Организация работ в экстремальных условиях и аварийных ситуациях. Учебно-практическое пособие

пр – приведенная масса газа или пара рассчитывается по формуле, кг,

где ст – удельная теплота сгорания газа или пара, Дж/кг;0 – константа, равная 4,52·106 Дж/кг;

гп – масса горючих газов и (или) паров, поступивших в результате аварии в окружающее пространство, кг;

– коэффициент участия, который допускается принимать рав-

ным 0,1.

5.4.3. Импульс волны давления i рассчитывают по формуле, Па · с,

Пример 5.6. 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. Сделать выводы о степени разрушения в соответствии с табл. 5.3.

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 4,6·107 Дж/кг. Принимается, что в течение времени, необходимого для выхода сжиженного газа из емкости, весь пропан испарится.

Р асч ет . Вычисляем приведенную массу пр по формуле (5.31)

ст

пр = 0 гп ,

4,6 · 107пр = 4,52 · 106 (600 · 530 · 0,8) 0,1 = 2,59 · 105 кг.

Находим избыточное давление ∆Р по формуле (5.30)

= 16,2 кПа.

81

Находим импульс волны давления I по формуле (5.32)

Таб ли ц а 5 . 3 Степень разрушения коммунально-энергетических

и технологических сетей

82

Продолжение табл. 5.3

83

Окончание табл. 5.3

Условные обозначения: а – полные разрушения, б – сильные разрушения, в – средние разрушения, г – слабые разрушения, д – повреждения.

Контрольные вопросы

1.Исходя из каких предпосылок определяют количество поступивших в помещение веществ, которые могут образовать горючие газовоздушные или паровоздушные смеси?

2.Каким образом определяют расчетное время отключения трубопроводов?

3.Что такое свободный объем помещения и как его определяют?

4.Каким допускается принимать свободный объем помещения, если определить его невозможно?

5.Какую температуру допускается принимать в качестве расчетной при определении плотности газа или паров при расчете избыточного давления, для индивидуальных горючих веществ?

6.Как рассчитать приведенную массу газа или пара при определении избыточного давления, развиваемого при сгорании газопаровоздушных смесей?

84

6. МЕТОДЫ РАСЧЕТА РАЗМЕРОВ ЗОН, ОГРАНИЧЕННЫХ НИЖНИМ КОНЦЕНТРАЦИОННЫМ ПРЕДЕЛОМ

РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПЛАМЕНИ ГАЗОВ И ПАРОВ

6.1.Метод расчета размеров зон, ограниченных НКПР газов

ипаров, при аварийном поступлении горючих газов и паров ненагретых легковоспламеняющихся жидкостей в открытое пространство при неподвижной воздушной среде

6.1.1.Расстояния НКПР, НКПР, НКПР, м, для ГГ и ЛВЖ, ограничивающие область концентраций, превышающих НКПР, рассчитывают

по формулам:

для горючего газа

для паров легковоспламеняющейся жидкости

где г – масса поступившего в открытое пространство ГГ при аварийной ситуации, кг;

ρг – плотность ГГ при расчетной температуре и атмосферном давлении, кг/м 3;

п – масса паров ЛВЖ, поступивших в открытое пространство за время полного испарения , но не более 3600 с, кг;

ρп – плотность паров ЛЖВ при расчетной температуре и атмосферном давлении, кг/м 3;

н – давление насыщенных паров ЛВЖ при расчетной температуре, кПа;

– коэффициент ( = / 3600 для ЛВЖ );НКПР – нижний концентрационный предел распространения пла-

мени ГГ или паров ЛВЖ, % (об.).

85

6.1.2. Радиус б, м, и высоту б, м, зоны, ограниченной НКПР газов и паров, вычисляют исходя из значений НКПР, НКПР, НКПР.

При этом б > НКПР , б > НКПР и б > h + б для ГГ иб > НКПРР для ЛВЖ (h – высота источника поступления газа от уровня земли, м).

Для ГГ геометрически зона, ограниченная НКПР газов, будет представлять собой цилиндр с основанием радиусом б и высотой

h = 2 б при б < h и б = + б при б > , внутри которого расположен источник возможного выделения горючего газа.

Для ЛВЖ геометрически зона, ограниченная НКПР паров, будет представлять собой цилиндр с основанием радиусом б и высотой

= НКПР при высоте источников паров ЛВЖ < НКПР и б = +

+ НКПРР при > НКПР.

За начало отсчета зоны, ограниченной НКПР газов и паров, принимаются внешние габаритные размеры аппаратов, установок, трубопроводов и т. п.

6.1.3. Во всех случаях значения НКПР , НКПР и НКПР должны быть не менее 0,3 м для ГГ и ЛВЖ.

Пример 6.1. Определить размеры зоны, ограниченной НКПР паров, при аварийной разгерметизации трубопровода, транспортирующего ацетон.

Данные для расчета.

Трубопровод, транспортирующий ацетон, проложен на открытом пространстве на высоте = 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 табл. 2 приложения и составляет а = 240 кг при времени испарения = 3600 с. Максимально возможная температура для данной климатической зоныр = 36 °C. Плотность паров ацетона а при р равна 2,29 кг/м3. Нижний концентрационный предел распространения пламени паров ацетонаНКПР = 2,7 % (об.). Давление насыщенных паров ацетона н при р равно 48,09 кПа.

