Границы от массы сжиженного газа при мгновенном проливе

на неограниченную поверхность:

^ - 2,5 м/с; ¦ - 5 м/с; • - 10 м/с (расчет по [6, 7]); I - расчет [8] для спокойной атмосферы и высокой скорости ветра;

¦ - эксперимент [9]

При мгновенном разрушении резервуара со сжиженным газом, находящимся под давлением, и вскипании перегретой жидкости образуется полусферическое облако, зависимость радиуса которого от времени описывается выражением [10]:

(8)

где Q - начальный объем холодного облака; g- ускорение свободного падения; р_г, р_а - плотность облака и атмосферы; t- время.

Время существования облака, т. е. время его рассеяния в атмосфере до безопасных концентраций, определяется выражением [10]

(9)

где r₀ , h₀ - радиус и высота начального облака, образующегося при взрыве резервуара со сжиженным газом под давлением.

Уравнения (8) и (9) можно использовать для оценок r и при проливе и испарении сжиженного газа В этом случае в качестве начального радиуса облака можно взять максимальный радиус лужи разливающейся жидкости, а начальной высоты - среднюю высоту холодного облака, образующегося при полном испарении жидкости с площади лужи.

В случае аварийного пролива СПГ с постоянным расходом, когда сжиженный природный газ остается внутри обвалования и постепенно заполняет его, по направлению ветра образуется пожаро-взрывоопасное облако в виде "хвоста". Обычно через 3-5 мин после начала аварии скорость испарения определяется, в основном, не теплоподводом от грунта, а обдуванием ветром "зеркала" разлива, и процесс образования облака становится стационарным. Необходимо оценить длину пожароопасного облака и массу горючего газа, которая в нем находится.

В [11] проводились исследования по определению длины опасного облака углеводородных горючих газов в случае их выброса из трубы с постоянным расходом. В результате обобщения многих экспериментальных данных получено эмпирическое выражение

( 10)

где L- длина облака, м; G - расход, кг/с; w - скорость ветра, м/с.

В [12] на основе обобщения экспериментальных данных по определению длины пожароопасных облаков, образующихся при проливах СПГ на ограниченную поверхность (небольшое озеро площадью ~ 60 м²), получено выражение

(CL²W) / S=5000, (11)

где С - объемная концентрация горючего газа, % об.; L- длина облака, фут; W - скорость движения паров облака, фут/с; S- площадь лужи, фут².

Если подставить в (11) стационарную скорость испарения СУГ с поверхности воды - 0 1 кг/(м²с) [12], то оно преобразуется к виду

L = 85 [ G / (Cw)]^0,5 (12)

Сходство выражений (10) и (12) объясняется тем, что скорость рассеяния облака в основном определяется потоком воздуха, а различие - тем, что при попадании струи газа в атмосферу вследствие генерации дополнительной турбулентности, рассеяние происходит быстрее, чем при испарении такого же потока из лужи.

Дополнительный анализ экспериментальных данных [13-15] относительно облаков, образующихся при испарении СУГ, позволил скорректировать коэффициент в выражении (12)

L = 150 [ G / (Cw)]^0,5 (13)

Эти данные приведены на рис. 7 и в табл. 3.

Рис. 7. Пролив с постоянным расходом:

1 - расчет по формуле (13); • - данные экспериментов [13-15]

Таблица 3 Данные экспериментов [13-15]

Продукт	Расход, кг/с		Скорость ветра, м/с		Длина облака, м
	19		3,9		150±30
	31,5		4,5		130±20
	17,5		4,8		110±30
	22		5,5		190±20
Метан	21		2,6		150±30
	25		9,8		175±25
	28		7,4		140±15
	84		5,4		255±40
	95		8,4		200140
	112		1,8		420±40
Пропан		19		2,9	245±35
		28		5,2	340±20
		16		3,6	400±100
		25		3,7	220±35
		23		5,5	215±20
		20		6,2	285±25
		43		7,9	210±50
		53		7,9	200±30

Разброс приведенных значений обусловливается различной степенью стабильности атмосферы, а также значительной флуктуацией концентрации горючего в облаке. Учитывая, что экспериментальные данные получены в основном для скоростей ветра более 2 м/с, это значение скорости ветра и будет являться ограничением снизу области применимости формулы (13). При этом скорость гравитационного растекания облаков сравнима со скоростью ветра.

 

4. ОЦЕНКА ПОРАЖАЮЩИХ ФАКТОРОВ ПРИ ГОРЕНИИ И ВЗРЫВЕ ГАЗОПАРОВОЗДУШНЫХ ОБЛАКОВ

Основным поражающим фактором при диффузионном горении разлитой жидкости или огненного шара является тепловой поток излучения пламени, при дефлаграционном или детонационном сгорании газовоздушного облака - избыточное давление в воздушной ударной волне и импульс ударной волны.

Процессы переноса энергии от диффузионного пламени и огненного шара, а также дефлаграция и детонация больших объемов газовоздушных смесей в неограниченном пространстве достаточно подробно изучены [16, 17], и результаты нашли свое отражение в соответствующих нормативных документах [18,19]. Ниже кратко изложены основные положения НПБ 107-97 [18], касающиеся методов расчета поражающих факторов при горении и взрыве газовоздушных облаков.

Тепловое излучение.

Интенсивность теплового излучения q, кВт/м²:

где Е - среднеповерхностная плотность теплового излучения пламени, кВт/м²; F - угловой коэффициент облученности; - коэффициент пропускания атмосферы.
Среднеповерхностная плотность теплового излучения при горении пролива СПГ: При образовании огненного шара Е_f= 450 кВт/м².

Диаметр очага, м Значение Е_f, кВт/м

10 220

20 180

30 150

40 130

50 120

Угловой коэффициент облученности F_q: для пролива:

где х - расстояние от геометрического центра пролива до облучаемого объекта, м; d- эффективный диаметр пролива, м; d= (4F/ )^0,5, где F- площадь пролива, м²; h- высота пламени, м;

mg- средняя массовая скорость выгорания топлива [для СПГ т =0,08 кг/(м²с)]; р - плотность окружающего воздуха, кг/м³; g=9,81 м/с²; для огненного шара:

,

где Н- высота центра огненного шара, m,H=D_s / 2, D_s- эффективный диаметр огненного шара, м, D_s= 5,33-М^0,327, r_s - расстояние от облучаемого объекта до точки на поверхности земли непосредственно под центром огненного шара, м.

Коэффициент пропускания атмосферы : для пролива:

=ехр[-7,0 10 ^-4 • (r - 0,5d)];

для огненного шара:

=ехр {[-7,0- 10^-4 • [(r_s²+H²)^0,5-D_s/2]}.

---

Дата добавления: 2019-11-16; просмотров: 171; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!