Метод расчета интенсивности теплового излучения при пожарах проливов лвж и ГЖ

 

В. 1 Интенсивность теплового излучения q, кВт/м², рассчитывают по формуле

q = E_f · F_q · t, (B.1)

где E_f — среднеповерхностная плотность теплового излучения пламени, кВт/м²;

F_q — угловой коэффициент облученности;

t — коэффициент пропускания атмосферы.

В.2 E_f принимают на основе имеющихся экспериментальных данных. Для некоторых жидких углеводородных топлив указанные данные приведены в таблице В. 1.

 

Таблица B.1— Среднеповерхностная плотность теплового излучения пламени в зависимости от диаметра очага и удельная массовая скорость выгорания для некоторых жидких углеводородных топлив

 

Топливо	Ef, кВт/м^2, при d, м	т, кг/(м^2 · с)
СПГ (метан)						0,08
СУГ (пропан-бутан)						0,1
Бензин						0,06
Дизельное топливо						0,04
Нефть						0,04
Примечание— Для диаметров очага менее 10 м или более 50 м следует принимать Ef такой же, как и для очагов диаметром 10 м и 50 м соответственно

 

При отсутствии данных допускается E_f принимать равной 100 кВт/м² для СУГ, 40 кВт/м² для нефтепродуктов.

8.3 Рассчитывают эффективный диаметр пролива d, м, по формуле

, (В.2)

где S — площадь пролива, м².

8.4 Рассчитывают высоту пламени Н, м, по формуле

, (В.3)

где т — удельная массовая скорость выгорания топлива, кг/(м · с);

r_в — плотность окружающего воздуха, кг/м³;

g— ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с².

8.5 Определяют угловой коэффициент облученности F_q по формуле

, (В.4)

где ,(В.5)

где А = (h² + + 1) / 2S₁ , (В.6)

S_l = 2 r/d (r— расстояние от геометрического центра пролива до облучаемого объекта), (В. 7)

h = 2H/d; (B.8)

, (В.9)

B = (1+S² ) / (2S), (B.10)

B.6 Определяют коэффициент пропускания атмосферы t по формуле

t = exp[ -7,0 · 10 ^-4 (r - 0,5 d)] (B.11)

Пример — Расчет теплового излучения от пожара пролива бензина площадью 300 м² на расстоянии 40 м от центра пролива.

Расчет

Определяем эффективный диаметр пролива d по формуле (В. 2)

м.

Находим высоту пламени по формуле (В.3), принимая

т = 0,06 кг / (м² · с), g = 9,81 м/с² и r_в = 1,2 кг/м³:

Находим угловой коэффициент облученности F_q по формулам (В.4) — (В. 10), принимая r = 40 м:

h = 2 · 26,5 / 19,5 = 2,72,

S₁ =2 · 40 / 19,5= 4,10,

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

B = (1 + 4,1²) / (2 · 4,1) =2,17,

Определяем коэффициент пропускания атмосферы т по формуле (В. 11)

t = exp [ - 7,0 · 10 ^-4 (40 - 0,5 · 19,5)] = 0,979.

Находим интенсивность теплового излучения q по формуле (В.1), принимая Е_f= 47 кВт/м² в соответствии с таблицей В. 1:

q = 47 · 0,0324 · 0,979 = 1,5 кВт/м².

 

ПРИЛОЖЕНИЕ Г

(рекомендуемое)

 

МЕТОД РАСЧЕТА РАЗМЕРОВ ЗОН РАСПРОСТРАНЕНИЯ ОБЛАКА ГОРЮЧИХ ГАЗОВ И ПАРОВ ПРИ АВАРИИ

Г.1 Сущность метода

В настоящем приложении установлен порядок расчета изменения во времени концентрации газа в облаке при мгновенном выбросе и непрерывном истечении сжиженного углеводородного газа (СУГ), плотность которого больше плотности воздуха.

Г.1.1 Мгновенный выброс СУГ

Г. 1.1.1 Мгновенный выброс СУГ может происходить при повреждении резервуара или иного аппарата, в котором СУГ находится под давлением.

За счет внутренней энергии СУГ его массовая доля d мгновенно испаряется, образуя с капельками жидкости облако аэрозоля. За счет больших скоростей вихревых потоков происходит быстрое вовлечение в облако воздуха и быстрое испарение оставшейся части СУГ.

Массу воздуха М_а0, кг, мгновенно вовлекающуюся в облако для такого испарения, рассчитывают по формуле

М_а0 = (l - d) M_gL_g / (C_p.a (T_a - T_g) + X_wL_w), (Г.1)

где М_g — масса выброшенного СУГ, кг;

С_р.a — удельная теплоемкость воздуха, Дж/(кг·К);

L_g — удельная теплота парообразования СУГ, Дж/кг;

T_a — температура окружающего воздуха, К;

Т_g — температура кипения СУГ при атмосферном давлении, К;

Х_w — массовая доля водяных паров в воздухе;

L_w — удельная теплота парообразования воды, Дж/кг.

d определяют из соотношения

d = 1 - ехр (- С_p.g (T_a - T_g) / L_g), (Г.2)

где C_p.g — удельная теплоемкость СУГ, Дж/(кг · К).

Г. 1.1.2 Принимают, что образовавшееся облако дрейфует по ветру со скоростью v_d = 0,6n_в (n_в — скорость ветра) и имеет в начальный момент форму цилиндра, высота которого равна его радиусу. С течением времени высота облака уменьшается, а радиус растет.

Изменение во времени радиуса, высоты облака и концентрации газа в нем в этой фазе (называемой фазой падения) определяется путем решения методом Рунге-Кутта (реализованным в виде стандартной программы на ЭВМ) системы обыкновенных дифференциальных уравнений:

dM_a / dt = r_a p r² a₂ a₃ n_в Ri^-1 + 2 r_a а₁ (d_r / d_t) p r h,

dT / dt =((dM_a / dt) C_p.a (T_a - T) + p r² (T_gr - T)^1,333) / (M_a C_p.a + M_g C_p.g), (Г.З)

dr / dt = a₄ (gh (r_g.a - r_a) / r_g.a) ^0,5,

где M_a — масса воздуха в облаке, кг;

r_a — плотность воздуха, кг/м³;

r — радиус облака, м;

а₁, a₂, a₃, a₄ — коэффициенты (а₁ = 0,7, а₂ = 0,5, a₄ = 1,07, a₃ = 0,3 для классов устойчивости А—В (классы устойчивости даны по Паскуиллу, таблица Г.1); 0,24 — для С—В; 0,16 — для E—F);

Ri — число Ричардсона, определяемое из соотношения

Ri = (5,88 h^0,48 g / (a₃² n_в²)) (r_g.a - r_a) / r_a;

h — высота облака, м;

Т— температура облака. К;

Т_gr — температура земной поверхности. К;

r_g.a — плотность паровоздушного облака, кг/м³.

 

Таблица Г.1— Классы устойчивости атмосферы по Паскуиллу

 

Класс по Паскуиллу	Типичная скорость ветра, м/с	Описание погоды	Вертикальный градиент температуры, К/м
А		Безоблачно	>>>0,01
В		Солнечно и тепло	>>0,01
С		Переменная облачность в течение дня	>0,01
D		Облачный день или облачная ночь	»0,01
Е		Переменная облачность в течение ночи	<0,01
F		Ясная ночь	Инверсия (отрицательный градиент)

 

Решением системы вышеуказанных уравнений являются зависимости

M_a = M_a (t), Т= Т(t), r= r(t).

Для решения системы уравнений необходимы дополнительные соотношения

r_g.a = (M_a + M_g) / (M_a / r_a + M_g / r_g) (T_a / T). (Г.4)

В качестве критерия окончания фазы падения принимают выполнение условия:

(r_g.a - r_a) / r_g.a < 10^-3. (Г.5)

Зависимость h = h(t) находим из соотношения

h(t)=(M_a / r_a + M_g / r_g ) (T /T_a)(1/(p r(t)²). (Г.6)

Г. 1.1.3 Когда плотность паровоздушного облака незначительно отличается от плотности воздуха (т. е. после окончания фазы падения), его движение определяется как фаза пассивной дисперсии и описывается процессами турбулентной диффузии.

Концентрацию газа в точке с координатами ( х, у, z) в фазе пассивной дисперсии определяют из формулы

(Г.7)

где s_y, s_z — среднеквадратичные отклонения, зависящие от величины x_c - x₀;

х_c — координата центра облака в направлении ветра, м

x₀ — координата точки окончания фазы падения, м;

s_y (x_c - x₀); s_z (x_c - x₀) зависят от класса устойчивости по Паскуиллу.

При x_c = x₀ принимается s_y0 = r / 2,14, s_z0 = h / 2,14;

при x_c > x₀

Г.1.2 Непрерывное истечение СУГ

Для описания непрерывного истечения СУГ из резервуаров или иных аппаратов предполагается, что результирующая концентрация газа в паровоздушном облаке является суммой концентраций от отдельных элементарных газовых объемов и рассчитывается по формуле

, (Г.8)

где Q = т· t _j,— масса СУГ в j -м элементарном объеме, кг;

т — массовая скорость истечения СУГ, кг/с;

x j— координата центра j -го элементарного объема, м;

— среднеквадратичные отклонения распределения концентраций в j -м элементарном объеме, м.

- определяют аналогично в Г. 1.1.3.

Пример — Расчет динамики паровоздушного облака в открытом пространстве

Для расчета динамики паровоздушного облака (движения в пространстве границы облака, определяемой НКПВ) принимается, что в некоторый момент времени t₀ начинается истечение пропана с массовой скоростью 1,3 кг/с, скорость ветра составляет 1 м/с, градиент температуры составляет 0,667 К/м.

Процедура расчета, реализованная на ПЭВМ, представлена на блок-схеме (рисунок Г.1). Результаты расчета границы облака для двух значений времени t₀ + 10 с и t₀ + 300 с представлены на рисунке Г.2.

 

 

Рисунок Г. 1 — Алгоритм расчета параметров паровоздушного облака

t₀ — время начала истечения

Рисунок Г. 2 — Границы паровоздушного облака по НКПВ на различные моменты времени от начала истечения

 

ПРИЛОЖЕНИЕ Д

(рекомендуемое)