Построение полей опасных факторов пожара для различных сценариев его развития

Оценка опасных факторов пожара производится с помощью методов, приведенных в прил. к настоящему Пособию.

При этом согласно п.16 методики [1] для рассматриваемых сценариев развития пожароопасных ситуаций и пожаров учитываются следующие опасные факторы пожара:

- тепловое излучение при пожарах проливов и пожарах резервуаров по всей поверхности;

- избыточное давление и импульс волны давления при сгорании паровоздушного облака в открытом пространстве;

- расширяющиеся продукты сгорания при реализации пожара-вспышки.

Количественная оценка массы горючих веществ, поступающих в окружающее пространство в результате возникновения пожароопасных ситуаций

Количество поступившего в окружающее пространство горючего продукта (бензина) при реализации пожароопасных ситуаций, связанных с разгерметизацией резервуаров и трубопроводов рассматриваемого парка, определялось, исходя из следующих предпосылок.

1. Принималось, что разгерметизация трубопроводов парка (для всех типов утечек) и разгерметизация каждого из двух резервуаров (для всех типов утечек, кроме полного разрушения) приводит истечению всего содержимого в соответствующем резервуаре (питаемый разгерметизировавшимся трубопроводом резервуар или разгерметизировавшийся резервуар) бензина с образованием пролива, ограниченного обвалованием (ограждением) парка. При расчете количества испарившегося с поверхности пролива бензина для указанных пожароопасных ситуаций площадь поверхности испарения ( ) консервативно оценивалась площадью внутри обвалования (ограждения) парка и принималась равной 7000 м².

2. Площадь пролива бензина за пределами обвалования (ограждения) парка в случае полного разрушения резервуара с переливом части бензина через обвалование (ограждение) парка оценивалась в соответствии с п.5 прил. 4 к настоящему Пособию следующим образом.

Высота обвалования парка составляет: а = 3,5 м.

Начальная высота столба жидкости в резервуаре (h₀) определялась как отношение объема хранимого в резервуаре бензина (V_рез. = 10000 м³) к площади днища резервуара (диаметр резервуара: D_рез. = 34,2 м). Таким образом,

= 10,9 м.

Значение параметра а/h₀ составляет 0,32.

Доля перелившегося через обвалование (ограждение) бензина определялась по рис. П4.3 прил. 4 (кривая - 1) и была принята равной 38%. Таким образом, количество перелившегося через обвалование (ограждение) парка бензина составляет: V_{бен.перелив.} = 10000∙0,38 = 3800 м³.

Площадь пролива указанного выше количества бензина за пределами обвалования (ограждения) парка ( ) рассчитывалась по формуле (П4.27) прил. 4. Коэффициент разлития ( ) принимался равным 20 м^-1.

= ∙V_{бен.перелив.} = 20∙3800 = 76000 м².

Обвалование (ограждение) парка имеет форму прямоугольника, периметр которого составляет = 350 м. При определении формы форма пролива бензина за пределами обвалования (ограждения) парка принималось, что перелившееся через обвалование (ограждение) парка количество распределено вдоль всего ограждения в полосе шириной , м (рис. 3.2.4).

Рис. 3.2.4. Схема к определению формы пролива бензина
за пределами обвалования ограждения парка

Ширина , м, определяется уравнением:

∙ + = .

Следовательно, ширина Х составляет:

= = 109,5 м

3. При расчете количества испарившегося с поверхности пролива бензина для пожароопасных ситуаций, связанных с полным разрушением резервуара и переливом части бензина через обвалование (ограждение) парка, площадь поверхности испарения принималась равной: = + = 7000 + 76000 = 83000 м².

4. Продолжительность испарения с поверхности пролива бензина для всех пожароопасных ситуаций, связанных с разгерметизацией резервуаров или трубопроводов парка, консервативно принималась: = 3600 с (п.6 е) прил. №4).

Ниже приведены результаты расчета массы паров бензина поступивших в атмосферу в результате испарения с поверхности рассматриваемых проливов бензина.

Давление насыщенного пара бензина при расчетной температуре составляет:

= = = 39,3 кПа.

Молярная масса бензина М = 95,3 кг/кмоль.

Согласно п.26 прил. 4 интенсивность испарения бензина определяется по формуле:

= = = 3,84∙10^-4 кг/(м²∙с).

Таким образом, масса паров бензина поступивших в атмосферу в результате испарения с поверхности рассматриваемых проливов бензина составляет:

– для пролива бензина в пределах обвалования (ограждения парка):

= ∙ ∙ = 7000∙3,84∙10^-4∙3600 = 9677 кг;

– для случая пролива в результате полного разрушения резервуара с переливом части бензина через обвалование (ограждение) парка:

= ∙ ∙ = 83000∙3,84∙10^-4∙3600 = 114700 кг.

Расчет интенсивности теплового излучения рассматриваемых пожаров

Интенсивность теплового излучения пожаров для рассматриваемых сценариев развития пожароопасных ситуаций и пожаров, связанных с возникновением пожаров пролива бензина и пожаров резервуаров хранения бензина по всей поверхности, рассчитывалась по методу, приведенному в разделе VI прил. 4 и позволяющему рассчитывать интенсивность теплового излучения ( ) пожара пролива заданного горючего продукта с очагом (проливом) заданной площади ( ) на различных расстояниях от очага пожара.

Для сценариев развития пожароопасных ситуаций и пожаров, связанных с возникновением пожаров: пожар пролива в обваловании (ограждении) парка без возникновения вторичных пожаров, пожар пролива в обваловании (ограждении) парка с возникновением вторичных пожаров резервуаров №1 и/или №2, пожар резервуара №1 или №2 парка по всей поверхности с возникновением вторичного пожара соседнего резервуара, при расчете интенсивности теплового излучения пожаров площадь очага пожара (площадь пролива) принималась равной площади внутри обвалования (ограждения) парка ( = 7000 м²), то есть при определении площади очага пожара площадь, занимаемая не участвующими в пожаре резервуарами, консервативно (оценка сверху площади очага) рассматривалась как часть площади очага пожара.

Для сценариев развития пожароопасных ситуаций и пожаров, связанных с пожарами пролива бензина в обваловании (ограждении) парка и пролива перелившегося через обвалование (ограждение) бензина как без возникновения вторичных пожаров, так и с возникновением вторичных пожаров, при расчете интенсивности теплового излучения пожаров площадь очага пожара (площадь пролива) консервативно (оценка сверху площади очага) принималась равной площади , то есть принималась равной = 83000 м².

Площадь очага пожара (площадь пролива) в случае пожара резервуара (диаметр резервуаров №1 и №2 – 34,2 м) по всей поверхности принималась равной:

= = = 918,6 м².

Результатом расчета интенсивности теплового излучения пожара для соответствующего сценария является получение зависимости интенсивности теплового излучения от расстояния до очага пожара, таким образом, для расчета интенсивности теплового излучения целесообразно использование вычислительной техники и соответствующих программных продуктов, позволяющих определять и хранить в памяти указанные зависимости для каждого из рассматриваемых сценариев.

Для демонстрации расчета интенсивности теплового излучения пожара, проведенного в соответствии с разделом VI прил. 4, ниже приведен расчет интенсивности теплового излучения пожара пролива бензина площадью (пожар резервуара по всей поверхности) в точке, расположенной на расстоянии = 20 м от границы очага пожара.

Эффективный диаметр пролива рассчитывается в соответствии с формулой (П4.60) прил. 4:

= = = 34,2 м.

Удельная массовая скорость выгорания бензина согласно таблице П4.4 прил. 4 принималась равной: = 0,06 кг/(м²∙с).

Плотность окружающего воздуха при расчетной температуре = 1,15 кг/м³, ускорение свободного падения = 9,81 м/с².

Высота пламени определяется по формуле (П4.61) прил. 4:

= = = 40,2 м.

Расстояние от геометрического центра пролива до облучаемого объекта:

= +0,5∙ = +0,5∙34,2 = 37,1 м.

Параметры , , , , определяющиеся соответственно формулами (П4.59), (П4.58), (П4.57), (П4.56) прил. 4 составляют:

= = = 2,35;

= = = 2,17;

= = = 1,32;

= = = 2,59.

Значение фактора облученности для вертикальной площадки ( ), определяемое формулой (П4.54) прил. 4, составляет:

=
= = 0,218.

Значение фактора облученности для горизонтальной площадки ( ), определяемое формулой (П4.55) прил. 4, составляет:

=
= 0,116.

Угловой коэффициент облученности определяется по формуле (П4.53) прил. 4:

= = = 0,247.

