Программный комплекс "Тепловой взрыв" (стр. 88 )

На рис. 12.21 представлены временные зависимости температуры кипения жидкости, ее максимальной температуры, температуры поверхности раздела фаз и давление в баке. Из него следует, что, несмотря на рост температуры кипения, обусловленный ростом давления, в данном случае, в отличие от случая развития теплового взрыва при умеренном повышении температуры окружающей среды, рассмотренном в предыдущем разделе, максимальная температура жидкости все-таки достаточно быстро (через 35 с) достигает точки кипения. Ясно, что исследование характера развития процессов в баке после этого момента в рамках используемой модели, не учитывающей процессов кипения, невозможно. Тем не менее, с практической точки зрения данное обстоятельство не играет особой роли, поскольку, как уже отмечалось выше, система сброса рассчитывается на срабатывание при 25% превышении уровня рабочего давления, которое (как видно из рис. 12.21) достигается до начала кипения вблизи стенок бака.

В заключение следует отметить, что при рассматриваемых условиях число Рэлея для жидкости, определенное по рассчитанному перепаду температуры 100єС, составляет 4∙1012. Это значение примерно соответствует границе перехода от ламинарного к турбулентному режиму естественной конвекции. В связи с этим представленные выше результаты расчетов, выполненных в предположении о ламинарном характере конвекции, следует воспринимать с определенной осторожностью. Однако в случае переходного и турбулентного режимов конвекции максимальная температура жидкости должна быть несколько ниже, чем при ламинарном режиме. Таким образом, с точки зрения оценки опасности, полученные результаты можно рассматривать как “оценку с запасом”.

Список литературы к главе 12

. Численное моделирование тепломассообмена при анализе термической опасности хранения и транспортировки реакционноспособных конденсированных веществ. Дис. канд. тех. наук, СПБ, 2006, 156 с. T.—C. Ho. Case Studies of Incidents in Runaway Reactions and Emergency Relief / T.—C. Ho, Y.—S. Duh, J.—R. Chen // Process Safety Progress. – 1988. –Vol. 17 - P. 259—268 D.—J. Peng, C.—M. Shu, Y.—J. Yang. Applications of DSC and RADEX on Thermal Hazard Analysis－Examples on Hydroperoxides / North American Thermal Analysis Society (NATAS): Ottawa, Canada, 2000. – Р. 34-41. Маршалл, В. Основные опасности химических производств. /В. Маршалл.- М.: Мир, 1989.- 672 с. Штессель, естественная конвекция. Препринт Ин. —та Химической физики. Черноголовка, 1977, 44 с. May, H. O. A numerical study on natural convection in an inclined square enclosure containing internal heat sources / H. O. May. // International Journal of Heat and Mass Transfer. – 1991. - v.34. - Р. 919—928. Long—Jye Sheu. Numerical analysis on the hot spot in reactive chemical storage / Long—Jye Sheu, Jenn—Der Lin, Jenq—Renn Chen. // Journal of Loss Prevention in Process Industries. – 1999. - Vol.12. - P. 125—136. Dancer, David. Pressure and temperature response of liquefied gases in containers and pressure vessels which are subjected to accidental heat input / David Dancer, Dirse W. Sallet. //Journal of Hazardous Materials. – 1990. - Vol.25, issues 1—2.- P. 3—18. Hadjisophocleous, G. V. A study of the effect of the tank diameter on the thermal stratification in LPG tanks subjected to fire engulfment / G. V. Hadjisophocleous, A. C. M. Sousa, J. E. S. Venart. // Journal of Hazardous Materials. – 1990. - Vol.25, Issues 1—2. - P. 19—31. Вальциферов, теплообмен в замкнутом осесимметричном сосуде с криволинейной образующей при наличии поверхности раздела фаз и фазовых переходов. / , . // Изв. АН СССР. МЖГ. – 1975. - № 6. - C. 126—134. Тамонис, M. Численное исследование нестационарного течения и теплообмена жидкости в замкнутых и открытых сосудах / M. Тамонис, Р. Минкштимас, В. Шидлаускас. // Труды 4—го Минского Международного форума по тепло— и массообмену, 24—26 мая 2000 г, Минск, т.1. - C. 95—102. Полежаев, моделирование конвективного тепломассообмена на основе уравнений Навье—Стокса. / , , и др. // М.: Наука, 1987. - 272с. Ramskill, P. K. A description of the “ENGULF” computer codes – codes to model the thermal response of an LPG tank either fully or partially engulfed by fire / P. K. Ramskill //Journal of Hazardous Materials.