Тогда: ,

и уравнение (5.9.9) приводится к виду:

(6.11.10)

Последнее выражение может быть уточнено за счет введения вставок вакуумного клапана и клапана давления дыхательного устройства резервуара:

(6.11.11)

Рассмотрим «малое дыхание» резервуара.

В процессе хранения или транспортировки нефтепродуктов при изменении температуры окружающей среды, т.е. и температуры в резервуаре, уровень нефтепродукта в емкости (занимаемый объем) считается неизменным. Рабочее давление в резервуаре также считается постоянным, поскольку избыток воздушной смеси выходит в воздух.

В этом случае уравнение (6.11.9) принимает вид:

(6.11.12)

С учетом установок клапанов вакуума и давления дыхательного устройства резервуара выражение (6.11.12) по аналогии с (6.11.11) принимает вид:

(6.11.13)

где (6.11.14)

6.12. Пожар разлития нефтепродуктов и пожар в резервуарах.

Интенсивность теплового облучения q(r) мишени при пожаре разлития нефтепродуктов на расстоянии r от центра пожара вычисляется по формуле:

(6.12.1)

где Е - среднеповерхностная интенсивность излучения пламени, кВт/м²;

F_(r)- угловой коэффициент облученности мишени;

Т_Р(r) - коэффициент теплопроводности воздуха,

r - расстояние от геометрического центра пламени до мишени, м.

Эффективный диаметр горящего пролития нефтепродуктов определяется как диаметр горящей лужи, приведенной по форме к кругу:

(6.12.2),

где S - площадь разлившегося нефтепродукта, м².

Высота пламени Н (м) определяется через удельную массовую скорость (кг/м²с) выгорания нефтепродукта, плотность воздуха _В (кг/м³) и эффективный диаметр разлития d (м):

(6.12.3)

Коэффициент теплопередачи воздуха Т_Р вычисляется по одной из приведенных ниже формул:

, без учета влажности воздуха (6.12.4)

, при относительной влажности до 20% (6.12.5)

, при относительной влажности от 20% до 50% (6.12.6)

, при относительной влажности 50%…100% (6.12.7)

где r - расстояние от геометрического центра пролива нефтепродукта до мишени, м.

Видовой коэффициент F_ , являющийся геометрической характеристикой теплообмена излучением системы тел в непоглощающей среде, в общем случае определяется уравнением:

(6.12.8),

где r - расстояние между центрами элементарных площадок dF₁, dF₂ облучающего и облучаемого тел, F₁, F₂ - площади облучаемого и облучающего тел системы, ₁ и ₂ - соответствующие углы между нормалью к одной площадке и направлением на другую.

Достаточно корректным является решение задачи определения углового коэффициента F_ через факторы облученности в вертикальной и горизонтальной плоскостях [6]:

(6.12.9),

где F_V , F_h - факторы облученности в вертикальной и горизонтальной плоскости соответственно.

Р ис. 6.12.1. Изменение интенсивности теплового облучения при горении бензина на площади 314 м², при скорости выгорания 7010^-3 кг/м²с, для случая учета (q) эффекта задымления (Е = 42 кВт/м²) и без учета задымления (q1) пламени (Е = 130 кВт/м²). Расчетная высота пламени при этом составила 29.3 м. Расчеты выполнены по программе Pognef.

(6.12.10),

, , , (6.12.11),

Р ис. 6.12.2. Изменение интенсивности теплового потока при возгорании нефти на площади 1000 м² без учета задымления пламени (q) при E=69 кВт/м² и с учетом задымления (q2) при E=29.8 кВт/м². (Е=0.820 +0.269=29.8 кВт/м²).

Интенсивность теплового облучения q (плотность теплового потока), как один из основных параметров поражающего действия горящих нефтепродуктов в составе аргументов содержит интенсивность Е теплового излучения пламени.

Определение интенсивности теплового излучения факела пламени является чрезвычайно сложной задачей. Вклад в мощность тепловой эмиссии пламени вносят как газообразные продукты сгорания (пары воды, окись и двуокись углерода), испускающие энергию на определенных длинах волн, так и частицы сажи, для которых характерно излучение во всем спектральном диапазоне.

В опытах с использованием узкоугольных и широкоугольных радиометров установлено, что часто используемые значения плотности излучения 110…130 кВт/м² представляют для бензина и керосина максимальные значения. В опытах с этими нефтепродуктами определено, что ярко светящиеся зоны с указанной интенсивностью и температурой 1150 К в среднем занимают лишь 20% площади поверхности пламени.

Остальную часть занимают затененные дымом и сажей зоны с плотностью излучения с поверхности пламени около 20 кВт/м² и средней температурой около 800 К.

При горении нефти или дизельного топлива температура пламени принимается равной 1050 К, а максимальное значение тепловой эмиссии яркой части пламени составляет примерно 80…100 кВт/м².

С учетом этих исследований среднее значение плотности поверхностного излучения пламени определяется соотношением:

(6.12.12)

где Е_Я , Е_Д - интенсивность теплового излучения яркой и задымленной части пламени соответственно.

Например, при горении бензина или керосина Е_Я = 130 кВт/м²,

Е_Д = 20 кВт/м², среднее по поверхности пламени значение интенсивности теплового излучения с учетом экранирующего эффекта задымления будет равно 42 кВт/м².

