К вопросу о кинетике испарения опасных веществ с поверхности аварийных проливов на объектах нефтехимического профиля

ООО «УралПромБезопасность» (г. Пермь):

• Хлуденев  С. А., эксперт отдела по анализу риска;
• Рябчиков  Н. М., генеральный директор;
• Шумихин  А. Г., доктор технических наук

Для прогнозирования экологических последствий аварийных событий на нефтехимических производствах важную роль играют модели испарения опасных веществ с поверхности аварийных проливов. Они позволяют охарактеризовать интенсивность поступления в окружающую среду паров легковоспламеняющейся или токсичной жидкости, обусловливающую силу взрывного или токсического воздействия.

Известные немногочисленные модели испарения [1-4] весьма разноречивы, что затрудняет получение объективных прогнозных оценок экологического риска при нештатном функционировании нефтехимических объектов.

В этой связи нами предпринято экспериментальное исследование кинетических закономерностей испарения опасных веществ с поверхности аварийных проливов. Объектом исследования служили крупнотоннажные продукты нефтехимии: бензол, метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ), а также этилбензол, являющиеся легковоспламеняющимися жидкостями и опасными химическими веществами II и III класса опасности.

Исследование кинетики испарения проводили на специальной лабораторной установке методом динамической термогравиметрии в политермических условиях при различной подвижности воздушной среды.

Опытные данные обрабатывались в соответствии с молекулярно-кинетической теорией испарения по уравнению

где J — интенсивность испарения, кг/с м²;

Е — наблюдаемая энергия активации, кДж/моль;

R — универсальная газовая постоянная, кДж/моль К;

К — коэффициент, зависящий от химического состава вещества.

Обработка опытных данных позволила определить кинетические параметры процесса изотермического испарения опасных веществ (ОВ) для широкого интервала температур как в неподвижной, так и подвижной воздушной среде (табл. 1, 2).

Таблица 1
Кинетические параметры испарения ОВ в условиях неподвижной воздушной среды

Таблица 2
Кинетические параметры испарения ОВ в условиях обтекания пролива воздухом

Представляет интерес сопоставительный анализ прогнозных оценок интенсивности испарения, полученных с помощью разработанной кинетической модели и моделей других исследователей [1-4].

В целях тестирования по моделям [1-4] были проведены расчеты интенсивности испарения бензола. Сопоставление результатов расчетов по цитируемым моделям с нашими данными представлено на рис. 1. Анализ результатов показывает, что прогноз интенсивности испарения по моделям [1-3] имеет существенный разброс, достигающий 800%. Прогнозные оценки по модели [4] показывают значительно более высокую интенсивность испарения и весьма близки к оценкам по предлагаемой нами модели: средняя относительная погрешность составляет 16.5% в интервале скоростей обтекания пролива воздушным потоком 0к3.5 м/с.

Следует заметить, что модель [4] является теоретической и разрабатывалась изначально для прогнозирования интенсивности испарения фосфорорганических боевых отравляющих веществ, теплофизические свойства которых существенно отличаются от бензола — легковоспламеняющейся жидкости. Удовлетворительное соответствие результатов расчетов по обеим моделям свидетельствует как об универсальности модели [4], так и о корректности предлагаемой и указывает на возможность их практического использования в целях прогнозирования экологических последствий химических аварий.

Рис. 1
Сравнение результатов модельных расчетов
интенсивности испарения для бензола

Список литературы:

• Методика оценки последствий химических аварий (Методика «Токси». Редакция 2.2). Согласована Госгортехнадзором России, М.: НТЦ «Промышленная безопасность», 2001.
• ПБ 09-540-03. Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств. Утверждены Постановлением Госгортехнадзора России от 05.05.03 N 29.
• Тищенко  Н. Ф., Тищенко  А. Н. Охрана атмосферного воздуха. Справочник. Выделение вредных веществ. — М.: Химия, 1993. Ч. 1. — 192 с.
• Количественная оценка риска химических аварий /Колодкин В.М., Мурин  А. В., Петров  А. К., Горский  В. Г. /Под ред. Колодкина  В. М. — Ижевск, 2001 — 228 с.