Определение допустимого времени теплового воздействия на персонал и элементы объекта

Степень опасности – функция потока теплового излучения и длительность его воздействия. Это справедливо как для воздействия на здания и сооружения, так и на персонал. Длительность воздействия принято называть эффективным временем экспозиции. При этом тепловое воздействие пожара способно, воздействуя на объект, поглощаться им в течение определенного времени, рассеиваться и не вызвать изменений в нем. Такое время воздействия называется безопасной экспозицией. Определить время безопасной экспозиции можно на основании экспериментальных данных, представленных в табл.7 приложения 3. При этом для элемента объекта выбирают менее устойчивый материал конструкций. Для организма человека данные об интенсивности теплового излучения с учетом эффективного временем экспозиции приведены в табл.7 приложения 3.

Оценить интенсивность теплового потока на интересуемом расстоянии до объекта можно как на основе экспериментальных данных, например для горения нефтепродуктов – табл.2.15, так и на основании расчета по формуле (2.79) в соответствии с принятой моделью воздействия теплового потока. Таким образом, из табл.7 приложения 3 по значению интенсивности теплового потока можно определить допустимое время экспозиции.

Таблица 2.15

Интенсивность излучения пламени при горении разлитого нефтепродукта

 

Площадь горения, м^2	Интенсивность излучения пламени (кВт/м^2) на расстоянии от него, м
	3,8	-	-	-	-
	7,0	4,2	-	-	-
	11,1	7,0	4,2	-	-
	14,0	8,1	4,9	2,1	-
	16,5	9,2	5,5	2,3	-
	18,0	10,5	6,3	3,1	-
	20,5	15,6	8,1	3,9	-
	30,0	24,0	11,1	5,6	2,4
	45,0	30,0	11,5	5,8	2,5
	75,0	40,0	12,5	6,0	2,8
	82,0	45,0	14,0	8,0	4,2

 

Для строительных конструкций оценка допустимого времени теплового воздействия определяется исходя из оценки допустимого теплового потока, время которого будет критичным для элемента объекта, вызовет необратимые термоокислительные процессы и произведет его выгорание либо материал перейдет в пластичную стадию деформации и предел прочности превысит предел текучести. Для человека допустимое время регламентируется болевыми порогами и степенью ожогов.

При определении допустимого времени экспозиции теплового потока для человека также может быть использован вероятностный подход – через функцию «пробит» (см. формулу –2.80). При этом необходимо задаться следующими критериями:

значением теплового потока для человека, который может быть определен по формуле (2.79);

вероятностным критерием характера воздействия, (табл.2.14) который при вероятности Р=0,01=f(P_r 2,67) носит длительный характер - критерий безопасной зоны;

при Р=0,5=f(P_r 5,0) определяется непродолжительной экспозицией и может накапливаться в организме человека - критерий зоны допустимого воздействия;при Р=0,11=f(P_r 7,33) носит кратковременный характер либо накапливается в организме человека при меньших тепловых потоках, но за более продолжительное время – критерий опасной зоны.

Таким образом, решая стационарную задачу, когда человек вынужден продолжительное время оставаться в зоне воздействия теплового потока (например, в случае неспособности к движению в результате поражения либо при необходимости осуществления аварийно-спасательных работ) методом итераций увеличивая время экспозиции, сохраняя постоянным тепловой поток – q_R=const и при допущении неподвижности человека, т.е. R=const, можем определить при приращении функции «пробит» до значений P_r 2,67 – безопасное время экспозиции, до значений P_r 5,0 – допустимое время экспозиции, до значений P_r 7,33 – опасное время экспозиции.

 

Особенности теплового воздействия при пожаре в наземном

Хранилище нефтепродуктов

Хранилища нефтепродуктов относятся к классу пожаровзрывоопасных объектов, технологический цикл которых заключается в приемке, распределении, хранении и выдаче потребителю нефтепродуктов. Аварийный выход нефтепродукта на любой стадии этого цикла может реализоваться в аварии с пожарами и/или взрывами. Резервуарные парки являются местами наибольшего скопления нефтепродуктов и поэтому аварии, возникающие в них, наиболее опасны.

Наиболее вероятной причиной аварии в резервуарном парке является аварийный перелив топлива при заполнении резервуара. По данным статистики интенсивность аварий по этой причине составляет 0,2 в год. Пожары могут иметь место как на самих резервуарах (открытый пожар), так и в обваловании после потери устойчивости резервуара и выливе нефтепродукта в его периметр.

Особенность воздействия тепловых потоков от факелов открытых пожаров на резервуарах на элементы объекта и персонал заключается в поднятии основания пожара на высоту резервуара. При этом в соответствии законом Ламберта тепловые потоки будут менее опасными, чем в случае нахождения объекта безопасности и основания пожара в одной плоскости (на поверхности земли), при условии одинаковых расстояний. Это объясняется величиной угла излучения, который в первом случае имеет больший угол (косинус меньше) – см. формулу (2.79). При пожаре в обваловании на интенсивность теплового потока влияет размер зоны разлития. Эти особенности учтены в методике, которая позволяет определить параметры пожара, оценить последствия теплового воздействия на людей и элементы объекта, а также обосновать общие рекомендации по тушению горящих нефтепродуктов.

Основными из параметров, характеризующих пожарную обстановку на нефтебазах, являются: размер площади горения (площадь пожара); параметры факела горения; время выгорания нефтепродукта, если тушение не производится.

Если имеет место горение нефтепродукта в резервуаре (емкости), то площадь горения (площадь пожара) принимается равной площади поперечного сечения резервуара. Для резервуаров круглого сечения справедлива зависимость (2.82), а прямоугольного – (2.83):

; (2.82)

, (283)

где d – диаметр резервуара;

l – длина поперечного сечения резервуара;

b – ширина поперечного сечения.

При истечении нефтепродукта из разрушенной емкости или трубопровода определяется площадь разлития, в пределах которой разлилась горючая жидкость вследствие разрушения резервуара, трубопровода или вскипания нефти в горящем резервуаре. В этом случае расчетной площадью считается площадь разлития.

При горении н/продукта в пределах обвалования его площадь F_раз может быть определена по формуле (2.84):

, (2.84)

где l и b - линейные размеры (длина и ширина) обвалования группы одинаковых по емкости резервуаров, м;

n – количество резервуаров в одной группе (принимается, что истечение н/продукта имело место из одного резервуара);

d_рез – диаметр резервуара, м.

При горении разлития на местности без обвалования площадь пятна разлития может быть определена по формуле:

, (2.85)

где V_раз – объем разлившегося нефтепродукта (м³), обычно принимают объем равным 90% объема аварийного резервуара;

– удельная площадь керосина, то что понимается под растеканием одного кубометра керосина на поверхности силикатного стекла, м²/м³;

– коэффициент удельной площади растекания горючей жидкости, см. табл.2.16,

Таблица 2.16

Горючая жидкость	Керосин	Бензин	Дизельное топливо	Нефть	Масло
Кf		0,92	0,19	0,144	0,06

– коэффициент растекания жидкости в зависимости от поверхности растекания, принимается в соответствии с табл.2.17

Таблица 2.17

Горючая жидкость	Значения коэффициента
грунт	асфальт	бетон
Керосин	0,1	0,2	0,5
Бензин	0,1	0,1	0,3
Дизельное топливо	0,4	0,6	0,6
Нефть	0,6	0,9	1,25

Если разлитие невелико, то его площадь (F_раз) с определенной долей приближения можно принять как площадь круга диаметром Д_раз:

. (2.86)

При оперативном прогнозировании (отсутствуют справочные или иные данные) площадь разлития нефтепродуктов допускается принимать для 1 л растворов или смесей, содержащих 70 % и менее (по массе) растворителей, равную разливу на площади 0,1 м², а остальных жидкостей – на 0,15 м².

Параметры факела горения

 

При горении н/продукта в резервуаре факел горения может приниматься в форме конуса с основанием, равным площади поперечного сечения резервуара. Высота конуса может приниматься равной 1 –1,2 диаметра резервуара или определяться по формуле Томсона:

, (2.87)

где m – массовая скорость выгорания топлива, кг/(м²·с);

– плотность окружающего воздуха, кг/м³;

g=9,81 м/с² – ускорение свободного падения.

Площадь излучающей поверхности факела при горении н/продуктов может приниматься по зависимости:

, (2.88)

где F_ф – площадь излучающей поверхности факела, м²;

d_ф – диаметр резервуара (основание факела), м;

Н_ф – высота факела, м.

В оперативных расчетах оценки последствий горения нефтепродуктов можно принимать:

высоту факела равную (1–1,2)d_рез, при горении горючих жидкостей в резервуарах;

Н_ф = 10÷15 м, при горении жидкостей в разлитии.

Время выгорания нефтепродукта зависит от вида и массы горящего нефтепродукта, параметров пожара и скорости выгорания горючего, линейной или массовой.

Тогда время горения н/продукта (, с) можно найти из отношения:

для горения нефтепродукта в резервуаре:

, (2.89)

при горении нефтепродукта в разлитии:

= , (2.90)

где Н – высота слоя (толщина) горящего нефтепродукта в резервуаре или разлитии, м;

V_гор – объем разлившегося горючего, м³;

– плотность горящего нефтепродукта, кг/м³;

F_раз – площадь разлития, м²;

m_л – линейная скорость выгорания, м/с;

m – массовая скорость выгорания, кг/(м²·с).

Определив площадь обращенной поверхности факела к объекту безопасности по формуле (2.87), либо по другим графоаналитическим моделям, экспериментальным данным, можно определить по формуле (2.79) значения теплового потока до интересуемого объекта, безопасное расстояние для интересуемых объектов по формуле (2.78) и допустимое время теплового воздействия по оценочным критического теплового потока на основании данных таб. 7 приложения 3 либо использование вероятностного подхода по оценке функции «пробит» формулы (2.80), значения которой представлены в табл. 2.10.

Примеры решения задач

Пример 1.

Оценить интенсивность тепловых потоков от пожара разлития бензина в обваловании с размерами 60х60 м, воспринимаемых человеком на расстоянии 100 м (q₁, кВт/м²) и пожарным автомобилем (q₂, кВт/м²) на удалении 50 м от границы обвалования (кромки пожара).

Исходные данные: ЛВЖ-бензин; Т_ф=1142 К; Е₀=0,98; Е_{м, чел.}=0,9;

Е_{м, рез}=0,95; F_п=60х60 м; W_м=0,06 мг/(м²∙с); R₁=100 м; R₂=50 м.

Решение

Для определения интенсивности тепловых потоков на определенных расстояниях от пожара воспользуемся формулой:

1) Угол φ – угол положения места объекта излучения относительно поверхности факела – можно вычислить на основе графоаналитической модели равнобедренной пирамиды, в которой на тело действует тепловой поток одной из ее граней. Грань пирамиды можно аппроксимировать в единичную площадку с площадью F_ф. Из точки на ее поверхности, находящейся на равном удалении от вершины до середины основания, тепловой поток воздействует на тело, расположенное на плоскости основания пирамиды.

Рис. 2.8. Графоаналитическая модель определения угла местоположения объекта излучения относительно поверхности факела пламени, аппроксимированного в виде четырехгранной равнобедренной пирамиды, с основанием а и высотой Н

 

Из развернутого угла определим , :

 

В соответствии с теорией о конгруэнтности углов выразим и .

1.1 определим из , в котором (из условия деления КМ на равные части);

, где , но ,

тогда ,

где , ; ; ; ;

- расстояние от объекта до кромки пожара;

; ;

; .

1.2 определим из , в котором = ,

тогда ,

где ZK=H ZM= ;

;

.

2. Высоту пожара определим по формуле Томсона:

в которой d – эффективный диаметр площадей пожара-F_п:

.

Тогда ; .

 

3. Определим площадь факела пожара, обращенного к объекту. Это площадь поверхности грани, которая равна:

; ;

определим из ,

тогда ;

.

4. Определяем интенсивность теплового потока для человека, находящегося на расстоянии 100 м от границы обвалования.

4.1. Угол – угол положения человека относительно грани факела пожара

;

.

4.2. Подставим найденные значения в формулу 2.3.2.16 и определим интенсивность теплового потока:

;

.

5. Определим интенсивность теплового потока для пожарного автомобиля, используя для оценки материала резину колес.

5.1. Угол на удалении 50 м составит

;

=0,896 .

5.2. Интенсивность теплового потока для колес пожарного автомобиля составит:

;

.

Пример 2

Определить безопасное, допустимое и опасное время нахождения человека по условиям примера 1, используя вероятностный метод.

Дано: q=3,86     tбезопасное-? tдопустимое-? tопасное-?

Решение

Воспользуемся формулой

;

для: t_{безопасное} ;

t_{допустимое} ;

 

t_{опасное} ;

Выполним итерации вычислений, где методом подбора определим время.

Определим безопасное время нахождения человека:

. При t=180 c.

, необходимо уменьшить время.

1.2. При t=160 c P_r=2,703, уменьшим время;

1.3. При t=155 c P_r=2,62;

1.4. При t=158 c P_r=2,67.

2. Определим допустимое время нахождения человека (алгоритм прежний)

при t=393 c P_r=5,00.

3. Определяем опасное время нахождения человека (алгоритм прежний)

при t=475 c P_r=7,33.

 

Ответ: Время нахождения человека на удалении 100 м от границы пожара при интенсивности теплового потока в 3,86 составляет:

безопасное - 2 мин. 38 с;

допустимое - 6 мин. 33 с;

опасное - 16 мин. 15 с.

При выполнении работ, рассчитанных на более длительный срок, необходимо использовать защитный костюм типа «Шторм-м», а

Критическое значение интенсивности излучения для анализа опасных последствий на элемент объекта и персонал.

 

 

ГЛАВА III