RMNT.RU / Нормативные документы / ГОСТы / ССБТ

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; p_ст = 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 ;

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

К - коэффициент (К = 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 = 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 = Z_НКПР при высоте источника паров ЛВЖ h < Z_НКПР и h _б = h + Z_НКПР при h ³ 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 r _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_HKHP = 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 r _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

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 V_св ) < 0 , 5 С_НКПР [С_НКПР - 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;

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 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 = 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 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 r _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 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.),

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;

при неработающей вентиляции

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 r _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.

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 = 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	E_f , 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 E_f 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 = 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 / (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_g L_g / ( C_p.a ( T_a - T_g ) + X_w L_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 = 0,6 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:

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, 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 h^0,48 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

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;

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 = E_f · F_q · t , (Д.1)

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

— угловой коэффициент облученности;

t 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

D_s =5,33 m ^0,327 , (Д . 3)

где т — 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

t_s = 0,92 m ^0,303 . (Д.4)

Д.7 Коэффициент пропускания атмосферы т рассчитывают по формуле

t = ехр [-7,0 · 10 ^-4 (- D_s / 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» 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 t :

t = 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 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;

m_пр — приведенная масса, кг, рассчитанная по формуле

m_пр = 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, 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, С_а = 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 6^0,66 / 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 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

ГОСТ Р 12.3.047-98, часть 3

Строительный каталог