Предельный Расход сжиженного газа и предельная площадь пролива, которые тушатся одним автомобилем

 

Марка автомобиля	Средства подачи порошка	Предельный расход жид. и газа, кг · с^-1	Предельная площадь пролива, м^2
АП-3 (130) 148	Лафетный ствол с расходом 20 кг · с^-1	5	20
	Два ручных ствола с суммарным расходом 2,4 кг · с^-1	0,6	7
	Один ручной ствол с расходом 1,2 кг · с^-1	0,3	3,5
АП-3 (130) 148 А	Лафетный ствол с расходом 40 кг · с^-1	10,0	40
	Два ручных ствола с суммарным расходом 7,0 кг · с^-1	1,8	20
	Один ручной ствол с расходом 3,5 кг · с^-1	0,9	10
АП-4 (43105) 222	Лафетный ствол с расходом 80 кг · с^-1	20,0	40
	Два ручных ствола с суммарным расходом 9,0 кг · с^-1	2,2	25
	Один ручной ствол с расходом 4,5 кг · с^-1	1,1	12,5
АП-5 (53213) 196	Лафетный ствол с расходом 40 кг · с^-1	10,0	40
	Два ручных ствола с суммарным расходом 9,0 кг · с^-1	2,2	25
АП-5 (53213) 196	Один ручной ствол с расходом 4,5 кг · с^-1	1,1	12,5
АКТ-05/05 (66)207	Лафетный ствол с расходом порошка 4 кг · с^-1	1,1	12
АКТ-3/2,5 (133ГЯ) 197	Лафетный ствол с расходом порошка 30 кг · с^-1	10	25

 

Потребности в специальной и вспомогательной технике (рукавные автомобили, автомобили связи и освещения, автоподъемники и др.) устанавливаются с учетом конкретной обстановки пожара, наличия высотных технологических аппаратов, удаленности водоисточников и других условий.

Общее количество основных, специальных и вспомогательных автомобилей принимается с учетом необходимого резерва:

N_o6tu = K · N_p,                                                     (5.10)

где N_p - расчетное количество основных, специальных и вспомогательных автомобилей, ед; К - коэффициент запаса, принимается равным в летнее время 1,2, в зимнее время - 1,5.

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ

 

1. Методика определения удельной массы СУГ, испарившегося из пролива

Настоящая методика приведена в работе [8]. В ней показано хорошее согласие получаемых результатов с экспериментальными данными.

Для сжиженных углеводородных газов (СУГ) при отсутствии данных допускается рассчитывать удельную массу паров испарившегося СУГ m _СУГ, кг · м^-2, по формуле*

,           (1.1)

где М - молярная масса СУГ, кг · моль^-1; L_ИСП - мольная теплота испарения СУГ при начальной температуре СУГ. Т_ж, Дж · моль^-1; Т ₀ - начальная температура материала на поверхность которого проливается СУГ, соответствующая расчетной температуре t_p, К; Т_ж - начальная температура СУГ, К; l _ТВ - коэффициент теплопроводности материала, на поверхность которого проливается СУГ, Вт · м^-1 · К^-1; а - эффективный коэффициент температуропроводности материала, на поверхность которого проливается СУГ, равный 8,4·10^-8 м² · с^-1; t - текущее время, с, принимаемое равным времени полного испарения СУГ;

  - число Рейнольдса; U - скорость воздушного потока, м · с^-1; d - характерный размер пролива СУГ, м; v_в - кинематическая вязкость воздуха при расчетной температуре t_p, м² · с^-1;

l _В - коэффициент теплопроводности воздуха при расчетной температуре t_p, Вт · м^-1 · К^-1;

t_p - расчетная температура, °С. В качестве расчетной температуры следует принимать максимально возможную температуру воздуха в данной климатической зоне или максимально возможную температуру воздуха по технологическому регламенту с учетом возможного повышения температуры в аварийной ситуации.

_________________

* Формула применима при температуре подстилающей поверхности от минус 50 до плюс 40 °С

 

Пример. Определить массу газообразного этилена, образующегося при испарении пролива сжиженного этилена в условиях аварийной разгерметизации резервуара.