Результаты расчетов изменения падающего теплового потока с расстоянием при горении бензина с учетом и без учета экранирующего эффекта задымления пламени представлены на рис. 6.12.1, для горящей нефти - на рис. 6.12.2.

Для расчета поражающего действия теплового излучения при горении нефти или нефтепродуктов нормы НПБ 105-95 рекомендуют использование критических значений плотности падающего теплового потока, значения которых приведены в табл. 6.12.1 [49], [91].

Однако с этими рекомендациями трудно согласиться по следующим соображениям.

Количество тепла, излучаемого в единицу времени и воздействующего на ту или иную поверхность, пропорционально площади пламени, его температуре в четвертой степени и обратно пропорционально квадрату расстояния, на котором находится рассматриваемая поверхность.

Высота пламени при разливе нефтепродуктов и горючих жидкостей на твердых поверхностях, как правило, не превосходит 10…30 м. Длина пламени принимается равной диаметру лужи растекающегося нефтепродукта, определяемого по зависимостям, приведенным в разделе 5.6. Интегральное количество тепла, приходящегося на облучаемую мишень, кроме того, зависит от времени воздействия теплового потока.

Таблица 6.12.1.

Критические значения плотности падающего теплового потока, кВт/м²

Материалы	qкр , кВт/м2
Древесина (сосна, влажность 12%)	13.9
Древесина (стружечные плиты плотностью 417 кг/м3)	8.3
Торф брикетный	13.2
Торф кусковой	9.8
Хлопок-волокно	7.5
Слоистый пластик	15.4
Стеклопластик	15.3
Пергамин	17.4
Резина	14.8
Уголь	35.0
Рулонная кровля	17.4
Сено, солома (влажность до 8%)	7.0
Кожа искусственная ТУ 17-21-488-84, ТУ 17-21-328-80	20.0
Линолеум ПХВ однослойный	10.0
Линолеум ПХВ марки ТТН-2, ТУ 21-29-5-69	12.0
ЛВЖ и ГЖ с температурой самовоспламенения до 300С	12.1
ЛВЖ и ГЖ с температурой самовоспламенения до 350С	15.5
ЛВЖ и ГЖ с температурой самовоспламенения до 400С	19.9
ЛВЖ и ГЖ с температурой самовоспламенения 500С и выше	28.0

Таблица 6.12.2.

Пороговые значения тепловых потоков и их зависимость от времени облучения для некоторых материалов.

Материал	Продолжительность облучения,
	180 с	300 с	900 с
Древесина (сосна, 12% влажность, шероховатая)	20.9	17.5	12.9
Древесина, крашенная светлой масляной краской	26.5	23.2	17.5
Хлопок-волокно	11.2	9.7	7.4
Слоистый пластик	21.6	19.1	15.3
Стеклопластик	19.4	18.7	15.3
Пергамин	19.4	18.7	15.3
Жидкости с температурой кипения:
до 520 К	26.1	21.6	16.8
520…570 К	34.9	26.0	20.9
570…620 К	35.6	31.4	24.4
620… 670 К и более	39.8	35.6	27.9

Одна из зависимостей порогового значения плотности теплового потока от времени облучения, приводящего к возгоранию некоторых материалов приведена в табл. 6.12.2 [90, 101,107].

Аппроксимация данных, приведенных в табл. 6.12.2, с точностью, достаточной для инженерных оценок, имеет следующий вид для t[100 c, 1000 c].

Древесина шероховатая, влажность до 12% :

(6.12.13).

Древесина крашенная светлой масляной краской:

(6.12.14).

Хлопок - волокно:

(6.12.15).

Стеклопластик:

(6.12.16).

Жидкости с температурой кипения до 520 К (большинство нефтепродуктов):

(6.12.17).

Жидкости с температурой кипения 520…570 К:

(6.12.18)

Жидкости с температурой кипения 570…620 К:

(6.12.19).

Жидкости с температурой кипения 620…670 К и более:

(6.12.20).

Р ис. 6.12.3. Результаты расчетов зависимости интенсивности тепловых потоков, критических для возгорания некрашеной древесины (q1, формула (6.12.13)), хлопка-волокна (q2, формула (6.12.15)), бензина с температурой кипения 330С (q3, формула (6.12.19)) от времени воздействия теплового потока.

Анализ приведенных выше данных о критических и пороговых значениях падающего теплового потока показывает, что критические значения следует воспринимать как минимальные значения плотности падающего теплового потока, начиная с которых возможно возгорание данного вещества при экспозиции (времени непрерывного воздействия), превышающей 15 мин. В случае облучения в течение времени менее 900 с (15 мин) значение плотности падающего теплового потока возрастает в обратно пропорциональной зависимости от времени. Кроме того, следует отметить, что интегральное значение тепловой энергии, передаваемой веществу для его воспламенения (как произведение времени экспозиции на плотность падающего теплового потока), не остается постоянной при различных тепловых потоках и различной экспозиции.

Следует также иметь в виду, что энергия, необходимая для воспламенения конкретного вещества зависит от его температуры и состояния атмосферы (давления, влажности и т.д.).