Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Прогнозирование чрезвычайных ситуаций. Прогнозирование последствий взрыва облака топливно-воздушной смеси. Учебное пособие
.pdf
M
Рис. 5.6. Универсальные зависимости для оценки
дальности полета осколков
Известно, что расчетная формула для определения приведенной
дальности разлета осколков имеет следующий вид [5]:
()
CA C AR
011 22
R
DD
,
(5.9)
где R – дальность разлета осколков, м.
Следовательно, формулу для расчета дальности разлета осколков
можно записать как
R
011 22
RM
CA C A
()
DD
.
(5.10)
Пример расчета
Требуется определить дальность разлета осколков, образовавшихся
при взрыве резервуара с водородом, если известно, что форма осколков близка к форме пластины, т. е. имеет наибольшую площадь поверхности, равную 625 см
2
, и наименьшую площадь, равную 25 см2.
Средняя масса осколков составляет 1 кг, их начальная скорость разлета
составляет 118 м/с, а угол атаки составлял 20° при плотности потока
воздуха 1,239 кг/м
3
.
111
Решение
L
L
1. По табл. 5.5 определим значения коэффициентов подъемной силы и лобового сопротивления для наибольшей и наименьшей площади
поверхности. Получаем, что
0,8, 0,7; 0, 29; 1, 93.
С C С C
12 1 2
LL D D
2. По формуле (5.7) определим параметр
:
C
D
CA C A
11 2 2
C
LD
LL
CA C A
DD
11 2 2
625 0,8 25 0, 7
625 0, 29 25 1,,93
21.
3. По формуле (5.8) рассчитаем значение приведенной скорости
осколков:
()
CA C AU
011 220
U
DD
2
Mg
1, 239(625 0,29 25 1,93)10 1
19,.81
42
18
45,2
4. По приведенной скорости осколков и по интерполированному
значению параметра
C
с помощью графиков (см рис. 5.6) опреде-
D
лим, что приведенное расстояние равно единице.
5. По формуле (5.10) рассчитаем искомую дальность разлета
осколков:
R
011 22
RM
()
CA C A
DD
1, 239(625 0,29 25 1,93)1м0
11
35 .
4
Задание для самостоятельной работы
Требуется определить дальность разлета осколков, образующихся
при взрыве сосуда, в соответствии с заданным вариантом.
112
Номер
варианта
А
, см2 А2, см2 U0, м/с M, кг
1
, град 0, кг/м3
1
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
1
2
3
4
5
6
7
8
9
200
300
350
380
425
492
528
924
349
208
212
384
350
380
425
492
528
924
349
208
19
45
38
90
23
54
69
19
45
38
90
23
54
69
19
45
38
90
23
54
96
92
108
120
94
89
78
112
116
96
92
108
120
94
89
78
112
116
94
89
1
1,2
1,4
1,6
1,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
80
19
1,239
1,089
1,246
0,987
1,112
1,239
1,089
1,246
0,987
1,112
1,239
1,089
1,246
0,987
1,112
1,239
1,089
1,246
0,987
1,112
113
Глава 6
РАСЧЕТ ЗОН ПОРАЖЕНИЯ ПРИ ВЗРЫВЕ
ТОПЛИВНО-ВОЗДУШНЫХ СМЕСЕЙ
Одной из важнейших составляющих анализа риска аварии является
оценка риска взрыва на объекте. Именно риск взрыва и является той
мерой опасности, которая характеризует возможность и тяжесть последствий взрыва. Поэтому на любом производственном объекте необходимо тщательно проанализировать риск взрыва имеющихся в технологических блоках топливно-воздушных смесей (ТВС), и уже на основе данного анализа обосновывать варианты безопасного размещения
установок, зданий и сооружений.
Оценка риска взрыва включает в себя расчет зон поражения и разрушений, возникающих под воздействием ударной волны произошедшего взрыва. Расчет зон поражения может проводиться по одной из
двух методик:
– методика оценки зон поражения, основанная на «тротиловом эквиваленте» взрыва ТВС;
– методика, учитывающая тип взрывного превращения при воспламенении ТВС.
6.1. Методика расчета зон поражения
с помощью «тротилового эквивалента»
Данная методика дает только ориентировочные значения разрушений при взрыве массы топливно-воздушной смеси без учета дрейфа
облака ТВС. При этом в расчетах используются значения приведенных
масс парогазовых сред и соответствующих им энергетических потенциалов, рассчитанных по методике, приведенной в главе 2 настоящего
пособия. Следует учитывать, что для конкретных условий значения
114
приведенной массы и энергетического потенциала могут рассчиты-
ваться и другими методами.
В самом общем виде масса парогазовых веществ, участвующих во
взрыве, определяется по формуле [3]
mzm
, (6.1)
где m – приведенная масса парогазовой фазы;
z – коэффициент участия парогазового вещества во взрыве, пока-
зывающий, какая доля приведенной массы участвует во взрыве.
Значения коэффициента z для производственных помещений или
любых замкнутых объемов, приведены в табл. 6.1 [3].
Таблица 6.1
Значения z для замкнутых объемов и помещений
Вид горючего вещества z
Водород
Горючие газы
Пары легковоспламеняющихся и горючих жидкостей
1,0
0,5
0,3
Если же выброс топливно-воздушной смеси произошел на открытом месте, то для таких неорганизованных парогазовых облаков с
большой массой горючих веществ коэффициент участия во взрыве z
имеет значение 0,1. В отдельных случаях доля участия вещества во
взрыве может быть снижена до 0,02.
В методике принято, что источником зажигания облака ТВС могут
быть как постоянные, так и случайные источники, оказавшиеся на пути
распространения облака.
Уровень воздействия взрыва рассчитывается через тротиловый эквивалент, который определяется по адекватности характера и степени
разрушения при взрывах парогазовых смесей, а также твердых и жидких нестабильных соединений. При расчете тротилового эквивалента
для парогазовых сред используется формула [3]
0, 4
Wzm
т
q
q
0,9
, (6.2)
т
где 0,4 – доля энергии взрыва парогазовой среды, непосредственно за-
трачиваемая на образование ударной волны;
115
0,9 – доля энергии взрыва тринитротолуола (ТНТ), затрачиваемая
на формирование ударной волны;
q
– удельная теплота сгорания парогазовой среды, кДж/кг;
q
– удельная энергия взрыв ТНТ, кДж/кг;
т
z – доля участия парогазовой среды во взрыве, %;
m – масса горючего вещества.
Для твердых и жидких химически нестабильных соединений тротиловый эквивалент рассчитывается по следующей формуле [3]:
q
k
где
WW
т
q
q
– удельная энергия взрыва твердых и жидких химически неста-
k
, (6.3)
k
т
бильных соединения;
W
– масса твердых и жидких химически нестабильных соединений.
k
Значения удельной теплоты сгорания некоторых горючих веществ
приведены в табл. 6.2.
Таблица 6.2
Значения теплоты сгорания некоторых веществ
Вещество
Водород
Окись углерода
Сероводород
Метан
Этилен
Этан
Пропан
Бутан
q, кДж/кг
142 986
10 110
16 400
55 690
49 775
51 919
50 495
49 616
Вещество
Пентан
Гексан
Ацетилен
Бензин
Дизельное топливо
Нефть
Керосин
Этанол
q, кДж/кг
49 114
48 862
48 000
44 000
42 700
41 000
40 800
30 000
Рассчитав значение тротилового эквивалента тех или иных веществ, можно переходить к расчету радиусов зон разрушения, под которыми понимаются площади, в центре которых находится рассматриваемый технологический блок, а границы определяются радиусом R.
Радиус, а соответственно и граница зоны поражения характеризуется
значением избыточного давления во фронте ударной волны ∆Р и зна-
116
чением безразмерного коэффициента K, т. е. воздействием взрыва на
исследуемый объект той или иной силой. Значения избыточного давления, а также безразмерного коэффициента K, соответствующие различным классам зоны разрушения, приведены в табл. 6.3 [3].
Таблица 6.3
Классификация зон разрушения
Класс
разрушения
1 3,8 ≥ 100
2 5,6 70
3 9,6 28
4 28 14
5 56 ≤ 2
K ∆Р, кПа
Вероятные последствия, характер
повреждения зданий и сооружений
Полное разрушение зданий с массивными
стенами
Разрушение стен кирпичных зданий толщиной в 1,5 кирпича; перемещение цилиндрических резервуаров; разрушение трубопроводных эстакад
Разрушение перекрытий промышленных
зданий; разрушение промышленных стальных несущих конструкций, деформации
трубопроводных эстакад
Разрушение перегородок и кровли зданий;
повреждение стальных конструкций каркасов, ферм
Граница зоны повреждений зданий; частичное повреждение остекления
Зная значение тротилового эквивалента и выбрав значение безразмерного коэффициента K из табл. 6.3, можно рассчитать радиусы и
соответственно границы зоны разрушения любого класса. Так, радиус
зоны разрушения в общем виде можно рассчитать по формуле [3]
3
W
RK
1
т
3180
W
т
(6.4)
,
1/6
2
где K – безразмерный коэффициент (табл. 6.3), характеризующий воз-
действие взрыва на объект.
117
От формулы (6.4) есть несколько отступлений. Например, если
R
RKR
R
R
масса паров превышает 5000 кг, то радиус зоны разрушения можно
рассчитать по формуле [3]
3
KW
.
(6.5)
т
При выполнении каких-либо практических инженерных расчетов
для определения радиусов зон разрушений зачастую используется
формула [3]
где значение
рассчитывается в зависимости от массы паров. Так,
0
если масса паров равна или меньше 5000 кг,
,
(6.6)
0
рассчитывается по
0
формуле [3]
3
W
RW
0
1
т
3180
т
(6.7)
.
1/6
2
Если же масса паров превышает 5000 кг, расчет проводится по
формуле [3]
3
0 т
.RW
(6.8)
Пример расчета
Требуется рассчитать радиусы зон разрушения при взрыве облака
ТВС, образовавшегося при разгерметизации резервуара с 1000 кг пропана.
Решение
1. По данным табл. 6.2 определим удельную теплоту сгорания па-
рогазовой среды:
q
= 50 495 кДж/кг.
118
2. По данным табл. 6.1 определим значение коэффициента участия
горючего во взрыве:
z = 0,5.
3. С учетом того, что удельная энергия взрыва ТНТ
q
= 4520 кДж/кг,
т
по формуле (6.2) рассчитаем значение тротилового эквивалента облака
топливно-воздушной смеси:
Wzm
т
q
0,9 0,9 4
т
5
0,5 1000
248220.
q
0,4 0,4 50 495
6. По формуле (6.4) и по данным табл. 6.3 рассчитаем радиусы зон
разрушения при взрыве:
– разрушения 1-го класса:
3
W
RK
1
т
22
3180
W
т
3,8
1/6 1/ 6
3
2482
3180
1
2482
43,8 м;
– разрушения 2-го класса:
3
W
RK
1
т
22
3180
W
т
5, 6
1/6 1/6
3
2482
3180
1
248
2
64,6 м;
– разрушения 3-го класса:
3
W
RK
1
т
22
3180
W
т
9,6
1/6 1/6
119
3
2482
3180
1
2
482
110,4
м;
– разрушения 4-го класса:
3
W
RK
1
т
2
3180
W
т
28
1/6 1/ 6
3
2482
2
3180
1
248
322 м2;
– разрушения 5-го класса:
3
W
RK
1
т
22
3180
W
т
56
1/6 1/6
3
2482
3180
1
248
644 м2.
Задание для самостоятельной работы
Требуется определить радиус зоны разрушения в соответствии с
заданным вариантом.
Номер
варианта
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Класс зоны Вещество
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
Водород
Окись углерода
Сероводород
Метан
Этилен
Этан
Пропан
Бутан
Пентан
Гексан
Ацетилен
Бензин
Дизельное топливо
Нефть
Керосин
Этанол
Водород
Ацетилен
Бензин
Этан
m, кг
1000
2000
3000
4000
5000
6000
1000
2000
3000
4000
5000
6000
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
4000
120
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]