Данные для расчета

Изотермический резервуар сжиженного этилена объемом V_ирэ = 10000 м³ установлен в бетонном обваловании со свободной площадью F_об = 5 184 м² и высотой отбортовки Н_об = 2,2 м. Степень заполнения резервуара a = 0,95.

Ввод трубопровода подачи сжиженного этилена в резервуар выполнен сверху, а вывод отводящего трубопровода - снизу.

Диаметр отводящего трубопровода d_ТР = 0,25 м. Длина участка трубопровода от резервуара до автоматической задвижки, вероятность отказа которой превышает 10^-6 в год (и не обеспечено резервирование ее элементов), L = 1 м. Максимальный расход сжиженного этилена в режиме выдачи G_жэ = 3,1944 кг · с^-1. Плотность сжиженного этилена при температуре эксплуатации Т_эк - 169,5 К r _эж = 568 кг · м^-3. Плотность газообразного этилена при Т_эк r _ГЭ = 2,0204 кг · м^-3. Молярная масса сжиженного этилена M_эж = 28 · 10^-3 кг · моль^-1. Мольная теплота испарения сжиженного этилена при Т_эк L _ИСП = 1,344 х 10⁴ Дж · моль^-1. Температура бетона равна максимально возможной температуре воздуха в соответствующей климатической зоне Т_б = 309 К. Коэффициент теплопроводности бетона l _б = 1,5 Вт · м^-1 · К^-1. Коэффициент температуропроводности бетона а = 8,4 · 10^-8 м² · с^-1. Минимальная скорость воздушного потока V_min = 0 м · с^-1, а максимальная для данной климатической зоны V_max = 5 м · с^-1. Кинематическая вязкость воздуха v_в при расчетной температуре воздуха для данной климатической зоны t_p = 36 °С равна 1,64 · 10^-5 м² · с^-1. Коэффициент теплопроводности воздуха l _в в при t_p равен 2,74 · 10^-2 Вт · м^-1 · К^-1.

 

Расчет

При разрушении изотермического резервуара объем сжиженного этилена составит:

Свободный объем обвалования V_об = 5184 · 2,2 = 11404,8 м³.

Ввиду того, что V_СЖЭ < V_o6,примем за площадь испарения F_ИСП свободную площадь обвалования Р_об, равную 5184 м².

Тогда масса испарившегося этилена m_ИЖЭ с площади пролива при скорости воздушного потока v = 5 м · с^-1 рассчитывается по формуле (1.1) и составляет:

Масса т_ИЖЭ при v = 0 м · с^-1 составит 529039 кг.

 

2. Методика определения растекания СУГ за пределы обвалования при разрушении резервуара

 

Настоящая методика приведена в работе [9].

Относительное количество СУГ Q (%), перелившегося через обвалование вследствие быстрого (в пределе квазимгновенного) разрушения резервуара зависит от отношения высоты обвалования а к высоте столба СУГ в резервуаре h ₀и уклона подстилающей поверхности b.

 

 

Рис. 2.1. Зависимость относительного количества жидкости Q, перелившейся через обвалование, от параметра a/h₀ при различных наклонах подстилающей поверхности:

1-b = -0,02; 2-b = 0; 3-b = 0,2

 

Уклон подстилающей поверхности b рассчитывают по формуле

b = D a / L,                                                           (2.1)

где Dа - перепад высот подстилающей поверхности у резервуара и обвалования, м;

L - расстояние от резервуара до обвалования, м.

Относительное количество СУГ Q (%), перелившегося через обвалование, определяют по рис. 2.1 и 2.2. Использование графиков для определения Q допустимо при соотношении величин расстояния от резервуара до обвалования к диаметру резервуара от 2 до 5.

 

Пример. Определить массу сжиженного этилена, перелившегося через обвалование при мгновенном разрушении наземного изотермического резервуара, расположенного на ровной площадке.

Данные для расчета

Изотермический резервуар имеет объем V = 10000 м³, степень его заполнения жидкой фазой a = 0,95. Высота резервуара h ₀ = 20 м. Высота обвалования а = 6 м. Плотность сжиженного этилена при температуре эксплуатации Т_эк = 169,5 К составляет r _эж = 568 кг · м^-3.

