N 3. Методы оценки опасных факторов пожара

Приложение N 3
к пункту 18 Методики

 

Методы оценки опасных факторов пожара

С изменениями и дополнениями от:

14 декабря 2010 г.

 

1. В настоящем приложении представлены методы оценки опасных факторов, реализующихся при различных сценариях пожаров, взрывов на территории объекта и в селитебной зоне вблизи объекта.

Для оценки опасных факторов, реализующихся при пожарах в зданиях (помещениях) объекта используются методы, регламентированные приложением N 5 к настоящей Методике.

 

I. Истечение жидкости и газа

 

Истечение жидкости

 

2. Рассматривается резервуар, находящийся в обваловании (рис. П3.1.).

Вводятся следующие допущения:

истечение через отверстие однофазное;

резервуар имеет постоянную площадь сечения по высоте;

диаметр резервуара много больше размеров отверстия;

размеры отверстия много больше толщины стенки;

поверхность жидкости внутри резервуара горизонтальна;

температура жидкости остается постоянной в течение времени истечения.

Массовый расход жидкости G (кг/с) через отверстие во времени t (с) определяется по формуле:

 

, (П3.1)

 

где - массовый расход в начальный момент времени, кг/с, определяемый по формуле:

 

, (П3.2)

 

где - плотность жидкости, ;

g - ускорение свободного падения (9,81 );

- коэффициент истечения;

- площадь отверстия, ;

- высота расположения отверстия, м;

- площадь сечения резервуара, ;

- начальная высота столба жидкости в резервуаре, м.

Высота столба жидкости в резервуаре h (м) в зависимости от времени t определяется по формуле:

 

. (П3.3)

 

Условия перелива струи жидкости (при ) через обвалование определяется по формуле:

 

, (П3.4)

 

где Н - высота обвалования, м;

L - расстояние от стенки резервуара до обвалования, м.

 

РИС. П3.1 ПРИЛОЖЕНИЯ N 3 К ПРИКАЗУ МЧС РФ ОТ 10.07.2009 N 404

 

Количество жидкости m (кг), перелившейся через обвалование за полное время истечения, определяется по формуле:

 

, (П3.5)

 

где - время, в течение которого жидкость переливается через обвалование, с, (т.е. время, в течение которого выполняется условие (П3.4)).

Величина определяется по формуле:

 

, (П3.6)

 

где a, b, c - параметры, которые определяются по формулам:

 

; (П3.7)

 

, м/с; (П3.8)

 

, м. (П3.9)

 

В случае, если жидкость в резервуаре находится под избыточным давлением (Па), величина мгновенного массового расхода (кг/с) определяется по формуле:

 

. (П3.10)

 

Для определения количества жидкости, перелившейся через обвалование, и времени перелива следует проинтегрировать соответствующую систему уравнений, где величина может быть переменной.

 

Истечение сжатого газа

 

3. Массовая скорость истечения сжатого газа из резервуара определяется по формулам:

докритическое истечение:

 

при ; (П3.11)

 

; (П3.12)

 

сверхкритическое истечение:

 

при ; (П3.13)

 

, (П3.14)

 

где G - массовый расход, кг/с;

- атмосферное давление, Па;

- давление газа в резервуаре, Па;

- показатель адиабаты газа;

- площадь отверстия, ;

- коэффициент истечения (при отсутствии данных допускается принимать равным 0,8);

- плотность газа в резервуаре при давлении .

 

Истечение сжиженного газа из отверстия в резервуаре

 

4. Массовая скорость истечения паровой фазы (кг/с) определяется по формуле:

 

, (П3.15)

 

где - коэффициент истечения;

- площадь отверстия, ;

- критическое давление сжиженного газа, Па;

M - молярная масса, кг/моль;

R - универсальная газовая постоянная, равная 8,31 ;

- критическая температура сжиженного газа, К;

- безразмерное давление сжиженного газа в резервуаре;

- давление сжиженного газа в резервуаре, Па.

Массовую скорость истечения паровой фазы можно также определять по формулам (П3.11) - (П3.14).

Массовая скорость истечения жидкой фазы (кг/с) определяется по формуле:

 

, (П3.16)

 

где - плотность жидкой фазы, ;

- плотность паровой фазы, ;

- безразмерная температура сжиженного газа;

Т - температура сжиженного газа в резервуаре, К.

 

Растекание жидкости при квазимгновенном разрушении резервуара

 

5. Под квазимгновенным разрушением резервуара следует понимать внезапный (в течение секунд или долей секунд) распад резервуара на приблизительно равные по размеру части. При такой пожароопасной ситуации часть хранимой в резервуаре жидкости может перелиться через обвалование.

Ниже представлена математическая модель, позволяющая оценить долю жидкости, перелившейся через обвалование при квазимгновенном разрушении резервуара. Приняты следующие допущения:

рассматривается плоская одномерная задача;

время разрушения резервуара много меньше характерного времени движения гидродинамической волны до обвалования;

жидкость является невязкой;

трение жидкости о поверхность земли отсутствует;

поверхность земли является плоской, горизонтальной.

Система уравнений, описывающих движение жидкости, имеет вид:

 

, (П3.17)

 

где h - высота столба жидкости над фиксированным уровнем, м;

- высота подстилающей поверхности над фиксированным уровнем, м;

u - средняя по высоте скорость движения столба жидкости, м/с;

x - координата вдоль направления движения жидкости, м;

t - время, с;

g - ускорение свободного падения (9,81 ).

Граничные условия с учетом геометрии задачи (рис. П3.2.) имеют вид:

 

; (П3.18)

 

; (П3.19)

 

; (П3.20)

 

, (П3.21)

 

где а - высота обвалования.

Массовая доля жидкости (%), перелившейся через обвалование к моменту времени T, определяется по формуле:

 

, (П3.22)

 

где: - средняя по высоте скорость движения столба жидкости при x = b, м/с;

- высота столба жидкости при x = b, м;

- начальная высота столба жидкости в резервуаре, м;

R - ширина резервуара, м.

График расчетной и экспериментальной зависимостей массовой доли перелившейся через обвалование жидкости от параметра представлен на рис. П3.3.

 

РИС. П3.2 ПРИЛОЖЕНИЯ N 3 К ПРИКАЗУ МЧС РФ ОТ 10.07.2009 N 404

 

РИС. П3.3 ПРИЛОЖЕНИЯ N 3 К ПРИКАЗУ МЧС РФ ОТ 10.07.2009 N 404

 

II. Количественная оценка массы горючих веществ, поступающих в окружающее пространство в результате возникновения пожароопасных ситуаций

 

6. Количество поступивших в окружающее пространство горючих веществ, которые могут образовать взрывоопасные газопаровоздушные смеси или проливы горючих сжиженных газов, легковоспламеняющихся и горючих жидкостей на подстилающей поверхности, определяется, исходя из следующих предпосылок:

а) происходит расчетная авария одного из резервуаров (аппаратов) или трубопровода;

б) все содержимое резервуара (аппарата, трубопровода) или часть продукта (при соответствующем обосновании) поступает в окружающее пространство. При этом в случае наличия на объекте нескольких аппаратов (резервуаров) расчет следует проводить для каждого резервуара (аппарата);

в) при разгерметизации резервуара (аппарата) происходит одновременно утечка веществ из трубопроводов, питающих резервуар по прямому и обратному потоку в течение времени, необходимого для отключения трубопроводов. Расчетное время отключения трубопроводов определяется в каждом конкретном случае, исходя из реальной обстановки, и должно быть минимальным с учетом паспортных данных на запорные устройства и их надежности, характера технологического процесса и вида расчетной аварии.

При отсутствии данных допускается расчетное время отключения технологических трубопроводов принимать равным:

времени срабатывания системы автоматики отключения трубопроводов согласно паспортным данным установки, если вероятность отказа системы автоматики не превышает 0,000001 в год или обеспечено резервирование ее элементов;

120 с, если вероятность отказа системы автоматики превышает 0,000001 в год и не обеспечено резервирование ее элементов;

300 с при ручном отключении;

г) в качестве расчетной температуры при пожароопасной ситуации с наземно расположенным оборудованием допускается принимать максимально возможную температуру воздуха в соответствующей климатической зоне, а при пожароопасной ситуации с подземно расположенным оборудованием - температуру грунта, условно равную максимальной среднемесячной температуре окружающего воздуха в наиболее теплое время года;

ГАРАНТ:

Нумерация пунктов приводится в соответствии с источником

 

е) длительность испарения жидкости с поверхности пролива принимается равной времени ее полного испарения, но не более 3600 с. Для проливов жидкости до 20 кг время испарения допускается принимать равным 900 с.

Допускается использование показателей пожаровзрывоопасности для смесей веществ и материалов по наиболее опасному компоненту.

 

Разгерметизация надземного резервуара

 

Информация об изменениях:

Приказом МЧС России от 14 декабря 2010 г. N 649 в пункт 7 настоящего приложения внесены изменения

См. текст пункта в предыдущей редакции

7. Масса жидкости, поступившей в окружающее пространство при разгерметизации резервуара, определяется по формуле:

 

, (П3.23)

 

где: - масса жидкости, кг;

- плотность жидкости, ;

- объем жидкости в резервуаре, .

