Расчет размеров взрывоопасных зон избыточного давления взрыва топливно-воздушных смесей

Расчет размеров взрывоопасных зон избыточного давления взрыва топливно-воздушных смесей

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Иркутский государственный университет путей сообщения»

Красноярский институт железнодорожного транспорта

Контрольная работа

Дисциплина: «Транспортная безопасность»

Тема: «Расчет размеров взрывоопасных зон избыточного давления взрыва топливно-воздушных смесей»

Выполнил: Воробьев А.С.

Проверил: Андреев

Красноярск 2015г

Задача 1

Определить радиус взрывоопасной зоны при аварийной разгерметизации стандартной цистерны емкостью 54 м³ с сжиженным пропаном при получении пробоины площадью S₀ = 34 см² и при мгновенной разгерметизации цистерны (проливе всего количества СУГ).

Решение:

Масса газа в облаке ТВС при длительном истечении СУГ из цистерны определяется по формуле (3.6):

М_р = 36 · 520 · 0,0034 · [2 · (8 · 10⁵ - 1,01 · 10⁵) / (520 + 1,2 · 9,81 · 2,6)]^1/2 = 2630 кг.

Радиус зоны загазованности при S₀ = 34 см² определяется по формуле (3.1)

Х_нкпр = 14,6 · (2630/1,78 · 2)^0,33 = 132,7 м

Аналогичный результат можно получить без расчета по таблицам П.7.2 Приложения 7, где при S₀ = 38см² расход газа равен G = 3 кг · с^-1 . При таком расходе газа и скорости ветра 0,5 м/с глубина зоны загазованности составит 100 м.

По упрощенной формуле для оперативных расчетов (3.3) получается приближенный результат:

Х_нкпр = 92 · 2,63^0,33 = 127 м.

При мгновенной разгерметизации цистерны и степени заполнения цистерны е = 0,9, согласно п.3.1.3 масса паров (М_р) в облаке для низкокипящих СУГ определяется по формуле (3.4):

М = 0,9 · 54 · 0,52 = 25 т;

М_р = 0,62 · М = 0,62 · 25 = 15,5 т.

Радиус взрывоопасной зоны по формуле (3.3) составит:

Х_нкпр = 92 · М_р^0,33 = 92 · 15,5^0,33 = 230 м.

По формуле (3.1) получается более точный результат:

Х_нкпр = 14,6 · (15500/1,78 · 2)^0,33 = 238 м

Для оперативных расчетов результат, полученный по формуле (3.3) практически не отличается от результата расчета по формуле (3.1) и может быть принят за основу при расчетной температуре воздуха t_р, 28 ⁰ C.

В условиях низких температур воздуха плотность паров СУГ растет, а радиус загазованной зоны уменьшается незначительно. Так, например, при t_р = -40 ⁰ C ρ_п, = 2,3 кг · м^-3 радиус взрывоопасной зоны Х_нкпр = 220 м. Поэтому приведенные выше упрощенные формулы можно использовать для практических расчетов.

Задача 2

Определить радиус зон поражения и величину избыточного давления во фронте ударной волны при взрыве облака ТВС при аварии цистерны с пропаном (исходные данные приведены в Примере 1).

Решение:

По формулам, приведенным в п.3.1.4 настоящего Руководства определяются границы зон поражения при истечении СУГ из пробоины.

Масса газа в облаке ТВС принимается по п.1.1 Примера 1:

М_р = 2630 кг = 2,63т.

Границы зон поражения людей:

тяжелые поражения - R₁ = 32 · 2,63^1/3 = 44м,

порог поражения - R₂ = 360 · 2,63^1/3 = 496 м.

Границы повреждения зданий:

полные разрушения - R₁ = 32 · 2,63^1/3 = 44 м,

сильные разрушения - R₂ = 45 · 2,63^1/3 = 62 м,

средние разрушения - R₃ = 64 · 2,63^1/3 = 88 м,

умеренные разрушения - R₄ = 120 · 2,66^1/3 = 166 м,

малые повреждения - R₅ = 360 · 2,66^1/3 = 496 м.

По формуле (3.8) и рис. 3.1 Руководства определяются относительные величины расстояний Х_р и величины избыточного давления ΔP на расстояниях, указанных в п.2.1 настоящего примера.

Относительная величина расстояния определяется по формуле (3.8):

Х_р = R₁ / (0,42 · М_р)^1/3 = R₁ / (0,42 · 2,63)^1/3 = R₁ /1,0

Значения величин Х_р и ΔP составят:

для людей: R₁ = 44 м, ΔP = 100 кПа;₂ = 496 м, ΔP = 3 кПа;

для зданий: R₁ = 44 м, Х_р = 44 м, ΔP = 100 кПа;₂ =62 м, Х_р = 62 м, ΔP = 55 кПа;₃ = 88 м, Х_р = 88 м, ΔP = 30 кПа;₄ = 166 м, Х_р = 166 м, ΔP = 15 кПа;₅ = 496 м, Х_р = 496 м, ΔP = 3 кПа.

