Взрыв газопаровоздушной смеси.

!!!!!материал из презентаций!!!!!

!!!!материал из методички!!!!

Одной из наиболее серьезных опасностей пожаровзрывоопасных производств является газопаровое облако, которое образуется при мгновенном разрушении резервуаров хранения или испарении разлитых жидкостей.

Образование газопарового облака может привести к появлению трех типов опасностей:

• взрыву газопаровоздушной смеси;

• крупному пожару;

• токсическому воздействию.

Смесь углеводородных продуктов (метана, этилена, пропана, паров бензина, циклогексана и др.) с кислородом воздуха называется газопаровоздушной смесью (ГПВС). Эта смесь может либо взрываться либо воспламеняться. Воспламеняемость и взрываемость тесно связаны друг с другом и поэтому трудно предсказать, что произойдет при воспламенении

ГПВС - взрыв или пожар, так как это зависит от определенной концентрации углеводородов в объеме воздуха. Данное свойство ГПВС определяется концентрационными пределами воспламенения рассматриваемого вещества и характеризуется количеством газа в 1м3 воздуха, при котором возможно воспламенение газовоздушной смеси. Так, например, возгорание смеси пропана с воздухом происходит при наличии в 1м3 воздуха не менее 95 л газа, а взрываемость при значительно меньших концентрациях: в 1м3 воздуха не более 21 л пропана.

При аварийных взрывах ГПВС размеры зон разрушений и параметры избыточного давления ВУВ зависят от количества взрывоопасного вещества и его физико-химических свойств. Физико-химические характеристики наиболее распространенных газо- и паровоздушных смесей, образующихся при авариях в химической и нефтехимической промышленности,приведены в табл. 2.1.

При взрыве газо- или паровоздушной смеси образуется воздушная ударная волна.

Территория, подвергшаяся воздействию ударной волны, называется очагом взрыва. Его внешняя граница проходит через точки на местности с избыточным давлением во фронте ВУВ ΔРф = 3 кПа. В очаге взрыва ГПВС принято выделять следующие круговые зоны, рис.2.1.

В пределах зоны ВУВ, с целью прогнозирования последствий взрыва, выделяют зоны разрушений.

Зона полных разрушений - ΔРф =100 кПа, 100% безвозвратных потерь среди населения, полное разрушение зданий и сооружений. Зона сильных разрушений - ΔРф =70 кПа, до 90% безвозвратных потерь среди незащищенного населения, полное и сильное разрушение зданий и сооружений.

Зона средних разрушений - ΔРф =30 кПа, до 20% безвозвратных потерь

среди незащищенного населения, среднее и сильное разрушение зданий и

сооружений.

Зона слабых разрушений - ΔРф =15 кПа, слабое и среднее разрушение зданий и сооружений.

Зона расстекления зданий и сооружений - ΔРф =3 кПа. Внешняя граница данной зоны определяет безопасное эвакуационное расстояние.

29. Оценка инженерной обстановки при детонационныхвзрывах ГПВС

Характер воздействия ВУВ на человека, здания и сооружения зависит от типа взрыва. Различают два основных типа - детонационный и дефлаграционный взрывы. Поэтому при прогнозировании последствий аварий на пожаровзрывоопасных объектах необходимо предварительно идентифицировать наиболее вероятный режим взрывного превращения ГПВС.

Детонационный взрыв характерен прежде всего для твердых ВВ (тротила, динамита и т.д.) и ГПВС газообразных углеводородов в замкнутом или сильно “загроможденном” пространстве (промзастройка с высокой плотностью размещения технологического оборудования, лес, заросший кустарником и т.п.). Детонационный взрыв в облаке ГПВС в “открытом” пространстве возможен только при истечении в атмосферу ацетилена и

водорода, а также при образовании смесей кислорода с газообразными углеводородами.

При детонации процесс горения распространяется по веществу со сверхзвуковой скоростью и после окончания детонации от границы облака взрыва также со сверхзвуковой скоростью начинает двигаться воздушная ударная волна и формируется очаг взрыва с характерными зонами разрушений. В очаге взрыва в открытой атмосфере можно выделить две зоны:

детонации (детонационной волны) и распространения (действия) ударнойволны.