Р асч ет . Расстояния НКПР, НКПР и НКПР для ацетона, ограничивающие область концентраций, превышающих НКПР, составят

86

Таким образом, граница зоны, ограниченной НКПР паров, по горизонтали будет проходить на расстоянии 41,43 м от обечайки трубопровода, а по вертикали – на высоте б = ZНКПР = 1,55 м от поверхности земли.

Пример 6.2. 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 а = 10 м. Максимально возможная температура для данной климатической зоны р = 30 °C. Плотность метана ρм при р равна 0, 645 кг/м3. Нижний концентрационный предел распространения пла-

мени метана НКПР = 5,28 % (об.).

Р асч ет . Расстояния НКПР, НКПР и НКПР для метана, ограничивающие область концентраций, превышающих НКПР, составят

Таким образом, для расчетной аварии емкости с метаном геометрически зона, ограниченная НКПР газов, будет представлять собой цилиндр с основанием радиусом б = 26,18 м и высотой б.

87

б = а + б = 10 + 26,18 = 36,18 м.

За начало зоны, ограниченной НКПР газов, принимают внешние габаритные размеры емкости.

6.2.Метод расчета размеров зон, ограниченных НКПР газов

ипаров, при аварийном поступлении горючих газов и паров ненагретых легковоспламеняющихся жидкостей

в помещение

Нижеприведенные расчетные формулы принимают для случая

г,п св < 0,5 НКПР,

где 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.

6.2.1. Расстояния ХНКПР, YНКПР и ZНКПР рассчитывают по формулам

где 1 – коэффициент, принимаемый равным 1,1314 для горючих газов и 1,1958 для легковоспламеняющихся жидкостей;

2 – коэффициент, равный единице для горючих газов;2 = 3600 для легковоспламеняющихся жидкостей;

K3 – коэффициент, принимаемый равным 0,0253 для горючих газов при отсутствии подвижности воздушной среды;

K3 – коэффициент, принимаемый равным 0,02828 для горючих газов при подвижности воздушной среды

K3 – коэффициент, принимаемый равным 0,04714 для легковоспламеняющихся жидкостей при отсутствии подвижности воздушной среды;

88

K3 – коэффициент, принимаемый равным 0,3536 для легковоспламеняющихся жидкостей при подвижности воздушной среды;

– высота помещения, м;– допустимые отклонения концентраций при задаваемом уровне

значимости Q(С > ̅) приведены в табл. 5.2; уровень значимости – вероятность того, что значение концентрации превысит значение математического ожидания этой случайной величины ̅;

, – соответственно глубина и ширина помещения, м;0 – предэкспоненциальный множитель, % (об), равный:

при отсутствии подвижности воздушной среды для горючих газов

при подвижности воздушной среды для горючих газов

где ʋ – подвижность воздушной среды, м/с; При отрицательных значениях логарифмов расстояния НКПР ,

НКПР и НКПР принимают равными 0.

6.2.2.Радиус б и высоту б, м, зоны, ограниченной НКПР газов

ипаров, вычисляют исходя из значений НКПР, НКПР и НКПР для заданного уровня значимости .

При этом б > НКПР , Rб > НКПР и б > + б для ГГ иб > НКПР для ЛВЖ ( – 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 собой цилиндр с основанием радиусом б и высотой

б = 2 б при б ≤ и б = + б при б > , внутри которого расположен источник возможного выделения горючего газа.

Для ЛВЖ геометрически зона, ограниченная НКПР паров, будет представлять собой цилиндр с основанием радиусом б и высотой

б = НКПР при высоте источника паров ЛВЖ < НКПР и б = + + НКПР при ≤ НКПР. За начало отсчета принимают внешние габаритные размеры аппаратов, установок, трубопроводов и т. п.

89

6.2.3. Во всех случаях значения расстояний НКПР, НКПР и НКПР должны быть не менее 0,3 м для ГГ и ЛВЖ.

Пример 6.3. Определить размеры зоны, ограниченной НКПР паров, образующейся при аварийной разгерметизации аппарата с ацетоном, при работающей и неработающей вентиляции.

Данные для расчета.

В центре помещения размерами 40×40 м и высотой = 3 м установлен аппарат с ацетоном. Аппарат представляет собой цилиндр с основанием диаметром а = 0,5 м и высотой а = 1 м, в котором содержится 25 кг ацетона. Расчетная температура в помещении р = 30 °C. Плотность паров ацетона ρа при р равна 2,33 кг/м3. Давление насыщенных паров ацетона ρн при р равно 37,73 кПа. Нижний концентрационный предел распространения пламени нкпр = 2,7 % (об.). В результате разгерметизации аппарата в помещение поступит 25 кг паров ацетона за время = 208 с. При работающей общеобменной вентиляции подвижность воздушной среды в помещении = 0,1 м/с.

Р асч ет . Допускаемые значения отклонений концентрации при уровне значимости = 0,05 , будут равны: 1,27 – при работающей вентиляции; 1,25 – при неработающей вентиляции ( = 0).

Предэкспоненциальный множитель 0 будет равен :при работающей вентиляции

90