Приложение К. Методы расчета размера сливных отверстий из технологического оборудования (поддонов, отсеков), истечения жидкости из резервуара и площади растекания жидкости при мгновенном разрушении резервуара

Приложение К

Методы расчета размера сливных отверстий из технологического оборудования (поддонов, отсеков), истечения жидкости из резервуара и площади растекания жидкости при мгновенном разрушении резервуара

К.1 Метод расчета размера сливных отверстий

К.1.1 Настоящий метод устанавливает порядок расчета площади сливного отверстия в ограничивающем жидкость устройстве (поддоне, отсеке, огражденном бортиками участке цеха, производственной площадке и т.п.), при котором исключается перелив жидкости через борт ограничивающего устройства и растекание жидкости за его пределами.

К.1.2 В расчете учитывают поступление горючей жидкости в поддон из аппарата в момент его аварийного вскрытия, воды от установки пожаротушения и выгорание жидкости с поверхности поддона.

К.1.3 В методике расчета приняты следующие допущения:

- при возникновении аварийной ситуации герметичность стенок аппарата не нарушается;

- разрушаются только патрубки, лежащие ниже уровня жидкости в аппарате, образуя сливные отверстия, равные диаметру патрубков;

- вероятность одновременного разрушения двух патрубков мала;

- давление паров над поверхностью жидкости в аппарате в процессе слива жидкости не меняется.

К.1.4 Для проведения расчета необходимо знать:

- количество трубопроводов n, расположенных ниже уровня горючей жидкости в аппарате, и площадь их поперечного сечения , ;

- площадь поперечного сечения аппарата , ;

- высоту уровня жидкости над трубопроводами Н, м;

- высоту борта поддона L, м;

- интенсивность орошения водой, подаваемой из установок пожаротушения, площади поддона I, ;

- скорость выгорания горючей жидкости W, ;

- избыточное давление в аппарате над поверхностью жидкости р, .

Целью расчета является выбор площади поддона , , и расчет площади сливного отверстия f, .

К.1.5. По заданным исходным данным определяют скорости истечения , , жидкости из аппарата через отверстия, равные сечению трубопроводов, расположенных на аппарате, по формуле

, (К.1)

где - коэффициент истечения жидкости через отверстие;

- площадь сечения i-го трубопровода;

g - ускорение силы тяжести, равное ;

- высота уровня жидкости над i-м трубопроводом.

К.1.6 По наибольшему из вычисленных начальных расходов выбирают площадь отверстия в аппарате и высоту уровня жидкости над ним .

К.1.7 Из конструктивных соображений выбирают площадь поддона , .

К.1.8 Определяют коэффициент m, характеризующий отношение объема жидкости в аппарате к объему жидкости в поддоне

, (К.2)

где - максимально допустимый уровень жидкости в поддоне.

К.1.9 Вычисляют объем жидкости, поступающей в поддон в единицу времени от установки пожаротушения (с учетом выгорания горючей жидкости) , , по формуле

, (К.3)

где - плотность огнетушащей жидкости, .

При отсутствии данных скорость выгорания W следует принять равной нулю.

К.1.10 Если m < 1, то площадь сливного отверстия определяют по формуле

, (К.4)

К.1.11 При порядок расчета f следующий:

К.1.11.1 Определяют напор, создаваемый сжатыми газами в аппарате

, (К.5)

где - плотность воды, .

К.1.11.2 Вычисляют значение параметра

, (К.6)

где - максимальный расход жидкости из аппарата, определяемый по К.1.5

К.1.11.3 По параметру b с помощью таблицы К.1 находят параметр а. Если данных таблицы К.1 для определения параметра а недостаточно, то параметр а определяют путем решения системы уравнений

, (К.7)

