Методические рекомендации по расчету размеров лужи при проливе жидкости

При аварийной разгерметизации конденсатопроводов происходит истечение под давлением сжиженного газа и "мгновенное" испарение в окружающем пространстве определенной его части. При этом за счет изоэнтальпийного расширения (дросселирования) оставшаяся часть жидкости охлаждается относительно исходной (в рабочих условиях) температуры и растекается по поверхности грунта. Поскольку при атмосферном давлении охлажденный сжиженный газ переходит уже в новое равновесное (насыщенное) состояние, любой подвод тепла из окружающей среды приводит к дальнейшему испарению части его массы с одновременным изменением компонентного состава смеси за счет преимущественного ("фракционного") испарения наиболее высококипящих компонентов.

Таким образом, массовая интенсивность испарения сжиженного газа при аварийном истечении определяется тремя факторами:

резким падением давления;

теплопритоком из массива грунта;

турбулентно-диффузионным потоком тепла из атмосферы.

Сценарии истечения и растекания жидкости могут быть весьма разнообразны в зависимости от сезонного состояния поверхности грунта, рельефа местности и других факторов. Не снижая общности модели, с учетом возможности более полного и качественного учета теплового баланса, принимается, что при истечении продукта происходит образование лужи с площадью пролива F_пр, м², пропорциональной текущему объему V(t), м³, находящегося в луже продукта,

F_пр = f_р · V(t) (1)

где f_р - коэффициент разлития, м^-1 (при отсутствии данных допускается принимать равным 5 м^-1 при проливе на неспланированную грунтовую поверхность, 20 м^-1 при проливе на спланированное грунтовое покрытие, 150 м^-1 при проливе на бетонное или асфальтовое покрытие).

Аппроксимируя удельную интенсивность испарения, полученную из расчетов и из обработки экспериментальных данных для различных ситуаций разлива конденсата различного состава f(t), кг/(м²·с), формулой f(t) = a₀ · t^b, материальный баланс в луже запишется в виде:

(2)

где G₁(t) - массовая суммарная интенсивность истечения конденсата из обоих концов поврежденного трубопровода, кг/с,

- плотность пролитого конденсата, кг/м³,

k < 1 - коэффициент изоэнтальпийного испарения жидкости.

Значение коэффициента k, отвечающего за учет парообразования вследствие падения давления, определяется из термодинамических расчетов. Приближенно можно считать:

,

где C_p - удельная теплоемкость конденсата, Дж/(кг·К);

T_a - температура окружающего воздуха, К;

T_g - температура кипения конденсата при атмосферном давлении, К;

L_g - удельная теплота парообразования конденсата, Дж/кг.

Решением (2) при V(0) = 0 является

(3)

Зная V(t), по уравнению (1) определяем текущую площадь пролива.