Зависимость степени поражения (разрушения) отпробит-фуикции 1 страница

Pпор,%
		2,67	2,95	3,12	3,25	3,38	3,5	3,52	3,6	3,7
	3,72	3,77	3,82	3,87	3,92	3,96		4,05	4,1	4,1
	4,16	4,19	4,23	4,26	4,29	4,33	4,4	4,39	4,4	4,5
	4,48	4,5	4,53	4,56	4,59	4,61	4,6	4,67	4,7	4,7
	4,75	4,77	4,8	4,82	4,85	4,87	4,9	4,92
		5,03	5,05	5,08	5,1	5,13	5,2	5,18	5,2	5,2
	5,25	5,28	5,31	5,33	5,36	5,39	5,4	5,44	5,5	5,5
	5,52	5,55	5,58	5,61	5,64	5,67	5,7	5,74	5,8	5,8
	5,84	5,88	5,92	5,95	5,99	6,04	6,1	6,13	6,2	6,2
	6,28	6,34	6,41	6,48	6,55	6,64	6,8	6,88,	7,1	7,3
	7,33	7,37	7,41	7,46	7,51	7,58	7,7	7,75	7,9	8,1

Время термического воздействия т, с, для случаев пожара раз­лития и горения здания (сооружения, штабеля и т.п.) равно:

(2.55)

где: - характерное время обнаружения пожара (допускается принимать 5 с);

х - расстояние от места нахождения человека до зоны, где плотность потока теплового излучения не превышает 4 кВт/м²;

u - скорость движения человека (допускается принимать 5 м/с).

Для случая огненного шара время термического воздействия равно времени существования огненного шара (см. п. 2.4,2).

2.2.4.1. ПОЖАР РАЗЛИТИЯ

При нарушении герметичности сосуда, содержащего сжижен­ный горючий газ или жидкость, часть жидкости может заполнить поддон или обваловку, растечься по поверхности грунта или за­полнить какую-либо естественную впадину.

Если поддон или обваловка имеют размеры (радиус r_под), то глубину заполнения (h, м) можно найти по формуле:

(2.56)

где: m _ж, - масса и плотность разлившейся жидкости кг и кг/м³ соответственно;

F_под-площадь поддона, м2.

При авариях в системах, не имеющих защитных ограждений, происходит растекание жидкости по грунту и (или) заполнение естественных впадин. Обычно при растекании на грунт площадь разлива ограничена естественными и искусственно созданными границами (дороги, дренажные канавы и т. п.), а если такая информация отсутствует, то принимают толщину разлившегося огня равной h = 0,05 м и определяют площадь разлива (F_раз, м²) формуле:

(2.57)

Отличительной чертой пожаров разлития является «накрытие» с подветренной стороны, Это накрытие может составлять 25-50% диаметра обвалования

Пламя пожара разлития при расчете представляют в виде направленного по направлению ветра цилиндра конечного размера (рис. 2.8), причем угол наклона зависит от безразмерной скоростиветра W_b:

(2.58)

Геометрические параметры факела пожара разлития можно определилить по формуле Томаса:

(2.59)

где: W^C_B = w(m_выг gD/ _n)^-1/3 - безразмерная скорость ветра, м/с;

m_выг - массовая скорость выгорания, кг/(м2с);

Р_п, Р_в - плотность пара и воздуха, соответственно, кг/м3;

g - ускорение свободного падения, м/с²;

D - диаметр зеркала разлива, м;

w - скорость ветра, м/с.

Рис.2.8. Расчетная схема пожара разлития

Эмпирические коэффициенты в формуле Томаса (a=55; b=0,67 и c= -0,21) получены по результатам экспериментов, выполненных для широкого диапазона изменения параметров:

Скорость выгорания жидкостей определяют, как правило, эк­спериментально. Для экспертной оценки скорости выгорания можно воспользоваться эмпирической формулой:

(2.60)

где: - плотность жидкости, кг/м³;

Q^P_H- низшая теплота сгорания топлива, Дж/кг.

Значение коэффициента пропорциональности С=1,25 10^-6 м/с получено путем обработки многочисленных экспериментальных данных по выгоранию большинства органических жидкостей и их смесей (рис.2.9).

Степень термического воздействия пожара разлития (плот­ность теплового потока, падающего на элементарную площад­ку, расположенную параллельно () и перпендикулярно (), (рис.2.8) q^пад, кВт/м²) несложно найти по формуле;

(2.61)

где: - угловой коэффициент излучения с площадки боковой поверхности пламени пожара разлива на единичную площадку, расположенную на уровне грунта (рис. 2.8), определяемый по формулами, приведенным в приложении 3[22],

q^соб - средняя по поверхности плотность потока собствен­ного излучения пламени, кВт/м² значения которой для некото­рых жидких углеводородных топлив приведены в табл. 2.15.

Таблица 2.15

Значения q^соб, кВт/м², для некоторых жидких углеводородных топлив

Топливо		qсоб, кВт/м2		mвыг, кг/(м2 с)
d = 10 м	d = 20 м	d =» 30 м	d - 40 м	d = 50 м
СПГ (метан)						0,08
СУГ (пропан)						0,1
Бензин			35.			0,06
Диз. топливо						0,04
Нефть						0,04

Примечание: Для очагов с диаметром менее 10 м более 50 м следует принимать величину q^co6 такой же, как и для очагов диаметром 10 и 50 соответственно.

Рис. 2.9. Обобщение экспериментальных данных по скорости выгорания

различных жидкостей:

1 - метанол; 2-диэтилентриамин; 3- ацетон; 4- диаметилгидрозинг;

5 - ракетное топлива; 6 - ксилол; 7 - бензин; 8 - бензол; 9 - гексан;

10-бутан; 11 -сжиженный энергетический газ; 12 - сжиженный

природный газ; 13 - сжиженный нефтяной газ.

При горении топлива в котлованах без ограничивающих сте­нок (очаг горения на уровне земли) имеет место так называемое «волочение» или «переливание» пламени под действием ветра за пределы очага горения, так что оно как бы стелется по поверхно­сти земли на расстояние г* (рис.2.8), определяемое по формуле:

(2.62)

Обозначения те же, что и в формуле (2.59). Для углеводород­ных топлив k1=l,0; к2= 0,069; к3= 0,48; для сжиженного газа: k1= 1,5; k2= 0,069; k3= 0.

2.2.4.2. ГОРЕНИЕ ПАРОГАЗОВОЗДУШНОГО ОБЛАКА

Крупномасштабное диффузионное горение ПГВ облака, реа­лизуемое при разгерметизации резервуара с горючей жидкостью или газом под давлением, носит название «огненный шар». Плот­ность теплового потока, падающего с поверхности «огненного шара» на элементарную площадку на поверхности мишени q^пад кВт/м², равна:

(2.63)

где: q^co6 - плотность потока собственного излучения «огнен­ного шара», кВт/м², допускается принимать равной 450 кВт/м;

R- расстояние от точки на поверхности земли под центром «огненного шара» до облучаемого объекта, м;

D_эф - эффективный диаметр «огненного шара», м, опреде­ляемый по формуле:

(2.64)

где: М - масса горючего вещества, кг;

Н - высота центра «огненного шара», м, которую допус­кается принимать равной 0,5 D^;

Ф - угловой коэффициент излучения с «огненного шара» на элементарную площадку на поверхности облучаемой поверхно­сти, определяемый по формуле:

(2.65)

Время существования «огненного шара» т. о. Рассчитывают по формуле:

(2.66)

Рассчитав значения q и по формулам (2.63) и (2.66), неслож­но по формуле (2.54) определить величину пробит-функции и по табл. 2.14-степень термического поражения Р_пор.

2.2.43. ГОРЕНИЕЗДАНИЙ И ПРОМЬШШЕННЫХ ОБЪЕКТОВ

Расчет протяженности зон теплового воздействия R, м, при го­рении зданий и промышленных объектов производится по фор­муле:

(2.67)

где: q^соб - плотность потока собственного излучения пламени пожара, кВт/м² (табл. 2.16);

q_кр "- критическая плотность потока излучения пламени пожара, падающего на облучаемую поверхность и приводящую к тем или иным последствиям, кВт/м² (табл. 2.17);

R - приведенный размер очага горения, м, равный:

