В пограничном слое над поверхностью ЛВЖ в РВС при воздействии солнечной радиации

После захода солнца, а также в несолнечные дни температура поверхностного слоя стремится к температуре основной массы ЛВЖ, так как она имеет большой тепловой эквивалент. Температуру основной массы ЛВЖв резервуаре принимают равной среднемесячной температуре окружающего воздуха.

Существует несколько расчетных методов определения максимальной температуры поверхностного слоя ЛВЖ в резервуаре, разработанных в области расчета потерь нефти и бензинов от испарения из резервуаров. Они могут быть удачно использованы для решения вопросов пожарной безопасности. Один из методов расчета основан на решении уравнения Фурье при синусоидальном изменении температуры на поверхности полубесконечного тела.

Расчетная формула имеет вид

, (2.3)

где q_л - тепловая нагрузка на резервуар от солнечной радиации, Вт∙м^-2;

α _w-f - коэффициент теплоотдачи в сложном лучисто-конвективном теплообмене от оболочки, ограничивающей газовое пространство резервуара, в окружающий воздух, Вт∙м^-2∙К^-1;

α_п.w-ж - приведенный коэффициент теплоотдачи от оболочки, ограничивающей газовое пространство резервуара, к поверхностному слою ЛВЖ, Вт∙м^-2∙К^-1;

α_{w - ж} - коэффициент теплоотдачи излучением от оболочки, ограничивающей газовое пространство резервуара, к ЛВЖ, Вт∙м^-2∙К^-1;

α_п-ж - коэффициент теплоотдачи от паровоздушной смеси к поверхностному слою ЛВЖ, Вт∙м^-2∙К^-1;

t_f-max - максимальная среднемесячная температура окружающего воздуха, ^oC;

t_f - среднемесячная температура окружающего воздуха, ^oС;

m_ж - показатель температурного поля в поверхностном слое ЛВЖ, м^-1;

λ _ж - коэффициент теплопроводности ЛВЖ, Вт∙м^-1∙К^-1;

α_w-п - коэффициент теплоотдачи в сложном лучисто-конвективном теплообмене от оболочки, ограничивающей газовое пространство резервуара, к паровоздушной смеси, Вт∙м^-2∙К^-1;

f_ж - площадь зеркала ЛВЖ в резервуаре, м²;

f_об - площадь оболочки, ограничивающей газовое пространство резервуара, м²;

t _ж - температура основной массы ЛВЖ, ^oС.

Допускается принимать в расчете следующие значения коэффициентов:

· λ_ж = 0,11 Вт∙м^-1∙К^-1;

· α_w-f = 10,7 Вт∙м^-2∙К^-1;

· α_п.w-ж = 0,73 Вт∙м^-2∙К^-1;

· α_п-ж = 5,3 Вт∙м^-2∙К^-1;

· α_w-ж = 5,3 Вт∙м^-2∙К^-1;

· α_w-п = 2,5 Вт∙м^-2∙К^-1.

Остальные величины определяют по следующим формулам:

· максимальная среднемесячная температура окружающего воздуха

t_f-max = t_f + Dt_f-mах/2. (2.4)

Температуру основной массы ЛВЖ t_ж в резервуаре принимают равной среднемесячной температуре окружающего воздуха (t_f). Значения температуре окружающего воздуха и максимальной амплитуды колебаний температуры окружающего воздуха (Dt_f-mах) определяют по СНиП «Строительная климатология).

· площадь зеркала испарения ЛВЖ в резервуаре

f_ж = π d_р²/4, (2.5)

где d_р - диаметр резервуара, м;

· площадь оболочки, ограничивающей газовое пространство резервуара

f_об = f_ж + π d_р (h_р – h_ж), (2.6)

где h_р - высота резервуара, м; h_ж - высота (уровень) взлива ЛВЖ в резервуаре, м;

· площадь оболочки, м², ограничивающей газовое пространство резервуара, на которую воздействует солнечная радиация, определяют как аппроксимацию на плоскость, перпендикулярную направлению солнечных лучей:

f_л = d_р (h_р –h_ж ) sin (ψ – ξ) + f_ж cos (ψ – ξ), (2.7)

где ψ - географическая широта местности, ^o; ξ - усредненное значение расчетного склонения солнца, ^o;

· усредненное значение расчетного склонения солнца для текущего месяца определяется годовым ходом изменения склонения солнца, соответствующим схеме движения земного шара по орбите вокруг Солнца

ξ = 22,7 sin (295 - 30 №_м), (2.8)

где №_м – порядковый номер месяца года;

· плотность падающего теплового потока от Солнца на площадку, нормальную к направлению солнечных лучей (формула Бугера-Бертрана),

, (2.9)

где 1325 - солнечная постоянная, Вт∙м^-2; ρ_ат - коэффициент прозрачности атмосферы (допускается принимать равным 0,7);

· тепловая нагрузка на резервуар от солнечной радиации, Вт∙м^-2

q_л = ε_w q_с f _л / f_об. (2.10)

Степень черноты оболочки резервуара ε_w, окрашенной алюминиевой краской годичной давности, допускается принимать равной 0,7;

· показатель температурного поля в поверхностном слое ЛВЖ, м^-1

(2.11)

где ρ_ж - плотность жидкости, кг∙м^-3; с_ж - теплоемкость жидкости, Дж∙кг^–1∙К^–1 (при отсутствии справочных данных допускается принимать равной
2000 Дж∙кг^–1∙К^–1).

Продолжительность светового дня τ_дн в №-_м месяце целесообразно принять по справочным данным для соответствующей географической широты местности. Допускается использовать следующую приближенную формулу

τ_дн = 11,9 + 5,7 sin (267 - 27 №_м). (2.12)

По модели синусоидального изменения температур (рис. 2.3) не представляет труда определить продолжительность периода существования взрывоопасной концентрации внутри РВС при хранении ЛВЖ

, (2.13)

где , рад;

t_нп - нижний температурный предел распространения пламени, ^оС;

t_ж - температура основной массы ЛВЖ, ^оС;

t_п.сл-max - максимальная температура поверхностного слоя ЛВЖ; ^оС.

Прежде чем определять значение τ_вок, следует проанализировать значение θ.

При:

· θ >1 - φ_вок внутри системы не образуются, так как t_п.сл-max < t_нп (см. рис. 2.2 «а»);

· θ<0 - φ_вок будут существовать в течение суток, так как t_ж > t_нп (см. рис. 2.2 «в»);

· 0 < θ < 1 - (см. рис. 2.2 «б») значение τ_вок определяют по формуле (2.13).

Уровень взрывоопасности технологической системы «РВС – ЛВЖ» в i-м месяце определяют из соотношения

, (2.14)

где N_с.дн и N_дн - число безоблачных дней и число дней в месяце соответственно.