---

Расчет

Расстояния X_НКПР , Y_НКПР и Z_НКПР 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,пV_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_НКПРвысоте 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,

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 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,

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

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+S² ) / ( 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_gL_g / ( C_p.a ( T_a - T_g ) + X_wL_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= 0,6n_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, 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 n_в² )) ( 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