Методики оценки зон разрушений при взрывах газо-воздушных смесей (ГВС).

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 7Следующая ⇒

Рассмотрим упрощенные методики решения типовых задач при взрывах на взрывоопасных объектах (ВОО) [10, 12,13]. В работах [6, 9,10] рассмотрены методики:

1. При взрыве газо- и паровоздушных углеводородных веществ [9];

2. При взрывах пылевоздушных смесей и аэрозолей.

Так как для взрывоопасных объектов экономики (ОЭ) наиболее характерны аварии с выбросом газо- и паровоздушных смесей углеводородных веществ с образованием детонационных взрывов, то ниже даются методики оценки зон разрушений именно для этих случаев.

Такие взрывы могут происходить в неограниченном (открытая атмосфера) и ограниченном (в замкнутом объеме) пространстве в результате разрушений газопроводов, разлива сжиженного горючего газа, его испарения, неисправностей технологической аппаратуры, трубопроводов, утечек газа в помещениях и т.д. При этом имеют место детонационные взрывы [7, 10, 9, 14].

К ГВС относят: метан, пропан, бутан, этилен, пропилен, бутилен и др.

Взрывы ГВС в открытой атмосфере [9,10]

Существуют различные методики расчета, но все они основаны на принципе подобия Хопкинсона и подчинены закону «кубического корня». В практике широко используют две методики, которые дают достоверные результаты.

Первая методика определения параметров зон разрушения.

Это упрощенная и достаточно объективная методика, рассмотренная в работах [9, 10]. На основе анализа и обобщения материалов аварий со взрывом ГВС в очаге поражения (взрыва) на открытой местности (атмосфере) выделяют две зоны: детонации (детонационной волны); распространения (действия) ударной волны (УВ).

Условный (расчетный) радиус зоны детонации (детонационной волны) r₀ определяют по эмпирической формуле:

r₀=18.5· (2.5),

где k – коэффициент, характеризующий объем газов или паров веществ, переходящих во взрывоопасную смесь. Его значения в расчетах принимаются k=0.4-0.6 [15, 16]. В некоторых методиках значение коэффициента k принимают в зависимости от способа хранения продукта: k = 1 - для резервуаров с газообразным веществом;

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

k = 0,1 - для газов, сжиженных охлаждением (хранящихся в изотермических емкостях);

k = 0,05 - при аварийном разливе легковоспламеняющихся жидкостей;

– количество вещества, разлившегося из разгерметизированной емкости (хранилища);

8,5 – эмпирический коэффициент, который позволяет учесть различные условия возникновения взрыва (характеристики ГВС, состояние атмосферы, форму облака, мощность источника воспламенения, место его инициирования и др.).

За пределами зоны детонации избыточное давление ударной волны (ΔР_ф) резко снижается до атмосферного. В литературных источниках [7, 9,10, 14] предлагаются те или иные зависимости для расчета максимальных значений ΔР_ф в зоне детонации с учетом расстояния до места взрыва, например во второй методике, приведенной ниже.

В этой же методике для расчетов используются обобщенные данные изменения избыточного давления (ΔР_ф) исходя из расстояния, выраженного в долях от радиуса зоны детонации (r₁/r₀) и максимального давления (P_max) в зоне детонации (табл. 2) [9]. При этом P_max для различных ГВС находится по табл.2 из справочников [10, 14].

Зону распространения (действия) УВ обычно разбивают на несколько (n) зон [10] с радиусами:

· смертельных поражений или полных разрушений (R₁₀₀) с избыточным давлением на внешней границе ΔР_ф=100 кПа (ΔР_ф > 50 кПа);

· сильных и полных разрушений соответственно с ΔР_ф=30 кПа и ΔР_ф=50 кПа (R₅₀);

· средних с ΔР_ф=20 кПа

· слабых с ΔР_ф=10 кПа (R₂₀)

· безопасную зону с ΔР_ф < <10 кПа, т.е. ΔР_ф=6 -7 кПа (R_{6, 7}). ^*По международным нормам безопасным

· для человека является Δ Р_ф=7 кПа [10,14].

Затем, определив P_max (табл. 2) для данной ГВС, вытекшей при аварии из емкости (хранилища), по табл. 3 [7] при принятых зонах с ΔР_ф1=100 кПа, ΔР_ф2=50 кПа, ΔР_ф3=20 кПа, R₆,₇=7кПа находим отношения r₁/r₀ и, следовательно, радиусы (R_n) принятых зон, зная r₀ из (2.5)

(2.6)

и R_n=c_n ·r₀ (2.7),

где n – показатель той или иной принятой зоны; c_x= определяется по табл.3.

По аналогии с характеристиками зон разрушений при воздействии воздушной УВ ядерных взрывов [6-8] определяют размеры опасных зон, в которых возникнут сильные, возможные (слабые) разрушения жилых и промышленных зданий в районах взрыва газо- и паровоздушных смесей углеводородных газов и жидкостей [9]. Следует сказать, что учитывая импульсный характер воздействия нагрузок от УВ, избыточное давление при взрыве ГВС, вызывающее сильные разрушения, будет примерно в 1,5-1,7 раза больше, чем при ядерном взрыве, т.е примерно ΔР_ф ГВС_ср~50 кПа, а возможные слабые разрушения – ΔР_ф ГВС_сл=20 кПа [9,14].

Тогда радиусы зоны сильных (R_c) и слабых (R_сл) разрушений:

R_сл = R₂₀ = r₀ ·с₂₀,

R_c = R₅₀ = r₀ · с₅₀

Отношения R₅₀/r₀ и R₂₀/r₀ могут быть определены как по табл.3, так и по табл.4 [9]. В табл. 4 приведены значения радиусов зон сильных (R_c = R₅₀) и слабых (R_cл = R₂₀) разрушений для массы разлившейся ГВС из разгерметизированной емкости (Q) – Q=1-10000 т и максимальных значений давлений P_max=500-2000 кПа [9].

Таблица 2

Физико-химические и взрывоопасные свойства некоторых веществ и их ГВС

Таблица 3

Изменение ΔР_ф в зависимости от r₁/r₀ и ΔР_max в зоне детонации

Таблица 4

Радиусы зон сильных и слабых разрушений

Скорость распространения детонационной волны [10,14] рассчитывается по зависимости

(2.8),

где - показатель адиабаты продуктов детонации, определяемый по табл.2, Q - теплота взрыва единицы массы ГВС или удельная теплота сгорания ГВС с воздухом, Дж/кг (табл.2).

Время полной детонации [10] облака ГВС находится по формуле:

t_д= (2.9)

При аварийном вскрытии газопроводов и емкостей, разлитиях ГВС и их испарении облако, переобогащенное топливом, не детонирует, а интенсивно горит с внешней поверхности, вытягивается и образует огненный шар, который, поднимаясь, принимает грибовидную форму.

Поражающее действие огненного шара характеризуется его размерами и временем теплового воздействия на объекты и людей, которое определяется временем горения (временем существования) огненного шара.

Их величина зависит от общей массы жидкости в емкости в момент взрыва. В работах [9,10] приводятся расчетные зависимости для определения радиуса и времени существования огненного шара.

Таким образом, алгоритм определения размеров опасных зон в районах взрыва газо- и паровоздушных смесей в открытой атмосфере можно представить в следующем виде:

1. Найти величину максимального давления в зоне детонации при взрыве заданной ГВС (P_max, кПа) в воздушном пространстве, используя табл. 2.

2. Определить радиус детонации r₀ по формуле (2.5);

3. Найти отношения r₁/r₀ по табл. 3 при Δ Р_ф1=100 кПа, ΔР_ф2=50 кПа, ΔР_ф3=20 кПа, ΔР_{ф 4}=7 кПа;

4. Рассчитать радиусы зон R₁₀₀, R₅₀, R₂₀, R₇ по формуле (14);

5. Определить (дополнительно) по табл. 4 радиусы зон сильных (R_c=R₅₀) и слабых (R_сл=R₂₀) разрушений, а также R₅₀/r₀ и R₂₀/r₀ при известной массе ГВС разлившейся из разгерметизированного хранилища (емкости) Q и P_max.

Пример 1. В результате разгерметизации емкости с сжиженным пропаном в количестве Q=10т, произошел взрыв пропано-воздушной смеси. Определить радиусы зон разрушений при ΔР_ф1=100 кПа, ΔР_ф2=50 кПа, ΔР_ф3=20 кПа, ΔР_{ф 4}=7 кПа, приняв к=6.

Решение:

r₀=18.5· = r₀=18.5_· =18,5·1.8=33

Из табл.2 для пропана P_max=860кПа ≈ 900кПа.

Из табл. 3 при P_max и Δ Р_ф1=100 кПа: r₁/r₀=1,8, R₁₀₀/r₀=1,8; при ΔР_ф2=50 кПа: r₁/r₀=2,9, R₅₀/r₀=2,9; при ΔР_ф3=20 кПа: r₁/r₀=5, R₂₀/r₀=5; при Δ Р_ф4=7 кПа: r₁/r₀=10, R₇/r₀=10.

Примечание. Аналогично по табл.4 при P_max=900кПа и Q=10 т: r₅₀/r₀=2,9 или R₅₀/r₀=2,9; r₂₀/r₀=5 или R₂₀/r₀=5

Радиусы зон разрушений согласно (2.7):

R₁₀₀=1,8

r₀=1,8 · 33=60(м);

R₅₀=2,9 ·r₀=2,9 · 33=95(м);

R₂₀=5·r₀=5 · 33=165(м);

R7=10·r₀=10 · 33=330(м).

Примечание. Радиусы зоны сильных (R_c) и слабых разрушений (R_сл) и r₀ определим по табл. 4 (дополнительно) при Q=10т и P_max=900кПа: R_c=R₅₀=95м, R_сл=R₂₀=165м и r₀=33м.

= =1802

где =1,257 и =2,8 · 10⁶ Дж/кг определены для пропано-воздушной смеси по табл.2.

В общем случае по табл.2 можно было определить и D=1850 м/с [10].

t_д=r₀/D, t_д1=33/1802=0,018

Контрольный пример. В населенном пункте расположена емкость с ацетиленовоздушной смесью в количестве 100т. Определить радиусы зон сильных и слабых разрушений при полной разгерметизации емкости и к=0,6.

Ответ: r₀ =72 м, R_c = 216 м, R_cл=382 м, P_max=1003 кПа.

Задания для самостоятельной работы:

В результате разгерметизации емкости с сжиженным газом произошел взрыв газовоздушной смеси. Определить радиусы зон разрушений при заданных условиях, приняв к=6.

Вариант	Вещество	, т	ΔРф1 кПа	ΔРф2 кПа,	ΔРф3 кПа,	R4 кПа,
	пропан
	бутан
	этан
	пропан
	этан
	ацетилен
	этилен
	водород
	аммиак
	этан
	метан
	глицерин
	этанол
	изобутан
	аммиак
	анилин
	ацетилен
	н-гептан
	н-гексан
	октан

Познавательные статьи:



Техника нижней прямой подачи мяча

Комплекс физических упражнений для развития мышц плечевого пояса

Стандарт Порядок надевания противочумного костюма

Общеразвивающие упражнения без предметов