Пример 3

В резервуаре емкостью 2000 м³ находится пропан в виде газа при температуре окружающей среды + 24,5 °C и давлении в 2 атмосферы. Резервуар расположен на товарно-сырьевой базе в равнинной местности (шероховатость поверхности - 0,0075 м). Происходит разгерметизация емкости, диаметр отверстия - 100 мм.

Метеоусловия: скорость ветра 3,2 м/с, класс устойчивости атмосферы - E, ветер - южный.

Рядом с местом выброса находятся области различного загромождения: область с наличием полузамкнутых объемов, образуемых технологическим оборудованием (область N 1, вид загромождения - 2, размеры области 27 x 15 x 7 м), область с отдельно стоящими технологическими установками (область N 2, вид загромождения - 3, размеры области: длина-ширина-высота 27 x 7 x 7 м), область резервуарного парка (область N 3, вид загромождения - 3, размеры области 10 x 20 x 8 м). Остальное окружающее пространство слабо загромождено (вид загромождения - 4). Расположение областей загромождения друг относительно друга, а также относительно места аварийного выброса приведено на рисунке 4-3.

Требуется определить зоны смертельного поражения человека избыточным давлением на фронте ударной волны 120 кПа при взрыве облака ТВС с учетом наличия различных загроможденных областей.

Решение

Сформируем исходные данные для дальнейших расчетов:

- горючий газ - пропан;

- агрегатное состояние смеси - газовое;

- удельная теплота сгорания горючего газа q_г = 4,64 · 10⁷ Дж/кг;

- окружающее пространство - слабо загроможденное;

- стехиометрическая концентрация пропана с воздухом c_ст = 0,075 кг/м³.

Согласно пункту 18.1 проводятся расчеты дрейфа облака ТВС и образующейся в результате зоны НКПР. Поскольку выброс продолжается длительное время, то в атмосфере может сформироваться протяженное облако ТВС. Расчеты зоны НКПР выполняются по методике Руководства по безопасности "Методика моделирования распространения аварийных выбросов опасных веществ". В результате расчета зона НКПР имеет форму, показанную на рисунке 4-3 в момент достижения зоны НКПР максимальных размеров.

В соответствии с пунктом 18.2 выполняется анализ возможности рассмотрения областей загромождения по отдельности. Для этого в различных частях облака, должна отсутствовать детонации. Наличие детонации определяется исходя из класса чувствительности горючего (пропан по таблице N 1 относится к второму классу горючих веществ - чувствительные вещества), а также из вида загромождения окружающего пространства. В соответствии с таблицей N 2 детонация для веществ второго класса чувствительности реализуется только для вида окружающего пространства N 1 (трубы, полости, каверны). Области с таким загромождением отсутствуют по условию задачи. Таким образом, детонационный режим горения в облаке ТВС не будет реализовываться, и области загромождения могут быть рассмотрены по отдельности.

По таблице N 2 приложения N 3 к Руководству определяем диапазон ожидаемого режима взрывного превращения облака ТВС: для области 1 - второй; для областей 2 и 3 - третий.

Согласно пункту 18.3 области загромождения, которые располагаются на расстоянии меньше критического, должны объединяться. Для выявления необходимости объединения областей загромождения определяется максимальное расстояние между областями загромождения, при котором области могут рассматриваться обособленными: области 1 и 2 вида 2: 0,5 · 27 = 13,5 м; для области 3: 0,5 · 20 = 10 м. Определяется также минимальное расстояние, при котором области необходимо объединять: для области 1 и 2 0,25 · 27 = 6,75 м; для области 3: 0,25 · 20 = 5 м.

Расстояние между областью 3 и областями 1 и 2 составляет >= 15 м, поэтому область 3 допустимо рассматривать обособленно (выделенная область 1). Размер выделенной области 2 принимается по размеру области 3: 10 x 20 x 8 м.

Расстояние между областями 1 и 2 составляет 5 м, что меньше минимального, поэтому эти области объединяются в одну с учетом пространства между этими областями. Суммарный размер объединенной области (выделенная область 2) составляет 27 x 27 x 7 м. Вид загромождения такой объединенной области 2 принимается по наихудшему виду загроможденности среди области, т.е. виду 2.

Согласно пункту 11 допускается не рассматривать гибель людей от волнового действия взрыва при горении облаков ТВС в слабозагроможденном пространстве. Таким образом, в данной задаче необходимо рассмотреть два варианта взрыва облака ТВС: в выделенной области 1 и в выделенной области 2.

С учетом пункта 18.4 определяется масса во взрывоопасных пределах в каждой из выделенных областей и в облаке в целом. Расчет выполняется по методике Руководства по безопасности "Методика моделирования распространения аварийных выбросов опасных веществ". Масса во взрывоопасных пределах во всем облаке составляет 98 кг, в выделенной области 1 - M_г1 = 3 кг, в выделенной области 2 - M_г1 = 18 кг.

Согласно пункту 18.5 определяется эффективный энергозапас в выделенных областях. Концентрация пропана в облаке принимается равной стехиометрической концентрации c_ст, что соответствует получению консервативных результатов расчета параметров взрыва облака ТВС. Расчет выполняется по формуле (1).

Выделенная область 1: E = M_г1 · q_г = 3 · 4,64 · 10⁷ = 13,92 · 10⁷ Дж;

скорость фронта пламени составляет 300 м/с.

Выделенная область 2: E = M_г1 · q_г = 18 · 4,64 · 10⁷ = 83,16 · 10⁷ Дж;

скорость фронта пламени составляет 500 м/с.

Определяются максимальные значения избыточных давлений на фронте ударной волны для каждой выделенной области по формулам (6), (10) и (12 - 13).

Выделенная область 1:

;

P_x2 = exp(-0,9278 - 1,5415 · ln(R_x) + 0,1953 · ln(R_x)² -

- 0,0285 · ln(R_x)³) = 2,7136;

P_x = min(P_x1, P_x2) = 0,7927

Таким образом, в выделенной области 1 избыточное давление не достигает значения 120 кПа.

Выделенная область 2:

;

P_x2 = exp(-0,9278 - 1,5415 · ln(R_x) + 0,1953 · ln(R_x)² -

- 0,0285 · ln(R_x)³) = 2,7136;

P_x = min(P_x1, P_x2) = 2,2018

В выделенной области 2 реализуются избыточные давления, при которых возможно смертельное поражение человека. Радиус зоны поражения 120 кПа может быть определен с использованием метода дихотомии и формул (6), (10) и (12 - 13) и составляет 14 м.

В соответствии с пунктом 18.8 для выделенной области 2 определяется центр взрыва как центр масс горючего в выделенной области во взрывоопасных пределах по методике Руководства по безопасности "Методика моделирования распространения аварийных выбросов опасных веществ". Для выделенной области 2 оцененные координаты центра взрыва показаны на рисунке 4-4.

Указанная задача также может быть решена и без учета переменной загроможденности окружающего пространства. В этом случае согласно пункту 17 рассматривается взрыв целого облака. Загроможденность в облаке полагается как наихудшая загроможденность в пределах облака, т.е. второго вида (сильно загроможденное пространство). Аналогично определяется эффективный энергозапас в облаке ТВС, скорость фронта пламени и радиус зоны поражения:

E = M_г · q_г = 99 · 4,64 · 10⁷ = 459,36 · 10⁷ Дж;

скорость фронта пламени составляет 500 м/с.

радиус зоны поражения 120 кПа составляет 24 м, который отсчитывается от центра масса облака ТВС.

Рис. 4-3. Области загромождения , источник выброса

и зона НКПР в момент достижения облаком ТВС наибольших

размеров

Рис. 4-4. Зоны поражения при взрыве облака ТВС

Условные обозначения: