Диссертация (1172908), страница 9

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 9)

При масштабе моделирования 1:30, параметрымодельного резервуара 4 соответственно составили: dp = 0,5 м; hp = 0,4 м.50Модельный резервуар, предназначенный для многократного воспроизведения процессов и явлений, имеющих место при разрушении резервуара, обеспечивал: герметичность конструкции при заполнении ее жидкостью; имитацию разрушения резервуара по вертикальному шву с раскрытием стенок под действиемнапора жидкости на 180 градусов; образование потока жидкости и его воздействие на защитные преграды различной конфигурации.Размер горизонтального основания стенда 3 составлял 3000×3000 мм, чтопозволяло устанавливать модельный резервуар на необходимом расстоянии Lв диапазоне от 0,2 до 2 диаметров резервуара, то есть в области практическогоприменения преград.

Защитная стена, выполненная в виде скользящей опалубки,была способна перемещаться вверх и вниз, что позволяло определять искомуювысоту Нс, при которой происходило полное удержание потока жидкости.Методика проведения экспериментов заключалась в следующем. Модельрезервуара устанавливали на заданном расстоянии от преграды и заполняли жидкостью до определенного уровня. Имитировали разрушение резервуара. Процессвоздействия потока жидкости на защитную преграду фиксировали цифровойвидеокамерой, а высоту ее подъема – с помощью координатной сетки. Еслижидкость перехлестывала через защитную преграду, то высоту преграды увеличивали и эксперимент повторяли.

Таким образом, находили минимальную высотупреграды, при которой полностью обеспечивалось удержание волны.Каждый опыт повторяли не менее пяти раз, при этом относительнаяпогрешность измерений не превышала 5 %. В качестве опытной жидкостииспользовали воду, так как по результатам анализа статистических данных былоустановлено, что взаимодействие потока с преградами при разрушении резервуаров при прочих равных условиях существенно не зависело от вида хранившейсяв нем жидкости [86].На рисунке 2.4 представлены графики зависимостей высот экспериментальной и теоретической вертикальных преград, необходимых для 100 % удержанияпотока при разрушении резервуара.51Рисунок 2.4 – График сравнения экспериментальных и теоретических данныхПредставленные на рисунке 2.4 экспериментальные данные показалиих удовлетворительную сходимость с расчетными значениями.

Относительноерасхождение одноименных величин не превышало 20 %. В тоже время из графиков видно, что все экспериментальные точки располагаются над одноименнымирасчетными точками, то есть полученная экспериментальная высота подъемажидкости превышала расчетное значение. Это обстоятельство объяснялось тем,что при проведении исследований имело место образование отраженной волныот раскрывшихся стенок модельного резервуара, движение которой вместес основной волной прорыва в сторону обвалования приводило к увеличениюэнергии набегающего потока жидкости на преграду, и как следствие, к увеличению высоты подъема жидкости.В дальнейшем для определения эффективности конструкции защитнойпреграды были проведены эксперименты со стенами, наклоненными под углами45° и 60° к горизонту, что соответствует углам откоса нормативного (земляного)обвалования.

Однако значительного эффекта от таких конструкций полученоне было. Поэтому, для снижения высоты вертикальной стены было предложенооборудовать ее волноотражающим козырьком (рисунок 2.5).52Рисунок 2.5 – Принципиальная схема защитной стены (1)с волноотражающим козырьком (2)При проведении исследований варьировали высоту стены ограждения Нс,угол наклона волноотражающего козырька к горизонту 30° ≤  ≤ 75° и длину еговылета 0,02 м ≤ b ≤ 0,04 м. В результате выполненных экспериментов было установлено, что высота защитной стены меняется в зависимости от длины козырька,угла его наклона, а также от расстояния L. При угле наклона 75° высота защитнойстены с козырьком близка к высоте вертикальной стены без козырька.

При угленаклона 30° высота стены меньше, но остается достаточно большой для практического применения. Наиболее эффективный угол наклона козырька при фиксированной его длине находится в диапазоне от 45° до 60° (рисунок 2.6).а)б)Рисунок 2.6 – Фрагменты удержания волны прорыва защитной стенойс волноотражающим козырьком: а)  = 45°; б)  = 60°В результате обработки экспериментальных данных была найденаэмпирическая зависимость высоты защитной стены от длины волноотражающегокозырька и угла его наклона вида:53Нсa21 0,0664 2  0,1967 1,5Нжa1a3a2aa 0,0371 1 2 ,a3a3(2.2)где a1  f1 (), a2  f 2 (b / H ж ), a3  f 3 ( L / Rр ) – переменные, зависящие отугла наклона козырька, его длины и расстояния от преграды до стенки резервуарасоответственно.Вследствие того, что наиболее эффективным с точки зрения отраженияволны является угол наклона козырька в 45°, то для практического примененияполученная зависимость (2.2) была трансформирована в зависимость вида:Нсa12aa 0,0664 0,0871 1  0,0639 1 ,Кз Н жa2a2a2(2.3)где Кз – коэффициент запаса, который рекомендуется принимать равным 1,1для резервуаров вместимостью не более 5000 м3 и равным 1,2 для резервуаровбольшей вместимости;а1 = f1(b/Hж), а2 = f2(L1/Rp) – переменные, зависящие от длины вылета волноотражающего козырька и расстояния от центра резервуара до ограждающей стены,соответственно равные:a1  15,2b 0,485 ;HжL a2  lg  1  .R  рДлину вылета волноотражающего козырька рекомендуется принимать:- для резервуаров вместимостью до 700 м3 – не менее 0,5 м;- для резервуаров вместимостью от 700 до 5000 м3 – не менее 1,0 м;- для резервуаров вместимостью от 5000 до 50000 м3 – не менее 1,5 м.Таким образом, зависимость (2.3) позволяет на основании эксплуатационных характеристик РВС объемом от 700 до 50000 м3 найти оптимальную высотуограждающей стены при соответствующей длине волноотражающего козырька(при α = 45°) в зависимости от расстояния до стенки резервуара в диапазонеот 3 до 30 м, то есть получить исходные данные для проектирования преграды.54Общая принципиальная схема ограждающей стены с волноотражающимкозырьком приведена на рисунке 2.7.Рисунок 2.7 – Принципиальная схемаограждающей стены с волноотражающимкозырьком:1 – защитная стена; 2 – волноотражающийкозырек; 3 – площадка отражения потока;4 – основание стеныВажно указать, что результаты работ [60] и [86] были использованы в дальнейшем при разработке ГОСТ Р 53324-2009 «Ограждения резервуаров.

