Строительный каталог

ГОСТ Р 12.3.047-98, часть 3

Р mах1 = Р mах2 ; (А.29)

k st1 = k st2 ,

где 1,2— индексы, относящиеся к двум произвольно выбранным аппаратам.

Для аппарата объемом менее 16 л расчетные значения характеристик сгорания пылевоздушных смесей (по результатам испытаний в крупномасштабной емкости) обладают достаточным запасом надежности.

А.3.2.4 Оценка расчетных значений параметров сгорания пылевоздушных смесей для протяженных аппаратов (с отношением максимального габаритного размера к минимальному порядка 5 и более), а также горения, протекающего в режиме детонации, возможна на основе экспертных заключений.

Пример

Данные для расчета

Рассчитать избыточное давление при сгорании полиэтиленовой пыли в помещении для следующих исходных данных: М вз = 10 кг; M ав = 90 кг; F = 0,3; H т = 47·106 Дж/кг; V св = 2000 м3 ; V ав = 20 м3 ; Р в = 1,2 кг/м3 ; T о = 298 К; pст = 0,1 кг·м3 .

Определяем Z по формуле (А.22)

Z = 0,5F = 0,5 · 0,3 = 0,15.

Определяем М по формуле (А.23)

отсюда следует, что М = 14 кг.

Принимая К н = 3 и подставляя исходные данные в выражение для расчетного избыточного давления при сгорании пылевоздушной смеси, получим:

кПа.


ПРИЛОЖЕНИЕ Б

(обязательное)


МЕТОД РАСЧЕТА РАЗМЕРОВ ЗОН, ОГРАНИЧЕННЫХ НИЖНИМ КОНЦЕНТРАЦИОННЫМ ПРЕДЕЛОМ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПЛАМЕНИ (НКПР) ГАЗОВ И ПАРОВ


Б.1 Метод расчета зон, ограниченных НКПР газов и паров, при аварийном поступлении горючих газов и паров ненагретых легковоспламеняющихся жидкостей в открытое пространство при неподвижной воздушной среде

Б. 1.1 Расстояния X НКПР , Y НКПР и Z НКПР , м, для ГГ и ЛВЖ, ограничивающие область концентраций, превышающих НКПР, рассчитывают по формулам

для ГГ

, (Б.1)

, (Б.2)

для паров ЛВЖ

, (Б.3)

, (Б.4)

где m г - масса поступившего в открытое пространство ГГ при аварийной ситуации, кг;

r г - плотность ГГ при расчетной температуре и атмосферном давлении, кг/м3 ;

m п - масса паров ЛВЖ, поступивших в открытое пространство за время полного испарения, но не более 3600 с, кг;

r г - плотность паров ЛВЖ при расчетной температуре и атмосферном давлении, кг/м3 ;

рн - давление насыщенных паров ЛВЖ при расчетной температуре, кПа;

К - коэффициент (К = для ЛВЖ);

Т— продолжительность поступления паров ЛВЖ в открытое пространство, с;

СНКПР нижний концентрационный предел распространения пламени ГГ или паров ЛВЖ, % (об.).

Б. 1.2 Радиус r б , м, и высоту Z б , м, зоны, ограниченной НКПР газов и паров, вычисляют исходя из значений H НКПР , Y HKHP и z НКПР .

При этом R б > ХНКПР , R б > Y НКПР и Z б > h + R б для ГГ и Z б > Z НКПР для ЛВЖ (h — высота источника поступления газа от уровня земли, м).

Для ГГ геометрически зона, ограниченная НКПР газов, будет представлять цилиндр с основанием радиусом R б и высотой h б = 2 R б при R б £ h и h б = h + R б при R б > h, внутри которого расположен источник возможного выделения ГГ.

Для ЛВЖ геометрически зона, ограниченная НКПР паров, будет представлять цилиндр с основанием радиусом R б и высотой h = ZНКПР при высоте источника паров ЛВЖ h < ZНКПР и h б = h + ZНКПР при h ³ ZНКПР

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

Б. 1.3 Во всех случаях значения X НКПР , Y НКПР и ZНКПР должны быть не менее 0,3 м для ГГ и ЛВЖ.

Примеры

1. Определить размеры зоны, ограниченной НКПР паров, при аварийной разгерметизации трубопровода, транспортирующего ацетон.

Данные для расчета

Трубопровод, транспортирующий ацетон, проложен на открытом пространстве на высоте h = 0,5 м от поверхности земли. Трубопровод оснащен ручными задвижками.

Масса паров ацетона, поступивших в открытое пространство за время полного испарения, определена в соответствии с приложением И и составляет m а = 240 кг при времени испарения Т = 3600 с. Максимально возможная температура для данной климатической зоны tр = 36 ° С. Плотность паров ацетона r a при t р равна 2,29 кг/м3 . Нижний концентрационный предел распространения пламени паров ацетона СНКПР = 2,7 % (об.). Давление насыщенных паров ацетона рн при tp равно 48,09 кПа.

Расчет

Расстояния X НКПР , Y НКПР и ZНКПР для ацетона, ограничивающие область концентраций, превышающих НКПР, составят

Таким образом, граница зоны, ограниченной НКПР паров, по горизонтали будет проходить на расстоянии 41,43 м от обечайки трубопровода, а по вертикали — на высоте h б = ZHKHP = 1,55 м от поверхности земли.

2. Определить размеры зоны, ограниченной НКПР газов, при аварийной разгерметизации емкости с метаном на открытом пространстве.

Данные для расчета

При разгерметизации емкости в атмосферу поступит 20 кг метана. Емкость представляет собой цилиндр с основанием радиусом 1 м и высотой h а = 10 м. Максимально возможная температура для данной климатической зоны tр = 30 ° С. Плотность метана r м при t р равна 0,645 кг/м3 . Нижний концентрационный предел распространения пламени метана СНКПР = 5,28 % (об.)

Расчет

Расстояния X НКПР , Y НКПР и ZНКПР для метана, ограничивающие область концентраций, превышающих НКПР, составят

м,

м,

Таким образом, для расчетной аварии емкости с метаном геометрически зона, ограниченная НКПР газов, будет представлять цилиндр с основанием радиусом R б = 26,18 м и высотой h б = h а + R б = 10 + 26,18 = 36,18 м. За начало зоны, ограниченной НКПР газов, принимают внешние габаритные размеры емкости.

Б.2 Метод расчета размеров зон, ограниченных НКПР газов и паров, при аварийном поступлении горючих газов и паров ненагретых легковоспламеняющихся жидкостей в помещение

Нижеприведенные расчетные формулы применяют для случая 100 m / ( r г , п Vсв ) < 0 , 5 СНКПРНКПР - нижний концентрационный предел распространения пламени горючего газа или пара, % (об.)] и помещений в форме прямоугольного параллелепипеда с отношением длины к ширине не более 5.

Б.2.1 Расстояния X НКПР , Y НКПР и ZНКПР рассчитывают по формулам

, ( Б.5 )

, ( Б.6 )

, ( Б.7 )

где К1 - коэффициент, принимаемый равным 1,1314 для горючих газов и 1,1958 для легковоспламеняющихся жидкостей;

К2 - коэффициент, равный 1 для горючих газов;

для легковоспламеняющихся жидкостей;

К - коэффициент, принимаемый равным 0,0253 для горючих газов при отсутствии подвижности воздушной среды; 0,02828 для горючих газов при подвижности воздушной среды; 0,04714 для легковоспламеняющихся жидкостей при отсутствии подвижности воздушной среды и 0,3536 для легковоспламеняющихся жидкостей при подвижности воздушной среды;

h — высота помещения, м.

d , l , b и C0 приведены в А.2.3.

При отрицательных значениях логарифмов расстояния X НКПР , Y НКПР и ZНКПР принимают равными 0.

Б.2.2 Радиус R б и высоту Zб , м, зоны, ограниченной НКПР газов и паров, вычисляют исходя из значений X НКПР , Y НКПР и ZНКПР для заданного уровня значимости Q.

При этом R б > X НКПР , R б > Y НКПР и Zб > h + R б для ГГ и Zб > ZНКПР для ЛВЖ (h — высота источника поступления газа от пола помещения для ГГ тяжелее воздуха и от потолка помещения для ГГ легче воздуха, м).

Для ГГ геометрически зона, ограниченная НКПР газов, будет представлять цилиндр с основанием радиусом R б и высотой h б = 2 R б при R б £ h , h б = h + R б при R б > h, внутри которого расположен источник возможного выделения ГГ. Для ЛВЖ геометрически зона, ограниченная НКПР паров, будет представлять цилиндр с основанием радиусом R б и высотой Z б = Z НКПР высоте источника паров ЛВЖ h < Z НКПР и Z б = h + Z НКПР при h ³ Z НКПР . За начало отсчета принимают внешние габаритные размеры аппаратов, установок, трубопроводов и т. п.

