Чрезвычайные ситуации, вызванные пожарами

В подразд. 4.1 были рассмотрены случаи нарушения герметично­сти резервуара, содержащего горючий газ или жидкость, сопро­вождающиеся разливом жидкости с ее последующим испарением, выбросом парожидкостной смеси, газа и т.п. Дальнейший сцена­рий развития аварии будет зависеть от физико-химических свойств пролитой жидкости, метеорологических условий, окружения мес­та аварии, наличия источника зажигания и т.д. Зависимость харак­теристик пожара от температуры кипения вещества показана на рис. 4.2. Из рисунка следует, что давление паров, зависящее от температуры кипения вещества, во многом предопределяет виды пожара, которые обозначены на рисунке как «Горение разлития», «Вспышка» и «Огненный шар». Пламя, возникающее при загора­нии струи горючего газа (жидкости), образующейся при разруше­нии трубопровода, отличается от названных выше. Поскольку все обозначенные выше виды пожаров в неограниченном простран­стве имеют свою специфику, рассмотрим их раздельно.

Рис. 4.2. Зависимость характеристик пожара от температуры кипения

вещества

Пожар разлития. При нарушении герметичности сосуда, со­держащего сжиженный горючий газ или жидкость, жидкость (или ее часть) может заполнить поддон или обваловку, растечься по поверхности грунта или заполнить какую-либо естественную впа­дину.

Глубину заполнения поддона или обваловки h, м, можно най­ти по формуле

h = /mж/(ρ жFпод), (4-38)

где ш_ж — масса разлившейся жидкости; р_ж — плотность разлив­шейся жидкости; F_n0Jl — площадь поддона.

При авариях в системах, не имеющих защитных ограждений, происходит растекание жидкости по грунту и (или) заполнение естественных впадин. Обычно при растекании на грунт площадь разлива ограничена естественными и искусственно созданными границами (дороги, дренажные канавы и т.п.), а если такая ин­формация отсутствует, то для приближенных расчетов принима­ют толщину разлившегося слоя равной И = 0, 05 м и определяют площадь разлива, м², по формуле

Fраз - /mж/(hрж). (4.39)

По результатам экспериментов с жидким метаном и азотом ком­пания «Газ де Франс» предлагает следующие значения И (табл. 4.5).

При заполнении естественной впадины, имеющей форму сфе­рического сегмента, глубину разлитого слоя жидкости И можно найти из выражения

Таблица 4.5 Толщина слоя разлившегося сжиженного газа, Л, м

Характер поверхности	h-102, м	Характер поверхности	Л- 102, м
Бетонная	0, 3	Влажная песчаная	15, 0
Водная	1, 0	Сухая песчаная	20, 0
Гравий	5, 0

V= nh(3Rl + h²)/6, (4.40)

а текущую величину «смоченной» поверхности грунта по формуле

S = 2nR_ch, (4.41)

где Дз — радиус «зеркала» жидкости; R_c — радиус сферического сегмента.

Разлившаяся жидкость испаряется, причем интенсивность ис­парения зависит от внешнего давления, движения парогазовой фазы над свободной поверхностью жидкости, величины теплово­го потока, получаемого жидкостью и т.д.

При разлитии жидкости категории I (криогенная жидкость) она находится в равновесии со своими парами при давлении, рав­ном или близком к атмосферному. При подводе тепла в разлив­шейся жидкости возникает процесс кипения с интенсивностью, пропорциональной скорости подвода тепла.

При разлитии жидкости категории II (Г_кр > Г₀) имеет место явление «мгновенного испарения» с образованием и с возмож­ным последующим возгоранием или взрывом парового облака.

Поведение жидкостей категории III при разливе зависит от их летучести. Интенсивность парообразования определяется падени­ем давления при разливе, подводом теплоты от «подстилающей» поверхности, интенсивностью радиационно-конвективного теп­лообмена с атмосферой и т.д. Представление о соотношении вли­яния этих параметров можно получить на основании рис. 4.3. Вли­яние типа грунта на интенсивность испарения сжиженного угле­водородного газа показано на рис. 4.4.

Рис. 4.3

Растекание и испаре­ние сжиженного газа углеводо­родного состава (R_K - 750 м) при истечении из трубопровода с расходом 500 кг/с:

1, 2 — радиационное и конвектив­ное воздействие на зеркало жидко­сти; 3 — изоэнтальпийное расшире­ние;

4 — тепловой поток из грунта, Вт/м²; 5 — суммарная интенсив­ность испарения

 

Рис. 4.4.

 

Испарение сжиженного

газа углеводородного состава при

кипении на поверхности влажных

фунтов:

 

 

/ — суглинок; 2 — торф; 3 — песок; 4 — грунт, покрытый снегом

Примечательной чертой пожаров разлития является «накры­тие» с подветренной стороны. Это накрытие может составлять (25...50) % диаметра обвалования

D = 2г = 7(4/р_аз/я).

Пламя пожара разлития при расчете представляют в виде на­клоненного по направлению ветра цилиндра конечного размера (рис. 4.5), причем угол наклона в зависит от безразмерной скоро­сти ветра W_B\

cos0 = O, 75(Wg-°'⁴⁹. (4.42)

Геометрические параметры пламени пожара разлития можно определить по формуле Томаса

L/D = a[m_Bbir/(p_ByfeD)] ^BW Wв (4.43)

где W_B = w(m_BbirgZ)/p_n)-^1/3 — безразмерная скорость ветра; т_выт — массовая скорость выгорания, кг/(м² • с); р_п — плотность пара, кг/м³; р_в — плотность воздуха, кг/м³; g — ускорение силы тяжести, м/с²; D — диаметр зеркала разлива, м; w — скорость ветра, м/с; с — эмперический коэффициент, равный -0, 21.

Рис. 4.5.

Расчетная схема пожара разлития: L — высота пламени пожара разлития; г — радиус пожара разлития; г* — пере­лив; 0 — угол наклона; w — скорость ветра, м/с; s — расстояние от площадки на поверхности факела до мишен

Эмпирические коэффициенты в формуле Томаса (а = 55; b - 0, 67; с - -0, 21) получены по результатам экспериментов, выполнен­ных для широкого диапазона изменения параметров

10^-3 ≤ < L/D ≤ 10; 10^-6≤ m_выг/(Рв√ gD) 10^-2

Скорость выгорания жидкостей определяют, как правило, экспериментально. Для экспертной оценки скорости выгорания, кг/(м²-с), можно воспользоваться эмпирической формулой

m _вых= Ср_жQ^н_Р/L_исп, (4.44)

где р_ж — плотность жидкости, кг/м³; Qp — низшая теплота сгора­ния топлива, Дж/кг; Ь_исп — скрытая теплота испарения жидко­сти, Дж/кг.

Значение коэффициента пропорциональности С= 1, 25 • 10~⁶ м/с получено путем обработки многочисленных экспериментальных данных по выгоранию большинства органических жидкостей и их смесей.

Степень термического воздействия пожара разлития (плотность теплового потока, падающего на элементарную площадку, рас­положенную параллельно (к = 0) и перпендикулярно (к = 90) по­верхности разлива (см. рис. 4.5), кВт/м², несложно найти по фор­муле

qпал= q_co6 ехр[-7, 0 •10^-4 (R-r)]φ (4.45)

где q_co6 — средняя по поверхности плотность потока собственного излучения пламени, кВт/м², значения которой для некоторых ви­дов жидкого углеводородного топлива приведены в табл. 4.6; ср — угловой коэффициент излучения с площадки на боковой поверх­ности пламени пожара разлива на единичную площадку, распо­ложенную на уровне грунта (см. рис. 4.5), определяемый по фор­мулам, приведенным в прил. V.

При горении топлива в котлованах без ограничивающих сте­нок (очаг горения на уровне земли) имеет место так называемое «волочение» или «переливание» пламени под действием ветра за пределы очага горения, так что оно как бы стелется по поверхно­сти земли на расстояние г* (см. рис. 4.5), определяемое по формуле

r'/r = k₁[w² /(gD₃)] ^k2(pа/pп) (4.46)

Обозначения те же, что и в формуле (4.43). Для углеводородно­го топлива к_х = 1, 0; к₂ = 0, 069; к_ъ = 0, 48; для сжиженного природ­ного газа: к_х = 1, 5; к₂ = 0, 069; к₃ = 0.

Горение парогазовоздушного облака. Крупномасштабное диф­фузионное горение парогазовоздушного облака, реализуемое при разгерметизации резервуара с горючей жидкостью или газом под давлением, носит название «огненный шар». Плотность теплового Таблица 4.6 Значения q_co6, кВт/м², для жидкого углеводородного топлива

Топливо	d = 10 м	d=2Q м	< /=30 м	d=4Q м	d=50 м	кг/(м2 • с)
СП Г (метан)						0, 08
СУГ(пропан)						0, 10
Бензин						0, 06
Дизельное						0, 04
топливо			•
Нефть						0, 04

Примечание. Для очагов диаметром менее 10 м и более 50 м следует прини­мать величину д_со6 такой же, как и для очагов диаметром 10 и 50 м соответственно.

потока, падающего с поверхности «огненного шара» на элемен­тарную площадку на поверхности мишени, кВт/м², равна

qпад =-qсоб exp [-7, 0 • 10-⁴√ R²+H²-D_эф/2]φ (4.47)

 

где д_соб — плотность потока собственного излучения «огненного шара», кВт/м², допускается принимать равной 450 кВт/м² (табл. 4.7); R — расстояние от точки на поверхности земли непосредственно под центром «огненного шара» до облучаемого объекта, м; Н — высота центра «огненного шара», м, которую допускается прини­мать равной 0, 5Дэ_ф; Дф — эффективный диаметр «огненного шара», м; ф — угловой коэффициент излучения с «огненного шара» на элементарную площадку облучаемой поверхности.

D_эф = 5, ЗЗМ⁰'³²⁷ (4.48)

где М — масса горючего вещества, кг.

φ =H/D_эф +0.5/4[ H/D_эф +0.5) ² + (R/D_эф) ² ] ^1,.5 (4.49)

Время существования «огненного шара», с, рассчитывают по формуле

т = 0, 92М^0.303 (4.50)

Рассчитав значения д_пал и т по формулам (4.47) и (4.50), не­сложно определить величину пробит-функции по прил. I — сте­пень термического поражения Р_пор.

Горение зданий и промышленных объектов. Расчет протяженно­сти зон теплового воздействия, м, при горении зданий и про­мышленных объектов производится по формуле

R = 0, 2S2R*√ q_co6/q_Kp (4.51)

где д_кр — критическая плотность потока излучения пламени по­жара, падающего на облучаемую поверхность, кВт/м² (табл. 4.8);

R* — приведенный размер очага горения, м, равный √ 1h— для

горящих зданий; (1, 75...2, 0)√ 1h— для штабеля пиленого леса; D_рез — диаметр резервуара, м; 8D_pe3 — диаметр резервуара для горения нефтепродуктов; l — длина объекта горения, и; И — вы­сота объекта горения, м.

Таблица 4.7

Теплотехнические характеристики материалов и веществ

	Массовая скорость	Теплота го-	Плотность потока
Вещество, материал	выгорания, Квыг, кг/(м2 • с)	рения, Qp, кДж/кг	пламени пожара, qco6, кВт/м2
Ацетон	0, 047
Бензол	0, 08
Бензин	0, 05	44 000	1780...2200
Керосин	0, 05	43 000
Мазут	0, 013
Нефть	0, 02	43 700
Древесина	0, 015	19 000
Каучук натуральный	0, 013	42 000
Пиломатериалы	0, 017

Таблица 4.8

⇐ Предыдущая3456789101112Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. В 1453 г. Столетняя война закончилась изгнанием англичан из Франции. Несмотря на разорения, вызванные длительной войной, Франция вышла из нее более сплоченной и сильной.
2. Возможные чрезвычайные ситуации природного характера
3. Глава 3 ПРИРОДНЫЕ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ
4. Заболевания, вызванные вредными привычками
5. Занятие 12. Чрезвычайные ситуации социального характера
6. Основные ситуации, требующие экономической оценки транспортных операций.
7. Природные чрезвычайные ситуации. Наводнения.
8. Продолжали углубляться разногласия между руководством Советского Союза и Китайской Народной Республики, вызванные в основном субъективными причинами.
9. Процессы управления: целеполагание и оценка ситуации, принятие управленческих решений
10. Риски для корпораций, вызванные поведением стейкхолдеров
11. Семантический синтаксис - раздел языкознания, изучающий отношение высказывания к обозначаемой им ситуации, а также пути формирования смысла высказывания.
12. Чрезвычайные ситуации в современном мире: статистика, причины, последствия для экономики и общества