Приложение 3. Методика расчета безопасных расстояний

Приложение 3

Методика расчета безопасных расстояний

Оценка минимальной высоты свечи

Минимальная высота определяется из условия обеспечения эффективного рассеивания (максимальная приземная концентрация не должна превышать 20% НКПРП) по формуле

                                 -1   ро  0,5

                h   = 1,75 Md(VC)  (-----)    , м,

                 min                 ро

                                       0

где h    - минимальная высота, м;

     min

    М    - массовый расход сбрасываемых газов, г/с;

    d    - диаметр трубопровода свечи, м;

    V    - объемный  расход  сбрасываемого  газа при нормальном давлении,

           м3/с;

    С    - нижний концентрационный предел распространения пламени, г/ м3;

 ро, ро  - плотность   сбрасываемого   газа   и    окружающего    воздуха

       0

           соответственно, кг/м3.

Расчет избыточного давления в волне сжатия в случае несанкционированного воспламенения струи газа

Избыточное давление в волне сжатия оценивается по формуле

                                         2

                            -3       ро v

       Дельта P   = 1,1 x 10  ------------------, кПа,                (1)

               max                           2

                                          v

                               1 + 0,36 (---)

                                          D

где Дельта Р    - максимальное избыточное давление во фронте пламени;

            max

           ро   - плотность смеси, принимаем ро = 1,23 кг/м3;

           v    - скорость   распространения    пламени,  v = 65 м/с  при

                  объеме горючей смеси <= 500 м3;

         D = 340 м/с при v <= 140 м/с.

Изменение избыточного давления с расстоянием (X) рассчитывается по формулам:

           Дельта Р = Дельта Р    при Х = Х/R <= 1;                   (2)

                              max      0

                   Дельта Р

                           max

      Дельта Р = --------------, кПа, при Х > 1,                      (3)

                              C            0

                  1 + B(X - 1)

                         0

где Дельта Р - избыточное  давление  в   волне сжатия на расстоянии Х  от

               места воспламенения струи горючего газа;

          Х  - приведенное расстояние;

           0

          R  - радиус облака продуктов сгорания, м;

        В, С - безразмерные   коэффициента,   зависящие    от    v,   для

               v = 65 - В = 0,588,C= 1,146.

Радиус облака продуктов сгорания оценим по формуле

          R = 0,62 корень 3 степени V  эпсилон, м,                    (4)

                                     см

где V   - взрывоопасный объем струи, м3;

     см

     эпсилон = 0,5(эпсилон  + эпсилон   )  - среднее             значение

                          н          СТХ     коэффициента     расширения,

                                             равное 6,3.

Для оценочных расчетов объема взрывоопасной смеси струя представляется в виде конуса с углом между осью и образующей, равным 15°. Предполагается, что взрывоопасный объем струи равен объему конуса с высотой L_Н, соответствующей поверхности с концентрацией, равной НКПРП:

                                    Т          M

                  1,87d              0          0

            L  = ------- кв.корень ---- [C  + ---- (1 - C ), м,       (5)

             Н     C                Т     H    M         H

                    Н                g          g

где d  - диаметр свечи;

    С  - НКПРП;

     Н

Т , М  - температура   и  молекулярный  вес  среды, в которую происходит

 0   0

         истечение;

Т , М  - температура и молекулярный вес истекающего газа.

 g   g

Объем взрывоопасной смеси

                     1      2     3

               V  = --- пи r L , м ,                                  (6)

                СМ   3        Н

где r = L tg(15°) - радиус конуса, м.

         Н

тогда

                           3   3

               V  = 6851,3d , м ,                                     (7)

                СМ

Результаты оценочных расчетов для диаметра свечей 50, 65 и 100 мм представлены в табл. 1.

Таблица 1

d, мм	50	65	100
V_СМ, м3 (формула 7)	0,856	1,881	6,851
R, м (формула 4)	1,087	1,413	2,175
Дельта Р_max, кПа (формула 1)	5,7	5,7	5,7

Изменение избыточного давления с расстоянием представлено в табл. 2.

Таблица 2

d, мм \X, м		2	5	10	20	40	60	80	100
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
50	Х_0, м Дельта Р, кПа	1,8 3,8	4,6 1,6	9,2 0,75	18,4 0,34	36,8 0,16	55,2 0,098	73,6 0,071	92,0 0,055
65	Х_0, м Дельта Р, кПа	1,42 4,7	3,5 2,1	7,1 1,01	14,2 0,47	28,3 0,21	42,5 0,13	56,6 0,095	70,8 0,074
100	Х_0, м Дельта Р, кПа	1,0 5,7	2,3 3,18	4,6 1,61	9,2 0,76	18,4 0,35	27,6 0,22	36,8 0,156	46,0 0,12

Минимальные расстояния от свечи до других объектов комплекса выбираются из условия безопасности для человека по избыточному давлению в волне сжатия. Рекомендуется принимать в качестве порогового значения Дельта Р = 3 кПа, что практически безопасно для человека, а также для зданий и сооружений комплекса.

