Приложение B (справочное). Характеристики диоксида углерода при аварийных выбросах

Приложение B
(справочное)

Характеристики
диоксида углерода при аварийных выбросах

B.1 Аварийный выброс диоксида углерода

Аварийный выброс диоксида углерода (управляемая разгерметизация трубопровода описана в 9.2.5) в окружающую среду заключается в декомпрессии и увеличении объема газовой смеси с соответствующим падением температуры выбрасываемой смеси.

Поведение диоксида углерода отличается от декомпрессии углеводородов тем, что выброс можно рассматривать как совместное высвобождение газообразной и твердой фаз диоксида углерода (см. [35]).

Любые твердые компоненты в потоке диоксида углерода могут потенциально придавать эрозионные свойства выбрасываемому потоку. Прямое попадание этого потока на критически важное оборудование может оказать негативное влияние на его работу. При оценке безопасности следует учитывать эту возможность в ходе проектирования.

Снижение температуры за счет эффекта Джоуля-Томсона при прохождении потока диоксида углерода через трещину/отверстие в месте утечки не может быть значительно более выраженным, чем для летучих углеводородов. При проектировании следует предусмотреть меры по прогнозированию и, при необходимости, уменьшении последствий пластичного разрушения. Предупредительные меры могут включать установку средств предотвращающих образование трещин или увеличение толщины стенки трубопровода (см. 7.3.5).

Несмотря на то, что диоксид углерода является бесцветным газом, его выброс, скорее всего, вызовет конденсацию воды в окружающей среде, в результате чего появится туманное облако, видимое человеческому глазу (до тех пор, пока облако выброса не нагреется до температуры выше точки росы воздуха). Это может быть хорошим индикатором размера облака диоксида углерода, но в любом случае анализаторы на диоксид углерода должны быть установлены на объектах или весь обслуживающий персонал должен иметь при себе анализаторы для обнаружения присутствия диоксида углерода в случае аварийного выброса. Выброс диоксида углерода с температурой выше температуры точки росы окружающего воздуха будет невидим невооруженным глазом, поскольку не будет конденсироваться вода или твердые частицы диоксида углерода. В этой ситуации опасные концентрации диоксида углерода могут возникать без каких-либо видимых признаков, и этот фактор следует учитывать. Выбросы диоксида углерода при эксплуатации морских трубопроводов вряд ли будут обнаружены по появлению пузырьков, достигающих поверхности, если только утечка не является значительной, и в этом случае их можно обнаружить с помощью облетов в спокойную погоду или патрулирования на лодках по всей длине трубопровода. Эти визуальные методы можно рассматривать как методы обнаружения утечек (см. 6.9.9).

B.2 Скорость истечения при аварийном выбросе

Скорости аварийного истечения потока диоксида углерода отличаются от скорости истечения углеводородов из-за возможности фазовых изменений.

Чтобы можно было смоделировать скорость аварийного истечения, следует учитывать термогидравлическое поведение трубопровода.

Расчет профиля выброса должен включать (но не ограничиваться):

- размер и геометрию отверстия;

- изменения массового расхода потока диоксида углерода во времени;

- диаметр, длину и топографию трубопровода;

- время срабатывания системы разгерметизации трубопровода;

- температуру, давление и химический состав потока диоксида углерода;

- теплообмен между трубопроводом и окружающей средой;

- время срабатывания закрытия клапанов (например, запорных или обратных клапанов).

B.3 Моделирование рассеивания диоксида углерода

Имеются эмпирические модели для оценки рассеивания выделяющихся газов в воздухе и жидкостях; однако для применимости к диоксиду углерода возможна дополнительная проверка таких моделей. Аварийный выброс диоксида углерода отличается от других типичных жидкостей образованием твердой фазы (см. 6.9.2).

Эффекты, которые следует учитывать при моделировании, включают:

- объем выбрасываемого потока диоксида углерода, скорость и давление;

- температуру окружающей среды и погодные условия;

- характер трещины;

- направление струи (необходимо учитывать, как падающие, так и свободные струи);

- плотность выбрасываемого газа;

- скорость и направление ветра;

- класс устойчивости атмосферы;

- влажность воздуха;

- ландшафт;

- примеси и их распределение между газообразной и плотной фазами.

В случае небольшой утечки поток диоксида углерода будет успевать нагреваться при контакте с поверхностью, однако при больших или продолжительных утечках ожидается сублимация диоксида углерода.

Так как диоксид углерода тяжелее воздуха, то его концентрация будет увеличиваться с уменьшением расстояния до земли. Рельеф поверхности (например, склоны, впадины, долины, скалы, ручьи, канавы, автомобильные/железные дороги и насыпи) и физические объекты (например, здания), а также направление ветра могут оказывать существенное влияние на распространение и перемещение облака диоксида углерода. Особое внимание следует уделять определению топографических особенностей и оценке того, как они могут повлиять на последствия выброса диоксида углерода.

Моделирование выбросов из подземных трубопроводов требует тщательного рассмотрения, поскольку образование воронки и последующий поток выброса может в меньшей степени перемешиваться с воздухом, тем самым рассеивание будет уменьшаться.

Подводные выбросы диоксида углерода можно моделировать также, как и выбросы углеводородного газа с аналогичной молекулярной массой (например, пропана). Несмотря на имеющиеся модели рассеивания, проектировщик должен убедиться, что они подходят для моделирования рассеивания выбросов потока диоксида углерода и при необходимости вносить соответствующие коррективы.