Как рассчитывается интенсивность теплового излучения огненного шара
Перейти к содержимому

Как рассчитывается интенсивность теплового излучения огненного шара

  • автор:

Как рассчитывается интенсивность теплового излучения огненного шара

Возникновение «огненного шара» (ОШ) является одним из возможных сценариев развития аварий на емкостном оборудовании, содержащем горючие вещества.

Поражающее воздействие ОШ характеризуется интенсивностью теплового излучения (q) кВт/м 2 и дозой теплового излучения (Q) кДж/м 2 . Определение параметра q необходимо для оценки поражающего воздействия «огненного шара» и определения вероятности поражения человека на любом (заданном) расстоянии от «центра ОШ» (При выполнении расчетов за «центр ОШ» можно принимать место расположения аварийного оборудования).

Расчет параметров ОШ, при возникновении аварийных ситуаций, необходимо выполнять в разделе ГО ЧС, паспортах безопасности, декларациях промышленной безопасности и другой документации, разрабатываемой в составе проектной и эксплуатационной документации для опасных производственных объектов.

На данной странице представлен «онлайн калькулятор» для «расчета огненного шара» по методике приложения В5.6 СП 12.13130.2009 Так же программа позволяет определить значение условной вероятности поражения человека, на любом заданном расстоянии (r1) от «центра ОШ», с использованием пробит-функции, представленной в приложении Г СП 12.13130.2009

Инструкция

Для расчета теплового излучения огненного шара:

1) Введите массу горючего вещества участвующего в создании огненного шара (ОШ) в кг.

Важно! Рекомендуется массу вещества участвующего в создании ОШ брать не более 10% от массы вещества в аварийном оборудовании.

3) Для расчета вероятности поражения в точке, введите расстояние (r1) в метрах — удаленность расчетной точки от «центра ОШ». За «центр ОШ» можно принимать место расположения аварийного оборудования.

Важно! Перед выполнением нового расчета нажмите кнопку «Сбросить».

Важно! Под окном программы представлен шаблон отчета по расчету интенсивности теплового излучения «огненного шара» и вероятности поражения человека в формате docx. Вы можете скачать данный отчет и использовать его при составлении раздела ГО ЧС, паспортов безопасности, деклараций промышленной безопасности, ПЛАРНов и другой документации, разрабатываемой вами, для опасных производственных объектов.

Как рассчитывается интенсивность теплового излучения огненного шара

3.3.Метод расчета интенсивности теплового излучения.

3.3.1. Интенсивность теплового излучения рассчитывают для двух случаев пожара (или для того из них, который может быть реализован в данной технологической установке):

— пожар проливов ЛВЖ, ГЖ или горение твердых горючих материалов (включая горение пыли);

— «огненный шар» — крупномасштабное диффузионное горение, реализуемое при разрыве резервуара с горючей жидкостью или газов под давлением с воспламенением содержимого резервуара.

Если возможна реализация обоих случаев, то при оценке значений критерия пожарной опасности учитывается наибольшая из двух величин интенсивности теплового излучения.

3.3.2. Интенсивность теплового излучения q, , для пожара пролива жидкости или при горении твердых материалов вычисляют по формуле

где — среднеповерхностная плотность теплового излучения пламени, ; — угловой коэффициент облучения; t — коэффициент пропускания атмосферы.

Значение принимается на основе имеющихся экспериментальных данных. Для некоторых жидких углеводородных топлив указанные денные приведены в таблице2.

При отсутствии данных допускается принимать величину равной: 100 для СУГ, 40 для нефтепродуктов, 40 для твердых материалов.

Таблица 2 — Среднеповерхностная плотность теплового излучения пламени в зависимости от диаметра очага и удельная массовая скорость выгорания для некоторых жидких углеводородных топлив

Рассчитывают эффективный диаметр пролива d, м, по формуле

где F — площадь пролива, .

Вычисляют высоту пламени H, м, по формуле

где m — удельная массовая скорость выгорания топлива, ; — плотность окружающего воздуха, ; g=9.81 — ускорение свободного падения.

Определяют угловой коэффициент облученности по формулам

где , — факторы облученности для вертикальной и горизонтальной площадок соответственно, определяемые с помощью выражений: (3.3.5)

где r — расстояние от геометрического центра пролива до облучаемого объекта, м.

Определяют коэффициент пропускания атмосферы по формуле

3.3.3 . Интенсивность теплового излучения q, , для «огненного шара» вычисляют по формуле (3.3.1).