Таблица К.1 - Зависимость параметра а от b

а	b	а	b	а	b	а	b
0,000	0,000	0,990	0,993	3,107	1,901	14,999	3,408
0,071	0,106	1,000	1,000	3,418	1,987	16,573	3,506
0,170	0,241	1,045	1,030	3,762	2,075	18,313	3,605
0,268	0,361	1,081	1,053	4,144	2,164	20,236	3,705
0,362	0,467	1,185	1,117	4,568	2,255	22,362	3,804
0,454	0,560	1,255	1,158	5,037	2,347	24,711	3,903
0,540	0,642	1,337	1,205	5,557	2,440	27,308	4,003
0,622	0,714	1,433	1,256	6,132	2,534	30,178	4,102
0,697	0,777	1,543	1,313	6,769	2,628	33,351	4,219
0,765	0,831	1,668	1,374	7,473	2,725	36,857	4,302
0,853	0,877	1,810	1,439	8,253	2,821	40,732	4,401
0,876	0,915	1,971	1,509	9,115	2,918	45,014	4,501
0,921	0,946	2,151	1,581	10,068	3,015	54,978	4,701
0,955	0,970	2,352	1,657	11,121	3,113	67,148	4,901
0,980	0,980	2,575	1,736	12,287	3,211	74,210	5,000
0,986	0,986	2,828	1,817	13,575	3,309

К.1.11.4 Рассчитывают площадь сливного отверстия f, , по формуле

, (К.8)

К.1.12 Выбирают сечение отходящих от поддона трубопроводов из условия .

К.2. Истечение жидкости из резервуара

К.2.1 Метод устанавливает параметры истечения горючей жидкости из отверстия резервуара при его разгерметизации и количество жидкости, переливавшейся через обвалование.

Рассматривается резервуар, находящийся в обваловании (рисунок К.1).

Вводятся следующие допущения:

истечение через отверстие однофазное;

резервуар имеет постоянную площадь сечения по высоте;

диаметр резервуара намного больше размеров отверстия;

размеры отверстия намного больше толщины стенки;

поверхность жидкости внутри резервуара горизонтальна;

температура жидкости остается постоянной в течение времени истечения.

К.2.2 Цель расчетов заключается в определении количества жидкости, вылившейся через отверстие резервуара при его разгерметизации и перелившейся через обвалование.

К.2.3 Массовый расход жидкости G (кг/с) через отверстие во времени t (с) определяется по формуле

, (К.9)

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

, (К.10)

где - плотность жидкости, ;

- ускорение свободного падения, ;

- коэффициент истечения;

- площадь отверстия, ;

- высота расположения отверстия, м;

- площадь сечения резервуара, ;

- начальная высота столба жидкости в резервуаре, м.

К.2.4 Высота столба жидкости в резервуаре h (м) в зависимости от времени t определяется по формуле

, (К.11)

К.2.5 Условие перелива струи жидкости (при ) через обвалование определяется по формуле

, (К.12)

где Н - высота обвалования, м;

L - расстояние от стенки резервуара до обвалования, м.

К.2.6 Количество жидкости m (кг), перелившейся через обвалование за полное время истечения, определяется по формуле

, (К.13)

где - время, в течение которого жидкость переливается через обвалование, с (т.е. время, в течение которого выполняется условие (К.12)).

К.2.7 Величина определяется по формуле

, (К.14)

где а, b, с - параметры, которые определяются по формулам:

, ; (К.15)

, ; (К.16)

, м. (К.17)

К.2.8 В случае, если жидкость в резервуаре находится под избыточным давлением (Па), величина мгновенного массового расхода (кг/с) определяется по формуле

. (К.18)

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

К.3 Растекание жидкости при мгновенном разрушении резервуара

К.3.1 Метод предусматривает расчет последствий при распаде резервуара на приблизительно равные по размеру части. При такой пожароопасной ситуации часть хранимой в резервуаре жидкости может перелиться через обвалование.

К.3.2 Цель расчетов заключается в оценке с помощью математической модели определения доли жидкости, переливавшей через обвалование при мгновенном разрушении резервуара.

К.3.3 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.

К.3.4 Система уравнений, описывающих движение жидкости, имеет вид:

, (К.19)

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;

х - координата вдоль направления движения жидкости, м;

t - время, с;

g - ускорение свободного падения ().

Граничные условия с учетом геометрии задачи (рисунок К.2) имеют вид:

; (К.20)

; (К.21)

; (К.22)

; (К.23)

где а - высота обвалования;

b - расстояние от оси резервуара до обвалования.

К.3.5 Массовая доля жидкости Q (%), перелившейся через обвалование к моменту времени Т, определяется по формуле

, (К.24)

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

- высота столба жидкости при х = b, м;

- начальная высота столба жидкости в резервуаре, м;

R - ширина резервуара, м.

График расчетной и экспериментальной зависимостей массовой доли перелившейся через обвалование жидкости Q от параметра представлен на рисунке К.3.