Прогнозирование, предупреждение и ликвидация чрезвычайных ситуаций на Туймазинском газоперерабатывающем заводе (стр. 10 из 35)
При испарении пропана образуется взрывоопасная зона. Для определения ее максимальных размеров используется нижеприведенная методика.
Расстояния XНКПР, YНКПРи ZНКПР, м, для горючих газов, ограничивающие область концентраций, превышающих НКПР, рассчитывают по формулам:
, (3.4) 
, (3.5)где mг - масса поступившего в открытое пространство горючего газа при аварийной ситуации, кг;
rг - плотность горючего газа при расчетной температуре и атмосферном давлении, кг/м3;
СНКПР— нижний концентрационный предел распространения пламени горючего газа, % (об.) [25].
Расчет:
Для пропана СНКПР = 2,3 % об, масса пропана mг=2304 кг.
= 14,6 
= 116 м, = 0,33 
= 2,6 м.ρг – плотность паров СУГ при расчетной температуре и атмосферном давлении, кг/м3, которая рассчитывается по формуле:
ρг = М/(V0· (1+0,00367· tp)), (3.6)
где М – молярная масса, кг/моль, равна 44 кг/кмоль для пропана;
V0 – мольный объем, равный 22,413 м3/кмоль;
tp – расчетная температура, 0С, равная 20 0С;
ρn = 44/(22,4· (1+0,00367·20)) = 1,83 кг/м3;
Радиус Rб,м, и высоту Zб, м, зоны, ограниченной НКПР газов и паров, вычисляют исходя из значений HНКПР, YHKHPи ZНКПР.
При этом Rб > ХНКПР, Rб > YНКПР и Zб > h + Rб (h =2 м– высота емкости, м).
Для горючих газов геометрически зона, ограниченная НКПР газов, будет представлять цилиндр с основанием радиусом Rби высотой hб = 2Rб при Rб£h и hб = h + Rб при Rб > h, внутри которого расположен источник возможного выделения горючих газов.
Цилиндр, внутри которого располагается источник возможного выделения горючих газов, будет иметь следующие параметры: радиус Rб= 116 м, высота hб = 118 м. В пределах этой зоны создается взрывоопасная среда.
3.3.3 Расчет интенсивности теплового излучения при образовании «огненного шара»
Облако пара или топливовоздушной смеси, переобогащенное топливом, и не способное поэтому объемно детонировать, начинает гореть вокруг своей внешней оболочки, образуя огневой шар. Такие шары, вызванные горением углеводородов, светятся и излучают тепло, что может причинить смертельные ожоги и вызвать возгорание горючих веществ.
Расчет интенсивности теплового излучения «огненного шара» q, кВт/м2, проводят по формуле:
q = Ef·Fq·t, (3.7)
где Ef — среднеповерхностная плотность теплового излучения пламени, кВт/м2;
Fq — угловой коэффициент облученности;
t - коэффициент пропускания атмосферы.
Ef определяют на основе имеющихся экспериментальных данных. Допускается принимать Efравным 450 кВт/м2 [25].
Fqрассчитывают по формуле:
, (3.8)где Н— высота центра «огненного шара», м;
Ds — эффективный диаметр «огненного шара», м;
r — расстояние от облучаемого объекта до точки на поверхности земли непосредственно под центром «огненного шара», м.
Эффективный диаметр «огненного шара» Ds рассчитывают по формуле:
Ds =5,33 m0,327, (3.9)
где т — масса горючего вещества, кг.
H определяют в ходе специальных исследований. Допускается принимать H равной Ds/2.
Время существования «огненного шара» ts, с, рассчитывают по формуле:
ts = 0,92 m0,303 , (3.10)
Коэффициент пропускания атмосферы t рассчитывают по формуле:
t = ехр [-7,0 · 10-4 (
- Ds / 2)] , (3.11)Доза теплового излучения воздействующего на людей определяется по формуле:
Q = q · ts. , (3.12)
Данные для расчета:
Расстояние от облучаемого объекта до точки на поверхности земли непосредственно под центром «огненного шара» 50 м.
