Общие данные и обоснование количества выделяемой хлоровоздушной смеси
Наибольшая опасность массового выброса хлора связана с вероятностью возникновения аварийной ситуации с контейнером хлора.
В работе рассматривается наиболее опасный вариант аварии — отрыв вентиля со стороны жидкой фазы (нижнего вентиля контейнера) у полностью заполненного контейнера (масса ~ 880 кг).
При отрыве в помещение склада вентиля со стороны жидкой фазы (нижнего вентиля контейнера) при 20 градусах Цельсия и давлении в сосуде 0,6 МПа из контейнера начнет вытекать жидкий хлор с расходом, в первоначальный момент определяемым по уравнению Бернулли
где q — удельный расход (кг/см2с), Pв — атмосферное давление (МПа), P — давление в сосуде или трубопроводе с жидким хлором (МПа), V’ — удельный объем жидкого хлора (0,64 м3/кг), S — площадь поверхности (1,77 см2), D — диаметр отверстия (1,5 см).
При этом ~ 22 % этого количества мгновенно превращается в газообразный хлор. Экспертно увеличивая эту цифру в два раза, за счет дополнительного испарения от контакта с окружающей средой в помещении, получаем объемный расход хлора:
, где 22,4 — объем 1 моля газа (л/моль), 71 — молекулярный вес хлора.
Полученный результат интенсивности выделения газообразного хлора в количестве 3828 м3/час является минимально допустимым условием производительности аварийной вентиляции пенно-струйного скруббера ШВ, исключающим возможность выхода хлоровоздушной смеси через неплотности ворот склада.
Локализировать аварию на складе при таком сценарии развития аварии позволяет включение аварийной вентиляции, совмещенной с системой поглощения на установке ШВ по сигналу от газоанализатора при превышении в помещении расходного склада концентрации хлора выше 20 мг/м3.
Для предотвращения прорыва хлорной волны из ворот склада автоматически включается стационарная система водяной завесы для локализации аварийной ситуации за пределами помещения склада.
В этом случае большое значение приобретает обеспечение герметичности проемов двери и ворот склада. При отсутствии неплотности в проемах дверей и ворот склада, уплотнение которых необходимо регулярно проверять и поддерживать в оптимальном состоянии, не допуская образования неплотностей, мы получаем только один возможный и ожидаемый канал выхода во внешнее пространство хлоровоздушной смеси — через пенно-струйный скруббер ШВ. Скруббер будет работать до удаления всего количества хлора, выделившегося в помещении, с выбросом очищенного воздуха в газовыбросную трубу.
Упаковка перед отгрузкой.
Через 130 секунд от начала аварии — после выхода всего количества жидкого хлора из контейнера — интенсивность образования газообразного хлора в помещении резко понизится и будет определяться скоростью его испарения с поверхности лужи хлора, которая будет находиться на полу расходного склада.
Скорость испарения с поверхности лужи составляет 72 кг/час, что эквивалентно 22,7 м3/час газообразного хлора, при этом время испарения лужи составит 8,68 часов.
Следует отметить, что вариант развития аварийной ситуации по данной схеме маловероятен: согласно принятым техническим решениям в данной хлораторной из контейнера производится отбор газообразного хлора через верхний запорный вентиль.
Ход ликвидации аварийной ситуации
1. Первая стадия ликвидации аварии (стадия интенсивного выделения газообразного хлора).
При отрыве у контейнера (в помещении склада хлора) вентиля со стороны жидкой фазы из контейнера будет вытекать жидкий хлор с расходом 7,66 кг/с (согласно расчету по уравнению Бернулли).
При этом до 44 % этого количества мгновенно превращается в газообразный хлор с объёмным расходом до 3828 м3/час. Расчетная продолжительность этой стадии 130-150 секунд.
Полученный результат интенсивности выделения газообразного хлора в количестве 3828 м3/час является минимально допустимым условием производительности аварийного вентиляционного скруббера ШВ, исключающим возможность выхода хлоровоздушной смеси через неплотности ворот и дверей склада.
Применяя повышающий коэффициент неопределенности (k=1,2), получаем производительность аварийного вентилятора Qв=3828*1,2=4600 м3/час.
Через 130-150 секунд после начала аварии контейнер будет опорожнен, при этом объем хлора, перешедшего в газообразное состояние, составит:
, что составляет 8,9 % от общего объема склада.
Остальное количество хлора (429,8 кг) будет находиться на полу в виде лужи, имеющей поверхность, определяемой по формуле:
С поверхности лужи хлор будет испаряться с интенсивностью, определяемой формулой:
, где 6 кг/час — количество хлора, испаряющегося с 1 м2 пролива, согласно СНиП 2.04.02-84, п.6.155).
Для предотвращения выхода хлора за пределы помещения склада в начальной первой стадии ликвидации аварии производительность аварийной вентиляции принята 4600 м3/час. При этом схемой предусматривается забор воздуха из верхней подпотолочной зоны помещения склада (практически не содержащей хлора) в количестве 4400 м3/час (или 95,7 %) и забор воздуха из нижней зоны помещения склада (содержащей практически 100 % хлор) в количестве 200 м3/час (или 4,3 %).
Принятое распределение заборов воздуха из верхней и нижней зон помещения склада обеспечивает (при одновременном недопущении выхода хлора за пределы помещения склада) оптимальную нагрузку по хлору на систему поглощения ШВ в начальном периоде ликвидации аварии (когда количество образующегося газообразного хлора и его концентрации максимальный) в количестве:
После прекращения интенсивного испарения хлора (замещающего воздух, отбираемый на скруббер ШВ через верхний забор в систему аварийной вентиляции) недостающее количество воздуха до суммарного объема 4600 м3/час будет поступать через заборный воздуховод и неплотности примыкания у ворот и дверей склада, предотвращая выход хлоровоздушной смеси наружу.
Продолжительность первой стадии при работе скруббера ШВ в автоматическом режиме принята равной 240 секунд, что примерно в 2 раза превышает расчетное время интенсивного перехода хлора, выбрасываемого из контейнера, в газообразное состояние.
2. Вторая стадия ликвидации аварии (стадия удаления хлора).
Интенсивность удаления хлора в помещении склада на этой стадии резко снижается и определяется количеством газообразного хлора, испаряющегося с поверхности пролива лужи, т.е. составляет 16,3 м3/час, согласно приведенному выше расчету.
Переход ко второй стадии происходит автоматически через 240 секунд. Расход воздуха на скруббере ШВ снижается с 4600 м3/час до 2200 м3/час (2000 м3/час через верхний забор ф250 мм и 200 м3/час через нижний забор ф160 мм).
Продолжительность второй стадии при работе скруббера ШВ в автоматическом режиме принята равной пяти часам (может быть уменьшена со щита оператором после оценки аварийной ситуации).
3. Третья стадия ликвидации аварии — стадия исчерпывания.
К началу этой стадии объем выделения газообразного хлора с поверхности лужи остается незначительным (16,3 м3/час), а значительная часть газообразного хлора удалена на второй стадии.
Переход из второй стадии в третью производится автоматически, при этом клапан на верхнем заборе закрывается, а клапан на нижнем — открывается. Это интенсифицирует процесс удаления хлора на заключительном этапе, так как количество отбираемого загрязненного воздуха из нижней зоны возрастает с 200 м3/час до 2700 м3/час, а отбор из подпотолочной зоны прекращается.
Продолжительность третьей стадии предусматривается равной одному часу и определяется оператором, который с учетом оценки ситуации и показания датчиков ГА «Хоббит-Т-Cl3» вручную отключает скруббер ШВ.
Отгрузка аппарата очистки.
Вы можете купить аварийный скруббер, заполнив опросный лист. Описание выполненного проекта с использованием описанного оборудования можно изучить здесь.