Прогнозирование последствий аварий, связанных с пожарами

Размещено на http://www.allbest.ru/

Прогнозирование последствий аварий, связанных с пожарами

1. Общие положения

Основным поражающим фактором пожаров является термическое воздействие продуктов горения.

Термическое воздействие определяется величиной плотности потока поглощенного излучения (qпогл, кВт/м2) и временем теплового излучения (t, с). Плотность потока поглощенного излучения qпогл связана с плотностью потока падающего излучения qпад соотношением qпогл = Сч qпад, где Сч - степень черноты (поглощательная способность) тепловоспринимающей поверхности.

Чем ниже степень черноты облучаемого тела (больше отражательная способность), тем меньше при прочих равных условиях величина qпогл. Далее мы будем оперировать величиной qпогл, опуская верхний индекс.

Человек ощущает сильную («едва переносимую») боль, когда температура верхнего слоя кожи превышает 45°С. Время достижения «порога боли» Пб, с, определяется по формуле:

Пб = (35/q)1.33, с. (10)

горение излучение пожар ожог

Различают три степени термического ожога кожи человека (таблица 1).

Таблица 1 Характеристика ожогов кожи человека

Время воспламенения горючих материалов при воздействии на них теплового потока плотностью q, кВт/м, определяется по формуле:

r:=A/(q-qкр)n, с, (11)

где: qкр - критическая плотность теплового потока, кВт/м2; А и n - константы для конкретных веществ, например для древесины А=4360, а n=1,61. Значения qкр для разных материалов и результаты расчета по формуле (11) приведены в таблице 2.

Таблица 2 Характеристики критических тепловых нагрузок (qкр) и времени воспламенения (t) от плотности теплового потока (q) для различных веществ и материалов

Особенно опасным является нагрев резервуаров с нефтепродуктами, воспламеняющимися через т, с, при воздействии теплового излучения с плотностью q, кВт/м2, как показано в таблице 3.

Таблица 3 Зависимость времени воспламенения (т, с) резервуара с нефтепродуктами от величины теплового потока плотностью излучения q, кВт/м2

При использовании вероятностного подхода к определению поражающего фактора теплового излучения значения Рпор определяют по таблице 4, используя для случая летального исхода при термическом поражении следующие выражения для пробит-функции Рr:

Pr = -9,5 + 2,561n(q1.33Пб) (12)

Таблица 4 Зависимость степени поражения (разрушения) от пробит-функции

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

t = t0+х/u , (13)

где: t0 - 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, м;

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

Для случая огненного шара время термического воздействия равно времени существования огненного шара [6].

2. 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 a x b (радиус rпод),то глубину заполнения (h, м) можно найти по формуле:

h = mж/(pжFпод) (14)

где: mж, рж - масса и плотность разлившейся жидкости кг и кг/м3 соответственно;

Fпод - 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 слоя равной h = 0,05 м и определяют площадь разлива (Fраз, м2) по формуле:

Fраз = mж/(h pпод) (15)

(16)

Отличительной чертой пожаров разлития является «накрытие» (рисунок 5) с подветренной стороны. Это накрытие может составлять 25-50% диаметра обвалования.

Пламя пожара разлития при расчете представляют в виде наклонного по направлению ветра цилиндра конечного размера (рисунок 5), причем угол наклона зависит от безразмерной скорости ветра Wв:

(17)

(18)

Геометрические параметры факела пожара разлития можно определить по формуле Томаса:

Рисунок 5 Пламя пожара разлития в виде наклонного по направлению ветра цилиндра конечного размера

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

(19)

Скорость выгорания жидкостей определяют, как правило, экспериментально. Для экспертной оценки скорости выгорания (mвыг, кг/(м2с)) можно воспользоваться эмпирической формулой:

(20)

где: рж - плотность жидкости, кг/м3;

QPH- низшая теплота сгорания топлива, Дж/кг;

Lисп - скрытая теплота испарения жидкости, Дж/кг.

Значение коэффициента пропорциональности С=1,25х10-6 м/с получено путем обработки многочисленных экспериментальных данных по выгоранию большинства органических жидкостей и их смесей (рисунок 6).

Степень термического воздействия пожара разлития (плотность теплового потока, падающего на элементарную площадку, расположенную параллельно (х=0) и перпендикулярно (х=90), (рисунок 7) qпад, кВт/м2) несложно найти по формуле:

(21)

где: ц- угловой коэффициент излучения с площадки боковой поверхности пламени пожара разлива на единичную площадку, расположенную на уровне грунта (рисунок 5).

qcoб - средняя по поверхности плотность потока собственного излучения пламени, кВт/м2.

Таблица 5 Значения qсоб, кВт/м2, для некоторых жидких углеводородных топлив

Примечание: Для очагов с диаметром менее 10 м и более 50 м следует принимать величину qco6 такой же, как и для очагов диаметром 10 и 50 м соответственно.

Рисунок 6 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 r* (рисунок 5), определяемое по формуле:

(22)

Для углеводородных топлив k1=1,0; k2= 0,069; k3 = 0,48; для сжиженного газа: k1= 1,5; k2= 0,069; k3=0 [6].

3. 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 qпад, кВт/м2 равна:

(23)

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

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

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

(24)

где: М - масса горючего вещества, кг;

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

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

(25)

Рассчитав значения q и т по формуле (23), несложно по формуле (12) определить величину пробит-функции и по таблице 4 - степень термического поражения Рпор [6].

4. Горение зданий и промышленных объектов

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

(26)

где: qcoб - плотность потока собственного излучения пламени пожара, кВт/м (таблица 6);

qкр - критическая плотность потока излучения пламени пожара, падающего на облучаемую поверхность и приводящую к тем или иным последствиям, кВт/м (таблица 7);

R* - приведенный размер очага горения, м, равный:

Корень квадратный (1h) для горящих зданий;

(1,75 ... 2,0) корень квадратный (lh) -для штабеля пиленого леса;

0,8Dрез - для горения нефтепродуктов в резервуаре;

1, h- длина и высота объекта горения, м;

Dрез - диаметр резервуара, м.

Таблица 6 Теплотехнические характеристики материалов и веществ

Таблица 7 Критические значения плотностей потока, падающего излучения

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

Задавая ту или иную степень поражения человека, сооружения и т. п., по формуле (26) несложно определить искомое расстояние от очага пожара.

Существующие методики прогнозирования последствий аварий, связанных с пожарами позволяют определить зоны теплового воздействия, степень термического воздействия, время воспламенения горючих материалов и т.д., что помогает оценить ущерб нанесённый пожаром [6].

Размещено на Allbest.ru