Оценка последствий аварийных взрывов топливно-воздушных смесей (стр. 2 )

Причинами взрывов наиболее часто является нарушение правил безопасной эксплуатации оборудования, утечки газов через неплотности в соединениях, перегрев аппаратов, чрезмерное повышение давления, отсутствие надлежащего контроля за технологическим процессом, разрыв или поломка деталей оборудования и др.

Источником инициирования взрыва являются:

– открытое пламя, горящие и раскаленные тела;

– электрические разряды;

– тепловые проявления химических реакций и механических воздействий;

– искры от удара и трения:

– ударные волны;

– электромагнитные и другие излучения.

Особенно велика вероятность взрыва газопаровоздушной смеси на объектах нефтехимической и химической промышленности, где хранятся и используются значительные объемы горючих газов и легковоспламеняющихся жидкостей. В России доля таких аварий значительна (более 90%).

Результаты оценки последствий аварийных взрывов топливно-воздушных смесей (ТВС) используются при определении масштабов последствий аварийных взрывов ТВС; а также при разработке и экспертизе деклараций безопасности опасных производственных объектов.

При количественной оценке параметров воздушной ударной волны при взрывах ТВС предполагается частичная разгерметизация или полное разрушение оборудования, содержащего горючее вещество в газообразной или жидкой фазе, выброс этого вещества в окружающую среду, образование облака ТВС, инициирование ТВС, взрывное превращение (горение или детонация) в облаке ТВС.

Методика оценки последствий аварийных взрывов топливно-воздушных смесей позволяет определять вероятные степени поражения людей и степени повреждений зданий от взрывной нагрузки при авариях со взрывами ТВС. Предполагается, что в образовании облака ТВС участвует горючее вещество одного вида, в противном случае (для смеси нескольких горючих веществ) характеристики ТВС, используемые при расчетах параметров ударных волн, определяются отдельно.

Методика оценки последствий аварийных взрывов ТВС РД 03-409-01 позволяет определять:

1) основные параметры взрыва ТВС;

2) эффективный энергозапас ТВС;

3) ожидаемый режим взрывного превращения;

а также:

– рассчитать максимальное избыточное давление и импульс

фазы сжатия воздушных ударных волн;

– определить дополнительные характеристики взрыва ТВС;

– профиль ударной волны;

– параметры падающей волны при детонации облака газовой

смеси;

– параметры отраженной ударной волны;

– параметры волны при произвольном режиме сгорания;

– оценить поражающее воздействие ударной волны;

– оценить вероятность повреждения промышленных зданий от

взрыва облака ТВС;

– оценить вероятность поражения людей при взрыве ТВС;

– графически представить результаты расчета;

– отобразить результаты расчетов на картографической основе.

При анализе потенциальных источников аварийных взрывов следует принимать во внимание:

·  характеристики источника (объем, масса, тротиловый эквивалент ВВ);

·  месторасположение источника (удаленность от ОИАЭ, рельеф местности, наличие заграждений, естественных и искусственных препятствий и прочие факторы);

·  особенности хранения ВВ (тип и конструкция хранилища, размещение ВВ в хранилище, высота хранилища над поверхностью земли, наличие мер по предупреждению взрыва);

·  возможные внешние исходные события для инициирования взрыва на объектах;

·  другую информацию, позволяющую уточнить расчетную модель взрыва и возможные последствия от его механического действия.

2. Определение основных параметров взрыва топливно-воздушной смеси

Исходные данные для расчета параметров ударных волн при взрыве облака ТВС (приведены в табл.1):

1) характеристики горючего вещества, содержащегося в облаке ТВС;

2) агрегатное состояние ТВС (газовая или гетерогенная);

3) средняя концентрация горючего вещества в смеси;

4) стехиометрическая концентрация горючего газа с воздухом;

5) масса горючего вещества, содержащегося в облаке;

6) удельная теплота сгорания горючего вещества;

7) информация об окружающем пространстве;

8) расстояние от места аварии;

9) количества вещества, содержащегося в оборудовании.

