Границы от массы сжиженного газа при мгновенном проливе
на неограниченную поверхность:
^ - 2,5 м/с; ¦ - 5 м/с; • - 10 м/с (расчет по [6, 7]); I - расчет [8] для спокойной атмосферы и высокой скорости ветра;
¦ - эксперимент [9]
При мгновенном разрушении резервуара со сжиженным газом, находящимся под давлением, и вскипании перегретой жидкости образуется полусферическое облако, зависимость радиуса которого от времени описывается выражением [10]:
(8)
где Q - начальный объем холодного облака; g- ускорение свободного падения; рг, ра - плотность облака и атмосферы; t- время.
Время существования облака, т. е. время его рассеяния в атмосфере до безопасных концентраций, определяется выражением [10]
(9)
где r0 , h0 - радиус и высота начального облака, образующегося при взрыве резервуара со сжиженным газом под давлением.
Уравнения (8) и (9) можно использовать для оценок r и при проливе и испарении сжиженного газа В этом случае в качестве начального радиуса облака можно взять максимальный радиус лужи разливающейся жидкости, а начальной высоты - среднюю высоту холодного облака, образующегося при полном испарении жидкости с площади лужи.
В случае аварийного пролива СПГ с постоянным расходом, когда сжиженный природный газ остается внутри обвалования и постепенно заполняет его, по направлению ветра образуется пожаро-взрывоопасное облако в виде "хвоста". Обычно через 3-5 мин после начала аварии скорость испарения определяется, в основном, не теплоподводом от грунта, а обдуванием ветром "зеркала" разлива, и процесс образования облака становится стационарным. Необходимо оценить длину пожароопасного облака и массу горючего газа, которая в нем находится.
|
|
В [11] проводились исследования по определению длины опасного облака углеводородных горючих газов в случае их выброса из трубы с постоянным расходом. В результате обобщения многих экспериментальных данных получено эмпирическое выражение
( 10)
где L- длина облака, м; G - расход, кг/с; w - скорость ветра, м/с.
В [12] на основе обобщения экспериментальных данных по определению длины пожароопасных облаков, образующихся при проливах СПГ на ограниченную поверхность (небольшое озеро площадью ~ 60 м2), получено выражение
(CL2W) / S=5000, (11)
где С - объемная концентрация горючего газа, % об.; L- длина облака, фут; W - скорость движения паров облака, фут/с; S- площадь лужи, фут2.
Если подставить в (11) стационарную скорость испарения СУГ с поверхности воды - 0 1 кг/(м2с) [12], то оно преобразуется к виду
L = 85 [ G / (Cw)]0,5 (12)
Сходство выражений (10) и (12) объясняется тем, что скорость рассеяния облака в основном определяется потоком воздуха, а различие - тем, что при попадании струи газа в атмосферу вследствие генерации дополнительной турбулентности, рассеяние происходит быстрее, чем при испарении такого же потока из лужи.
|
|
Дополнительный анализ экспериментальных данных [13-15] относительно облаков, образующихся при испарении СУГ, позволил скорректировать коэффициент в выражении (12)
L = 150 [ G / (Cw)]0,5 (13)
Эти данные приведены на рис. 7 и в табл. 3.
Рис. 7. Пролив с постоянным расходом:
1 - расчет по формуле (13); • - данные экспериментов [13-15]
Таблица 3 Данные экспериментов [13-15]
Продукт | Расход, кг/с | Скорость ветра, м/с | Длина облака, м | ||
| 19 | 3,9 | 150±30 | ||
31,5 | 4,5 | 130±20 | |||
17,5 | 4,8 | 110±30 | |||
22 | 5,5 | 190±20 | |||
Метан | 21 | 2,6 | 150±30 | ||
25 | 9,8 | 175±25 | |||
28 | 7,4 | 140±15 | |||
84 | 5,4 | 255±40 | |||
95 | 8,4 | 200140 | |||
112 | 1,8 | 420±40 | |||
Пропан | 19 | 2,9 | 245±35 | ||
28 | 5,2 | 340±20 | |||
16 | 3,6 | 400±100 | |||
25 | 3,7 | 220±35 | |||
23 | 5,5 | 215±20 | |||
20 | 6,2 | 285±25 | |||
43 | 7,9 | 210±50 | |||
53 | 7,9 | 200±30 | |||
Разброс приведенных значений обусловливается различной степенью стабильности атмосферы, а также значительной флуктуацией концентрации горючего в облаке. Учитывая, что экспериментальные данные получены в основном для скоростей ветра более 2 м/с, это значение скорости ветра и будет являться ограничением снизу области применимости формулы (13). При этом скорость гравитационного растекания облаков сравнима со скоростью ветра.
|
|
4. ОЦЕНКА ПОРАЖАЮЩИХ ФАКТОРОВ ПРИ ГОРЕНИИ И ВЗРЫВЕ ГАЗОПАРОВОЗДУШНЫХ ОБЛАКОВ
Основным поражающим фактором при диффузионном горении разлитой жидкости или огненного шара является тепловой поток излучения пламени, при дефлаграционном или детонационном сгорании газовоздушного облака - избыточное давление в воздушной ударной волне и импульс ударной волны.
Процессы переноса энергии от диффузионного пламени и огненного шара, а также дефлаграция и детонация больших объемов газовоздушных смесей в неограниченном пространстве достаточно подробно изучены [16, 17], и результаты нашли свое отражение в соответствующих нормативных документах [18,19]. Ниже кратко изложены основные положения НПБ 107-97 [18], касающиеся методов расчета поражающих факторов при горении и взрыве газовоздушных облаков.
Тепловое излучение.
Интенсивность теплового излучения q, кВт/м2:
где Е - среднеповерхностная плотность теплового излучения пламени, кВт/м2; F - угловой коэффициент облученности; - коэффициент пропускания атмосферы.
Среднеповерхностная плотность теплового излучения при горении пролива СПГ: При образовании огненного шара Еf= 450 кВт/м2.
|
|
Диаметр очага, м Значение Еf, кВт/м
10 220
20 180
30 150
40 130
50 120
Угловой коэффициент облученности Fq: для пролива:
где х - расстояние от геометрического центра пролива до облучаемого объекта, м; d- эффективный диаметр пролива, м; d= (4F/ )0,5, где F- площадь пролива, м2; h- высота пламени, м;
mg- средняя массовая скорость выгорания топлива [для СПГ т =0,08 кг/(м2с)]; р - плотность окружающего воздуха, кг/м3; g=9,81 м/с2; для огненного шара:
,
где Н- высота центра огненного шара, m,H=Ds / 2, Ds- эффективный диаметр огненного шара, м, Ds= 5,33-М0,327, rs - расстояние от облучаемого объекта до точки на поверхности земли непосредственно под центром огненного шара, м.
Коэффициент пропускания атмосферы : для пролива:
=ехр[-7,0 10 -4 • (r - 0,5d)];
для огненного шара:
=ехр {[-7,0- 10-4 • [(rs2+H2)0,5-Ds/2]}.
Дата добавления: 2019-11-16; просмотров: 171; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!