При взрыве

РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ВОЛНЫ ДАВЛЕНИЯ

Цель работы: научиться рассчитывать параметры волны давления при взрыве резервуара с перегретой жидкостью или сжиженным га­зом при воздействии на него очага пожара.

Общие положения

При попадании замкнутого резервуара со сжиженным газом или жидкостью в очаг пожара содержимое резервуара нагревается до тем­пературы, существенно превышающей нормальную температуру ки­пения. При этом повышается давление. За счет нагрева несмоченных стенок сосуда уменьшается предел прочности их материала, в резуль­тате возможнн разрыв резервуара с возникновением волн давления и образованием огненного шара.

Разрыв резервуара в очаге пожара с образованием волн давления получил название BLEVE (см. раздел 2.1.3).

Возможность возникновения BLEVE для конкретного вещества, хранящегося в замкнутой емкости, определяют следующим образом:

(3.59)

где С_р — удельная теплоемкость жидкой фазы, Дж/(кг ^. К);

Т — температура жидкой фазы, соответствующая температуре насыщенного пара, при давлении срабатывания предварительного клапана, К;

Т_кип — температура кипения вещества при нормальном давлении, К;

L — удельная теплота испарения при температуре кипения Т_кип, Дж/(кг х К).

В случае если d < 035, BLEVE не происходит.

При d > 0,35 есть вероятность возникновения BLEVE. Параметрами волны давления, образующейся при BLEVE, являются избыточное давление (Dр) и безразмерный импульс (і) положительной фазы волны. Эти величины — Dр (Па) и і (Па • с) — рассчитывают по формулам, описанным выше (3.28) и (3.30):

(3.28)

(3.30)

в которых р₀ — атмосферное давление, кПа (допускается принимать равным 101 кПа);

r — расстояние до разрушающегося резервуара, м; т_пр — приведенная масса, кг, рассчитанная по формуле:

(3.60)

где Е_из — энергия, выделяющаяся при изоэнтропическом расширении среды, находящейся в резервуаре, Дж;

Q₀ — константа, равная 4,52 • 10⁶ Дж/кг.

Е_из, Дж, рассчитывают по формуле

, (3.61)

где С_эфф — константа, равная 500 Дж /(кг х К); т — масса вещества в резервуаре, кг.

При наличии в резервуаре предохранительного клапана температуру Т, К, допускается рассчитывать по формуле

(3.62)

где А, В, С — константы Антуана для горючего вещества (табл. 10, прил. III);

р_к — давление срабатывания предохранительного клапана, кПа.

Расчет параметров ударной волны при BLEVE

Пример. Рассчитать параметры положительной фазы волны давления на расстоянии 750 м от эпицентра аварии, связанной с развитием BLEVE на железнодорожной цистерне вместимостью 50 м³ с 40 т жидкого пропана. Цистерна имеет предохранительный клапан с давлением срабатывания 2,0 МПа.

Решение

1. Энергию, выделившуюся при расширении среды в резервуаре, рассчитывают по формуле (3.61).

Т_кип = -43 + 273 = 230 К — температура кипения пропана при постоянном давлении.

Температуру вещества в резервуаре в момент его взрыва Т, (К) находим по (3.62) , в которой р_к = 2,0 кПа; А = 5,949; В- 812,648; С_а = 247,55.

Получаем:

В результате:

Дж.

2. Находим приведенную массу т_пр, кг, по (3.60):

кг.

3. Вычисляем избыточное давление Ар и / по формулам (3.28) и (3.30):

кПа

Па^.с

Ответ. Избыточное давление в положительной фазе волны Dр = 0,86 кПа, импульс положительной фазы волны і = 9,7 Па • с.

Содержание работы

Задание 1

Рассчитать параметры положительной фазы волны на расстоянии г, м, от эпицентра аварии жидкого пропана. Вместимость цистерны 50 м³ с массой т. Давление срабатывания предохранительного клапа­на цистерны 2,0 МПа.

Задание 2

Построить график изменения избыточного давления распростра­нения ударной волны от эпицентра взрыва на расстоянии г (м).

Методические указания

1. Получите задание и исходные данные для выполнения расчета (табл. 3.10).

2. Ознакомьтесь с явлением BLEVE в разделах 2.1.3 и 2.2.1.3 посо­бия и параметрами ударной волны.

3. Изучите формулы (2.1)—(2.4), характеризующие параметры ударной волны.

4. Изучите алгоритм расчета параметров ударной волны при взрыве по (3.59)—(3.61) резервуара с перегретой жидкостью или сжи­женным газом при воздействии на него очага пожара.

5. Выполните расчет по варианту задания и подготовьте отчет.

Таблица 3.10. Исходные данные для расчета параметров взрыва

Содержание отчета

Отчет должен отвечать требованиям общих методических указа­ний по выполнению работ, иметь обоснованные выводы по результа­там расчетов.

В отчете приведите результаты расчетов и ответы на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1. Охарактеризуйте ударную волну.

2. Назовите основные параметры ударной волны.

3. Поясните условия возможности возникновения взрыва при расширении паров вскипающей жидкости.

4. Поясните, что понимается под явлением BLEVE.

5. Охарактеризуйте методы для расчета параметров взрыва при BLEVE.