Повна версія

Головна arrow БЖД arrow Безпека в галузі та надзвичайних ситуаціях

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   ЗМІСТ   >>

Фізичні вибухи: розрахунок параметрів вибуху BLEVE

У виробничих технологіях часто доводиться умисно стискати як інертні, так і горючі гази, витрачаючи при цьому електричну, теплову або інші види енергії. При цьому стиснений газ (пар) знаходиться в герметичних апаратах різних геометричних форм і обсягів, і мас поряд з цим великий запас потенційної енергії. Розгерметизація апарату веде до вивільнення його потенційної енергії і вибуху. Внаслідок цього виникають сильні ударні хвилі, утворюється велика кількість осколків, що призводить до серйозних руйнувань і травм обслуговуючого персоналу.

Може статися ситуація, коли герметичний резервуар опиняється в осередку пожежі. В цьому випадку відбувається нагрівання його вмісту до температури, що істотно перевищує нормальну температуру кипіння, з відповідним підвищенням тиску. За рахунок нагріву незмочених стінок посудини зменшується межа міцності їх матеріалу, в результаті чого за певних умов виявляється можливим розрив резервуара з виникненням хвиль тиску і утворенням "вогняної кулі".

Розрив резервуара в осередку пожежі з утворенням хвиль тиску отримав у світовій практиці назву BLEVE (Boiling Liquid Expanding Vapour Explosion – вибух пари, що розширюється, закипаючої рідини).

Можливість виникнення вибуху BLEVE для конкретної речовини, що зберігається в замкнутій ємності, залежить від багатьох параметрів. На першому етапі розрахунку визначається можливість виникнення при пожежі вибуху BLEVE, для чого визначається параметр 8 за формулою:

(3.8)

де С – питома теплоємність рідини в ємності, кДж/(кг К);

Тн – температура рідини, що відповідає температурі насиченої пари при тиску спрацьовування встановленого запобіжного клапана, К;

Tкип – температура кипіння рідини при атмосферному (нормальному) тиску, К;

Qвип – питома теплота випаровування рідини при температурі кипіння Ткип, кДж/кг.

Значення теплоти випаровування, температури кипіння і питомої теплоємності середовища в рідкій фазі при нормальному тиску наводяться в довідниках, або ж вони можуть бути взяті для деяких речовин за табл. 3.6.

Якщо в результаті розрахунку отримуємо, що 6<0,35, вибуху BLEVE не відбувається. В іншому випадку, при 6>0,35, ймовірність виникнення даного явища велика.

При руйнуванні стінок посудини з перегрітою рідиною тиск різко падає – від тиску в посудині Р (або тиску спрацьовування запобіжного клапана) до атмосферного тиску Р0. У результаті відбувається адіабатичне розширення середовища. Перегріта рідина починає різко випаровуватися з переходом у пару і з утворенням її у великої кількості, що викликає хвилю тиску. Параметрами хвилі тиску, що утворюється при вибуху BLEVE, є надлишковий тиск ∆Рв позитивній фазі хвилі тиску і безрозмірний імпульс і+ позитивної фази хвилі. Надлишковий тиск може бути знайдений за формулою М.О. Садовського:

(3.9)

Імпульс хвилі тиску знаходиться через приведену масу за формулою

(3.10)

де Р0 – атмосферний тиск, кПа. При розрахунках допускається приймати Р0 = 101,3 к Па;

r – відстань від геометричного центру газопароповітряної хмари до об'єкта, що розглядається м.

Теплофізичні властивості речовин при тиску 101,3 кПа

Речовина

Формула

Температура кипіння, Ткип, К

Теплота випарову- вання, QВИП, кДж/кг

Питома теплоємність рідкої фази

Ср, кДж/(кг-К)

Константи рівняння Антуана

А

В

СА

Ацетальдегид

293,3

584

2,180

7,18246

1287,625

161,330

Ацетон

329,3

525

2,491

7,25058

1281,721

237,088

Бензол

353,3

394

1,674

6,98426

1252,776

225,178

Гексан

341,9

332

2,262

6,87024

1166,274

223,661

Гептан

371,6

316

2,180

6,95154

1295,405

219,819

Диетилефір

307,7

384

2,320

6,99790

1098,945

232,372

Ізобутан

261,5

366

2,240

5,95318

916,054

243,783

Ізопентан

300,9

342

1,647

6,79306

1022,551

233,493

Ізопропилбензол

370,3

316

1,717

6,93773

1460,668

207,652

Метиловий спирт

337,7

1100

2,547

8,22777

1660,454

245,818

п-Пентан

282,7

315

1,670

6,84715

1062,555

231,805

н-Бутан

272,6

385

2,240

6,00525

968,098

242,555

н-Пентан

309,3

357

2,670

5,97208

1062,555

231,805

н-Пропиловий

спирт

370,3

750

0,766

8,31708

1751,981

225,125

Пропилен

225,5

438

2,430

5,94852

786,532

247,243

Толуол

383,6

412

1,138

6,0507

1328,171

217,713

Оцтова кислота

391

406

2,010

7,79545

1789,908

245,908

Хлорбензол

404,8

313

1,221

7,26112

1607,316

235,351

Циклогексан

353

358

1,859

6,64788

1095,531

210,064

Етиловий спирт

351,5

840

2,428

8,68665

1918,508

252,125

NON MULTA, SED MULTUM

Михайло Олександрович Садовський (1904–1994) – радянський геофізик-сейсмолог, спеціаліст з фізики вибуху, перший науковий директор Семипалатинського полігону. Учасник створення радянської атомної бомби. Член-кореспондент (1953), дійсний член АН СРСР (1996), з 1991 року- РАН. Більш як 30 років М.О. Садовський керував Інститутом фізики Землі АН СРСР, потім з 1989 року був його почесним директором. Чотириразовий лауреат Сталінської премії (1948,1949,1951,1953), лауреат Ленінської премії (1962), Герой Соціалістичної праці (1949).

Приведену масу рідкої фази речовини Мпр, кг, у формулах (3.9) і (3.10), яка бере участь у вибуху, визначають за формулою

де QА – теплова енергія, що виділяється при адіабатному розширенні рідини, що знаходиться в резервуарі, кДж;

(і0 – константа, що дорівнює 4,52 103 кДж/кг.

Величину енергії, що виділяється при вибуху, кДж, можна розрахувати за формулою

де Мж – маса рідини в резервуарі, кг;

СЕФ – константа, що дорівнює 0,5 кДж/(кг К);

Т – температура речовини в резервуарі в момент його вибуху, К;

Ткип – температура кипіння рідини при атмосферному тиску, К.

За наявності в резервуарі встановленого запобіжного клапана температуру речовини Тн, К, допускається розраховувати за формулою:

(3.11)

(3.12)

(3.13)

де А, В, СА – константи рівняння Антуана для даної речовини, які наведені в табл. 3.6;

Рк – тиск спрацювання запобіжного клапана, кПа. Константа А повинна відповідати тиску, вираженому в кПа.

ПРИКЛАД.

При пожежі в цеху в зоні осередку горіння виявився балон, в якому знаходилося 24 кг бензолу. В результаті нагрівання оболонка балона не витримала і зруйнувалася. Бензол випарувався, і його пара вибухнула. Температура пари бензолу в момент вибуху склала 500 К. Визначити, чи належить даний вибух до вибуху BLEVE? Який надлишковий тиск в позитивній фазі хвилі тиску створився на відстані 10 м від балона?

Розв'язання.

1. Визначимо, чи відноситься даний вибух до вибуху ВLEVЕ, для чого знайдемо параметр б за формулою (3.8):

де взяті з табл. 3.6 для бензолу при атмосферному тиску.

Оскільки параметр б = 0,623> 0,35, то станеться вибух ВLEVЕ.

Визначимо значення енергії, кДж, що виділяється при вибуху, за формулою (3.12):

де у відповідності з вихідними даними і рекомендаціями, наведеними вище, прийнято: Мж = 24 кг; СЕФ = 0,5 кДж/(кг-К); Т = 500 К.

3. Приведену масу бензолу, що бере участь у вибуху, кг, визначимо за формулою (3.11):

4. Знайдемо за формулою (3.9) надлишковий тиск в позитивній фазі хвилі тиску, кПа, який утворився на відстані 10 м від балона в момент його вибуху:

 
<<   ЗМІСТ   >>