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
3
28 10
1, 3 44 1 0
(309 169,5)
4
21,5
3600 5,1 247 10 2,74 10 3600
8
3,14 8, 4 10
7. С учетом того что площадь испарения сжиженного этилена
52
81, 3
110,8 кг/м .
2
S
исп
является площадью обваловки, рассчитаем массу паров сжиженного
этилена, испарившуюся при аварийной разгерметизации резервуара:
исп СУГ
5184 110,8 574 387 кг.mS m
Задание для самостоятельной работы
Требуется определить массу испарившегося при разгерметизации
резервуара сжиженного газа в соответствии с заданным вариантом,
если известно, что резервуар заполнен на 80 %, температура хранения
сжиженного газа составляет –162 °С, температура окружающей среды
составила 25 °С, коэффициент теплопроводности воздуха
данной температуре равен
потока
в
v составляет 5 м/с, кинематическая вязкость воздуха
52
1, 64 10 м /с.
2,74 10 Вт/(мК),
скорость воздушного
2
Номер
вещества
1
2
3
4
5
6
7
8
Вещество
Пропан
Бутан
Бутилен
Метан
Этан
Этилен
Пентан
Пропан
S
обв
2
м
4000
2000
6000
5000
4000
2000
6000
5000
,
V
рез
3
м
1000
500
1500
2000
50000
1000
500
1500
,
λ
,
тв
Вт/(м·К)
0,7
1,5
0,93
3,5
0,33
0,23
0,7
1,5
L
,
исп
Дж/моль
1,9·104
2,24·10
2,33·10
4
0,8·10
4
1,4·10
4
1,3·10
4
2,5·10
4
1,9·10
ρ,
3
кг/м
1,985
4
2,703
4
2,503
0,7168
1,356
2,0204
0,6262
1,985
при
в
Высота
обваловки,
м
2,5
1,5
3,5
4,0
6,0
2,5
1,5
3,5
61
Окончание таблицы
М
М
М
Номер
вещества
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Вещество
Бутан
Бутилен
Метан
Этан
Этилен
Пентан
Пропан
Бутан
Бутилен
Метан
Этан
Этилен
S
обв
2
м
4000
2000
6000
5000
4000
2000
6000
5000
4000
2000
6000
500
0
,
V
рез
3
м
2000
50000
1000
500
1500
2000
50000
1000
500
1500
2000
50000
,
λ
,
тв
Вт/(м·К)
0,93
3,5
0,33
0,23
0,7
1,5
0,93
3,5
0,33
0,23
3,5
0,33
L
,
исп
Дж/моль
2,24·104
2,33·10
4
0,8·10
4
1,4·10
4
1,3·10
4
2,5·10
4
1,9·10
2,24·10
2,33·10
4
0,8·10
4
1,4·10
1,3·104
ρ,
обваловки,
3
кг/м
2,703
4
2,503
0,7168
1,356
2,0204
0,6262
1,985
4
2,703
4
2,503
0,7168
1,356
2,020
4
Для сжатых углеводородных газов (СЖУГ) масса горючего веще-
ства в облаке ТВС определяется следующим образом:
– при мгновенной разгерметизации резервуара
СЖУГ в резервуаре;
– при длительном истечении СЖУГ из аварийного резервуара,
определяется по следующей формуле [12]:
равняется массе
г
Высота
м
4,0
6,0
2,5
1,5
3,5
4,0
6,0
2,5
1,5
3,5
4,0
6,0
г
3
;
40MSP
рассчитывается по формуле [12]
г
66MSP
где
S – площадь сечения аварийного отверстия, м
Р – давление в резервуаре, Па;
– при истечении газа из трубы
62
, (2.48)
2
;
. (2.49)
Плотность газа при этом можно рассчитать по формуле [12]
M
R
P
M – молярный вес газа, кг/кмоль;
где
, (2.50)
T
R – газовая постоянная, равная 8,31 Дж/(кмоль·К);
Т – температура, К.
Пример расчета
Требуется определить массу горючего вещества в облаке ТВС при
разгерметизации резервуара со сжатым ацетиленом давлением 2 МПа
при температуре воздуха 20 °С. Известно, что диаметр аварийного от-
2
верстия составил
0,5 м .
Решение
1. По химической формуле вещества определяем молярный вес га-
M:
за
M = 26.
2. По формуле (2.50) рассчитываем плотность ацетилена при за-
данной температуре:
26 2 000 000
MP
RT
8,31 1
0293
3
21, 356 (кг/м
3
.
)
3. По формуле (2.48) рассчитаем массу горючего вещества в облаке
ТВС:
40 40 0,5 2 000 000 21 3 103 708 кг56 .mSP
63
Варианты задания для самостоятельной работы
Требуется определить массу горючего вещества в облаке ТВС при
разгерметизации резервуара или трубы со сжатым газом в соответствии с заданным вариантом.
Номер
варианта
Вещество
Химическая
формула
Р,
МПа S,м
2
Т,°С
Источник
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Ацетилен
Аммиак
Бутан
Хлордифторметан
Хлорэтан
Циклопропан
Дихлордифторметан
Этан
Этилен
Хлористый водород
Метан
Метиламин
Пропан
Пропилен
Синильная кислота
Сернистый ангидрид
Угарный газ
Изопентан
Бензол
Толуол
С
NH
С
С
C
2H5
C
CCl
C
С
HCl
СН
CH
C
C
HCN
SO
CO
С
С
С
2Н4
4Н10
3F6
3H6
2F2
2H6
2Н4
5
3H8
3H6
5Н12
6Н6
7Н8
3
Cl
4
N
2
0,7
20
15
Труба
0,8
30
20
Резервуар
0,9
40
25
Труба
1,0
50
30
Труба
1,1
60
10
Резервуар
1,2
20
5
Резервуар
1,3
30
15
Труба
1,4
40
20
Резервуар
1,5
50
25
Труба
1,6
60
30
Труба
1,7
20
15
Резервуар
1,8
30
20
Резервуар
0,7
40
25
Труба
0,8
50
30
Резервуар
0,9
60
10
Труба
1,0
20
5
Труба
1,1
30
10
Резервуар
1,2
40
5
Резервуар
1,3
50
15
Труба
1,4
60
20
Резервуар
Кроме указанных выше формул массу горючего вещества в облаке
ТВС можно определить в соответствии с РБ «Методика моделирования распространения аварийных выбросов опасных веществ», утвержденной приказом Ростехнадзора от 20 апреля 2015 г. № 158.
64
Глава 3
АНАЛИЗ ОПАСНОСТИ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ
ПАРАМЕТРОВ МЕХАНИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ
АВАРИЙНЫХ ВЗРЫВОВ
Расчеты по определению параметров механического действия ава-
рийных взрывов крайне важны для оценки опасности на потенциально
опасных объектах. Перечень потенциальных источников аварийных
взрывов включает в себя [5]:
– конденсированные взрывчатые вещества, независимо от их массы
и способов использования;
– жидкие или газообразные энергоносители в резервуарах, также
независимо от их вида, способа использования и объема резервуаров;
– сосуды или резервуары с газами под давлением.
В настоящей главе рассматриваются только те параметры воздуш-
ной ударной волны, которые определяют ее механическое действие.
Принимается, что аварийный взрыв облака горючей смеси может проходить в одном из двух режимов: дефлаграционном либо детонационном. Допускается, что в процессе развития взрыва возможен переход
горения из одного режима в другой.
Следует учитывать, что при детонационном взрыве параметры
ВУВ определяются энергией, выделяющейся при взрыве облака газовоздушной смеси. При дефлаграционном режиме параметры волны
зависят еще и от скорости распространения пламени, геометрии и размеров облака.
При расчете последствий подобных взрывов принимаются следу-
ющие допущения:
– концентрация
метрической смеси, т. е. максимальному количеству горючего и соответственно максимальному выделению энергии;
горючих веществ в облаке соответствует стехио-
65
– во взрыве участвует вся масса горючего вещества, находящегося
R
R
в облаке;
– аварийный взрыв облака ТВС или ГВС рассматривается как
наземный;
– облако имеет вид полусферы, имеющей объем
V
ТВС
и радиус
r
0
3.1. Предварительная оценка опасности
аварийного взрыва облака ТВС
Для предварительной оценки опасности источников аварийных
Р
взрывов используется зависимость избыточного давления
фронте воздушной волны от расстояния. При этом можно определить:
–минимальное безопасное расстояние от источника взрыва;
– максимально допускаемое количество взрывоопасного вещества
при известном расстоянии от источника взрыва.
При предварительной оценке опасности взрыва газовоздушного
или топливно-воздушного облака избыточное давление во фронте воз-
Р
душной ударной волны
можно рассчитать по формуле [5]
фр
фр
на
.
Р
где
– атмосферное давление;
0
m – коэффициент уравнения, рассчитываемый по формуле
фр 0
q
здесь
– удельная энергия взрыва стехиометрической смеси газа с
m
(0,8 2,2 1,2 ),РРmm m
mq
0,0605
23
m
3
г
, (3.2)
m
(3.1)
воздухом, Дж/кг;
– расстояние от центра облака (за его пределами), м;
m
– масса газа, кг.
г
Значения удельной энергии взрыва стехиометрической смеси неко-
торых газов и паров приведены в табл. 3.1 [4].
66
Таблица 3.1
R
Удельная энергия взрыва стехиометрической смеси
Горючее
(топливо)
Водород
Метан
Этан
Пропан
Бутан
Ацетилен
Этилен
Пропилен
Бутилен
Бензол
Толуол
Циклогексан
Метанол
Этанол
Ацетон
Аммиак
Окись углерода
Эфир диэтиловый
Дихлорэтан
Бензин
Массовая q
кДж/кг
3425
2763
2797
2801
2776
3387
3010
2922
2892
2937
2843
2797
2843
2804
3112
2365
2930
2840
2164
2973
,
m
Объемная q
кДж/м3
3195
3404
3496
3676
3684
4329
3869
3839
3843
3966
3838
3748
3696
3757
3766
2791
3750
3862
3224
3770
,
m
Пример расчета
Требуется провести предварительную оценку взрыва стехиометрической водородновоздушной смеси, содержащей 10 кг водорода на
расстоянии 50 м от центра облака.