Полученные результаты совпадают с данными табл. П.3.1 Приложения 3 с небольшими отклонениями.

При мгновенной разгерметизации цистерны, согласно п.1.3 Примера 1, масса газа в облаке ТВС составляет М_р = 15,5 т. Границы зон поражения с соответственно изменятся, а величины избыточного давления ΔP останутся без изменения.

Ниже приводятся результаты расчетов по изложенной выше методике для людей.

Границы зон поражения:

тяжелые поражения - R₁ = 32 · 15,5^1/3 = 80 м,

Относительная величина расстояния определяется по формуле (3.8)%

Х_р = R₁ / (0,44 · 15,5)^1/3 = R₁ /1,8

Значения величин Х_р и ΔP составят:

R₁ = 80 м, Х_р = 80/1,8= 44; ΔP = 100 кПа;₂ = 900 м, Х_р = 900/1,8= 500; ΔP = 3 кПа.

Задача 3

взрывоопасный авария разгерметизация пропан

Определить ожидаемую плотность теплового излучения на расстоянии r = 33 м от пожара пролива ЛВЖ.

Исходные данные:

В результате разгерметизации трубопровода произошла утечка и загорание бензина на площади 34 м² . Скорость ветра незначительна (меньше 1 м/с).

Решение:

Для расчета диаметра и радиуса пламени используется формула (3.25):

_n = (4 · S_p/π)^0,5 =( 4 · 33/3,14) ^0,5 = 3,4 м; r_п = 10 м.

По Приложению 5 определяется средне поверхностная плотность теплового излучения факела пламени: Е = 130 кВт/м².

По формуле (3.27) определяется коэффициент облученности φ между факелом пламени и элементарной площадкой на поверхности облучаемого объекта:

По формуле (3.26) определяется величина плотности теплового излучения q на расстоянии 21 м от пожара:

= Е · φ = 130 · 0,033 = 4,3 кВт · м^-2.

В соответствии с данными табл. П.4.2 данное значение плотности теплового излучения не вызывает воспламенение горючих материалов.

Задача 4

Определить ожидаемую плотность теплового излучения на расстоянии r = 80 м от огненного шара и оценить опасность излучения.

Исходные данные:

В результате столкновения двух цистерн с СУГ произошел пожар пролива вещества. От теплового воздействия пожара пролива произошел взрыв второй цистерны с нагрузкой 24 т СУГ с образованием огненного шара.

Решение:

По формулам (3.28) - (3.30) определяются масса огненного шара, его радиус и время существования:

М_ош = 0,6 · М = 0,6 · 24 = 14,4 т;_ош = 29 · М_ош^1/3 = 29 · 2,4 = 70 м;_ош = 4,5 · М_ош^1/3 =4,5*2,4= 10,8 с.

По формуле (3.27) определяется φ коэффициент облученности между факелом пламени и элементарной площадкой на поверхности облучаемого объекта при r_п = R_ош = 70м и r = 80м:

По Приложению 5 определяется средне поверхностная плотность теплового излучения факела пламени Е = 200 кВт/м².

По формуле (3.26) определяется величина плотности теплового излучения q на заданном расстоянии:

= Е · φ = 200 · 0,206 = 41,2кВт · м^-2.

В соответствии с данными табл. П.4.2 данное значение плотности теплового излучения при времени облучения 10,8 с не вызывает воспламенение горючих материалов.

Вероятность поражения людей тепловым потоком зависит от индекса дозы теплового излучения (I), который определяется из соотношения (3.31):

= t_ом · (1000 · q)^4/3 = 10,8· (1000 · 41,2)^4/3 = 1,62 · 10⁷.

Доля пораженных тепловым излучением определяем по табл. П.1.3 или рис. П.1.2 и составляет около 50%, получивших ожоги II степени, и 15%, получивших смертельное поражение.

Задача 5

Провести оценку пожарной обстановки при аварии с ЛВЖ и СУГ на сортировочной станции.

Исходные данные:

При проведении маневренных работ произошло столкновение цистерны с ЛВЖ (керосин) и цистерны, содержащей СУГ (пропан). Цистерны стандартные объемом соответственно 61,2 и 54 м³, загрузка ЛВЖ 42 т, загрузка СУГ 24 т, степень заполнения 0,85. В результате столкновения цистерна с ЛВЖ получила пробоину площадью 37см², из которой начал вытекать керосин. Через 60,5 мин. Пролитый керосин воспламенился. В результате теплового воздействия происходит взрыв цистерны с СУГ с образованием огненного шара.

Решение:

) Производится оценка времени и площади разлива ЛВЖ.

