Загрязнение атмосферы (стр. 2 )

Эмиссия газов

При погрузке легкоиспаряющегося груза с высоким давлением  насыщенных паров (истинное давление паров ИДП) в пустой дегазированный танк, происходит  его быстрое испарение и интенсивное  выделение  паров (газа) в атмосферу танка. Из-за  своей высокой плотности ( для большинства углеводородов плотность их паров гораздо выше плотности воздуха), газ скапливается вблизи поверхности жидкости  в виде газового слоя некоторой толщины, и поднимается  вместе с уровнем груза по мере заполнения танка. (см рис 1).

  - жидкий груз  -  взрывоопасная смесь

  - насыщенные пары  - обедненная смесь

  - воздух

Рис. 1.  Образование газового слоя в грузовом танке

Количество и концентрация  паров, образующих газовый слой  в начале погрузки  зависят от  многих факторов, включая:

Давление  насыщенных паров  груза Температуру груза и  танка Интенсивность расплескивания груза  при его падении  в танк. Время поступления груза в танк. Наличие  частичного вакуума в грузовой магистрали.

Концентрация паров  в таком слое  меняется в зависимости от  степени его удаления от поверхности жидкости. Если слой расположен  очень близко к поверхности жидкости,  то концентрация паров в нем практически равна  абсолютному значению  ИДП.

Например, если ИДП составляет 0,75 бар  (75 кПа), то концентрация  паров  непосредственно над поверхностью жидкости  соответствует примерно 75 % по объёму. Газовая смесь, содержащая  в своем составе пары груза с концентрацией свыше  150% от его верхнего взрывоопасного предела (см. раздел «Опасности»),  называется  обогащенным газом.  По мере удаления  от слоя жидкости концентрация паров в атмосфере танка будет падать, при условии, что танк первоначально был дегазирован. Поскольку при  обсуждении вопроса  отвода газов из танка  уместно рассматривать только высокие концентрации паров, то за толщину  газового слоя принимается  расстояние между слоем жидкости  и таким уровнем паров, на котором их концентрация составляет 50 % по объёму. Однако следует помнить, что пары могут присутствовать над слоем жидкости  на расстоянии в несколько раз превышающем  толщину слоя  газов. Газовая смесь, содержащая  в своем составе пары груза с концентрацией менее  50% от его нижнего взрывоопасного предела (см. раздел «Опасности»),  называется  разреженным  газом. Большинство грузов  с низким давлением насыщенных паров, способно образовывать  в таких условиях газовый слой толщиной около 1 метра.  При погрузке  грузов с ИДП менее 1 бара  толщина полного слоя  паров не превышает  3 метров. Поэтому в самом начале погрузки  на выходе газоотвода  будет присутствовать только воздух или инертный газ, а к концу погрузки  концентрация паров на выходе газоотвода достигает обычно  30 –50 % от объёма. После окончания погрузки парообразование продолжается до тех пор, пока над поверхностью жидкости не установится равновесное состояние паров. При этом их концентрация в верхней части танка в некоторых случаях может достигать 90-95% от объёма. Довольно часто химовозы осуществляют транспортировку грузов, которые образуют газовый слой с концентрацией паров 50%  по объёму толщиной гораздо больше 1 метра. В качестве примеров можно привести некоторые грузы, получаемые в процессе  переработки сжиженных газов или сырой нефти, такие как пентаны плюс, пропилен оксид, изопрен и другие. При толщине  газового слоя  над поверхностью жидкости  менее 1 метра, зависимость толщины слоя от ИДП не очень заметна, однако при ИДП больше 1бара  зависимость становится явной. Это говорит о том, что  для такого вида грузов незначительное  возрастание  ИДП может стать причиной  резкого увеличения количества выделяемого газа, груз как бы «вскипает». Интенсивное выделение паров начинается тогда, когда ИДП превышает атмосферное давление  (1 бар). Например, для газолина этот процесс почти точно совпадает с  моментом резкого увеличения  толщины газового слоя. Но для большинства грузов  кипение начинается только при значительном превышении  ИДП атмосферного давления. При кипении пузырьки газа образуются  ниже поверхности жидкости, но только на такой глубине, где  суммарное давление  (атмосферное - АД плюс гидростатическое - ГД ) равно ИДП ( рис. 2). Последующее отделение паров в этом слое жидкости может привести  к местному снижению ИДП, более того, теплота, затраченная на парообразование, приведёт к охлаждению груза,  что дополнительно  снизит его ИДП. По этим двум причинам  уменьшение ИДП в подповерхностном слое  жидкости способствует процессу задержки кипения, несмотря на то, что  общее ИДП  превышает 1 бар. Через некоторое время ИДП слоев груза  уравняются, и произойдет «выдавливание» поверхностного  слоя груза из танка.

