Расчет систем аварийного слива жидкостей. Тема № 9.2

1.

КАФЕДРА ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И
ПРОИЗВОДСТВ
Слайд 1.
Тема № 9.2. «Расчет систем аварийного
слива жидкостей»
Учебные вопросы:
1. Метод расчёта размера сливных отверстий в
устройствах, ограничивающих розлив горючих
жидкостей
2. Метод расчёта времени слива горючих
жидкостей

2.

КАФЕДРА ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И
ПРОИЗВОДСТВ
Вопрос №1. Метод расчёта размера
сливных отверстий в устройствах,
ограничивающих розлив горючих
жидкостей

3.

КАФЕДРА ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И
ПРОИЗВОДСТВ
Метод расчёта размера сливных отверстий в
устройствах, ограничивающих розлив горючих
жидкостей
В методике существуют следующие предположения:
•При аварийной ситуации герметичность стенок аппарата
не нарушается;
•Разрушаются только патрубки, лежащие ниже уровня
жидкости в аппарате, образуя сливные отверстия, равные
диаметру патрубков;
•Вероятность одновременного разрушения 2-х патрубков
мала(отсутствует);
•Давление паров над поверхностью жидкости в аппарате в
процессе слива жидкости не меняется

4.

КАФЕДРА ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И
ПРОИЗВОДСТВ
Задача 1. Определить площадь поддона и площадь сливного
отверстия
Условие задачи:
В
производственном
помещении
вертикально
установлен
цилиндрический аппарат диаметром D=1,5м и заполнен толуолом. Аппарат
имеет 4 патрубка. Сечения патрубка и высоты уровней жидкости над ними
представлены в табл.1:
Таблица 1
№ патрубка
Нi,м
i,м2
1
1,0
3,1*10-3
2
2,5
0,5*10-3
3
4,0
1,13*10-2
4
6,0
0,785*10-2
Нормативная интенсивность подачи воды от системы пожаротушения равна
j=0,5 кг/м2 с. скорость выгорания толуола W =3,47*10-2 кг/м с2. Давление в
аппарате атмосферное. Предполагается под аппаратом установить поддон с
высотой борта L =0,3 м. Необходимо найти площадь поддона Fn и площадь
сливного отверстия f.

5.

КАФЕДРА ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И
ПРОИЗВОДСТВ
Решение:
Определим начальные расходы жидкости через патрубки
№1-№4:
Q 2 g H
=0.65 – коэффициент истечения жидкости через отверстие
- площадь сечения трубопровода
g – ускорение свободного падения
Н – высота уровня жидкости над трубопроводом
Q1 0.65 3.1 10 3 2 9.81 1 8.93 10 3
Q2 0.65 0.5 10 3 2 9.81 2.5 2.28 10 3
Q3 0.65 1,13 10 2 2 9.81 4 6,5 10 2
Q4 0.65 0,785 10 2 2 9.81 6 5,54 10 2

6.

КАФЕДРА ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И
ПРОИЗВОДСТВ
,
2. Рассчитаем площадь поперечного сечения аппарата:
Fa
D2
4
и, принимая сторону квадратного поддона большей на 1м диаметра
аппарата, найдем площадь поддона:
Fn= (D+1) 2
3. Определим m (отношение объема жидкости в аппарате к объему жидкости в
поддоне):
Н0- высота уровня жидкости над патрубком, имеющим
FH
m a о
Fn hmax
максимальный расход;
hmax =0,8L – максимально допустимый уровень жидкости в
поддоне.
4. Вычислим с учетом скорости выгорания толуола объем воды,
поступающий в поддон в единицу времени:
Q0
j W Fn
- плотность огнетушащей жидкости;
j – интенсивность орошения водой (ОТВ);
W– скорость выгорания горючей жидкости в поддоне.

7.

КАФЕДРА ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И
ПРОИЗВОДСТВ
Так как избыточное давление в аппарате = 0, то напор, создаваемый
сжатыми газами над поверхностью жидкости Нр=0.
Определим b:
b ln
Fa ( H 0 H р )
1
Fп hmax
Q0
Qmax
H0
H0 H р
По таблице К1(ГОСТ Р 12.3.047-12) по b находим а.
Рассчитаем площадь сливного отверстия f:
f 2 a max
Fn
Fа
Выберем сечение трубопровода отходящего от поддона из условия :
Fт f

8.

КАФЕДРА ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И
ПРОИЗВОДСТВ
Вопрос №2. Метод расчета времени
слива горючих жидкостей

9.

КАФЕДРА ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И
ПРОИЗВОДСТВ
В общем случае продолжительность процесса аварийного слива из емкостей
арматуры определяется зависимостью:
tав.сл.=tопор + tопер tав.реж.
где: tав.сл. - продолжительность аварийного слива, мин;
tопор - продолжительность опорожнения аппарата, мин;
tопер - продолжительность операций по приведению системы аварийного слива в
действие, мин;
tав.реж.- допустимая продолжительность аварийного слива, мин;
При истечении ГЖ из горизонтального резервуара самотёком время
истечения жидкости из такого резервуара определяется по формуле:
t
4 L ДР
1, 5
3 FТ 2 g Н
где: L - длина резервуара (аппарата);
FТ - площадь отверстия (трубопровода);
Др - диаметр резервуара;
Н - высота столба жидкости в резервуаре
- коэффициент истечения жидкости через отверстие

10.

КАФЕДРА ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И
ПРОИЗВОДСТВ
Рассмотрим вариант слива ГЖ из резервуара (аппарата) шаровой формы
Время опорожнения tопор может быть найдено по формуле:
t опор
2
Д 0,5
250 сист d вых
где ρ – плотность жидкости, кг/м3;
Д - диаметр резервуара (аппарата),м;
сист - коэффициент расхода системы, определяемый по формуле:
сист
1
1 сист
где сист - коэффициент сопротивления системы, определяемый по формуле;
li - коэффициент сопротивления трению для рассматриваемого участка
трубопровода (l принимается по табл.1);
li,di - длина и внутренний диаметр участка трубопровода, м;
dвых - диаметр трубопровода на выходе в аварийную емкость, м;
i - коэффициент местного сопротивления на рассматриваемом участке
системы слива;

11.

КАФЕДРА ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И
ПРОИЗВОДСТВ
Таблица 1. Коэффициент сопротивления трению для
рассматриваемого участка трубопровода
Внутр.
диаметр,
мм
63
76
89
101
127
152
200
l
0,035
0,034
0,033
0,032
0,031
0,03
0,029
Коэффициенты местных сопротивлений:
1 =0,5- прямой вход в сливной патрубок;
2 =0,372 - внезапное сужение трубы (в месте аварийной врезки
аварийного трубопровода);
3 =1,1 - тройник для прямого потока;
4 =0,15 - полностью открытая задвижка;
5 =1,3 - гидравлический затвор;
6 =2.07 - колено аварийного трубопровода;
7 =0,5 - прямой вход в аварийную емкость.

12.

КАФЕДРА ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И
ПРОИЗВОДСТВ
Задача 2: Обосновать расчетом выполнимость условия
аварийного слива ГЖ из емкости
Условие задачи:
Вещество – ацетон;
Емкость в сечении – квадрат со сторонами а=1,5м;
Высота емкости h=3м;
Степень заполнения емкости -e =0,8;
Нормативное время опорожнения tопор=900с;
Время принятия решения tопер=60с;
Расстояние от уровня жидкости до аварийной емкости Н1=6,5м;
Избыточное давление, создаваемое в аппарате Рр=0,3МПа;
Внутренний диаметр трубопровода d=101мм;
Длина всего трубопровода l=80м;
Плотность жидкости при температуре 20 0С: ж =790,5 кг/м3;

13.

КАФЕДРА ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И
ПРОИЗВОДСТВ

14.

КАФЕДРА ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И
ПРОИЗВОДСТВ
м2;
Решение:
По формуле для емкости постоянного по высоте сечения время
опорожнения будет определяться:
t опор
f вых
d
2
0,452 F
H пр1 H пр 2
сист f в ых
4
Р р1Н Р р 0,1
Н пр1
Р р1Н
ж g
Н1
Н 2 Н1 h e
Н пр 2
сист
Р р1Н
ж g
Н2
1
1 сист
- коэффициент расхода системы,
, где F=а2;

15.

КАФЕДРА ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И
ПРОИЗВОДСТВ
.
n 7
сист i
i 1
По справочным данным находим коэффициенты местных
сопротивлений:
1 =0,5- прямой вход в сливной патрубок;
2 =0,372 - внезапное сужение трубы (в месте аварийной врезки
аварийного трубопровода);
3 =1,1 - тройник для прямого потока;
4 =0,15 - полностью открытая задвижка;
5 =1,3 - гидравлический затвор;
6 =2.07 - колено аварийного трубопровода;
7 =0,5 - прямой вход в аварийную емкость.

16.

КАФЕДРА ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И
ПРОИЗВОДСТВ
.
По таблице 1 для трубопроводов d=101мм принимаем l=0,032 и
подсчитываем коэффициент сопротивления системы аварийного слива:
сист
l l
n 7
i
d
i 1
Коэффициент расхода в системе аварийного слива определяется по формуле:
сист
1
1 сист
Определяем время опорожнения ёмкости по формуле:
t ОПОР
0,452 F
Н пр1 Н пр 2
сист f в ых
Общая продолжительность аварийного слива горючей жидкости из
ёмкости с учётом операционного времени слива будет равно:
tсл=tопор+tопер

17.

КАФЕДРА ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И
ПРОИЗВОДСТВ
Задача №3: Оценить диаметр аварийного самостоятельного
трубопровода, при условии, что продолжительность опорожнения
аппарата не должна превышать 300 сек.
Условие задачи:
Аварийный трубопровод имеет вход с главным закруглением,
тройник для прямого потока, задвижку, гидравлический затвор, 4
плавных поворота с углом 900 при R=5dтр. Величина коэффициента
местного сопротивления входу жидкости из трубопровода 0,5. Объем
сливаемой жидкости Vж=3м3; Н1=7м; Н2=5м.
Решение:
Определяем коэффициент местных сопротивлений по
справочным данным.
тр =1,2 – для тройника;
г =1,3 – для гидрозатвора;
п =0,5 – 4-ре поворота;
вых =0,5 – выхода жидкости;
вх =0,5 – входа с острыми краями.

18.

КАФЕДРА ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И
ПРОИЗВОДСТВ
Находим суммарный коэффициент местных сопротивлений аварийного
трубопровода:
сист i вх тр г п п вых
где: n – кол-во колен на трубопроводе.
Определяем коэффициент расхода системы по формуле:
сист
1
1 сист
Определяем диаметр аварийного трубопровода:
d тр
Vж
0,758
t сист Н1 Н 2