|
|
Нормальна експлуатація значної кількості закритих апаратів вимагає сполучення їх внутрішнього простору з навколишнім середовищем. Пари рідини поступають з апаратів в атмосферу або у виробниче приміщення через дихальні труби або відкриті люки в результаті так званих „малих” та „великих дихань” або „зворотного видоху”.
Велике дихання - витиснення парів рідини назовні або підсмоктування повітря усередину апаратів при зміні в ньому рівня рідини.
Мале дихання - витиснення парів назовні або підсмоктування повітря усередину апарата при зміні температури в його газовому просторі під впливом зміни температури середовища.
Зворотний видих – витиснення парів назовні, що викликається насиченням газового простору апарата парами рідини після попереднього спорожнення апарата.
Треба мати на увазі, що потрапляння повітря в апарат при його диханні може привести до розбавлення „багатої” суміші парів до вибухонебезпечної концентрації.
При малих та великих диханнях може утворюватися горюча пароповітряна суміш біля дихальних пристроїв, якщо температура рідини дорівнює або більша за величину нижньої температурної межі поширення полум'я:
 (3.21)
За потужністю одноразового викиду і розмірами зовнішніх пожежонебезпечних зон, що утворюються при цьому, більш небезпечними є великі дихання.
Розмір зовнішньої небезпечної зони залежить від кількості парів, що виходять, їхніх властивостей, конструкції ємності та її дихального пристрою, а також від стану навколишнього середовища (головним чином, швидкості руху та вертикального розподілу температури повітря).
Кількість парів горючої рідини, що виділяються з апаратів при їх диханні, можна визначити розрахунком, якщо прийняти, що концентрація парів рідини за даної температури у всіх точках пароповітряного простору ємності або апарата однакова і дорівнює концентрації насичених парів.
Нехай в апараті з дихальним пристроєм (рис.3.2) знаходиться легкозаймиста рідина, рівень та температура якої змінюються.
Рисунок 3.2- Закритий резервуар з дихальним пристроєм
а - до початку заповнення; б-в кінці заповнення апарата;
1 – рідина; 2-пароповітряний простір; 3- дихальна лінія
З рівняння газового стану (3.22) визначаємо кількість повітря в апараті (3.23):
РV=GRT (3.22)
 (3.23)
де G - кількість повітря, кг;
Р – тиск в апараті, Па;
V - об’єм газу в апараті, м3;
T – температура в апараті, К;
R - газова стала повітря, дорівнює  ,
j - молярна концентрація повітря в апараті, кг/м3.
Можна визначити кількість повітря в апараті до початку процесу:
P1V1( 1-j 1) =G1RT1 (3.24)
звідки:
 (3.25)
і відповідно кількість повітря в кінці процесу:
P2 V2 ( 1-j 2) = G2 RT2 (3.26)
 (3.27)
Тоді маса витиснутого з апарата повітря дорівнює:
 (3.28)
Разом із повітрям з апарата будуть виходити пари рідини. За законом Дальтона об’єми компонентів газової суміші пропорційні їх об’ємним концентраціям, тобто відношення об’єму повітря та парів у суміші приблизно визначається відношенням їхніх середніх концентрацій:
 (3.29)
Враховуючи також, що маса парів та газів в однаковому об’ємі пропорційна їхнім молекулярним масам M, одержимо відношення маси повітря та парів у суміші, що витискується:
 (3.30)
звідки:
 (3.31)
Підставляючи (3.31) у (3.28), одержимо масу парів, що витискується з апарата при зміні умов середовища:
 (3.32)
Враховуючи значення газової сталої повітря, після відповідних перетворень одержимо наступну формулу:
 ( 3.33)
При великому диханні .
Тоді кількість парів горючої рідини, що виділяються з апаратів при великому диханні, визначається за формулою:
 (3.34)
де Gв- кількість парів рідини, що виходить з апарата при великому диханні, кг/цикл;
V1, V2 - відповідно об’єм газоповітряного простору апарата на початку та в кінці його заповнення, м3;
 – робочий тиск в апараті, Па;
 – робоча температура в апараті, К;
 – концентрація насичених парів рідини, об.частки (кг/м3);
М – молекулярна маса горючої рідини, кг/кмоль;
R – універсальна газова стала, дорівнює 8314,31 Дж/кмольК.
При малому диханні рівень рідини не змінюється, а отже і об’єм пароповітряного простору V залишається незмінним, тоді  . Тиск в ємності Рр також залишається незмінним, тому що надлишок пароповітряної суміші, що утворюється при її розширенні за рахунок нагрівання, видаляється через дихальну систему. Якщо за весь час малого дихання температура рівномірно змінюється від t1 до t2 , тоді рівномірно змінюється і концентрація насичених парів від j 1 до j 2. Таким чином, .
Тоді кількість горючих парів, що виходять із апарата при зміні температури середовища у газовому просторі, можна визначити за формулою:
 (3.35)
де Gм- кількість парів рідини, що виходить з апарата при малому диханні, кг/цикл;
V – внутрішній вільний об’єм апарата, що заповнюється паром або газом під тиском, м3;
φ1, φ2 – концентрація насичених парів рідини відповідно при температурі Т1 та Т2, об.частки (кг/м3);
φ – середня концентрація парів в апараті, об.частки (кг/м3).
В залежності від режиму роботи апаратів з дихальними пристроями, основна частка втрат може припадати на великі або малі дихання. Масу парів, що виділяються у виробниче приміщення або на відкриту площадку з апаратів, що дихають, визначають за формулою:
 (3.36)
де m - маса парів рідини, що надходять до приміщення з апарата, кг;
 - кількість парів, що надходять до приміщення за один цикл “великого” або “малого” дихання, кг/цикл;
N- кількість циклів (операцій) протягом години,  ;
 - тривалість роботи апарата, с.
Утворення локальних вибухонебезпечних концентрацій на прилеглій місцевості або в об’ємі всього приміщення може виникнути переважно при великих диханнях, коли відбувається потужний викид суміші в атмосферу за значної концентрації в ній горючих парів. Приблизний об’єм зони вибухонебезпечних концентрацій (ВНК) поблизу дихаючих патрубків можна визначити за формулою (3.19):
 = ,
де- об’єм місцевої зони ВНК,м3 ;
 - нижня концентраційна межа поширення полум'я, кг/м3;
m- сумарна маса горючих речовин, що надходять до приміщення з апаратів, кг;
 - коефіцієнт запасу надійності, дорівнює 2.
Найбільш пожежонебезпечними апаратами з дихальними пристроями є нафтопромислові резервуари, резервуари нафтопроводів, проміжні резервуари, а також резервуари змішування бензинів на нафтопереробних заводах, експлуатація яких супроводжується великою загазованістю території. При цьому найбільш небезпечними технологічними режимами є заповнення резервуарів після їх тривалого простоювання нафтопродуктами, що легко випаровуються, а також наповнення резервуарів гарячим нафтопродуктом або нафтою, що містять велику кількість газу.
|