Величину определяют на основе имеющихся экспериментальных данных. Допускается принимать равным 450 .

Значение вычисляют по формуле

где Н — высота центра «огненного шара», м; — эффективный диаметр «огненного шара», м; r — расстояние от облучаемого объекта до точки на поверхности земли непосредственно под центром «огненного шара», м.

Эффективный диаметр «огненного шара» определяют по формуле

где m — масса горючего вещества, кг.

Величину Н определяют в ходе специальных исследований. Допускается принимать величину Н равной /2.

Время существования «огненного шара» , с, определяют по формуле

Коэффициент пропускания атмосферы t рассчитывают по формуле

Приложение Д (рекомендуемое). Метод расчета интенсивности теплового излучения и времени существования «огненного шара»

Д.2 определяют на основе имеющихся экспериментальных данных. Допускается принимать равным 450 .

Д.3 рассчитывают по формуле

где H — высота центра «огненного шара», м;

— эффективный диаметр «огненного шара», м;

r — расстояние от облучаемого объекта до точки на поверхности земли непосредственно под центром «огненного шара», м.

Д.4 Эффективный диаметр «огненного шара» рассчитывают по формуле

где m — масса горючего вещества, кг.

Д.5 H определяют в ходе специальных исследований. Допускается принимать Н равной .

Д.6 Время существования «огненного шара» , с, рассчитывают по формуле

Д.7 Коэффициент пропускания атмосферы рассчитывают по формуле

Пример — Определить время существования «огненного шара» и интенсивность теплового излучения от него на расстоянии 500 м при разрыве сферической емкости с пропаном объемом 600 в очаге пожара.

Данные для расчета

Объем сферической емкости 600 . Плотность жидкой фазы 530 . Степень заполнения резервуара жидкой фазы 80%. Расстояние от облучаемого объекта до точки на поверхности земли непосредственно под центром «огненного шара» 500 м.

Находим массу горючего m в «огненном шаре» по формуле

где V — объем резервуара, (V = 600 );

— плотность жидкой фазы, ();

— степень заполнения резервуара ().

По формуле (Д.3) определяем эффективный диаметр «огненного шара»

По формуле (Д.2), принимая , находим угловой коэффициент облученности

По формуле (Д.5) находим коэффициент пропускания атмосферы :

По формуле (Д.1), принимая , находим интенсивность теплового излучения q

По формуле (Д.4) определяем время существования «огненного шара»

Г (рекомендуемое). Метод расчета размеров зон распространения облака горючих газов и паров при аварии Приложение >>
Е (рекомендуемое). Метод расчета параметров волны давления при сгорании газопаровоздушных смесей в открытом пространстве
Содержание
Государственный стандарт РФ ГОСТ Р 12.3.047-98 «Система стандартов безопасности труда. Пожарная безопасность технологических.

5. Расчет интенсивности теплового излучения и времени существования «огненного шара»

1. Расчет интенсивности теплового излучения «огненного шара» q, кВт/м 2 , проводят по формуле (4.1).

2. Ef определяют на основе имеющихся экспериментальных данных. Допускается принимать Ef равным 450 кВт/м 2 .

3. Fq рассчитывают по формуле:

, (5.1)

где Н — высота центра «огненного шара», м;

Ds эффективный диаметр «огненного шара», м;

r расстояние от облучаемого объекта до точки на поверхности земли непосредственно под центром «огненного шара», м.

4. Эффективный диаметр «огненного шара» Ds рассчитывают по формуле:

где т — масса горючего вещества, кг.

5. H определяют в ходе специальных исследований. Допускается принимать H равной Ds/2.

6. Время существования «огненного шара» ts, с, рассчитывают по формуле

7. Коэффициент пропускания атмосферы т рассчитывают по формуле:

 = ехр [–7,0 · 10 -4 (– Ds / 2)] . (5.4)

Пример. Определить время существования «огненного шара» и интенсивность теплового излучения от него на расстоянии 500 м при разрыве сферической емкости с пропаном объемом 600 м 3 в очаге пожара.

Данные для расчета

Объем сферической емкости V = 600 м 3 . Плотность жидкой фазы  = 530 кг/м 3 . Степень заполнения резервуара жидкой фазы 80% ( = 0,8). Расстояние от облучаемого объекта до точки на поверхности земли непосредственно под центром «огненного шара» 500 м.

Находим массу горючего т в «огненном шаре» по формуле:

т = V = 600 · 530 · 0,8 = 2,54 · 10 5 кг .

