ССБТ. Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля

Расчет.

Допустимые отклонения концентраций при уровне значимости Q = 0,05 будут равны: 1,37 при работающей 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 = 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.

B.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 B.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

Е_f, кВт/м², при d,

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.

В.3. Рассчитывают эффективный диаметр пролива d, м, по формуле

, (В.2)

где S - площадь пролива, м².

В.4. Рассчитывают высоту пламени Н, м, по формуле

, (В.3)

где т - удельная массовая скорость выгорания топлива, кг/(м²·с);

r_в - плотность окружающего воздуха, кг/м³;

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

В.5. Определяют угловой коэффициент облученности F_q по формуле

, (В.4)

где , (В.5)

где , (В.6)

S₁ = 2r/d (r - расстояние от геометрического центра пролива до облучаемого объекта), (В.7)

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

, (В.9)

B = (1 + S²)/(2S). (В.10)

В.6. Определяют коэффициент пропускания атмосферы t по формуле

t = exp [-7,0·10^-4 (r - 0,5d)]. (В.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.З), принимая

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

м.

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,

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

B = (1 + 4,1²)/(2 · 4,1) = 2,17,

.

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

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

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

, (Г.1)

где М_g - масса выброшенного СУГ, кг;

С_p.a - удельная теплоемкость воздуха, Дж/(кг·К);

L_g - удельная теплота парообразования СУГ, Дж/кг;

T_a - температура окружающего воздуха. К;

T_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

, (Г.2)

где С_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:

,

,

, (Г.3)

где М_а - масса воздуха в облаке, кг;

r_а - плотность воздуха, кг/м³;

r - радиус облака, м;

а₁, а₂, а₃, а₄ - коэффициенты (а₁ = 0,7, а₂ = 0,5, а₄ = 1,07, а₃ = 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 ;

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 М_а = M_а(t), Т = T(t), r = r(t).

Для решения системы уравнений необходимы дополнительные соотношения

r_g.a = (М_a + М_g)/(М_a/r_a + М_g/r_g)(Т_a/Т). (Г.4)

В качестве критерия окончания фазы падения принимают выполнение условия:

(r_g.a - r_a)/ r_a < 10^-3. (Г.5)

Зависимость h = h(t) находим из соотношения

. (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 х_c – х₀;

х_c - координата центра облака в направлении ветра, м;

x₀ - координата точки окончания фазы падения, м;

s_y(х_c – х₀); s_z(х_c – х₀) зависят от класса устойчивости по Паскуиллу.

При х_c = х₀ принимается s_{y 0} = r/2,14, s_{z 0} = h/2,14;

при .

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_j = тt_j - масса СУГ в j-м элементарном объеме, кг;

т - массовая скорость истечения СУГ, кг/с;

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

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

определяют аналогично s_y, s_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

, (Д.1)

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

F_q - 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 т^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 t рассчитывают по формуле

. (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 Н = D_s/2 = 156 м, находим угловой коэффициент облученности F_q

.

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

.

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 Dр, кПа, развиваемое при сгорании газопаровоздушных смесей, рассчитывают по формуле

, (Е.1)

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