3.5. Прогнозирование зоны теплового поражения огненным шаром

При авариях на газопроводах и хранилищах углеводородов образовавшееся облако ГПВС, переобогащённое топливом, не детонирует, а горит, образуя огненный шар. Поражающее действие огненного шара определяется интенсивностью его теплового излучения.

Размеры огненного шара и время его существования в зависимости от массы горючего газа можно определить приближёнными соотношениями:

R_o = 29  М ^1/3 и T_o = 4,5  M ^1/3,

где М – половина вместимости ёмкости по массе, т; R_o – радиус шара, м; T_o – время существования, с.

Для промышленных аварий характерны следующие величины M = 50 т, R_o = 100 м, T_o =14 с.

Поток излучения от огненного шара (в кВт/м²) можно выразить соотношением

Q_п = К_п  К_в  В, ,

где К_п = R_o²  R / (R_o² + R² ) ^3/2 – коэффициент, учитывающий угол падения теплопотока (здесь R  2R_o – расстояние, м); К_в = 1  0.058  ln R – коэффициент, учитывающий теплопроводность воздуха; В – мощность поверхностного теплоизлучения (B = 200 кВт/м²  для ёмкостей шарообразной формы; B = 270 кВт/м²  для вертикальных и горизонтальных резервуаров).

Импульс теплового излучения (в кДж / м² ) Q_ти = Q_и  T_о.

Таблица 3.8

Импульсы теплового излучения, вызывающие воспламенение материалов

Материал	Импульсы теплового излучения (в МДж/м2) при времени импульса (в с)
	1,56	3,16	8,71	24,0
Древесина сухая	0,58	0,67	0,88	1,00
Кровля (толь, рубероид)	0,54	0,59	0,67	0,84
Сукно серое, брезент, кожа коричневая	0,62	0,70	0,84	1,62
Стружка, солома	0,12	0,17	0,21	0,25

В справочнике "Метрологическое обеспечение безопасности труда" (Т. 1, – М.: Изд-во Госстандарт, 1989) указывается, что предельно допустимой поверхностной плотностью теплового потока следует считать (принимать) величину 0,5 кВт/м², а средней предельно безопасной – 2,5 кВт/м². В некоторых справочниках предельно безопасный радиус (радиус эвакуации) для человека принимают равным 3,1–3,6 R_o.

Пример 10.

Исходя из принятых критериев безопасности определить размеры огненного шара и безопасное для людей расстояние по теплоизлучению огненного шара при аварийном вскрытии заполненного пропаном шарообразного резервуара ёмкостью 1000 т.

Решение.

Определим предполагаемый радиус огненного шара при М = 500 т (половина вместимости ёмкости по массе):

R_o = 29  М ^1/3 = 29 500 ^1/3 = 230 м.

Время существования огненного шара

Т_о = 4,5 М ^1/3 = 4,5 500 ^1/3 = 35,7 с.

Если исходить из величины безопасного радиуса 3,5 R_o, то:

R_б = 3,5 R_o = 3,5 230 = 800 м.

Определим поток теплоизлучения и импульс на этом расстоянии:

К_п = R_o² R_б / (R_o² + R_б² )^3/2 = 230² 800 / (230² + 800²)^3/2 = 0,073;

К_в = 1 – 0,058 ln R = 1  0,058 ln 800 = 0,612.

Для ёмкостей шарообразной формы B = 200 кВт /м², тогда поток теплоизлучения равен:

Q_п = К_п  К_в  В = 0,612  0,073  200 = 8,935 кВт/м².

Импульс теплоизлучения равен:

Q_ти = Q_и  T_о = 8,935  35,7 = 319 кДж / м² .

Определить безопасное расстояние при Q_ти = 0,5 кВт/м² можно подбором коэффициентов К_п и К_в. Так, при R_б = 3350 м Q_п  0,5 кВт/м² (при потоке большой длительности). Для Q_п = 2,5 кВт/м² R_б = 1530 м. Следовательно, расстояния 1530–3350 м следует считать опасными.