Таблица 1

Исходные данные для оценки последствий аварийных взрывов ТВС

Вари ант	Вид окружающего пространства	Расстояние от места аварии, м	Вещество	Кол-во, т	Концентрация вещества в воздухе	Объем облака, тыс. м3
1	Открытая местность	150	Пропан	10	140 г/м3	60
2	Открытая местность	100	Природный газ (сжиж)	10	150 г/м3	70
3	Открытая местность	300	Аммиак	30	100 мг/м3	60
4	Открытая местность	100	Бензин	27	150 мг/м3	60
5	Загроможд.	100	Бензол	10	50 мг/м3	50
9	Загроможд.	150	Метиламин	35	30 мг/м3	45
10	Открытая местность	200	Бутан	15	400 мг/м3	70

Основными структурными элементами алгоритмов расчетов параметров ударных волн при взрыве облака ТВС являются:

– определение объема газового облака ТВС;

– определение эффективного энергозапаса ТВС;

– определение ожидаемого режима взрывного превращения ТВС;

– расчет максимального избыточного давления и импульса фазы сжатия воздушных ударных волн для различных режимов;

– определение дополнительных характеристик взрывной нагрузки;

– оценка поражающего воздействия взрыва ТВС. 

2.1. Определение эффективного энергозапаса ТВС

 Эффективный энергозапас горючей смеси определяется по соотношению

при ,  (1)

где Мг – масса горючего вещества, содержащегося в облаке ТВС, кг; qг – удельная теплота сгорания газа, Дж/кг; Сг - концентрация горючего вещества в облаке ТВС, кг/м3; Сст - стехиометрическая концентрация вещества в смеси с воздухом, кг/м3

или

при ,

Для оценки объема газового облака ТВС можно воспользоваться соотношением:  

.

 Стехиометрический концентрация (концентрация, при которой смесь горючего вещества с воздухом наиболее взрывоопасна) рассчитывается по формуле:

, где ,

где β – стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания; nс, nн, nо, nх — число атомов С, Н, О и галоидов в молекуле горючего (табл. 2).

В случае если определение концентрации горючего вещества в смеси затруднено, в качестве величины Сг в соотношении (1) принимается концентрация, соответствующая нижнему концентрацион

ному пределу воспламенения Снкпр горючего газа (табл.2).

Таблица 2

Физико-химические константы горючих

Теплота сгорания горючего газа qг в ТВС (при отсутствии данных в табл. 1) отсутствии оценивается по формуле:

, МДж/кг.

 Корректировочный параметр β для наиболее распространенных в промышленном производстве опасных веществ определяется из табл.3.

Таблица 3

Классификация некоторых горючих веществ по степени чувствительности

Класс 1	Класс 2	Класс 3	Класс 4
Особочувстви - тельные вещества	Чувствительные вещества	Среднечувствительные вещества	Слабочувствительные вещества
(Размер детонационной ячейки < 2 см)	(Размер детонационной ячейки 2...10 см)	(Размер детонационной ячейки от 10 до 40 см)	(Размер детонацион - ной ячейки > 40 см)
Вещество	b	Вещество	b	Вещество	b	Вещество	b
Ацетилен	1,1	Акрилонитрил	0,67	Ацетальдегид	0,56	Аммиак	0,42
Винилацетилен	1,03	Акролеин	0,62	Ацетон	0,65	Бензол	0,88
Водород	2,73	Бутан	1,04	Бензин	1	Декан	1
Гидразин	0,44	Бутилен	1	Винилацетат	0,51	Дизтопливо	1
Нитрометан	0,25	Пропан	1,05	Генераторный газ	0,38	Керосин	1
Окись пропилена	0,7	Пропилен	1,04	Изооктан	1	Метан	1,14
Окись этилена	0,62	Сероуглерод	0,32	Метиламин	0,7	Метилбензол	1
Этилнитрат	0,3	Этан	1,08	Метилацетат	0,53	Метилмеркаптан	0,53
		Диметиловый эфир	0,66	Метилэтилкетон	0,71	Окись углерода	0,23
		Дивиниловый эфир	0,77	Октан	1	Фенол	0,92
		Диэтиловый эфир	0,77	Сероводород	0,34	Этилбензол	0,90
		Дизопропило - вый эфир	0,82	Метиловый спирт	0,52	Дихлорэтан	0,25
				Этиловый спирт	0,62	Трихлорэтан	0,14
				Пропиловый спирт	0,69
				Изобутиловый спирт	0,79
				Сжиженный природный газ	1

2.2. Определение ожидаемого режима взрывного превращения