По формуле (5.2) определяем эффективный диаметр «огненного шара» Ds:

Ds = 5,33 (2,54 · 10 5 ) 0,327 = 312 м.

По формуле (5.1), принимая H = Ds /2 = 156 м, находим угловой коэффициент облученности Fq:

.

По формуле (5.4) находим коэффициент пропускания атмосферы :

 = ехр [-7,0 · 10 -4 ( — 312/2)] = 0,77 .

По формуле (4.1), принимая Ef = 450 кВт/м 2 , находим интенсивность теплового излучения q:

q = 450 · 0,037 · 0,77 = 12,9 кВт/м 2 .

По формуле (5.3) определяем время существования «огненного шара» ts:

ts = 0,92 (2,54 · 10 5 ) 0,303 = 40 с .

6. Оценка индивидуального риска

Настоящий метод применим для расчета индивидуального риска (далее — риска) на наружных технологических установках при возникновении таких поражающих факторов, как избыточное давление, развиваемое при сгорании газопаровоздушных смесей, и тепловое излучение.

Оценку риска проводят на основе построения логической схемы, в которой учитывают различные инициирующие события и возможные варианты их развития. Пример построения логической схемы для резервуара хранения сжиженных углеводородных газов под давлением показан на рис. 1.

Символы А1 ÷ a10 обозначают:

А1 мгновенное воспламенение истекающего продукта с последующим факельным горением;

А2 факельное горение, тепловое воздействие факела приводит к разрушению близлежащего резервуара и образованию «огненного шара»;

A3 — мгновенный выброс продукта с образованием «огненного шара»;

A4 — мгновенного воспламенения не произошло, авария локализована благодаря эффективным мерам по предотвращению пожара либо в связи с рассеянием парового облака;

A5 — мгновенной вспышки не произошло, меры по предотвращению пожара успеха не имели, возгорание пролива;

A7 сгорание облака парогазовоздушной смеси;

A9 сгорание облака с развитием избыточного давления в открытом пространстве;

а6, a8, А10 разрушение близлежащего резервуара под воздействием избыточного давления или тепла при горении пролива или образовании «огненного шара».

Расчет ведется в следующей последовательности.

1. Рассчитывают вероятности Q(Ai) реализации каждого из рассматриваемых вариантов логической схемы. Для этого используют следующие соотношения:

, (6.1)

где Qав — вероятность аварийного выброса горючего вещества (разгерметизация установки, резервуара, трубопровода);

Qмг — вероятность мгновенного воспламенения истекающего продукта;

Qф — вероятность факельного горения струи истекающего продукта;

Qо. ш — вероятность разрушения близлежащего резервуара под воздействием «огненного шара»;

,

, (6.2)

Рисунок 1. Логическая схема развития аварии, связанной с выбросом горючих веществ на наружных установках

, (6.3)

где — вероятность разрушения резервуара с образованием «огненного шара».

, (6.4)

где вероятность того, что мгновенного воспламенения истекающего продукта не произойдет;

Рз — вероятность того, что средства предотвращения пожара задачу выполнили, либо произошло рассеяние облака парогазовоздушной смеси.

, (6.5)

где — вероятность невыполнения задачи средствами предотвращения пожара;

Qв. п — вероятность воспламенения пролива.

, (6.6)

, (6.7)

где ;

—вероятность воспламенения облака паровоздушной смеси.

, (6.8)

, (6.9)

где — вероятность сгорания облака паровоздушной смеси, с развитием избыточного давления.

. (6.10)

2. Оценку вероятностных параметров, входящих в формулы (6.1) — (6.10), проводят следующим образом.

2.1. Вероятность Qав разгерметизации установки (трубопровода, резервуара) и выброса горючего вещества в течение года определяют исходя из статистических данных об авариях по формуле:

, (6.11)

где Nав — общее число аварийных выбросов горючего продукта на установках данного типа;

Nуст — тело наблюдаемых единиц установок;

Т— период наблюдения, лет.

2.2. Вероятность мгновенного возгорания истекающего продукта Qмг рассчитывают по формуле:

, (6.12)

где Nмг — число случаев мгновенного воспламенения истекающего продукта при его аварийных выбросах.

