Диссертация (Методы расчета динамических параметров аварийного взрыва неоднородной газовоздушной смеси), страница 3

Для 2-го класса размер детонационной ячейки составляетот 2 до 10 см, для 3-го класса от 10 до 40 см, для 4-го класса больше 40 см. И еслиреализуется дефлаграционный режим горения смеси, то скорость фронта пламениопределяется как:W  k  Mг1/ 6 ,(1.9)где W – видимая скорость распространения пламени (м/с);k - константа, равная 26 или 43;Мг - масса газа в облаке, кг.При определении параметров взрыва ( P - избыточное давление и I импульс фазы сжатия) в зависимости от расстояния R от центра взрыва дорассматриваемой точки производят следующие расчёты:Определяется безразмерное расстояние от места взрыва:RR Х ,R 0 E ( Дж ) где R0   Ратм ( Па )(1.10)1/ 3, м ;Pатм  101300Па .(1.11)17Рассчитывается безразмерное избыточное давление PХ в зависимости отбезразмерного расстояния расстояния RХ:RXW2C 20  K  X  R X , где К    1 0,83 0,14  R X R 2X , Х R X   (1.12)Значение коэффициента расширения продуктов сгорания для ГВСпринимается равно   7 [97].Рассчитывается безразмерный импульс фазы сжатия I X в зависимости отRX :0,025I X  D  ( 1  0,4  D)  Y  R X  ; Y ( R X )   0,06  0,01;2 3RXRRXXD WC 0K;К    1(1.13)Приведенные выше соотношения для определения PX и I X справедливыпри RX  0,34 .

Если RX  0,34 , то RX  0,34 .Далее рассчитываются размерные величины избыточного давления P иимпульса фазы сжатия I :( P  PX Pатм );I  P атм  R 0 I  X;C0Далее по найденным значениямP(1.14)и Iопределяются вероятностиповреждений зданий и сооружений, попавшие в зону воздействия волны сжатия.Для определения вероятности тяжелых разрушений зданий определяетсяпробит-функция Pr1: 17500Pr1  5  0.26 lnV1 , где V 1  P 8, 4 260 I 9 ,3(1.15),Для определения вероятности полного разрушения зданий определяетсяпробит-функция Pr2: 40000Pr2  5  0.26 lnV2 , где V 2   P 7 ,4 460  I 11,3,(1.16)Для расчёта дополнительных параметров падающей волны используютследующие выражения:Амплитуда фазы сжатия: P ln  0 ,299  2 ,058  ln   0 ,260  (ln  )2 . P атм (1.17)18Амплитуда фазы разрежения: P ln  1,146  1,142  ln  0,079  (ln ) 2 . P атм (1.18)Длительности фазы сжатия:  ln 1/3   0,106  0,488  ln   0,026  (ln  ) 2 .Е (1.19)Длительности фазы разрежения:  ln 1/ 3   1,299  0,412  ln   0,079  (ln  ) 2Е (1.20)Импульса фазы сжатия: I  ln 1/ 3   0,843  0,932  ln   0,037  (ln  ) 2 .Е (1.21)Импульса фазы разрежения: I ln 1/ 3   0,873  1,250  ln   0,132  (ln  ) 2 , где   2,15RXЕ (1.22)Размерная величина максимального избыточного давления в волне сжатияP определяется как: P  PX Pатм .В приведенных соотношениях все временные параметры даны в мс, а всепараметры импульса в бармс.1.2.2.Методика, разработанная М.А.СадовскимВ данной методике [81] параметры взрыва рассчитываются после переводаэнергии конденсированного вещества в тротиловый эквивалент (см.

формулу 1.2).Методика разработана в результате многочисленных экспериментальныхисследований.Вначале формула для расчёта избыточного давления ВУВ имеласледующий вид (1.2.4): Pф где R - приведенное расстояниеизбыточное давление, кг/см2.0 ,84 2 ,7 7 ,0 2  3 ,RRRR1/33Mкгс/см2,(1.23), м/кг ; М - масса заряда, кг; Pф -19Для вычисления нам в привычных единицах измерения (система СИ)формула получила следующий вид:Pф 1 1  82,4   265   687   , кПа,R R(1.24)Безразмерное расстояние определяется по формуле :R3RM(1.25)находится R и затем по формуле (1.7):(1.26)где K в - коэффициент, для воздушного взрыва Кв = 1; для наземного взрыва Кв = 2.R  R  3 Kв  M,1.2.3.

Методика, использованная в СП 12.13130.2009 «Определениекатегорий помещений, зданий и наружных установок повзрывопожарной и пожарной опасности»Вметодике[85]значениемаксимальногодавленияP ,дляпарогазовоздушных смесей рассчитывается по формуле:0 , 330 , 66P  P0  (0,8mпр/ r  3mпр/ r 2  5mпр / r 3 ,(1.27)где P0 - атмосферное давление, кПа; r - расстояние от центра взрыва, м; mпр приведенная масса газа или пара, кг.m пр QcrmZ ,Q0(1.28)где Qcr - удельная теплота сгорания газа или пара, кДж/кг; Q 0 -константа, равная4,52 кДж/кг; m - масса горючих газов и (или) паров, поступивших в результатеаварии в окружающее пространство, кг; Z - коэффициент участия горючих газов ипаров в горении, который допускается принимать равным 0,1.Величину импульса волны давления i , Па.с вычисляют по формуле:0 , 66i  123  mпр/r(1.29)201.2.4.