 

 

Рис. 2.2. Зависимость относительного количества жидкости Q, перелившейся через обвалование, от параметра b, характеризующего наклон подстилающей поверхности, при различных отношениях a/h₀:

1 - a/h₀ = 0,2; 2 - a/h₀ = 0,3; 3 - a/h₀ = 0,5; 4 - a/h₀ = 0,7; 5 - a/h₀ = 0,9; 6 - a/h₀ = 1,1.

 

Расчет

Полная масса сжиженного этилена в резервуаре равна: m_Э = V · r _ЭЖ · a= 5,4 · 10⁶ кг.

Параметр a/h ₀ = 6/20 = 0,3. Параметр b = 0. С помощью рис. 2.1 (кривая 2) находим относительное количество жидкости Q, перелившейся через обвалование: Q = 39 %.

Масса сжиженного этилена, перелившегося через обвалование при мгновенном разрушении резервуара, составит

m _П = (Q/100) т_Э = 2,11 · 10⁶ кг.

 

3. Методика определения максимальных размеров взрывоопасных зон при испарении СУГ из проливов

В настоящей методике использованы зависимости, приведенные в работе [10].

Метод расчета зон, ограниченных нижним концентрационным пределом распространения пламени (НКПР) паров СУГ, образующихся при испарении сжиженных углеводородных газов из проливов, приведен для случая, когда размеры зон достигают максимальных значений, а именно при неподвижной воздушной среде.

3.1. Размеры взрывоопасной зоны по горизонтали Х_НКПР, У_НКПР и вертикали Z_{HK П P} (м) для паров СУГ, ограничивающие область концентраций, превышающих НКПР, вычисляют по формулам

;                  (3.1)

,                        (3.2)

где m_П - масса паров СУГ, поступивших в открытое пространство за время полного испарения, кг; r _П - плотность паров СУГ при расчетной температуре и атмосферном давлении, кг · м^-3; Р_Н - давление насыщенных паров СУГ при расчетной температуре t_p, кПа;

К - коэффициент, принимаемый равным ; Т – продолжительность поступления паров СУГ в открытое пространство, с; С_НКПР - нижний концентрационный предел распространения пламени СУГ, % (об.).

3.2. Радиус Р_б (м) и высоту Z _б (м) зоны, ограниченной НКПР паров СУГ, вычисляют исходя из значений Х_НКПР, У_НКПР и Z_НКПР.

При этом Р_б > Х_НКПР, R_б > У_НКПР и Z_б > Z _НКПР.

Геометрически зона, ограниченная НКПР паров СУГ, представляет собой цилиндр с радиусом R_б основания и высотой h_б = Z_НКПР при высоте источника выброса паров h < Z_НКПР и h_б = h + Z_НКПР при h > Z_НКПР, где h - высота источника поступления паров СУГ от уровня земли, м.

За начало отсчета зоны, ограниченной НКПР паров, принимают внешние габаритные размеры аппаратов, установок, трубопроводов и т. п.

3.3. Во всех случаях значения Х_НКПР, У_НКПР и Z_{HK П P} должны быть приняты не менее 0,3 м.

 

Пример. Определить размеры зоны, ограниченной нижним концентрационным пределом распространения пламени НКПР паров сжиженного этилена при eго испарении с поверхности пролива для условий, сформулированных в примере раздела 1.

Данные для расчета

Масса пролитого сжиженного этилена в соответствии с примером раздела 1 составляет 528039 кг. Величина НКПР С_НКПР = 2,7 % (об.). Давление насыщенных паров при температуре кипения р_н = 101,3 кПа. Значение К для времени испарения Т = 3600 с равно 1,0. Плотность паров этилена r _П при температуре кипения Т_К = 169,5 К составляет:

 кг · м^-3.

где r _В - плотность воздуха при температуре Т ₀ = 273,15 К (r _В = 1,29 кг · м^-3); М_Э, М_В - молярные массы этилена и воздуха (М_Э = 28,05 г · моль^-1, М_В = 29,5 г · моль^-1). Тогда по формулам (3.1) и (3.2) получим:

 м,

 м.

 

4. Методика определения массовой скорости истечения СУГ из резервуаров под давлением и трубопроводов

Настоящая методика приведена в работе [11].

