварийные режимы работы технологического оборудования и ограничить масштабы возможной аварии.

Поэтому надзорным органам необходимо уделять особое внимание на состояние пожарной безопасности объекта при его обследовании, грамотно составлять предписания и постановления и осуществлять строгий контроль за выполнением предложенных мероприятий.

4.1. Основные мероприятия и технические решения, направленные на предотвращение образования горючей среды внутри технологического оборудования.

Для предупреждения образования горючей среды внутри аппаратов при проектировании должны быть предусмотрены следующие мероприятия:

в ректификационной колонне и абсорберах должны устанавливаться:

Ø датчики контроля за давлением, температурой;

Ø внутри аппарата должны устанавливаться газоанализаторы контролирующие образование взрывоопасной концентрации.

в холодильниках:

Ø при перемещении горючих газов и паров по трубопроводам предусматриваются меры, исключающие конденсацию перемещаемых сред или обеспечивающие надежное и безопасное удаление жидкости из транспортной системы, а также исключающие кристаллизацию горючих продуктов в трубопроводах и аппаратах.

для насосов:

Ø для насосов и компрессоров (группы насосов и компрессоров), перемещающих горючие продукты, должны предусматриваться их дистанционное отключение и установка на линиях всасывания и нагнетания запорных или отсекающих устройств, как правило, с дистанционным управлением;

Ø для насосов и компрессоров определяются способы и средства контроля герметичности уплотняющих устройств и давления в них затворной жидкости.

4. для приемника уловленного продукта и сборника насыщенного абсорбента:

Ø датчики контроля за давлением, температурой;

4.2.Основные мероприятия и технические решения, направленные на предотвращение повреждения технологического оборудования и образования горючей среды при выходе веществ наружу.

Для предотвращения повреждения технологического оборудования и образования горючей среды при выходе веществ наружу необходимо обеспечивать выполнение следующих мероприятий:

Ø чтобы при срабатывании предохранительных клапанов исключить

возможность образования на технологической площадке горючей среды, необходимо за клапанами устраивать отводные линии, которые позволят отвести выбрасываемые пары и газы в общезаводскую систему их утилизации;

Ø в помещении должны устанавливаться газоанализаторы, контролирующие образование взрывоопасной концентрации;

Ø должна быть также предусмотрена система постоянной и аварийной приточно-вытяжной вентиляции;

Ø нужно устанавливать датчики контроля за давлением, которые были бы связаны с системами автоматического отключения насосов для предотвращения разрушения аппаратов и трубопроводов в результате повышения давления;

Ø необходимы датчики контроля температуры обращающейся жидкости чтобы температура не упала ниже ВТПР, если это возможно согласно техническому регламенту;

Ø должны быть предусмотрены емкости, куда будет сливаться жидкость в случае аварийного слива, для избежания растекания ЛВЖ по большой поверхности.

4.3. Основные мероприятия и технические решения, направленные на предупреждение возникновения источников зажигания (инициирования горения).

Предупреждение возникновения источников зажигания должно обеспечиваться выполнением следующих мероприятий и технических решений:

Ø должны быть предусмотрены автоматические системы обнаружения и тушения пожара;

Ø в помещении и рядом с аппаратами не должны проводиться сварочные и другие огневые работы, которые могут привести к возникновению пожара, если же избежать проведения огнеопасных работ невозможно, то они должны проводиться с соблюдением мер пожарной безопасности;

Ø применяемое оборудование и инструменты при проведении монтажных и ремонтных работ не должны быть искрообразующими;

Ø все аппараты и конструкции должны быть непрерывно заземлены для избежания образования статического электричества;

Ø здание должно быть оборудовано системой молниезащиты согласно требованиям ПУЭ;

Ø в насосах все трущиеся и вращающиеся детали должны быть смазаны для избежания возникновения источников зажигания в результате трения;

Ø все электрооборудование(светильники, пускатели, кабели и др.) должно выполнятся в соответствии с требованиями норм и правил для нашей категории помещения;

Ø персонал предприятия должен пройти инструктаж по правилам пожарной безопасности и обязан знать свои обязанности в случае возникновения пожара.

4.4. Основные мероприятия и технические решения, направленные на предотвращение и ограничение распространения пожара.

Ø Установка на газопроводах огнепреградителей;

Ø Устройство обвалования;

Ø Предусматривать емкости для аварийного слива жидкости;

Ø Установить стационарные системы тушения;

Ø Уменьшение количества горючих веществ в период эксплуатации производства.

Ø Защита аппаратов от разрушений при взрыве.

5. Инженерные расчеты.

5.1. Расчет категории взрывопожароопасности компрессорной станции для сжатия этилена.

Согласно Федеральному закону от 22 июля 2008 г. N 123-ФЗ (гл.8) все помещения и здания по взрывопожарной и пожарной опасности классифицируются на взрывопожароопасные, которые подразделяются на категории А и Б; пожароопасные, в которые входят категории В1-В4; не пожароопасные категории Г и Д.

При определении принадлежности помещений изданий к той или иной категории исходят из следующих основных допущений и принципов, а именно:

Ø Признание вероятности возникновения пожара или взрыва в помещении и здании;

Ø Количественной мерой взрывоопасных пыле- и паровоздушных смесей принимается избыточное давление взрыва, составляющее 5 кПа. Именно эта величина избыточного давления взрыва не представляет опасности для жизни обслуживающего персонала и является условной границей, разделяющей взрывоопасные и пожароопасные категории;

Ø Принцип ориентации на наиболее опасные свойства и количества обращающихся веществ и материалов и наиболее неблагоприятный возможный вариант.

В нашем помещении опасность представляет этилен и при этом подогревается до необходимой температуры.

Исходные данные для расчета:

Характеристика горючего вещества.

Этилен С₂Н₄

Т_с/восп = 435ºС

НКПР = 2,7%(об.)

Плотность по воздуху (0ºС) ρ_г = 0,974 кг/м³

Максимальное давление взрыва паров Р_мах = 830 кПа

2. Характеристика помещения.

- производительность насоса 0,6 м³/ мин

Объем аппарата V_ап = 1,5 м³.

Температура газа в аппарате Т_г = 40ºС.

Производительность насоса q = 1,7 м³/с.

Время отключения задвижек τ_откл = 300 с.

Подводящий трубопровод: длина l_подв. = 6 м,

диаметр d_подв. = 0,075 м;

Отводящий трубопровод: длина l_подв. = 6 м,

диаметр d_подв. = 0,075 м;

Длина 24м,

Ширина 18м,

Высота 10м.

Кратность воздухообмена n_возд. = 6 1/ч.

- скорость воздуха 0,6 м/с

Решение:

5.1.1. Рассчитываю массу газа, которая поступит в помещение в случае разрушения аппарата и трубопроводов.

m_бл = mап + mдо откл., где

mап – масса газа, которая поступит из аппаратов и трубопроводов;

mдо откл. – масса газа, которая поступит в помещение за счет работы

насосов;

mап = ρ_г *(Vап + lподв.*Sподв.+ lотв.*Sотв.), где

ρ_г – плотность газа, кг/м (куб.);

Vап – объем аппарата, м/(куб.);

lподв. – длина подводящего трубопровода, м;

lотв. – длина отводящего трубопровода, м;

Sподв;отв. – площадь поперечного сечения соответственно подводящего и отводящего трубопроводов, м(кв.);

ρ_г =М/V_m=28/1,07=26,2 кг/м.куб.

V_m=P₀ V₀ T/T₀ P=0,1*22,4*313/273*2,4=1,07 м.куб./кмоль

mап =26,2*(1,5+6*(3,14*0,075²/4)+ 6*(3,14*0,075²/4) =40,7 кг

mдо откл. = ρ_ж*q*tоткл., где

q – производительность насоса (1,7 м³/с по условию);

tоткл – время отключения задвижек; 300 сек. при ручном отключении согласно (п. 7. НПБ 105-03);

mдо откл. = 26,2*1,7*300 = 13362 кг

Общая масса газа поступившего в помещение составит:

m_бл = 40,7+13362 = 13403 кг

5.1.3. Определяю массу паров, которая останется в объеме помещения с учетом воздухообмена.

m*_исп = m_бл / [1+(n_возд*t_откл)/3600)], где

n_возд – кратность воздухообмена, n = 6 1/ч

τ_откл - время отключения задвижек 300 с.

m*_исп = 13403/(1+(6*300/3600) = 8935 кг

5.1.4. Рассчитываю избыточное давление взрыва.

DР =(Р_мах - Р_о)*(m*Z/Vсв*ρ_пара)*(100/С_стех)*(1/К_н), где

Р0 – начальное давление, кПа. Допускается принимать равным 101 кПа;

Р_мах – максимальное давление взрыва стехиометрической паровоздушной смеси (по условию 830 кПа);

m*исп. - масса газа, вышедшая в помещение в результате аварии (при работе аварийной вентиляции), кг;

Z – коэффициент участия горючего во взрыве. Допускается принимать значение Z по (табл. 2. НПБ 105-03); в нашем случае Z = 0,5;

Vсв. – свободный объем помещения, м(куб.). Определяется как разность между объемом помещения и объемом, занимаемым технологическим оборудованием. Если свободный объем помещения определить невозможно, то его лопускается принимать равным 80 % геометрического объема помещения( п.9 НПБ 105-03):

Vсв. = 0,8*Vпом.= 0,8*24*18*10 = 3456 м³ ;

r_пара - плотность пар при расчетной температуре Т_расч, кг/м³. Если принять, что давление в помещении равно нормальному атмосферному давлению (101,3 кПа), то плотность воздуха можно рассчитать по следующей формуле:

r = М/[V0*(1+0,0037*tн)], где

Tн – согласно НПБ 105-03 п.10 tн=61С⁰

V0 – молярный объем при нормальных условиях, равный 22,4 м³/кмоль;

r = 28/[22,4*(1+0,0037*61)] = 1,02 кг/м³

С_стех – стехиометрическая концентрация горючих паров или газов ЛВЖ и ГЖ.

С_стех =100/(1+4,84*β),%, где

β – стехиометрический коэффициент кислорода в уравнении реакции горения.

β = n_C+(n_H – n_X)/4 + n_O/2 , где

n_C , n_H , n_O , n_X – число атомов С,Н,О и галогенов в молекуле горючего вещества.

β = 2 + 4/4 = 3

С_стех = 100*(1 + 4,84*3)= 6,4%

Кн – коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения. Допускается принимать Кн = 3 (п.10 НПБ 105-03)

DР = (830–101)*(8935*0,5/3456*1,02)*(100/6,4)*(1/3)=4812 кПа

Вывод: помещение компрессорной станции для сжатия этилена относится к категории А (взрывопожароопасная), так как обращается горючий газ и при аварийной ситуации может создаться избыточное давление, превышающее 5 кПа.