Методика, использованная в ГОСТ Р 12.3.047–2012 «Пожарнаябезопасность технологических процессов»В данной методике [26] максимальное избыточное давление и импульсположительной фазы волны сжатия определяется по тем же формулам, что и в СП12.13130.2009 «Определение категорий наружных установок по пожарнойопасности» [85].В рассмотренных выше методиках принята следующая схема оценкипоследствий воздействия взрывов любой природы на объекты и людей [26, 81, 85,96].

Принято, что при взрывах степень разрушения зданий (сооружений) ивероятность гибели (травмирования) людей зависит от двух параметров:максимального давления и импульса фазы сжатия и определяется по диаграммаприведенным на рисунке 1.11.Параметры ударной волны, прикоторых происходит повреждениезданийПараметры ударной волны, прикоторых возможно поражение людейРис.1.11. Р-I диаграммы для определения степени разрушенияЗданий и поражения людей при воздействии на них взрывных (ударных)нагрузок.К существенным отрицательным моментам описанных выше методикможно отнести следующее:211.Использованиеэнергопотенциалбезразмерногосмеси,иегорасстояния,использованииприрассчитанногорасчётечерезпараметровдефлаграционного взрыва;2.

Расчет параметров дефлаграционного взрыва по формулам полученныхдля воздушно-ударных волн не корректно, т.к. форма волны сжатия отличается отформы воздушно-ударных волн. Это особенно относится к расстояниям, близкимк центру взрыва, где как раз расположены здания и сооружения;3. Использование P-I диаграммы при определении последствий аварийных(дефлаграционных) взрывов не оправдано.1.3. Выводы по первой главе1.Проанализированы существующие методы прогнозирования процессаформированиявзрывныхнагрузок.Наосновеанализанедостатковпредставленных методик определены критерии к разрабатываемой методикерасчёта процесса формирования взрывных нагрузок;2.Обоснована необходимость исследования процесса формированиявзрывных нагрузок при сгорании неоднородной газопаровоздушной смеси;3.Существующие методики не позволяют детально изучить вопросы,связанные с аварийными взрывами газовоздушных смесей, а также достоверновосстанавливать сценарии аварийных ситуаций на энергоёмких объектах, чтоподтверждает актуальность выбранной темы;4.Впредставленкачествекраткийподтвержденияанализданныхаварийныхтеоретическихситуаций;авыкладокименно:взрывпропановоздушной смеси на территории АЗС в г.

Махачкала и взрыв в районе2169 км участка нефтепровода «Нижневартовск-Курган-Куйбышев» вблизи с.Черновка, Кинель-Черкасского района, Самарской области.22ГЛАВА 2. ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ, СОПРОВОЖДАЮЩИЕАВАРИЙНЫЕ ВЗРЫВЫ В АТМОСФЕРЕ2.1. Результаты экспериментальных исследованийОсновнымипараметрами,определяющимивзрывноедавлениепридефлаграционных взрывах, являются видимая скорость пламени и радиусогненного шара (продуктов взрыва) [99]. В процессе взрывного горениявозникают газодинамические потоки, которые приводят к ускорению процессагорения смеси, т.е. к увеличению видимой скорости пламени, и к ускорениюдиффузионных процессов в смеси, что приводит к обеднению смеси на границегазопаровоздушного облака, что, в свою очередь, приводит к снижению скоростипламени и уменьшению размеров огненного шара. Наибольшее влияниеуказанных процессов на формирование взрывных нагрузок проявляется награнице взрывоопасного облака [25].В связи со сказанным была проведена серияэкспериментальныхисследований, направленных на рассмотрение вопросов ускорения процессавзрывного горения и на его замедление в моменты окончания взрыва [28].При проведении экспериментов использовалась пропановоздушная смесьстехиометрическогосостава(концентрациягорючего4,5%об.).Экспериментальные взрывы осуществлялись в протяженной камере длинной 4,12м, имеющей квадратное сечение со стороной 0,16 м.

Схема камеры приведена нарисунке 2.1.Рисунок 2.1 – Схема экспериментальной камеры23Было проведено две серии экспериментов. В 1-й серии экспериментовкамера делилась на 3 части с помощью выдвижных панелей. Торцы камеры в этойсерии экспериментов были открытыми. При помощи мерного шприца вцентральную камеру объёмом Vц=0,0205 м3 закачивался пропан, создавая смесьстехиометрического состава. После определенного времени, необходимого длявыравнивания концентрации в смеси, осуществлялось ее воспламенение.Зажигание смеси производилось с помощью электрической зажигалки в разныхточках смеси (в центре – точка Т1 и с краю смеси – в точках Т2, Т3), показанныхна рисунке 2.2.

В момент воспламенения смеси выдвижные панели вынимались изкамеры. В дальнейшем опыт при воспламенении смеси в точке Т1 будем называтьэксперимент I, в точке Т2 - эксперимент II, а при воспламенении смеси в точке Т3будем называть эксперимент III.Рисунок 2.2 – Схема экспериментальной камеры, использовавшейся припроведении 1-й серии экспериментовВо 2-й серии экспериментов камера была разделена на 2 части. Левый торецкамеры был открыт, а правый закрыт. Горючая газовая смесь создавалась вправой части камеры. При проведении опытов использовались камеры 2-хобъёмов: 1-я камера объемом Vк1=0,00064 м3, 2-я камера объёмом Vк2=0,0128 м3.Зажигание смеси осуществлялось газовой зажигалкой, установленной в правомторце камеры – точка Т4.