Прогнозирование и оценка обстановки при авариях, сопровождающихся пожарами

Основным поражающим факторам пожаров является термическое воздействие, обусловленное тепловым излучением пламени.

Термическое воздействие определяется величиной плотности потока поглощенного излучения q^погл (кВт/м²) и временем теплового излучения? ©.

Плотность потока поглощенного излучения q^погл связана с плотностью потока падающего излучения q^пад соотношением q^погл = ?q^пад, где? — степень черноты (поглощательная способность) тепловоспринимающей поверхности. Чем ниже степень черноты (больше отражательная способность), тем меньше при прочих равных условия величина q^погл (далее q, кВт/м²)· .

Человек ощущает сильную (едва переносимую) боль, когда температура верхнего слоя кожи превышает 45 °C. Время достижения «порога боли»? © определяется по формуле.

(5.71).

Различают три степени термического ожога кожи человека (табл. 5.27).

Таблица 5.27.

Характеристика ожогов кожи человека.

Время воспламенения горючих материалов? © при воздействии на них теплового потока плотностью q (кВт/м²) определяется по формуле.

(5.72).

где q_кр — критическая плотность теплового потока, кВт/м²; А, n — константы для конкретных материалов (например, для древесины A = 4300, n = 1,61).

Значения q_кр для разных материалов и результаты расчета по формуле (5.72) приведены в табл. П. 6.

Особенно опасным является нагрев резервуаров с нефтепродуктами, которые могут воспламеняться при воздействии теплового излучения (табл. 5.28).

Таблица 5.28.

Время воспламенения? резервуара с нефтепродуктами в зависимости от величины плотности потока теплового излучения q.

При применении вероятностного подхода к определению поражающего фактора теплового воздействия на человека значения Р_пор определяют по табл. П. 1 с использованием для случая летального исхода при термическом поражении следующее выражение для пробит-функции Рr:

(5.73).

Время термического воздействия? © для случаев пожара разлития и горения здания (сооружения, штабеля и т. п.) равно.

(5.74).

где ?₀ — характерное время обнаружения пожара (допускается принимать 5 с); х — расстояние от места расположения человека до зоны, где плотность потока теплового излучения не превышает 4 кВт/м², м; u — скорость движения человека (допускается принимать 5 м/с).

Для случая огненного шара время термического воздействия принимается равным времени существования огненного шара.

Пожар разлития

При нарушении герметичности сосуда, содержащего сжиженный горючий газ или жидкость, часть (или вся) жидкости может заполнить поддон или обваловку, растечься по поверхности фунта или заполнить какую-либо естественную впадину.

Рис. 5.6. Расчетная схема пожара разлития Если поддон или обваловка имеют вертикальный внутренний откос, то глубину заполнения И (м) можно найти по формуле:

(5.75).

где m_ж, ?_ж — масса и плотность разлившейся жидкости; F_под — площадь поддона.

При авариях в системах, не имеющих защитных ограждений, происходит растекание жидкости по грунту и (или) заполнение естественных впадин. Обычно при растекании на грунт площадь разлива ограничена естественными и искусственно созданными границами (дороги, дренажные канавы и т. п.), а если такая информация отсутствует, то принимается толщина разлившегося слоя, равной h = 0,05 м, и определяют площадь разлива (м²) по формуле.

(5.76).

Отличительной чертой пожаров разлития является «накрытие» (рис. 5.6.) с подветренной стороны, которое может составлять 25−50% диаметра обвалования

Пламя пожара разлития при расчете представляется в виде наклоненного по направлению ветра цилиндра конечного размера (см. рис. 5.6), причем угол наклона? зависит от безразмерной скорости ветра W_B:

(5.77).

Геометрические параметры факела пожара разлития находятся по формуле Томаса:

(5.78).

где - безразмерная скорость ветра; m_выг — массовая скорость выгорания, кг/(м² · с); р_п, р_в — плотность пара и воздуха, соответственно, кг/м³; g — ускорение силы тяжести, м/с²; D — диаметр зеркала разлива, м; w — скорость ветра, м/с.

Эмпирические коэффициенты по формуле Томаса (a = 55; b = 0,67 и с = -0,21) получены по результатам экспериментов, выполненных для широкого диапазона изменения параметров:

Скорость выгорания жидкостей определяют, как правило, экспериментально. Для экспертной оценки скорости выгорания m_выг (кг/(м² · с)) можно воспользоваться эмпирической формулой.

(5.79).

где ?_ж — плотность жидкости, кг/м³; Q^р_н — низшая теплота сгорания топлива, Дж/кг; L_исп — скрытая теплота испарения жидкости, Дж/кг, С — коэффициент пропорциональности, значение которого, равное 1,25 · 10^-6 м/с, получено путем обработки многочисленных экспериментальных данных по выгоранию большинства органических жидкостей и их смесей (рис. 5.7).

Плотность теплового потока, падающего на элементарную площадку, расположенную на уровне грунта (см. рис. 5.6), q^пад (кВт/м²) вычисляется по формуле:

(5.80).

где? — угловой коэффициент излучения с площадки на боковой поверхности пламени пожара разлива на единичную площадку, расположенную на уровне грунта (рис. 5.6), определяемый по графику на рис. 5.8; q^соб — средняя по поверхности плотность потока собственного излучения пламени, кВт/м².

Рис. 5.7. Обобщение экспериментальных данных по скорости выгорания различных жидкостей: 1 — метанол; 2 — диэтилентриамин; 3 — ацетон; 4 — диметилгидразин; 5 — ракетное топливо; 6 — ксилол; 7-бензин; 8 — бензол; 9 — гексан; 10 — бутан; // - сжиженный природный газ; 12 — сжиженный нефтяной газ.

Рис. 5.8. Зависимость углового коэффициента излучения? с цилиндрического пламени пожара разлития на элементарную площадку от R/r.

Для ориентировочных расчетов можно принять следующие значения q^соб (кВт/м²):

Пример 10. На нефтеперекачивающей станции расположен резервуар РВС — 20 000 в обваловке, имеющей квадратную форму со стороной, а = 80 м. Высота обваловки рассчитана на удержание всего объема нефти, находящейся в резервуаре, при аварийном разлитии. Радиус резервуара R_рез = 22,81 м, высота H_рез = 11,9 м.

Фактический объем резервуара V_факт = 19 450 м³, объем нефти при заполнении резервуара на 80% равен V_неф = 0,8 · 19 450 = 15 560 (м³).

В результате разрушения резервуара и разлива нефти возник пожар. Скорость ветра равна 3 м/с.

Определить размеры безопасной зоны для персонала.

Решение.

1. По условию при полном разрушении резервуара нефть полностью заполняет обваловку, имеющую площадь F_обв:

F_обв = а² = 80² = 6400 (м²).

2. Найдем геометрические размеры пламени пожара разлития, условно принимаемого в виде наклонного цилиндра, предварительно определив:

диаметр зеркала разлива.

плотность паров нефти (заимствуем из примера 9).

безразмерную скорость ветра (при m_выг = 0,04 кг/(м² с)).

Теперь по формуле (5.78) найдем.

т.е. высота пламени пожара разлития составит.

3. По формуле (5.77) определим косинус угла наклона пламени пожара разлития.

т.е.? = 58°.

4. Плотность потока теплового излучения пламени пожара разлития, падающего на элементарную площадку, найдем по формуле (5.80). Для этого сначала определим угловые коэффициенты излучения? по графику на рис. 5.8 для различных расстояний Лот центра пламени (результаты расчетов сведены в таблицу), приняв для простоты расчета линию соответствующую L/r = 43/45? 1.

Затем, приняв q^соб = 60 кВт/м², найдем плотность потока теплового излучения д^1Ша на разных расстояниях от границы пламени.

Из результатов расчетов следует, что безопасным для персонала будет расстояние от обваловки R = 250 м, где плотность падающего теплового потока q^пад будет меньше 4,0 кВт/м²:

5. Вероятность смертельного поражения человека тепловым излучением ?_пор на разных расстояниях от границы пламени найдем по табл. П. 1, определив величину пробит-функции по формуле (5.73).

Как видно из данных расчетов, радиус зоны безопасности (0% погибших) равен примерно 225 м or границ пламени.