Прогнозирование последствий аварий на пожаровзрывоопасном объекте

Размещено на http://www.allbest.ru/

2

Министерство по чрезвычайным ситуациям

Республики Беларусь

Учреждение образования

«Гомельский инженерный институт»

КУРСОВАЯ РАБОТА

На тему: Прогнозирование последствий аварий на пожаровзрывоопасном объекте

ДИСЦИПЛИНА

«Опасные факторы чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера»

Выполнил: Волчков Д.А.

Проверил: капитан вн.службы

Марченко М.В.

Гомель 2012

Содержание

Объект расчёта и сценарий аварии

Методические указания по выполнению работы

1. Расчёт степени воздействия ударной волны на объекты и человека при детонационном взрыве газопаровоздушного облака

Расчёт массы насыщенных паров горючего в резервуаре

Расчёт массы жидкости, испарившейся с поверхности разлива

Расчёт тротилового эквивалента при детонационном взрыве облака ГПВС

Расчёт степени воздействия ударной волны на различные объекты

Расчёт вероятности поражения человека ударной волной

Расчёт минимального безопасного расстояния человека от эпицентра взрыва

2. Расчёт степени теплового воздействия на объекты и человека при диффузионном горении горючей жидкости в результате её аварийного разлива

Расчёт массовой скорости выгорания горючей жидкости

Расчёт плотности теплового потока на различных расстояниях от эпицентра горения

Воздействие теплового излучения на объекты и человека

Минимальное безопасное расстояние для прибывших подразделений

3. Расчёт степени теплового воздействия на объекты и человека при горении огненного шара

Основные параметры огненного шара

Воздействие теплового излучения на объекты и человека при горении огненного шара

Выводы

Схема обстановки при аварии на участке «А»

Схема обстановки при аварии на участке «В»

ударная волна горение тепловое воздействие

ОБЪЕКТ РАСЧЁТА

На территории промышленного объекта имеются потенциально опасные участки А, B. Схемы участков приведены на рисунках 1 и 2 соответственно.

Сценарий аварии:

1) На участке А произошло аварийное вскрытие ёмкости, имеющей объём V_рез, с горючей жидкостью объёмом V_ж с последующим разливом её в пределах обвалования площадью F_пр. Через время ф_исп после разлития образовавшееся облако газопаровоздушной смеси (ГПВС) воспламенилось и сгорело в режиме детонации, после чего разлитая жидкость продолжала интенсивно гореть в диффузионном режиме. Определить:

а) степень разрушения прилегающих объектов;

б) степень воздействия ударной волны на людей;

в) вероятность поражения людей ударной волной;

г) вероятность поражения людей тепловым излучением в ходе диффузионного горения разлива;

д) сравнить два вида воздействия и указать определяющий (наиболее опасный) в отношении людей.

Графически изобразить:

а) зоны разрушений в результате воздействия ударной волны;

б) границу безопасного удаления людей от места взрыва (т. е. от центра разлива);

в) зону опасного и безопасного теплового воздействия на людей без защитной одежды;

г) минимальное безопасное расстояние для прибывших подразделений.

2) На участке В расположен резервуар с перегретой жидкостью массой m_ж, имеющей температуру Т. В результате аварийного разрушения резервуара с последующим воспламенением образовавшейся паровоздушной смеси возник огненный шар.

Определить:

а) диаметр огненного шара и время его существования;

б) вероятность поражения людей тепловым излучением огненного шара;

в) расстояние от места аварии, на котором возможно образование болезненных ожогов открытых участков кожи у людей;

г) степень воздействия теплового излучения огненного шара на близкорасположенные объекты и технику.

Графически изобразить:

а) границу безопасного удаления людей от места аварии;

б) зону опасного и безопасного теплового воздействия на людей без защитной одежды.

Рисунок 1. УЧАСТОК «А»



Рисунок 2. УЧАСТОК «В»

Примечание: склад является открытым с деревянной оградой.

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ РАСЧЁТОВ

В реальных условиях процессы формирования газопаровоздушных смесей, их переноса на определённые расстояния и взрыва, процессы испарения жидкости с поверхности разлива и её диффузионного или дефлаграционного горения, а также процессы, протекающие при внутренних пожарах, не являются стационарными.

Поэтому точное математическое моделирование таких процессов, порой, невозможно, или требует проведения весьма сложных расчётов с применением компьютерных технологий и привлечения большого количества экспериментальных данных.

Для приближённой оценки сложившейся обстановки в условиях техногенной аварии вышеперечисленные процессы можно рассматривать как квазистационарные, т. е. характеризующиеся постоянными значениями всех параметров на относительно малых временных интервалах.