Коэффициент пропускания атмосферы определяется по формуле (П4.62) прил. 4:

= = = 0,986.

Среднеповерхностная интенсивность теплового излучения пламени принимается в соответствии с таблицей П4.4 прил. 4. Для рассматриваемого случая (диаметр пролива (очага пожара) – 34,2 м) находится методом линейной интерполяции приведенных в указанной таблице значений по значениям для диаметров очага 30 м и 40 м и составляет: = 32,06 кВт/м².

Таким образом, интенсивность теплового излучения пожара пролива бензина площадью (пожар резервуара по всей поверхности) в точке, расположенной на расстоянии 20 м от границы очага пожара, согласно формуле (П4.52) составляет:

= ∙ ∙ = 32,06∙0,247∙0,986 = 7,8 кВт/м².

Аналогичным образом были получены зависимости интенсивности теплового излучения пожаров для рассматриваемых сценариев развития пожароопасных ситуаций и пожаров, связанных с возникновением пожаров пролива бензина и пожаров резервуаров хранения бензина по всей поверхности, от расстояний до очага пожара. Графики указанных зависимостей приведены не рис. 3.2.5.

Рис. 3.2.5. Зависимости интенсивности теплового излучения
пожара пролива бензина от расстояния до очага пожара,
при площади очага:

- кривая 1, - кривая 2, - кривая 3

Расчет максимальных горизонтальных размеров взрывоопасных зон.

Расчет горизонтальных размеров взрывоопасных зон, образующихся в результате испарения бензина с поверхности рассматриваемых проливов бензина: пролив бензина в пределах обвалования (ограждения парка) и пролива в результате полного разрушения резервуара с переливом части бензина через обвалование (ограждение) парка, производился в соответствии с разделом III прил. 4.

Плотность паров бензина при расчетной температуре определялась по формуле (П4.29) прил. 4 и составляет:

= = = 3,744 кг/м³.

Горизонтальный размер взрывоопасной зоны, отсчитываемый от границы пролива, рассчитывался по формуле (П3.34) и составляет:

– горизонтальный размер взрывоопасной зоны, образующейся в результате испарения с поверхности пролива бензина в пределах обвалования (ограждения парка):

= =

= = 222 м;

– горизонтальный размер взрывоопасной зоны, образующейся в результате испарения с поверхности пролива в результате полного разрушения резервуара с переливом части бензина через обвалование (ограждение) парка:

= =

= = 503 м.

Определение параметров волны давления при сгорании
паровоздушного облака

Расчет зависимости параметров волны давления (избыточное давление и импульс) при сгорании паровоздушных облаков, образующихся в результате испарения бензина с поверхности рассматриваемых проливов бензина: пролив бензина в пределах обвалования (ограждения парка) и пролива в результате полного разрушения резервуара с переливом части бензина через обвалование (ограждение) парка, от расстояния производился в соответствии с разделом IV прил. 4.

Результатом определения параметров волны давления при сгорании паровоздушного облака для соответствующего сценария является получение зависимости избыточного давления и импульса волны давления от расстояния до центра облака, таким образом, для расчета параметров волны давления при сгорании паровоздушного облака целесообразно использование вычислительной техники и соответствующих программных продуктов, позволяющих определять и хранить в памяти указанные зависимости для каждого из рассматриваемых сценариев.

Для демонстрации расчета параметров волны давления при сгорании паровоздушного облака, проведенного в соответствии с разделом IV прил. 4, ниже приведен расчет избыточного давления и импульса волны давления при сгорании паровоздушного облака, образовавшегося в результате испарения бензина с поверхности пролива бензина в пределах обвалования (ограждения парка) с поступлением в атмосферу массы паров бензина = 9677 кг, в точке, расположенной на расстоянии 200 м от обвалования (ограждения) парка.

По классификации веществ, способных к образованию горючих смесей с воздухом, бензин в соответствии с таблицей П4.1 прил. 4 относится к классу 3. Характер загроможденности окружающего пространства для резервуарного парка в соответствии с п.15 прил. 4 соответствует классу III. Таким образом, согласно таблице П4.3 прил. 4 ожидаемый режим сгорания паровоздушного облака – дефлаграция, скорость фронта пламени 150-200 м/с.

Видимая скорость фронта пламени , определяется для рассматриваемого режима по формуле (П4.37) прил. 4 и составляет:

= = = 198,5 м/с.

Полученная величина не превосходит максимальной скорости, соответствующей данному классу (200 м/с), следовательно, принимается = 200 м/с.

Обвалование (ограждение) парка имеет прямоугольную форму (62 м×113 м). Центр облака совпадает с геометрическим центром пролива – центром обвалования ограждения парка. Расстояние от рассматриваемой точки до центра облака принималось равным сумме расстояния до обвалования (200 м) и полуширины обвалования (ограждения) парка (31 м). Таким образом, расстояние от центра облака принималось равным = 231 м.

Корректировочный параметр в соответствии с таблицей П4.2 прил. 4 для бензина равен = 1. Удельное энерговыделение , определяемое в соответствии с п.14 прил. 4, составляет:

= ∙ = 1∙44 = 44 МДж/кг.

Величина энергозапаса определялась по формуле (П4.36) прил. 4 с учетом удвоения энергозапаса в соответствии с п. 11 прил. 4 в связи с характером расположения облака. При этом консервативно принималось, что во взрыве участвует вся масса горючего вещества, содержащегося в облаке.

= ∙ ∙10⁶∙2 = 8,516∙10¹¹ Дж.

Атмосферное давление = 101300 Па.

Безразмерное расстояние от центра облака , определяемое по формуле (П4.39) прил. 4, составляет:

= = = 1,136.

Степень расширения продуктов сгорания для паровоздушной смеси в соответствии с п. 20 прил. 4 принималась равной = 7.

Скорость звука принималась равной = 340 м/с.

Величина безразмерного давления рассчитывается по формуле (П4.44) прил. 4 и составляет:

= = = 0,185.

Параметр , определяемый по формуле (П4.46) прил. 4, составляет:

= = = 0,504.

Величина безразмерного импульса фазы сжатия рассчитывается по формуле (П4.45) прил. 4 и составляет:

= =

= = 0,024.

Величина избыточного давления рассчитывается по формуле (П4.42) прил. 4 и составляет:

= ∙ = 0,185∙101300 = 1,87∙10⁴ Па.

Величина импульса фазы сжатия рассчитывается по формуле (П4.43) прил. 4 и составляет:

= = = 1435 Па∙с.

Аналогичным образом были получены зависимости избыточного давления и импульса фазы сжатия волны давления при сгорании паровоздушного облака для рассматриваемых сценариев развития пожароопасных ситуаций и пожаров, связанных со взрывом паровоздушного облака, от расстояний до обвалования (ограждения) парка.

График зависимости избыточного давления в волне давления от расстояния до обвалования (ограждения) парка при взрыве паровоздушного облака, образовавшегося в результате испарения с поверхности пролива бензина в пределах обвалования (ограждения) парка (масса паров = 9677 кг), приведен на рис. 3.2.6.

Рис. 3.2.6. Зависимость избыточного давления в волне давления от расстояния до обвалования (ограждения) парка (масса паров 9677 кг)

График зависимости избыточного давления в волне давления от расстояния до обвалования (ограждения) парка при взрыве паровоздушного облака, образовавшегося в результате испарения с поверхности пролива в результате полного разрушения резервуара с переливом части бензина через обвалование (ограждение) парка (масса паров = 114700 кг), приведен на рис. 3.2.7.

График зависимости импульса фазы сжатия в волне давления от расстояния до обвалования (ограждения) парка при взрыве паровоздушного облака, образовавшегося в результате испарения с поверхности пролива бензина в пределах обвалования (ограждения) парка (масса паров = 9677 кг), приведен на рис. 3.2.8.

График зависимости импульса фазы сжатия в волне давления от расстояния до обвалования (ограждения) парка при взрыве паровоздушного облака, образовавшегося в результате испарения с поверхности пролива в результате полного разрушения резервуара с переливом части бензина через обвалование (ограждение) парка (масса паров = 114700 кг), приведен на рис. 3.2.9.

Рис. 3.2.7. Зависимость избыточного давления в волне давления от расстояния до обвалования (ограждения) парка (масса паров 114700 кг)

Рис. 3.2.8. Зависимость импульса фазы сжатия в волне давления от расстояния до обвалования (ограждения) парка (масса паров 9677 кг)

Рис. 3.2.9. Зависимость импульса фазы сжатия в волне давления от расстояния до обвалования (ограждения) парка (масса паров 114700 кг)