Определение размеров зон разрушений и избыточного давления ВУВ на расстоянии ri от места взрыва ГПВС проводится в следующей последовательности:

1. Определяется радиус зоны детонации волны r0

(формула из методички ЧС, стр.15)

где Qn –количество вещества (в тоннах), разливающегося или вытекающе-

го из разгерметизированной ёмкости (хранилища);

χ – коэффициент, характеризующий объём газов или паров вещества,

переходящих в стехиометрическую смесь (по данным различных

источников, он может изменяться для сжиженных под давлением

газов от 0.4 до 0.6);

k –эмпирический показатель, позволяющий учитывать различные ус-

ловия возникновения взрыва, включая некоторые энергетические

характеристики газопаровоздушной смеси, состояние атмосферы,

форму облака, мощность (энергию) источника воспламенения и

место его инициирования, другие особенности развития аварий-

ной ситуации. При экспресс-оценке k принимается равным 18,5.

2. Определяется отношение ri/r0.

3. По табл. 2.6 определяется величина избыточного давления ΔРф, кПа

на расстоянии ri, м от места взрыва.

Пользуясь данными табл.2.6, при известных (вычисленных по приведенной выше формуле) значениях радиуса зоны детонации (r0) и максимальных значениях избыточного давления для различных веществ, взятых из табл.2.1, можно определить радиусы зон с расчетными значениями избыточного давления на внешних границах этих зон. Например, при взрыве

пропано-воздушной смеси, образовавшейся в результате разгерметезации емкости с десятью тоннами сжиженного пропана, радиус зоны детонации будет равен:

(формула из методички ЧС, стр.15)

Максимальное давление в зоне детонации ΔPmax=900 кПа. По табл.2.6

(вторая строка сверху) получим: давление ΔPф=100 кПа соответствует от-

ношению rl/r0=1.8. Тогда радиус зоны полных разрушений (при r0=33м) бу-

дет равен 33·1,8 = 59,4 м.

29. Оценка инженерной обстановки при дефлаграционных взрывах ГПВС

В облаках ГПВС, сформировавшихся в “открытом” или слабо “загроможденном” пространстве, наиболее вероятен режим дефлаграционного горения углеводородных газов без эффекта детонации.

При дефлаграционных взрывах скорость распространения пламени по веществу меньше звуковой и может изменяться в широких пределах. Характер изменения избыточного давления при таком взрыве иной, чем при детонации: его нарастание происходит медленнее и максимальное давление меньше, но продолжительность действия больше. Такое нагружение ближе к статическому и может оказаться опаснее для строительных конструкций, чем более интенсивная, но кратковременная нагрузка при детонационном взрыве.

Определение размеров зон разрушений и избыточного давления ВУВ на расстоянии ri от места взрыва ГПВС проводится в следующей последо-вательности:

1. Определяется режим взрывного превращения облака ГПВС (параграф 2.1.1).

2. Определяется избыточное давление во фронте воздушной ударной

волны на расстоянии L от центра взрыва.

Избыточное давление во фронте воздушной ударной волны на расстоянии L от центра взрыва равно:

(формула из методички ЧС, стр.16)

Максимальное избыточное давление РMAX не зависит от количества

взрывающегося вещества и определяется зависимостью:__

(формула из методички ЧС, стр.17)

где а0 - скорость звука в воздухе (а0 = 340 м/с);

ω - скорость распространения пламени (табл. 2.5).

Радиус облака сгоревших газов при дефлаграционном взрыве LH оп-

ределяется следующей зависимостью:

(формула из методички ЧС, стр.17)

где σ - степень расширения сгоревших газов;

G - масса вещества, участвующего во взрыве, т;

χ - коэффициент, зависящий от вида и способа хранения вещества,

определяется по табл. 2.7;

μ - молекулярная масса вещества (табл. 2.1);

СНПВ- нижний концентрационный предел воспламенения смеси, об.%,

(табл.2.1);

ССТХ - удельная концентрация стехиометрической смеси, об.%, (табл.2.1).

Расстояние от центра взрыва до точки с избыточным давлением ΔP

определяется из следующего выражения:

(формула из методички ЧС, стр.17)