Б.2.3 Во всех случаях значения расстояний X НКПР , Y НКПР и ZНКПР должны быть не менее 0,3 м для ГГ и ЛВЖ.

Примеры

1. Определить размеры зоны, ограниченной НКПР паров, образующейся при аварийной разгерметизации аппарата с ацетоном, при работающей и неработающей общеобменной вентиляции.

Данные для расчета

В центре помещения размером 40 х 40 м и высотой h п = 3 м установлен аппарат с ацетоном. Аппарат представляет собой цилиндр с основанием диаметром da = 0,5 м и высотой ha = 1 м, в котором содержится 25 кг ацетона. Расчетная температура в помещении tp = 30 °С. Плотность паров ацетона r а при tр равна 2,33 кг/м3 . Давление насыщенных паров ацетона p н при tр равно 37,73 кПа. Нижний концентрационный предел распространения пламени СНКПР = 2,7 % (об.). В результате разгерметизации аппарата в помещение поступит 25 кг паров ацетона за время испарения Т = 208 с. При работающей общеобменной вентиляции подвижность воздушной среды в помещении u = 0,1 м/с.

Расчет

Допустимые значения отклонений концентраций d при уровне значимости Q = 0,05 будут равны: 1,27 — при работающей вентиляции; 1,25 — при неработающей вентиляции ( u = 0). Предэкспоненциальный множитель С0 будет равен:

при работающей вентиляции

% (об.),

Сн = 100рн 0 = 100 · 37,73/101 = 37,36 % (об.),

V св = 0,8 V п = 0,8 · 40 · 40 · 3 = 3840 м3 ;

при неработающей вентиляции

% (об.).

Расстояния X НКПР , Y НКПР и ZНКПР составят:

при работающей вентиляции

м ,

м ,

м;

при неработающей вентиляции

м ,

м ,

м.


Таким образом, для ацетона геометрически зона, ограниченная НКПР паров, будет представлять собой цилиндр с основанием радиусом R б и высотой Z б = h а +Z НКПР , так как h а > ZHKHP , при работающей вентиляции

Z б = 1 + 0,2 = 1,2 м, R б = 9,01 м;

при неработающей вентиляции

Z б = 1 + 0,03 = 1,03 м, R б = 10,56 м.

За начало отсчета принимают внешние габаритные размеры аппарата.

2. Определить размеры зоны, ограниченной НКПР газов, образующейся при аварийной разгерметизации газового баллона с метаном, при работающей и неработающей вентиляции.

Данные для расчета

На полу помещения размером 13 х 13 м и высотой H п = 3 м находится баллон с 0,28 кг метана. Газовый баллон имеет высоту hб = 1,5 м. Расчетная температура в помещении t р = 30 °С. Плотность метана r м при t р равна 0,645 кг/м3 . Нижний концентрационный предел распространения пламени метана СНКПР = 5,28 % (об.). При работающей общеобменной вентиляции подвижность воздушной среды в помещении u = 0,1 м/с.

Расчет

Допустимые отклонения концентраций при уровне значимости Q = 0,05 будут равны: 1,37 при работаюшей вентиляции; 1,38 при неработающей вентиляции ( u = 0).

Предэкспоненциальный множитель С0 будет равен:

при работающей вентиляции

% (об.);

при неработающей вентиляции

% (об.);

Расстояния X НКПР , Y НКПР и ZНКПР составят:

при работающей вентиляции

,

,

.

следовательно X НКПР , Y НКПР и ZНКПР = 0;

при неработающей вентиляции

м ,

м ,

м.

Таким образом, для метана при неработающей вентиляции геометрически зона, ограниченная НКПР газов, будет представлять собой цилиндр с основанием радиусом R б = 3,34 м и высотой h б = h + R б = 3 + 3,34 = 6,34 м. Ввиду того, что h б расчетное больше высоты помещения h п = 3 м, за высоту зоны, ограниченной НКПР газов, принимаем высоту помещения h б = 3 м.


ПРИЛОЖЕНИЕ В

(рекомендуемое)

МЕТОД РАСЧЕТА ИНТЕНСИВНОСТИ ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ПРИ ПОЖАРАХ ПРОЛИВОВ ЛВЖ И ГЖ


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

q = Ef · Fq · t , (B.1)

где Ef среднеповерхностная плотность теплового излучения пламени, кВт/м2 ;

Fq  — угловой коэффициент облученности;

t  — коэффициент пропускания атмосферы.

В.2 Ef 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/м2 , при d, м

т , кг/(м2 · с)


10

20

30

40

50


СПГ (метан)

220

180

150

130

120

0,08

СУГ (пропан-бутан)

80

63

50

43

40

0,1

Бензин

60

47

35

28

25

0,06

Дизельное топливо

40

32

25

21

18

0,04

Нефть

25

19

15

12

10

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 Ef 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 Fq по формуле

, (В.4)

где ,(В.5)

где А = ( h2 + + 1 ) / 2S1 , (В.6)

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

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

, ( В.9)

B = ( 1+S 2 ) / ( 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 / 2 · с), g = 9,81 м/с2 и r в = 1,2 кг/м3 :

Находим угловой коэффициент облученности Fq 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 Ма0 , кг, мгновенно вовлекающуюся в облако для такого испарения, рассчитывают по формуле

Ма0 = ( l - d ) Mg Lg / ( Cp.a ( Ta - Tg ) + Xw Lw ) , (Г.1)

где Мg  — масса выброшенного СУГ, кг;

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

Lg  — удельная теплота парообразования СУГ, Дж/кг;

Ta  — температура окружающего воздуха, К;

Т g  — температура кипения СУГ при атмосферном давлении, К;

Хw  — массовая доля водяных паров в воздухе;

Lw  — удельная теплота парообразования воды, Дж/кг.

d определяют из соотношения

d = 1 - ехр (- С p.g (T a - Tg ) / Lg ) , (Г.2)

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

Г. 1.1.2 Принимают, что образовавшееся облако дрейфует по ветру со скоростью vd = 0,6 n 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:

dMa / dt = r a p r2 a2 a3 n в Ri-1 + 2 r a а1 ( dr / dt ) p r h,

dT / dt =((dMa / dt) Cp.a ( Ta - T ) + p r2 ( Tgr - T )1,333 ) / ( Ma Cp.a + Mg Cp.g ) , (Г.З)

dr / dt = a4 (gh ( r g.a - r a ) / r g.a ) 0,5 ,

где Ma  — масса воздуха в облаке, кг;

r a  — плотность воздуха, кг/м3 ;

r  — радиус облака, м;

а1 , a2 , a3 , a4 коэффициенты ( а1 = 0,7, а 2 = 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 h0,48 g / ( a3 2 n в 2 ) ) ( 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

1

Безоблачно

>>>0,01

В

2

Солнечно и тепло

>>0,01

С

5

Переменная облачность в течение дня

>0,01

D

5

Облачный день или облачная ночь

» 0,01

Е

3

Переменная облачность в течение ночи

<0,01

F

2

Ясная ночь

Инверсия (отрицательный градиент)


Решением системы вышеуказанных уравнений являются зависимости

Ma = Ma (t), Т= Т( t ), r= r(t).

Для решения системы уравнений необходимы дополнительные соотношения

r g.a = (Ma + Mg ) / (Ma / r a + Mg / r g ) ( Ta / 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)=(Ma / r a + Mg / r g ) (T /Ta )( 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 xc - x0 ;

х c  — координата центра облака в направлении ветра, м

x0  — координата точки окончания фазы падения, м;

s y ( xc - x0 ); s z (xc - x0 ) зависят от класса устойчивости по Паскуиллу.

При xc = x0 принимается s y0 = r / 2,14 , s z0 = h / 2,14;

при xc > 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;

xj— 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 t 0 + 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)


МЕТОД РАСЧЕТА ИНТЕНСИВНОСТИ ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И ВРЕМЕНИ СУЩЕСТВОВАНИЯ «ОГНЕННОГО ШАРА»


Д. 1 Расчет интенсивности теплового излучения «огненного шара» q, кВт/м2 , проводят по формуле

q = Ef · Fq · t , (Д.1)

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

 — угловой коэффициент облученности;

t коэффициент пропускания атмосферы.

Д.2 Ef определяют на основе имеющихся экспериментальных данных. Допускается принимать Ef равным 450 кВт/м2 .

Д.3 Fq рассчитывают по формуле

, (Д.2)

где Н— высота центра «огненного шара», м;

Ds  — эффективный диаметр «огненного шара», м;

r — расстояние от облучаемого объекта до точки на поверхности земли непосредственно под центром «огненного шара», м.

Д.4 Эффективный диаметр «огненного шара» Ds рассчитывают по формуле

Ds =5,33 m 0,327 , . 3)

где т — масса горючего вещества, кг.

Д.5 H определяют в ходе специальных исследований. Допускается принимать H равной Ds /2.

