Программа оценки последствий и выявления зон риска при взрывном горении ТВС в открытом пространстве "Дефлаграция"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Программа оценки последствий и выявления зон риска при взрывном горении ТВС в открытом пространстве "Дефлаграция"

Чурбанов О.И.

Домрачев К.В.

Клочков П.В.

1. Функциональное назначение программы, область ее применения и ограничения

Программный продукт "Дефлаграция" разработан в среде программирования Visual Basic 6.0 и предназначен для прогнозирования возможных последствий аварийных взрывов топливно-воздушных смесей, позволяет проводить приближенную оценку различных параметров воздушных ударных волн и определять вероятные степени поражения людей и степени повреждения зданий при авариях с взрывами топливно-воздушных смесей.

Программный продукт " Дефлаграция " позволяет решать следующие задачи:

- определение размеров горизонтальных зон, ограничивающих область концентраций, превышающих нижний концентрационный предел распространения пламени (НКПР);

- определение динамики развития аварии по исходным данным для горючего вещества преобразующегося в газообразную или в жидкую фазу при выбросе (выливе) в окружающую среду;

- определение количественной оценки параметров воздушных ударных волн при взрывах топливно-воздушных смесей, образующихся в атмосфере при промышленных авариях: параметры падающей и отраженной волны при произвольном режиме горения (амплитуда фазы сжатия, амплитуда фазы разрежения, длительность фазы сжатия, длительность фазы разрежения, импульс фазы сжатия, импульс фазы разрежения, форма волны с описанием фаз сжатия и разрежения, время действия волн);

- определение качественной оценки взрыва для принятия управленческих решений: вероятные степени поражения людей и степени повреждения зданий от взрывной нагрузки при авариях со взрывами топливно-воздушных смесей и результаты расчёта представлены документом Microsoft Word;

- автоматическое отображение результатов расчетов с использованием графических зависимостей.

2. Структура, режимы работы и условия применения программы

Работа программы начинается с загрузки формы ввода исходных данных (рис. 1). В данной форме в ручную при помощи удобного интерфейса вводятся исходные данные. Параметры по веществу (агрегатное состояние, молекулярная масса, плотность газовой фазы (если агрегатное состояние жидкость, то и плотность жидкой фазы), температура вспышки, нижний и верхний концентрационный предел, стехиометрическая концентрация, коэффициент бета, удельная теплота сгорания, класс опасности), подгружаются из базы данных, автоматически при выборе горючего вещества из всплывающего списка (рис. 1).

Расчет будет произведен только для тех веществ, для которых были заранее внесены в базу данных все выше перечисленные параметры. Изменение и добавление новых веществ смотри далее.

Рис. 1 - Форма ввода исходных данных

Исходные данные:

- наименование ГПВС;

- масса ГПВС содержащегося в облаке, кг;

- коэффициент участия (для горения облака ГПВС в открытом пространстве обычно не превышает 0,5);

- расчетная концентрация ГПВС в облаке, %об;

- средняя масса человека (для расчета вероятности отброса человека), кг; программа пламя распространение

- температура смеси, ?С;

- продолжительность поступления паров ЛВЖ (только для жидкостей), с;

- расположение облака относительно земли;

- тип окружающего пространства.

После ввода всех исходных данных нажимаете кнопку расчет (рис. 1). Вам может еще понадобится уточнить скорость фронта пламени (рис. 2), если скорость для Ваших исходных данных задается диапазоном, а не рассчитывается по формуле. В зависимости от класса горючего вещества и вида окружающего пространства определяется скорость фронта пламени: диапазон 1 - 500 м/с и больше; диапазон 2 - 300-500 м/с; диапазон 3 - 200-300 м/с; диапазон 4 - 150-200 м/с; диапазон 5, 6 - рассчитывается по формулам (см. методику).

Рис. 2 - Форма изменения ГПВС

В данной форме в ручную при помощи полосы прокрутки выбирается скорость фронта пламени (по умолчанию она становится равной среднему значению диапазона). После того, как скорость выбрана, нажимается копка "Расчет".