Масса жидкости, поступившей самотеком при полном разрушении наземного или надземного трубопровода, выходящего из резервуара, определяется по формулам:

 

, (П3.24)

 

где

 

, (П3.25)

 

где

 

, (П3.26)

 

где - начальный расход жидкости, истекающей из резервуара через разгерметизированный трубопровод, кг/с;

- коэффициент истечения;

- расчетное время отключения трубопроводов, связанных с местом разгерметизации, с;

- диаметр трубопроводов, м (в случае различных диаметров трубопроводов, связанных с местом разгерметизации, объем выходящей жидкости рассчитывается для каждого трубопровода в отдельности);

- длина i-го участка трубопровода от запорного устройства до места разгерметизации, м;

n - число участков трубопроводов, связанных с местом разгерметизации;

- напор столба жидкости в резервуаре, Па;

- высота столба жидкости (от верхнего уровня жидкости в резервуаре до уровня места разгерметизации), м;

g - ускорение свободного падения, (g = 9,81).

При проливе на неограниченную поверхность площадь пролива () жидкости определяется по формуле:

 

, (П3.27)

 

где:

- коэффициент разлития, (при отсутствии данных допускается принимать равным 5 при проливе на неспланированную грунтовую поверхность, 20 при проливе на спланированное грунтовое покрытие, 150 при проливе на бетонное или асфальтовое покрытие);

- объем жидкости, поступившей в окружающее пространство при разгерметизации резервуара, .

 

Масса паров ЛВЖ, выходящих через дыхательную арматуру

 

8. В случае наполнения резервуара масса паров определяется по формуле:

 

, (П3.28)

 

где

 

, (П3.29)

 

где: - масса выходящих паров ЛВЖ, кг;

- плотность паров ЛВЖ,  ;

- давление насыщенных паров ЛВЖ при расчетной температуре, кПа, определяемое по справочным данным;

- атмосферное давление, кПа (допускается принимать равным 101);

- геометрический объем паровоздушного пространства резервуара (при отсутствии данных допускается принимать равным геометрическому объему резервуара), ;

М - молярная масса паров ЛВЖ, кг/кмоль;

- мольный объем, равный 22,413 ;

- расчетная температура, °С.

 

Масса паров ЛВЖ при испарении со свободной поверхности в резервуаре

 

9. Масса паров ЛВЖ при испарении со свободной поверхности в резервуаре определяется по формуле:

 

, (П3.30)

 

где - расход паров ЛВЖ, кг/с, который определяется по формуле:

 

, (П3.31)

 

где - время поступления паров из резервуара, с;

- максимальная площадь поверхности испарения ЛВЖ в резервуаре, ;

W - интенсивность испарения ЛВЖ, (определяется в соответствии с разделом VIII настоящего приложения).

 

III. Максимальные размеры взрывоопасных зон

 

Информация об изменениях:

Приказом МЧС России от 14 декабря 2010 г. N 649 пункт 10 настоящего приложения изложен в новой редакции

См. текст пункта в предыдущей редакции

10. Радиус (м) и высота (м) зоны, ограничивающие область концентраций, превышающих нижний концентрационный предел распространения пламени (далее - НКПР), при неподвижной воздушной среде определяется по формулам:

для горючих газов (далее - ГГ):

 

; (П3.32)

 

, (П3.33)

 

для паров ЛВЖ:

 

, (П3.34)

 

, (П3.35)

 

где:

- масса ГГ, поступившего в открытое пространство при пожароопасной ситуации, кг;

- плотность ГГ при расчетной температуре и атмосферном давлении, ;

- масса паров ЛВЖ, поступивших в открытое пространство за время испарения, указана в пункте 6 настоящего приложения, кг;

- плотность паров ЛВЖ при расчетной температуре, кПа;

- нижний концентрационный предел распространения пламени ГГ или паров, % об.

За начало отсчета горизонтального размера зоны принимают геометрический центр пролива, а в случае, если меньше габаритных размеров пролива, - внешние габаритные размеры пролива.

При необходимости может быть учтено влияние различных метеорологических условий на размеры взрывоопасных зон.

 

IV. Определение параметров волны давления при сгорании газо-, паро- или пылевоздушного облака

 

11. Методика количественной оценки параметров воздушных волн давления при сгорании газо-, паро- или пылевоздушного облака (далее - облако) распространяется на случаи выброса горючих газов, паров или пыли в атмосферу на производственных объектах.

Основными структурными элементами алгоритма расчетов являются:

определение ожидаемого режима сгорания облака;

расчет максимального избыточного давления и импульса фазы сжатия воздушных волн давления для различных режимов;

определение дополнительных характеристик взрывной нагрузки;

оценка поражающего воздействия.

Исходными данными для расчета параметров волн давления при сгорании облака являются:

вид горючего вещества, содержащегося в облаке;

концентрация горючего вещества в смеси ;

стехиометрическая концентрация горючего вещества с воздухом ;

масса горючего вещества, содержащегося в облаке , с концентрацией между нижним и верхним концентрационным пределом распространения пламени. Допускается величину принимать равной массе горючего вещества, содержащегося в облаке, с учетом коэффициента Z участия горючего вещества во взрыве. При отсутствии данных коэффициент Z может быть принят равным 0,1. При струйном стационарном истечении горючего газа величину следует рассчитывать с учетом стационарного распределения концентраций горючего газа в струе;

удельная теплота сгорания горючего вещества ;

скорость звука в воздухе (обычно принимается равной 340 м/с);

информация о степени загроможденности окружающего пространства;

эффективный энергозапас горючей смеси Е, который определяется по формуле:

 

. (П3.36)

 

При расчете параметров сгорания облака, расположенного на поверхности земли, величина эффективного энергозапаса удваивается.

 

Определение ожидаемого режима сгорания облака

 

12. Ожидаемый режим сгорания облака зависит от типа горючего вещества и степени загроможденности окружающего пространства.

 

Классификация горючих веществ по степени чувствительности

 

13. Вещества, способные к образованию горючих смесей с воздухом, по степени своей чувствительности к возбуждению взрывных процессов разделены на четыре класса:

класс 1 - особо чувствительные вещества (размер детонационной ячейки менее 2 см);

класс 2 - чувствительные вещества (размер детонационной ячейки лежит в пределах от 2 до 10 см);

класс 3 - средне чувствительные вещества (размер детонационной ячейки лежит в пределах от 10 до 40 см);

класс 4 - слабо чувствительные вещества (размер детонационной ячейки больше 40 см).

Классификация наиболее распространенных в промышленном производстве горючих веществ приведена в таблице П3.1. В случае, если вещество не внесено в классификацию, его следует классифицировать по аналогии с имеющимися в списке веществами, а при отсутствии информации о свойствах данного вещества, его следует отнести к классу 1, т.е. рассматривать наиболее опасный случай.

 

Таблица П3.1

 

Класс 1

Класс 2

Класс 3

Класс 4

Ацетилен

Акрилонитрил

Ацетальдегид

Бензол

Винилацетилен

Акролеин

Ацетон

Декан

Водород

Бутан

Бензин

о-Дихлорбензол

Гидразин

Бутилен

Винилацетат

Додекан

Изопропилнитрат

Бутадиен

Винилхлорид

Метан

Метилацетилен

1,3-Пентадиен

Гексан

Метилбензол

Нитрометан

Пропан

Изооктан

Метилмеркаптан

Окись пропилена

Пропилен

Метиламин

Метилхлорид

Окись этилена

Сероуглерод

Метилацетат

Окись углерода

Этилнитрат

Этан

Метилбутилкетон

Этиленбензол

 

Этилен

Метилпропилкетон

 

 

Эфиры:

Метилэтилкетон

 

 

диметиловый

Октан

 

 

дивиниловый

Пиридин

 

 

метилбутиловый

Сероводород

 

 

 

Спирты:

 

 

 

метиловый

 

 

Широкая фракция

этиловый

 

 

легких углеводо-

пропиловый

 

 

родов

амиловый

 

 

 

изобутиловый

 

 

 

изопропиловый

 

 

 

Циклогексан

 

 

 

Этилформиат

 

 

 

Этилхлорид

 

 

14. При оценке масштабов поражения волнами давления должно учитываться различие химических соединений по теплоте сгорания, используемой для расчета полного запаса энерговыделения. Для типичных углеводородов принимается в расчет значение удельной теплоты сгорания  МДж/кг. Для иных горючих веществ в расчетах используется удельное энерговыделение . Здесь - корректировочный параметр. Для условно выделенных классов горючих веществ величины параметра представлены в таблице П3.2.

