Расчет интенсивности теплового излучения и времени существования «огненного шара»



Скачать 192.76 Kb.
Дата24.12.2012
Размер192.76 Kb.
ТипДокументы


Расчет интенсивности теплового излучения и

времени существования «огненного шара»

(методика ГОСТ Р 12.3.047-98)
Введение
«Огненный шар» - это крупномасштабное диффузионное горение парогазо-воздушного облака, реализуемое при разгерметизации резервуара с перегретой горючей жидкостью или газом под давлением, а также с сжиженными газами.

Облако пара (газа), смешанного с воздухом, но переобогащенное топливом и не способное поэтому объемно детонировать, начинает гореть вокруг своей внешней оболочки, образуя «огненный шар». Такие «огненные шары» крайне опасны. Если они вызваны горением углеводородов, то светятся и излучают тепло, что может причинить смертельные ожоги наблюдателям и зажечь дерево или бумагу. Поднимаясь, «огненный шар» образует грибовидное облако, ножка которого - это сильное восходящее конвективное течение. Такое течение может всасывать отдельные предметы, зажигать их и разбрасывать горящие предметы на большие площади.

«Огненные шары» возникают в момент воспламенения парогазовых облаков еще не достигших стехиометрической концентрации во всем своем объеме, которые образуются в результате полного разрушения резервуаров, содержащих перегретые жидкости и газы под давлением. Объем и форма первоначально образующихся облаков существенно зависят от характера разрушения сосудов. При мгновенном полном разрушении сосуда облако имеет сферическую форму. Образование трещин в оболочке обуславливает строгую направленность струи газо- парожидкостной среды и придает облаку плоскую или вытянутую форму. После окончательного формирования «огненного шара» он отрывается от земли и подпитывается воздухом за счет конвективных сил, что увеличивает его массу. После достижения стехиометрического состава смеси вовлекаемый воздух охлаждает газы и приводит в дальнейшем к полному выгоранию горючих газов или паров. Температура «огненных шаров» углеводородов может превышать 2000˚С.

Продолжительность горения и размеры «огненных шаров» определяются общей массой горючего в емкости в момент аварии. Аварии такого типа наиболее часты на железнодорожных цистернах и хранилищах сжиженных газов. Отдельные «огненные шары» охватывают поверхность земли радиусом до 60 м с воспламенением горючих материалов в радиусе 350 м. Такие аварии могут вызвать катастрофические последствия, так как от теплового излучения «огненных шаров» возможно воспламенение других объектов. Кроме того, образование «огненных шаров» часто сопровождается мощной ударной волной сжатого газа (адиабатическое расширение).

Развитие «огненного шара» во времени включает четыре основные стадии [1]:

  1. от потери герметичности емкости до момента воспламенения;

  2. от момента воспламенения до момента вытягивания;

  3. от момента вытягивания до полного образования;

  4. от полного образования до прекращения существования.


Время жизни «огненного шара» определяется с учетом процессов, протекающих при его возникновении и развитии.

В основе оценки опасности «огненных шаров», как источников нагрева объектов, попадающих в зону интенсивного излучения, лежат закономерности переноса от них тепловой энергии. При оценке излучательной способности «огненных шаров» обычно предполагалось, что они представляют собой абсолютно черное тело. Однако в действительности они имеют весьма низкую излучательную способность. Например, излучение водородного «огненного шара» невелико, и объекты, находящиеся вне его радиуса практически не испытывают теплового поражения; напротив, объекты в радиусе «огненного шара» подвергаются интенсивному тепловому облучению. Однако излучательная способность «огненных шаров», возникших при взрыве перегретых горючих жидкостей, меньше излучательной способности горящих различных нефтепродуктов.

Взрывы с образованием «огненных шаров» происходят при больших массах горючей жидкости, высоких значениях энергии перегрева и внезапном разрушении сосудов, когда мгновенно образуется огромная масса паров. Это часто происходит при огневом или другом интенсивном нагреве сосудов со сжиженными углеводородными газами и ГЖ. Поэтому локальные пожары или взрывы с последующим возникновением пожаров на складах ГЖ и сжиженных газов или технологических установках всегда представляют опасность масштабного развития аварий, особенно при больших плотностях энергоносителей на производственных площадях [2].

Статистика аварий связанных с образованием «огненного шара»
Наиболее крупные аварии, связанные с образованием «огненного шара» представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Аварии связанные с образованием «огненного шара»

Дата и место аварии

Вид аварии

Описание аварии и основные причины

Масштабы развития аварии, максимальные зоны действия поражающих факторов

Число постра-давших, ущерб

Источ-ник инфор-мации

1

2

3

4

5

6

04.01.1966 г.Фейзен

(Франция)

Взрыв пропа-на

Произошла утечка сжиженного пропана, который воспламенился от проезжавшей машины, произошел взрыв, образовался огненный шар, в дальнейшем при нагреве оболочек разорвались еще 4 резервуара

При взрыве резервуара, в котором находилось 100-450т пропана, осколок массой 15т отлетел на расстояние 300 м.

Погибли 17 чел., пострада-ли 80 чел.

[1]

09.03.1972

г.Линчберг

(шт.Вирги-ния, США)

Авария с пропаном

Авария автоцистерны с пропаном привела к образованию огненного шара

Огненный шар содержал около 10т пропана и имел радиус около 60м

2 чел. погибли, 5 чел., получили тяжелые ожоги

[1]

05.07.1973

г.Кингмен

(шт.Вирги-ния, США)

Взрыв пропана

Железнодорожная цистерна с пропаном дала утечку паров при перекачке пропана в хранилище. Пары воспламенились и через 19 мин. цистерна взорвалась,

Половина взорвавшейся цистерны была отброшена вдоль железнодорожного полотна на 400м.

Погибло 13чел., 95чел. получили ранения

[1]



Продолжение таблицы 1

1

2

3

4

5

6







образовался огненный шар










19.10.1971

г.Хьюстон

(шт. Техас, США)

Авария с моно-мерным винилхлоридом

Огненный шар возник при полном разрушении цистерны, содержащей около 45т мономерного винилхлорида

Нет данных

Один пожарный погиб и много пострадали

[1]

11.07.1978

г.Сан-Кар-лос (Испа-ния)

Авария с жидким пропиленом

Во время движения автоцистерны с 23,5т жидкого пропана разорвалась оболочка цистерны и образовалось горючее облако паровоздушной смеси. Воспламенение оболочки привело к крупному пожару и образованию огненного шара.

Задняя часть цистерны (около 12т) отлетела на расстояние 250м. Передняя часть с содержимым массой 4т была обнаружена на расстоянии 300м. Средняя часть с содержимым массой 8т – 50м. Тягач находился на расстоянии 100м от места аварии.

95 чел мгновенно погибли, 115 чел умерли некоторое время спустя и 67 чел были помещены в больницу

[1]

30.08.1979

г.Гудхоп (шт. Луи-зиана, США)

Выброс бутана

Грузовое судно столкнулось со стоящей у пирса баржей с бутаном. Удар пришелся по центру баржи и пробил один из танков. В результате утечки газа образовался

На барже было 6 танков (массой около 630т). Полное разрушение потерпел только третий танк. Радиус огненного шара составил 120-150м.

Погибло 12 чел. и 25чел. было травмировано

[2]

Продолжение таблицы 1

1

2

3

4

5

6







огненный шар высотой в сотни фунтов. Существовал он около 30с.










19.11.1984

Г.Сан-Хуан-Ик-суатепек (Мексика)

Взрыв СУГ

Во время заполнения хранилища СУГ обнаружилась утечка газа, предположительно через поврежденную трубу между цистернами. Произошло воспламенение паров и взрыв. Возникло факельное горение паров СУГ. Стали взрываться резервуары с перегретой жидкостью и образовался огненный шар. Причина аварии – трещины в межтрубном пространстве

Повреждены резервуары и трубопроводы, произошли массовые пожары жилых домов

Погибли около 500 чел. и 7231 чел. серьезно пострадали

[2]


Продолжение таблицы 1

1

2

3

4

5

6

17.02.2001

г.Пержа

(зап. Авст-рия)

Взрыв ядохимикатов

Пожар на заводе обработки ядохимикатов, на его территории находилось около 500 тыс.л. ядохимикатов в 300 контейнерах. Под воздействием высоких температур взорвались 50 контейнеров, вместимостью 44 галлонов каждый. Каждый взрыв сопровождался огненным шаром. Причины пожара неизвестны.

