Реферат: Утечка газа в аварийных режимах

Постановка лабораторной работы на ПЭВМ по исследованиюутечки газа в аварийных режимах

/> 

/> Введение

Взаимодействие между природой и человеком изучает наука — экология. В процессесвоей хозяйственной деятельности человек воздействует на природу, улучшая илиразрушая ее. Масштабы производственной деятельности человека настолько велики, что не учитывать этого нельзя.

В свою очередь, природа воздействует на человека, создаваяему благоприятные или неблагоприятные условия для существования.

В настоящее время, в связи с тяжелым экономическимположением в стране снизилось финансирование строительства природозащитныхсооружений, замены выработавшего свой ресурс оборудования, внедрения новых,более безопасных технологий. Следует отметить возросшую ответственность какфизических, так и юридических лиц за нарушения природоохранногозаконодательства. В частности это касается выбросов, в общем случае, вокружающую среду, газов, жидкостей или твердых тел ( например утечки газа изгазопроводов, выбросы цементной или угольной пыли, утечки нефти, бензина изцистерн ).

Моделирование утечек веществ, особенно с применениемкомпьютерной техники, позволяет производить расчет защитных систем, планов поликвидации последствий утечки, планов эвакуации местного населения. Врассматриваемом случае ( утеки газа ), следует учитывать биологическоевоздействие рассматриваемого газа на живые объекты в районе утечки.

В соответствии с Законом об охране атмосферного воздухавыбросы предприятий не должны приводить к превышению нормативов предельнодопустимых концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе.

/>Постановказадачи

Постановка лабораторной работы по исследованию утечки газа ваварийных режимах. Требуется разработать программу, определяющую:

-     количество вредных веществ выделяющихся из оборудования работающего поддавлением;

-     количество вредных веществ выделяющихся из оборудования работающего подразрежением;

-     максимальные концентрации при кратковременном выделении вредных веществиз наземных источников (для точечного источника);

-     максимальные концентрации при кратковременном выделении вредных веществиз наземных источников (для линейного источника).

/> Определениеколичества вредных веществ, выделяющихся из оборудования

Для решения вопросов обеспечения чистоты атмосферноговоздуха на химических и нефтехимических предприятиях, где широко используетсяоткрытая установка оборудования, необходимо определять поступление вредныхвеществ через фланцевые соединения оборудования, находящегося под давлением илиразрежением. Существенным источников загрязнениявоздуха 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 ипроведением мероприятий, в результате которых достигается требуемая нормамигерметичность оборудования, можно с достаточной для практических расчетовточностью найти величины выбросов вредных веществ в атмосферу, а следовательно,прогнозировать загрязнение приземного слоя атмосферы.

Количество газа вытекающего из оборудования под давлениемопределяется по следующей формуле:

/>;

/>,

G — количество газа вытекающего изоборудования (кг/ч);

V — объем газовой или паро-воздушнойфазы в оборудовании (м3);

R — газовая постоянная для рабочейсреды (Дж/(кг*К));

Pн — рабочеедавление газа (Па);

Т — температура газа (К);

m — коэффициент негермитичностиоборудования и газопроводов, ч-1 (таблица 1);

/> - плотность газапри рабочем давлении и температуре (кг/м3).

По этой формуле можно определить количество вытекающего изоборудования газа только в том случае, если испытание на плотностьпроизводилось с тем же газом и при той же его температуре, которые будут воборудовании в рабочем состоянии.

Таблица1.

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 подразрежением до 103 Па, являетсяисточником загрязнения воздушной среды. При разрежении больше 1000 Паоборудование рассматривается, как вакуумное, и кего герметичности предъявляются повышенныетребования.

Поскольку к оборудованию, работающему под разрежением, непредъявлялись требования относительно его герметичности, то оно не подвергалосьиспытаниям на плотность. Несмотря на разрежение, в результате молекулярнойдиффузии через неплотности навстречу потоку воздуха,происходит вынос вредных веществ в окружающую среду, особенно, если воборудовании концентрации высокотоксичныхвеществ в 105 раз и более превышаютпредельно допустимые.

