Диссертация (Методика прогнозирования скорости распространения фронта пламени при сгорании газовоздушного облака в открытом пространстве), страница 10

Это подтверждает работоспособность разработанного метода определения видимой скорости распространения пламени и возможность еѐ применения. Результаты расчѐтов сведены в таблицу 3.1.Таблица 3.1. Сравнение результатов расчета скорости распространения фронтапламениГорючая смесьСкорость распространения пламениСуществующий методРазработанный методВодородовоздушная272 м/с (В.И. Макеев)305 м/сЭтиленовоздушная38,36 м/с (Д.З. Хуснутдинов)49 м/сМетановоздушнаяПропановоздушная6,4 м/с (В.И. Макеев)11,2 м/с (Д.З. Хуснутдинов)15,4 м/с (В.И.

Макеев)19,1 м/с (Д.З. Хуснутдинов)5,8 м/с16,6 м/с84Выводы1. В ходе экспериментальных исследований горения пропановоздушнойсмеси стехиометрического состава было установлено следующее:– при зажигании в центре газового облака скорость распространения пламени в 2 раза больше, чем при его зажигании на границе;– при дрейфе газового облака или его распространении в результате диффузии и при воспламенении скорость распространения пламени почти не ускоряется, поэтому дефлаграционный взрыв характерен только скоротечными тепловыминагрузками (турбулизаторы смеси отсутствуют);–фронт пламени ускоряется, движется постоянно и замедляется на расстоянии 30 %, 55 % и 15 % от расстояния пройденное пламенем соответственно;– реальный размер продуктов сгорания в трубе составляет не более 0,75 Rоб ε.2.

Получена формула для определения СРФП, учитывающая физикохимические и газодинамические свойства горючей смеси.3. Результаты расчѐтов по полученной формуле для определения СРФП удовлетворительно согласуются с результатами расчѐтов по формулам других авторов.85ГЛАВА 4 ВЕРИФИКАЦИЯ УСОВЕРШЕНСТВОВАННОЙ МЕТОДИКИПРОГНОЗИРОВАНИЯ СКОРОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ФРОНТАПЛАМЕНИ ПРИ СГОРАНИИ ГАЗОВОЗДУШНОЙ СМЕСИ НА ОСНОВЕСРАВНИТЕЛЬНОГО АНАЛИЗА РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧЁТАС ПОСЛЕДСТВИЯМИ РЕАЛЬНЫХ АВАРИЙНЫХ ВЗРЫВОВДля выяснения правильности применения методов в определении СРФП впредложенных методиках [5, 6, 15], и методики, описанной в главе 3, рассмотрены реальные взрывы, произошедшие на заводе «Нипро Кемикл Плант » и на 2169км участка газопровода «Нижневартовск–Курган–Куйбышев».

В дальнейшем дляудобства изложения параметры взрыва, рассчитанные по методикам [5, 6], будемназывать вариант I, по методике [15] – вариант II, и по методике, предложенной внастоящей работе – вариант III.4.1 Взрыв на заводе «Нипро Кемикл Плант»в г. Фликсборо (Англия)1 июня 1974 г. на установке окисления циклогексана (секция 25), котораярасположена на предприятии по выпуску капролактама, в результате разрыва байпаса произошла утечка циклогексана. Циклогексан в установке находился притемпературе на 70 ℃ выше температуры кипения, что привело к мгновенному испарению и образованию паров облака массой 56000 кг. При достижении печи риформинга водорода облако паров циклогексана воспламенилось, после чего последовал взрыв.

Здания, располагавшиеся на территории, сильно пострадали. Здание операторной и основные служебные помещения были полностью разрушеныиз-за взрыва (см. рисунок 4.1).86а)б)Рисунок 4.1 – Здания и сооружения, расположенныена территории завода «Нипро Кемикл Плант» [91]:а – до взрыва; б – после взрыва87По оценкам исследователей такие масштабы разрушений зданий исооружений соответствуют параметрам наземного взрыва 32 тонн тротила. Поэнергии это эквивалентно взрыву 8000 кг паров циклогексана.

На рисунке 4.2показаны уровни разрушений от рассмотренного взрыва.Завод располагался на равнинной местности, поэтому вследствие взрыва вблизлежащих посѐлках Эмкотс (800 м), Фликсборо (1130 м) и город Бертон-онСтейтер (3220 м) были разрушены дома и выбиты стѐкла [92, 93].Из анализов фотографий следует, что на территории предприятия располагались здания, выполненные из кирпича или железобетонных панелей, высотой в2–3 этажа.Рисунок 4.2 – План-схема разрушений зданий и сооружений на заводе«Нипро Кемикл Плант»от взрыва облака паров циклогексана [3]:1 – установка циклогексана (секция 25А); 2 – лаборатория;3 – водородная установка; 4 – операторная88Для определения параметров взрыва и расчѐта зон разрушений принятыследующие исходные данные:– тип топлива – циклогексан (С6Н12);– стехиометрическая концентрация циклогексана с воздухом – 78,5 г/м3;– масса циклогексана, участвовавшего во взрыве – 8000 кг;– удельная теплота сгорания топлива – 4,22 ∙ 107 Дж/кг.4.1.1 Расчёт параметров взрыва по «Методике оценки последствийаварийных взрывов топливно-воздушных смесей» (Вариант I)Согласно классификации веществ (таблица № 1, приложение № 3 указаннойметодики) циклогексан относится к 3 классу опасности (среднечувствительныевещества).

