CC BY
11
Метод расчета безопасного расстояния
от аварийных хранилищ нефти открытого типа до мест проведения ремонтных работ
Дудак С. А.,
Национальный университет гражданской защиты Украины,
г. Харьков
Процесс испарения нефти с открытой поверхности хранилища в атмосферу сопровождается образованием на прилегающей к нему территории пожаро-взрывоопасных зон. Правильная оценка опасных размеров данных зон имеет важное научное и практическое значение, так как позволяет обеспечить необходимый уровень безопасности проводимых ремонтных работ, связанных с аварийными ситуациями на железнодорожных сливо-наливных эстакадах с разливами нефти из цистерн.
Атмосферное рассеивание зависит от состояния окружающей среды, ее физических параметров.
Из вышеизложенного следует, что на рассеивание паров оказывает влияние множество характеристик:
• метеорологические условия: скорость ветра, устойчивость атмосферы, параметры турбулентности;
• рельеф местности;
• фазовые превращения: конденсация и замерзание;
• влияние конвекции: конвективный теплообмен, конвективный массооб-мен, приток тепла с ветром;
• тепловое излучение, обусловленное солнцем и почвой.
Исследование закономерностей распространения паров жидкостей, образующихся при ее испарении с открытой поверхности, и особенности их пространственно-временного распределения, является основой для объективной оценки зон загазованности. Развитие методов прогноза рассеивания облака паров испарившейся жидкости основывается на результатах теоретического и экспериментального изучения распространения паров жидкости от источника их образования.
Изучение осуществляется по двум направлениям:
• на основе методов математического описания распространения паров с помощью решения газо-динамических уравнений совместно с уравнениями турбулентной диффузии;
• эмпирико-статистического анализа распространения паров в атмосфере с использованием для этой цели интерполяционных моделей большей частью гауссовского типа.
В процессе испарения происходит непрерывное изменение химического состава и физических свойств нефти, и как следствие - продуктов испарения. При этом изменяются: Р8 - давление насыщенного пара нефти; М-молекулярная масса паров нефти; Тн.к. - температура начала кипения; рн - плотность нефти и
др. Скорость изменения этих параметров зависит от: времени испарения - (т), высоты слоя нефти - (hn), температуры поверхности нефти - ( Тнп), температуры нефти - (Тн), скорости ветра - (Vu), атмосферного давления - (Ратм) и др.
Проведенный анализ позволил выявить параметры, которые оказывают наиболее значимое влияние на интенсивность испарения нефти. Это т; hn; Тнп; V^
В данной работе предпринята попытка получить математическую зависимость изменения текущих значений массы испарившейся нефти от параметров, оказывающих доминирующее влияние на испарение (температуры поверхности нефти, толщины слоя нефти, времени испарения, скорости ветра). Для искомых параметров введем следующие обозначения: М - текущее значение массы испарившейся нефти, с единицы площади. W - интенсивность испарения нефти, (масса, испарившаяся с единицы площади в единицу времени).
Как уже отмечалось, масса испарившейся нефти находится в функциональной зависимости от целого ряда параметров
M = f(THn ,hн, т, VB) .
Они могут быть описаны с помощью зависимости следующего вида:
M = f^H)-Tf2(h) • g^Tn)-т82(Тн")-9l(VB)-тф^в). (1)
Для определения численных значений параметров, входящих в названные функции, поочередно проанализируем влияние каждого из основных параметров при фиксированных значениях остальных.
M = а-тР. (2)
Рассматривая теперь величину hn как аргумент, а коэффициенты а и соответственно Р как функцию от hn получим следующие формулы:
а = 4,29 • hf4. (3)
Р = 0,667 • h0173. (4)
M = 4,29 • h^34 -T0'667h»173. (5)
Зависимости массы испарения нефти от времени испарения при V = const, hn = const и различных фиксированных температурах, оценивающие влияние температуры поверхности нефти описываются уравнениями вида:
M = c-Td . (6)
M = cn -Tdn. (7)
Коэффициенты с и d определялись аналогично а и Р из зависимостей с = f(T), d = f(T) и описывались следующими уравнениями:
с = 0,042-Т„н -11,31. (8)
d = -4 • (293/Тн„ -1) . (9)
Тогда M = 4,29 • h034 • T°'667-h»173 • (0,042- Т„н -11,31) • т-4- (293/-1). (10)
При установлении зависимости влияния скорости ветра полученные кривые описываются зависимостями :
M = ф-т. (11)
M = 9n- Xjn. (12)
Нахождение коэффициентов ф и j осуществлялось аналогично предыдущим.
Ф = 0,776-(1,46-е-4,49-У) . (13)
] = 0, 36 - е-9-У + 0, 15 - Ува 4 - 0 , 1. (14)
М = 4,29 - И0;34 - т0,667Ь»173 - (0,042 - Тп -11,31) - т-4-(293/Т"п-1)
н
_0,36-е-9-Ув +0,15- У^4 -0,1
(15)
-0,776-(1,46 - е-449-У)- т проведя преобразования, получим:
М = 3,33 - И0/4 - (0,042- Т„н -11,31) - (1,46 - е-4,49 - Ув) -
- [(0,667- И0;173 + (- 4 - (293/То -1))+ 0,36 - е-9 - Ув + 0,15- Ув0,4 - 0,1]- (16)
[(0,667-ИН,173+(-4-(293/Т^-1))+0,36-е-9- Ув +0,15 - У:B,4-0,1]
Соответственно первая производная от текущего значения массы испарившейся нефти с единицы площади будет являться интенсивностью испарения на данный момент времени и примет вид:
= 5М / 5 = 3,33 - И^34 - (0,042- Т% -11,31) - (1,46 - е-4,49 - Ув) -
- [(0,667-И0173 +(-4-(293/Тнп -1))+ 0,36-е-9-ув + 0,15-Ув0,4 -0,1]-. (17)
[(0,667- иН,173+(-4-(293/ТнП -1))+0,36-е-9- Ув +0,15- У^4-0,1]-1
Расчет массы испарившейся нефти проводился с дополнительным коэф-
-5
фициентом (ро/р) который учитывал разницу плотностей, рассматриваемых нефтей.
М = 3,33 - (р0 /р)3 - И0;34 - (0,042- Тпн -11,31) - (1,46 - е-4,49 - Ув) -
[(0,667-И^173 +(-4-(293/Т^ -1))+ 0,36-е-9 - Ув + 0,15-Ув0,4 -0,1]-, (18)
[(0, 667-И0д73+(-4-(293/ Т^ -1 ))+0,36- е-9- Ув +0,15- У°,4-0,1]
где ро и р - плотности Ромашкинской и рассматриваемых нефтей соответственно.
Для оценки среднего значения температуры поверхности нефти предлагается использовать полученную в работе [3] эмпирическую зависимость:
и= 0,5(1н.+1 в ,)-(16-10-982р25тДн. +1). (19)
^.ф. - средняя температура поверхности нефти, °С; - температура нефти, °С; Бср-среднесуточная интенсивность прямой солнечной радиации, поступающей
Л
на горизонтальную поверхность в течение дневного времени, Вт/м ; тдн. - продолжительность дневного времени, ч.
Массу и интенсивность испарения нефти предлагается рассчитывать по формулам (16) и (17), полученным в данной работе.
Расчет образующихся зон загазованности при испарении нефти с открытой поверхности в атмосферу следует проводить по методике изложенной в ГОСТ 12.3.047-98 по следующей зависимости:
^ (X - ХЛ2 у2 22
С(Х,У.) - ^ )-ехр( -^>ехр( -—^. (20)
м(2л) -Сту 2- сту 2- сту 2- аzj
где Р = т - Tj - масса СУГ в ] -м элементарном объеме, кг; т - массовая скорость истечения СУГ, кг/с; ст^, ст^ - среднеквадратичное отклонение распределения концентраций в j-м элементарном объеме, м;
сту (хс - хо); ст^хс - х0) зависят от класса устойчивости по Пасквиллу.
При хс = хо принимается ауо=г/2.14, ате=Ь/2.14 .
При Хс > Хо ау2=ауо2+ау2 - Хо); az2=azо2+az2 А(х - Хо).
В результате проведенных расчетов можно определить реальные размеры зон загазованности, возникающих в результате испарения нефти с открытой поверхности аварийного хранилища.
Библиографический список
1. Яковлев В. С. Хранение нефтепродуктов. Проблемы защиты окружающей среды. — М.: Химия, 1987. — 152 с.
2. Арнольд Л. В., Михайловский Г. А., Селиверстов В. М. Техническая термодинамика и теплопередача. — М.: Высш. шк., 1979. — 444 с.
3. Демура М. В. Горизонтальные отстойники. — Киев: Гос-стройиздат УССР, 1963. — 55 с.
4. Эккерт Э. Р. Теория тепло- и массообмена: Пер. с англ. — М.: Госэнер-гоиздат, 1961. — 680 с.
