- •2 Общие сведения об оао кпбн «Шихан»в г.Стерлитамак как одного из предприятий пищевой промышленности, использующей ахов
- •2.1 Общие сведения об оао кпбн «Шихан»
- •2.2 Природно-климатические условия в районе расположения объекта
- •2.3 Данные о персонале оао кпбн «Шихан» и проживающем вблизи населении г.Стерлитамак
- •2.4 Характеристика аммиака
- •2.5 Принципиальная технологическая схема и краткое описание технологического процесса использования аммиака на оао кпбн «Шихан»
- •2.6 Прогнозирование возможных чс на оао кпбн «Шихан»
- •2.6.1 Анализ возможных чс с выбросом аммиака при помощи методов «дерева отказов» и «дерева событий»
- •2.6.2 Расчет параметров взрыва аммиака при реализации наиболее опасного сценария на оао кпбн «Шихан»
- •2.6.3 Расчет размеров зон, ограниченных нижним концентрационным пределом распространения пламени (нкпр) газов и паров в цехе
- •2.6.4 Расчет зон поражения первичным и вторичным облаком аммиака при реализации наиболее вероятного сценария
2.6.2 Расчет параметров взрыва аммиака при реализации наиболее опасного сценария на оао кпбн «Шихан»
Избыточное давление взрыва ∆Р, кПа, для индивидуальных горючих веществ, состоящих из атомов С, Н определяется по формуле:
, кПа (2.3)
где Рmax – максимальное давление взрыва стехиометрической газовоздушной или паровоздушной смеси в замкнутом объеме (Рmax= 580кПа);
Р0 – начальное давление, кПа (допускается принимать равным 101кПа);
m – масса ГГ или паров ГЖ, вышедших в результате гипотетической аварии в помещение из трубопровода и ресивера, кг, вычисляется по формуле:
, кг (2.4)
где Va – объем газа, вышедшего из ресивера, 300 кг;
Vt – объем газа, вышедшего из трубопровода вычисляется по формуле:
Vт = V1т +V2т , м3 (2.5)
где V1т – объем газа, вышедшего из трубопровода до его отключения, вычисляется по формуле:
V1т = q·T , м3 (2.6)
где q=0,02 м3/с — расход газа, определяемый в соответствии с технологическим регламентом в зависимости от давления в трубопроводе, его диаметра, температуры газовой среды;
Т – расчетное время отключения трубопроводов (Т=120 с при автоматическом отключении и Т=300 с – при ручном отключении);
V2т – объем газа, вышедшего из трубопровода после его отключения вычисляется по формуле:
V2т =0,01∙π∙P2∙(r12∙L1+…rn2∙Ln) , м3 (2.7)
где Р2 = 202 кПа – максимальное давление в трубопроводе по технологическому регламенту;
r1,2, ... n =0,05 м – внутренний радиус трубопровода;
L1,2, ... n = 5 м и 6 м – длина трубопровода от аварийного аппарата до задвижек, м.
Z – коэффициент участия горючего вещества во взрыве, который может быть рассчитан на основе характера распределения газов и паров в объеме помещения. Допускается принимать значение Z по таблице 2.10.
Таблица 2.10 – Значение коэффициента участия горючего вещества во взрыве
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 |
0,0 |
Vсв – свободный объем помещения, м3. При отсутствии дополнительных данных допускается принимать условно равным 80 % геометрического объема помещения;
ρг.п. – плотность газа или пара при расчетной температуре tр, кг/м3, вычисляемая по формуле:
, кг/м3 (2.8)
где М – молярная масса вещества, кг/кмоль;
V0 – мольный объем, равный 22,413 м3/кмоль;
tp – 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;
Сст – стехиометрическая концентрация ГГ или паров ЛВЖ и ГЖ, %(об.), вычисляемая по формуле:
, % (об.) (2.9)
где – стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания;
nс, nн, n0, nх – число атомов С, Н, О и галоидов в молекуле горючего;
Кн – коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения. Допускается принимать Кн равным 3.
Для расчета избыточного давления при реализации сценария с взрывом аммиака на ОАО КПБН «Шихан» необходимы следующие данные, представленные в таблице 2.11.
Таблица 2.11 – Данные для расчета избыточного давления
Наименование показателя |
Значение показателя |
Расчетная температура, tp |
20 °С |
Коэффициент участия горючего вещества во взрыве, Z |
0,5 |
Молярная масса вещества, М |
17,03 моль |
Площадь цеха и высота |
12x24 м2 и 2,5 м |
Свободный объем помещения: Vсв=0,8·(12·24·2,5)=576 м3.
Плотность газа или пара при расчетной температуре:
кг/м3.
Объем газа, вышедшего из трубопровода до его отключения:
V1т =0,02·120=2,4 м3 .
Объем газа, вышедшего из трубопровода после его отключения:
V2т =0,01·3,14∙202∙(0,052∙5+0,052∙6)=0,17 м3.
Объем газа, вышедшего из трубопровода: Vт =(2,4+0,17)∙0,708=1,8 кг.
Масса ГГ или паров ЛВЖ и ГЖ, вышедших в результате гипотетической аварии в помещение из трубопровода и ресивера : m=300+1,8=301,8 кг.
Эквивалентное количество вещества по первичному облаку и по вторичному облаку с учётом того, что в результате аварии произойдёт пролив 301,8 кг аммиака равно (0,00216+0,012)∙1000=14,16 кг.
Стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания:
Стехиометрическая концентрация ГГ или паров ЛВЖ и ГЖ:
Расчет избыточного давления:
кПа.
Таким образом, компрессорный цех относится к категории А пожаровзрывоопасности, поскольку в данном помещении находится вещество аммиак, при испарении которого образуется горючий газ, избыточное давление которого превышает 5 кПа.
Наиболее опасным блоком по количеству содержащегося аммиака, является блок линейных ресиверов.
ЧС с наиболее тяжелыми последствиями при неблагоприятном варианте развития аварии и наиболее опасная по последствиям аварийного воздействия характеризуются полным разрушением линейного ресивера с максимальным выбросом жидкого аммиака (300 кг), несвоевременными действиями персонала по локализации аварии и неблагоприятными метеоусловиями для распространения аммиака.
Расчеты вероятных зон действия поражающих факторов проведены в соответствии с климатическими условиями данного района.
Исходные данные и результаты расчета энергетических показателей согласно ПБ 09-540-03 приведены в таблице 2.12.
Таблица 2.12 – Исходные данные и результаты расчета энергетических показателей при разгерметизации линейного ресивера
Характеристики |
Показатели |
1. Аварийный аппарат (блок) |
Линейный ресивер |
2. Расположение аппарата |
В помещении |
3. Давление в блоке, МПа |
1,35 |
4. Температура в блоке, 0С |
37 |
Расчет E1 | |
Объем ПГФ блока, м3 |
1,0 |
Состав ПГФ |
NH3 |
Показатель адиабаты |
1,3 |
Низшая теплота сгорания, кДж/кг |
18585 |
Масса, кг |
8,9 |
Энергия адиабатического расширения, кДж |
2031 |
Расчет Е2 смежного блока | |
Давление в блоке, МПа |
1,35 |
Температура в блоке, 0С |
35 |
Площадь отверстия, м2 |
0,0008 |
Время поступления, с |
300 |
Плотность ПГФ, кг/м3 |
10,22 |
Показатель адиабаты |
1,3 |
Низшая теплота сгорания, кДж/кг |
18585 |
Масса, кг |
2,9 |
Расчет E3 данного и смежных блоков | |
Количество ЖФ |
291,1 |
Теплоемкость, Дж/(кг*К) |
4700 |
Теплота испарения, кДж/кг |
1374 |
Теплота сгорания паров, кДж/кг |
17394 |
Температура кипения, 0С |
-33,4 |
Масса, кг |
16,6 |
Расчет E2 (теплоприток экзотермических реакций) |
— |
Расчет E3 (теплоприток от внешних сетей) |
— |
Расчет E4 (теплоприток экзотермических реакций) | |
Теплопроводность поддона (бетон), Вт/(м*К) |
1,42 |
Плотность поддона, кг/м3 |
2220 |
Теплоёмкость поддона, Дж/(кг*К) |
770 |
Время испарения до взрыва, с |
900 |
Коэффициент скорости испарения |
7,7 |
Площадь зеркала испарения, м2 |
4,9 |
Плотность ЖФ, кг/м3 |
681 |
Масса, кг |
1,243 |
Результаты расчета | |
1. Сумма энергий адиабатического расширения сгорания ПГФ из аварийного блока, E1 кДж |
0,167·106 |
2. Энергия сгорания ПГФ, поступившей к разгерметизированному блоку от смежных блоков, E2 кДж |
0,056·106 |
3. Энергия сгорания ПГФ, образующийся за счет энергии перегретой ЖФ из аварийного и смежных блоков, E1 кДж |
3,915·106 |
4. Энергия сгорания ПГФ, образующейся из ЖФ за счет тепла экзотермических реакций, Е2 кДж |
— |
5. Энергия сгорания ПГФ, образующейся за счет притока внешних теплоносителей, Е3 кДж |
— |
6. Энергия сгорания ПГФ, образующейся из пролитой ЖФ за счет теплопритока от окружающей среды, Е4 кДж |
0,023·106 |
7. Общий энергетический потенциал, Е, кДж |
4,161·106 |
8. Общая приведенная масса парогазовой среды, m кг |
90,7 |
9. Относительный энергетический потенциал, QВ |
9,7 |
10. Категория взрывоопасности |
III |
Зона полных разрушений (ΔР≥100 кПа), м |
5 |
Зона тяжелых повреждений (ΔР≥70 кПа), м |
7 |
Зона средних повреждений (ΔР≥28 кПа), м |
12 |
Зона разрушения оконных проемов (ΔР≥14 кПа), м |
36 |
Зона частичного разрушения остекления (ΔР≤2,0 кПа), м |
72 |
Из расчетов следует, что радиус полного разрушения зданий и сооружений при разрушении линейного ресивера составляет 5 м. Вследствие чего смертельное поражение могут получить 1-2 человека, оказавшиеся в непосредственной близости от эпицентра взрыва. В радиусе 7 м возможно разрушение части стен и перекрытий. В радиусе 12 м разрушение второстепенных элементов (крыш, перегородок и дверных заполнений), при этом перекрытия не обрушаются. В радиусе 36 м возможны легкие повреждения дымовых труб и оборудования систем связи. В радиусе 72 м может произойти разрушение оконных и дверных заполнений. Границы зон действия воздушной ударной волны при взрыве аммиака на территории ОАО КПБН «Шихан» представлен на рисунке 2.8.
Рисунок 2.8 – Границы зон действия воздушной ударной волны
Таким образом, производство холода на ОАО КПБН «Шихан» с точки зрения воздействия теплового поражения и ударной волны не представляют опасности для людей, зданий и оборудования, находящихся за пределами предприятия.
Учитывая фактор, что контроль и управление технологическим процессом осуществляется из помещения операторной, расположенной за пределами отделения линейных ресиверов и конденсаторного отделения, где расположены наиболее энергоемкие блоки, вероятность поражения персонала практически отсутствует, за исключением возможного нахождения непосредственно в зоне взрыва 1-2 человека из обслуживающего или ремонтного персонала.