4.1. При разгерметизации резервуаров (трубопроводов) для хранения СУГ под давлением возможно истечение паровой (при разгерметизации выше уровня жидкости) и жидкой (при разгерметизации ниже уровня жидкости) фаз. Соответственно следует различать массовые скорости истечения паровой и жидкой фаз СУГ.

4.2. Массовую скорость истечения паровой фазы СУГ G_V (кг · с^-1 · м^-2) вычисляют по формуле

,                       (4.1)

где Р_с - критическое давление, Па (определяется по справочным данным); М - молярная масса, кг · моль^-1; R - универсальная газовая постоянная, равная 8,31 Дж · моль^-1 · К^-1; Т_с - критическая температура, К (определяется по справочным данным);

P_R = P / P_c;                                                          (4.2)

Р - давление в резервуаре (трубопроводе), Па.

4.3. Массовую скорость истечения жидкой фазы СУГ G_I (кг · с^-1 · м^-2) вычисляют по формуле

,                                           (4.3)

где r _I, r _V - плотности жидкой и паровой фаз СУГ, кг · м^-3 (определяют по справочным данным);

T_R = Т/Т_с;                                                          (4.4)

Т - температура СУГ, находящегося в резервуаре (трубопроводе), К.

 

Пример. Рассчитать массовую скорость истечения паровой и жидкой фазы пропана.

Данные для расчета

Температура окружающей среды 20 °С. Истечение происходит из резервуара хранения пропана под давлением при температуре окружающей среды.

Критическое давление пропана р_с = 4,19 · 10⁶ Па, критическая температура Т_с = 369,8 К. Давление пропана при температуре 20 °С равно р = 0,833 · 10⁶ Па, плотность жидкой фазы r _I  = 499 кг · м^-3, плотность паровой фазы r _V = 17,74 кг · м^-3. Молярная масса М = 44,096 · 10³ кг · моль^-1. Универсальная газовая постоянная R = 8,31 Дж · моль^-1 · К^-1. Площадь отверстия истечения F = 0,1 м².

Расчет

Находим параметры Р _R и Т _R по формулам (4.2) и (4.4):

P_R = 0,833 · 10⁶/4,19 · 10⁶ = 0,199;

T_R = 293,15/369,8 = 0,792.

По формуле (4.1) находим G_V:

 кг·м^-2·с^-1.

По формуле (4.3) находим G_I:

 кг·м^-2·с^-1.

Массовая скорость истечения жидкой фазы равна:

W_I = G_I · F = 6,6 · 10³ · 0,1 = 660 кг · С^-1.

Массовая скорость истечения паровой фазы равна:

W_V = G_V · F = 2,4 · 10³ · 0,1 = 240 кг · С^-1.

 

5. Методика определения размеров взрывоопасных зон при истечении СУГ из трубопровода

Настоящая методика получена на основании обработки экспериментальных данных по размерам взрывоопасных зон и приведена в работе [12].

Горизонтальный размер взрывоопасной зоны по направлению ветра Х_НКПР, образующейся при истечении СУГ из трубопровода, вычисляют по формуле

Х_НКПР = 40 · (G / U)0,5,                                              (5.1)

где G - массовая скорость поступления горючего газа в окружающее пространство, кг · с^-1 (принимается постоянной и вычисляется в соответствии с разделом 4); U - скорость ветра, м · с^-1.

Формула получена по результатам экспериментов и применима при U ³ 1 м · с^-1.

 

Пример. Рассчитать максимальный размер взрывоопасной зоны при истечении жидкого пропана из трубопровода для условий примера раздела 4.

Данные для расчета

Основные данные для расчета указаны в примере раздела 4. Массовая скорость истечения жидкой фазы 660 кг · с^-1 при площади сечения трубопровода 0,1 м², скорость ветра U = 5 м · с^-1.

Расчет

По формуле (5.1) находим Х_НКПР.

 м.

 

6. Методика определения параметров ударной волны при сгорании газовоздушных облаков

Настоящая методика приведена в работе [10].

6.1. Величину избыточного давления D Р,кПа, развиваемого при сгорании газовоздушных облаков, определяют по формуле

,                           (6.1)

где P ₀ - атмосферное давление, кПа (допускается принимать равным 101 кПа); r - расстояние от геометрического центра газопаровоздушного облака, м; т_пр - приведенная масса газа или пара, кг, вычисляется по формуле

т_пр = (Q_{c г} / Q_o) · m · Z,                                                 (6.2)

где Q_cг - удельная теплота сгорания газа или пара, Дж·кг^-1 (определяется по справочным данным); Z – коэффициент участия горючего во взрыве, который допускается принимать равным 0,1; Q ₀ - константа, равная 4,52·10 ⁶ Дж·кг^-1; m - масса горючих газов и (или) паров, поступивших в результате аварии в окружающее пространство, кг.

6.2 Величину импульса волны давления i, Па · с, вычисляют по формуле

.                                                     (6.3)

 

Пример. Рассчитать избыточное давление и импульс волны давления при выходе в атмосферу пропана, хранящегося в сферической емкости объемом 600 м³, на расстоянии 500 м от нее.

Данные для расчета

Объем емкости 600 м³. Температура 20 °С. Плотность сжиженного пропана 530 кг · м^-3. Степень заполнения емкости 80 % (по объему). Удельная теплота сгорания пропана 4,6 · 10⁷ Дж · кг^-1. Принимается, что в течение времени, необходимого для выхода сжиженного газа из емкости, весь пропан испаряется.

Расчет

Находим величину т_пр по формуле (6.2):

т_пр = 4,6 · 10⁷/4,52 · 10⁶ · (0,8 · 530 · 600) · 0,1 = 2,59 · 10⁵ кг.

Находим величину избыточного давления D Р по формуле (6.1):

D Р = 101·[0,8·(2,59·10⁵)^0,33/500 + 3·(2,59·10⁵)^0,66/500² + 5·(2,59·10⁵)/500³] = 16,2 кПа.

Находим импульс волны давления i по формуле (6.3): i = 123·(2,59·10⁵)^0,66/500 = 1 000 Па·с.

 

7. Методика определения интенсивности теплового излучения при пожарах проливов СУГ

Основные положения настоящей методики приведены в работах [10, 13-15].

7.1. Величину интенсивности теплового излучения q, кВт · м^-2, рассчитывают по формуле

q = E_f · F_q · t,                                                      (7.1)

где E_f - среднеповерхностная плотность теплового излучения пламени, кВт · м^-2; F_q - угловой коэффициент облученности; t - коэффициент пропускания атмосферы.

7.2. Значение E_f принимается на основе экспериментальных данных. При их отсутствии допускается принимать величину E_f равной 100 кВт · м^-2.

7.3. Рассчитывают эффективный диаметр d, м, пролива:

,                                                        (7.2)

где F - площадь пролива, м².

Величину F определяют, исходя из топографии местности и наличия обвалования. Допускается определять F из условия, что 1 л жидкости разливается на 0,15 м².

7.4. Вычисляют высоту пламени Н, м:

,                                         (7.3)

где т - удельная массовая скорость выгорания СУГ, кг · м^-2 · с^-1 (допускается при отсутствии экспериментальных данных принимать равной 0,1 кг · м^-2 · с^-1); r _В - плотность окружающего воздуха, кг · м^-3; g = 9,81 м · с^-2 - ускорение свободного падения.

7.5. Определяют угловой коэффициент облученности F_q:

,                                                    (7.4)

где

, (7.5)

,    (7.6)

,                                            (7.7)

,                                                  (7.8)

,                                                            (7.9)

,                                                            (7.10)

где r - расстояние от геометрического центра пролива до облучаемого объекта, м.

7.6. Определяют коэффициент пропускания атмосферы:

.                                  (7.11)

 

Пример. Рассчитать интенсивность теплового излучения от пожара пролива жидкого изопентана площадью 300 м² на расстоянии 40 м от центра пролива.

Данные для расчета

Массовая скорость выгорания m = 0,06 кг · м^-2 · с^-1, g = 9,81 м · c^-2, r _B = 1,2 кг · м^-3, E_f = 100 кВт · м^-2.

Расчет

По формуле (7.2) находим d:

 м.