Решение
1. По данным табл. 3.1 определим значение массовой удельной
энергии взрыва ГВС.
2. По формуле (3.2) рассчитаем значение коэффициента m:
m
mq
0,0605 0, 0605 3 425 000
3
r
m
3
67
10
50
5,3.
3. По формуле (3.1) рассчитаем избыточное давление во фронте
воздушной ударной волны
:
(0,8 2,2 1, 2 )РРmm m
фр 0
23
101, 3(0,8 5,3 2,2 5,32 1, 2 5,33) 24 787 кПа.
Задания для самостоятельной работы
Требуется произвести предварительную оценку опасности взрыва
ГВС (ТВС) 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
Вещество m
Водород
Метан
Этан
Пропан
Бутан
Ацетилен
Этилен
Пропилен
Бутилен
Бензол
Толуол
Циклогексан
Метанол
Этанол
Ацетон
Аммиак
Окись углерода
Эфир диэтиловый
Дихлорэтан
Бензин
R, м
r
50 кг
10 л
25 кг
5 л
12 кг
30 л
20 л
15 л
25 кг
5 кг
50 кг
10 л
25 кг
5 л
12 кг
30 л
20 л
15 л
25 кг
5 кг
500
400
300
200
100
450
350
250
150
50
500
400
300
200
100
450
350
250
150
50
68
3.2. Определение параметров воздушной ударной волны
М
М
Р g
при взрыве облака топливно-воздушной смеси
Объем полусферы облака ТВС или ГВС (м3) рассчитывается по
формуле [5]
V
ТВС
2240
mСТ
стх 0
Т
т
, (3.3)
где
– масса исходного топлива, кг;
т
– доля массы исходного топлива, переходящего в облако ТВС
(табл. 3.2);
Т – температура окружающей среды, К:
Т
– 273К;
0
– молярная масса горючего;
m
С
– значение концентрации стехиометрической смеси в облаке
стх
ТВС, %.
Таблица 3.2
Доля массы исходного горючего вещества в облаке ТВС
Тип и состояние горючего вещества χ
Газы при атмосферном давлении
Газы под давлением (кроме водорода)
Газы, сжиженные под давлением (кроме водорода)
Газы, сжиженные путем охлаждения (кроме водорода)
Разлитые легкоиспаряющиеся жидкости
Разлитые тяжелоиспаряющиеся жидкости
1,0
0,6…0,7
0,5
0,1
0,05
0,01
Радиус облака ТВС можно рассчитать по формуле [5]
3
0,78rV
0 ТВС
. (3.4)
Давление во фронте детонационной волны в пределах облака ТВС
(кПа) определяется по формуле [5]
g
где
q
2,586 ( 1)
дет 1
– показатель адиабаты исходной смеси (табл. 3.3);
1
– удельная массовая энергия взрыва, кДж/кг (табл. 3.3).
m
69
q
, (3.5)
m
Таблица 3.3
Характеристики горючих компонентов ТВС и ГВС [1]
3
Горючее
(топливо)
Водород
Метан
Этан
Пропан
Бутан
Ацетилен
Этилен
Пропилен
Бутилен
Бензол
Толуол
Циклогексан
Метанол
Этанол
Ацетон
Аммиак
Окись углерода
Эфир диэтиловый
Дихлорэтан
Бензин
Массовая удельная энергия взрыва
3425
2763
2797
2801
2776
3387
3010
2922
2892
2937
2843
2797
2843
2804
3112
2365
2930
2840
2164
2973
, кДж/кг
m
, кДж/м
V
, %
стх
, %
нк пр
, кг/м
стх
Объёмная удельная энергия взрыва
стехиометрической смеси q
стехиометрической смеси q
3195
3404
3496
3676
3684
4329
3869
3839
3843
3966
3838
3748
3696
3757
3766
2791
3750
3862
3224
3770
Показатель адиабаты, g1
1,248
1,256
1,257
1,257
1,270
1,259
1,259
1,259
1,260
1,261
1,260
1,248
1,253
1,256
1,259
1,248
1,256
1,261
1,265
–
Концентрация С
29,59
9,45
5,66
4,03
3,13
7,75
6,54
4,46
3,38
2,84
2,23
2,23
12,30
6,54
4,99
19,72
29,59
3,38
6,54
2,1
4
5
2,9
2,1
1,8
2,5
3,0
2,2
1,6
1,4
1,3
1,2
6,0
3,6
2,2
15,0
12,5
1,7
3,6
1,2
Концентрация С
Молярная масса
Плотность исходной стехиометрической
смеси, Р
0,993
2
1,232
16
30
44
58
26
28
42
56
78
92
34
32
46
42
17
28
74
99
53
1,25
1,315
1,328
1,278
1,25
1,314
1,329
1,350
1,350
1,340
1,300
1,340
1,21
1,18
1,28
1,36
1,49
1,275
70
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]