Диссертация (Методы расчета динамических параметров аварийного взрыва неоднородной газовоздушной смеси), страница 11

ПлотностьСУГ 530 кг/м3, поэтому максимальная масса топлива в одной цистерне составитМ=39750 кг. Нормативная прочность емкостей для хранения сжиженных газовдолжна минимум в 1,5 раза превышать эксплуатационное давление. Для СУГ этосоответствует 25*1,5=37,5 кГ/см2. Принимая (с запасом), что разрушениецистерны происходит при 3860 кПа, из (4.1) получаем, что при давлениинасыщенных паров пропана 3860 кПа их температура должна быть равна 90оС.Поэтому при нагреве содержимого цистерны до 90оС произойдет ее разрыв, апропан будет перегрет на 132оС (температура кипения пропана при нормальномдавлении -42оС).84Одновременный разрыв и образование огневых шаров от несколькихцистерн исключается.

Взрывы цистерн могут происходить последовательно, нозадержка во времени между взрывами, например, в секунду позволяет «уйти»дефлаграционной волне на 340 м, а ударной волне на еще большее расстояние.Поэтому для консервативных расчетов параметров дефлаграционного взрывапринято максимальное количество пропана, которое может находиться в однойцистерне.Учитывая, что пропан в цистерне может быть перегрет максимум на 132оС[62] и приняв, что теплота парообразования (испарения) пропана составляет околоQПАРООБРАЗОВ = 424,0 кДж/кг, а теплоемкость пропана примерно равна γ = 1,90кДж/кг/град, получаем, что при разгерметизации цистерны с перегретым на 132оСградусов пропаном запасенной тепловой энергии (1,90 кДж/кг/град×132 град =250,8 кДж/кг) хватит на мгновенное испарение α = 250,8/424,0=0,592 долейпропана, находящегося в цистерне.Другими словами, при аварийной ситуации в парообразную фазу перейдеттолько α=0,592 часть пропана, находящегося в цистерне.

Это будет максимальноеколичество пропана, которое может сначала сформировать паровоздушноеоблако, а после его взрыва прогореть в виде огневого шара. Данные рассужденияотносятся к случаю нахождения цистерны в условиях пожара. При «холодном»разрушении цистерны доля выброшенного в атмосферу пара будет примерно вдва раза меньше (при разрушении цистерны летом и при температуре пропана вцистерне +24оС).Проведем аналогичные расчеты для бензина АИ-93 (летний). Следуя (4.1),получаем, что для бензина АИ-93 (летний) температура кипения при атмосферномдавлении составляет t 665о 221,7  92,4 С.4,123  lg 101,3Примем, что максимальная температура воздуха составляет около 40оС.Тогда давление насыщенных паров бензина (бензин АИ-93 - летний) при t=40оСсоставит около lg P  4,123 665 1,582 , т.е.

Р=38,2 кПа.221,7  4085На железнодорожных цистернах с бензином устанавливаются сбросныеклапана, рассчитанные на избыточное давление 1,5 кГ/см2 (примерно 150 кПа).Для избыточного давления 1,5 кГ/см2=147,2 кПа температура насыщенных паровбензинаt(соответственнои665о 221 .7  163,2 С.4,123  lg 248,5жидкойфазыбензинавцистерне)равнаСледовательно, бензин в цистерне может бытьперегрет максимум до 163,2оС, т.е. на 163,2-92,4 = 70,8 оС. Учитывая, что теплотапарообразования (испарения) АИ-93 составляет QПАРООБРАЗОВ = 304,2 кДж/кг, атеплоемкость бензина равна γ = 1,96 кДж/кг/град [78], получаем, что приразгерметизации цистерны с перегретым на 70.8 градусов бензином запасеннойтепловой энергии (1,96 кДж/кг/град×70,8 град = 138,7 кДж/кг) хватит намгновенное испарение α = 138,7/304,2 = 0,456 доли бензина в цистерне.Другими словами, при аварийной ситуации в парообразную фазу перейдеттолько α = 0,456 часть бензина, находящегося в цистерне.

Это будетмаксимальное количество бензина, которое может сформировать паровоздушноеоблако и огневой шар при нахождении цистерны в условиях пожара.Такимобразом,основнымикритериямивозможностивзрываиформирования огневого шара по описанной ранее схеме (первый сценарийразвития аварии) является прочность емкости, наличие перегретой жидкости и еесвойства (теплоемкость).Из рассмотрения процесса формирования взрывоопасной смеси послефизического взрыва было получено, что при аварийном разрушении емкости,находящейся под давлением, в условиях пожара во взрывоопасное состояниеможет перейти не более 5% от массы топлива (пропана или бензина),находящейся в емкости.

При появлении источника зажигания происходитдефлаграционный взрыв этой части топлива. Около 50% от общей массы топливасгорает в виде огневого шара, а оставшиеся 45% топлива догорают в видебезнапорного факела с зеркала пролива.Рассмотрим второй сценарий развития аварии, который предполагаетотсутствие источника воспламенения в момент аварии. В этом случае при аварии86цистерны с пропаном часть пропана, находящегося в перегретом состоянии,оседает по схеме, показанной на рисунке 4.12, далее происходит его растеканиепо поверхности земли и дальнейшее насыщение пропаном, происходящим врезультате испарения пропана с зеркала пролива.

Масса мгновенного выбросапропана в результате разгерметизации емкости не превысит 25% от общей массыпропана, находящейся в емкости (пропан при данном сценарии развития аварииможет быть перегрет «всего» на 60-650С).4.2.2. Расчет избыточного давления при аварийном взрывеПолученные в результате расчетов исходные данные позволяют определитьвероятные взрывные нагрузки на территории газонаполнительной станции.На основании анализа подобных аварийных ситуаций и результатовчисленных расчетов, приведенных выше, аварийные ситуации можно разделитьна две группы. К первой группе относятся аварии, в процессе которых возникаетпожар пролива, а ко второй группе следует отнести ситуации, когда пожаротсутствует, но происходит значительное испарение пролитого топлива иформированиевзрывоопасногооблака,котороеначинаетдрейфоватьвнаправлении объекта.

Первая группа аварий характеризуется следующимиосновными фазами своего развития [51]. В процессе пожара происходит разогревцистерны, что приводит к повышению внутреннего давления. При повышениидавлениявышекритическогопроисходитразрушениецистерны,сопровождающееся физическим взрывом. Далее происходит выброс перегретойжидкости,формируетсяпаровоздушноеоблако,котороевзрывается.Следовательно, на втором этапе развития аварии происходит дефлаграционныйвзрыв паров горючего. Остатки паровой смеси, которые не сгорели придефлаграционном взрыве из-за недостатка кислорода, догорают в виде огневогошара, который достаточно быстро прогорает (за десятки секунд) и по мере87сгорания поднимается вверх («всплывает») под действием Архимедовой силы.Далее происходит безнапорное горение оставшегося пролива топлива.

Втораягруппааварийхарактеризуетсяформированиемпаровоздушногооблака,прижатого к земле, т.к. молярная масса топлива существенно выше молярноймассы воздуха. Высота паровоздушного облака не превышает 5-7 м. Наличиенезначительной подвижности атмосферы приводит к дрейфу облака, которое припоявлении источника зажигания взрывается. При наличии ветра его дрейф назначительные расстояния исключается. Исключается и процесс формированиявзрывоопасного облака с зеркала пролива в силу незначительных расходов пара.Параметры ВУВ были определены для расстояний 19 м, соответствующегоминимальному расстоянию от производственного корпуса до источникаопасности,и64м,соответствующегоминимальномурасстояниюотадминистративного корпуса до источника опасности (см.

рисунки 4.12 - 4.17).Результаты расчетов приведены на рисунках 4.12 - 4.17 и сведены в таблицы4.2-4.5.88Рисунок 4.10 - Генеральный план газонаполнительной станции.89Рисунок 4.11 - Схема расположения газонаполнительной станции.90 Первый сценарий: взрыв парогазовоздушного облака в условияхпожара.Таблица 4.2.Параметры PmaxРасстояние(КПа)19 м11,159764 м3,3130Pmin(кПа)-2,4788-0,7359Imax185,184154,9765IminL (дБ)-184,4898-54,7704176,3764168,7126Рисунок 4.12.Динамические параметрывзрыва при первомсценарии развитияаварии.Рисунок 4.13. Расчетныйспектр избыточногодавления. взрыва припервом сценарииразвития аварии. Второй сценарий развития аварии: Взрыв в результате утечки пропана(без учета дрейфа облака).Таблица 4.3.91ПараметрыРасстояние19 м64 мPmax(Кпа)8,40402,4949Pmin(Кпа)-7,0738-2,1000ImaxIminL (дБ)328,8873 -328,473597,6384 -97,5156177,9121160,8448Рисунок 4.14 Динамические параметрывзрыва при второмсценарии развитияаварии.Рисунок 4.15 - Расчетныйспектр избыточногодавления.

взрыва привтором сценарииразвития аварии. Третий сценарий развития аварии: Взрыв в результате утечки пропана(с учетом дрейфа облака).Таблица 4.4.ПараметрыРасстояние9м54 мPmax(Кпа)15,96762,9570PminImaxImin(Кпа)-13,4402 624,8859 -624,0997-2,4889 115,7196 -115,5740L (дБ)183,4872166,419892Рисунок 4.16 Динамические параметрывзрыва при третьемсценарии развитияаварии.Рисунок 4.17 -. Расчетныйспектр избыточногодавления.

взрыва притретьем сценарииразвития аварии.В результате выполненных расчетов можно предложить следующиерекомендации: удаление источника взрывной опасности на расстояние не менее25м или устройство защитной стенки.При удалении источника взрывной опасности на 25 м взрывное давлениеснизится до уровней, приведенных в таблице 3.4.Таблица 4.5.Параметры PmaxPminImaxIminL (дБ)Расстояние(КПа)(кПа)1-й сценарий: взрыв парогазовоздушного облака происшедшего вусловиях пожара19+25 м4,82-1,0779,97-79,67169,089364 +25 м2,38-0,5339,53-39,39161,422-й сценарий: Взрыв в результате утечки смеси без дрейфа19+25 м4,82-1,0779,97-79,67169,0864 +25 м2,38-0,5339,53-39,39161,423-й сценарий: Взрыв в результате утечки смеси при наличии дрейфа (а =10 м)9 +25 м4,70-3,95183,79-183,56172,8654 +25 м2,02-1,7079,10-79,00155,794.3. Выводы по четвертой главе1.По разработанной методике проведена серия вычислительныхэкспериментов для определения основных параметров аварийных взрывов сучетом произвольных граничных условий и произвольных утечках (попространству и времени) взрывоопасного вещества.2.По разработанной методике рассчитаны возможные параметрывзрыва, возникающие при аварийной ситуации на газонаполнительной станциирасположенной вблизи территории г.

Ханоя, Вьетнама.3.Для безопасной работы персонала в производственном корпусенеобходимо расположить емкость сжиженным пропаном на расстояние не менее25 м от производственного корпуса.94ЗАКЛЮЧЕНИЕИтоги выполненного исследования.1.Из проведенных исследований следует, что цель работы достигнута,т.е. разработана методика прогнозирования динамических параметров аварийноговзрыва при утечке горючих веществ.2.Разработанная автором компьютерная программа протестированасравнением результатов расчёта по программе с аналитическим решением задачи.Работоспособностьисследованиями.программыподтвержденаУдовлетворительноесовпадениеиэкспериментальнымирезультатоврасчётапоразработанной методике с экспериментальными данными и результатамианалитическогорешенияуказываетнакорректностьразработаннойвычислительныхэкспериментовматематической модели и программы.3.Наоснованиипроведённыхопределены основные параметры аварийных взрывов газопаровоздушнной смеси.4.Выполненыпримерыпримененияразработанногометодаприменительно к реальному взрывоопасному объекту Вьетнама.5.Результаты работы использовались при создании новой учебнойдисциплины “Пожаровзрывозащита” высших учебных заведений ИПБ Вьетнама,при выполнений расчетов по определению последствий предполагаемой взрывнойаварии на площадке АЭС, использованы при выполнении работ по анализуопасности аварийных взрывов на объектах реакторного комплекса ПИК и приразработке мероприятий по обеспечению их устойчивости, внедрена в учебныйпроцесс лекционного и практического материала по дисциплине 20.06.01 “Техносферная безопасность”.Рекомендации.Разработаннаяметодикарекомендуетсядлярасчётадинамических параметров взрыва при аварийных выбросах горючих веществ наэнергоёмких объектах.

На стадии проектирования методика позволяет создатьнаиболее безопасную компоновку взрывопожароопасного объекта. Методикарекомендуется к использованию для реконструкции событий произошедших95взрывных аварий.В целом методика позволяет разработать рекомендации по снижению ущербапри аварийных выбросах горючих веществ, направленные на взрывобезопасностьи взрывоустойчивость энергоёмких объектов.Перспективыдальнейшейразработкитемы.Перспективнымнаправлением исследуемой темы является разработка методики определениябезопасных расстояний при взрывах ГВС на объектах нефтегазовой отраслинеобходимо производить расчёт изменения скорости распространения пламени сучётом препятствий, преодолеваемых пламенем, и распределения концентрациивеществ в ГВС, образующейся при аварийном выбросе.96СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ1. Абрамович, Г.Н.