2.3. При отсутствии необходимых статистических данных допускается принимать:

Qмг = 0,05; = 0,95 . (6.13)

    1. Вероятность возникновения факельного горения Qф рассчитывают по формуле:

, (6.14) где Nф — число случаев факельного горения истекающего продукта на установках данного типа. 2.5. Вероятность возникновения «огненного шара» при разрушении близлежащего резервуара под воздействием пожара (избыточного давления) Qо.ш рассчитывают по формуле: Qо.ш = 1 – Рбл Рп.а Роп [1 – ( 1 – Рор)(1 – Рт.п)] , (6.15) где Рп.а — техническая надежность предохранительной арматуры резервуаров, принимают: Рбл техническая надежность систем блокирования процессов подачи и переработки продукта при аварии, принимается: Рт.п — вероятность эффективной защиты поверхности установки с помощью теплоизолирующих покрытий: Рор — вероятность эффективной работы систем орошения установок (резервуаров): Роп — вероятность успеха выполнения задачи оперативными подразделениями пожарной охраны, прибывающими к месту аварии, рассчитывают по формуле: , (6.16) где Ру.п.с — вероятность выполнения задачи установками пожарной сигнализации; ; Рпр вероятность вызова персоналом аварийных подразделений: tр — расчетное время воздействия опасных факторов пожара на близлежащий резервуар до его разрушения, мин; tпр — время прибытия оперативных подразделений к месту пожара, мин; —вероятность прибытия оперативных подразделений пожарной охраны за время, меньшее расчетного времени разрушения близлежащего резервуара. Вероятность Рз предотвращения пожара благодаря эффективным противопожарным мероприятиям или по погодным условиям рассчитывают по формуле: , (6.17) где Nн.в — число аварий, при которых не произошло воспламенения горючих веществ. 2.6. Вероятность Qв.п воспламенения пролива горючих веществ, образовавшегося в результате аварии с разгерметизацией установки, рассчитывают по формуле: , (6.18) где Nв.п — число случаев воспламенения пролива при авариях на установках данного типа. 2.7. Вероятность Qc сгорания облака паровоздушной смеси, образовавшейся в результате выброса и последующего испарения горючих веществ, рассчитывают по формуле: , (6.19) где Nc — число случаев сгорания облака при авариях на установках данного типа. 2.8. Вероятность Qс.д сгорания паровоздушной смеси с развитием избыточного давления рассчитывают по формуле: , (6.20) где Nс.д — число случаев сгорания паровоздушной смеси с развитием избыточного давления при авариях на установках данного типа. 2.9. Если статистические данные, необходимые для расчета вероятностных параметров, входящих в формулы (6.1) — (6.10), отсутствуют, вероятность реализации различных сценариев аварии рассчитывают по формуле: Q (Ai) = QавQ (Ai)ст , (6.21) где Q (Ai)ст — статистическая вероятность развития аварии по i-й ветви логической схемы. Для СУГ, Q (Ai)ст определяют по табл. 5. Таблица 5 Статистические вероятности различных сценариев развития аварии с выбросом СУГ

Сценарий аварии Вероятность Сценарий аварии Вероятность
Факел Огненный шар Горение пролива Сгорание облака 0,0574 0,7039 0,0287 0,1689 Сгорание с развитием избыточного давления Без горения Итого 0,0119 0,0292 1

3. Для каждого варианта логической схемы проводят расчеты поражающих факторов (интенсивность теплового излучения, длительность его воздействия, избыточное давление и импульс волны давления) с помощью методов, приведенных выше. Вычисления проводят для заданных расстояний от места инициирования аварии. Количество вещества, принимающего участие в создании поражающих факторов, оценивают в соответствии с расчетным вариантом аварии. 3.1 Условная вероятность поражения человека избыточным давлением, развиваемым при сгорании газопаровоздушных смесей, на расстоянии r от эпицентра рассчитывают следующим образом: – вычисляются избыточное давление p и импульс i по методам, описанным в параграфе 2; – исходя из значений p и i, вычисляют значение «пробит»–функции Рr по формуле: Pr = 5 – 0,26 ln (V). (6.22) Здесь переменная: , (6.23) где p — избыточное давление. Па; i — импульс волны давления. Па · с; – с помощью табл. 6 определяют условную вероятность поражения человека. Таблица 6 Условная вероятность поражения человека в зависимости от Рr

Условная вероятность поражения, % «Пробит»–функция Рr
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
0 2,67 2,95 3,12 3,25 3,36 3,45 3,52 3,59 3,66
10 3,72 3,77 3,82 3,90 3,92 3,96 4,01 4,05 4,08 4,12
20 4,16 4,19 4,23 4,26 4,29 4,33 4,36 4,39 4,42 4,45
30 4,48 4,50 4,53 4,56 4,59 4,61 4,64 4,67 4,69 4,72
40 4,75 4,77 4,80 4,82 4,85 4,87 4,90 4,92 4,95 4,97
50 5,00 5,03 5,05 5,08 5,10 5,13 5,15 5,18 5,20 5,23
60 5,25 5,28 5,31 5,33 5,36 5,39 5,41 5,44 5,47 5,50
70 5,52 5,55 5,58 5,61 5,64 5,67 5,71 5,74 5,77 5,81
80 5,84 5,88 5,92 5,95 5,99 6,04 6,08 6,13 6,18 6,23
90 6,28 6,34 6,41 6,48 6,55 6,64 6,75 6,88 7,05 7,33
0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90
99 7,33 7,37 7,41 7,46 7,51 7,58 7,65 7,75 7,88 8,09

3.2 Условная вероятность поражения человека тепловым излучением определяется следующим образом. а) Рассчитываются Рr по формуле: Рr = –14,9 + 2,56 ln (t q 1,33 ), (6.24) где t — эффективное время экспозиции, с; q — интенсивность теплового излучения, кВт/м 2 ; б) t определяют: — для пожаров проливов ЛВЖ, ГЖ и твердых материалов t = tо + x/v, (6.25) где tо — характерное время обнаружения пожара, с (допускается принимать t = 5 с); х — расстояние от места расположения человека до зоны (интенсивность теплового излучения не превышает 4 кВт/м 2 ), м; v скорость движения человека, м/с (допускается принимать v = 5/с); — для «огненного шара» – в соответствии с параграфом 5. в) С помощью табл. 6 определяют условную вероятность поражения человека тепловым излучением. 3.3. Индивидуальный риск R, год -1 , определяют по формуле: , (6.26) где — условная вероятность поражения человека при реализации i-й ветви логической схемы; Q(A,) — вероятность реализации в течение года i -й ветви логической схемы, год -1 ; п — число ветвей логической схемы. Пример. Расчет индивидуального риска при выбросе пропана из шарового резервуара. Данные для расчета Резервуар расположен на территории резервуарного парка склада сжиженных газов и имеет объем 600 м 3 . Температура 20 °С. Плотность сжиженного пропана 530 кг/м 3 . Степень заполнения резервуара 80 % (по объему). Удельная теплота сгорания пропана 4,6 · 10 7 Дж/кг. Расстояние от резервуара до человека, для которого определяют индивидуальный риск, составляет 500 м. Анализ статистики аварий показал, что вероятность выброса пропана из резервуара составляет 1 · 10 -3 год -1 . Расчет Выполним оценку вероятности развития аварии по табл. 5 и формуле (6.21). Вероятность сгорания паровоздушной смеси в открытом пространстве с образованием волны избыточного давления (А9) Qс.д = 1 · 10 -3 · 0,0119 = 1,19 · 10 -5 год -1 . Вероятность образования «огненного шара» 3): Qо.ш = 1 · 10 -3 · 0,7039 = 7,039 · 10 -4 год -1 . Вероятность воспламенения пролива 5): Qв.п = 1 · 10 -3 · 0,0287 = 2,87 · 10 -5 год -1 . Вероятности развития аварии в остальных случаях принимают равными 0. Определяем значения поражающих факторов с помощью методов, приведенных в параграфах 2, 4, 5. Согласно расчетам, выполненным в контрольных примерах параграфов 2, 5, избыточное давление р и импульс i волны давления, интенсивность теплового излучения от «огненного шара» qо.ш и время его существования ts на расстоянии 500 м составляют: р = 16,2 кПа, i = 1000 Па · с; qо.ш = 12,9 кВт/м 2 , ts = 40 с. В соответствии с параграфом 4 значение интенсивности теплового излучения от пожара пролива пропана на расстоянии 500 м составляет: qп = 0,7 кВт/м 2 . Для приведенных значений поражающих факторов по формулам (6.22) и (6.24) определяем значения «пробит» — функции Рr, которые соответственно составляют: Для указанных значений «пробит» — функции по табл. 6 условная вероятность поражения человека поражающими факторами равна: По формуле (6.26) определяем индивидуальный риск: R = 4,3 · 10 -1 · 1,19 · 10 -5 + 4,0 · 10 -2 · 7,039 · 10 -4 = 3,3 · 10 -5 год -1 .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *