4.3.2 Расчет размеров зон, ограниченных нижним концентрационным пределом распространения (нкпр) газов

При испарении пропана образуется взрывоопасная зона. Для определения ее максимальных размеров используется нижеприведенная методика.

Расстояния X_НКПР, Y_НКПР и Z_НКПР, м, для горючих газов, ограничивающие область концентраций, превышающих НКПР, рассчитывают по формулам:

(7)

(8)

где m_г - масса поступившего в открытое пространство горючего газа при аварийной ситуации, кг;

_г - плотность горючего газа при расчетной температуре и атмосферном давлении, кг/м³;

С_НКПР - нижний концентрационный предел распространения пламени горючего газа, % (об.) [25].

Расчет:

Для пропана С_НКПР = 2,3 % об, масса пропана m_г=2304 кг.

= 14,6 = 116 м,

= 0,33 = 2,6 м.

ρ_г - плотность паров СУГ при расчетной температуре и атмосферном давлении, кг/м³, которая рассчитывается по формуле:

ρ_г = М/(V₀· (1+0,00367· t_p)) (9)

где: М - молярная масса, кг/моль, равна 44 кг/кмоль для пропана;

V₀ - мольный объем, равный 22,413 м³/кмоль;

t_p - расчетная температура, ⁰С, равная 20 ⁰С;

ρ_n = 44/(22,4· (1+0,00367·20)) = 1,83 кг/м³;

Радиус R_б, м, и высоту Z_б, м, зоны, ограниченной НКПР газов и паров, вычисляют исходя из значений H_НКПР, Y_HKHP и Z_НКПР.

При этом R_б > Х_НКПР, R_б > Y_НКПР и Z_б > h + R_б (h =2 м – высота емкости, м).

Для горючих газов геометрически зона, ограниченная НКПР газов, будет представлять цилиндр с основанием радиусом R_б и высотой h_б = 2R_б при R_б  h и h_б = h + R_б при R_б > h, внутри которого расположен источник возможного выделения горючих газов.

Цилиндр, внутри которого располагается источник возможного выделения горючих газов, будет иметь следующие параметры: радиус R_б=116м, высота h_б=118м. В пределах этой зоны создается взрывоопасная среда.

4.3.3 Расчет интенсивности теплового излучения при образовании «огненного шара»

Облако пара или топливовоздушной смеси, переобогащенное топливом, и не способное поэтому объемно детонировать, начинает гореть вокруг своей внешней оболочки, образуя огневой шар. Такие шары, вызванные горением углеводородов, светятся и излучают тепло, что может причинить смертельные ожоги и вызвать возгорание горючих веществ.

Расчет интенсивности теплового излучения «огненного шара» q, кВт/м², проводят по формуле:

q = E_f · F_q · , (10)

где: E_f - среднеповерхностная плотность теплового излучения пламени, кВт/м²;

F_q - угловой коэффициент облученности;

 - коэффициент пропускания атмосферы.

E_f определяют на основе имеющихся экспериментальных данных. Допускается принимать E_f равным 450 кВт/м² [25].

F_q рассчитывают по формуле:

, (11)

где: Н - высота центра «огненного шара», м;

D_s - эффективный диаметр «огненного шара», м;

r - расстояние от облучаемого объекта до точки на поверхности земли непосредственно под центром «огненного шара», м.

Эффективный диаметр «огненного шара» D_s рассчитывают по формуле:

D_s =5,33 m ^0,327 (12)

где т - масса горючего вещества, кг.

H определяют в ходе специальных исследований. Допускается принимать H равной D_s/2.

Время существования «огненного шара» t_s, с, рассчитывают по формуле:

t_s = 0,92 m ^0,303 (13)

Коэффициент пропускания атмосферы  рассчитывают по формуле:

 = ехр [-7,0 · 10^-4 ( - D_s / 2)] (14)

Доза теплового излучения воздействующего на людей определяется по формуле:

Q = q · t_s. (15)

Данные для расчета:

Расстояние от облучаемого объекта до точки на поверхности земли непосредственно под центром «огненного шара» 50 м.

Расчет:

По формуле (12) определяем эффективный диаметр «огневого шара» D_s

D_s = 5,33 · (2304)^0,327 = 66 м.

По формуле (11), принимая H = D_s /2 = 33 м, находим угловой коэффициент облученности F_q

F_q = = 0,126.

По формуле (14) находим коэффициент пропускания атмосферы :

 = ехр [-7,0 · 10^-4 ( – 66 / 2 )] = 0,98.

По формуле (10), принимая E_f = 450 кВт/м², находим интенсивность теплового излучения q

q = 450 · 0,126 · 0,98 = 55 кВт/м².

По формуле (13) определяем время существования «огненного шара» t_s:

t_s = 0,92 · 2304^0,303 = 9,6 с.

По формуле (15), определяем дозу теплового излучения воздействующего на людей от «огненного шара»:

Q = q · t_s = 55 · 9,6 = 5,2 · 10⁵ Дж/м².

Зависимость величины теплового излучения огневого шара от расстояния до его центра представлена в таблице 5.

Таблица 5

Расстояние до центра огневого шара, м	Тепловой поток, q, кВт/м2	Доза теплового излучения, Дж/м2
50	55	5,2 105
60	44	4,2 105
70	39	3,8105
80	27	2,6105
90	22	2,1105
100	17	1,6105

За время существования огневого шара (9,6 сек.) люди получат ожоги различной степени тяжести (см. приложение А, табл. 3).