 

Таблица П3.2

 

Классы горючих веществ

бета

Классы горючих веществ

бета

Класс 1

Класс 3

Ацетилен

1,1

Кумол

0,84

Метилацетилен

1,05

Метиламин

0,70

Винилацетилен

1,03

Спирты:

 

Окись этилена

0,62

Метиловый

0,45

Гидразин

0,44

Этиловый

0,61

Изопропилнитрат

0,41

Пропиловый

0,69

Этилнитрат

0,30

Амиловый

0,79

Водород

2,73

Циклогексан

1

Нитрометан

0,25

Ацетальальдегид

0,56

Класс 2

Винилацетат

0,51

Этилен

1,07

Бензин

1

Диэтилэфир

0,77

Гексан

1

Дивинилэфир

0,77

Изооктан

1

Окись пропилена

0,7

Пиридин

0,77

Акролеин

0,62

Циклопропан

1

Сероуглерод

0,32

Этиламин

0,80

Бутан

1

Класс 4

Бутилен

1

Бутадиен

1

Метан

1,14

1,3-Пентадиен

1

Трихлорэтан

0,15

Этан

1

Метилхлорид

0,12

Диметилэфир

0,66

Бензол

1

Диизопропиловый эфир

0,82

Декан

1

ШФЛУ

1

Додекан

1

Пропилен

1

Метилбензол

1

Пропан

1

Метилмеркаптан

0,53

Класс 3

Окись углерода

0,23

Винилхлорид

0,42

Дихлорэтан

0,24

Сероводород

0,34

Дихлорбензол

0,42

Ацетон

0,65

Трихлорэтан

0,14

 

Классификация окружающего пространства по степени загроможденности

 

15. Характером загроможденности окружающего пространства в значительной степени определяется скорость распространения пламени при сгорании облака и, следовательно, параметры волны давления. Характеристики загроможденности окружающего пространства разделяются на четыре класса:

класс I - наличие длинных труб, полостей, каверн, заполненных горючей смесью, при сгорании которой возможно ожидать формирование турбулентных струй продуктов сгорания, имеющих размеры не менее трех размеров детонационной ячейки данной смеси. Если размер детонационной ячейки для данной смеси не известен, то минимальный характерный размер струй принимается равным 5 см для веществ класса 1, 20 см для веществ класса 2, 50 см для веществ класса 3 и 150 см для веществ класса 4;

класс II - сильно загроможденное пространство: наличие полузамкнутых объемов высокая плотность размещения технологического оборудования, лес, большое количество повторяющихся препятствий;

класс III - средне загроможденное пространство: отдельно стоящие технологические установки, резервуарный парк;

класс IV - слабо загроможденное и свободное пространство.

 

Классификация режимов сгорания облака

 

16. Для оценки воздействия сгорания облака возможные режимы сгорания разделяются на шесть классов по диапазонам скоростей их распространения следующим образом:

класс 1 - детонация или горение со скоростью фронта пламени 500 м/с и более;

класс 2 - дефлаграция, скорость фронта пламени 300-500 м/с;

класс 3 - дефлаграция, скорость фронта пламени 200 - 300 м/с;

класс 4 - дефлаграция, скорость фронта пламени 150 - 200 м/с;

класс 5 - дефлаграция, скорость фронта пламени определяется по формуле:

 

, (П3.37)

 

где - константа, равная 43;

М - масса горючего вещества, содержащегося в облаке, кг;

класс 6 - дефлаграция, скорость фронта пламени определяется по формуле:

 

, (П3.38)

 

где - константа, равная 26;

М - масса горючего вещества, содержащегося в облаке, кг.

Информация об изменениях:

Приказом МЧС России от 14 декабря 2010 г. N 649 в пункт 17 настоящего приложения внесены изменения

См. текст пункта в предыдущей редакции

17. Ожидаемый режим сгорания облака определяется с помощью таблицы П3.3, в зависимости от класса горючего вещества и класса загроможденности окружающего пространства.

 

Таблица П3.3

 

Класс горючего вещества

Класс загроможденности окружающего пространства

I

II

III

IV

1

1

1

2

3

2

1

2

3

4

3

2

3

4

5

4

3

4

5

6

 

При определении максимальной скорости фронта пламени для режимов сгорания 2-4 классов дополнительно рассчитывается видимая скорость фронта пламени по соотношению (П3.37). В том случае, если полученная величина больше максимальной скорости, соответствующей данному классу, она принимается по формуле (П3.37).

 

Расчет максимального избыточного давления и импульса фазы сжатия воздушных волн давления

 

18. Параметры воздушных волн давления (избыточное давление и импульс фазы сжатия ) в зависимости от расстояния от центра облака рассчитываются исходя из ожидаемого режима сгорания облака.

 

Класс 1 режима сгорания облака

 

19. Рассчитывается соответствующее безразмерное расстояние по формуле:

 

, (П3.39)

 

где R - расстояние от центра облака, м;

- атмосферное давление, Па;

Е - эффективный энергозапас смеси, Дж.