  АД 

  Рис. 2. Условие кипения  груза

Вот почему существует возможность  перелива грузов с высоким ИДП  (особенно  при перевозках пентанов плюс) уже после того, как прекращается поступление груза в танк, так называемый «перелив после погрузки».

Рассеивание  газового облака

Интенсивность рассеивания паров груза, после их выхода из  выпускного  отверстия газоотвода не  зависит от того,  смешался ли газ у выходного отверстия с воздухом или нет. После того, как пары выходят из газоотводного отверстия, они сразу же начинают смешиваться с воздухом. При этом  их концентрация постепенно уменьшается  до тех пор, пока на некотором расстоянии от выпускного отверстия  газоотвода она не станет ниже НПВ. Принято считать, что при содержании паров воспламеняющегося груза в атмосфере менее 30% от его нижнего взрывоопасного предела, паро-воздушная смесь не представляет пожарной опасности. Однако,  вблизи от  любого газо-выпускного отверстия  может находится зона, в пределах которой  концентрация данного газа превышает НПВ. Следовательно, существует потенциальная опасность  возникновения  пожара или взрыва, если  такая зона достигнет  какого-либо участка  судна или механизма, где могут находиться источники воспламенения. Такими участками могут быть:

Помещения надстройки, куда газ может проникнуть через  любые отверстия, Грузовая палуба, хотя принято считать, что источники воспламенения на ней отсутствуют. Соседний причал, который является  рабочей зоной  и транспортной магистралью.

Смесь паров груза с воздухом или инертным газом, выходящая из  выпускного отверстия газоотвода, поднимается вертикально вверх под действием  собственной кинетической энергии. При наличии ветра происходит изменение направления потока газа  в направлении ветра. Если отсутствует ветер, то  струя паров останется в вертикальном положении.

Подъёму струи в вертикальном положении препятствует также сила тяжести, под воздействием которой пары (обычно тяжелее воздуха) стремятся  опуститься вниз. Скорость потока максимальна в момент прохождения газо-выпускного отверстия, а затем она уменьшается  по мере вовлечения в поток воздушных масс атмосферы. Вовлекаемый воздух уменьшает концентрацию паров в потоке и соответственно его плотность. Можно сказать, что  постепенное уменьшение скорости потока, концентрации  паров в нем  и снижение плотности потока, определяют окончательную конфигурацию газового облака и зоны воспламенения. Считается, что рассеивание  паро-воздушных смесей замедляется при  низких скоростях ветра. Такая точка зрения основывается  на опыте, накопленном в процессе эксплуатации танкеров, и количественной информации  о влиянии скорости ветра, полученной в результате  незначительного объёма экспериментальных работ.  За последние годы были проведены дополнительные исследования, которые показали, что  рассеивание паров во многом определяется  способом их выпуска из танков и  линейной скоростью потока  выпускаемого газа, а не силой и направлением  ветра.

Тем не менее,  опыт показывает, что при  скоростях ветра более 5 м/с  обеспечивается должное рассеивание  потока, достаточное для  снижения концентрации паров в нем ниже НПВ.

Скорость  выброса потока  паров через газоотвод.

По мере увеличения  скорости потока  газовой смеси  через отверстие  газоотвода, на него начинают воздействовать  несколько факторов:

Во-первых, увеличение  концентрации паров  возрастает пропорционально скорости  потока и, следовательно,  увеличивается расстояние, которое пройдет струя паров до момента полного рассеивания. Во - вторых,  чем выше скорость потока,  тем  интенсивнее происходит его  смешивание с воздухом (разбавление), компенсирующие влияние первого фактора. В - третьих,  низкая скорость выброса паров не  придает достаточно энергии для преодоления  силы тяжести.

Для легкоиспаряющихся грузов процесс рассеивания  будет выражен более ярко, и зона с опасными концентрациями будет значительно шире, чем для  грузов, испаряющихся менее интенсивно.

Расположение и конструкция выпускных отверстий системы газоотвода

Площадь отверстия, через которое происходит выпуск газов из танка,  при заданной интенсивности потока, согласно закону Бернулли, определяет его линейную скорость и, следовательно, эффективность смешивания потока с  атмосферой. Необходимо также отметить, что выпускные отверстия газоотводов имеют различную форму. Некоторые из них – обычные трубопроводы, через которые газ беспрепятственно выходит в вертикальном направлении, а некоторые  имеют огнепреградители или защитные колпаки (дефлекторы),  что приводит к отклонению струи газов в сторону или же вниз. Основное назначение системы газоотвода танков – обеспечение  пожаробезопасности в районе грузовой палубы, т. е. рассеивание  паров углеводородов до концентраций  ниже НПВ и поддержание позитивного давления в танке при перевозке груза.  Поэтому расположение  газоотводных отверстий, снабженных дефлекторами, должно осуществляться на большей высоте над грузовой палубой. Конструкция системы газоотвода может быть самой разнообразной, но в любом случае она должна соответствовать определенным требованиям: