3.7. Испарение жидкости и СУГ из пролива

3.7. Испарение жидкости и СУГ из пролива

3.7.1 Жидкость

Интенсивность испарения W (кг × м^-2 × с^-1) для ненагретых жидкостей с удовлетворительной точностью может быть описана полуэмпирическим выражением

_━━━ (3.69)

где h - коэффициент, принимаемый по табл. 3.5 в зависимости от скорости и температуры воздушного потока над поверхностью испарения; М - молярная масса жидкости, кг × кмоль^-1; p_s - давление насыщенного пара при расчетной температуре жидкости, кПа.

 

Таблица 3.5

Значения коэффициента h

 

 

Скорость воздушного потока, м × с-1	Значение коэффициента h при температуре t (°C) воздуха
	10	15	20	30	35
0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
0,1	3,0	2,6	2,4	1,8	1,6
0,2	4,6	3,8	3,5	2,4	2,3
0,5	6,6	5,7	5,4	3,6	3,2
1,0	10,0	8,7	7,7	5,6	4,6

 

3.7.2. Сжиженный углеводородный газ

При выбросе СУГ из поврежденного оборудования, в котором жидкость находится под давлением, часть продукта за счет внутренней энергии мгновенно испаряется, образуя с капельками жидкости облако аэрозоля. Массовую долю мгновенно испарившейся жидкости d определяют из соотношения

_━━━ (3.70)

где С_р - удельная теплоемкость СУГ, Дж × кг^-1 × К^-1; Т_а - температура окружающего воздуха, К; T_g - температура кипения СУГ при атмосферном давлении, К; L_g - удельная теплота парообразования СУГ, Дж×кг^-1.

Принимается, что при d ³ 0,35 вся масса жидкости, находящаяся в оборудовании, за счет взрывного характера испарения переходит в паро-капельное облако.

При d < 0,35 оставшаяся часть жидкости испаряется с поверхности пролива за счет потока тепла от подстилающей поверхности и воздуха.

Интенсивность испарения жидкости со свободной поверхности w (кг × м^-2 × с^-1) описывается выражением

_━━━ (3.71)

где l_S - коэффициент теплопроводности материала, на поверхность которого разливается жидкость, Вт × м^-1 × К^-1; С_S - удельная теплоемкость материала, Дж × кг^-1 × К^-1); r_S - плотность материала, кг × м^-3; Т₀ - начальная температура материала, К; t - текущее время с момента начала испарения, с (но не менее 10 с); l_a - коэффициент теплопроводности воздуха при температуре Т₀; u - скорость воздушного потока над поверхностью испарения, м × с^-1; d - характерный диаметр пролива, м; n_a - кинематическая вязкость воздуха при T₀, м² × с^-1.

3.8. Размеры факела при струйном горении

3.8.1. Истечение паровой фазы СУГ

Расчет геометрических параметров факелов при истечении паровой фазы СУГ проводится на основе схемы, показанной на рис. 3.4.

 

 

Рис. 3.4. Схема для расчета геометрических параметров факелов

при истечении паровой фазы СУГ

 

Приведенный метод применим, когда скорость ветра больше 5 м × с^-1.

При меньших значениях скорости ветра этот угол следует считать равным нулю.

Геометрические параметры газовых факелов в случае истечения паровой фазы СУГ вычисляются по формулам (для скорости ветра не менее 5 м × с^-1):

_━━━ (3.72)

_━━━ (3.73)

_━━━ (3.74)

_━━━ (3.75)

_━━━ (3.76)

_━━━ (3.77)

_━━━ (3.78)

_━━━ (3.79)

где U_а - скорость ветра, м × с^-1; U_j - скорость истечения паровой фазы СУГ, принимаемая равной скорости звука, м × с^-1; d₀ - диаметр отверстия истечения, м; r_j - плотность истекающей паровой фазы за срезом сопла (при атмосферном давлении), кг × м^-3; r_a - плотность воздуха, кг × м^-3; g - показатель адиабаты истекающей паровой фазы (допускается принимать равным 1,2); P₀ - атмосферное давление, Па; Q - угол наклона оси факела к вертикали, град; М_j - молярная масса истекающей паровой фазы, кг × кмоль^-1; M_a - молярная масса воздуха, кг × кмоль^-1; L_BV - высота центра верхнего основания факела над горизонтом, м; W₁, W₂ - диаметры нижнего и верхнего оснований факела, м.

