Приложение 5. Параметры ВУВ при взрыве облаков ГВС (ТВС)

Приложение 5
(рекомендуемое)

Параметры ВУВ при взрыве облаков ГВС (ТВС)

Облака газо- или топливно-воздушных смесей образуются при разливе и/или испарении газов и топлив. Взрывоопасность испарившегося вещества можно определить по справочнику [22] и по ГОСТ 12.1.004-84 "Пожаровзрывоопасность - веществ и материалов". При авариях различного рода емкостей происходит их разгерметизация и перемешивание взрывоопасных веществ с воздухом. В результате создается облако ГВС (или ТВС), в котором при определенных условиях может развиться детонационный или дефлаграционный взрыв, генерирующий ВУВ. В Руководстве приняты следующие допущения:

1. Концентрация горючего компонента в ТВС (ГВС) соответствует стехиометрической смеси, т.е. максимально возможному количеству сгораемого горючего (и, следовательно, максимальному энерговыделению).

2. Во взрывном процессе участвует вся масса горючего, выделившегося в облако.

Значения величин концентрации горючего в стехиометрической смеси C _стх, нижнего концентрационного предела воспламенения C _нкпв и другие необходимые для расчетов характеристики приведены в табл. 5.1.

Поскольку тип взрывного процесса в облаке ГВС (или ТВС) заранее неизвестен, то для получения консервативных оценок в каждом конкретном случае оцениваются параметры ВУВ в функции от расстояния как при детонационном, так и при дефлаграционном взрывах. В зависимости от принятого критерия устойчивости здания или сооружения (в терминах проходящей ВУВ критериями могут быть избыточное давление, импульс или их комбинация) в качестве консервативного принимается вариант, соответствующий максимальным значениям указанных параметров.

Аварийный взрыв облака ТВС (или ГВС) рассматривается как наземный. Принимается, что облако имеет форму полусферы объемом V _твс и радиусом r ₀, равными:

, м ³, (5.1)

, м, (5.2)

где: M _Т - масса исходного топлива, кг; - доля массы исходного топлива, переходящего в облако ТВС (принимается по таблице 5.2); T - температура окружающей среды, °К; T ₀=273 °К, - молекулярная масса горючего, см. табл. 5.1.

В пределах облака ТВС давление на фронте детонационной волны:

P _дет=2,586( _l-1)q _m, кПа,

где:  _l - показатель адиабаты исходной смеси, q _m - удельная массовая энергия взрыва, кДж/кг (определяются по табл. 5.1). Избыточное давление на фронте детонационной волны:

P _дет=P _дет-P ₀,

где P ₀ - атмосферное давление.

Таблица 5.1

Характеристики горючих компонентов ГВС и ТВС

Горючее (топливо)	Удельная энергия взрыва стехиометрической смеси		Показатель адиабаты стехиометрической смеси	Концентрация горючего в стехиометрической смеси C стх, %	C нкпв воспламенения, (об.) %	Молекулярная масса	Плотность исходной стехиометрической смеси P стх, кг/м
	массовая q m, кДж/кг	объемная q v, кДж/м
Водород	3425	3195	1,248	29,59	4	2	0,933
Метан	2763	3404	1,256	9,45	5	16	1,232
Этан	2797	3496	1,257	5,66	2,9	30	1,25
Пропан	2801	3676	1,257	4,03	2,1	44	1,315
Бутан	2776	3684	1,270	3,13	1,8	58	1,328
Ацетилен	3387	4329	1,259	7,75	2,5	26	1,278
Этилен	3010	3869	1,259	6,54	3,0	28	1,285
Пропилен	2922	3839	1,259	4,46	2,2	42	1,314
Бутилен	2892	3843	1,260	3,38	1,6	56	1,329
Бензол	2937	3966	1,261	2,84	1,4	78	1,350
Толуол	2843	3838	1,260	2,23	1,3	92	1,350
Циклогексан	2797	3748	1,248	2,23	1,2	34	1,340
Метанол	2843	3696	1,253	12,30	6,0	32	1,300
Этанол	2804	3757	1,256	6,54	3,6	46	1,340
Ацетон	3112	3766	1,259	4,99	2,2	42	1,21
Аммиак	2365	2791	1,248	19,72	15,0	17	1,18
Окись углерода	2930	3750	1,256	29,59	12,5	28	1,28
Эфир диэтиловый	2840	3862	1,261	3,38	1,7	74	1,36
Дихлорэтан	2164	3224	1,265	6,54	3,6	99	1,49
Бензин	2973	3770	-	2,1	1,2	53	1,275

Таблица 5.2

Доля массы исходного горючего вещества в облаке ТВС

N	Тип и состояние горючего вещества
1	Газы при атмосферном давлении	1,0
2	Газы под давлением*	0,6-0,7
3	Газы, сжиженные под давлением*	0,5
4	Газы, сжиженные путем охлаждения*	0,1
5	Разлитые легкоиспаряющиеся жидкости (бензин, керосин, дизельное топливо) и водород в состоянии, обозначенном в п/п 2-4	0,05
6	Разлитые тяжелоиспаряющиеся жидкости (масла, концентрат аммиачной воды)	0,01

------------------------------

* Кроме водорода.

------------------------------

В результате детонации ТВС за пределами облака распространяется ВУВ, P _ф и  ₊ являются функциями расстояния R(R>r ₀) и энергий взрыва E _ув, перешедшей в ВУВ:

E _ув=2q _vV _твс, (5.3)

где: - доля полной энергии взрыва, перешедшей в ВУВ.

В зависимости от интервала значений приведенных расстояний

, м/кДж (5.4)

величины P _ф и  ₊ рассчитываются по формулам:

при :

, кПа; (5.5)

при :

, кПа. (5.6)

При R > 0,31:

при

, кПа; (5.7)

при :

, мс; (5.8)

при :

. (5.9)

Под действием ветра облако ТВС или ГВС переносится от центра его образования на расстояние L, м, причем при консервативных оценках принято считать, что снос облака происходит в направлении объекта (за исключением водородно-воздушных смесей, для которых снос облака из-за быстрого его "рассасывания" учитывать не следует). Величина L рассчитывается по формуле:

,

где значения коэффициентов и k в зависимости от наиболее вероятного состояния атмосферы по данным наблюдений на объекте определяются с помощью данных табл. 5.3 и 5.4.

С учетом сноса облака эффективное расстояние r, м, от потенциального источника ВУВ до рассматриваемой точки на объекте:

Таблица 5.3

Значения коэффициентов и k

Класс устойчивости атмосферы по Пасквиллу		k
A	0,43	0,89
B	0,26	0,92
C	0,20	0,92
D	0,13	0,92
E	0,08	0,94
F	0,05	0,94

В отличие от детонационного взрыва ТВС дефлаграционный взрыв генерирует ВУВ, существенно меньшую по амплитуде, но большую по длительности. Нагрузки от ВУВ дефлаграционного взрыва воспринимаются строительными конструкциями как квазистатические, поэтому для оценки воздействия такой ВУВ достаточен расчет только ее максимального давления как функции расстояния R _m(R) за пределами облака. Зависимость R _m(R) для наземного дефлаграционного взрыва полусферического облака ТВС рассчитывается по формуле:

, (5.10)

Таблица 5.4

Классификация и характеристика устойчивости атмосферы

Класс устойчивости атмосферы	Характеристика устойчивости атмосферы	Состояние атмосферы	Типичная скорость ветра, м/с
A	Очень сильно развитая конвекция	Солнечно и жарко	1
B	Неустойчивое состояние, умеренная конвекция	Солнечно и тепло	2
C	Слегка неустойчивое состояние, слабая конвекция	Переменная облачность в течение дня	5
D	Нейтральное состояние	Облачно	5
E	Почти устойчивое состояние, слабая инверсия	Переменная облачность в течение ночи	3
F	Устойчивое состояние, умеренная инверсия	Ясная ночь	2

где - максимальное избыточное давление ВУВ в пределах обл