ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Система стандартов безопасности труда

ПОЖАРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Общие требования.
Методы контроля

<< Начало

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;

_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;

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

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

К - коэффициент (К = T/3600 для ЛВЖ);

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

С_НКПР - 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 > Х_НКПР, 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 = 2R_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 = Z_НКПР при высоте источника паров ЛВЖ h < Z_НКПР и h_б = h + Z_НКПР при h ≥ Z_НКПР

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 Z_НКПР 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 t_р=36 °С. Плотность паров ацетона _a при t_р равна 2,29 кг/м³. Нижний концентрационный предел распространения пламени паров ацетона С_НКПР=2,7 %(об.). Давление насыщенных паров ацетона р_н при t_p равно 48,09 кПа.

Расчет

Расстояния X_НКПР, Y_НКПР и Z_НКПР 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 = Z_HKПP = 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 t_р = 30°С. Плотность метана м при t_р равна 0,645 кг/м³. Нижний концентрационный предел распространения пламени метана С_НКПР = 5,28 % (об.)

Расчет

Расстояния X_НКПР , Y_НКПР и Z_НКПР для метана, ограничивающие область концентраций, превышающих НКПР, составят

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 / (_г,пV_св)< 0,5 С_НКПР [СНКПР - 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 Z_НКПР 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;

К₂=T/3600 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.

, l, b и C₀ приведены в А.2.3.

При отрицательных значениях логарифмов расстояния X_НКПР, Y_НКПР и Z_НКПР принимают равными 0.

Б.2.2 Радиус R_б и высоту Z_б, м, зоны, ограниченной НКПР газов и паров, вычисляют исходя из значений X_НКПР, Y_НКПР и Z_НКПР для заданного уровня значимости Q.

При этом R_б > X_НКПР , 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 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 = 2R_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 ≥ 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 Z_НКПР 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 d_a = 0,5 м и высотой h_a = 1 м, в котором содержится 25 кг ацетона. Расчетная температура в помещении t_p = 30°С. Плотность паров ацетона _а при t_р равна 2,33 кг/м³. Давление насыщенных паров ацетона p_н при t_р равно 37,73 кПа. Нижний концентрационный предел распространения пламени С_НКПР = 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 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.),

С_н = 100р_н /р₀ = 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 Z_НКПР 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 > Z_HKHP, 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 h_б = 1,5 м. Расчетная температура в помещении t_р = 30°С. Плотность метана _м при t_р равна 0,645 кг/м³. Нижний концентрационный предел распространения пламени метана С_НКПР = 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 Z_НКПР составят:

при работающей вентиляции

,

,

.

следовательно X_НКПР, Y_НКПР и Z_НКПР = 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

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

F_q - угловой коэффициент облученности;

- 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

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

,

(B.2)

где S - площадь пролива, м².

8.4 Рассчитывают высоту пламени Н, м, по формуле

,

(B.3)

где m - удельная массовая скорость выгорания топлива, кг/(м · с);

_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

,

(B.4)

где

,

(B.5)

,

(B.9)

B.6 Определяют коэффициент пропускания атмосферы по формуле

= 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

m = 0,06 кг / (м² · с), g = 9,81 м/с² и _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 по формуле (В. 11)

= 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

Ма0 = ( l - ) MgLg / ( Cp.a ( Ta - Tg ) + XwLw),

(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.

определяют из соотношения

= 1 - ехр (- Сp.g (Ta - Tg) / Lg),

(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 = 0,6v_в (v_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 = _a r² a₂ a₃ v_в Ri^-1 + 2 _a а₁ (d_r / d_t) r h,

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

dr / dt = a₄ (gh (_g.a - _a) / _g.a)^0,5,

где M_a - масса воздуха в облаке, кг;

_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 v_в² )) ( _g.a - _a ) / _a ;

h - высота облака, м;

Т- температура облака. К;

Т_gr - температура земной поверхности. К;

_g.a - плотность паровоздушного облака, кг/м³.

Таблица Г.1- Классы устойчивости атмосферы по Паскуиллу

Решением системы вышеуказанных уравнений являются зависимости

M_a = M_a(t), Т= Т(t), r= r(t).

Для решения системы уравнений необходимы дополнительные соотношения

g.a = (Ma + Mg ) / (Ma / a + Mg / g ) ( Ta / T ).

(Г.4)

В качестве критерия окончания фазы падения принимают выполнение условия:

(g.a - a ) / g.a < 10-3.

(Г.5)

Зависимость h = h(t) находим из соотношения

h(t)=(Ma / a + Mg /g ) (T /Ta )( 1/( 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 _y, _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;

_y (x_c - x₀); _z (x_c - x₀) зависят от класса устойчивости по Паскуиллу.

При x_c = x₀ принимается _y0 = r / 2,14, _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 = m · _j,- масса СУГ в j-м элементарном объеме, кг;

m - массовая скорость истечения СУГ, кг/с;

x_j - координата центра j-го элементарного объема, м;

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

_yj, _zj - определяют аналогично _y, _z 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)

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 · ,

(Д.1)

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

F_q - угловой коэффициент облученности;

- коэффициент пропускания атмосферы.

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

Д.3 F_q рассчитывают по формуле

(Д.2)

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.

Д.4 Эффективный диаметр "огненного шара" D_s рассчитывают по формуле

где m - масса горючего вещества, кг.

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

Д.6 Время существования "огненного шара" t_s, с, рассчитывают по формуле

Д.7 Коэффициент пропускания атмосферы рассчитывают по формуле

= 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 m в "огненном шаре" по формуле

m = Va = 600 · 530 · 0,8 = 2,54 · 10⁵ кг,

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

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

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

По формуле (Д.3) определяем эффективный диаметр "огненного шара" D_s

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

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

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

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

По формуле (Д.1), принимая E_f = 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" t_s

t_s = 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 m, кг, горючих газов и (или) паров, вышедших в атмосферу из технологического аппарата (приложение А).

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

(Е.1)

где р₀ - 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

где Q_сг - удельная теплота сгорания газа или пара, Дж/кг;

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

Q₀- 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 p по формуле (Е.1)

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 · 10⁵)^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 по формуле

= Ср (T-Tкип ) / L,

(Ж.1)

где С_р- 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 < 0,35, BLEVE не происходит. При ≥ 0,35 вероятность возникновения данного явления велика.

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

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;

m_пр - приведенная масса, кг, рассчитанная по формуле

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

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, С_а - константы Антуана вещества;

р_к - 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;

С_эфф - константа, равная 500 Дж/кг·К);

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

Т, К, находим по формуле (Ж.6)

где р_к = 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 p и i по формулам (Ж.2) и (Ж.3)

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

i = 123 · 456^0,66 / 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 pн,

(И.1)

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

где - 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

Страница в разработке