Величины безразмерного давления и импульс фазы сжатия определяются по формулам (для газопаровоздушных смесей):

 

; (П3.40)

 

. (П3.41)

 

Формулы (П3.40, П3.41) справедливы для значений ,более . В случае, если , то равно 18, а в формулу (П3.41) вместо подставляется величина .

Размерные величины избыточного давления и импульса фазы сжатия определяются по формулам:

 

; (П3.42)

 

. (П3.43)

 

Классы 2-6 режима сгорания облака

 

20. Рассчитывается безразмерное расстояние от центра облака по формуле (П3.39).

Рассчитываются величины безразмерного давления () и импульса фазы сжатия по формулам:

 

; (П3.44)

 

; (П3.45)

 

, (П3.46)

 

где - степень расширения продуктов сгорания (для газопаровоздушных смесей допускается принимается равным 7, для пылевоздушных смесей 4);

u - видимая скорость фронта пламени, м/с.

В случае дефлагарации пылевоздушного облака величина эффективного энергозапаса умножается на коэффициент .

Формулы (П3.44), (П3.45) справедливы для значений больших величины , в случае, если , в формулы (П3.44), (П3.45) вместо подставляется величина .

Размерные величины избыточного давления и импульса фазы сжатия определяются по формулам (П3.42), (П3.43). При этом в формулы (П3.42), (П3.43) вместо и подставляются величины и .

 

V. Параметры волны давления при взрыве резервуара с перегретой жидкостью или сжиженным газом при воздействии на него очага пожара

 

21. Избыточное давление и импульс в волне давления, образующиеся при взрыве резервуара с перегретой ЛВЖ, ГЖ или сжиженным углеводородным газом (далее - СУГ) в очаге пожара, определяются по формулам:

 

; (П3.47)

 

; (П3.48)

 

, (П3.49)

 

где r - расстояние от центра резервуара, м;

- эффективная энергия взрыва, рассчитываемая по формуле:

 

, (П3.50)

 

k - доля энергии волны давления (допускается принимать равной 0,5);

- удельная теплоемкость жидкости (допускается принимать равной 2000  ;

m - масса ЛВЖ, ГЖ или СУГ, содержащаяся в резервуаре, кг;

Т - температура жидкой фазы, К;

- нормальная температура кипения, К.

При наличии в резервуаре предохранительного устройства (клапана или мембраны) величина Т определяется по формуле:

 

, (П3.51)

 

где - давление срабатывания предохранительного устройства;

А, В, - константы уравнения зависимости давления насыщенных паров жидкости от температуры (константы Антуана), определяемые по справочной литературе. Единицы измерения (кПа, мм рт. ст., атм) должны соответствовать используемым константам Антуана.

 

VI. Интенсивность теплового излучения

 

22. В настоящем разделе приводятся методы расчета интенсивности теплового излучения от пожара пролива на поверхность, огненного шара, а также радиуса воздействия продуктов сгорания паровоздушного облака в случае пожара-вспышки.

 

Пожар пролива

 

Информация об изменениях:

Приказом МЧС России от 14 декабря 2010 г. N 649 пункт 23 настоящего приложения изложен в новой редакции

См. текст пункта в предыдущей редакции

23. Интенсивность теплового излучения q () для пожара пролива ЛВЖ, ГЖ, сжиженного природного газа (далее - СПГ) или СУГ определяется по формуле:

 

, (П3.52)

 

где:

- среднеповерхностная интенсивность теплового излучения пламени, ;

- угловой коэффициент облученности;

- коэффициент пропускания атмосферы.

Значение принимается на основе имеющихся экспериментальных данных или по таблице П3.4.

 

Таблица П3.4

 

Среднеповерхностная плотность теплового излучения пламени в зависимости от диаметра очага и удельная массовая скорость выгорания для некоторых жидких углеводородных топлив

 

Топливо

, , при d, м

m',

кг/(м2xс)

10

20

30

40

50

СПГ

220

180

150

130

120

0,08

СУГ (пропан-бутан)

80

63

50

43

40

0,1

Бензин

60

47

35

28

25

0,06

Дизельное топливо

40

32

25

21

18

0,04

Примечание. Для диаметров очага менее 10 м или более 50 м следует принимать такой же, как и для очагов диаметром 10 м и 50 м, соответственно.

При отсутствии данных для нефти и нефтепродуктов допускается величину
() определять по формуле:

 

, (П3.53)

 

где:

d - эффективный диаметр пролива, м.