Окружающее пространство относится к виду 2 (сильно загромождѐнное пространство: наличие полузамкнутых объѐмов, высокая плотность размещения технологического оборудования, лес, большое количество повторяющихсяпрепятствий).В соответствии с таблицей № 2 приложения № 3 ожидаемый режим взрывного превращения ТВС – диапазон 3 (дефлаграция, скорость фронта пламени200÷300 м/с). Для проверки режима рассчитаем скорость фронта пламени поформуле:ϑ = k1 ∙ Mг1/6= 43 ∙ 80001/6 = 192 м/с,(4.1)где k1 – константа, равная 43;Mг – масса циклогексана.Так как Vг меньше максимальной скорости диапазона взрывного превращения, то принимаем СРФП Vг = 300 м/с.Определяем эффективный энергозапас ТВС:E = 2 ∙ Mг ∙ qг = 2 ∙ 8000 ∙ 4,22 ∙ 107 = 6,75 ∙ 1011 Дж.(4.2)Рассчитываем безразмерное расстояние для 100; 200; 300; 400 м.Rx = R/(E/P0)1/3;;(4.3);.89Определяем параметры взрыва при скорости Vг = 300 м/с.

Рассчитываембезразмерное давление и импульс фазы сжатия:ϑ( )ϑ( )() ((() ()ϑ) ( )) ()где – коэффициент расширения продуктов сгорания (;с0 – скорость звука в воздухе, 340 м/с.Далее по формулам вычисляются величины Рх2 и Iх2, которые соответствуютрежиму детонации:И окончательные значения Рх и Iх выбираются из условий:Рх = min(Рх1, Рх2); Iх = min(Iх1, Iх2).(4.8)После определения безразмерных величин давления и импульса фазы сжатия определяются размерные им величины:Р1 = Рх ∙ Р0, кПа; I1 = Iх∙(Р0)2/3 ∙ Е1/3 / с0, Па∙с.(4.9)Результаты расчѐтов Рх1 и Iх1, Рх2 и Iх2, Р и I для расстояний 100; 200; 300;400 м от центра взрыва приведены в таблице 4.1.Таблица 4.1 – Результаты расчѐтов для различных расстояний от центра взрываR, м10020030040080011003200Rx0,53131,06271,59402,12544,25085,844817,0032Рх10,71150,43850,31070,23990,12510,09200,0323Iх10,06950,03340,02160.01590,00770,00560,0019Рх21,03010,29410,15860,10780,05070,0390–Iх20,05740,03090,02140,01650,00870,0065–Р1, кПа72,129,816,110,95,13,9–I1, Па∙с3219,41734,21202,5893,0433,0312,0–На расстоянии 3200 м от центра взрыва невозможно определить параметрывзрыва, так как решения выходят за пределы применимости выражений.904.1.2 Расчёт параметров взрыва по «Методике расчёта нагрузок на зданияи сооружения при воздействии внешних дефлаграционных взрывов»В настоящем разделе для расчѐта динамических параметров волн сжатия дефлаграционного взрыва СРФП вначале будет определена по методике, предложеннйД.З.

Хуснутдиновым [15], затем – по методике, описанной в главе 3 настоящей работы.4.1.2.1 Расчёт скорости распространения фронта пламени,по методике предложенной Д.З. Хуснутдиновым (Вариант II)Значение СРФП, не возмущенной средой, определяется по формуле (1.46)[15]:ϑϑ√ ), м/с.(Нормальная скорость горения циклогексана Uн = 0,43 м/с, а степень расширения продуктов сгорания равна= 8,1. Тогда параметр А рассчитывается поформуле (1.47) [15]:*(+)Размер детонационной ячейки для циклогексана как справочная величинаотсутствует, поэтому была принята равной= 0,1 м (см. таблицу 1, приложения 3[5]).Так как данные по размеру газового облака отсутствуют, то значение Rр будем брать равным размеру облака, которое участвовало в формировании надземного взрыва:√м.(4.10)Тогда видимая скорость распространения пламени, не возмущѐнная средой,равняется:ϑ(√)м/с.(4.11)91И скорость распространения пламени с учѐтом внешних условий равна:ϑ2 = К1 ∙ К2 ∙ ϑнв = 2 ∙ 4 ∙ 34,7 = 277,6 м/с,(4.12)где К1 – коэффициент, учитывающий интенсивность инициирования взрывногогорения (К1 = 2); К2 – коэффициент, учитывающий вид препятствий, преодолеваемых пламенем (К2 = 4).4.1.2.2 Расчёт скорости распространения фронта пламени по методике,описанной в главе 3 (Вариант III)Определение скорости распространения пламени определяется в той последовательности, которая описана в части 3.4 главы 3 настоящего исследования.Скорость распространения фронта детонационной волны:√м/с,(4.13)где kд = 1,288 – показатель адиабаты в продуктах взрыва;qm = 2793 – удельная энергия взрыва стехиометрической смеси, кДж/кг.Скорость движения продуктов детонации на фронте:ϑм/с.(4.14)Избыточное давление на фронте детонационной волны:кПа,(4.15)где ρсм = 1,232 – плотность смеси до взрыва, кг/м3.Расстояние, через которое горение смеси перейдет в турбулентное горение:(м)(4.16)Скорость распространения пламени, не возмущѐнная влиянием внешнейсреды, равна:ϑ()м/с.(4.17)С учѐтом влияния условий окружающей среды скорость распространенияпламени равна:ϑ3 = 2 ∙ 4 ∙ 21,7 = 174 м/с.(4.18)92Определив СРФП, можно перейти к определению параметров взрыва.Рассчитываем радиус огненного шара:1/3Rош = Rоб= 36,5 8,11/3 = 73,3 м.(4.19)Приведенное расстояние от центра рассчитывается по формуле:R0 = R / Rош,(4.20)где R – расстояние, на котором определяется давление взрыва.Определяем максимальное давление на фронте пламени.