Истечение сжатого газа

3. Массовая скорость истечения сжатого газа из резервуара определяется по формулам [1]:

- докритическое истечение:

при ; (П4.11)

; (П4.12)

- сверхкритическое истечение:

при ; (П4.13)

, (П4.14)

где G – массовый расход, кг/с; P_a – атмосферное давление, Па; P_V – давление газа в резервуаре, Па; g – показатель адиабаты газа; А_hol – площадь отверстия, м²; μ – коэффициент истечения (при отсутствии данных допускается принимать равным 0,8); r_V– плотность газа в резервуаре при давлении P_V,кг/м³.

Истечение сжиженного газа
из отверстия в резервуаре

4. Массовая скорость истечения паровой фазы G_V (кг/с) определяется по формуле [1]:

, (П4.15)

где μ – коэффициент истечения; А_hol – площадь отверстия, м²; Р_с – критическое давление сжиженного газа, Па; М – молярная масса, кг/моль; R – универсальная газовая постоянная, равная 8,31 Дж/(К × моль); Т_с– критическая температура сжиженного газа, К; Р_R = Р_V/Р_с – безразмерное давление сжиженного газа в резервуаре; Р_V – давление сжиженного газа в резервуаре, Па.

Массовую скорость истечения паровой фазы можно также определять по формулам (П4.11)–(П4.14).

Массовая скорость истечения жидкой фазы G_L (кг/с) определяется по формуле:

, (П4.16)

где r_L– плотность жидкой фазы, кг/м³; r_V– плотность паровой фазы, кг/м³; T_R = Т/Т_с– безразмерная температура сжиженного газа; Т – температура сжиженного газа в резервуаре, К.

Растекание жидкости
при квазимгновенном разрушении резервуара

5. Под квазимгновенным разрушением резервуара следует понимать внезапный (в течение секунд или долей секунд) распад резервуара на приблизительно равные по размеру части. При такой пожароопасной ситуации часть хранимой в резервуаре жидкости может перелиться через обвалование.

Ниже представлена математическая модель, позволяющая оценить долю жидкости, перелившейся через обвалование при квазимгновенном разрушении резервуара [1].

Приняты следующие допущения:

- рассматривается плоская одномерная задача;

- время разрушения резервуара намного меньше характерного времени движения гидродинамической волны до обвалования;

- жидкость является невязкой;

- трение жидкости о поверхность земли отсутствует;

- поверхность земли является плоской, горизонтальной.

Система уравнений, описывающих движение жидкости, имеет вид

, (П4.17)

где h – высота столба жидкости над фиксированным уровнем, м; h_G – высота подстилающей поверхности над фиксированным уровнем, м; и – средняя по высоте скорость движения столба жидкости, м/с; х – координата вдоль направления движения жидкости, м; t – время, с; g – ускорение свободного падения, g = 9,81, м/с².

Граничные условия с учетом геометрии задачи (рис. П4.2) имеют вид:

(П4.18)

(П4.19)

(П4.20)

, (П4.21)

где а – высота обвалования.

Массовая доля жидкости Q (%), перелившейся через обвалование к моменту времени Т,определяется по формуле:

, (П4.22)

где u_N – средняя по высоте скорость движения столба жидкости при х = b,м/с; h_N – высота столба жидкости при х = b, м; h₀ – начальная высота столба жидкости в резервуаре, м; R – ширина резервуара, м.

Рис. П4.2. Типичная картина движения жидкости в обваловании
при квазимгновенном разрушении резервуара:

уровень начального столба жидкости;

уровень жидкости в промежуточный момент времени
(результаты расчета)

График расчетной и экспериментальной зависимостей массовой доли перелившейся через обвалование жидкости Q от параметра a/h₀представлен на рис. П4.3.

Рис. П4.3. Зависимость доли перелившейся через обвалование
жидкости Q от параметра а/h0:

1 – расчет; 2 – эксперимент

Также для оценки массы перелившейся через обвалование жидкости ожжет быть оценено по следующей формуле:

, (П4.22.1)

где и - соответственно, масса пролитой и перелившейся жидкости, кг.

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

6. Количество поступивших в окружающее пространство горючих веществ, которые могут образовать взрывоопасные газопаровоздушные смеси или проливы горючих сжиженных газов, легковоспламеняющихся и горючих жидкостей на подстилающей поверхности, определяется исходя из следующих предпосылок:

а) происходит расчетная авария одного из резервуаров (аппаратов) или трубопровода;

б) все содержимое резервуара (аппарата, трубопровода) или часть продукта (при соответствующем обосновании) поступает в окружающее пространство. При этом в случае наличия на объекте нескольких аппаратов (резервуаров) расчет следует проводить для каждого резервуара (аппарата);

в) при разгерметизации резервуара (аппарата) происходит одновременно утечка веществ из трубопроводов, питающих резервуар по прямому и обратному потоку в течение времени, необходимого для отключения трубопроводов. Расчетное время отключения трубопроводов определяется в каждом конкретном случае исходя из реальной обстановки и должно быть минимальным с учетом паспортных данных на запорные устройства и их надежности, характера технологического процесса и вида расчетной аварии.

При отсутствии данных допускается расчетное время отключения технологических трубопроводов принимать равным:

- времени срабатывания системы автоматики отключения трубопроводов согласно паспортным данным установки, если вероятность отказа системы автоматики не превышает 0,000001 в год или обеспечено резервирование ее элементов;

- 120 с, если вероятность отказа системы автоматики превышает 0,000001 в год и не обеспечено резервирование ее элементов;

- 300 с при ручном отключении;

г) в качестве расчетной температуры при пожароопасной ситуации с наземно расположенным оборудованием допускается принимать максимально возможную температуру воздуха в соответствующей климатической зоне, а при пожароопасной ситуации с подземно расположенным оборудованием – температуру грунта, условно равную максимальной среднемесячной температуре окружающего воздуха в наиболее теплое время года;

д) длительность испарения жидкости с поверхности пролива принимается равной времени ее полного испарения, но не более 3600 с. Для проливов жидкости до 20 кг время испарения допускается принимать равным 900 с.

Допускается использование показателей пожаровзрывоопасности для смесей веществ и материалов по наиболее опасному компоненту.