В связи с этим в настоящих вычислениях принят ряд допущений:

1. Интенсивность испарения и скорость выгорания являются постоянными величинами при заданных условиях;

2. Ветер отсутствует;

3. Разлив горючей жидкости имеет форму правильного круга;

4. Радиус образовавшегося газопаровоздушного облака равен радиусу окружности разлива;

5. Над поверхностью разлива образуется облако ГПВС, имеющее стехиометрическую концентрацию горючего и окислителя;

6. При формировании облака ГПВС в ходе испарения жидкости с поверхности разлива не учитывается разбавление внешних слоёв облака до области безопасных концентраций с течением времени;

7. При оценке последствий детонационного взрыва облака не учитывается осколочное действие взрыва;

8. Факел пламени при диффузионном горении разлива горючей жидкости имеет форму правильного конуса, площадь основания конуса факела пламени равна площади разлива жидкости;

9. Огненный шар, образующийся при дефлаграционном горении парокапельных облаков перегретых жидкостей, имеет форму правильного шара, высота центра шара равна половине его диаметра;

10. Доля тепла, расходуемого на тепловое излучение факела пламени или огненного шара, составляет в среднем 30%;

11. Во всех случаях происходят процессы полного горения.

При этом следует иметь в виду, что полученные в ходе расчётов результаты носят ориентировочный характер с определённой долей вероятности. Точные результаты могут быть получены только в экспериментальных условиях в реальной обстановке.

Глава I. Участок «А»

Исходные данные

Таблица 1

Горючая жидкость	Объём резервуара,м3	Масса жидкости, т	Площадь обвалования, м2	Температура воздуха, оС	Атмосферное давление, кПа	Время испарения, с
гептан	100	60	1200	10	103	220

Таблица 2

Расстояние до объекта, м
r1	r2	r3	r4	r5	r6	r7
80	85	45	75	50	45	50

Примечание:

склад 1 - кирпичное здание;

склад 2 - здание из сборного железобетона;

административное - многоэтажное здание с металлическим каркасом;

ВНБ - водонапорная башня;

К-150 - наземный кольцевой трубопровод;

ЛЭП - воздушная линия электропередачи низкого напряжения.

1. Расчёт степени воздействия ударной волны на объекты и человека при детонационном взрыве газопаровоздушного облака

Участок А

Описание горючего вещества:

Гептан( С₇Н₁₆).

Физико-химические свойства: Бесцветная жидкость. Молярная масса 100,203 г/моль; плотность 683,76 кг/м³ при 25^оС; температура кипения +98,43^оС; коэффициент диффузии пара в воздухе 0,0609 см²/с при 25^оС; теплота образования -187,7 кДж/моль; теплота сгорания -4501 кДж/моль; растворимость в воде 0,005%(масс).

Пожароопасные свойства: Легковоспламеняющаяся жидкость. Температура вспышки -4 ^оС температура воспламенения -4 ^оС; температура самовоспламенения 223^оС; концентрационные пределы воспламенения: НКПВ - 3,6%, ВКПВ - 17,7% (об.); температурные пределы воспламенения: НТПВ -7^оС, ВТПВ 26^оС; максимальное давление взрыва 843 кПа; максимальная скорость выгорания 8,9710^-2 кг/(м²с); максимальная нормальная скорость распространения пламени 0,424 м/с; минимальная энергия зажигания 0,24 мДж; минимальное взрывоопасное содержание кислорода МВСК 11,1% (об.).

Средства тушения: Вода в виде компактных или распылённых струй.

При аварийном разрушении резервуара с хранящимся в нём гептаном над поверхностью образовавшегося разлива формируется облако газопаровоздушной смеси (ГПВС), имеющее плоскую форму, так как молярная масса паров гептана составляет 100 г/моль, что больше молярной массы воздуха, равной 29 г/моль.

Масса паров гептана в облаке складывается из массы вещества, испарившегося с поверхности разлива m_исп и массы насыщенных паров гептана m_н.п., содержащихся изначально в свободном объёме резервуара до момента аварии:

m_г = m_исп + m_н.п.

Расчёт массы насыщенных паров горючего в резервуаре.

Объём насыщенных паров гептана в резервуаре:

, м³1.2

где V_рез - объём резервуара, м³

V_ж - объём горючей жидкости в резервуаре, м³;

- объёмная доля насыщенного пара горючей жидкости (в долях от единицы).

Объём горючей жидкости в резервуаре:

, м³

где m_ж - масса жидкости в резервуаре, кг;

_ж - плотность гептана при температуре 10^оС (по справочной таблице приложения 4 находим плотность гептана при 10^оС, равную 690 кг/м³).

Парциальное давление насыщенного пара гептана при температуре 10^оС:

,

где А, В, С_А - константы уравнения Антуана, равные соответственно 4.02832, 1268.636 и -506.199 (приложение 1).

Объёмная доля насыщенного пара гептана при 10С:

где P_о - атмосферное давление (по условию равно 103кПа);

Следовательно, в данных условиях:

Молярный объём при температуре 10С (283 К) и давлении 103 кПа

По формуле Менделеева-Клапейрона:

Масса насыщенных паров горючей жидкости в резервуаре:

где V_н.п. - объём насыщенных паров жидкости, м³;

V_м - молярный объём при заданных условиях, м³/кмоль.

Расчёт массы жидкости, испарившейся с поверхности разлива

Интенсивность испарения гептана в неподвижную среду:

где Р_н.п. - парциальное давление насыщенных паров жидкости, кПа (рассчитывается по формуле 1.5); М - молярная масса жидкости, кг/кмоль.

Масса гептана испарившегося с поверхности разлива:

Так как, согласно исходным данным, разлив гептана происходит в пределах обвалования, площадь которого меньше площади разлива на неограниченную поверхность, то принимаем, что площадь разлива равна площади обвалования: F_пр = F_обв. Следовательно:

где W_исп - интенсивность испарения;

_исп - продолжительность испарения до момента воспламенения облака;

F_обв - площадь обвалования.

Следовательно, по формуле 1.1 масса гептана в облаке ГПВС равна:

Расчёт тротилового эквивалента при детонационном взрыве облака ГПВС

Стехиометрическая концентрация паров гептана в облаке ГПВС:

Уравнение полного горения паров гептана в воздухе:

+ 11(О₂ + 3,76N₂) 7СО₂ + 8Н₂О + 113,76N₂

Из уравнения реакции видно, что газопаровоздушной смесью в данном случае является смесь + 11(О₂ + 3,76N₂) - т. е. левая часть уравнения. Следовательно:

где n_г - стехиометрический коэффициент перед горючим веществом;

- сумма стехиометрических коэффициентов компонентов исходной ГПВС. Объём облака ГПВС:

где V_м - молярный объём при заданных условиях;

m_г - масса гептана в облаке ГПВС.

Плотность стехиометрического облака ГПВС:

где , , - стехиометрические коэффициенты перед горючим веществом, кислородом и азотом соответственно в уравнении реакции полного горения;

М - молярная масса горючего вещества, кг/кмоль.

Низшая теплота сгорания:

гептан является химическим веществом, имеющим определённую химическую формулу С₇Н₁₆

Для индивидуальных химических веществ низшую теплоту горения определяется через нахождение энтальпии реакции их сгорания. Энтальпия сгорания вещества есть изменение энтальпии реакции его горения в расчёте на 1 моль (или 1 кмоль).

Энтальпия сгорания:

Для реакции полного горения паров гептана

где , и - стандартные энтальпии образования углекислого газа, паров воды и паров гептана соответственно.

Согласно справочным данным: = -393,5 кДж/моль,

= -242,5 кДж/моль, = -187,82 кДж/моль.

Следовательно:

Согласно закону Лавуазье-Лапласа, тепловой эффект любой реакции численно равен, но противоположен по знаку изменению энтальпии этой реакции. Следовательно, при стандартных условиях низшая теплота сгорания:

Массовая теплота сгорания стехиометрической ГПВС:

где - плотность стехиометрической смеси.

Тротиловый эквивалент:

где V_ГПВС - объём образовавшегося облака ГПВС, м³;

4184 - теплота взрывчатого разложения 1 кг тротила, кДж/кг.

Расчёт степени воздействия ударной волны на различные объекты

1) Склад 1 - кирпичное здание (r₁ = 80 м):

Приведённый радиус (по формуле 1.19):



Приведённое давление во фронте ударной волны (по формуле 1.20):

Следовательно:

Избыточное давление во фронте ударной волны (по формуле 1.21):

;

где Р_о - атмосферное давление, кПа. Так как кирпичное здание склада является большим плоским сооружением, то результирующее воздействие на него будет оказывать давление отражения. Избыточное давление отражения (по формуле 1.25):

где Р_о - атмосферное давление, равное по условию 103 кПа,

Согласно справочной таблице приложения 8, для складского кирпичного здания:

	Разрушения
	полные	сильные	средние	слабые
Рф, кПа	40-50	30-40	20-30	10-20

Следовательно, на расстоянии 80 м от эпицентра взрыва облака ГПВС помещение склада 1 подвергнется слабым разрушениям: Разрушение наименее прочных конструкций зданий, сооружений и агрегатов; заполнений дверных и оконных проемов, срыв кровли; основное оборудование повреждено незначительно. Восстановительные работы сводятся к среднему восстановительному ремонту.

