Утечка газа в аварийных режимах (стр. 1 из 2)
Постановка лабораторной работы на ПЭВМ по исследованию утечки газа в аварийных режимах
Взаимодействие между природой и человеком изучает наука - экология. В процессе своей хозяйственной деятельности человек воздействует на природу, улучшая или разрушая ее. Масштабы производственной деятельности человека настолько велики, что не учитывать этого нельзя.
В свою очередь, природа воздействует на человека, создавая ему благоприятные или неблагоприятные условия для существования.
В настоящее время, в связи с тяжелым экономическим положением в стране снизилось финансирование строительства природозащитных сооружений, замены выработавшего свой ресурс оборудования, внедрения новых, более безопасных технологий. Следует отметить возросшую ответственность как физических, так и юридических лиц за нарушения природоохранного законодательства. В частности это касается выбросов, в общем случае, в окружающую среду, газов, жидкостей или твердых тел ( например утечки газа из газопроводов, выбросы цементной или угольной пыли, утечки нефти, бензина из цистерн ).
Моделирование утечек веществ, особенно с применением компьютерной техники, позволяет производить расчет защитных систем, планов по ликвидации последствий утечки, планов эвакуации местного населения. В рассматриваемом случае ( утеки газа ), следует учитывать биологическое воздействие рассматриваемого газа на живые объекты в районе утечки.
В соответствии с Законом об охране атмосферного воздуха выбросы предприятий не должны приводить к превышению нормативов предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе.
Постановка лабораторной работы по исследованию утечки газа в аварийных режимах. Требуется разработать программу, определяющую:
- количество вредных веществ выделяющихся из оборудования работающего под давлением;
- количество вредных веществ выделяющихся из оборудования работающего под разрежением;
- максимальные концентрации при кратковременном выделении вредных веществ из наземных источников (для точечного источника);
- максимальные концентрации при кратковременном выделении вредных веществ из наземных источников (для линейного источника).
Определение количества вредных веществ, выделяющихся из оборудования
Для решения вопросов обеспечения чистоты атмосферного воздуха на химических и нефтехимических предприятиях, где широко используется открытая установка оборудования, необходимо определять поступление вредных веществ через фланцевые соединения оборудования, находящегося под давлением или разрежением. Существенным источников загрязнения воздуха является также автотранспорт.
3.3.1. Определение количества вредных веществ, выделяющихся из оборудования, работающего под давлением
Исходя из нормируемого коэффициента негерметичности, непревышение которого гарантируется испытаниями оборудования на плотность и проведением мероприятий, в результате которых достигается требуемая нормами герметичность оборудования, можно с достаточной для практических расчетов точностью найти величины выбросов вредных веществ в атмосферу, а следовательно, прогнозировать загрязнение приземного слоя атмосферы.
Количество газа вытекающего из оборудования под давлением определяется по следующей формуле:
; 
,G - количество газа вытекающего из оборудования (кг/ч);
V - объем газовой или паро-воздушной фазы в оборудовании (м3);
R - газовая постоянная для рабочей среды (Дж/(кг*К));
Pн - рабочее давление газа (Па);
Т - температура газа (К);
m - коэффициент негермитичности оборудования и газопроводов, ч-1 (таблица 1);
- плотность газа при рабочем давлении и температуре (кг/м3).По этой формуле можно определить количество вытекающего из оборудования газа только в том случае, если испытание на плотность производилось с тем же газом и при той же его температуре, которые будут в оборудовании в рабочем состоянии.
Таблица 1.
| Допустимый коэффициент негерметичности оборудования, ч-1 | ||||||
| Наибольшее рабочее давление в оборудовании, Па | До 2*105 | 2*105 | 7*105 | 17*105 | 41*105 | 401*105 |
| Допустимый коэффициент | 0.04 | 0.03 | 0.01 | 0.005 | 0.0005 | 0.0002 |
3.3.2. Определение количества вредных веществ, выделяющихся из оборудования, работающего под разряжением
Оборудование, токсичная среда в котором находится под разрежением до 103 Па, является источником загрязнения воздушной среды. При разрежении больше 1000 Па оборудование рассматривается, как вакуумное, и к его герметичности предъявляются повышенные требования.
Поскольку к оборудованию, работающему под разрежением, не предъявлялись требования относительно его герметичности, то оно не подвергалось испытаниям на плотность. Несмотря на разрежение, в результате молекулярной диффузии через неплотности навстречу потоку воздуха, происходит вынос вредных веществ в окружающую среду, особенно, если в оборудовании концентрации высокотоксичных веществ в 105 раз и более превышают предельно допустимые.
Например, согласно производственным исследованиям из ванн электролиза хлора при недостаточной их герметизации даже при разрежении 40 - 60 Па может выделяться до 70 г/ч хлора на одну ванну. Необходимый воздухообмен для удаления этого количества хлора составляет около 70000 м3/ч. При хорошей герметизации выделение хлора снижается в 3—4 раза.
Таким образом, герметизация оборудования способствует значительному сокращению капитальных и эксплуатационных расходов на вентиляцию, и обеспечению в цехах требуемой санитарными нормами чистоты воздушной среды.
В.М.Эльтерманом были выведены формулы, позволяющие определить количество вредных веществ, проникающих из оборудования навстречу потоку воздуха вследствие турбулентного или диффузионного переноса вещества.
Количество газа вытекающего из оборудования под разряжением определяется по следующей формуле:
,G - количество вредных веществ выделяющихся из оборудования (г/с);
F - площадь отверстия в корпусе оборудования (м2);
а - длинна канала (м);
v - скорость воздуха (м/с);
С0 - концентрация вредного газа в оборудовании (г/м3);
D - коэффициент диффузии газа в воздухе (м2/с).
Нужно отметить, что при стационарном потоке бесконечной длины расход вредного газа из оборудования равен нулю. Если бы в помещении, где установлено оборудование, была совершенно невозмущенная воздушная среда, то поле концентраций вредных веществ, создающееся вокруг источников их выделения, не нарушалось бы, и расход вещества равнялся бы нулю. Но так как в вентилируемых помещениях воздух всегда подвижен, и воздушная среда в них турбулизуется приточными и тепловыми струями, то течение у всасывающего отверстия нарушается, и поле концентраций вокруг оборудования размывается. В результате этого концентрация вредных веществ вблизи оборудования снижается, из оборудования в помещение поступают вредные вещества.
Определение максимальных концентраций при кратковременном выделении вредных веществ из наземных источников
При авариях (разрывах трубопроводов, по которым транспортируется газ с большим содержанием вредных веществ, взрывах цистерн с вредными веществами, разливе на почве легкокипящих и летучих жидкостей) выделяется на несколько порядков больше вредных веществ, чем при нормальной работе оборудования. Как правило, такое выделение происходит кратковременно. Авария ликвидируется в течение одного-двух часов, разлившаяся химическая жидкость также в короткий срок собирается или сливается в закрытые емкости, или покрывается каким-либо изолирующим материалом, препятствующим ее испарению.
Главной Геофизической обсерваторией под руководством М. Е. Берлянда разработан метод расчета максимальных концентраций вредных веществ от наземных кратковременных источников.
3.4.1. Определение максимальных концентраций для точечного источника
,Cм - максимальная концентрация при кратковременном выделении вредных веществ для точечного источника (мг/м3);
A - константа, по предварительным расчетам A = 0.11;
M - мощность выброса (мг/с);
t - определяемая технологами возможная продолжительность аварии с большими выделениями вредных веществ (с);
x - расстояние от источника (м).
3.4.2. Определение максимальных концентраций для линейного источника
,Cм - максимальная концентрация при кратковременном выделении вредных веществ для линейного источника (мг/м3);
A - константа, по предварительным расчетам A = 0.17;
M1 - мощность выброса (мг/(с*м)).