---

И.2 Для сжиженных углеводородных газов (СУГ) при отсутствии данных допускается рассчитывать удельную массу паров испарившегося СУГ m _СУГ, кг/м², по формуле¹)

, (И.2)

_______

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

где М — молярная масса СУГ, кг/моль;

L_исп — мольная теплота испарения СУГ при начальной температуре СУГ Т_ж, Дж/моль;

Т₀ — начальная температура материала, на поверхность которого разливается СУГ, соответствующая расчетной температуре t_p, К;

Т_ж — начальная температура СУГ, К;

l_тв — коэффициент теплопроводности материала, на поверхность которого разливается СУГ, Вт/(м · К);

а — эффективный коэффициент температуропроводности материала, на поверхность которого разливается СУГ, равный 8,4·10^-8 м²/с;

t — текущее время, с, принимаемое равным времени полного испарения СУГ, но не более 3600 с;

число Рейнольдса (n— скорость воздушного потока, м/с; d — характерный размер пролива СУГ, м;

u_в — кинематическая вязкость воздуха при расчетной температуре t_р, м²/с);

l_в — коэффициент теплопроводности воздуха при расчетной температуре t_р , Вт/(м · К).

Примеры — Расчет параметров испарения горючих ненагретых жидкостей и сжиженных углеводородных газов

1 Определить массу паров ацетона, поступающих в объем помещения в результате аварийной разгерметизации аппарата.

Данные для расчета

В помещении с площадью пола 50 м² установлен аппарат с ацетоном максимальным объемом V_aп = 3 м³. Ацетон поступает в аппарат самотеком по трубопроводу диаметром d = 0,05 м с расходом q, равным 2 · 10^-3 м³/с. Длина участка напорного трубопровода от емкости до ручной задвижки l₁= 2 м. Длина участка отводящего трубопровода диаметром d = 0,05 м от емкости до ручной задвижки L₂ равна 1 м. Скорость воздушного потока и в помещении при работающей общеобменной вентиляции равна 0,2 м/с. Температура воздуха в помещении t_р=20 °С. Плотность r ацетона при данной температуре равна 792 кг/м³. Давление насыщенных паров ацетона р_a при t_р равно 24,54 кПа.

Расчет

Объем ацетона, вышедшего из напорного трубопровода, V_н.т составляет

м³,

где t — расчетное время отключения трубопровода, равное 300 с (при ручном отключении).

Объем ацетона, вышедшего из отводящего трубопровода V_от составляет

Объем ацетона, поступившего в помещение

V_a = V_ап + V_н.т + V_от = 3 + 6,04 ·10^-1 + 1,96 · 10^-3 = 6,600 м³.

Исходя из того, что 1 л ацетона разливается на 1 м² площади пола, расчетная площадь испарения S_р = 3600 м² ацетона превысит площадь пола помещения. Следовательно, за площадь испарения ацетона принимается площадь пола помещения, равная 50 м².

Интенсивность испарения равна:

W_исп = 10^-6 · 3,5 · 24,54 = 0,655 · 10^-3 кг/(с · м²).

Масса паров ацетона, образующихся при аварийной разгерметизации аппарата т, кг, будет равна

т = 0,655 · 10^-3 · 50 · 3600 = 117,9 кг.

2 Определить массу газообразного этилена, образующегося при испарении пролива сжиженного этилена в условиях аварийной разгерметизации резервуара.

Данные для расчета

Изотермический резервуар сжиженного этилена объемом V_и.р.э⁼ 10000 м³ установлен в бетонном обваловании свободной площадью S_об = 5184 м² и высотой отбортовки Н_об⁼ 2,2 м. Степень заполнения резервуара a = 0,95.

Ввод трубопровода подачи сжиженного этилена в резервуар выполнен сверху, а вывод отводящего трубопровода снизу.

Диаметр отводящего трубопровода d_тp = 0,25 м. Длина участка трубопровода от резервуара до автоматической задвижки, вероятность отказа которой превышает 10^-6 в год и не обеспечено резервирование ее элементов, L= 1 м. Максимальный расход сжиженного этилена в режиме выдачи G_ж.э⁼ 3,1944 кг/с. Плотность сжиженного этилена r_ж.э при температуре эксплуатации Т_эк = 169,5 К равна 568 кг/м³. Плотность газообразного этилена r_г.э при Т_эк равна 2,0204 кг/м³. Молярная масса сжиженного этилена М_ж.э= 28 · 10^-3 кг/моль. Мольная теплота испарения сжиженного этилена L_иcn при Т_эк равна 1,344 · 10⁴ Дж/моль. Температура бетона равна максимально возможной температуре воздуха в соответствующей климатической зоне T_б = 309 К. Коэффициент теплопроводности бетона l_б=1,5Вт/(м·К). Коэффициент температуропроводности бетона а = 8,4 · 10^-8 м²/с. Минимальная скорость воздушного потока u_min = 0 м/с, а максимальная для данной климатической зоны u_max = 5 м/с. Кинематическая вязкость воздуха n_в при расчетной температуре воздуха для данной климатической зоны t_р = 36 °С равна 1,64 · 10^-5 м²/с. Коэффициент теплопроводности воздуха l_в при t_р равен 2,74 · 10^-2 Вт/(м · К).

