Экспериментальное исследование пожарной опасности повышения давления в аппарате, полностью заполненной жидкостью

Цель работы: закрепление теоретических знаний при решении практических задач, связанных с оценкой пожарной опасности технологических систем, методами экспериментальных исследований, привитие навыков самостоятельного анализа и обобщения данных, опыта работы с лабораторным оборудованием, компьютерами, аппаратурой, приборами.

При оценке пожарной опасности технологической системы необходимо проанализировать причины разгерметизации технологической системы, приводящих к аварийному выходу пожароопасных веществ наружу.

Причины разгерметизации технологической системы, приводящие к аварийному выходу пожароопасных веществ наружу, по своей природе могут быть самыми разнообразными. Наиболее опасная причина - нагревание герметичных аппаратов и трубопроводов с жидкостями выше установленного предела, когда в них создается повышенное давление, которое способно вызвать разгерметизацию технологической системы.

Здесь в настоящей работе отрабатывается метод экспериментального исследования пожарной опасности повышения давления в герметичном аппарате, полностью заполненном жидкостью, при воздействии тепла окружающей среды.

1. Записать название, а также содержание задачи, на решение которой направлено выполнение данной работы.

2. Изучить и изложить основные положения, характеризующие пожарную опасность разгерметизации аппарата, полностью заполненного пожароопасной жидкостью, при воздействии тепла окружающей среды; устройство лабораторной установки; порядок выполнения работы. Нарисовать схему лабораторной установки.

3. Провести эксперимент по определению изменения давления при нагревании в экспериментальных сосудах.

4. Аналитическим путем для сосуда, полностью заполненного жидкостью, определить давление.

5. Сделать выводы по результатам аналитического и экспериментального определения давления в сосуде, полностью заполненном жидкостью, при воздействии тепла окружающей среды.

6. Определить максимально допустимую степень заполнения емкости, если максимально возможная амплитуда колебаний температуры жидкости в сосуде будет составлять (принимается по указанию преподавателя).

7. Изучить требования пожарной безопасности, обеспечивающие защиту от возникновения аварийных ситуаций технологии хранения ЛВЖ в резервуарах, изложенные в приложении Б: «Требования пожарной безопасности, направленные на повышение устойчивости к пожару объектов хранения больших масс ЛВЖ и ГЖ. Извлечения из «Рекомендаций по обеспечению пожарной безопасности объектов нефтепродуктообеспечения, расположенных на селитебной территории».

8. Сформулировать меры пожарной безопасности, направленные на предотвращение повышения давления в технологической системе при воздействии тепла окружающей среды.

Основные положения пожарной опасности при повышении давления в аппарате.Повышение давления в герметичных аппаратах, полностью заполненные пожароопасной жидкостью или сжиженным газом является сложным процессом, так как сопровождается одновременно не только увеличением объема жидкости, но и приращением вместимости самого аппарата в результате упругого и термического расширения его стенок. При этом объем жидкости изменяется в большей степени по сравнению с увеличением размеров самого аппарата. Поэтому нагревание технологической системы, полностью заполненной жидкостью или сжиженными газами, даже в пределах суточных колебаний температуры окружающего воздуха может создать давление, которое приведет к разгерметизации системы.

Давление, создаваемое жидкостью в полностью заполненном аппарате P_к при тепловом воздействии на систему, определяют по формуле

P_к = P_н + DP, (6.1)

где P_н - начальное давление жидкости в аппарате, МПа; DP - приращение давления, МПа.

Приращение давления в герметичном нагреваемом аппарате, полностью заполненном жидкостью (без учета изменения размеров аппарата), можно определить по формуле

(6.2)

где b_р - коэффициент объемного расширения жидкости, К^-1; b_сж - коэффициент объемного сжатия жидкости, МПа^-1; DT – изменение температуры, К.

Коэффициент объемного расширения зависит от температуры жидкости. При отсутствии справочных данных о значении коэффициента объемного расширения жидкости или сжиженного газа его можно определить из соотношения изменения плотности при повышении температуры

(6.3)

где r₁ и r₂ - плотность жидкости до и после нагрева соответственно.

Значение этого коэффициента для воды, описывается зависимостью

(6.4)

где T_н, T_к - начальная и конечная температуры жидкости в интервале нагрева соответственно, К.

В широких интервалах температуры и давления коэффициент объемного сжатия для воды сохраняет почти постоянное значение и может быть принят равным 4,97∙10^-4, МПа^-1.

Лабораторная установка.Лабораторная установка (рис. 6.1) моделирует воздействие солнечной радиации и тепла окружающей среды при колебаниях суточной температуры окружающего воздуха.

Установка состоит из трех стальных одинаковых сосудов высокого давления. Экспериментальный сосуд 7 полностью заполнен водой. Экспериментальный сосуд 5 заполнен водой на 80 % объема. Контрольный сосуд 6 предназначен для измерения температуры жидкости внутри сосуда. Термостат 8 обеспечивает моделирование воздействия тепла окружающего воздуха на сосуды, заполненные жидкостью.

Рис. 6.1. Схема лабораторной

установки:

1 – пульт управления; 2 – манометр; 3 – термометр; 4 – U–образный манометр; 5 – сосуд, частично заполненный водой; 6 – контрольный сосуд; 7 – сосуд, полностью заполненный водой; 8 – термостат

Способы и приемы обеспечения пожарной безопасности.При увеличении температуры жидкости профилактика защиты от разгерметизации оборудования достигается созданием в аппаратах пространства, свободного от жидкости. В этом случае давление в аппарате не может быть больше давления насыщенных паров жидкости при данной температуре. Свободное пространство выполняет функцию компенсатора при тепловом расширении жидкости.

Максимально допустимую степень заполнения (e) емкостей и резервуаров можно определить по формуле

e = 1 - b_р DT_max, (6.5)

где DT_max – максимально возможная амплитуда колебаний температуры жидкости в сосуде, К.

При этом минимальный размер пространства, свободного от жидкости V_св, должен составлять

V_св = V_ап (1 - e), (6.6)

где V_ап - объем аппарата, м³.