VIII. Метод оценки параметров волны давления при сгорании газо-, паро- или пылевоздушного облака

16. Методика количественной оценки параметров воздушных волн давления при сгорании газо-, паровоздушного облака (далее - облако) распространяется на случаи выброса ГГ, паров или пыли в атмосферу на производственных объектах.

Основными структурными элементами алгоритма расчетов являются:

определение ожидаемого режима сгорания облака;

расчет максимального избыточного давления и импульса фазы сжатия воздушных волн давления для различных режимов;

определение дополнительных характеристик взрывной нагрузки;

оценка поражающего воздействия.

Исходными данными для расчета параметров волн давления при сгорании облака являются:

вид горючего вещества, содержащегося в облаке;

концентрация горючего вещества в смеси C_Г,

стехиометрическая концентрация горючего вещества с воздухом C_СТ,

масса горючего вещества, содержащегося в облаке M_Т, с концентрацией между нижним и верхним концентрационным пределом распространения пламени;

удельная теплота сгорания горючего вещества E_УД,

скорость звука в воздухе C₀ (обычно принимается равной 340 м/с);

информация о степени загроможденности окружающего пространства;

эффективный энергозапас горючей смеси E, который определяется по формуле:

. (П3.36)

При расчете параметров сгорания облака, расположенного на поверхности земли, величина эффективного энергозапаса удваивается.

17. Допускается величину M_т принимать равной массе горючего вещества, содержащегося в облаке, с коэффициентом Z участия горючего вещества во взрыве. При отсутствии данных коэффициент Z следует принимать равным 0,1. При струйном стационарном истечении горючего газа величину M_т следует рассчитывать принимая стационарным распределение концентраций горючего газа в струе.

18. Ожидаемый режим сгорания облака зависит от типа горючего вещества и степени загроможденности окружающего пространства.

19. Вещества, способные к образованию горючих смесей с воздухом, по степени своей чувствительности к возбуждению взрывных процессов разделены на четыре класса:

класс 1 - особо чувствительные вещества (размер детонационной ячейки менее 2 см);

класс 2 - чувствительные вещества (размер детонационной ячейки лежит в пределах от 2 до 10 см);

класс 3 - среднечувствительные вещества (размер детонационной ячейки лежит в пределах от 10 до 40 см);

класс 4 - слабочувствительные вещества (размер детонационной ячейки больше 40 см).

20. Классификация наиболее распространенных в промышленном производстве горючих веществ приведена в таблице П3.1. В случае если вещество не внесено в классификацию, его следует классифицировать по аналогии с имеющимися в списке веществами, а при отсутствии информации о свойствах данного вещества, его следует отнести к классу 1, то есть рассматривать наиболее опасный случай.

Таблица П3.1

Классификация горючих веществ по степени чувствительности

к возбуждению взрывных процессов

21. При оценке масштабов поражения волнами давления должно учитываться различие химических соединений по теплоте сгорания, используемой для расчета полного запаса энерговыделения. Для типичных углеводородов принимается в расчет значение удельной теплоты сгорания E_УД0 = 44 МДж/кг. Для иных горючих веществ в расчетах используется удельное энерговыделение . Здесь - корректировочный параметр. Для условно выделенных классов горючих веществ величины параметра представлены в таблице П3.2.

Таблица П3.2

Значения корректировочного параметра

для различных горючих веществ

22. Характеристики загроможденное окружающего пространства разделяются на четыре класса:

класс I - наличие длинных труб, полостей, каверн, заполненных горючей смесью, при сгорании которой возможно ожидать формирование турбулентных струй продуктов сгорания, имеющих размеры не менее трех размеров детонационной ячейки данной смеси. Если размер детонационной ячейки для данной смеси неизвестен, то минимальный характерный размер струй принимается равным 5 см для веществ класса 1, 20 см для веществ класса 2, 50 см для веществ класса 3 и 150 см для веществ класса 4;

класс II - сильно загроможденное пространство: наличие полузамкнутых объемов, высокая плотность размещения технологического оборудования, лес, большое количество повторяющихся препятствий;

класс III - средне загроможденное пространство: отдельно стоящие технологические установки, резервуарный парк;

класс IV - слабо загроможденное и свободное пространство.