3.8.2. Истечение жидкой фазы СУГ

Длина и диаметр факела, образующегося при истечении жидкой фазы СУГ, описываются формулами:

_━━━ (3.80)

_━━━ (3.81)

_━━━ (3.82)

_━━━ (3.83)

где d₁ - эффективный диаметр отверстия истечения, м; r_L - плотность жидкой фазы, кг × м^-3; G₁ - расход жидкой фазы через отверстие истечения, кг × с^-1; F - площадь отверстия истечения жидкой фазы, м²; l_f - высота факела, м; g - ускорение свободного падения, м × с^-2; В - диаметр факела, м.

3.8.3. Истечение сжатого газа

Длина l_f и диаметр d_F факела углеводородных газов вычисляют по формулам:

L_F = kG^0,4; (3.84)

d_F = 0,15kG^0,4, (3.85)

где l_f, d_F - длина и максимальный диаметр факела, м; G - расход газа, кг × с^-1; k = 12,3 - коэффициент пропорциональности.

Размеры факела принимаются независимыми от направления истечения газа.

При истечении газа вдоль ограничивающей поверхности (земля, оборудование и т. д.) расчетную длину факела следует увеличить на 25 %.

3.9. Тепловое излучение от горящего резервуара

Оценку интенсивности теплового излучения пламени горящего резервуара (горение жидкости по всей площади поперечного сечения резервуара) можно получить по методу, изложенному в п. 3.6, принимая в качестве диаметра пролива диаметр резервуара.

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 4

 

КРИТЕРИИ ПОРАЖЕНИЯ ЛЮДЕЙ, ЗДАНИЙ И ОБОРУДОВАНИЯ ОПАСНЫМИ ФАКТОРАМИ АВАРИЙ С ПОЖАРАМИ И ВЗРЫВАМИ

 

Для аварий с пожарами и взрывами на промышленных объектах наиболее характерными поражающими факторами являются ударная волна, тепловое излучение и осколочное воздействие при взрывах технологических аппаратов.

Ниже рассмотрены различные подходы к определению критериев поражения людей, зданий и оборудования перечисленными поражающими факторами.

4.1. Критерии поражения ударной волной

Известные критерии поражения объектов ударной волной (УВ) можно условно разделить на детерминированные и вероятностные. Детерминированные критерии приближенно показывают значения параметров УВ, при которых наблюдается тот или иной уровень поражения (разрушения). Вероятностные критерии показывают, какова условная вероятность того или иного уровня поражения (разрушения) при заданном значении поражающего фактора (например, избыточного давления и импульса положительной фазы УВ). Дальше рассматриваются как те, так и другие критерии.

4.1.1. Детерминированные критерии оценки поражающего действия УВ

Для описания поражения различных объектов УВ принято использовать так называемые Р/i диаграммы. Для кратковременных импульсных воздействий зачастую приемлемым является использование только критических значений импульса i УВ, для относительно длительных воздействий, типичных для дефлаграционных взрывов паровоздушных облаков - критических значений избыточного давления DР положительной фазы УВ.

Воздействие УВ на конструкции во многом определяется величиной t/T, где t - время воздействия положительной фазы УВ, Т - период собственных колебаний конструкции. При t/T > 2,5 воздействие определяется величиной DР, при t/T < 0,1 - импульсом УВ. Собственные частоты некоторых сооружений приведены в табл. 4.1.

 

Таблица 4.1

 

Наименование зданий и сооружений	Т, с
Двухэтажное кирпичное здание	0,14
Башенный копер шахты высотой 70 м	0,20
Крупнопанельное здание	0,22¸0,32
Пятиэтажный каркасный производственный корпус с железобетонными диафрагмами	0,25
Трехэтажное кирпичное здание заводоуправления	0,34
Силосный корпус элеватора высотой 25 м	0,36
Металлическая водонапорная башня высотой 20 м	0,40
Каркасное трехэтажное здание фабрики высотой 17,5 м и размерами в плане 114 ´ 37 м	0,85
Кирпичная дымовая труба	2,86

 

Значения критического давления DР для разрушения УВ тех или иных элементов зданий приведены в табл. 4.2, для повреждений некоторых промышленных конструкций - в табл. 4.3.

 

Таблица 4.2

 

Характер повреждений элементов зданий	DР, кПа
Разрушение остекления	2¸7
Разрушение перегородок и кровли:
деревянных каркасных зданий	12
кирпичных зданий	15
железобетонных каркасных зданий	17
Разрушение перекрытий:
деревянных каркасных зданий	17
промышленных кирпичных зданий	28
промышленных зданий со стальным и железобетонным каркасом	30
зданий с массивными стенами	42
Разрушение стен:
шлакоблочных зданий	22
деревянных каркасных зданий	28
кирпичных зданий со стенами в 1,5 кирпича	40
зданий с массивными стенами	100
Разрушение фундаментов	215¸400