Например, согласно производственным исследованиям из ваннэлектролиза хлора при недостаточной их герметизации даже при разрежении 40 — 60Па может выделяться до 70 г/ч хлора на одну ванну.Необходимый воздухообмен для удаления этого количества хлора составляет около70000 м3/ч. При хорошей герметизации выделение хлораснижается в 3—4 раза.

Таким образом, герметизация оборудования способствуетзначительному сокращению капитальных и эксплуатационных расходов на вентиляцию, и обеспечению в цехах требуемой сани/>тарными нормами чистоты воздушной среды.

В.М. Эльтерманомбыли 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 разряжениемопределяется по следующей формуле:

/>,

G — количество вредных веществвыделяющихся из оборудования (г/с);

F — площадь отверстия в корпусеоборудования (м2);

а — длинна канала (м);

v — скорость воздуха (м/с);

С0 — концентрация вредного газа в оборудовании(г/м3);

D — коэффициент диффузии газа ввоздухе (м2/с).

Нужно отметить, что при стационарном потоке бесконечнойдлины расход вредного газа из оборудования равен нулю. Если бы в помещении, где установлено оборудование, была совершенноневозмущенная воздушная среда, то поле концентраций вредных веществ,создающееся вокруг источников их выделения, не нарушалось бы, и расход веществаравнялся бы нулю. Но так как в вентилируемых помещениях воздух всегда подвижен,и воздушная среда в них турбулизуется приточными итепловыми струями, то течение у всасывающего отверстия нарушается, и полеконцентраций вокруг оборудования размывается. В результате этого концентрациявредных веществ вблизи оборудования снижается, из оборудования в помещениепоступают вредные вещества.

/>Определениемаксимальных концентраций при кратковременном выделении вредных веществ изназемных источников

При авариях (разрывах трубопроводов, по которымтранспортируется газ с большим содержанием вредных веществ, взрывах цистерн свредными веществами, разливе на почве легкокипящихи летучих жидкостей) выделяется на несколько порядков больше вредных веществ,чем при нормальной работе оборудования. Как правило, такое выделение происходиткратковременно. Авария ликвидируется в течение одного-двухчасов, разлившаяся химическая жидкость также вкороткий срок собирается или сливается в закрытые емкости, или покрываетсякаким-либо изолирующим материалом, препятствующим ее испарению.

Главной Геофизической обсерваторией под руководством М. Е. Берлянда разработан метод расчета максимальныхконцентраций вредных веществ от наземных кратковременных источников.

 />3.4.1.Определение максимальных концентраций для точечного источника

/>,

Cм — максимальнаяконцентрация при кратковременном выделении вредных веществ для точечногоисточника (мг/м3);

A — константа, по предварительнымрасчетам A = 0.11;

M — мощность выброса (мг/с);

t — определяемая технологамивозможная продолжительность аварии с большими выделениями вредных веществ (с);

x — расстояние от источника (м).

/>3.4.2.Определение максимальных концентраций для линейного источника

/>,

Cм — максимальнаяконцентрация при кратковременном выделении вредных веществ для линейногоисточника (мг/м3);

A — константа, по предварительнымрасчетам A = 0.17;

M1 — мощность выброса(мг/(с*м)).

/>,

/> — суммарнаявеличина всех низких выбросов на площадке (мг/с);

b — проекция границ промузла налинию, перпендикулярную оси промузел — город (м).

Данные о концентрации в приземном слое высотой 50 м были получены путем численного решениянестационарного уравнения диффузии. С увеличением расстояния от источникаконцентрации возрастают не сразу и максимум концентраций наступает черезнекоторое время после начала действия источника. На расстоянии x= 20 м и x = 40 м от источника максимумконцентраций наступает после прекращения его действия.

Приведенными выше формулами можно также воспользоваться дляопределения максимальной концентрации в жилых районах от наземных источниковпри нормальной работе оборудования, но при кратковременных особонеблагоприятных метеорологических условиях (штиль,инверсия). Тогда в формулах время t — длительностьнепрерывных особо неблагоприятных метеорологических условий (в с).

Для каждой точки x соответствуютсвои неблагоприятные метеорологические условия. Сочетание малых скоростей ветраи ослабленного турбулентного обмена приводит к максимальным значениям наземныхконцентраций вредных веществ вблизи источника. На больших расстояниях x неблагоприятные условия загрязнения атмосферы проявляютсяпри усиленном перемешивании и значительных скоростях ветра.

То обстоятельство, что приаварийномвыбросе вредных, в большинстве своем, взрывоопасных веществ концентрации нарасстоянии от места аварии возрастают не мгновенно, дает возможность принятьмеры против возможных взрывов и отравлений на соседних объектах. Рекомендуетсяпри аварии по всей территории подать сигнал и начать проводить противовзрывные мероприятия: отключить приточныесистемы, закрыть в приточных шахтах клапана и окна в зданиях, находящихся на заветреннойстороне по отношению к месту аварии, и другие мероприятия, разрабатываемыеконкретно для каждого производства.

/>Исходныеданные и описание работы программы для исследования утечки газа в аварийных режимах

Программа для исследования утечки газа в аварийных режимах,разработанная в данном дипломном проекте, использует следующие исходные данные,вводимые пользователем с терминала ПЭВМ.

Для исследования количества газа вытекающего из оборудованияпод давлением:

V — объем газовой или паро-воздушнойфазы в оборудовании, м3 (1.0-5.2);

m — коэффициент негермитичностиоборудования и газопроводов, ч-1(0.04-0.0002);

/> - плотность газапри рабочем давлении и температуре, кг/м3 (10-100).

Для исследования количества газа вытекающего из оборудованияпод разрежением:

F — площадь отверстия в корпусеоборудования, м2 (0.001-0.01);

а — длинна канала, м (0.01-0.31);

v — скорость воздуха, м/с (0.2-1);

С0 — концентрация вредного газа в оборудовании,г/м3 (0.1-1);

D — коэффициент диффузии газа ввоздухе, м2/с (0.01-0.2).

Для исследования максимальной концентрация при кратковременномвыделении вредных веществ для точечного источника:

A — константа, по предварительнымрасчетам A = 0.11;

M — мощность выброса, мг/с (10-100);

t — определяемая технологамивозможная продолжительность аварии с большими выделениями вредных веществ, с(10-70);

x — расстояние от источника, м(5-50).

Для исследования максимальной концентрация прикратковременном выделении вредных веществ для линейного источника:

A — константа, по предварительнымрасчетам A = 0.17;

M1 — мощность выброса,мг/(с*м) (10-100).

t — определяемая технологамивозможная продолжительность аварии с большими выделениями вредных веществ, с(10-70);

x — расстояние от источника, м(5-50).

В результате работы программы на терминале компьютерапоявляется набор искомых числовых величин с комментариями, а именно:

-     количество газа вытекающего из оборудования под давлением, кг/ч;

-     количество вредных веществ выделяющихся из оборудования при разряжении,г/с;

-     максимальная концентрация при кратковременном выделении вредных веществдля точечного источника, мг/м3;

-     максимальная концентрация при кратковременном выделении вредных веществдля линейного источника, мг/м3.

 

Программа, производящая исследование утечки газа в аварийныхрежимах, написана на языке Javascript и встроена втекст гипертекстового документа, просмтр которого возможен броузером Интернеттипа Internet Explorerв ОС Windows95.

Для запуска программы необходимо открыть в браузере Интернетфайл index.html. Ввод данных осуществляется путем заполнениясоответствующих полей с клавиатуры. Вычисления производятся при нажатииуказателем мыши на клавишу “Вычислить результат”.

/>Выводы

Отметим инженерные решения, обеспечивающие чистотуатмосферного воздуха на химических и нефтехимических предприятиях посанитарно-гигиеническим и технико-экономическим показателям.

По санитарно-гигиеническим показателям на первом местенаходятся все инженерные мероприятия, уменьшающие выделения вредных веществ ватмосферу. Даже если эти мероприятия связаны со значительными капитальными иэксплуатационными затратами, они могут оказаться выгоднее, если учесть ущерб,наносимый вредными веществами в атмосфере промышленным предприятиям: ускорениеизноса технологического оборудования и конструкций зданий, коррозия металлов и дополнительные нагрузки в результатевыпадения твердых частиц на перекрытия, в воздуховодах и на поверхностиоборудования, организация, благоустройство и эксплуатация санитарно-защитныхзон, площадь которых можно уменьшить, сокращая выбросы вредных веществ.

Ущерб, наносимый персоналу предприятий и населению, не занятому на данном производстве, выражается вухудшении условий труда, увеличении заболеваемости и травматизма, увеличениизатрат на медицинское обслуживание населения и выплаты по социальномустрахованию.

Ухудшается также состояние окружающей среды, вызывающеедеградацию лесного хозяйства и сельскохозяйственных угодий, ускоряется износжилого фонда и коммунального хозяйства, загрязняются водоемы, ухудшается работадорожного хозяйства, транспортных средств и средств связи и др.

В настоящее время ведутся исследования всех указанных видовущерба и разрабатываются укрупненные показатели зависимости ущерба от выбросавредных веществ, принятых инженерных решений для защиты атмосферы, характерныхметеорологических условий для данной местности и других факторов.

Рациональный выбор места для промышленного узла и жилогорайона, ширины защитной зоны, их планировка не требуя сравнительно большихзатрат может в значительной мере способствоватьнаилучшему проветриванию этих территорий, сокращению плохо проветриваемых зонаэродинамической тени и предотвращению переноса вредных веществ из промузла вжилой район. Для выбора оптимального места для промузла и жилого района и ихпланировки необходимы данные о метеорологических условиях в местности, гдепредполагается строительство, за возможно более длительный срок. Во многихслучаях, особенно в новых районах Сибири, Дальнего Востока, Средней Азии, такихданных недостаточно. Поэтому целесообразно начинать их сбор еще до разработкипервых стадий проекта промышленного узла. Затраты на экспедиции для проведенияизмерений вполне окупаются принятием обоснованногорешения.

Нахождению оптимального решения планировки промышленногоузла и жилых районов во многом может способствовать моделированиераспространения вредных веществ. Физическоемоделирование, широко применяемое для решения вопросов водоснабжения иобеспечения чистоты рек, к сожалению, не используется при проектировании охраныатмосферного воздуха. Проведение исследований вспециальных аэродинамических трубах позволило бы избежать многих неудачныхпланировок промышленных узлов и населенных пунктов.

Создание лабораторий, оснащенных аэродинамической трубой икомплектом необходимых приборов, которыми могли бы пользоваться все проектныеинституты и действующие предприятия, проводящие реконструкцию в целях улучшения состояния атмосферы на промузлеи в жилом районе могли бы способствовать успешному решению поставленной задачи.

Особо нужно остановиться на целесообразности применениявысоких труб для выброса загрязненного воздуха в верхние слои атмосферы.Несмотря на кажущуюся техническую доступность, дешевизну и надежностьдостижения малых концентраций вредных. веществ в приземном слое атмосферы, пристроительстве высоких труб нужно учитывать, что увеличивается районзагрязнения, хотя и с меньшими концентрациями. При строительстве(проектировании) высоких труб необходимо учитывать фон, который может бытьсоздан выбросами из высоких труб соседних промышленных узлов. Высокие трубыприходится устанавливать в случаях, для которых в настоящее время нетдостаточно эффективных способов очистки. Но необходимо во избежание глобальногозагрязнения атмосферы предусматривать в проектах место и возможность вдальнейшем устройства очистных сооружений, рассматривая выброс через высокиетрубы как временное устройство. При установке высоких труб рекомендуетсяцентрализовать выбросы и вместо нескольких труб строить одну-две трубы. Это даетуменьшение суммарной стоимости труб и обеспечивает меньшие концентрации вредныхвеществ в приземном слое атмосферы при том жедиаметре и высоте труб.

Таким образом, в настоящее время имеются инженерные решения, рациональное применение которых даетвозможность обеспечить чистоту приземного слоя воздуха на химических инефтехимических предприятиях и в прилегающих к ним населенных пунктах с минимальнымикапитальными и эксплуатационными затратами.