В результате взрывов остатки контейнеров и ядохимикаты разбросало на территории радиусом от 50 до 100м. Воздух наполнился токсичными газами.

Более 100 чел. были эвакуированы

http://

www. Пресс-Центр.

ru



Методика расчета интенсивности теплового излучения и времени

существования «огненного шара»
Расчет интенсивности теплового излучения «огненного шара» осуществляется в соответствии с ГОСТ Р 12.3.047-98 «Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля» [3].

Расчет осуществляется для определения (кроме геометрических размеров и времени существования) размеров зон воздействия теплового излучения различной интенсивности (ожоги 1-й, 2-й, 3-й степени) на человека, а также для оценки вероятности поражения человека, находящегося на определенном расстоянии от эпицентра аварии, тепловым излучением.

Расчет интенсивности теплового излучения «огненного шара» q, кВт/м2 осуществляется по формуле (1):

(1)

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

Fq – угловой коэффициент облученности;

τ - коэффициент пропускания атмосферы.

Ef определяется на основе имеющихся экспериментальных данных. Допускается принимать Ef равным 450 кВт/м2.

Величина Fq рассчитывается по формуле (2):

, (2)

где Н – высота центра «огненного шара», м;

Ds – 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» рассчитывается по формуле (3):

, (3)

где m – масса горючего вещества, кг (для перегретых жидкостей определяется, исходя из условий развития аварии в соответствии с НПБ 105-03 [4] и ГОСТ Р 12.3.047-98 [3], при Tа> Tкип).

, (4)

где mп – масса вышедшей перегретой жидкости, кг;

Tа – температура перегретой жидкости в соответствии с технологическим регламентом в технологическом аппарате или оборудовании, К;

Tкип – нормальная температура кипения жидкости, К;

Cр – удельная теплоемкость жидкости при температуре перегрева жидкости Tа, Дж∙кг-1∙К-1;

Lисп – удельная теплота испарения жидкости при температуре перегрева жидкости Tа, Дж∙кг-1.

Величина Н определяется в ходе специальных исследований. Допускается принимать Н= Ds/2 (предполагается, что облако касается поверхности земли).

Время существования «огненного шара» ts, c, определяется по формуле (5):

(5)

Коэффициент пропускания атмосферы рассчитывается по формуле (6):

(6)

Доза теплового излучения Q, Дж/м2, рассчитывается по формуле (7):

(7)

Предельно допустимые дозы теплового излучения при воздействии «огненного шара» на человека представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Предельно допустимая доза теплового излучения при воздействии «огненного шара» на человека

Степень поражения

Доза теплового излучения, Дж/м2

Ожог 1-й степени

1,2·105

Ожог 2-й степени

2,2·105

Ожог 3-й степени

3,2·105

Условная вероятность поражения человека тепловым излучением определяется с помощью «пробит» - функции Pr , которая рассчитывается по формуле (8):

(8)

Экспресс-оценка воздействия теплового излучения «огненного шара» на человека без защитной одежды может быть осуществлена с помощью приведенной дозы теплового излучения Q1= Q3/4, (Вт/м2)4/3c (рисунок 1) [5,6].




,% 99,9

1 2 3

99,5


95

90


50


20

10

1
0,1

0,02

106 2 5 107 2 5 108

Q1, (Вт/м2)4/3с

1 – первая степень поражения (ожог на глубину < 0,12 мм), 2 – вторая степень поражения (ожог на глубину < 2 мм), 3 – третья степень поражения (летальный исход).

Рисунок 1 - Потери людей без защитной одежды от воздействия тепловой радиации при горении углеводородов


Связь «пробит» - функции Pr с вероятностью поражения человека тепловым излучением представлена в таблице 3.


Таблица 3 - Связь вероятности поражения человека с «пробит» - функцией.

Р,%

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0




2,67

2,95

3,12

3,25

3,38

3,45

3,52

3,59

3,66

10

3,72

3,77

3,82

3,86

3,92

3,96

4,01

4,05

4,08

4,12

20

4,16

4,19

4,23

4,26

4,29

4.33

4,36

4,39

4,42

4,45

30

4,48

4,50

4,53

4,56

4,59

4,61

4,64

4.67

4,69

4,72

40

4,75

4,77

4,80

4,82

4,85

4,87

4,90

4,92

4,95

4,97

50

5,00

5,03

5,05

5,08

5,10

5,13

5,15

5,18

5,20

5,23

60

5,25

5,28

5,31

5,33

5,36

5,39

5,41

5,44

5,47

5,50

70

5,52

5,55

5,58

5,61

5,64

5,67

5,71

5,74

5,77

5,81

80

5,84

5,88

5,92

5,95

5,99

6,04

6,08

6,13

6,18

6,23

90

6,28

6,34

6,41

6,48

6,55

6,64

6,75

6,88

7,05

7,33

99

7,33

7,37

7,41

7,46

7,51

7,58

7,65

7,75

7,88

8.09


ПРИМЕРЫ РАСЧЕТОВ
Пример 1

Исходные данные. Определить эффективный диаметр и время существования «огненного шара», интенсивность теплового излучения, степень поражения человека и его вероятность на расстоянии 25 м от облучаемого объекта до точки на поверхности земли непосредственно под центром «огненного шара» при полном разрушении емкости с жидким пропаном (=530 ) объемом 200 и расстояние, на котором человек получит ожог 1-й, 2-й и 3-й степени (в соответствии с табл.2). Удельная теплоемкость перегретой жидкости при 30˚С составляет 1,65 кДж/(кг∙К). Температура кипения - 42˚С. Удельная теплота испарения 46,4МДж/кг. Степень заполнения резервуара составляет 80%.

Решение.

Определяется масса горючего вещества, участвующего в образовании «огненного шара», по формуле (4), при этом mп = V∙ρ∙α = 200∙530∙08 = 84800 кг

m – масса горючего вещества, которая определяется по формуле (9) (при > ) в соответствии с НПБ 105-03 [4]:

(9)

где- удельная теплоемкость жидкости при температуре перегрева жидкости , Дж/(кг∙К);

- температура перегретой жидкости в соответствии с технологическим регламентом в технологическом аппарате, К (=303);

- нормальная температура кипения жидкости, К (= 231);

- удельная теплота испарения жидкости при температуре перегрева жидкости , Дж/кг;

V— объем резервуара, м3

 — плотность жидкой фазы, кг/м3;

 — степень заполнения резервуара ( = 0,8).

кг

Эта величина меньше, чем 0,8∙84800 = 67840 кг, поэтому и принимается для дальнейших расчетов.

Определяется эффективный диаметр «огненного шара» по формуле (3)

м

Определяется время существования «огненного шара» по формуле (5)

с

Определяется величина углового коэффициента облученности Fq по формуле (2), принимая Н= Ds/2 = 19,42 м

= 0,06

Определяется коэффициент пропускания атмосферы по формуле (6)

= 2,46

Определяется интенсивность теплового излучения на расстоянии 25 м от облучаемого объекта до точки на поверхности земли непосредственно под центром «огненного шара» по формуле (1), принимая Ef равным 450 кВт/м2

q = 450·0,06· 2,46 = 66,31 кВт/м2

Определяется доза теплового излучения по формуле (7)

Дж/ м2

(по таблице 2 определяется – возможность ожога 3-й степени).

Определяется «пробит» - функция по формуле (8)

= 3,88

По таблице 3 определяется вероятность поражения человека тепловым излучением (получения ожога 3-й степени), которая составляет 13%.

Определяется расстояние (методом подбора), на котором человек получит ожог 1-й степени (55,3 м), 2-й степени (38,5 м) и 3-й степени (29,9 м).
Пример 2

Исходные данные. Определить эффективный диаметр и время существования «огненного шара», интенсивность теплового излучения, степень поражения человека и его вероятность на расстоянии 20 м от облучаемого объекта до точки на поверхности земли непосредственно под центром «огненного шара» при полном разрушении аппарата воздушного охлаждения природного газа на компрессорной станции (m =170 кг, при давлении 7,4 МПа) и расстояние, на котором человек получит ожог 1-й, 2-й и 3-й степени.

Решение.

Определяется эффективный диаметр «огненного шара» по формуле (3)

м

Определяется время существования «огненного шара» по формуле (5)

с

Определяется величина углового коэффициента облученности Fq по формуле (2), принимая Н= Ds/2 = 14,3 м

= 0,138

Определяется коэффициент пропускания атмосферы по формуле (6)

= 0,993

Определяется интенсивность теплового излучения на расстоянии 25 м от облучаемого объекта до точки на поверхности земли непосредственно под центром «огненного шара» по формуле (1), принимая Ef равным 450 кВт/м2

q = 450·0,138· 0,993 = 61,7 кВт/м2

Определяется доза теплового излучения по формуле (7)

Дж/ м2

(по таблице 2 определяем – на заданном расстоянии возможен ожог 2-й степени).

Определяется «пробит» - функция по формуле (8)

= 2,9

По таблице 3 определяется вероятность поражения человека тепловым излучением (получения ожога 2-й степени), которая составляет 2 %.

Определяется расстояние (методом подбора), на котором человек получит ожог 1-й степени (35 м), 2-й степени (23 м) и 3-й степени (16 м).

Список использованных источников


  1. Маршалл В. Основные опасности химических производств. – М.: Мир,1989. – 672с.

  2. Бесчастнов М.В. Промышленные взрывы. Оценка и предупреждение. – М.: Химия, 1991. – 432с.

  3. ГОСТ Р12.3.047-98 ССБТ «Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля». – М.: Изд-во стандартов, 1998 г.

  4. НПБ 105-03 « Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности». – ГУГПС МЧС России, 2003; ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2003 г.

  5. Мастрюков Б.С. Безопасность в чрезвычайных ситуациях. М.: Издательский центр «Академия», 2004. – 336с.

  6. Бард В.Л., Кузин А.В. Предупреждение аварий в нефтеперерабатывающих и нефтехимических производствах. – М.: Химия, 1984.- 248с.



Похожие:

Расчет интенсивности теплового излучения и времени существования «огненного шара» iconРасчет теплового излучения пламени в камерах сгорания газотурбинных установок
Филиал ОАО «Силовые машины– зтл, лмз, Электросила, Энергомашэкспорт» «Ленинградский Металлический завод» в Санкт-Петербурге
Расчет интенсивности теплового излучения и времени существования «огненного шара» iconМоделирование интенсивности излучения классического гармонического осциллятора в поле случайной силы
Целью данной работы является вычисление интенсивности излучения электромагнитных волн классическим гармоническим осциллятором, находящимся...
Расчет интенсивности теплового излучения и времени существования «огненного шара» iconI. квантовая природа излучения. Тепловое излучение
Принимая коэффициент теплового излучения а угля при температуре т = 600 к равным 0,8, определить: энергетическую светимость угля;...
Расчет интенсивности теплового излучения и времени существования «огненного шара» iconО дифракции флуктуирующего излучения на турбулентном фазовом экране
Показано, что при дифракции насыщенного флуктуирующего излучения с узкополосным частотным спектром на движущемся слабом турбулентном...
Расчет интенсивности теплового излучения и времени существования «огненного шара» icon2. Исследование теплового излучения
План лабороторно-практических занятий в весеннем семестре 2009-2010 учебного года факультет: фармацевтический
Расчет интенсивности теплового излучения и времени существования «огненного шара» iconК. П. Бутусов в статье даётся расчёт угловой ширины лепестков диаграмм направленности излучения Солнца и планет на основе предположения, что гравитационное поле является волновым. Длина волны излучения получена авт
Солнца. Аналогично, угол наклона плоскости экватора планеты к плоскости её орбиты в целое число раз больше угловой ширины лепестка...
Расчет интенсивности теплового излучения и времени существования «огненного шара» iconВадим Чернобров Вполне земные летающие тарелки Чернобров Вадим Вполне земные летающие тарелки
Никто не заметил исчезновения огромного огненного шара, он просто потух Впрочем, его действия всегда были непредсказуемы
Расчет интенсивности теплового излучения и времени существования «огненного шара» iconТестовое задание к теме «Озоновый экран»: Озоновый слой формируется в
Повышение интенсивности уф-излучения, достигающего поверхности земли, в популяции людей вызывает
Расчет интенсивности теплового излучения и времени существования «огненного шара» iconЛабораторная работа 4 взаимодействие γ-излучения с веществом
Цель работы: изучить механизмы взаимодействия γ-излучения с веществом; измерить функцию пропускания и рассчитать коэффициент поглощения...
Расчет интенсивности теплового излучения и времени существования «огненного шара» iconФормула планка (вывод). Следствия из формулы планка
Тепловое излучение. Характеристики теплового излучения (энергетическая светимость, спектральная плотность энергетической светимости,...
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org