При «большом» дыхании количество выходящих паров определяют по следующей формуле:

где G_б – масса горючих паров, вышедших из емкости, кг; DV – изменение объема, м³ ; Р_р – рабочее давление, Па; Т_р – рабочая температура, К; j_s – концентрация насыщенных паров при рабочей температуре, об. доля; М – молярная масса, кг моль^-1 .

Объем взрывоопасной зоны определяем по уравнению:

V_вз =

j^н _г,без – безопасная концентрация паров, кг м³ .

Безопасную концентрацию горючих паров определяем по уравнению:

где: j^н _г,без – безопасная концентрация паров, об. доля; V_t = 22.413 м³ кмоль^-1 – объем, занимаемый 1 кмоль паров.

Безопасную концентрацию горючих паров определяем по уравнению:

j^н _г,без = 0,9 (j_н – 0,7R)

где: j_н – нижний концентрационный предел распространения пламени, %; R=0,3 – воспроизводимость метода определения показателя пожарной опасности.

Затем принимаем взрывоопасную зону цилиндрической формы, где высота равна диаметру. Диаметр зоны взрывоопасных концентраций определяем по формуле:

Определяю объем взрывоопасной зоны при наиболее опасном случае выхода паров нефти.

При следующих исходных данных:

· температура окружающего воздуха 40°С;

· величина нижнего концентрационного предела распространения пламени 0,9%;

· объем, заполняемый нефтью 2000 м³ (степень заполнения 0,9);

· Молярная масса нефти – 121 ^. кмоль^-1 ;

Определяем безопасную концентрацию горючих паров:

j_{г, без} = 0,9 (0,9 – 0,7 ^. 0,3)= 0,621%;

Безопасная концентрация (массовая) горючих паров:

j^н _г,без = .

Масса вышедших паров:

G_б =

Объем взрывоопасной зоны:

V_вз =

Диаметр взрывоопасной зоны:

Следовательно, радиус взрывоопасной зоны составляет 24,5м.

5. Анализ причин повреждения аппаратов и трубопроводов, разработка необходимых средств защиты

Самую большую опасность для производства представляют повреждения и аварии технологического оборудования и трубопроводов, в результате которых значительное количество горючих веществ выходит наружу, вызывая опасное скопление паров жидкости, загазованность открытых территорий, разлив жидкости на большие площади.

Аварии при эксплуатации технологического оборудования возникает в результате механических, химических и электрических воздействий. К механическим воздействиям можно отнести: сверхрасчетные давления, возникающие при нарушении материального баланса и режима работы насоса, повышение сверхрасчетной температуры, накипи на отводящих трубопроводах, уменьшающих их сечение, гидравлические удары, вибрации, температурные перенапряжения.

Химическая коррозия происходит за счет воздействия кислорода воздуха и сероводорода, содержащегося в сырой нефти. От кислородной коррозии происходит образование ржавчины

4 Fe + 3 O ₂ ® 2 Fe ₂ O ₃

Окисел Fe ₂ O ₃ не обладает механической прочностью и легко отслаивается от металла. Сероводород при температуре310^о С и выше разлагается, в результате чего происходит процесс диссоциации сероводорода с образованием элементарной серы и взаимодействия ее с металлом, например:

H ₂ S ® H ₂ + S (термическая диссоциация)

2H₂ S+O2 ® 2H₂ O+₂ S (окисление)

Fe + S ® FeS (коррозия)

Сернистые соединения представляют собой пористые вещества, не обладающие большой механической прочностью, и легко отслаиваются от железа. Разрушение материала стенок трубопроводов и аппаратов образуется и за счет электрохимической коррозии, наиболее часто встречающийся. Одной из разновидности, которой является атмосферная коррозия. В присутствии влаги на поверхностях трубопроводов и аппаратов образуется тонкая пленка с растворенными в ней воздухом и примесями, присутствующими в атмосфере. Эта пленка влаги и является электролитом. В результате электрохимического воздействия электролита на металл происходит растворение последнего, что приводит к утоньшению металла и снижению его механической прочности. Проведем несколько проверочных расчетов на возможность разрушения аппаратов или трубопроводов.

5.1. Расчет на прочность трубопроводов при гидравлическом ударе

Определим силу гидроудара при закрытии задвижки в стальном трубопроводе d 400 мм и толщиной стенки 5 мм.

По трубопроводу протекает нефть со скоростью 1,2 м/с и объемным весом 860 кг/м³

Для определения приращения давления в трубопроводе воспользуемся формулой Н.Е. Жуковского [3]:

,