Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Предельно допустимая пожарная нагрузка

Актуальность разработки данного понятия и методик количественной оценки ПДПН обусловливается сложностью обеспечения абсолютной чистоты очистки места аварии, а также необходимостью механизации процесса очистки и ликвидации ручного труда во вредных условиях.

Известно, что 90–95 % загрязнений обычно удаляется с поверхности в течение первой половины времени очистки. Экспериментально установлено, что не только при механической очистке, но и при вентиляции, пропарке, гидравлической очистке 3–10 % технологических остатков очищаются за такое же по продолжительности время, как и основная масса углеводородных отложений. Для преодоления сил межмолекулярного взаимодействия (сил адгезии) нужны очень большие энергетические затраты, поэтому ручным способом полностью удалить технологические отложения практически невозможно.

Исследования в области определения пожарной опасности тонких пленок горючих жидкостей, а также и аналитическое изучение воспламенения пленок органических жидкостей, двухфазных сред и конденсированных веществ свидетельствуют о существовании толщины слоя горючего вещества, не способного к воспламенению. Такой слой называется критическим по условиям воспламенения. При разработке критериев предельно допустимой пожарной нагрузки (ПДПН) анализируются следующие условия пожарной безопасности:

1) допускается возможность локального горения на определенной площади в течение времени, не создающего воздействия опасных факторов пожара на людей, с нормированной вероятностью и не наносящего повреждений технологическому аппарату;

2) исключается возможность возникновения и распространения горения по поверхности горючих остатков.

Предварительные расчеты по методике, разработанной применительно к замкнутым помещениям с различной степенью герметизации, выполненной проф. Ю. А. Кошмаровым, доц. И. Д. Гусько и В. Г. Лимоновым, подтвердили возможность образования вакуума на стадии затухания горения.

Исходя из анализа результатов исследований, можно сделать выводы, что при кратковременном горении внутри технологического оборудования создаются условия затухания и образуется вакуум порядка 200 кПа, что может привести к повреждению технологических аппаратов. Поэтому при обосновании ПДПН целесообразно исходить из принципа исключения возможности возникновения и распространения горения по поверхности горючих органических остатков.

В качестве критерия оценки готовности резервуара к огневым работам принимают невоспламеняемую толщину слоя технологических остатков. Для определения толщины слоя органических остатков применяют специальные приборы толщиномеры, а при их отсутствии используется весовой метод. Весовой метод оценки поверхности позволяет путем взвешивания органических остатков, снятых с единицы площади поверхности, определить толщину остаточного слоя.

Количественно ПДПН представляет собой массу нефтеостатка, находящуюся на единице площади загрязненной поверхности. Величина ПДПН связана с d_кр соотношением:

. (10.10)

Условие пожаробезопасности (10.2) запишется в виде:

, (10.11)

где m _ост – остаточная загрязненность поверхности; m _ПДПН - ПДПН.

Налипаемость горючих жидкостей на вертикальную стенку в процессе опорожнения составляет в среднем (5,0–100)10^-3 кг/м² . Воспламенение паров жидкости от источника зажигания возможно при условии φ _s > φ_н.
В случае φ _s < φ_н, требуется дополнительная энергия для разогрева нефте-продукта и повышения φ _s.

Уравнение теплового баланса имеет следующий вид:

dQ = dQ ₁ + dQ ₂ + dQ ₃ + dQ ₄, (10.12)

где Q – количество теплоты, подведенной к элементарной площадке;
Q ₁ – количество теплоты, аккумулированное в слое нефтепродукта;
Q ₂, Q ₃ – количество теплоты, отведенное к нефтепродукту и теплопроводному материалу; Q ₄ – теплота испарения.

Раскрывая значения составляющих, получаем:

(10.13)

Воспламенение пленок наступает при Т ≈ T _вос. В рассматриваемом случае ∆ Т = Т _вос - Т ₀ разница температур незначительна, поэтому в выводе можно допустить постоянство С_р и λ. Произведем преобразования на основе теоретических положений расчета огнепреградителей, разработанных акад. Д. Б. Зельдовичем и А. С. Соколиком. В преобразо-ваниях допускаем равенство δ = r, так как критическая невоспламеняемая толщина слоя нефтепродукта мала и колеблется от долей миллиметра до нескольких миллиметров. Уравнение (10.13) запишем в форме

(q _из – ∆ Н _т М) d τ = 2πρ _р (Т _вос – Т ₀) d δ³ + 3πδλ (Т _вос – Т ₀) d τ. (10.14)

Решение уравнения (10.14) имеет вид

(10.15)

где q = q _из – Н _т М; b = 3πλ(T _вос – T ₀).

Расчет по формуле (10.15) требует определения значения δ_кр. Рассмотрим уравнение теплового баланса при горении тонкого слоя нефтепродукта, которое применительно к стационарному процессу можно представить в виде:

βΔ Η_х = (λ_н/δ)(Т _п – Т ₀) + ρ_нΔ Н _т , (10.16)

где β – доля теплоты, поступающей к слою нефтепродукта.

Составим безразмерные параметры:

, , Ňu = . (10.17)

Параметр У представляет собой безразмерную толщину слоя;
θ – безразмерное время горения слоя, а безразмерный параметр Ňu характеризует долю аккумулированного в тонком слое углеводородных отложений тепла. Приведем уравнение (10.16) к безразмерному виду

β Ňu – Ňu . (10.18)

Разделяя переменные, получаем

d θ = Ňu У dУ / (β Ňu У – 1). (10.19)

Проинтегрируем выражение (10.19) и получим

θ = (У – 1) / β + 1/(β² Ňu)1 n | (β Ňu У – 1) / (β Ňu – 1), (10.20)

где Ňu ≠ 1/β – область существования решений для полученного уравнения.

Величина параметра Ňu возрастает с увеличением продолжи-тельности горения слоя нефтепродукта. В свою очередь, время горения возрастает с увеличением начальной толщины слоя нефтепродукта. Горение тонких слоев нефтепродуктов наблюдалось при Ňu ≥ 43. По мере уменьшения начальной толщины слоя нефтеостатка δ₀ время выгорания слоя уменьшается. При этом параметр Ňu стремится к критической величине Ňu _кр, характеризующей срыв горения или вырожденный режим зажигания. С уменьшением толщины слоя для поддержания горения из-за увеличения теплоотвода требуется увеличение доли его подвода к поверхности слоя, что приведет к снижению температуры во фронте горения, β → 1/Ňu_кр характеризует предельную величину снижения темпе-ратуры в зоне химической реакции, при которой будет происходить срыв горения.

δ_кр = . (10.21)

Время возникновения горения при контакте с источником зажигания можно рассчитать по формуле (10.15), q – по формуле (10.26).

М _ПДПН = 43 . (10.22)

Наиболее близкие результаты расчетов к экспериментальным данным получаются по расчетной формуле (10.22). Эта формула, кроме того, является наиболее простой и удобной для использования. Входящие в формулу (10.22) значения определяют по справочным данным.

Коэффициент безопасности K _б.м принят на основе результатов исследований равным 10.