При отсутствии данных для однокомпонентных жидкостей допускается величину
() определять по формуле:

 

, (П3.53.1)

 

где:

- удельная массовая скорость выгорания, ;

- удельная теплота сгорания, кДж/кг;

L - длина пламени, м.

При отсутствии данных для однокомпонентных жидкостей допускается величину () определять по формуле:

 

, (П3.53.2)

 

где:

- удельная теплота испарения жидкости, кДж/кг;

- удельная теплоемкость жидкости, ;

- температура кипения жидкости при атмосферном давлении, К;

- температура окружающей среды, К.

Для многокомпонентных смесей жидкостей допускается определение значений и по компонентам, для которых величины и максимальны.

Угловой коэффициент облученности определяется по формуле:

 

, (П3.54)

 

где:

- факторы облученности для вертикальной и горизонтальной площадок соответственно, определяемые для площадок, расположенных в 90° секторе в направлении наклона пламени, по следующим формулам:

 

, (П3.55)

 

, (П3.56)

 

, (П3.57)

 

, (П3.57.1)

 

, (П3.57.2)

 

, (П3.57.3)

 

, (П3.57.4)

 

, (П3.57.5)

 

, (П3.57.6)

 

, (П3.57.7)

 

где:

X - расстояние от геометрического центра пролива до облучаемого объекта, м;

d - эффективный диаметр пролива, м;

L - длина пламени, м;

- угол отклонения пламени от вертикали под действием ветра.

Для площадок, расположенных вне указанного сектора, а также в случаях отсутствия ветра факторы облученности для вертикальной и горизонтальной площадок рассчитываются по формулам 3.55-3.57.7 и 3.59.1, принимая .

Эффективный диаметр пролива d (м) рассчитывается по формуле:

 

, (П3.58)

 

где:

F - площадь пролива, .

Длина пламени L (м) определяется по формулам:

при

 

, (П3.59)

 

при

 

, (П3.59.1)

 

где:

 

, (П3.60)

 

- удельная массовая скорость выгорания топлива, ;

- плотность окружающего воздуха, ;

- плотность насыщенных паров топлива при температуре кипения, ;

- скорость ветра, м/с;

g - ускорение свободного падения (9,81 ).

Угол отклонения пламени от вертикали под действием ветра рассчитывается по формуле:

 

. (П3.61)

 

Коэффициент пропускания атмосферы для пожара пролива определяется по формуле:

 

(П3.62)

 

Огненный шар

 

Информация об изменениях:

Приказом МЧС России от 14 декабря 2010 г. N 649 пункт 24 настоящего приложения изложен в новой редакции

См. текст пункта в предыдущей редакции

24. Интенсивность теплового излучения q () для огненного шара определяется по формуле (П3.52).

Величина определяется на основе имеющихся экспериментальных данных. Допускается принимать равной 350 .

Значение определяется по формуле:

 

, (П3.63)

 

где:

Н - высота центра огненного шара, м;

- 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 (м) определяется по формуле:

 

, (П3.64)

 

где:

m - масса продукта, поступившего в окружающее пространство, кг.

Величину Н допускается принимать равной .

Время существования огненного шара (с) определяется по формуле:

 

. (П3.65)

 

Коэффициент пропускания атмосферы для огненного шара рассчитывается по формуле:

 

. (П3.66)

 

VII. Определение радиуса воздействия продуктов сгорания паровоздушного облака в случае пожара-вспышки

 

25. В случае образования паровоздушной смеси в незагроможденном технологическим оборудованием пространстве и его зажигании относительно слабым источником (например, искрой) сгорание этой смеси происходит, как правило, с небольшими видимыми скоростями пламени. При этом амплитуды волны давления малы и могут не приниматься во внимание при оценке поражающего воздействия. В этом случае реализуется так называемый пожар-вспышка, при котором зона поражения высокотемпературными продуктами сгорания паровоздушной смеси практически совпадает с максимальным размером облака продуктов сгорания (т.е. поражаются в основном объекты, попадающие в это облако). Радиус воздействия высокотемпературных продуктов сгорания паровоздушного облака при пожаре-вспышке определяется формулой:

 

, (П3.67)

 

где: - горизонтальный размер взрывоопасной зоны, определяемый по п. 10 настоящего приложения.

 

VIII. Испарение жидкости и СУГ из пролива

 

26. Интенсивность испарения W () для ненагретых жидкостей с определяется по формуле:

 

, (П3.68)

 

где - коэффициент, принимаемый для помещений по таблице П3.5 в зависимости от скорости и температуры воздушного потока над поверхностью испарения. При проливе жидкости вне помещения допускается принимать ;

М - молярная масса жидкости, кг/кмоль;

- давление насыщенного пара при расчетной температуре жидкости, кПа.

 

Таблица П3.5

 

Скорость воздушного потока, м/с

Значение коэффициента эта при температуре t (°С) воздуха

10

15

20

30

35

0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

0,1

3,0

2,6

2,4

1,8

1,6

0,2

4,6

3,8

3,5

2,4

2,3

0,5

6,6

5,7

5,4

3,6

3,2

1,0

10,0

8,7

7,7

5,6

4,6

 

27. При выбросе СУГ из оборудования, в котором жидкость находится под давлением, часть продукта за счет внутренней энергии мгновенно испаряется, образуя с капельками жидкости облако аэрозоля. Массовая доля мгновенно испарившейся жидкости определяется по формуле:

 

, (П3.69)

 

где - удельная теплоемкость СУГ, ;

- температура окружающего воздуха, К;

- температура кипения СУГ при атмосферном давлении, К;

- удельная теплота парообразования СУГ, Дж/кг.

Принимается, что при вся масса жидкости, находящаяся в оборудовании, за счет взрывного характера испарения переходит в парокапельное облако.

При , оставшаяся часть жидкости испаряется с поверхности пролива за счет потока тепла от подстилающей поверхности и воздуха.

Интенсивность испарения жидкости со свободной поверхности W () определяется по формуле:

 

, (П3.70)

 

где: - коэффициент теплопроводности материала, на поверхность которого разливается жидкость, ;

- удельная теплоемкость материала, ;

- плотность материала, ;

- начальная температура материала, К;

t -текущее время с момента начала испарения, с (но не менее 10 с);

- коэффициент теплопроводности воздуха при температуре ;

u - скорость воздушного потока над поверхностью испарения, м/с;

d - характерный диаметр пролива, м;

- кинематическая вязкость воздуха при , .

 

IX. Размеры факела при струйном горении

 

Информация об изменениях:

Приказом МЧС России от 14 декабря 2010 г. N 649 в пункт 28 настоящего приложения внесены изменения

См. текст пункта в предыдущей редакции

28. При струйном истечении сжатых горючих газов, паровой и жидкой фазы СУГ и СПГ, ЛВЖ и ГЖ под давлением возникает опасность образования диффузионных факелов.

Длина факела (м) при струйном горении определяется по формуле:

 

, (П3.71)

 

где: G - расход продукта, кг/с;

К - эмпирический коэффициент, который при истечении сжатых газов принимается равным 12,5, при истечении паровой фазы СУГ или СПГ равным 13,5, при истечении жидкой фазы СУГ и СПГ, ЛВЖ и ГЖ под давлением равным 15.

Ширина факела (м) при струйном горении определяется по формуле:

 

. (П3.72)

 

Информация об изменениях:

Приказом МЧС России от 14 декабря 2010 г. N 649 пункт 29 настоящего приложения изложен в новой редакции

См. текст пункта в предыдущей редакции

29. При проведении оценки пожарной опасности горящего факела при струйном истечении сжатых горючих газов, паровой и жидкой фазы СУГ, СПГ, ЛВЖ и ГЖ под давлением допускается принимать следующее:

- зона непосредственного контакта пламени с окружающими объектами определяется размерами факела;

- длина факела не зависит от направления истечения продукта и скорости ветра;

- наибольшую опасность представляют горизонтальные факелы, условную вероятность реализации которых следует принимать равной 0,67;

- поражение человека в горизонтальном факеле происходит в 30° секторе с радиусом, равным длине факела;

- воздействие горизонтального факела на соседнее оборудование, приводящее к его разрушению (каскадному развитию аварии), происходит в 30° секторе, ограниченном радиусом, равным ;

- за пределами указанного сектора на расстояниях от до 1,5 тепловое излучение от горизонтального факела составляет 10 ;

- тепловое излучение от вертикальных факелов может быть определено по формулам П3.52, П3.54 - П3.57.7 и П3.62, принимая L равным , d равным равным 0, a no формулам П3.53 - П3.53.2 или таблице П3.4 в зависимости от вида топлива. При отсутствии данных и невозможности рассчитать по представленным формулам допускается эту величину принимать равной 200 ;

- при истечении жидкой фазы СУГ или СПГ из отверстия с эквивалентным диаметром до 100 мм при мгновенном воспламенении происходит полное сгорание истекающего продукта в факеле без образования пожара пролива;

- область возможного воздействия пожара-вспышки при струйном истечении совпадает с областью воздействия факела (30° сектор, ограниченный радиусом, равным
);

- при мгновенном воспламенении струи газа возможность формирования волн давления допускается не учитывать.

 

Актуальный текст документа