Требования пожарной безопасности» [83]. Однако, анализируя полученные в работах [60],[86] результаты применительно к рассматриваемым в настоящей работе РВСЗСнеобходимо отметить следующее. Защитная стенка таких типов резервуаров, какотмечалось ранее, должна располагаться на малых расстояниях от основнойстенки резервуара (не менее 1,8 м). Тогда отношение L/Rp для большинства типовРВС (номинальной вместимостью от 1000 до 50000 м3) будет находиться в диапазоне от 1,06 до 1,35, то есть в неисследованной области (см. рисунок 2.4). Кромеэтого, на высоту защитной стенки может оказывать существенное влияниеособенность ее геометрической формы, а именно, вогнутость стенки по отношению к набегающему при разрушении РВС потоку жидкости, что в целом и требует проведения дальнейших исследований.В другой работе [61] представлены результаты расчетов по влияниюобвалования на растекание горючей жидкости при разрушении резервуара.Математическая модель, позволяющая оценить долю жидкости, перелившейсячерез обвалование при разрушении резервуара, содержала следующие допущения:55рассматривалась плоская одномерная задача; время разрушения резервуара принималось много меньше характерного времени движения гидродинамическойволны до обвалования; жидкость принята невязкой; трением жидкости о поверхность земли пренебрегали; поверхность земли являлась плоской, горизонтальной.Система уравнений, описывающих движение жидкости, имела вид: h  t  x  (h  hG )u   0;2 u    u  gh   0, t x  2(2.4)где h – высота столба жидкости над фиксированным уровнем, м;hG – высота подстилающей поверхности над фиксированным уровнем, м;u – средняя по высоте скорость движения столба жидкости, м/с;x – координата вдоль направления движения жидкости, м;t – время, с;g – ускорение свободного падения, м/с2.Граничные условия с учетом геометрии задачи (рисунок 2.8) имели вид:h 0; u x0  0;x x0 g1/2 (h  a)3/2 / h, если h  a;h 0; u xb  x xb0, если h  a,где a – высота обвалования.yуровень начального столба жидкостиah0уровень жидкости в промежуточныймомент времени (результаты расчета)RLxbРисунок 2.8 – Типичная картина движения жидкости в обвалованиипри разрушении резервуара(2.5)56Массовая доля жидкости Q (%), перелившейся через обвалование к моментувремени T, описывается выражением:TuNQ  100 0(hN  a )dt(2.6),h0 Rгде uN – средняя по высоте скорость движения столба жидкости приx = b, м/с;hN – высота столба жидкости при x = b, м;h0 – начальная высота столба жидкости в резервуаре, м;R – ширина резервуара, м.Численное решение системы (2.4) с граничными условиями (2.5) былонайдено с использованием схемы Мак-Кормака, представляющей собой частныйслучай явной схемы типа «предиктор – корректор».На рисунке 2.9 представлен график указанной функции, который, по мнению авторов работы, является достаточным для использования в практическихцелях, а также аналогичный график, но полученный в результате экспериментальных исследований и заимствованный из работы [87].Q, %60504030расчетные значения2010экспериментальные данныеa/h000,11,10,20,30,40,50,60,70,80,91,0Рисунок 2.9 – Зависимость доли перелившейся через обвалование жидкости (Q)от параметров a/h057Важно отметить, что указанная на рисунке 2.9 зависимость нашла отражение в ГОСТ Р 12.3.047-2012 «Пожарная безопасность технологических процессов.Общие требования.

Методы контроля» [88] и в «Методике определения расчетных величин пожарного риска на производственных объектах» [89] и должнаиспользоваться, в частности, при оценке пожарных рисков на объектах хранениянефти и нефтепродуктов в РВС. Однако анализируя данную зависимость можновидеть, что для оценки доли перелившейся через обвалование жидкостине используется такой важный параметр как расстояние от стенки резервуарадо обвалования, который, безусловно, будет оказывать непосредственное влияниена искомую величину.Кроме этого, при рассмотрении сценария разрушения крупногабаритногорезервуара, например РВСЗС-20000 м3, с максимальным уровнем жидкости 18,0 ми высотой защитной стенки 14,4 м (80 % от первоначального уровня жидкостив резервуаре), то есть отношение a/h0 = 0,8, доля перелившейся через обвалованиежидкости составит Q ≈ 13 % или 2600 м3.

Характеристики

Список файлов диссертации