2) Склад 2 - здание из сборного железобетона (r₂ = 85 м):

Приведённый радиус:

Приведённое давление во фронте ударной волны:

Следовательно:

Избыточное давление во фронте ударной волны:

;

Так как здание склада 2 является большим плоским сооружением, то результирующее воздействие на него будет оказывать давление отражения.

Избыточное давление отражения :



Согласно справочной таблице приложения 8, для здания из сборного железобетона:

	Разрушения
	полные	сильные	Средние	слабые
Рф, кПа	30-60	_	20-30	10-20

Следовательно, на расстоянии 85 м от эпицентра взрыва облака ГПВС помещение склада 2 подвергнется слабым разрушениям: Разрушение наименее прочных конструкций зданий, сооружений и агрегатов; заполнений дверных и оконных проемов, срыв кровли; основное оборудование повреждено незначительно. Восстановительные работы сводятся к среднему восстановительному ремонту.

3) Административное здание - многоэтажное здание с металлическим каркасом (r₄ = 75 м):

Приведённый радиус:

Приведённое давление во фронте ударной волны:

Следовательно:

Избыточное давление во фронте ударной волны:

;

Так как административное здание является большим плоским сооружением, то результирующее воздействие на него будет оказывать давление отражения.

Избыточное давление отражения :

Согласно справочной таблице приложения 8, для здания с металлическим каркасом:

	Разрушения
	полные	сильные	средние	слабые
Рф, кПа	50-60	40-50	30-40	20-30

Следовательно, на расстоянии 75 м от эпицентра взрыва облака ГПВС помещение административного здания подвергнется слабым разрушениям. Разрушение наименее прочных конструкций зданий, сооружений и агрегатов; заполнений дверных и оконных проемов, срыв кровли; основное оборудование повреждено незначительно. Восстановительные работы сводятся к среднему восстановительному ремонту.

4) Водонапорная башня (r₅ = 50м):

Приведённый радиус:

Приведённое давление во фронте ударной волны:



Следовательно:

Избыточное давление во фронте ударной волны:

;

Степень разрушения конструкции определяется не только воздействием избыточного давления во фронте ударной волны, но и торможением движения масс воздуха, следующих за фронтом волны. Динамическая нагрузка, создаваемая потоком воздуха, называется давлением скоростного напора (или скоростным напором) во фронте ударной волны Р_скф.

Давление скоростного напора (по формуле 1.23):

,

Воздействие скоростного напора на различные объекты в зависимости от условий их укрепления к опорам, фундаментам и т. п. может привести к смещению или опрокидыванию объекта. Совместное воздействие избыточного давления во фронте ударной волны ДР_ф и скоростного напора Р_скф формирует лобовое давление Р_лоб. Лобовое давление рассчитывается только для неодушевлённых объектов, имеющих относительно небольшую площадь контакта с фронтом ударной волны. Так как водонапорная башня является относительно большим неплоским сооружением, то результирующее воздействие на него будет оказывать не давление отражения, а лобовое давление.

Лобовое давление (формула 1.24):

Лобовое давление может вызвать ударную перегрузку, т. е. инерционное разрушение элементов или частей объекта. Согласно справочной таблице приложения 8, для металлической водонапорной башни:

	Разрушения
	полные	сильные	Средние	слабые
Рф, кПа	60	40-60	20-40	10-20

Следовательно, на расстоянии 50 м от эпицентра взрыва облака ГПВС водонапорная башня подвергнется слабым разрушениям: Небольшие вмятины на оболочке, деформация трубопроводов, повреждение запорной арматуры. Использование возможно после среднего (текущего) ремонта и замены поврежденных деталей

5) Наземный кольцевой трубопровод К-150 (r₆ = 45м):

Приведённый радиус:

Приведённое давление во фронте ударной волны:

Следовательно:

Избыточное давление во фронте ударной волны:

;

Согласно справочной таблице приложения 8, для наземного трубопровода:

	Разрушения
	полные	сильные	Средние	слабые
Рф, кПа	_	130	50	20

Следовательно, на расстоянии 45м от эпицентра взрыва облака ГПВС наземный трубопровод подвергнется слабым разрушениям: Небольшие вмятины на оболочке, деформация трубопроводов, повреждение запорной арматуры. Использование возможно после среднего (текущего) ремонта и замены поврежденных деталей

6) Грузовой автопарк (r₇ = 50 м):

Расстояния r₇ и r₅ равны, значит и величины избыточного давления для них будут равны.

Избыточное давление во фронте ударной волны:

;

Согласно справочной таблице приложения 8,грузовых машин:

	Разрушения
	полные	сильные	средние	слабые
Рф, кПа	90-130	55-65	30-55	20-30

Следовательно, на расстоянии 50 м от эпицентра взрыва облака ГПВС грузовая автотехника подвергнется слабым разрушениям: Частичное разрушение и деформация обшивки крыши, повреждение стекол кабин, фар и приборов. Требуется текущий (средний) ремонт

7) Линии электропередачи: (r = 80-70 м):

Для воздушной линии электропередачи низкого напряжения, согласно справочным данным (приложение), слабые разрушения наблюдаются при величине Р_ф 20-60 кПа. На расстоянии 80 м избыточное давление во фронте ударной волны составляет 7 кПа (согласно расчётам в пункте 4). Следовательно, при взрыве ГПВС в данной обстановке обрыв ЛЭП маловероятен.

Зоны разрушений:

В результате бризантного и фугасного воздействия ударной волны условно можно выделить четыре зоны разрушений: зону полных R_I (ДР_ф > 50 кПа), зону сильных R_II (ДР_ф = 30 - 50 кПа), зону средних R_III (ДР_ф = 22 - 30 кПа) и зону слабых R_IV (ДР_ф = 10 - 22 кПа) разрушений. При значении ДР_ф < 10 кПа можно выделить зону лёгких разрушений R_V (ДР_ф = 1 - 10 кПа).

Коэффициент разрушений К_i:

Характеристика	RI	RII	RIII	RIV	RV
Ki	? 3,8	3,8 - 5,6	5,6 - 9,6	9,6 - 28	28 - 56

Радиусы зон разрушений (по формуле 1.26):

;

;

;

;

.

Радиус облака ГПВС (по формуле 1.27):

где F_пр - площадь пролива жидкости, м²

Из проведённых расчётов видно, что радиусы зон разрушений R_I, R_II, R_III меньше радиуса облака ГПВС.

Расчёт вероятности поражения человека ударной волной

Группа людей (r₃ = 50 м):

Приведённый радиус:

Приведённое давление во фронте ударной волны:

Следовательно:

Избыточное давление во фронте ударной волны:

;

Основными поражающими факторами при воздействии ударной волны на человека является избыточное давление во фронте ударной волны ДР_ф, импульс I и осколочное действие. Величина ДР_ф обуславливает барическое воздействие на человека (т. е. баротравму), а I - метательное воздействие (т. е. опрокидывание или отброс).

Приведённый импульс во фронте ударной волны (формула 1.28):

Следовательно:

Импульс во фронте ударной волны (формула 1.30):

Вероятность гибели людей от метательного воздействия воздушной ударной волны:

где:



Следовательно:

Вероятность гибели людей от разрыва лёгких (баротравмы):

где:

Следовательно:

Согласно справочной таблице приложения 10, рассчитанное значение «пробит»-функции для метательного воздействия воздушной ударной волны: соответствует вероятности поражения человека Q_вп 0%., для вероятности получения баротравмы: соответствует вероятности поражения человека Q_вп 0%.

Расчёт минимального безопасного расстояния человека от эпицентра взрыва

Минимальное безопасное расстояние для людей, находящихся вне укрытий (по формуле 1.33):

Минимальное безопасное расстояние для людей, находящихся в укрытиях (по формуле 1.34):

2. Расчёт степени теплового воздействия на объекты и человека при диффузионном горении горючей жидкости в результате её аварийного разлива

Участок А

Расчёт массовой скорости выгорания гептана.

Линейная скорость выгорания (по формуле 2.1):

Горение горючей жидкости в пределах обвалования можно представить как горение в резервуаре большого размера. Для резервуаров достаточно крупных размеров (d > ?):

где М - молярная масса горючей жидкости, кг/кмоль;

с_ж - плотность горючей жидкости при температуре окружающей среды, кг/м³;

л - коэффициент теплопроводности жидкости, кал/(м•с•град);

g - ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с²;

Т_кип - температура кипения жидкости, К;

с_р - теплоёмкость жидкости, кал/(моль•К);

з - динамическая вязкости жидкости, П (Пуаз);

ДН_исп - теплота испарения жидкости, кал/моль

Q_н - молярная теплота сгорания жидкости, кал/моль.

Учитывая, что 1 кал = 4,1865 Дж, для гептана

Значение Q_н в кДж/моль рассчитано в разделе 1.3.

Остальные данные берутся из справочных таблиц приложения 1-3.

Следовательно, для гептана при t = 10^оС:

Массовая скорость выгорания гептана (по формуле 2.2):

где с_ж - плотность жидкости, кг/м³.

Расчёт плотности теплового потока на различных расстояниях от эпицентра горения

Массовая низшая теплота сгорания гептана (по формуле 2.4):

,

где - молярная низшая теплота сгорания гептана , рассчитанная в разделе 1.3.

Интенсивность тепловыделения факела пламени (по формуле 2.3):

,

где х_m - массовая скорость выгорания гептана , кг/(м²?с);

F_пр - площадь поверхности разлива гептана, м².

Интенсивность излучения факела пламени (по формуле 2.5):

Доля тепла, расходуемого на излучение факела пламени б_изл, для гептана можно принять равной 0,45:

Условная высота пламени при горении разлива гептана:

+ 11(О₂ + 3,76N₂) 7СО₂ + 8Н₂О + 113,76N₂

Стехиометрическое отношение воздуха к летучим продуктам горения:

По формуле 2.8:

где - коэффициент перед кислородом в уравнении реакции полного горения гептана - коэффициент перед i-м продуктом горения в уравнении реакции.

Диаметр очага горения:

Рассчитан на основе радиуса разлива по формуле 1.27:

Удельная теплоёмкость воздуха:

Плотность воздуха при t = 10^оС:

Выражение безразмерного параметра (по формуле 2.7):

где - удельная теплоёмкость воздуха, Дж/(кг?К);

Т_в и с_в - температура и плотность окружающего воздуха, К и кг/м³ соответственно;

- массовая теплота сгорания гептана, кДж/кг;

g - ускорение свободного падения (9,81 м/с²);

q - интенсивность тепловыделения факела пламени, кВт;

d - диаметр очага горения, м;

r - стехиометрическое отношение воздуха к летучим продуктам горения.

Следовательно:

Коэффициент пропускания атмосферы для расстояния r = 45 м (по формуле 2.10):

где ф_атм - коэффициент пропускания атмосферы для теплового излучения;

r - расстояние от группы людей до эпицентра очага горения, м.

Коэффициент облучённости людей факелом пламени:

Схема для расчёта коэффициента облучённости поверхности, расположенной вертикально и параллельно излучающей поверхности

Из рисунка видно, что величина a соответствует радиусу пролива жидкости (r_пр= 19,5м), b - расстояние r от заданного объекта или человека до эпицентра горения (r₃ = 45м).

Следовательно:

;

Плотность теплового потока на расстоянии 45 м от эпицентра горения (по формуле 2.13):

где - интенсивность излучения факела пламени, кВт (формула 2.5);

Воздействие теплового излучения на объекты и человека

Согласно таблицам приложения 14-17, критические плотности теплового потока для большинства строительных материалов и конструкций, а также для техники, намного превышают рассчитанную величину для r = 45 м. Следовательно, можно сделать вывод, что в данной обстановке помещение склада 1, склада 2, административного здания, водонапорная башня и автотехника находятся на безопасном удалении от очага горения. Безопасная плотность теплового потока для людей без специальной защиты составляет 1,39 кВт/м². Следовательно, в данном случае группа людей находится в зоне опасного теплового воздействия, так как > 1,39 кВт/м².

Минимальное безопасное расстояние человека от эпицентра очага горения:

1) Приблизительное минимальное безопасное расстояние (по формуле 2.14):

2) Коэффициент облучённости для расстояния :



3) Коэффициент пропускания атмосферы при = 55 м:

4) Плотности теплового потока на расстоянии :

5) Минимальное безопасное расстояние (методом линейной интерполяции по формуле 2.15):

Так как согласно исходным данным, люди находятся на расстоянии, почти равном , то вероятность теплового поражения людей на данном удалении равна нулю (Q_вп = 0%).

Минимальное безопасное расстояние для прибывших подразделений

Для людей в специальной защитной одежде, к которой относится в том числе и боевая одежда спасателей, критическая плотность теплового потока равна 4,2 кВт/м². Расстояние от эпицентра горения, которому соответствует данная плотность теплового потока, рассчитывается по формулам 2.14 - 2.15 методом последовательных приближений с учётом того, что в формулу 2.14 подставляется 4,2 кВт/м²:

1) Приблизительное минимальное безопасное расстояние (по формуле 2.14):

2) Коэффициент облучённости для расстояния :

3) Коэффициент пропускания атмосферы при = 32м:

4) Плотности теплового потока на расстоянии :

5) Минимальное безопасное расстояние (методом линейной интерполяции по формуле 2.15):

Согласно расчётам в разделе 2.2, при r = 45 м = 1,6 кВт/м².

Следовательно:

Глава III. Участок «В»

Исходные данные

Таблица 3

Перегретая жидкость	Температура перегрева, К	Масса жидкости, т	Груз на складе	Расстояние до объектов, м
				люди	склад	автомашины
пропан	273	25	резина	320	250	210

Расчёт степени теплового воздействия на объекты и человека при горении огненного шара

Участок В

Основные параметры огненного шара.

Доля мгновенно испарившейся перегретой жидкости (по формуле 3.2):

где - стандартная молярная теплоёмкость перегретой жидкости;

Т - температура перегретой жидкости, К;

- температура кипения жидкости, К;

- энтальпия (теплота) испарения жидкости при температуре кипения, Дж/моль (приложение 1).

Масса мгновенно испарившейся перегретой жидкости при аварийном вскрытии ёмкости (по формуле 3.1):

где - масса перегретой жидкости, находящейся в ёмкости, кг;

- доля мгновенно испарившейся перегретой жидкости при температуре перегрева Т.

Эффективный диаметр огненного шара (по формуле 3.3):

Время существования огненного шара (по формуле 3.4):

где - масса мгновенно испарившейся перегретой жидкости, кг.

Площадь поверхности огненного шара (по формуле 3.6):

Массовая скорость выгорания пропана режиме огненного шара (по формуле 3.5):

Интенсивность теплового излучения огненного шара (по формуле 3.7):

Для пропана доля тепла, расходуемого на излучение, принимается равной 0,3.

где - доля тепла, расходуемого на излучение;

- массовая теплота сгорания пропана, кДж/кг;

- площадь поверхности огненного шара, м².

Воздействие теплового излучения на объекты и человека при горении огненного шара

1) Воздействие на группу людей (r₁ = 320 м):

Коэффициент пропускания атмосферы при тепловом излучении огненного шара (по формуле 3.8):

где - расстояние от группы людей до точки на поверхности земли непосредственно под центром огненного шара, м;

- эффективный диаметр огненного шара, м;

-высота центра огненного шара, принимаемая равной , м.

Плотность теплового потока на заданном расстоянии r от центра огненного шара (по формуле 3.9):

где - интенсивность теплового излучения огненного шара, кВт;

r - расстояние от группы людей до центра огненного шара, м.

Время наступления непереносимых болевых ощущений (Приложение 13):



Вероятность теплового поражения людей:

Так как, согласно проведённым расчётам, люди находятся в зоне теплового воздействия, в которой плотность теплового потока превышает 4 кВт/м², то для расчёта вероятности теплового поражения человека необходимо методом линейной интерполяции рассчитать удаление от центра огненного шара, на котором плотность теплового потока равна 4 кВт/м²:

Приблизительное значение :

Для r = 286 м коэффициент пропускания атмосферы:

Реальная плотность теплового потока на расстоянии 286 м:

Истинное значение (методом линейной интерполяции):

Расстояние, в пределах которого возможно образование ожогов III-й степени открытых участков кожи (по формуле 3.10):

где - масса мгновенно испарившейся перегретой жидкости, т (формула 3.1 - 3.2);

- массовая теплота сгорания жидкости, кДж/кг (формула 2.4).

Расстояние, в пределах которого возможно образование ожогов II-й степени открытых участков кожи (по формуле 3.11):

Расчёт безопасного расстояния для людей:

Приблизительное минимальное безопасное расстояние людей:

Так как для человека , то приблизительное минимальное безопасное расстояние можно рассчитать, используя коэффициент пропускания атмосферы , рассчитанный для и равный 0,85:

Коэффициент пропускания атмосферы для расстояния 491 м:

Реальная плотность теплового потока на расстоянии 491 м:

Истинное значение :

Согласно ранее проведённым расчётам в разделе 3.2, при r = 290м = 4 кВт/м². Следовательно, методом линейной интерполяции:

2) Воздействие на открытый склад резины с деревянным ограждением (r = 250 м):

Коэффициент пропускания атмосферы для расстояния 250 м:

Реальная плотность теплового потока на расстоянии 654 м:

Для древесины сосновой критическая плотность теплового потока составляет 13,9 кВт/м² для резины =14,8 (приложение 16). Согласно исходным данным на открытый склад древесины с деревянным ограждением и хранящийся на нём груз, действует плотность теплового потока =5,5 кВт/м², Согласно данным приложения 15 и 17, при рассчитанной плотности теплового потока не произойдёт воспламенение древесины и резины.

3) Воздействие на автомобили (r = 210м):

Так как расстояние от центра огненного шара до людей меньше расстояния до машин, то для расчёта плотности теплового потока, воздействующего на автомашины, можно воспользоваться значением вычисленном для группы людей в пункте 2. Следовательно:

Согласно справочным данным, для автомашин критическая плотность теплового потока = 12,6 - 12,8 кВт/м² (приложение 16). На основании сравнения приведённых величин с учётом времени существования огненного шара можно сделать вывод, что на данном удалении от центра огненного шара возгорание горючих материалов на автомобилях не произойдёт, они подвергнутся термической деструкции. Также нет вероятности взрыва топливных баков.

Выводы

Участок «А»:

Объект	Параметр	Значение	Единица измерения	Примечания
Взрыв облака ГПВС
ГПВС		106	м3
		2556	кДж/кг
		187	кг
Склад 1 кирпичное здание	r1	80	м
		15	кПа
Склад 2 здание из сборного железобетона	r2	85	м
		14	кПа
Административное многоэтажное здание с металлическим каркасом	r4	75	м
		17	кПа
Водонапорная башня	r5	50	м
		12,45	кПа
Наземный трубопровод	r6	45	м
		13	кПа
Грузовой автопарк	r7	50	м
		12	кПа
Аварийный разлив		19,5	м
	RI	8,5	м
		62	м
		125	м
Люди	r3	45	м
		13	Па
	I	225	Пас
	Qвп	0	%
		80/53	м
Диффузионное горение разлива
Люди		1.6	кВт/м2
		48	м
	Qвп	0	%
Подразделения		36	м

1) Расчёты показывают, что радиусы зон полного, сильного и среднего разрушений соизмеримы с радиусом аварийного разлива.

Однако, известно, что в зоне действия детонационной волны, т. е. в пределах облака ГПВС, наблюдаются полные разрушения, так как избыточное давление во фронте ударной волны в этой зоне достигает 1,7 МПа и более.

Следовательно, приближённо можно считать, что R_I ? r_o, а за пределами границы облака ГПВС реализуется зона слабых разрушений R_IV. Дальнейшая эксплуатация объектов и техники возможна после мелкого текущего ремонта.

2) При рассчитанном значении ДР_ф на данном удалении людей (45 м) от эпицентра аварийного разлива вероятность поражения человека ударной волной составляет 0%. Практика показывает, что при ДР_ф ? 12 кПа основную опасность представляют осколочные поля, а не сама ударная волна. Данную группу людей (5 человек) можно отнести к числу легко пострадавших.

Так как все здания (склад 1, склад 2, административное) находятся в зоне очень слабых значений ДР_ф, то вероятность поражения всех людей, находящихся в этих зданиях, можно принять равной нулю.

3) Группа людей в количестве 5 человек, находящаяся на удалении 45м от центра разлива, находятся в зоне относительно опасного теплового воздействия, так как плотность падающего на них теплового потока составляет 1,6 м². Вероятность поражения их тепловым излучением равна нулю.

4) Сравнивая два вида воздействия (взрыв и тепловое излучение факела), очевидно, что на удалении группы людей на 45 м от эпицентра взрыва и горения определяющим поражающим фактором является воздушная ударная волна, хотя вероятность поражения человека в результате взрыва невелика.

5) Минимальное безопасное расстояние для прибывших подразделений составляет: 38м- от центра разлива или 38-19,5 = 18 м - от границы очага горения.

6) Число погибших на участке «А»: 0 чел; число пострадавших: 5 чел.

Участок «В»:

Объект	Параметр	Значение	Единица измерения	Примечания
Огненный шар		0,497	_
		13161	кг
		119	м
		16	с
Люди	r1	320	м
		3,2	кВт/м2
		24	с
	Qвп	0	%
		664	м
Открытый склад торфа брикетного	r2	250	м	возгорание ограждения и груза не произойдёт
		5,5	кВт/м2
Автомашины	r3	210	м	термическая деструкция; без взрыва топливных баков
		8	кВт/м2

1) Вероятность поражения группы людей (30 человек) тепловым излучением огненного шара составляет 0%. Следовательно, число вероятно погибших можно рассчитать по формуле:

;

Расчёты показывают, что пострадавшие не получат ожоги III степени так как находятся на значительном расстоянии от границы данной зоны (107м). Зона получения ожогов II степени ограничена 201 метрами от центра огненного шара.

2) Граница безопасного удаления людей без защитной одежды от места аварии составляет 478 м.

4) На заданном удалении от места аварии (250 м) не произойдёт возгорания деревянного ограждения открытого склада и хранящейся в нём резины, так как плотность теплового потока составляет 11,8 кВт/м² с периодом экспозиции не более 16 с. Также не произойдёт возгорания горючих материалов на автомобилях (210 м) без взрыва топливных баков.

Схема обстановки при аварии на участке «А»

Схема обстановки при аварии на участке «В»

Размещено на Allbest.ru

...