Пример 2

В результате внезапного раскрытия обратного клапана в пространство, загроможденное подводящими трубопроводами, выброшен газообразный этилен, во взрывоопасных пределах оказалось 100 кг этилена. Рядом с загазованным объектом на расстоянии 150 м находится помещение цеха. Концентрация этилена в облаке равна 70 г/м³. Требуется определить степень поражения здания цеха и находящегося в нем персонала при взрыве облака ТВС.

Решение

Сформируем исходные данные для дальнейших расчетов:

- горючий газ - этилен;

- агрегатное состояние смеси - газовое;

- температура окружающей среды T = 288 К;

- концентрация горючего в смеси c_г = 0,07 кг/м³;

- стехиометрическая концентрация этилена с воздухом c_ст = 0,077 кг/м³;

- масса топлива, содержащегося в облаке, M_г = 100 кг;

- удельная теплота сгорания горючего газа q_г = 4,72 · 10⁷ Дж/кг;

- окружающее пространство - загроможденное.

Находим эффективный энергозапас горючей смеси E. Так как c_г < c_ст, следовательно,

E = 2 · M_г · q_г = 2 · 100 · 4,72 · 10⁷ = 9,44 · 10⁹.

Исходя из классификации веществ в таблице N 1 приложения N 3 к Руководству определяем, что этилен относится ко второму классу опасности (чувствительные вещества). Геометрические характеристики окружающего пространства согласно условию задачи и пункта 14 Руководства относятся к виду 1 (наличие длинных труб, полостей, каверн). По таблице N 2 приложения N 3 к Руководству определяем диапазон ожидаемого режима взрывного превращения облака ТВС - первый, что соответствует детонации.

Для заданного расстояния 150 м определяем безразмерное параметрическое расстояние :

.

По соотношениям для падающей волны (15) - (22) находим:

амплитуда фазы сжатия:

при P₀ = 101325 Па;

амплитуда фазы разрежения:

длительность фазы сжатия:

длительность фазы разрежения:

;

импульсы фаз сжатия и разрежения:

;

;

Декремент затухания в падающей волне:

Форма падающей волны с описанием фаз сжатия и разрежения в наиболее опасном случае детонации газовой смеси может быть описана соотношением:

С учетом использования полученных значений и I_- в Руководстве по безопасности "Методические основы анализа опасностей и оценки риска аварий на опасных производственных объектах" находим:

Pr₁ = 3,21, Pr₂ = 2,22, Pr₃ = -18,9, Pr₄ = 1,096,

Pr₅ = -11,9

(при расчете Pr₃ предполагается, что масса человека 70 кг).

Вероятность повреждения производственных зданий равна 4%. Вероятности остальных критериев поражения близки к нулю.

По соотношениям для отраженной волны (23) - (31) находим:

амплитуда отраженной волны давления:

;

амплитуда отраженной волны разрежения:

;

длительность отраженной волны давления:

;

длительность отраженной волны разрежения:

;

импульсы фаз сжатия и разрежения отраженной волны:

I₊ = 309,4 Па·с,

I_- = 287,7 Па·с;

Декремент затухания в отраженной волне:

Форма отраженной волны при взаимодействии со стенкой:

С учетом использования полученных значений и I_- по Руководству по безопасности "Методические основы анализа опасностей и оценки риска аварий на опасных производственных объектах":

Pr₁ = 4,54, Pr₂ = 3,32, Pr₃ = -15,4, Pr₄ = 1,99,

Pr₅ = -8,86.

Вероятность повреждений производственных зданий равна 32% и вероятность разрушений производственных зданий равна 6%, вероятность разрыва барабанных перепонок у людей равна 0,1%. Вероятности остальных критериев поражения близки к нулю.

На рисунке 4-2 приложения N 4 к Руководству приведены зоны распространения ударной волны при взрыве ТВС.

Рис. 4-2. Зоны распространения ударной волны при взрыве ТВС