Купить систему ГАРАНТ Получить демо-доступ Узнать стоимость Информационный банк Подобрать комплект Семинары

Приложение Г (рекомендуемое). Метод расчета размеров зон распространения облака горючих газов и паров при аварии

Приложение Г

(рекомендуемое)

 

Метод расчета размеров зон распространения облака горючих газов и паров при аварии

 

Г.1 Сущность метода

 

В настоящем приложении установлен порядок расчета изменения во времени концентрации газа в облаке при мгновенном выбросе и непрерывном истечении сжиженного углеводородного газа (СУГ), плотность которого больше плотности воздуха.

Г.1.1 Мгновенный выброс СУГ

Г.1.1.1 Мгновенный выброс СУГ может происходить при повреждении резервуара или иного аппарата, в котором СУГ находится под давлением.

За счет внутренней энергии СУГ его массовая доля мгновенно испаряется, образуя с капельками жидкости облако аэрозоля. За счет больших скоростей вихревых потоков происходит быстрое вовлечение в облако воздуха и быстрое испарение оставшейся части СУГ.

Массу воздуха , кг, мгновенно вовлекающуюся в облако для такого испарения, рассчитывают по формуле

 

, (Г.1)

 

где - масса выброшенного СУГ, кг;

- удельная теплоемкость воздуха, ;

- удельная теплота парообразования СУГ, Дж/кг;

- температура окружающего воздуха, К;

- температура кипения СУГ при атмосферном давлении, К;

- массовая доля водяных паров в воздухе;

- удельная теплота парообразования воды, Дж/кг.

определяют из соотношения

 

, (Г.2)

 

где - удельная теплоемкость СУГ, Дж/(кг x К).

Г.1.1.2 Принимают, что образовавшееся облако дрейфует по ветру со скоростью ( - скорость ветра) и имеет в начальный момент форму цилиндра, высота которого равна его радиусу. С течением времени высота облака уменьшается, а радиус растет.

Изменение во времени радиуса, высоты облака и концентрации газа в нем в этой фазе (называемой фазой падения) определяется путем решения методом Рунге-Кутта (реализованным в виде стандартной программы на ЭВМ) системы обыкновенных дифференциальных уравнений:

 

,

 

, (Г.3)

 

,

 

где - масса воздуха в облаке, кг;

- плотность воздуха, ;

r - радиус облака, м;

- коэффициенты ( для классов устойчивости А-В (классы устойчивости даны по Паскуиллу, таблица Г.1); 0,24 - для С-В; 0,16 - для E-F);

Ri - число Ричардсона, определяемое из соотношения ;

h - высота облака, м;

Т - температура облака, К;

- температура земной поверхности, К;

- плотность паровоздушного облака, .

 

Таблица Г.1 - Классы устойчивости атмосферы по Паскуиллу

 

Класс по
Паскуиллу
Типичная
скорость ветра,
м/с
Описание погоды Вертикальный
градиент
температуры, К/м
А 1 Безоблачно >>> 0,01
В 2 Солнечно и тепло >> 0,01
С 5 Переменная
облачность в
течение дня
> 0,01
D 5 Облачный день или
облачная ночь
приблизительно ~~ 0,01
Е 3 Переменная
облачность в
течение ночи
< 0,01
F 2 Ясная ночь Инверсия
(отрицательный
градиент)

 

Решением системы вышеуказанных уравнений являются зависимости .

Для решения системы уравнений необходимы дополнительные соотношения

 

. (Г.4)

 

В качестве критерия окончания фазы падения принимают выполнение условия:

 

. (Г.5)

 

Зависимость h = h(t) находим из соотношения

 

. (Г.6)

 

Г.1.1.3 Когда плотность паровоздушного облака незначительно отличается от плотности воздуха (т.е. после окончания фазы падения), его движение определяется как фаза пассивной дисперсии и описывается процессами турбулентной диффузии.

Концентрацию газа в точке с координатами (х, у, z) в фазе пассивной дисперсии определяют из формулы

 

, (Г.7)

 

где , - среднеквадратичные отклонения, зависящие от величины ;

- координата центра облака в направлении ветра, м;

- координата точки окончания фазы падения, м;

; зависят от класса устойчивости по Паскуиллу.

При принимается , ;

при ; ;

Г.1.2 Непрерывное истечение СУГ

Для описания непрерывного истечения СУГ из резервуаров или иных аппаратов предполагается, что результирующая концентрация газа в паровоздушном облаке является суммой концентраций от отдельных элементарных газовых объемов и рассчитывается по формуле

, (Г.8)

где - масса СУГ в j-м элементарном объеме, кг;

m - массовая скорость истечения СУГ, кг/с;

- координата центра j-го элементарного объема, м;

, - среднеквадратичные отклонения распределения концентраций в j-м элементарном объеме, м.

, определяют аналогично , в Г.1.1.3.

Пример - Расчет динамики паровоздушного облака в открытом пространстве

Для расчета динамики паровоздушного облака (движения в пространстве границы облака, определяемой НКПВ) принимается, что в некоторый момент времени начинается истечение пропана с массовой скоростью 1,3 кг/с, скорость ветра составляет 1 м/с, градиент температуры составляет 0,667 К/м.

Процедура расчета, реализованная на ПЭВМ, представлена на блок-схеме (рисунок Г.1).

Результаты расчета границы облака для двух значений времени  с и  с представлены на рисунке Г.2.

 

            /-----------------------------------------------------------\
            |                   Ввод исходных данных                    |
            |             1 Массовая скорость истечения m.              |
            |             2 Свойства газа.                              |
            |             3 Состояние атмосферы.                        |
            \-----------------------------------------------------------/
                                        |
                                        |
 n = n + 1                              | n = 1
/-------------------------------------->|
|                                       |
|           /------------------------------------------------------------\
|           |                 Расчет полей концентраций                  |
|           |       C [(t + n x тау), х - х , у - у , z] -               |
|           |        i   0                 0       0                     |
|           |                для элементарного выброса;                  |
|           |            для фазы падения - решением системы             |
|           |          обыкновенных дифференциальных уравнений           |
|           |                   методом Рунге-Кутта;                     |
|           |      для фазы пассивной дисперсии - по модели Гаусса       |
|           \------------------------------------------------------------/
|                                       |
|                                       |
|           /------------------------------------------------------------\
|           |        Расчет суммарного поля концентраций от всех         |
|           |              элементарных выбросов на момент               |
|           |                        t + n тау                           |
|           |                         0                                  |
|           \------------------------------------------------------------/
|                                       |
|                                       |
|           /------------------------------------------------------------\
|           |           Определение границы блока по условию             |
|           |             С[(t  + n тау), х, у, z] = НКПВ                |
|           |                 0                                          |
|           \------------------------------------------------------------/
|                                       |
|                                       |
|                                       |
|           /------------------------------------------------------------\
|    Нет    |C[(t+n тау), х, у, z] - С [(t + (n - 1) тау),х,у,z]       -3|
\---------->|---------------------------------------------------- <= 10  |
            |                С[(t + (n - 1) тау), х, у, z]               |
            \------------------------------------------------------------/
                                        |
                                        |
                                        |   Да
                                        |
                         /-----------------------------\
                         |    Окончание  вычислений    |
                         \-----------------------------/

 

Рисунок Г.1 - Алгоритм расчета параметров паровоздушного облака

 

РИС. Г.2 К ПРИЛОЖЕНИЮ Г К ГОСТ Р 12.3.047-98