Время истечения ЛВЖ определяем по табл. П.7.5. В данном случае при площади пробоины 37 см² время полного истечения

Согласно п.3.2.5 настоящего Руководства расход керосина из пробоины и средняя скорость определяются по формулам (3.20) и (3.21):

= 2,22 м · с^-1,= 60 · 2,22 · 800 · 0,0037 = 405 кг · мин^-1.

На 68-ой минуте согласно п.3.2.6 по формуле (b¹) площадь разлива составит:

_p (τ ) = (0,00625 · G) · τ = (0,00625 · 405) · 60,5 = 159 м².

Длина и ширина фронта пожара пролива определяются исходя из условия прямоугольной формы его распространения (п.6.1.4):

_п = а · b,

где S_п - площадь пожара, м²;

а - длина фронта пожара, м;- ширина фронта пожара, м.

Ширина фронта пожара при S_п = S_р = 159 м² составляет:

= (S_п/3,5)^1/2 = (159/3,5)^1/2=5,7 м.

Длина фронта пожара:

а = 3,5 · b = 3,5*5,7=20м.

) Производится расчет возможного количества вагонов, попавших в зону пожара, в соответствии с п.6.4.

Общее количество вагонов в очаге пожара:

= S_п · К_р/ S_в = 159 · 0,75/80 =2 шт.

количество N_к вагонов на крайних железнодорожных путях по длине фронта пожара:

_к = а/(I_в + 1) = 20/(12 + 1) = 2 шт.;

количество N_ш вагонов на крайних железнодорожных путях по ширине фронта пожара:

_к = b/r_жд = 5,7/2 = 3 шт.

Таким образом, в зоне пожара могут находиться 3 цистерны (вагона).

Возможная пожарная обстановка показана на рис. П.16.1.

) Производится расчет зоны опасного воздействия теплового излучения пожара пролива, т.е. зоны возможного распространения пожара при q_кр > 12,5 кВт/м².

Плотность теплового излучения при пожаре пролива определяется по табл. П.9.2 Приложения 9. Масса пролитого керосина согласно п.3.2.6 по формуле (а) составит:

М (τ ) = G · τ = 405 · 60,5 = 24,5 т.

В этом случае по табл. П.9.2 плотность теплового излучения на расстоянии 50 м составит 12,5 кВт · м^-2.

Таким образом, граница опасной зоны (зоны возможного распространения пожара) расположена на расстоянии 50 м от границы пролива.

На рис. П.16.1 показана зона возможного распространения пожара, т.е. при нахождении в данной зоне горючих материалов произойдет их воспламенение.

) Через 15-25 мин (в соответствии с п.6.1.3) после начала теплового воздействия пожара пролива на цистерну с СУГ произойдет взрыв этой цистерны с образованием огненного шара.

По формулам (3.28) - (3.30) определяются масса огненного шара, его радиус и время существования:

Полагается, что в зоне радиусом 70 м (радиус огненного шара) все горючие материалы воспламеняются.

По формуле (3.27) п.3.4.4 определяется φ коэффициент облученности φ и величина плотности теплового излучения q (кВт/м²) на различных расстояниях от огненного шара.

Т.к. при величине теплового излучения более 85 кВт/м² происходит воспламенение через 3-5 с, полагается, что при времени облучения 11 с (времени существования огненного шара) воспламенение произойдет при q_кр = 60 кВт/м². Такой величине плотности соответствует расстояние от поверхности огненного шара - 50 м. Таким образом, зона возможного распространения пожара от воздействия огненного шара (рис. П.16.1) составляет 120 м (70 м + 50 м) от цистерны с СУГ (места аварии).

Рис. П.12.1. Зоны возможного распространения пожара при аварии с проливом ЛВЖ и образованием огненного шара (масштаб 1:1000):

- пожар пролива ЛВЖ;

- зона возможного распространения пожара пролива;

- фрагмент зоны возможного распространения пожара от теплового воздействия огненного шара.

Список литературы

1.      Методические указания «Определение зон воздействия опасных факторов аварий и пожаров на объектах железнодорожного транспорта» П.Л. Девлишен, В.П. Аксютин, Г.Г. Нестеренко, Г.М.Гроздов, И.Р. Хасанов, Е.А. Москвилин, В.С. Рыжиков. - М, 1997. - 56 с.

.        Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств. - М.: Металлургия. 1988. - 126 с.

.        Рекомендации по тушению пожаров на железнодорожном транспорте (временные). - М.: ВНИИЖТ, 1995. - 198 с.

.        Рекомендации по противопожарной защите объектов и подвижного состава с опасными грузами. - М.: Транспорт, 1994. - 63 с.

.        . Инструкция по организации аварийно-восстановительных работ на железных дорогах Российской Федерации. ЦРБ-353. М.: МПС РФ, 1996. - 32 с.