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

Приложение Г

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

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).

Г.1 Мгновенный выброс СУГ

Г.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;

- массовая доля мгновенно испарившегося СУГ.

определяют из соотношения

, (Г.2)

где - удельная теплоемкость СУГ, .

Г.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)

, (Г.4)

, (Г.5)

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 Е-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
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.6)

В качестве критерия окончания фазы падения принимают выполнение условия

, (Г.7)

Зависимость находим из соотношения

, (Г.8)

Г.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.9)

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.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.10)

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

m - массовая скорость истечения СУГ, кг/с;

- координата центра j-го элементарного объема, м;

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

, - определяют аналогично , в Г.1.3.