Расчет плотности теплового потока от пламени, минимального расстояния и высоты ствола свечи

1. Обозначения и определения:

     С  , C    - теплоемкости компонентов, Дж/(моль х К);

      Pi   vi

     D         - диаметр трубы свечи, м;

     k         - показатель адиабаты (k = сумма N C  /сумма N c  );

                                                 i Pi        i vi

     М         - молекулярная масса кг/(кг/кг/моль);

     N         - молярная доля i-го компонента в смеси;

      i

     Т         - температура газа, К;

     v         - скорость ветра на уровне центра пламени, м/с;

     v         - скорость ветра на уровне центра пламени, м/с;

      в

     v  = v (0,9 + 0,01 (Н + Z)) при Н + Z < 60;

      в    т

     v  = v (1,34 + 0,002 (Н + Z)) при 60 < Н + Z < 200;

      в    т

     v         - максимальная  скорость   ветра,   м/с,  определяемая  по

      т

                 приложению 4 СНиП 2.01.01-82 "Строительная  климатология

                 и геофизика";

     v         - скорость звука в сбрасываемом газе, м/с;

      зв

                     1/2

     v   = 91,5(KT/M)  ;

      зв

     мю        - отношение  скорости  истечения  к   скорости   звука   в

                 сбрасываемом газе (мю = v/v  ). При   этом рекомендуется

                                            зв

                 принимать:   при   постоянных   сбросах     мю<=0,2; при

                 периодических и аварийных сбросах мю<=0,5;

     X         - расстояние от стола свечи, м;

     X         - минимальное расстояние от ствола свечи до объекта, м;

      min

     q         - плотность теплового потока в расчетной точке, кВт/м2;

     q = q  + q ;

          п    с

     q         - плотность теплового потока от пламени, кВт/м2;

      п

     q         - предельно   допустимая   плотность  теплового  потока от

      п.д

                 пламени, кВт/м2;

     q         - прямая   солнечная   радиация,  кВт/м2, определяется для

      с

                11-12 ч  по    приложению 5 СНиП 2.01.01-82 "Строительная

                климатология и геофизика";

     Н        - высота  ствола свечи, м (рекомендуется принимать не менее

                35D);

     Z        - расстояние  от  центра излучения пламени до верха ствола,

                м, при мю < 0,2   рекомендуется   принимать Z = 5D,   при

                мю >= 0,2, определяют по следующим соотношениям:

         H/D    20    30    35    40    60    80    100

         Z/D    32    37    39    40    44    47    48

     альфа    - угол отклонения пламени  (угол  между   вертикалью ствола

                свечи и осью пламени), град, tg альфа = v/v;

     эпсилон  - коэффициент излучения пламени (принимается  по справочным

                данным).

     Значение q   , кВт/м2, рекомендуется принимать:

               п.д

     У основания ствола печи......  .................................9,4

     При условии эвакуации персонала в течение 30 с..................4,8

     На ограждении факельной установки и при условии:

        эвакуации персонала в течение 3 мин..........................2,8

        неограниченного пребывания персонала........................ 1,4

2. Расчетные формулы.

2.1. Плотность теплового потока q_п проверяют при выбранной высоте ствола свечи Н и заданном расстоянии X. Минимальное расстояние между стволом свечи и объектом определяют при выбранной высоте ствола свечи. Высоту ствола свечи определяют при заданном расстоянии между стволом свечи и объектом:

                      эпсилон Q                      2

       Н = кв.корень ------------ - (Х - Z sin альфа) + h - Z cos альфа.

                      4 пи q

                            п.д.п

2.2. При мю < 0,2:

                         эпсилон Q

        q = --------------------------------------------------;

                                    2                        2

         п   4 пи [(X - Z sin альфа)  + (H - h + Z cos альфа)

                    эпсилон Q                           2

  X    = кв.корень ------------- - (H - h + Z cos альфа) + Z sin альфа.

   min              4 пи q

                          п.д.п

2.3. При мю >= 0,2:

                         эпсилон Q

        q = ---------------------------;

                     2             2

         п   4 пи [(X + (H - h + Z) ]

                       эпсилон Q       2

        H = кв.корень ------------- - Х + h - Z;

                       4 пи q

                             п.д.п

                    эпсилон Q                 2

  X    = кв.корень ------------- - (H - h + Z)  .

   min              4 пи q

                          п.д.п