По формуле (7.3) находим Н:

 м.

Находим угловой коэффициент облученности F по формулам (7.4) - (7.10):

h = 2 · 26,5/19,5 = 2,72,

S = 2 · 40/19,5 = 4,10,

А = (2,72² + 4,10²+ 1)/(2 · 4,1) = 3,08,

В = (1 + 4,1²)/(2 · 4,1) = 2,17,

.

Определяем коэффициент пропускания атмосферы t по формуле (7.11):

.

По формуле (7.1) находим q:

q = 100 · 0,0975 · 0,979 = 9,5 кВт · м^-2.

 

8. Методика определения параметров ударной волны при взрыве резервуара в очаге пожара и теплового излучения при возникновении «огненного шара»

 

Основные зависимости настоящей методики приведены в работах [10, 16].

8.1. Расчет величин избыточного давления в положительной фазе волны и импульса положительной фазы волны.

Параметрами волны давления, образующейся при разрушении резервуара с СУГ в очаге пожара, являются избыточное давление в положительной фазе D Р и импульс положительной фазы волны i.

Величины D Р,кПа, и i, Па·с, вычисляют по формулам

;                     (8.1)

;                                                    (8.2)

где Р ₀ - атмосферное давление. кПа. допускается принимать равным 101 кПа;

r - расстояние до разрушающегося технологического оборудования, м;

т_пр – приведенная масса, кг, вычисляется по формуле

где Е_иэ - энергия, выделяющаяся при изэнтропическом расширении среды, находящейся в резервуаре, Дж; Q ₀ -константа, равная 4,52·10⁶ Дж · кг^-1.

Величина Е_иэ определяется по формуле

Е_иэ = т · (U ₁ - U ₂),                                                    (8.3)

где т - масса вещества в резервуаре, кг; U ₁, U ₂ – удельная внутренняя энергия вещества до и после BLEVE, Дж · кг^-1.

Удельная внутренняя энергия определяется по формуле

U = h - р · v,                                                          (8.4)

где h - удельная энтальпия среды, Дж · кг^-1; р – давление среды, Па; v - удельный объем среды, м³ · кг^-1.

Для расчета энергетических параметров U и h будем использовать p-h диаграммы для пропана и н-бутана (рис. 8.1, 8.2). Точка на этой диаграмме, отвечающая начальному состоянию среды непосредственно перед возникновением BLEVE, определяется следующим образом.

Рассчитывается удельный объем среды, находящийся в резервуаре:

v = V/m,                                                              (8.5)

где V - объем резервуара, м³.

Задается температура жидкой среды T ₁, при которой происходит BLEVE, соответствующая давлению срабатывания предохранительного клапана р ₁. С учетом параметров Т ₁и р ₁ по рис. 8.1 определяются соответствующие значения удельных объемов жидкой v_f и паровой v_g фаз соответственно.

Точка, отвечающая начальному состоянию среды, лежит внутри полуострова на диаграмме (рис. 8.1).

Степень сухости пара X определяется по формуле

.                                                       (8.6)

С помощью диаграммы (рис. 8.1, 8.2) находится параметр h, и по формуле (8.4) вычисляется внутренняя энергия U ₁.

Параметры конечного, состояния парогазовой среды определяются в точке пересечения изэнтропы с изобарой р = 0,1 МПа (атмосферное давление). Величина удельного объёма v₂ с учетом полученных параметров v_f, v_g, h ₂, x ₂определяется по формуле

V ₂ = V_f + X ₂· (V_g - V_f).

Внутренняя энергия конечного состояния U₂ определяется по формуле (8.4), энергия, выделяющаяся при изэнтропическом расширении, - по формуле (8.3).

 

Допускается рассчитывать величины D Р и i по формулам (6.1) и (6.3), вычисляя т_пр с помощью выражения

m_пр = m · С_эфф (Т_ж - Т_кип) / Q ₀,                                         (8.7)

где m - масса СУ Г в резервуаре, кг; С_эфф - эффективная теплоемкость, равная 500 Дж · кг^-1 · К^-1); Т_ж - температура жидкой фазы в момент разрыва резервуара, К; Т_кип - нормальная температура кипения СУГ, К; Q ₀ - константа, определенная в разделе 6 и равная 4,52·10⁶ Дж·кг^-1.

Величину Т_ж допускается вычислять, исходя из давления срабатывания предохранительного клапана резервуара р_к,полагая давление насыщенных паров СУГ равным р_к и находя отсюда с использованием справочных данных величину Т_ж.

 

 

Рис. 8.1. Диаграмма энтальпия – давление для пропана

 

 

Рис. 8.2. Диаграмма энтальпия – давление для бутана

 

8.2. Расчет интенсивности теплового излучения и времени существования «огненного шара».

Интенсивность теплового излучения «огненного шара» q, кВт · м^-2, рассчитывается по формуле

q = E_f · F_q · t                                                       (8.8)

где E_f - среднеповерхностная плотность теплового излучения пламени, кВт · м^-2; F_q - угловой коэффициент облученности; t - коэффициент пропускания атмосферы.

Величину E_f определяют на основе имеющихся экспериментальных данных. Допускается принимать E_f равной 450 кВт · м^-2.

Значение F_q находят по формуле

,                                (8.9)

где Н - высота центра «огненного шара», м; D_s - эффективный диаметр «огненного шара», м; r - расстояние от облучаемого объекта до точки на поверхности земли непосредственно под центром «огненного шара», м.

Эффективный диаметр «огненного шара» D_s определяют по формуле

,                                                 (8.10)

где т - масса горючего вещества, кг.

Величину Н определяют в ходе специальных исследований. Допускается принимать величину Н равной D_s /2.

Время существования «огненного шара» t_s, с, определяют по формуле

.                                                  (8.11)

Коэффициент пропускания атмосферы t рассчитывают по формуле

                           (8.12)

 

Пример 1. Расчет параметров ударной волны при BLEVE.

Данные для расчета

Рассчитать параметры положительной фазы волны давления на расстоянии 750 м от эпицентра аварии, связанной с развитием BLEVE на железнодорожной цистерне вместимостью 50 м³ с 10 т жидкого пропана.

Расчет

Энергия, выделившаяся при расширении среды в резервуаре, определяется по формуле (8.3):

E = m ·(U₁ - U₂),

где m = 4 · 10⁴ кг - масса пропана в цистерне; U ₁, U ₂ -удельная внутренняя энергия вещества до и после BLEVE, Дж · кг^-1.

U = h – P · V,

где h - удельная энтальпия среды, Дж · кг^-1; Р - давление среды, Па; V - удельный объем среды, м³ · кг^-1.

Для расчета параметров U и h воспользуемся Р - h -диаграммами на рисунках 8.1 и 8.2.

Определим удельный объем среды:

V ₁ = V/m = 5·10^-3 м³ · кг^-1.

Давление срабатывания клапана 2,0 МПа, что соответствует температуре жидкой фазы 50 °С, при этом удельный объем жидкой и паровой фаз равен:

V_f =2,2 · 10^-3 м³ · кг^-1;

V_g = 2,2 · 10^-2 м³ · кг^-1.

По формуле (8.6) определим степень сухости пара Х ₁:

Удельная энтальпия среды до BLEVE равна h ₁ = 294 кДж^-1. Тогда

U ₁ = h ₁ - P ₁ · V ₁ = 2,94 · 10⁵ - 2 · 10⁶ · 5 · 10^-3 = 284 кДж.

Параметры конечного состояния среды:

h ₂ = 84 кДж;

V_f = 1,72 · 10^-3 м³ · кг^-1;

V_g = 0,4 м³ · кг^-1;

Х ₂ = 0,15.

Величина удельного объема среды в момент аварии определяется по формуле

V ₂ = V_f + X ₂ (V_g - V_f) = 0,06 м³ · кг^-1.

Удельная внутренняя энергия вещества в момент BLEVE равна:

U ₂ = h ₂ - P ₂ · V ₂ = 84 · 10³ - 1 · 10⁵ · 0,06 = 78 кДж.

Получим величину Е:

Е = 10 · 10³ · (284 - 78) · 10³ = 2,06 · 10⁹ Дж.

Находим приведенную массу т_пр:

т_пр = E / Q ₀ = 2,06 · 10⁹ / (4,52 · 10⁶) = 456 кг.

Вычислим величины D Р и i по формулам (8.1) и (8.2):

D Р = 101·(0,8 · 456^0,33/750 + 3 · 456^0,66/750² + 5 · 456/750³) = 0,86 кПа;

i = 123 · 456^0,66/750 = 9,3 Па · с.

 

Пример 2. Рассчитать параметры ударной волны при взрыве резервуара хранения СУГ под давлением на расстоянии 500 м от резервуара с определением т_пр по формуле (8.7).

Данные для расчета

Сферический резервуар с пропаном объемом 600 м³, оснащенный предохранительным клапаном с давлением срабатывания 2,16 МПа (абс.). Нормальная температура кипения минус 43 °С (230 К). Степень заполнения резервуара a = 0,8 при температуре 20 °С. Плотность пропана при 20 °С составляет 499 кг · м^-3.

Расчет

Определяем массу пропана в резервуаре:

m = r V a = 499 · 600 · 0,8 = 2,4 · 10⁵ кг.

Температуру жидкости Т_ж,соответствующую давлению срабатывания предохранительного клапана r _к = 2,16 МПа, находим по справочнику [1]:

Т_ж = 333/С(60°С).

По формуле (8.7) находим т_пр:

т_пр = 2,4 · 10⁵ · 500 · (333 - 230) / 4,52 · 10⁶ = 2,73 · 10³ кг.

По формулам (6.1) и (6.3) определяем параметры ударной волны D р и i:

D р = 101 [0,8 · (2,73 · 10³)^0,33/500 + 3 · (2,73 · 10³)^0,66/500 + 5 (2,73 · 10³)/500³ = 2,51 кПа;

i = 123 · (2,73 · 10³)^0,66/500 = 48,1 Па · c.

 

Пример 3. Определить время существования «огненного шара» и интенсивность теплового излучения от него на расстоянии 500 м при разрыве сферической емкости с пропаном объемом 600 м³ в очаге пожара.

Данные для расчета

Объем сферической емкости 600 м³. Плотность жидкой фазы 530 кг · м^-3. Степень заполнения резервуара жидкой фазы 80 %. Расстояние от облучаемого объекта до точки на поверхности земли непосредственно под центром «огненного шара» 500 м.

Расчет

Находим массу горючего m в «огненном шаре»:

m = V· r·a = 600 · 530 · 0,8 = 2,54 · 10⁵ кг,

где V - объем резервуара, м³ (V = 600 м³); r - плотность жидкой фазы, кг · м^-3 (r = 530 кг · м^-3); a - степень заполнения резервуара (a = 0,8).

По формуле (8.10) определяем эффективный диаметр «огненного шара» D_s:

D_s = 5,33 · (2,54 · 10⁵)^0,327 = 312 м.

По формуле (8.9), принимая Н = D_s /2 = 156 м, находим угловой коэффициент облученности F_q:

По формуле (8.12) находим коэффициент пропускания атмосферы t:

По формуле (8.8) находим интенсивность излучения q:

q = 450 · 0,037 · 0,77= 12,9 кВт · м^-2.

По формуле (9.11) определяем время существования «огненного шара» t_s:

t_s = 0,92 · (2,54 · 10⁵)^0,303 = 40 с.

 

 

Рис. 9.1. Схема для расчета геометрических параметров

факелов при истечении паровой фазы СУГ

 

9. Методика определения параметров факелов пламени СУГ

Основные положения настоящей методики приведены в работах [12, 17].

9.1. Расчет геометрических параметров факелов при истечении паровой фазы СУГ проводится на основе схемы, показанной на рис. 9.1.

Приведенный метод дает удовлетворительные результаты для угла отклонения факела от вертикали, когда скорость ветра больше 5 м · с^-1.

При меньших значениях скорости ветра этот угол следует считать равным нулю.

9.2. Геометрические параметры газовых факелов в случае истечения паровой фазы СУГ вычисляются по формулам (для скорости ветра не менее 5 м · с^-1):

;                                               (9.1)

;                                        (9.2)

;                             (9.3)

;                             (9.4)

;                                                       (9.5)

;                                                       (9.6)