Метод расчета параметров волны давления при взрыве резервуара с перегретой жидкостью или сжиженным газом при воздействии на него очага пожара

Ж.1 При попадании замкнутого резервуара со сжиженным газом или жидкостью в очаг пожара может происходить нагрев содержимого резервуара до температуры, существенно превышающей нормальную температуру кипения, с соответствующим повышением давления. За счет нагрева несмоченных стенок сосуда уменьшается предел прочности их материала, в результате чего при определенных условиях оказывается возможным разрыв резервуара с возникновением волн давления и образованием "огненного шара". Расчет параметров "огненного шара" изложен в приложении Д. Порядок расчета параметров волн давления изложен ниже. Разрыв резервуара в очаге пожара с образованием волн давления получил название BLEVE (Boiling Liquid Expanding Vapour Explosion - взрыв расширяющихся паров вскипающей жидкости).

Ж.2 Возможность возникновения BLEVE для конкретного вещества, хранящегося в замкнутой емкости, определяют следующим образом.

Ж.2.1 Рассчитывают дельта по формуле

дельта = C (T - T)/L, (Ж.1)

р кип

где С - удельная теплоемкость жидкой фазы, Дж/кг;

р

Т - температура жидкой фазы, соответствующая температуре насыщенного

пара при давлении срабатывания предохранительного клапана, К;

Т - температура кипения вещества при нормальном давлении, К;

Кип

L - удельная теплота испарения при нормальной температуре кипения

Т_кип, Дж/кг.

Ж.2.2 Если дельта < 0,35, BLEVE не происходит. При дельта >= 0,35 вероятность возникновения данного явления велика.

Ж.3 Параметрами волны давления, образующейся при BLEVE, являются избыточное давление в положительной фазе волны Дельта р и безразмерный импульс положительной фазы волны i.

Дельта р, кПа, и i, Па x с, рассчитывают по формулам:

0,303 0,66 2 3

Дельта р = р (0,8 m /r + 3m /r + 5m /r), (Ж.2)

0 пр пр пр

0,66

i = 123 m /r, (Ж.3)

пр

где р - атмосферное давление, кПа (допускается принимать равным 101

0 кПа);

r - расстояние до разрушающегося технологического оборудования, м;

m - приведенная масса, кг, рассчитанная по формуле

пр

m = Е /Q, (Ж.4)

пр иэ 0

где E - энергия, выделяющаяся при изэнтропическом расширении среды,

иэ находящейся в резервуаре, Дж;

Q - константа, равная 4,52 x 10 Дж/кг.

Ж.4 E_иэ, Дж, рассчитывают по формуле

E = С m(T - Т), (Ж.5)

иэ эфф кип

где m - масса вещества в резервуаре, кг;

С - константа, равная 500 Дж/(кг x К);

Эфф

Т - температура вещества в резервуаре в момент его взрыва, К;

T - температура кипения вещества при атмосферном давлении, К.

Кип

При наличии в резервуаре предохранительного клапана Т, К, допускается рассчитывать по формуле

В

Т = ───────── - С + 273,15, (Ж.6)

А - lg р а

к

где А, В, С - константы Антуана вещества;

а

р - давление срабатывания предохранительного клапана, кПа.

к

Константа А должна соответствовать давлению, выраженному в килопаскалях.

Пример - Расчет параметров ударной волны при BLEVE

Данные для расчета

Рассчитать параметры положительной фазы волны давления на расстоянии 750 м от эпицентра аварии, связанной с развитием BLEVE на железнодорожной цистерне вместимостью 50 м3 с 10 т жидкого пропана. Цистерна имеет предохранительный клапан на давление срабатывания 2,0 МПа.

Расчет

Энергию, выделившуюся при расширении среды в резервуаре, рассчитывают по формуле (Ж.5).

E = С m (T - T),

иэ эфф кип

где m = 4 x 10 кг - масса пропана в цистерне;

С - константа, равная 500 Дж/(кг x К);

эфф

T = - 43 + 273 = 230 К - температура кипения пропана при

кип постоянном давлении.

T, К, находим по формуле (Ж.6)

В

Т = ───────── - С + 273,15,

А - lg р

к

где р = 2,000 кПа, А = 5,949, В = 812,648, С = 247,55.

к а

Отсюда

812,648

Т = ──────────────── - 247,55 + 273,15 = 322 К.

5,949 - lg 2,000

Получим E_иэ

4 9

E = 4 х 10 (332 - 230)500 = 2,06 х 10 Дж.

иэ

Находим приведенную массу m_пр, кг, по формуле (Ж.4)

9 6

m = 2,06 х 10 /(4,52 х 10) = 456 кг.

пр

Вычислим Дельта р и i по формулам (Ж.2) и (Ж.3)

0,33 0,66 2 3

Дельта р = 101 (0,8 х 456 /750 + 3 х 456 /750 + 5 х 456 /750) = 0,86 кПа,

0,66

i = 123 x 456 /750 = 9,7 Па x с.

Поиск по сайту: