Разработка инженерных решений по обеспечению пожарной безопасности технологии хранения нефтепродуктов на нефтебазе ООО «АНП – Центр» в

• устройства, препятствующие испарению жидкости с поверхности нефтепродукта (понтоны, плавающие крыши и так далее);
• устройства, влияющие на доступ атмосферного воздуха в газовое пространство (диски – отражатели, дыхательная арматура);
• температура нефтепродукта;
• а также воздействия, оказываемые снаружи (температура воздуха, солнечная радиация, погодные условия).

Таким образом, если концентрация паров в газовом пространстве достигает состояния насыщения, горючесть паровоздушной среды  оценивается по температурным пределам воспламенения, следующим соотношением:

         t_нтпрп < t_р < t_втпрп,                                               (3.1)

 

где t_р – расчетная температура жидкости, ⁰С;

t_нтпрп, t_втпрп – соответственно нижней и верхней температурные пределы воспламенения согласно [11], или паспортных данных, поставленной на нефтебазу партии нефтепродуктов, ⁰С (K).

Данное соотношение  нельзя применять, когда резервуары снабжены понтонами, где концентрация паров далека от насыщения в газовом пространстве, а также при проведении операций (закачка, опорожнение). В этом случае оценку горючести среды следует выполнять с использованием концентрационных пределов распространения пламени по соотношению:

            φ_нкпрп < φ_р < φ_вкпрп,                                              (3.2)

где φ_нкпрп, φ_вкпрп – соответственно нижний и верхний концентрационные пределы распространения пламени, об. доли;

φ_р – рабочая концентрация, об. доли.

Основоположником методов  расчета концентраций паров в  газовом пространстве резервуаров, разработанных в связи с расчетами  потерь от испарения, является в нашей  стране В.И.Черникин. Дальнейшее продолжение работ в этой области принадлежит Н.Н.Константинову и многим другим последователям.

Приняв, что концентрация паровоздушной смеси насыщена в  резервуарах, например, вследствие очень  низкого коэффициента оборачиваемости n_об, произведем оценку горючести среды по соотношению  (3.1) для бензинов и дизельного топлива, для сравнения по методике предложенной  О.М.Волковым и др. [7], сведенной в таблицу 3.2.

В  данном сравнении:  

- ∆t_нтпрп = -10 ⁰С и ∆t_втпрп =10 ⁰С - расширение нижнего и верхнего пределов воспламенения из соображения безопасности (надежности оценки среды);

- t_расч - средняя температура в наиболее жаркий и холодный месяц года  для данного региона, окружающего воздуха, подразумевающая температуру поверхности слоя Т_п нефтепродукта или газового  пространства Т_г. 

Таблица 3.2

Оценка горючести паровоздушной  среды в газовом пространстве резервуаров по температурным пределам воспламенения

Вид нефтепродукта		Температура  0С								Наличие ВОК
		tнтпрп	∆tнтпрп	tвтпрп	∆tвтпрп	tнтпрп -∆tнтпрп	tрасч		t втпрп+ ∆tвпрп
летом     летом	Бензин:
	А-76	-35	-10	17	+10	-45	33	27		нет
	А-92	-37	-10	10	+10	-47	33	20		нет
	Диз. топливо	76	-10	146	+10	66	33	156		нет
зимой       зимой	Бензин:
	А-76	-35	-10	17	+10	-45	-37	27		есть
	А – 92	-37	-10	10	+10	-47	-37	20		есть
	Диз. топливо	76	-10	146	+10	66	-37	156		нет

 

Согласно СНиП 2.01.01-82 «Строительные  климатология и геофизика» для Екатеринбурга температура в наиболее жаркий месяц года составляет +33 0С, в наиболее холодный месяц года составляет -37 0С.

 

Летом:       t _расч = Т_п - днем,        t _расч = Т_г - ночью;

Зимой:       t _расч = Т_о.в. – круглосуточно.

Согласно теории и  метода Н.Н.Константинова [5]  летом, в дневное время, учитывался перегрев поверхностного слоя  жидкости от 8 до 10 ⁰С   t_нкпрп,  t_вкпрп – взяты для сравнения из таблицы 3.1.

Таким образом,  сопоставив значения безопасных температурных пределов распространения пламени с расчетной температурой для каждого времени года и типа нефтепродукта табл. 3.2, данная методика оценки горючести среды по температурным  пределам воспламенения говорит о том, что резервуары с бензином опасны зимой, а дизельное топливо безопасно в любое время.

Для более качественной оценки горючести  среды внутри  резервуаров без  выхода паров наружу проверим условия пожаровзрывобезопасности  согласно ГОСТ [10], которые зависят от нижнего φ_н и верхнего  φ_в концентрационных пределов распространения пламени (таблица 4.1.), имеющие следующий вид:

                       φ_рбез ≤ 0,9 ( φ_нкпрп – 0,7 R )   при R=0,3%                             (3.3)

или

                         φ_рбез ≥ 1,1 ( φ_вкпрп + 0,7 R )  при R = 0,6%                            (3.4)

 где φ_рбез – взрывобезопасная концентрация горючего вещества в паровоздушной смеси, (%, об. доли, кг/м³);

  R – воспроизводимость метода определения показателей пожарной опасности при доверительной вероятности 95%.

 

Рабочую концентрацию паров φ_р рассчитаем по формуле:

                                                             

                                                              (3.5)

где Р_р - рабочее давление паровоздушной смеси в резервуаре равное барометрическому давлению Р_бар =10⁵, Па.

Р_s- давление насыщенного пара жидкости при рабочей температуре, Па.

Величину можно определить по уравнению Антуана:

                                      

                                      (3.6)

где  А, В и С_а - константы, зависящие от свойств горючей жидкости, приведены в справочной литературе [14];

 

Оценку условий пожаровзрывобезопасности  проведем аналогично, для бензина  марки Аи-92 и дизельного топлива в сравнении.

Здесь интервал рабочих температур t_р примем за температуру окружающего воздуха от –50 до +50 ⁰С приняв ее за температуру нефтепродукта (бензина, дизельного топлива).

Произведем расчет безопасных концентраций φ_рбез  для данных нефтепродуктов по формулам (3.3) и (3.4):

 

Бензин Аи-92:  

Дизельное топливо:

Константы Антуана  для бензина Аи-92 и дизельного топлива примем по [14]:

• для бензина Аи-92:              А=4,99831; В=664,976; Са=221,695
• для дизельного топлива:     А=5,95338; В=1255,3;   Са=199,523.

 Отсюда найдя P_s по формуле (3.6) определим φ_р по формуле (3.5) в зависимости от температуры с интервалом в 10 ⁰С для бензина и дизельного топлива, полученные результаты сведем в таблицы 3.3 и 3.4.

Выполним ход действий математических вычислений на примере бензина АИ-92 для температуры 20 ⁰С:

 

 

Тогда

Для наглядности по результатам  расчетов построим графики зависимости  концентрации паров бензина марки  АИ-92  и дизельного топлива от  температуры, представленные на рисунках 3.1. и 3.2.

Таблица 3.3

Сводные данные расчета концентрации паров бензина марки Аи-92

t p, 0С	Ps, Па	φр, %	tр, 0С	Рs, Па	φр, %
-50	1779	1,8	10	17910	17,9
-40	2906	2,9	20	23542	23,5
-30	4510	4,5	30	30280	30,3
-20	6702	6,7	40	38204	38,2
-10	9593	9,6	50	47384	47,4
0	13293	13,3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сопоставив полученные значения концентраций паров бензина со значениями безопасных концентраций горючего вещества по таблице 3.3 и графику зависимости рис. 3.1 можно сделать вывод, что условие пожаровзрывобезопасности не будет выполнено при температуре окружающего воздуха (нефтепродукта) от –22,3 ⁰С и ниже. Такие температуры наиболее характерны для Свердловской области в период с конца ноября по конец февраля.

Таблица 3.4

Сводные данные расчета концентрации паров дизельного топлива

t p, 0С	Ps, Па	φр, %	tр, 0С	Рs, Па	φр, %
-50	0,5	0,001	10	122,2	0,122
-40	1,6	0,002	20	229,0	0,229
-30	4,7	0,005	30	406,5	0,407
-20	12,2	0,012	40	687,7	0,688
-10	28,5	0,029	50	1155,4	1,115
0	61,2	0,061

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сравнивая полученные значения концентрации паров дизельного топлива со значением взрывобезопасной концентрации, где φ_р.без ≤ 0,36 %, и построив графическую зависимость можно сделать вывод, что для дизельного топлива условие пожаровзрывоопасности не будет выполняться при температуре окружающего воздуха ( нефтепродукта ) от +27,8 ⁰С и выше, что характерно для Свердловской области в период с 15 июня по 1 сентября.

 

3.3. Количественная  оценка  пожарной опасности   выхода горючих паров ЛВЖ из  нормально работающих технологических  аппаратов

 

Резервуары по условиям работы относятся к «дышащему» технологическому оборудованию, так как для нормальной эксплуатации  требуется сообщение их внутреннего объема с окружающей средой. Сообщение паров жидкости с атмосферой происходит через дыхательную арматуры в результате так называемых «малых» и «больших» дыханий и обратного выхода.

«Большое дыхание» –  это вытеснение паров наружу (или  подсос воздуха внутрь) при изменении  уровня жидкости в аппарате.

«Малое дыхание» - вытеснение паров наружу (или подсос воздуха внутрь аппарата), связанное с изменением температуры газового пространства  под влиянием изменения температуры среды.