2.2. Порядок расчета

2.2.1.Исходные данные:

Масса сжиженных углеводородных газов (УВГ) в резервуаре - Q_н, т;

Коэффициент перехода УВГ в газо-воздушную смесь (ГВС) - К_п;

Расстояние от центра взрыва до здания цеха - r , м;

Коэффициент, учитывающий угол встречи ударной волны со стеной цеха - .

2.2.2.Задание: Оценить возможные последствия разрушения резервуара со сжиженным углеводородным газом и взрыва образовавшейся топливовоздушной смеси, для кирпичного здания цеха (бескаркасной конструкции).

2.2.3. Радиус облака гвс:

r₀ = 18,5  , м

где 18,5 – эмпирический коэффициент;

Q – количество продукта, перешедшего в облако ГВС, т.

Q = Q_н  К_п ,

где: Q_н – масса сжиженных углеводородных газов в резервуаре, т;

К_п – коэффициент перехода вещества в ГВС.

2.2.4. Приведенное расстояние:

 = r / r₀

где r – расстояние от эпицентра взрыва до объекта, м;

2.2.5. Избыточное давление во фронте ВУВ на расстоянии r рассчитывается:

как функция  по формулам, приведенным в табл. 2.2.

2.2.6. Давление действующее (реальное):

Р_д = Р_ф  

где  - угловой коэффициент.

2.2.7. Степень и характер разрушений (повреждений) определяются путем сравнения действующего давления с критическим для элементов цеха и цеха в целом на основания анализа данных табл.2.3-2.5.

2.2.8. В выводах по работе указываем результаты анализа данных таблиц.

2.3. Варианты заданий (Вариант задания соответствует № студента по журналу кафедры).

В табл.2.6:

Номер варианта - №;

Масса сжиженных углеводородных газов (УВГ) в резервуаре - Q_н, т;

Коэффициент перехода УВГ в газо-воздушную смесь (ГВС) - К_п;

Расстояние от центра взрыва до здания цеха - r , м;

Коэффициент, учитывающий угол встречи ударной волны со стеной цеха - .

Таблица 2.6

№	Qн, т	Кп	r, м	α
1	50	0,4	450	1,5
2	75	0,45	600	1,7
3	100	0,5	650	1,8
4	125	0,55	700	1,9
5	150	0,6	800	2
6	175	0,65	900	2,1
7	200	0,7	1000	2,2
8	225	0,6	1100	2,3
9	250	0,5	1200	2,4
10	275	0,4	1250	2,5
11	300	0,45	1400	2,6
12	325	0,5	1500	2,7
13	350	0,55	1600	2,8
14	375	0,6	1000	1,5
15	400	0,65	1100	1,7
16	425	0,7	1200	1,8
17	450	0,6	1300	1,9
18	475	0,5	1400	2
19	500	0,4	1200	2,1
20	525	0,4	1300	2,2
21	550	0,45	1540	2,3
22	575	0,5	1680	2,4
23	600	0,55	1740	2,5
24	650	0,6	1900	2,6
25	700	0,65	1800	2,7
26	750	0,7	2000	2,8
27	800	0,4	1200	1,5
28	850	0,45	1300	1,7
29	900	0,5	1400	1,8
30	950	0,55	1500	1,9

Расчетная работа № 3

"Прогнозирование пожарной обстановки"

Цель работы

Прогнозирование основных характеристик пожара, определяющих возможность возгорания производственного объекта.

Введение

Под пожарной обстановкой (ПО) понимаются масштабы и плотность пожаров, возникающих и развивающихся на промышленных объектах и в прилегающих к ним объектах и лесных массивах, оказывающие влияние на работу объектов, жизнедеятельность их персонала и населения, а также на ликвидацию последствий аварий.

Выявление пожарной обстановки предусматривает определение масштаба и характера (вида) пожара (отдельные очаги, сплошные пожары, пожары в завалах огневой шторм) и обеспеченность объекта экономики средствами пожаротушения. Она осуществляется методами прогнозирования и по данным пожарной разведки..

Оценка пожарной обстановки осуществляется с целью определения влияния пожара на устойчивость работы отдельных элементов и объекта в целом, рубежей локализации пожара и выработки предложений по выбору наиболее целесообразных действий пожарных подразделений и формирований МЧС по локализации и тушению пожара, эвакуации персонала объекта населения и материальных ценностей из зоны пожара и др.

3.1.Общие положения и понятия.

Пожарная обстановка зависит от :

-категории пожарной опасности производства;

-степени огнестойкости и этажности зданий;

-характера (плотности) застройки;

-метеорологических условий (облачности, направления и скорости ветра, сезона года).

По пожарной опасности применяемых и хранимых веществ, материалов и имущества все производства в соответствии с ОНТП 24-86 и НПБ 105-95 делятся на пять категорий: А, Б, В, Г, Д.

Категория А – взрывопожароопасная. К этой категории относятся производства, связанные с обработкой, применением и хранением: 

а) горючих газов, нижний предел воспламенения которых 10% и менее объема воздуха (например, склады баллонов с горючими газами);

б) жидкостей с температурой вспышки паров до 280С включительно при условии, что указанные жидкости могут образовывать взрывоопасные смеси в объеме, превышающим 5% объема помещения (насосные по перекачке бензинов, хранилища спиртов, нитролаков и нитрокрасок);

в) веществ, способных взрываться и гореть при взаимодействии с водой (щелочные металлы, кремниеводородистые соединения);

г) веществ, способных взрываться и гореть при контакте с кослородом воздуха или друг с другом (азотная кислота, пероксид натрия, пероксид водорода, хромовый ангидрид).

Категория Б – взрыво-пожароопасная. К этой категории относятся производства, связанные с применением и хранением:

а) горючих газов, нижний предел воспламенения которых более 10% объема воздуха (компрессорные по перекачке аммиака, склады с аммиаком);

б) жидкостей с температурой вспышки паров от 29 до 61⁰С включительно; жидкостей, нагретых в условиях производства до температуры вспышки и выше (насосные по перекачке топлива для реактивных двигателей и дизельного топлива, промывочно-пропарочные станции, сливно-наливные устройства, хранилища ЛВЖ II класса);

в) горючих пылей и волокон с нижним пределом воспламенения до 65 г/м³ (мельницы, цеха по переработке волокнистых материалов).

Категория В – пожароопасная. К этой категории относятся производства, связанные с применением и хранением:

а) горючих жидкостей с температурой вспышки поров выше 61⁰С (насосные по перекачке смазочных масел, мазутов, хранилища со смазочными маслами в таре);

б) веществ, способных гореть только при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом (гидриды щелочных металлов, белого фосфора);

в) твердых горючих веществ и материалов; помещения, связанные с выделением пыли с нижним концентрационным пределом воспламенения не более 65 г/м³.

Категория Г. К этой категории относятся:

а) производства, связанные с применением негорючих веществ и материалов в горячем, раскаленном или расплавленном состоянии, процесс обработки которых сопровождается выделением лучистого тепла, искр и пламени (цеха электро- и газосварки, кузнечные, прессовые);

б) помещения, связанные с применением твердых, жидких и газообразных веществ, которые сжигаются или утилизируются в качестве топлива (котельные на жидком и газовом топливе).

Категория Д. К этой категории относятся производства, связанные с обработкой и хранением негорючих веществ и материалов в холодном состоянии.

Здания и сооружения по огнестойкости подразделяются на пять степеней: I, II, III, IV, V.

Под огнестойкостью строительных элементов, конструкций зданий и сооружений понимают их способность не достигать при огневом воздействии предельного состояния огнестойкости. Таким образом, основной характеристикой огнестойкости строительных элементов и конструкций являются предел огнестойкости и предел распространения огня.

Пределом огнестойкости называется отрезок времени до возникновения одного из предельных состояний огнестойкости: образования в конструкциях сквозных трещин или сквозных отверстий, через которые проникают продукты горения или пламени или потери несущей способности (обрушение).

Огнестойкость зданий и сооружений определяется свойствами стройматериалов, которые по огнестойкости делятся на три группы:

1. Несгораемые - неорганические материалы (кирпич, бетон) и металлические изделия.

2. Трудносгораемые - гипсовые и бетонные изделия с органическим заполнением, древесина, пропитанная антипиренами.

3. Сгораемые - все органические материалы, не подвергнутые специальной обработке.

Таблица 3.1

Степени огнестойкости зданий и сооружений

Степень	Группа огнестойкости строительных материалов
огнестойкости	основных конструкций	междуэтажных и чердачных перекрытий
I,	несгораемые	несгораемые
II	несгораемые	сгораемые
III	трудно-сгораемые	сгораемые
IV	сгораемые, обработанные антипиренами	сгораемые
V	сгораемые	сгораемые

Плотность застройки - процентное отношение суммы площадей зданий и сооружений (в плане) S_зд. к площади территории S_тер , на которой они расположены в пределах всей территории промышленного объекта:

 S_зд

П_з = ------- 100 , % (3.1)

S_тер.

Плотность застройки оказывает значительное влияние на развитие пожаров в застройке, т.к. зависит от расположения зданий и сооружений и расстояний между ними (табл. 3.2)

Таблица 3.2.

Среднее расстояние между зданиями и сооружениями в зависимости от плотности застройки

Плотность застройки, %	5	20	30	40	50	60
Расстояние между зданиями, м	100	50	30	22	12	8

При оценке пожарной обстановки в производственных зданиях важную роль играет полная и удельная пожарная нагрузка.

Пожарная нагрузка определяется по формуле:

Р =  m_i Q_i /S_зд , МДж/м² , (3.2)

i=1

где: m_i – масса горючего вещества или материала, кг;

Q_i – теплота сгорания вещества или материала, МДж/кг;

S_зд – площадь здания, м²;

n – число видов горючих веществ и материалов.

Полную пожарную нагрузку в производственных зданиях и сооружениях можно определить по упрощенной формуле:

Р_п = ( Р_пост + Р_пер ), МДж/м², (3.3)

где: Р_пост - постоянная пожарная нагрузка (материалы, входящие в строительные конструкции и способные гореть).

Р_пер - переменная пожарная нагрузка (вещества, материалы, оборудование, мебель и т.п., способные гореть).

Удельная пожарная нагрузка (Р_уд), представляет собой количество горючих веществ и материалов, приходящихся на 1 м² площади здания. Так как в производственных зданиях имеются различные по своим физико-химическим свойствам вещества и материалы, то для определения удельной пожарной нагрузки их необходимо привести к единому горючему материалу, целесообразнее всего к древесине. С этой целью полную пожарную нагрузку относят к теплоте сгорания древесины:

Р_пруд = Р_п / Q_др , кг/м², (3.4)

где: Р_пруд –приведенная удельная пожарная нагрузка;

Р_п – полная пожарная нагрузка, МДж/м²;

Q_др – теплота сгорания древесины =17 МДж/кг.

Значения приведенной удельной пожарной нагрузки в зависимости от степени огнестойкости и этажности зданий даны в табл. 3.3.

Таблица 3.3

Значения приведенной удельной пожарной нагрузки зданий Р_пруд , кг/м²

Степень огнестойкости	Этажность зданий
зданий	1	2	3	4	5	6	7	8
I – II	–	70	120	170	220	270	320	370
III	120	240	360	480	600	–	–	–
IV – V	300	500	–	–	–	–	–	–

Приведенная пожарная нагрузка определяет вид и продолжительность пожара в производственных зданиях.

Виды возможных пожаров определяются по значениям приведенной пожарной нагрузки и критической плотности застройки в соответствии с табл. 3.4

Таблица 3.4

Параметры определяющие вид пожара

Вид пожара	Степень огнестойкости зданий	Критическая плотность застройки, Пкр %	Рпруд, кг/м2
отдельный		Пз < Пкр	< 50
	IV и V	> 15
сплошной	III	> 20	51 - 100
	I и II	> 30
огневой шторм	III, IV, V	> 20	> 100

При плотности застройки менее критической на участках городской застройки зданиями и сооружениями определенной степени огнестойкости могут возникнуть отдельные пожары. При превышении критической плотности застройки могут возникнуть сплошные пожары и огневые штормы.

Выявление пожарной обстановки предусматривает определение масштаба и характера (вида) пожара (отдельные очаги, сплошные пожары, пожары в завалах огневой шторм и т.д.) и обеспеченность объекта экономики средствами пожаротушения.

Основным поражающим фактором пожара является дистанционное термическое (тепловое) воздействие на предметы высоких температур, которое определяется величиной поглощенной плотности теплового потока (q_погл, Вт/м²) и временем воздействия теплового излучения (t, с).

Плотность потока поглощенного излучения q_погл зависит от плотности теплового потока факела q_ф и от степени черноты (поглощающей способности) тепловоспринимающей поверхности  и выражается соотношением q_погл = q_ф .

Предельно допустимая температура нагрева и критическая плотность теплового потока (интенсивности облучения) для различных поверхностей материалов определяется по табл. 3.5.

Таблица 3.5.

Предельно допустимые температуры нагрева и критические плотности теплового потока

Наименование материала, объекта	Предельно допустимая температура, К	Критическая плотность теплового потока, Вт/м2
Стеклопластик, полимерные материалы	433	15000
Резина (шины, уплотнители)	413	15000
Стекло	413	15000
Древесина, окрашенная масляной краской	403	13000
Человек в защитной одежде	333	4200
Человек без защиты	323	560

Определение возможности возгорания различных материалов в зависимости от горящего материала, расстояния от него и скорости ветра (м/с), осуществляется по плотности теплового потока q (Вт/м²). Если плотность теплового потока q от источника огня больше критической плотности горючего материала q_кр (q_ф>q_кр), то возгорание произойдет.

Расчет лучистого обмена между возможным источником и облучаемым материалом производится по формуле (условию) пожарной безопасности:

q_ф = _пр . С_О . [(Т_ф / 100)⁴ - (Т_возг / 100)⁴ ] . _, (3.5)

где: _пр -приведенная степень черноты;

С_О - коэффициент излучения абсолютно черного тела = 5,7 Вт/м² К⁴;

Т_ф - температура факела, К;

Т_возг - температура возгорания материала объекта, К;

_- полный коэффициент облученности;

Приведенную степень черноты (_пр ) рассчитывают по формуле:



1

_пр = ^{_____________________} , (3.6)

_ф + 1 / _м ) - 1

где: _ф - степень черноты факела (табл. 3.6);

_м - степень черноты материала (табл. 3.6).

Температура факела определяется по табл. 3.6.

Полный коэффициент облученности - это умноженный на 4 коэффициент облученности, определяемый по номограмме (рис. 1) для 1/4 площади факела. Входными данными в номограмму являются приведенные размеры факела a/L и b/L, где a - половина высоты факела (м), b - половина ширины факела (м), а L - расстояние до облучаемой поверхности (м).

Высота факела пламени горящего резервуара с ЛВЖ равна 0,7 диаметра, а для ГЖ - 0,6 диаметра при ширине равной диаметру.

Следует учитывать, что плотность теплового потока зависит от скорости ветра. Так, с подветренной стороны горящих объектов тепловой поток при скорости ветра 2 м/с возрастает в 2 раза, а при 3 м/с и более – в 3 раз

Таблица 3.6

Температура пламени и степень черноты некоторых веществ и материалов

Наименование веществ и материалов	Температура пламени, 0К	Степень черноты, 
Бензин в резервуарах	1473	0,75
Дизельное топливо в резервуарах	1373	0,8
Мазут в резервуарах	1273	0,85
Нефть и нефтепродукты в резерв-х	1107…1207
Древесина	1047…1147	0,8 …0,9
Резинотехнические изделия	1473

Полученная по формуле(2.5) величина теплового потока от факела (q_ф) сравнивается с критической плотностью теплового потока (q_кр) и если q_ф>q_кр, то возгорание произойдет. В этом случае определяются мероприятия по повышению устойчивости объекта.