Далее производится расчет и загружается форма с результатами (рис 3). Во время расчета на экране появляется окно заставки расчета (рис. 2а), которое выгрузится после окончания расчета.

Рис. 2а - Форма окна заставки расчета

Результат расчета состоит из семи вкладок:

1. Результаты расчета (в которой можно рассчитать численные значения на заданном расстоянии от эпицентра рис. 3);

2. Основные параметры горения ГПВС (графики избыточного давления и импульса рис. 4);

3. Вероятностные параметры (графики пробит 1, пробит 2, пробит 3, пробит 4 и пробит 5 рис. 5, для пробит 1 и пробит 2 можно уточнить размеры зон для процентов поражения: программных (100, 50, 30, 1%) и введенного Вами (от 1 до 99));

4. Параметры падающей волны (графики амплитуды фаз сжатия, разряжения, длительность фаз сжатия, разряжения, импульсы фаз сжатия, разряжения, декремент затухания рис. 6);

5. Параметры отраженной волны (графики амплитуды фаз давления, разряжения, длительность фаз давления, разряжения, импульсы фаз давления, разряжения, общее время действия отраженных волн, декремент затухания рис. 7);

6. Расчет поражения (графики вероятности получения людьми смертельных, тяжелых и легких поражений, общий график вероятностей поражения и общий график пробит функции рис. 8);

7. Общий график избыточных давлений (реального, падающей волны сжатия, падающей волны разряжения, отраженной волны сжатия, отраженной волны разряжении рис. 9).

Рис. 3 - Форма вывода результатов (численные значения)

Рис. 4 Форма вывода результатов (график избыточного давления и импульса волны)



Рис. 5 - Форма вывода результатов (вероятностные параметры)

Рис. 6 - Форма вывода результатов (параметры падающей волны)



Рис. 7 - Форма вывода результатов (параметры отраженной волны)

Рис. 8а - Форма вывода результатов (расчета поражения)



Рис. 8б - Форма вывода результатов (расчета поражения)

Рис. 9 - Форма вывода результатов (избыточные давления)

Результаты расчета на заданном расстоянии показаны на рисунках 15, 16.



Рис. 15 - Форма вывода результатов (на заданном расстоянии)

Рис. 16 - Форма вывода результатов (на заданном расстоянии)

При необходимости составляется файл отчёт в Microsoft Word. Образец отчета смотри далее (в нем Вы увидите выше перечисленные расчетные данные в полном объеме).

Изменить (добавить, удалить) параметры резервуара и перевозимого вещества можно выбрав пункт меню "Изменение базы данных" > "Изменение\добавление вещества" (рис. 1). При нажатии загрузится форма изменения ГПВС (рис. 17), в которой выводится весь список раннее введенных ГПВС с основными параметрами. В форме можно удалить или изменить выбранную ГПВС, а так же ввести новую ГПВС.



Рис. 17 - Форма изменения ГПВС

Данные о ГПВС необходимые для расчета:

? название вещества;

? агрегатное состояние;

? молекулярная масса;

? плотность;

? температура вспышки;

? нижний и верхний концентрационный предел;

? стехиометрическая концентрация;

? коэффициент бета;

? удельная теплота сгорания;

? класс опасности.

Так же имеется дополнительная текстовая информация о веществе.

3. Используемые технические средства

Для реализации данной программы был использован язык программирования Visual Basic 6.0. Минимальные требования: Intel Pentium IV и выше, Windows XP и выше, Microsoft Office, 100 Mb.

4. Условия передачи программной продукции или ее продажа

Программный продукт приобретается за безналичный расчет путем перечисления денежной суммы на расчетный счет организации.

Отчетными бухгалтерскими документами являются:

- лицензионный договор на передачу неисключительных прав на использование прикладной программы;

- акт приема-передачи неисключительных прав;

- счет для оплаты.

Приобретать продукт могут как юридические, так и физические лица.

Приложение А.