Д.6 Время существования «огненного шара» ts , с, рассчитывают по формуле

ts = 0,92 m 0,303 . (Д.4)

Д.7 Коэффициент пропускания атмосферы т рассчитывают по формуле

t = ехр [-7,0 · 10 -4 (- Ds / 2)]. (Д.5)

Пример — 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/м3 . 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 т в «огненном шаре» по формуле

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

где V— объем резервуара, м3 (V = 600 м3 );

r  — плотность жидкой фазы, кг/м3 ( r = 530 кг/м3 );

a  — степень заполнения резервуара ( a = 0,8).

По формуле (Д.3) определяем эффективный диаметр «огненного шара» Ds

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

По формуле (Д.2), принимая H = Ds /2 = 156 м, находим угловой коэффициент облученности Fq

По формуле (Д.5) находим коэффициент пропускания атмосферы t :

t = ехр [-7,0 · 10 -4 ( - 312/2)] = 0,77 .

По формуле (Д.1), принимая Ef = 450 кВт/м2 , находим интенсивность теплового излучения q

q = 450 · 0,037 · 0,77 = 12,9 кВт/м2 .

По формуле (Д.4) определяем время существования «огненного шара» ts

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


ПРИЛОЖЕНИЕ Е

(рекомендуемое)


МЕТОД РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ВОЛНЫ ДАВЛЕНИЯ ПРИ СГОРАНИИ ГАЗОПАРОВОЗДУШНЫХ СМЕСЕЙ В ОТКРЫТОМ ПРОСТРАНСТВЕ


Е. 1 Исходя из рассматриваемого сценария аварии, определяют массу т, кг, горючих газов и (или) паров, вышедших в атмосферу из технологического аппарата (приложение А).

Е.2 Избыточное давление D p , кПа, развиваемое при сгорании газопаровоздушных смесей, рассчитывают по формуле

, (Е. 1)

где р 0  — атмосферное давление, кПа (допускается принимать равным 101 кПа);

r  — расстояние от геометрического центра газопаровоздушного облака, м;

m пp  — приведенная масса газа или пара, кг, рассчитанная по формуле

m пр = ( Q сг / Q 0 ) m г,п Z,

где Q сг — удельная теплота сгорания газа или пара, Дж/кг;

Z— коэффициент участия, который допускается принимать равным 0,1;

Q 0 — константа, равная 4,52 · 106 Дж/кг;

m г,п — масса горючих газов и (или) паров, поступивших в результате аварии в окружающее пространство, кг.

Е.3 Импульс волны давления i , Па · с, рассчитывают по формуле

. (Е.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/м3 . Степень заполнения емкости 80 % (по объему). Удельная теплота сгорания пропана 4,6 · 107 Дж/кг. Принимается, что в течение времени, необходимого для выхода сжиженного газа из емкости, весь пропан испаряется.

Расчет

Находим приведенную массу m пр по формуле (Е.2):

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

Находим избыточное давление D p по формуле (Е.1)

D p = 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 (Е.3):

i = 123 (2,59 · 10 5 )0 , 66 / 500 = 1000 Па · с.


ПРИЛОЖЕНИЕ Ж

(рекомендуемое)


МЕТОД РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ВОЛНЫ ДАВЛЕНИЯ ПРИ ВЗРЫВЕ РЕЗЕРВУАРА С ПЕРЕГРЕТОЙ ЖИДКОСТЬЮ ИЛИ СЖИЖЕННЫМ ГАЗОМ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ НА НЕГО ОЧАГА ПОЖАРА


Ж. 1 При попадании замкнутого резервуара со сжиженным газом или жидкостью в очаг пожара может происходить нагрев содержимого резервуара до температуры, существенно превышающей нормальную температуру кипения, с соответствующим повышением давления. За счет нагрева несмоченных стенок сосуда уменьшается предел прочности их материала, в результате чего при определенных условиях оказывается возможным разрыв резервуара с возникновением волн давления и образованием «огненного шара». Расчет параметров «огненного шара» изложен в приложении Д. Порядок расчета параметров волн давления изложен ниже. Разрыв резервуара в очаге пожара с образованием волн давления получил название BLEVE (Boiling Liquid Expanding Vapour Explosion — взрыв расширяющихся паров вскипающей жидкости).

Ж. 2 Возможность возникновения BLEVE для конкретного вещества, хранящегося в замкнутой емкости, определяют следующим образом.

Ж.2.1 Рассчитывают d по формуле

d = Ср (T-T кип ) / L , (Ж.1)

где Ср— удельная теплоемкость жидкой фазы, Дж/кг;

Т— температура жидкой фазы, соответствующая температуре насыщенного пара при давлении срабатывания предохранительного клапана, К;

T кип — температура кипения вещества при нормальном давлении. К;

L — удельная теплота испарения при нормальной температуре кипения Т кип , Дж/кг.

Ж.2.2 Если d < 0,35, BLEVE не происходит. При d ³ 0,35 вероятность возникновения данного явления велика.

Ж.3 Параметрами волны давления, образующейся при BLEVE, являются избыточное давление в положительной фазе волны D p и безразмерный импульс положительной фазы волны i .

D p , кПа, и i, Па·с, рассчитывают по формулам:

, (Ж.2)

, (Ж.3)

где p0 — атмосферное давление, кПа (допускается принимать равным 101 кПа);

r — расстояние до разрушающегося технологического оборудования, м;

mпр — приведенная масса, кг, рассчитанная по формуле

mпр = E иэ / Q0 . (Ж.4)

где E иэ  — энергия, выделяющаяся при изэнтропическом расширении среды, находящейся в резервуаре, Дж;

q0  — константа, равная 4,52 · 106 Дж/кг.

Ж.4 E иэ , Дж, рассчитывают по формуле

E иэ = С эфф m ( Т - Т кип ) . (Ж.5)

где m  — масса вещества в резервуаре, кг;

С эфф — константа, равная 500 Дж/(кг·К);

Т температура вещества в резервуаре в момент его взрыва, К;

Т кип температура кипения вещества при атмосферном давлении, К.

При наличии в резервуаре предохранительного клапана Т, К, допускается рассчитывать по формуле

, (Ж.6)

где А, В, Са  — константы Антуана вещества;

рк  — давление срабатывания предохранительного клапана, кПа. Константа А должна соответствовать давлению, выраженному в килопаскалях.

Пример — 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. Цистерна имеет предохранительный клапан на давление срабатывания 2,0 МПа.

Расчет Энергию, выделившуюся при расширении среды в резервуаре, рассчитывают по формуле (Ж.5).

E иэ = С эфф m ( Т - Т кип ),

где m = 4 · 104 кг — масса пропана в цистерне;

Сэфф  — константа, равная 500 Дж/кг·К);

Ткип = - 43 + 273 = 230 К — температура кипения пропана при постоянном давлении.

Т, К, находим по формуле (Ж.6)

где рк = 2,000 кПа, А = 5,949, В = 812,648, Са = 247,55.

Отсюда

Получим E иэ

E иэ = 4 · 104 (332-230)500 = 2,06 · 109 Дж.

Находим приведенную массу m пр , кг, по формуле (Ж.4)

m пр = 2,06 · 109 / (4,52 · 106 ) = 456 кг.

Вычислим D p и i по формулам (Ж.2) и (Ж.3)

D р = 101 (0,8 · 456 0, 33 / 750 + 3 · 456 0, 66 / 7502 + 5 · 4563 / 750 ) = 0,86 кПа,

i = 123 · 45 60,66 / 750 = 9,7 Па · с.


ПРИЛОЖЕНИЕ И

(рекомендуемое)

МЕТОД РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ИСПАРЕНИЯ ГОРЮЧИХ НЕНАГРЕТЫХ ЖИДКОСТЕЙ И СЖИЖЕННЫХ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ГАЗОВ


И. 1 Интенсивность испарения W, кг/(с·м2 ), определяют по справочным и экспериментальным данным. Для ненагретых выше температуры окружающей среды ЛВЖ, при отсутствии данных допускается рассчитывать W по формуле1)

W = 10-6 h p н , (И.1)

_______

1) Формула применима при температуре подстилающей поверхности от минус 50 до плюс 40 °С.

где h коэффициент, принимаемый по таблице И.1 в зависимости от скорости и температуры воздушного потока над поверхностью испарения;

М — молярная масса, г/моль;

p н  — давление насыщенного пара при расчетной температуре жидкости t р , определяемое по справочным данным, кПа.


Таблица И.1


Скорость воздушного потока в помещении,

Значение коэффициента h при температуре t, ° С, воздуха в помещении

м/с

10

15

20

30

35

0,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

0,1

3,0

2,6

2,4

1,8

1,6

0,2

4,6

3,8

3,5

2,4

2,3

0,5

6,6

5,7

5,4

3,6

3,2

1,0

10,0

8,7

7,7

5,6

4,6

Закрыть

Строительный каталог