Расчет

При разрушении изотермического резервуара объем сжиженного этилена составит

м³.

Свободный объем обвалования V_об= 5184 · 2,2 = 11404,8 м³.

Ввиду того, что V_ж.э < V_об примем за площадь испарения S_исп свободную площадь обвалования S_об, равную 5184 м².

Тогда массу испарившегося этилена m_и.э с площади пролива при скорости воздушного потока u = 5 м/с рассчитывают по формуле (И.2)

Масса m_и.э при u = 0 м/с составит 528039 кг.

ПРИЛОЖЕНИЕ К

(рекомендуемое)

МЕТОДЫ РАСЧЕТА ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА ПОЖАРА В ПОМЕЩЕНИЯХ ЗДАНИЙ РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

К.1 Условные обозначения

V— объем помещения, м³;

S— площадь пола помещения, м²;

А_i— площадь i-го проема помещения, м²;

h_i— высота i-го проема помещения, м;

— суммарная площадь проемов помещения, м²;

— приведенная высота проемов помещения, м;

П— проемность помещения, рассчитывается по формуле (К.1) или (К.2), м^0,5;

Р_i— общее количество пожарной нагрузки i-го компонента твердых горючих и трудногорючих материалов, кг;

q — количество пожарной нагрузки, отнесенное к площади пола, кг/м;

q_кр.к— удельное критическое количество пожарной нагрузки, кг/м²;

q_к — количество пожарной нагрузки, отнесенное к площади тепловоспринимающих поверхностей помещения, кг/м²;

П_ср — средняя скорость выгорания древесины, кг/(м² · мин);

П_срi — средняя скорость выгорания i-го компонента твердого горючего или трудногорючего материала, кг/м² · мин);

— низшая теплота сгорания древесины, МДж/кг;

— низшая теплота сгорания /-го компонента материала пожарной нагрузки, МДж/кг;

e_ф — степень черноты факела;

Т₀ — температура окружающего воздуха, К;

Т_w — температура поверхности конструкции, К;

t — текущее время развития пожара, мин;

t_н.с.п— минимальная продолжительность начальной стадии пожара, мин;

— предельная продолжительность локального пожара при горении ЛВЖ и ГЖ, мин.

К.2 Определение интегральных теплотехнических параметров объемного свободно развивающегося пожара в помещении

К.2.1 Определение вида возможного пожара в помещении

Вычисляется объем помещения V

Рассчитывают проемность помещений П, м^0,5, объемом V £ 10 м³

, (K.1)

для помещений с V > 10м³

. (К.2)

Из справочной литературы выбирают количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг материала i-й пожарной нагрузки V_0i, нм³/кг.

Рассчитывают количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг материала пожарной нагрузки

. (К.3)

Определяют удельное критическое количество пожарной нагрузки q_кр.к кг/м², для кубического помещения объемом V, равным объему исследуемого помещения

. (К.4)

Вычисляют удельное значение пожарной нагрузки q_к, кг/м², для исследуемого помещения

(К.5)

где S— площадь пола помещения, равная V^0,667.

Сравнивают значения q_к и q_кр.к . Если q_к < q_кр.к , то в помещении будет пожар, регулируемый нагрузкой (ПРН); если q_к ³ q_кр.к , то в помещении будет пожар, регулируемый вентиляцией (ПРВ).

К.2.2 Расчет среднеобъемной температуры

Определяют максимальную среднеобъемную температуру Т_mах

для ПРН

T_max - T₀ = 224 ; (К.6)

для ПРВ в интервале 0,15 £ t_п £ 1,22 ч с точностью до 8 % Т_max = 1000°С и c точностью до 5 %

(К.7)

где t_п — характерная продолжительность объемного пожара, ч, рассчитываемая по формуле

, (K8)

где n_cр — средняя скорость выгорания древесины, кг/(м² · мин);

n_i — средняя скорость выгорания i -го компонента твердого горючего или трудногорючего материала, кг/(м² · мин).

Вычисляют время достижения максимального значения среднеобъемной температуры t_max, мин для ПРН

; (К.9)

для ПРВ

t_max = t_п,

где t_п — рассчитывают по формуле (К.8).

