Рекомендуемый порядок расчета истечения взрывопожароопасных газов из технологических трубопроводов

Истечение газа при разрыве трубопровода на полное сечение описывается дифференциальными балансовыми соотношениями по массе, импульсу и энергии:

где: - плотность газа; - время; - усредненная по сечению скорость транспортируемого газа; P - давление; e - удельная внутренняя энергия; h - удельная энтальпия; - коэффициент теплообмена с окружающей средой; d₀ - внутренний диаметр трубы; T₀ - температура окружающей среды; T - температура стенки трубы.

Для инженерной оценки массового расхода газа при разрыве трубопровода может быть использовано уравнение Белла:

где: и G_н - текущий и начальный массовый расход (в момент разрыва), кг/сек; - время, прошедшее с момента разрыва, с; Г - фактор инерциальной задержки ( 0,5); - коэффициент сохранения массы; - постоянная времени, с.

Начальный массовый расход рассчитывается исходя из предположения о том, что в месте разрыва характер процесса истечения адиабатический:

где: P_н - давление газа в трубопроводе до разрыва, Па; A_р - площадь поперечного сечения разрыва, м²; R - удельная газовая постоянная (Дж/кг·К); - коэффициент сжимаемости по условиям газа на срезе (выходе) при P_кр, T_кр; T_н - температура газа в трубопроводе до разрыва, К.

Коэффициент сохранения массы рассчитывается по формуле:

где: M_г - общая масса газа, способная вытечь из изолированной секции трубопровода, кг; - постоянная времени, с.

Выражение для постоянной времени базируется на допущении об изотермическом характере процесса движения газа, имеющем место на большей части длины отсеченной секции трубопровода:

где: L_* - длина отсеченного участка трубопровода, м; a₀ - скорость звука в газе до разрыва, м/с; f_тр - коэффициент трения газа о стенки трубы (шероховатость); d₀ - внутренний диаметр трубопровода, м.

Общая масса газа, которая может быть выброшена при разрыве, определяется из выражения:

где: L_* - длина отсеченного участка трубопровода, м; A_* - площадь поперечного сечения трубопровода; Z_н - коэффициент сжимаемости газа до разрыва при параметрах P_н, T_н.