Таблица 2.16

Теплотехнические характеристики материалов и веществ

Вещества, материалы	Массовая скорость	Теплота	Плотность потока
выгорания,	горения,	пламени пожара,
Vвыг кг/(м с)	Qy, кДж/кг	qсоб, кВт/м2
Ацетон	0,047
Бензол	0,08
Бензин	0,05		1780-1220
Керосин	0,05
Ma3VT	0,053
Нефть	0,02
Древесина	0,015
Качук натуральный	0,013
Хиломатериалы	0,017

Таблица 2.17

Значения плотностей потока, падающего излучения

	Время до того как
qкр, Вт/м	начинаются болевые ощущения, с	появляются ожоги (ожог II степени), с
	2,5	4,3
		8,5
		13,5
		2,5
4,2	15-20
1,5	безопасно	безопасно
	возгорание древесины	через 10 минут
17,5	возгорание древесины	через 5 минут
	возгорание ЛВЖ	через 3 минуты
	возгорание ГЖ	через 3 минуты

Примечание: ГЖ - горючие жидкости и вещества (мазут, торф, масло и т.п.); С- легковоспламенимые жидкости (ацетон, бензол, спирт).

Задавая ту или иную степень поражения человека, сооружения и т. п., по формуле (2.67) несложно определить искомое расстояние от очага пожара.

2.2.5. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ СОСТОЯНИЯ ОБЪЕКТА ЭКОНОМИКИ ПРИ АВАРИИ СО ВЗРЫВОМ

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Процесс горения со стремительным высвобождением энергии и образованием при этом избыточного давления (более 5 кПа) называется взрывным горением.

Различают два принципиально разных режима взрывного го­рения: дефлаграционный и детонационный.

При дефлаграционном горении распространение пламени проис­ходит в слабо возмущенной среде со скоростями значительно ниже скорости звука.

При детонационном горении (детонации) распространение пла­мени происходит со скоростью, близкой к скорости звука или пре­вышающей ее.

Инициирование (зажигание) газовоздушной смеси с образова­нием очага горения возможно, если будут выполнены следую­щие условия:

- концентрация горючего газа в газовоздушной смеси должна быть в диапазоне между нижним и верхним концентрационными пределами распространения пламени;

- энергия зажигания от искры (горячей поверхности) должна быть не ниже минимальной. Для большинства взрывчатых сме­сей энергия зажигания не превышает 30 Дж.

Нижний концентрационный предел (С_нкп) распространения пла­мени - это такая концентрация горючего газа в смеси с окисли­тельной средой, ниже которой смесь становится неспособной к распространению пламени.

Верхний концентрационный предел (С_В!Ш) распространения пламени - это такая концентрация горючего в смеси с окисли­тельной средой, выше которой смесь становится неспособной к распространению.пламени.

Минимальная энергия инициирования (зажигания) (Э_и) - наи­меньшее значение энергии электрического разряда, способное вос­пламенить смесь стехиометрического состава.

Концентрация газа стехиометрического состава (С_сх) - кон­центрация горючего газа в смеси с окислительной средой, при которой обеспечивается полное без остатка химическое взаимо­действие горючего и окислителя смеси.

При сгорании газовоздушной смеси стехиометрического со­става образуются только конечные продукты реакции горения и выделившаяся теплота их сгорания не расходуется на нагрева­ние несгоревших окислителя или горючего т.к. последние не об­разуется. По этой причине продукты сгорания нагреваются до максимальной температуры.

В случае дефлаграционного горения такой смеси, в замкну­том герметичном и теплоизолированном объеме образуются мак­симальные температура и давление. Величина максимального давления является характеристикой соответствующей газо-воздушной смеси.

Режим дефлаграционного горения может переходить в режим детонационного горения (при быстром росте скорости распрост­ранения пламени). Такому переходу способствует турбулизация процесса горения при встрече фронта пламени с препятствиями. При этом поверхность фронта пламени становится неровной, а толщина пламени увеличивается - все это вызывает рост скоро­сти распространения пламени.

В режиме детонационного горения нагрузки значительно воз­растают. Поэтому режим детонационного горения принят за рас­четный случай для прогнозирования обстановки при авариях со взрывом.

К основным факторам, влияющим на параметры взрыва, от­носят: массу и тип взрывоопасного вещества, его параметры и условия хранения или использования в технологическом процес­се, место возникновения взрыва, объемно-планировочные реше­ния сооружений в месте взрыва.

Взрывы на промышленных предприятиях и базах хранения мож­но разделить на две группы - в открытом пространстве и произ­водственных помещениях.

В открытом пространстве на промышленных предприятиях и базах хранения возможны взрывы газовоздушных смесей (ГВС), образующихся при разрушении резервуаров со сжатыми и сжи­женными под давлением или охлаждением (в изотермических ре­зервуарах) газами, а также при аварийном разливе легковоспла­меняющихся жидкостей.

В производственных помещениях, наряду со взрывом ГВС, воз­можны также взрывы пылевоздушных смесей (ПБС), образую­щихся при работе технологических установок.

12.5.1. ВЗРЫВ ГАЗОВОЗДУШНЫХ СМЕСЕЙ В ОТКРЫТОМ ПРОСТРАНСТВЕ

ДЕТОНАЦИОННЫЙ РЕЖИМ ГОРЕНИЯ

С целью проведения расчетов с гарантированным запасом по объему инженерно-спасательных работ, при обосновании исход­ных данных принимают такой случай разрушения резервуара, чтобы образовавшийся при этом взрыв газо-воздушной смеси про­извел максимальное поражающее воздействие. Этот случай со­ответствует разрушению того резервуара, в котором хранится максимальное количество горючего вещества на рассматривае­мом объекте.

Кратко рассмотрим модели воздействия, определяющие поля поражающих факторов (давлений) при прогнозировании послед­ствий взрывов газо-воздушных смесей.

При взрыве газо-воздушных смесей различают две зоны дей­ствия: детонационной волны - в пределах облака ГВС и воздуш­ной ударной волны - за пределами облака ГВС. В зоне облака действует детонационная волна, избыточное давление во фрон­те которой принимается постоянным в ^пределах облака ГВС и приблизительно равным ДРД - 17 кг/см2 (1,7 МПа).

В расчетах принимают, что зона действия детонационной вол­ны ограничена радиусом г(Ь который определяется из допущения, что ГВС после разрушения емкости образует в открытом про­странстве полусферическое облако.

Объем полусферического облака может быть определен по формуле:

где: = 3,14.

Учитывая, что киломоль идеального газа при нормальных усло­виях занимает 22.4 м² объем образовавшейся ГВС при аварийной ситуации и со ставит:

где: k - коэффициент, учитывающий долю активного газа (долю продукта, участвующего во взрыве);

Q - количество сжиженных углеводородных газов в храни­лище до взрыва, кг;

С - стехиометрическая концентрация газа в % по объему (табл. 2.19);

m_k- молярная масса газа, кг/кмоль.

Из условия равенства полусферы и объема образовавшейся смеси, получим:

(2.68)

При подстановке значений для метана m_k=16 и С=9,45 (табл. 2.19), получим формулу:

(2.69)

где: Q - количество метана до взрыва, кг.

Эта формула получила широкое распространение при проведении расчетов по определению последствий взрывов для углеводородных газов.

Значение коэффициента к принимают в зависимости от сно­ба хранения продукта:

к. = 1 - для резервуаров с газообразным веществом;

к = 0,6 - для газов, сжиженных под давлением;

к = 0,1 - для газов, сжиженных охлаждением (хранящихся в этермических емкостях);

к = 0,05 - при аварийном разливе легковоспламеняющихся жидкостей.

Зона действия воздушной ударной волны (ВУВ) начинается азу за внешней границей облака ГВС. Давление во фронте ударной волны зависит от расстояния до центра взрыва и определятся по рис. 2.10 или табл. 2.18, исходя из соотношения:

(2.70)

где: r - расстояние от центра взрыва до рассматриваемой точки.

Таблица 2.18

r/r0	0-1	1,01	1,04	1,08	1,2	1,4	1,8	2,7
Pф, кПа

Таблица 2.18 и рис.2.10 составлены путем аппроксимации значений, полученных с помощью формул, характеризующих зависимость давления от расстояния до центра взрыва.

Рис, 2.10. Изменение значений (кгс/см²) при взрыве пропанобутановых ГВС в зависимости от массы сжиженного газа Q (г) и расстояния г (м)

Пример 1 (работа с рис. 2.10):

Определить r₀ и значения др. на расстоянии 100 м при разлитии и взрыве ГВС Q=1000 кг. На пересечении вертикальной линии r =100 м с горизонтальной Q—1000 кг получим точку А соответствующую =0,25 кгс/см²; r₀ =15,6 м.

Пример 2 (работа с рис. 2.10):

Определить значение Q, при котором объект, выдерживающий нагрузку = 0.3 кгс/см² и удаленный на Щ м, не будет разрушен. На пресечении вертикальной линии г = 60 м с наклонной =0,3 кгс/см² получим точку A₁, соответствующую Q = 320 кг.

Пример 3 (расчеты по формулам):

Взрыв облака ГВС, образованного при разрушении резервуара с } кг сжиженного пропана.

Исходные данные: Q=106 кг; К=0,6; m_k=44; С=4,03%.

Определить давление ударной волны на расстоянии r=200 м от центра взрыва.

2.2.5.2. ВЗРЫВЫ ГАЗОВОЗДУШНЫХ И ПЫЛЕВОЗДУШНЫХ СМЕСЕЙ В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЯХ

Последствия взрыва на пожаровзрывоопасных предприятиях определяются в зависимости от условия размещения взрывоопасных продуктов. Если продукты размещаются вне помещений, то принимается, что авария развивается по сценарию взрыва в от­рытом пространстве.

Если технологический аппарат со взрывоопасными продуктами размещен в зданиях, то авария развивается по сценарию взрыва в замкнутом объеме.

Кратко рассмотрим модели воздействия, позволяющие определить поля давлений при прогнозировании последствий взрывов в производственных помещениях.

Наиболее типичными аварийными ситуациями в этом случае читаются:

- разрушение аппарата или трубопровода со смешанными га­зами или жидкостями;

- потеря герметичности трубопроводов (разрыв сварного шва, прокладки, отрыв штуцера);

- разлив жидкостей по полу помещения или по рельефу мест­ности;

-образование или выброс горючей ныли.

В этом случае газо-, паро-, пылевоздушная смесь займет час­тично или полностью весь объем помещения. Затем этот объем заменяется расчетной сферой (в отличии от полусферы в откры­том пространстве), радиус которой определяется с учетом объе­ма помещения, типа и массы опасной смеси. При прогнозирова­нии последствий считают, что процесс в помещении развивается в режиме детонации.

ВЗРЫВЫ ГАЗОПАРОВОЗДУШНЬГХ СМЕСЕЙ

При взрыве газопаровоздушных смесей (ГПВС) зону детона­ционной волны, ограниченную радиусом г0, можно определить по формуле:

,(2.71)

где: 1/ 24 - коэффициент, м/кДж^1/3;

Э - энергия взрыва смеси, определяемая из выражения:

, (2.72)

где: V_ГПВС объем смеси, равный:

V_ГПВС=100V_r/C, (2.73)

где: Vr - объем газа в помещении;

С - стехиометрическая концентрация горючего по объему в % (табл. 2.19);

_стх - плотность смеси стехиометрического состава, кг/м3 (табл. 2.19);

Q_CTX - энергия взрывчатого превращения единицы массы смеси стехиометрического состава, кДж/кг (табл. 2.19);

V₀ - свободный объем помещения, равный V₀=0,8V_n, м³;

V_n - объем помещения.

При V_ГПВС > V₀ объем смеси V_ГПВС принимают равным V_0.

В нормативной литературе по взрывозащите зданий и взрывобезопасности производств существуют специальные методи­ки по определению массы и объема газа, распространяющегося в помещении при аварийной ситуации. Эти методики предусмат­ривают тщательное изучение технологического процесса. Для оперативного прогнозирования последствий взрыва в производственных помещениях расчеты целесообразно проводить для случая, при котором будут максимальные разрушения, то есть когда свободный объем помещения, где расположены емкости с газом, будет полностью заполнен взрывоопасной смесью стехиометрического состава. Тогда уравнение (2.72) по определению энергии взрыва можно записать в виде:

(2.74)

Далее принимается, что за пределами зоны детонационной ванны с давлением 17 кгс/см² действует воздушная ударная вол-давление во фронте которой определяется с использованием 1ных табл. 2.18 или рис. 2.10.

Таблица 2.19

Характеристики газопаровоздушных смесей