Определяют изменение среднеобъемной температуры при объемном свободно развивающемся пожаре

(К.10)

где Т₀ — начальная среднеобъемная температура, °С;

t — текущее время, мин.

К.2.3 Расчет средней температуры поверхности перекрытия

Определяют значение максимальной усредненной температуры поверхности перекрытия , °С

для ПРН

; (К. 11)

для ПРВ с точностью до 8,5 % = 980 °С, с точностью до 5 %

. (К. 12)

Вычисляют время достижения максимального значения усредненной температуры поверхности перекрытия t_mах, мин

для ПРН

; (К.13)

для ПРВ с точностью до 10 %

t_max = t_п,

Определяют изменение средней температуры поверхности перекрытия

, (К. 14)

где — начальная средняя температура поверхности перекрытия.

К.2.4 Расчет средней температуры поверхности стен

Определяют максимальную усредненную температуру поверхности стен

для ПРН

; (К. 15)

для ПРВ при 0,15 £ t_п < 0,8 ч с точностью до 10 %

. (К. 16)

При 0,8 < t_п £ 1,22ч максимальное усредненное значение температуры поверхности стены с точностью до 3,5 % составляет 850 °С.

Вычисляют время достижения максимального значения усредненной температуры поверхности стен t_mах, мин

для ПРН

(К.17)

для ПРВ

t_max = 1,1 t_п,

Определяют изменение средней температуры стен

, (К. 18)

где — начальная средняя температура поверхности стен.

К.2.5 Расчет плотности эффективного теплового потока в конструкции стен и перекрытия (покрытия)

Определяют максимальную усредненную плотность эффективного теплового потока в строительные конструкции , кВт/м²:

а) при ПРН:

для конструкции стен

; (К. 19)

для конструкций перекрытия

; (К.20)

б) при ПРВ:

для конструкций стен при 0,8 > t_п > 0,15 ч

; (К.21)

при 1,22 ³ t_п ³ 0,8 ч

=15 кВт/м²;

для конструкций перекрытий (покрытий) при 0,8 > t_п > 0,15 ч

; (К.22)

при 1,22 ³ t_п ³ 0,8 ч

=17,3 кВт/м²;

Вычисляют время достижения максимальной усредненной плотности теплового потока в конструкции для ПРН и ПРВ:

для конструкций стен

. (К.23)

для конструкций перекрытия (покрытия)

. (К.24)

Определяют изменение средней плотности теплового потока в соответствующие конструкции

. (К.25)

К.2.6 Расчет максимальных значений плотностей тепловых потоков, уходящих из очага пожара через проемы помещения, расположенные на одном уровне, при ПРВ

Максимальную плотность теплового потока с продуктами горения, уходящими через проемы, рассчитывают по формуле

. (К.26)

К.3 Расчет температурного режима в помещении с учетом начальной стадии пожара при горении твердых горючих и трудногорючих материалов

К.3.1 По данным пожарно-технического обследования или проектной документации определяют:

- объем помещения V;

- площадь проемов помещения А_i;

- высоту проемов h_i;

- общее количество пожарной нагрузки каждого вида горючего твердого материала Р_i;

- приведенную высоту проемов h;

- высоту помещения h;

- общее количество пожарной нагрузки, приведенное к древесине, Р.

К.3.2 По результатам экспериментальных исследований в соответствии с объемом помещения V и пожарной нагрузкой q определяют минимальную продолжительность начальной стадии пожара (НСП) t_НСП. Времени окончания НСП соответствует температура Т_в.

К. 3.3 Рассчитывают температурный режим развитой стадии пожара.

К. 3.4 По результатам расчета температурного режима строят зависимость среднеобъемной температуры в помещении в координатах температура — время так, чтобы значению температуры Т_в на восходящей ветви соответствовало значение t_НСП.

К.3.5 Определяют изменение среднеобъемной температуры в начальной стадии пожара

( Т - Т₀ ) / (Т_НСП - Т₀) = (t / t_НСП )², (К.27)

где Т_НСП^— среднеобъемная температура в момент окончания НСП.

Среднее значение Т_НСП горении пожарной нагрузки из твердых органических материалов принимается равным 250 °С.

Пример — Определение температурного режима пожара в помещении промышленного здания с учетом начальной стадии.

Данные для расчета

Площадь пола S = 2340 м², объем помещения V= 14040 м³, площадь проемов А = 167 м², высота проемов h = 2,89 м. Общее количество пожарной нагрузки, приведенное к древесине, составляет 4,68 · 10⁴ кг, что соответствует пожарной нагрузке q = 20 кг/м².