Образец файла отчёта в формате Microsoft Word

Дата расчета: 20.02.2007 19:08:40

Исходные данные:

Наименование объекта:

Наименование вещества: Пропан

Молярная масса, кг/кМоль 44

Масса топлива, содержащегося в облаке, кг 2500.00

Коэффициент участия 0.25

Стехиометрия (% объема):

нижний концентрационный предел 2.30

расчетная концентрация 5.85

Удельная теплоемкость сгорания топлива, МДж/кг 46.356

Класс опасности вещества: 2

Вид смеси: жидкость

Положение облака в пространстве: облако лежит на земле

Тип окружающего пространства: IV - Наличие длинных труб, полостей, каверн, заполненных горючей смесью, при сгорании которой можно ожидать формирование турбулентных струй продуктов сгорания с размером не менее 3 размеров детонационной ячейки данной смесиЭффективный энергозапас горючей смеси, МДж 173835.00

Скорость фронта пламени, м/с 500.00

Тротиловый эквивалент Факела ТВС, кг 11445.93

Размер горизонтальной зоны, ограничивающей область концентраций, превышающих нижний концентрационный предел распространения пламени, м 14.21

Интенсивность испарения, кг/(с*кв. м) 0.0000042

Давление насыщенных паров ЛВЖ, кПа 0.63

Продолжительность поступления паров ЛВЖ (с) 3600

Средняя масса человека, кг 85

Таблица ___ - Характеристика зон поражения при барическом воздействии

Наименование опасной зоны	Структура потерь	Глубина зоны, м Значение ОФ, кПа	Внешние признаки (характер поражения)
		Процент, %
		100	50	30	1
Безусловно смертельного поражения	Гибель	59 102.27	___	___	___	гибель
Безусловно тяжелого поражения	Тяжелые поражения,	72.1 69.92	___	___	___	баротравмы, увечия, возможна гибель
	в т.ч. гибель	59 102.27	65 85	66.2 82.08	71.7 70.65
Безусловно легкого поражения	Легкие поражения,	118 29.42	___	___	___	баротравмы, увечия, потеря слуха, легкие поражения
	в т.ч. тяжелые поражения	72.1 69.92	91.4 45.63	95.7 42.09	117.5 29.78
Легкого поражения	Легкие поражения	118 29.42	252.1 9.39	295.2 7.57	616.4 3	легкие поражения

Графические зависимости условной вероятности поражения

Рис. ___ - График условной вероятности смертельных поражений



Рис. ___ - График условной вероятности тяжелых поражений

Рис. ___ - График условной вероятности легких поражений



Рис. ___ - Совместный график условной вероятности поражения

Рис. ___ - Совместный график пробит функции условного поражения

Вероятность длительной потери управляемости у людей (состояния нокдауна) близка нулю



Рис. ___ - Вероятность разрыва барабанных перепонок у людей

Рис. ___ - Вероятность отброса людей волной давления (ср. масса человека 85 кг)

Основные параметры горения ГПВС

Рис. ___ - Избыточное давление

Таблица ___ - Радиусы избыточного давления (кПа), в метрах, %

Избыточное давление, кПа	Радиус удаления, м
100	59.7
70	72.08
50	86.78
30	116.96
10	241.02
3	616.41



Рис. ___ - Импульс волны давления

Вероятностные параметры

Рис. _x_ - Вероятность повреждений стен промышленных зданий, при которых возможно восстановление без их сноса

Таблица ___ - Ожидаемый процент повреждений промышленных зданий с возможностью восстановления (к Рис. _x_)

Процент, %	Удаленность, м
100	76.8
50	164.3
33	192.6
1	408.6

Рис. _xx_ - Вероятность разрушений промышленных зданий, при которых здания подлежат сносу

Таблица ___ - Ожидаемый процент разрушений промышленных зданий без возможности восстановления (к Рис. _xx_)

Процент, %	Удаленность, м
100	51.3
50	98
33	112
1	212
50	98

Дополнительные параметры горения ГПВС

Параметры падающей волны



Рис. ___ - Избыточное давление падающей волны

Рис. ___ - Длительность фаз падающей волны



Рис. ___ - Импульс фаз падающей волны

Параметры отраженной волны

Рис. ___ - Избыточное давление отраженной волны

Рис. ___ - Длительность фаз отраженной волны



Рис. ___ - Импульс отраженной волны

Рис. ___ - Декремент затухания отраженной волны



Рис. ___ - Общее время действия отраженных волн

Вывод по результатам расчета

При расчетном количестве вещества "Пропан" в ГПВС 2500.00кг (10000*0.25, где 10000 - масса вещества участвующая во взрыве, 0.25 - коэффициент участия) образуются опасные зоны со следующими параметрами действия:

- до 59 м от эпицентра зона безусловно смертельных поражений;

- от 59 до 71.7 м - зона смертельных и безусловно тяжелых поражений

- от 72.1 до 117.5 м - зона тяжелых и безусловно легких поражений;

- от 118 до 616.4 м - зона легких поражений;

- до 139 м возможен разрыв барабанных перепонок у людей с гарантированной вероятностью от 84%;

- до 36.4 м возможен отброс людей волной давления с гарантированной вероятностью от 14%;

- максимальное избыточное давление волны 198.59 кПа, на расстояние дальше 40.7 м происходит плавное снижение давления. На расстояние 615 м избыточное давление будет 3.01 кПа (конечная точка расчета);

- избыточному давлению волны в 100кПа, 70кПа, 50кПа, 30кПа, 10кПа, 3кПа соответствуют следующие расстояния (м) 59.7, 72.08, 86.78, 116.96, 241.02, 616.41;

- здания и сооружения получат различные степени разрушений:

а) с возможностью восстановления повреждений с гарантированной вероятностью 100% на расстоянии ближе 76.8 м, 50% на расстоянии ближе 164.3 м, 33% на расстоянии ближе 192.6 м, более 1% на расстоянии ближе 408.6 м;

б) без возможности восстановления разрушений с гарантированной вероятностью 100% на расстоянии ближе 51.3 м, 50% на расстоянии ближе 98 м, 33% на расстоянии ближе 112 м, более 1% на расстоянии ближе 212 м.

Падающая волна

Время действия волны сжатия и разряжения, при достижении порога 3 кПа, составляет 0.16 с,0.35 с соответственно, и достигает своих максимальных значений на дальнем расчетном расстоянии.

Количество движения (импульс волны) переносимого воздуха для волны сжатия и разряжения одинаковы на расстоянии 51 м (2611.64 кПа*с), 400.87 м (331.18кПа*с).

Амплитуда затухания волн на протяжении почти всего времени действия равномерно убывает и на расстоянии более 304 (0.59 с) м наблюдается плавное возрастание из-за взаимного влияния волн сжатия и разряжения (волна разряжения "захлестывает" волну сжатия)

Отраженная волна

Избыточное давление для волны сжатия и давления одинаковы на расстоянии 332.08 м (17930.24кПа*с).

Время действия волны давления и разряжения, при достижении порога 3 кПа, составляет 0.14 с, 0.53 с соответственно, и достигает своих максимальных значений на дальнем расчетном расстоянии.

Количество движения (импульс волны) переносимого воздуха для волны сжатия и разряжения одинаковы на расстоянии 54.11 м (5373.23кПа*с), 352.71 м (902.85кПа*с) Амплитуда затухания волн на протяжении почти всего времени действия равномерно убывает и на расстоянии более 162 (0.68 с) м наблюдается плавное возрастание из-за взаимного влияния волн сжатия и разряжения (волна разряжения "захлестывает" волну сжатия)

Рис. _xxx_ - График избыточных давлений падающих и отраженных волн

Таблица ___ - Параметры избыточного давления для оценки инженерной обстановки на удалении, м (к Рис. _xxx_)

Вид волны	Избыточное давление, кПа
	100	70	50	30	10	3
Комплексное в падающей волне	59.7	72.08	86.78	116.96	241.02	616.41
Падающая (фаза сжатия)	65.14	78.37	94.15	126.96	273.59	606.24
Падающая (фаза разряжения)	20.98	26.46	33.1	47	105.08	280.92
Отраженная (фаза сжатия)	108.71	133.58	163.9	228.82	540.03	310.15
Отраженная (фаза давления)	31.95	42.48	57.62	102.92	455.71	136.71

Размещено на Allbest.ru

...