Испарение разлитых горючих и легковоспламеняющихся жидкостей в неподвижную среду

Утечки нефтепродуктов вследствие испарения составляют примерно 75% от общих потерь нефтепродуктов в нормальных условиях эксплуатации магистральной трубопроводной системы. При этом потери вследствие испарения достаточно ощутимы в оценках материального ущерба.

Рассмотрим несколько типичных моделей испарения нефтепродуктов.

Пусть в резервуаре, имеющем некоторое количество нефтепродукта, газовое пространство заполнено паровоздушной смесью. Масса G_П нефтепродукта в этой смеси определяется формулой:

кг,

где С_П - объемная концентрация паров нефтепродукта, объемные доли;

r_п - плотность паров нефтепродукта, кг/м³;V - объем паровоздушного пространства, м³.

Из уравнения состояния идеального газа получим значение плотности паров нефтепродукта:

,

где Р – давление в паровоздушном пространстве резервуара, Па; Т – температура паровоздушного пространства, К; М_П – молярная масса паров нефтепродукта, г/моль; R – универсальная газовая постоянная, Дж/(моль×К).

Тогда масса испарившегося нефтепродукта может быть определена из соотношения:

,

Всякое выталкивание паровоздушной смеси из газового пространства сопровождается формированием паровоздушного облака, способного при определенных условиях воспламеняться или взрываться.

Основными причинами испарения нефтепродуктов в резервуарных парках являются:

· Вентиляция парового пространства. Если в крыше резервуара имеются два отверстия, расположенные на разных высотах (Н), то более тяжелые бензиновые пары будут выходить через нижнее отверстие, а через верхнее отверстие будет проникать атмосферный воздух. В результате устанавливается естественная циркуляция воздуха и паров в резервуаре, при этом образуется так называемый газовый сифон. Объемный расход паров определяется с помощью уравнения:

,

где Q - объемный расход паровоздушной смеси, м³/с; F - площадь отверстия истечения паров, м²; Р - давление, под которым происходит истечение, Па; r_с - плотность паровоздушной смеси, кг/м³.

Давление Р равно разности весов столбов высотой Н паровоздушной смеси и воздуха:

, Па,

где Н - разность высот вентиляционных отверстий, м; r_В - плотность воздуха, кг/м³; g - ускорение силы тяжести, м/с².

Утечки от вентиляции могут происходить через открытые люки резервуаров или транспортных цистерн, что определяет необходимость их тщательной герметизации.

· Утечка при так называемом "большом дыхании"; резервуара или от вытеснения паров нефтепродуктов из парового пространства емкости при ее заполнении.

Нефтепродукт, поступая в герметизированный резервуар, сжимает паровоздушную смесь до давления, на которое отрегулирована аппаратура. Как только давление станет равным установленному давлению срабатывания дыхательного клапана, из резервуара будут выходить пары нефтепродукта, начнется "большое дыхание" ("выдох") резервуара. Чем больше давление, на которое отрегулирован дыхательный клапан, тем позднее начнется "большое дыхание".

При откачке нефтепродукта из резервуара происходит обратное явление: как только вакуум в паровом пространстве резервуара станет равен вакууму, на который установлен дыхательный клапан, в паровое пространство начнет поступать атмосферный воздух, произойдет "вдох" резервуара.

· Утечка паров нефтепродуктов вследствие "обратного выдоха"; резервуара. Вошедший в резервуар воздух начнет насыщаться парами нефтепродукта, что приведет к возрастанию массы паров, повышению давления смеси и через некоторое время из резервуара может начаться выход паровоздушной смеси или так называемый "обратный выдох".

· Утечка паровоздушной смеси вследствие "малого дыхания"; резервуара происходит по одной из следующих причин:

- из-за повышения температуры парового пространства в дневное время, когда стенки резервуара и поверхность нефтепродукта нагреваются за счет солнечной радиации. Паровоздушная смесь стремится расшириться. С поверхности нефтепродукта испаряются наиболее легкие фракции. Концентрация паров нефтепродукта в паровом пространстве повышается, давление растет. Когда избыточное давление в резервуаре станет равным давлению, на которое отрегулирован дыхательный клапан, он открывается и из резервуара начинает выходить паровоздушная смесь - происходит "вдох" резервуара.

- из-за снижения атмосферного давления. При этом разность давлений в газовом пространстве и атмосферного может превысить перепад давлений, на который установлен дыхательный клапан, он откроется и произойдет "выдох" ("барометрические малые дыхания"). При повышении атмосферного давления может произойти "вдох" резервуара.