Диссертация (Методы расчета динамических параметров аварийного взрыва неоднородной газовоздушной смеси), страница 10

– Результаты расчета для варианта V.Рассмотрим другой вариант развития аварии, когда на начальном этапевзрыва ускорения пламени нет, его ускорение (интенсификация) происходитвблизи границы огненного шара. Тогда в расчетах следует принять следующие75значения параметров: АН = 0,80; АП = 0,10; АС = 0,10 (АН+АП+АС=1).

Данныйвариант расчета будем называть – вариант V.Результаты расчета приведены на рисунке 4.2.Расчеты показали, что интегральные параметры взрыва составляют:максимальное давление равно ΔРМАКС = 20,5 кПа; минимальное избыточноедавление составляет ΔРМИН = -4,4 кПа; импульс фазы сжатия равен – 710 Па*с.Расчетное значение суммарного уровня давления равно L = 181.5 дБ, а значениеуровня звукового давления равно LЗВ = 166,2 дБ.Сравнение интегральных параметров взрыва для сценария развития авариипо варианту V с аналогичными параметрами взрыва при аварии по варианту VIпоказывает, что взрывное давление возрастает (примерно на 5 кПа или на 35%),импульс давления падает (примерно на 500 Па*с или 40%), а акустическое иливоспринимаемое человеком давление возрастает (примерно на 9 дБ или примернов три раза).В итоге можно сказать следующее. Взрывную аварию по варианту Vсвидетели будут классифицировать как взрыв, а аварию по варианту VI – какнизкочастотныйгул.Строительныеконструкциисбольшимпериодомсобственных колебаний сохранят устойчивость при взрыве по варианту V, а смалым периодом собственных колебаний разрушатся [86].

Нагрузки от взрыва поварианту VI разрушат конструкции с несущей способностью меньшей, чемдавление взрыва, независимо от частоты собственных колебаний конструкции.Рассмотримвариантыразвитияаварий,сопровождаемыхвзрывомнеоднородной смеси. Предполагается, что на начальной стадии взрыва скоростьпламени минимальна и равна WМИН, т.е. интенсификация и ускорение пламени наэтом участке отсутствуют. Поэтому при 0<R<АН*RОШ принималось, что видимаяскорость пламени равна WМИН. При АН*RОШ<R<(АН+АП)*RОШ видимая скоростьпламени периодически возрастает до WМАКС, а потом уменьшается до WМИН, т.е.происходит периодическое ускорение и замедление пламени.

При (АН+АП)*RОШ =(1-АС)*RОШ<R<RОШ видимая скорость пламени уменьшается от WМАКС до 0. В76расчетах были приняты следующие значения параметров: АН = 0,10; АП = 0,8; АС =0,10. Данные варианты расчета в зависимости от количества периодов роста испада скорости будем называть – варианты I (один период), II (два периода), III(четыре периода) и IV (восемь периодов). Количество периодов характеризуютпространственную неоднородность смеси.Результаты расчета для варианта IV приведены на рисунке 4.3.121 - расчетная зависимостьизбыточного давления от времени нарасстоянии 21 м от места взрыва;2 - динамические зависимостипараметров огненного шара, видимойскорости пламени и скорости потокана границе огненного шара;3 - расчетный спектр избыточного3давления (ширина полосы 1,0Гц).Рисунок 4.3 – Результаты расчета для варианта IV.Результаты расчета для варианта III приведены на рисунке 4.4.77121 - расчетная зависимость избыточногодавления от времени на расстоянии 21м от места взрыва;2 - динамические зависимостипараметров огненного шара, видимойскорости пламени и скорости потока награнице огненного шара;3 - расчетный спектр избыточного3давления (ширина полосы 1.0 Гц).Рисунок 4.4.

– Результаты расчета для варианта III.Результаты расчета для варианта II приведены на рисунках 4.5, 4.6, 4.7.Рисунок 4.5. - Расчетнаязависимостьизбыточного давленияот времени нарасстоянии 21 м от меставзрыва.Вариант расчет II.78Рисунок 4.6 –Динамические зависимости параметров огненного шара, видимой скоростипламени и скорости потока на границе огненного шара.1 – зависимость координаты фронта пламени от времени;2 - видимая скорость распространения пламени от положения фронтапламени;3 – зависимость видимой скорости распространения пламени от времени;4 - зависимость скорости потока на границе огненного шара от времени.Вариант расчет II.Рисунок 4.7. – Расчетный спектр избыточного давления.Ширина полосы 1,0 Гц.Вариант расчет II.79Результаты расчета для варианта I приведены на рисунке 4.8.121 - расчетная зависимость избыточногодавления от времени на расстоянии 21 мот места взрыва;2 - динамические зависимостипараметров огненного шара, видимойскорости пламени и скорости потока награнице огненного шара;3 - расчетный спектр избыточного3давления (ширина полосы 1,0 Гц).Рисунок 4.8 – Результаты расчета для варианта I.В результате можно сделать следующие выводы.

Используемая методикадопускает задавать произвольный вид распространения фронта пламени привзрыве. Это позволяет использовать ее для определения эффективностимероприятий по минимизации последствий аварийных взрывов. Данная методикаапробирована на результатах экспериментальных исследований и результатахрасчетов, выполненных другими авторами.804.2. Пример расчета применительно к конкретному объекту4.2.1.

Возможные сценарии, сопровождающие аварийные взрывы напотенциально опасных объектахДля расчета поражающих факторов, возникающих при сгорании и взрывегазопаровоздушных смесей, образующихся при авариях с емкостями горючихвеществ, необходимо задаться определенными исходными параметрами. Вдальнейшем будем их назначать, исходя из консервативных соображений.Рассмотримфизическиепроцессы,сопровождающиеформированиепаровоздушной смеси при аварийной ситуации на газонаполнительной станции.Формированиеоблакапаровоздушнойсмесипроисходитподвумсценариям.

Первый сценарий связан с наличием в момент аварии емкостей сперегретой жидкостью (топливом). Подобные аварии достаточно характерны припожарах, в зону действия которых попадают емкости с жидким топливом илиемкости с сжиженным газом. Второй сценарий предполагает отсутствиеисточника воспламенения в момент аварии, оседание первоначального облакапара, его растекание по поверхности земли и дальнейшее насыщение паром,происходящим в результате испарения пара с зеркала пролива [49].Приаварии,развивающейсяпопервомусценарию,происходитразрушение емкости, что приводит к выбросу горючего (пропана, бензина,топлива и т.д.) в атмосферу. Выброс горючего в атмосферу происходит в видепара и диспергированных капель топлива, что приводит к образованиюпаровоздушного облака.

Воспламенение образовавшегося облака богатой смеси(практически полное отсутствие кислорода) возможно только на его границе сатмосферой. При появлении источника зажигания происходит взрыв части смеси,находящейся во взрывоопасном состоянии на периферии облака. В дальнейшемформируется огневой шар, в котором смесь паров и капель топлива выгорает поповерхности шара по мере поступления кислорода. Скорость выгорания смесидостаточно мала, составляет не более 3-10м/с, поэтому в процессе сгорания81огневого шара избыточное давление не создается.

Но при этом происходитмощное выделение тепла и достаточно быстрое «всплытие» огневого шара поддействием Архимедовой силы.124356Рисунок 4.9 – Этапы развития аварии с топливозаправщиком.1 – пожар при сливе топлива; 2 – разогрев топлива в цистерне;3 – взрыв паровоздушной смеси и сопровождающий его огневой шар;4 – безнапорное факельное горение очагов пролива;5, 6 – последствия аварии.Пример развития аварии с топливозаправщиком, происшедшей по первомусценарию, приведен на рисунке 4.9 [28].82Особенностьюформированияпаровоздушныхсмесей,сгорающихвпоследствии в виде огневых шаров, является практически мгновенный переход впарообразную фазу части перегретой жидкости.

При этом на парообразованиерасходуется энергия, «запасенная» в перегретой жидкости [61].Таким образом, развитие аварии по первому сценарию происходит вследующей последовательности. В результате пожара происходит разогревтоплива и его паров внутри емкости, что приводит к росту внутреннего давления.В результате нагрева в емкости образуется перегретая жидкость, часть которойпри разрушении емкости практически мгновенно переходит в пар. Разрушениеемкости сопровождается физическим взрывом и образованием паровоздушногооблака,содержащегомелкодисперсныекаплитоплива.Происходитдефлаграционный взрыв части облака, оставшаяся после взрыва смесь догорает ввиде «всплывающего» огневого шара, а остатки разлитого топлива догорают ввиде безнапорного факела с зеркала пролива.Фотографии описанных выше этапов развития аварии приведены нарисунке 4.9.

В качестве примера взята авария с топливозаправщиком,происшедшая при возникновении пожара в момент слива топлива.Проведем оценку доли топлива, которая принципиально может бытьизрасходована на формирование взрывоопасного облака и огневого шара приразрыве емкости с перегретой горючей жидкостью (пропаном или бензином),находящейся в железнодорожной цистерне.В таблице 4.1 приведены некоторые характеристики взрывоопасныхвеществ [62]. Для определения параметров топлива будем использовать известноеуравнение Антуана. Напомним, что уравнение Антуана имеет следующий вид:lg P  A Bили t  B  CC tA  lg P(4.1)и представляет собой приближенное уравнение равновесия жидкости инасыщенных паров, где Р – давление насыщенных паров (кПа), t – температура(оС), А,В,С – константы Антуана, полученные эмпирическим путем.Таблица 4.1 Показатели пожарной опасности пропана и некоторых топлив83Вещество12345 - Константыуравнения АнтуанаАПропанC3H8Бензин АИ93 (зимний)(I)Бензин А72(зимний)(I)Бензин АИ93 (летний)(I)Бензин Б70авиационный (I)Дизельноетопливо "3"(II)Дизельноетопливо"Л" (II)C6,911H12,188C6,991H13,108C7,024H13,706C7,267H14,796В6789С44,0 -96 +47 5,955 813,86 248,11 9604746 189÷4295,3 -37 - 4,265 695,01 223,22 119060+9097,2 -36 - 4,195 682,87 222,06 006660÷8598,2 -36 - 4,123 664,97 221,69 116560÷55102, -34 +30 7,544 2629,6 384,19 2024550÷1002,3 ГГ 463531,1 ЛВ 4364Ж11,08 ЛВ 4423Ж91,06 ЛВ 4364Ж10,79 ЛВ 4409Ж4C12,343H23, 172, > +22 5,078 1255,7 199,52 40÷2 0,61 ЛВ 43593 +35 5183310Ж0889C14,511H29, 203, > +21 5,001 1314,0 152,47 60÷2 0,52 ЛВ 43416 +40 0094340Ж9120Рассмотримцистерну,содержащуюсжиженныйпропан(СУГ).Максимальный объем цистерны для перевозки СУГ составляет 75 м3.