§ 7.6. Аварийный выпуск горючих паров и газов

При возникновении аварийной ситуации или пожара условия безопасности требуют принятия мер к выпуску горючих газов и паров в атмосферу через специальные выпускные линии. При расчете и конструировании таких линий должны быть решены две основные задачи: обеспечение необходимой пропускной способности или необходимой продолжительности аварийного выпуска; предотвращение образования взрывоопасной смеси в атмосфере производственной зоны.

С учетом законов истечения газа через отверстия и насадки общее время опорожнения аппарата τ_вьш может быть выражено суммой времени выполнения операции по прекращению подачи продукта в аппарат и включение выпускной линии τ_оп, времени выпуска газа в критическом режиме истечения τ^кр_вып (начало процесса) и времени выпуска газа в докритическом режиме истечения τ^докр_вып (конец процесса). Это суммарное время должно быть не более допустимой продолжительности аварийного выпуска тЕ, т. е.

τ_вып = τ_оп+ τ^кр_вып + τ^докр_вып ≤ τ^доп_вып (7.13)

Общее количество газа в аппарате составит:

V_Г=V_anр_an/р_o. (7.14)

Критический режим истечения при аварийном выпуске газа сохраняется при снижении давления в аппарате от начального р_ап до критического р_кр, после чего наступает докритический режим. Следовательно, объем газа, выходящего в докритическом режиме, будет равен:

V_Г^:докр = V_апр_kp/р_o. (7.15)

В критическом режиме

. (7.16)

Так как давление в опорожняемом аппарате непрерывно изменяется, за расчетное приближенно можно принять среднее давление для соответствующего периода:

, (7.17)

. (7.18)

При указанных допущениях время истечения газа определяется по формулам:

, (7.19)

, (7.20)

Критическое давление и скорости истечения газа определяются по формулам, приведенным в главе 3 данного учебника.

Ликвидация пожароопасной концентрации на производственной площадке при выбросе пожаровзрывоопасной примеси в наиболее неблагоприятных метеорологических условиях может быть достигнута снижением концентрации этой примеси за счет взаимодействия турбулентности атмосферы и выбрасываемой струи. Расчет газоотвода (с учетом только турбулентности атмосферы) может быть выполнен по формулам, применяемым для расчетов загрязнения атмосферы холодными выбросами вредных веществ.

Если основание газоотвода находится в зоне аэродинамической тени здания (сооружения), а выхлопное отверстие газоотвода выше зоны аэродинамической тени, но ниже 2,5 высоты соседнего здания (сооружения), максимальная наземная концентрация примеси (при расходе удаляемой смеси не более 50 000 м³/ч) может быть определена по формуле

, (7.21)

где φ_м — концентрация; G— расход примеси; и — расчетная скорость ветра;

Н_Г — геометрическая высота газоотвода; ΔH— возвышение ( + ) или снижение (—) струи у устья газоотвода; А — коэффициент положения газоотвода. Если газоотвод установлен на здании, А = 0,36, если рядом со зданием, А = 0,235.

Возвышение или снижение выбрасываемой струи у выхлопного отверстия газоотвода можно определить по формуле

, (7.22)

где d — диаметр выхлопного отверстия; v — скорость смеси в устье.

В расчетах рекомендуется принимать минимальную часто повторяющуюся скорость ветра, равную 0,5...1,0 м/с. Выхлопную струю невыгодно направлять вниз (при устройстве изогнутой вниз трубы или установке погодного колпака).

Если основание аварийного газоотвода находится за пределами аэродинамической тени здания и высота газоотвода выше 2,5 высоты соседнего здания, то при холодном выбросе и расходе удаляемой смеси более 50 000 м³/ч максимальная наземная концентрация может быть определена по формулам, приведенным в СН 369-74.

С целью снижения загазованности следует обеспечить выброс газа (или газовоздушной среды) вертикально вверх в развитом турбулентном режиме. Рассеивание примеси при выбросе из такого газоотвода слабо зависит от неблагоприятных метеорологических условий и определяется в основном технологическими условиями

выброса, причем необходимую энергию для интенсивного рассеивания примеси в атмосфере дает сама выбрасываемая струя.

Расчет газоотвода (с учетом совместного действия турбулентности выбрасываемой струи и атмосферы, а также с учетом начальной концентрации примеси) в некоторых случаях можно выполнить по эмпирическим формулам, полученным в исследованиях Международной группы по безопасности нефтяных гаваней. В экспериментах (в аэродинамической трубе) определяли условия, при которых выбрасываемые из танков пары и газы не образуют пожароопасные концентрации на открытой палубе, вдали от надстроек. Пары нефти при этом воспроизводили пропаном, пары безина — бутаном. Минимальная скорость ветра, дающая стабильные результаты, равнялась 1,12 м/с. Скорость истечения смеси достигала 50 м/с. На основе данных экспериментов путем множественного регрессивного анализа получено, в частности, приближенное эмпирическое уравнение для определения минимальной высоты вертикального газоотвода H, обеспечивающей отсутствие опасных кон­центраций на уровне основания газоотвода. Формула имеет вид:

H=5,22 + 2,0118∙10^-3 q + 8,143∙10^-2 v—2,04 и + 0,946 10^-2 φ—

—55,959 • 10^--5qv + 3,786 • 10^-5qφ, (7.23)

где q — расход смеси, м³/с; v — скорость истечения смеси, м/с; и — скорость ветра, м/с;

φ — концентрация примеси в выбрасываемой смеси, % по объему.

Для бутано- и бензино-воздушной смеси расчетная высота газоотвода должна быть увеличена в два раза.

При увеличении расхода расчетная высота газоотвода Н изменяется, проходя через максимум. Поэтому расчет следует производить для ряда расходов в проектном интервале и принимать максимальную расчетную высоту.

Отсутствие пожароопасной концентрации примеси на уровне земли в любых неблагоприятных метеорологических условиях может быть обеспечено при правильном расчете и конструировании газоотвода. В частности, при турбулентном режиме истечения максимальную длину х пожароопасной зоны, то есть зоны струи с концентрацией газа в области воспламенения, можно определять по формуле

. (7.24)

где d — диаметр газоотвода; а — коэффициент турбулентности струи (для круглого насадка равный приближенно 0,8); φ_нач — на­чальная концентрация горючей примеси.

Для предотвращения пожароопасного ц вредного для здоровья загрязнения атмосферы аварийные сбросы больших количеств газов и паров (особенно с примесью жидкости) осуществляют через сепараторы на местные, цеховые или общезаводские факелы для сжигания.