Расчет:
По формуле (3.9) определяем эффективный диаметр «огневого шара» Ds
Ds = 5,33 · (2304)0,327 = 66 м.
По формуле (3.8), принимая H = Ds/2 = 33 м, находим угловой коэффициент облученности Fq
Fq =
= 0,126.По формуле (3.11) находим коэффициент пропускания атмосферы t:
t = ехр [-7,0 · 10-4 (
– 66 / 2 )] = 0,98.По формуле (3.7), принимая Ef= 450 кВт/м2, находим интенсивность теплового излучения q
q = 450 · 0,126 · 0,98 = 55 кВт/м2.
По формуле (3.10) определяем время существования «огненного шара» ts:
ts= 0,92 · 23040,303 = 9,6 с.
По формуле (3.12), определяем дозу теплового излучения воздействующего на людей от «огненного шара»:
Q = q · ts = 55 · 9,6 = 5,2 · 105 Дж/м2.
Зависимость величины теплового излучения огневого шара от расстояния до его центра представлена в таблице 3.4.
Таблица 3.4 - Зависимость величины теплового потока от расстояния до его центра
| Расстояние до центра огневого шара, м | Тепловой поток, q, кВт/м2 | Доза теплового излучения, Дж/м2 |
| 50 | 55 | 5,2 ×105 |
| 60 | 44 | 4,2 ×105 |
| 70 | 39 | 3,8×105 |
| 80 | 27 | 2,6×105 |
| 90 | 22 | 2,1×105 |
| 100 | 17 | 1,6×105 |
За время существования огневого шара (9,6 сек.) люди получат ожоги различной степени тяжести (см. приложение А, табл. 3).
3.3.4 Расчет интенсивности теплового излучения при пожаре пролива
Интенсивность теплового излучения q, кВт/м2, рассчитывают по формуле:
q = Ef·Fq·t, (3.13)
где Ef— среднеповерхностная плотность теплового излучения, кВт/м2;
Fq — угловой коэффициент облученности;
t — коэффициент пропускания атмосферы.
Ef принимают на основе имеющихся экспериментальных данных. При отсутствии данных допускается Efпринимать равной 100 кВт/м2 для СУГ [24].
Рассчитывают эффективный диаметр пролива d, м, по формуле
, (3.14)где S — площадь пролива, м2.
Рассчитывают высоту пламени Н, м, по формуле
, (3.15)где т — удельная массовая скорость выгорания топлива, кг/(м · с);
rв — плотность окружающего воздуха, кг/м3;
g— ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с2.
Определяют угловой коэффициент облученности Fq по формуле:
, (3.16)где
(3.17),где А = (h2 +
+ 1) / 2S1, (3.17)Sl= 2r/d,(3.18)
гдеr— расстояние от геометрического центра пролива до облучаемого объекта
, (3.19) 
(3.20)B = ( 1+S12 ) / ( 2S1 ), (3.21)
Определяют коэффициент пропускания атмосферы t по формуле:
t = exp[ -7,0 · 10 -4 ( r - 0,5 d)], (3.22)
Расчет: происходит испарение с поверхности разлившейся жидкости; площадь испарения при разливе на горизонтальную поверхность определяется (при отсутствии справочных данных), исходя из расчета, что 1 л жидкостей, разливается на площади 0,1 м2 поверхности.
Определим площадь пролива:
При мгновенной разгерметизации емкости, в пожаре пролива участвует 3456 кг вещества, по таблице 3.1 плотность жидкой фазы пропана при температуре окружающего воздуха 20ºС равна 499 кг/м3. Объем жидкого пропана, участвующего в пожаре пролива равен
V= m/ρ = 3456/499 = 6,92 м 3= 6920 л
S= 6920·0,1 = 692 м2.
Определяем эффективный диаметр пролива d по формуле (3.14):
d =
= 
= 28 м.Находим высоту пламени по формуле (3.15), принимая
т = 0,1 кг / (м2 · с), g = 9,81 м/с2 и rв = 1,2 кг/м3:
=57 м.Находим угловой коэффициент облученности Fq по формулам (3.16) – (3.21), принимая r = 50 м: