Метод розрахунку інтенсивності теплового випромінювання

Інтенсивність теплового випромінювання розраховують для двох випадків пожежі (або для того з них, який може бути реалізований у даній технологічній установці):

• пожежа розливів ЛЗР, ГР або горіння твердих горючих матеріалів (включаючи горіння пилу);

• “вогненна куля” – великомасштабне дифузійне горіння, що реалізується у разі розриву резервуара з горючою рідиною або газом під тиском із займанням вмісту резервуара.

Якщо можлива реалізація обох варіантів, то під час оцінки значень критерію пожежної небезпеки, враховується найбільша з двох значень інтенсивності теплового випромінювання.

Інтенсивність теплового випромінювання q, кВтм^-2, для пожежі розливу рідини або при горінні твердих матеріалів обчислюють за формулою:

q=Е_f∙ F_qψ, (3.52)

де:

• Е_f – середньоповерхнева густина теплового потоку випромінювання полум'я, кВтм^-2;

• F_q – кутовий коефіцієнт опромінення;

• ψ – коефіцієнт пропускання теплового випромінювання крізь атмосферу.

Значення Е_f приймається на основі наявних експериментальних даних. Для деяких рідких вуглеводневих палив зазначені дані наведені у таблиці 3.13.

У разі відсутності даних допускається приймати величину Е_f рівною: 100 кВтм^-2 для ЗВГ; 40 кВтм^-2 для нафтопродуктів; 40 кВтм^-2 для твердих матеріалів.

Таблиця 3.13.

Середньоповерхнева густина теплового випромінювання полум'я залежно від діаметра вогнища і питома масова швидкість вигоряння для деяких видів рідкого вуглеводневого палива

Паливо	Еf , кВт  м-2						Мν, кгм-2с-1
	d= 10 м	d= 20 м	d= 30 м	d= 40 м	d= 50 м
ЗВГ (Метан)	220	180	150	130	120	0,08
ЗВГ (Пропан-бутан)	80	63	50	43	40	0,10
Бензин	60	47	35	28	25	0,06
Дизельне паливо	40	32	25	21	18	0,04
Нафта	25	19	15	12	10	0,04

Примітка. Для діаметрів вогнищ менше 10 м або більше 50 м слід приймати величину Е_f таку ж, як і для вогнищ діаметром 10 м і 50 м відповідно.

Розраховують ефективний діаметр розливу d, м, за формулою:

(3.53)

де F – площа розливу, м².

Обчислюють висоту полум'я Н, м, за формулою:

, (3.54)

де:

• М_v – питома масова швидкість вигоряння палива, кгм^-2с^-1;

• ρ_п – густина навколишнього повітря, кгм^-3;

• g = 9,81 мс^-2 – прискорення вільного падіння.

Визначають кутовий коефіцієнт опромінення F_q за формулами:

(3.55)

де F_в , F_г – фактори опромінення для вертикальної і горизонтальної площадок відповідно, які визначаються за допомогою нижченаведених формул:

, (3.56)

,(3.57)

А=(h²+S²+1)/(2S), (3.58)

B=(1+S²)/(2S), (3.59)

S=2r/d, (3.60)

h=2H/d, (3.61)

де r – відстань від геометричного центра розливу до об'єкта, що опромінюється, м.

Визначають коефіцієнт пропускання теплового випромінювання крізь атмосферу за формулою:

ψ =ехр [-7,010^-4(r-0,5d)]. (3.62)

Інтенсивність теплового випромінювання q, кВтм^-2, для “вогняної кулі” обчислюють за формулою (51).

Величину Е_f визначають на основі наявних експериментальних даних. Допускається приймати Е_f рівною 450 кВтм^-2.

Значення F_q обчислюють за формулою:

(3.63)

де:

• Н – висота центра “вогняної кулі”, м;

• D_s – ефективний діаметр “вогняної кулі”, м;

• r – відстань від об'єкта, що опромінюється, до точки на поверхні землі безпосередньо під центром “вогняної кулі”, м.

Ефективний діаметр “вогняної кулі” D_s, м, визначають за формулою:

D_s=5,33m^0,327, (3.64)

де m – маса горючої речовини, кг.

Значення Н визначають у ході спеціальних досліджень. Допускається приймати величину Н рівною D_s/2.

Час існування “вогняної кулі” t_s , с, визначають за формулою:

t_s=0,92m^0,303. (3.65)

Коефіцієнт пропускання теплового випромінювання крізь атмосферу ψ розраховують за формулою:

. (3.66)

Приклад типової задачі та її розв’язання.

Приклад 1.

У промисловій зоні із ЩЗО 23% на ВНО може відбутися вибух газу пропану у приміщенні газоконденсатного цеху, де зберігалось 300 т зрідженого пропану.

Визначити:

1. Можливий ступінь руйнувань будівель столярного цеху зі збірного залізобетону, що знаходиться на відстані 800 м від ВНО.

2. Можливу пожежну небезпеку після вибуху, якщо столярний цех має будівлю із вогнетривкістю несучих стін – 2 год, а перекриття – 0,75 год.

3. Ступінь можливих ушкоджень людей, які працюють у багатоповерховій будівлі столярного цеху.

Р

Вихідні дані:

а) Дані умови задачі:

γ = 23 %; m_Г = 300 т;

L = 800 м.

б) Табличні дані та

рекомендовані параметри

Третя зона ОГВ;

= 25 кПа; R_I = 117 м;

R_IІ = 199 м.

озв’язання:

Послідовність рішення задачі

1. Визначаємо за формулами (3.23) та (3.24) радіуси можливих зон у осередку газового вибуху (ОГВ).

За формулою (3.23)

м (< 800 м);

за формулою (24)

м (< 800 м),

тобто, наш об’єкт у разі аварії потрапляє у 3-ю зону ОГВ.

2. Знаходимо для 3-ї зони ОГВ за допомогою рис. 3.2 величину надлишкового тиску .

З рис. 3.2 для відстані L = 800 м та маси пропану 300 т, маємо: = 25 кПа.

3. З табл. 3.5 визначаємо, що будівля зі збірного залізобетону від повітряно-ударної хвилі (ПУХу) в осередку газового вибуху (ОГВ) із = 25 кПа отримає середні руйнування.

4. З табл. 3.6 визначаємо, якого характеру руйнування очікуються у разі аварії.

В категорії “середні” (табл. 3.5): руйнування даху, легких внутрішніх перегородок, в капітальних стінах з’являються тріщини. Пошкодження і деформація основних деталей, електропроводки, приладів автоматики, тріщини у трубопроводах.

5. Визначаємо категорію пожежної небезпеки виробництва.

З табл. 3.9 знаходимо, що столярний цех відноситься до категорії “В” пожежної небезпеки виробництва.

6. Визначаємо ступінь вогнестійкості будівлі цеху.

З табл. 3.3 знаходимо, що будівля із збірного залізобетону (матеріал неспалимий) з наведеним в умові задачі значенням границі вогнетривкості стін та перекриттів має ІІІ ступінь вогнетривкості.

7. Оцінюємо можливу пожежну обстановку на ділянці, де розташований столярний цех.

По табл. 3.7 визначаємо, що для виробництва категорії “В”, ІІІ ступеня вогнестійкості будівель, при надлишковому тиску = 25 кПа і щільності забудови об’єкту (ЩЗО) γ = 23% можна очікувати:

1. в перші 30 хв після вибуху окремі пожежі;

2. через 1–2 години після вибуху окремі пожежі можуть перерости у суцільну.

Висновок: після вибуху в районі столярного цеху очікуються окремі пожежі із подальшим переростанням їх у суцільну пожежу.

8. Оцінюємо ступінь ураження людей у будівлі цеху від надлишкового тиску (пряма дія) ПУХу.

Ударна хвиля проникає у приміщення крізь вибиті вікна і двері.

З табл. 3.8 визначаємо, що при = 25 кПа люди можуть отримати легкі травми.

9. Оцінюємо ступінь можливого ураження людей через непряму дію ПУХу.

В п. 3 розв’язання ми отримали, що будівля столярного цеху матиме середні руйнування. З характеристики цих руйнувань, що витікають із табл. 3.8, бачимо, що вибиття вікон і дверей, руйнування даху і пошкодження внутрішніх перегородок може викликати суттєві ураження персоналу через непрямі дії ПУХу.

Висновок: через пряму та непряму дії ПУХу виробничий персонал може отримати легкі травми та ушкодження уламками скла, елементами зруйнованих конструкцій і обладнання.

10. Підсумкова таблиця.

За результатами виконання п.п. 1 – 9 розв’язку задачі складаємо підсумкову таблицю проведеної оцінки можливих наслідків аварії на ВНО.

Таблиця 3.14.

Підсумкова таблиця проведеної оцінки можливих наслідків аварії на ВНО

Характеристика руйнувань						Пожежна обстанов-ка		Ступінь ураження робітників (мешканців селища)
Параметри зони руйнування в ОГВ	Елементи виробничого об’єкту		Ступінь руйнуван-ня
	№ з/п	Об’єкти
Радіус зони І: м.	1	Будівля		Середні		Окремі пожежі із переходом у суцільні.		Легкі травми та пошкодження уламками скла і елементами зруйнованихконструкцій (обладнання).
	2	Верстати		Слабкі
Радіус зони ІІ: м.	3	Трубопро-води		Слабкі
	4	Кабельні мережі		Слабкі
Надлишковий тиск ПУХу в зоні об’єкту = 25 кПа.
	5	Контрольно-вимірюваль-ні прилади		Сильні

11. Рекомендації, спрямовані на зменшення наслідків вибуху на наш виробничий об’єкт:

• порушити питання перед відповідними наглядовими органами про перенесення ВНО на більшу відстань, або зменшити запас вибухонебезпечної речовини, що зберігається.

• передбачити укладання необхідних договорів страхування ризиків та можливих втрат на випадок вибуху.

• укріпити конструкцію будівель додатковим установленням колон, ферм, підкосів тощо.

• змінити спосіб прокладання комунікацій, трубопроводи та кабельні лінії прокласти під землею.

• створити резерв контролю – вимірювальної апаратури.

• установити на вікнах захисні сітки, щоб розбите скло не потрапляло в приміщення цеху.