23. Для оценки воздействия сгорания облака возможные режимы сгорания разделяются на шесть классов по диапазонам скоростей их распространения следующим образом:

класс 1 - детонация или горение со скоростью фронта пламени 500 м/с и более;

класс 2 - дефлаграция, скорость фронта пламени 300 - 500 м/с;

класс 3 - дефлаграция, скорость фронта пламени 200 - 300 м/с;

класс 4 - дефлаграция, скорость фронта пламени 150 - 200 м/с;

класс 5 - дефлаграция, скорость фронта пламени определяется по формуле:

u = k₁ · M^1/6, (П3.37)

где k₁ - константа, равная 43;

M - масса горючего вещества, содержащегося в облаке, кг;

класс 6 - дефлаграция, скорость фронта пламени определяется по формуле:

u = k₁ · M^1/6, (П3.38)

где k₂ - константа, равная 26;

M - масса горючего вещества, содержащегося в облаке, кг.

24. Ожидаемый режим сгорания облака определяется по таблице П3.3, в зависимости от класса горючего вещества и класса загроможденности окружающего пространства.

Таблица П3.3

Классы загроможденности окружающего пространства

При определении максимальной скорости фронта пламени для режимов сгорания 2 - 4 классов дополнительно рассчитывается видимая скорость фронта пламени по соотношению (П3.37). В том случае если полученная величина больше максимальной скорости, соответствующей данному классу, она принимается по формуле (П3.37). Скорость фронта пламени для классов 5 или 6 не должна превышать значения нижней границы диапазона скорости фронта пламени класса 4.

25. Параметры воздушных волн давления (избыточное давление и импульс фазы сжатия I⁺) в зависимости от расстояния от центра облака рассчитываются исходя из ожидаемого режима сгорания облака.

26. Для класса 1 режима сгорания облака рассчитывается соответствующее безразмерное расстояние по формуле:

R_x = R / (E / P₀)^1/3, (П3.39)

где R - расстояние от центра облака, м;

P₀ - атмосферное давление, Па;

E - эффективный энергозапас смеси, Дж.

Величины безразмерного давления P_x и импульс фазы сжатия I_x определяются по формулам (для газопаровоздушных смесей):

ln(P_x) = -0,9278 - 1,5415 · ln(R_x) + 0,1953 ·

(ln(R_x))² - 0,4818 · (ln(R_x))³ (П3.40)

(П3.41)

Зависимости П3.40 и П3.41 справедливы для значений R_x, больших величины R_x = 0,2 и меньших R_x = 50. В случае если , величина P_x полагается равной 18,6, а величина I_x полагается равной 0,53.

Размерные величины избыточного давления и импульса фазы сжатия определяются по формулам:

; (П3.42)

I⁺ = I_x · P₀^2/3 · E^1/3 / C₀. (П3.43)

27. Для классов 2 - 6 режима сгорания облака рассчитывается безразмерное расстояние R_x от центра облака по формуле (П2.39).

Рассчитываются величины безразмерного давления (P_x1) и импульса фазы сжатия I_x1 по формулам:

; (П3.44)

; (П3.45)

, (П3.46)

где - степень расширения продуктов сгорания (при отсутствии данных для газопаровоздушных смесей следует принимать равным 7, для пылевоздушных смесей 4);

u - видимая скорость фронта пламени, м/с.

В случае дефлаграции пылевоздушного облака величина эффективного энергозапаса умножается на коэффициент .

Формулы (П3.44), (П3.45) справедливы для значений R_x больших величин R_кр1 = 0,34, в случае если R_x < R_кр1, в формулы (П3.44), (П3.45) вместо R_x подставляется величина R_кр1.

Далее по соотношениям (П3.40) и (П3.41) вычисляются величины P_x2 и I_x2, которые соответствуют режиму детонации. Окончательные значения P_x и I_x выбираются из условий: P_x = min(P_x1, P_x2); I_x = min(I_x1, I_x2);

Размерные величины избыточного давления и импульса фазы сжатия определяются по формулам (П3.42), (П3.43).