- 1988. - v.20. - P. 177—196 Шебеко, влияния вспучивающегося огнезащитного покрытия на поведение резервуаров со сжиженными углеводородными газами в очаге пожара / , , и др. // Пожаровзрывобезопасность. - 1998. - т.7, №1. - С. 24—32. Попов, расчета процесса теплообмена для железнодорожных цистерн со сжиженными углеводородными газами в очаге пожара / . // Пожаровзрывобезопасность. – 2000. - т.9, №2. – С. 34—40. Gong, Y. W. A simplified model to predict the thermal response of PLG and its influence on BLEVE / Y. W. Gong, W. S. Lin, A. Z. Gu and al. // Journal of Hazardous materials.- 2004. - v.108, issue 1—2. - P. 21—26. Grolmes, M. A. Vapor—Liquid Disengagement in Atmospheric Liquid Storage Vessels Subjected to External Heat Source. / M. A. Grolmes, M. Epstein // Plant Operations Progress. – 1985. - v. 4, no.4/ - P. 200 – 206. Fauske, H. K. Leung Emergency Relief Vent Sizing for Fire Emergencies Involving Liquid—Filled Atmospheric Storage Vessels / H. K. Fauske, M. Epstein, M. A. Grolmes and al. // Plant Operations Progress. – 1986. - v. 5, no.4. - P.205—212. Xing, Z. The model of mass and heat transfer in LPG tanks partially exposed to jet fire / Xing Z., Jiang J. //Fourth international seminar “Fire and Explosion Hazards”: Book of abstracts, University of Ulster, UK. – 2003.- P. 224—225. Kossoy, A. From calorimetric data via kinetic modeling to runaway simulation and reactor optimization (Methodology and Software). / A. Kossoy, N. Podlevskikh, I. Sheinman. // Proceedings of International Conference “Assessment and Control of Chemical Processing Hazards”: London, England, 24—25 October 2000. — P. 43—51. Остроумов, конвекция в условиях внутренней задачи. / . - М. – Л.: Гос. изд—во технико – теор. л—ры, 1952 - 256 с. Churbanov, A. G. A numerical study on natural convection of a heat—generating fluid in rectangular enclosures / A. G. Churbanov, P. N.Vabishchevich, V. V. Chudanov, an al. // International Journal of Heat and Mass Transfer. – 1994. - v 37, no 18.- P. 2969—2984. Arcidiacono, S. Low—prandtl number natural convection in volumetrically heated rectangular enclosures / S. Arcidiacono, I. Di Piazza, M. Ciofalo // International Journal of Heat and Mass Transfer. – 2001. - v. 44. - P. 537—550. Liaqat, A. Conjugate natural convection in a square enclosure containing volumetric sources / A. Liaqat, A. C. Baytas // International Journal of Heat and Mass Transfer. – 2001. - v.44. - P. 3273—3280. Cheung, F. B. The effects of turbulent natural convection on thermal explosion critical conditions / F. B. Cheung. // Теплопередача. – 1986. - №2. - с. 186—188. Horvat, A. Two—dimensional large—eddy simulation of turbulent natural convection due to internal heat generation / A Horvat, I. Kljenak, Ju Marn. // Int. J. of Heat and mass Transfer. – 2001. - v.44. - P.3985—3995. Worner, M. Direct numerical simulation of turbulence in an internally heated convective fluid layer and implications for statistical modeling / M. Worner, M. Schmidt, G. Grotzbach. // J. Hydraul. Res. – 1997. - v.35, no 6. - P. 773—797. Norgaliev, R. R. An Investigation of turbulence characteristics in an internally heated unstably stratified fluid layer / R. R. Norgaliev, T. N. Dinh. //J. of Nuclear engineering and design. – 1997. - v. 178. - P. 235—258. Papanicolaou, E. Transient natural convection in a cylindrical enclosure at high Rayleigh numbers / E. Papanicolaou, V. Belessiotis.// International Journal of Heat and mass transfer. – 2002. - v.45. - P. 1425—1444. Дубовкин, —химические и эксплуатационные свойства реактивных топлив: Справочник. М.: Химия, 1985,240 с. . Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М., "Наука", 1969, 456 с.        Robert C. Reid, John M. Prausnitz, Bruce E. Poling. The properties of gases and liquids. Mc. Grow—Hill Inc., 1987, 658 p. Р. Берд, В. Стьюарт, Е. Лайтфут. Явления переноса. М. “Химия”, 1974, 688с. Краткий справочник физико—химических величин./ред. . Л. "Химия", 1983, 231 с. Физико—химические и эксплуатационные свойства реактивных топлив: Справочник/ ред. . М. "Химия", 1985, 240 с. , , Характеристики теплового воспламенения в условиях естественной конвекции. —ФГВ, 1979, т.15, №5, с.3—11. ., , . О механизме теплопереноса при тепловом взрыве жидких ВВ. ФГВ, 1971, 7, №2, 304 – 306. , , и др. Математическое моделирование конвективного тепломассообмена на основе уравнений Навье – Стокса. М.: Наука, 1987, 270 с. , . Внутренние течения газовых смесей. М.: Наука, главная редакция физ.—мат. л—ры, 1989, 368 с. . Тепломассообмен (Справочник). М. "Энергия", 1971, 560с. Механика жидкости и газа. М., "Наука", 1973, 848с. Влияние термоконцентрационной конвекции на особенности развития теплового взрыва в жидкости// Математические методы в технике и технологиях—ММТТ—2000: сб. трудов Международной научной конференции, С.—Петербург, 2000,т.3, с.77—78. Математическое моделирование начальной стадии развития теплового взрыва в сосудах, полностью заполненных химически реагирующей жидкостью// Известия СПбГЭТУ "ЛЭТИ", серия "Физика. Математика. Химия", 2001,№1, с. 38—43. И. Седов. Механика сплошной среды, том 1. М., "Наука", 1970, 492с.        Robert C. Reid, John M. Prausnitz, Bruce E. Poling. The properties of gases and liquids. Mc. Grow—Hill Inc., 1987, 658 p. Э. Оран, Дж. Борис. Численное моделирование реагирующих потоков. М. "Мир", 1990,660с. . Моделирование тепломассообмена и горения при пожаре. Автореферат на соиск. уч. ст. д. т.н. (01.04.14). С.—Петербург, 2004, 41с. . Метод дробных шагов решения многомерных задач математической физики. Новосибирск, "Наука", 1967, 189с. , , . Применение метода расщепления в задачах аэродинамики. Новосибирск. "Наука", 1990, 247с. H. O. May. A numerical study on natural convection in an inclined square enclosure containing internal heat sources // International Journal of Heat and Mass Transfer, 1991, v.34, p. 919—928. Long—Jye Sheu, Jenn—Der Lin, Jenq—Renn Chen. Numerical analysis on the hot spot in reactive chemical storage //Journal of Loss Prevention in Process Industries, 1999, v.12, p. 125—136. , . Конвективный теплообмен в замкнутом осесимметричном сосуде с криволинейной образующей при наличии поверхности раздела фаз и фазовых переходов.// Изв. АН СССР. МЖГ. 1975, № 6, с. 126—134. , , . Тесты и модификации конечно—разностных схем для двумерных уравнений Навье—Стокса.: Препринт ИПМ АН СССР № 000. М., 1985, 60с. , , и др. Численное исследование конвективного теплообмена при хранении жидких углеводородов в подземных емкостях// Изв. АН СССР. МЖГ, 1981 №2, с. 143—148. Роже Пейре, ейлор. Вычислительные методы в задачах механики жидкости. М. Гидрометеоиздат, 1986. Т. Себиси, П. Брэдшоу. Конвективный теплообмен. М. "Мир",1987, 592с. Й. Джалурия. Естественная конвекция. М. "Мир", 1983, 400с. Sheinman, E. Shwalev, P. Misharev, A. Monastyrenko, A. Kossoy. Software for numerical simulation of thermal explosion in solids. //The 1st International Conference Reaction hazards assessment and vent sizing (RHV 99), Saint—Petersburg, Russia, Jun 1999, p. p. 43—50 . Д. Андерсон, Дж. Таннехилл, Р. Плетчер. Вычислительная гидромеханика и теплообмен. Т.1. М. "Мир", 1990, 384 с. Роже Пейре, ейлор. Вычислительные методы в задачах механики жидкости. М. Гидрометеоиздат, 1986. . Численные методы. М. "Наука", 1978, 512с. Дж. Деммель Вычислительная линейная алгебра. Теория и приложения. М.: "Мир", 2001.—430с. . Теория матриц. М., "Наука", 1966, 576с J Elder. W. Laminar free convection in vertical slot.// J. Fluid Mech., 1965, vol 23, part 1, pp.77—98 , . Разностная схема для численного исследования нестационарных двумерных движений сжимаемого газа. Препринт № 000 Ин.—та Проблем механики АН СССР, Москва, 1978, 36с. L. B. Evans, R. C. Reid, E. M. Drake. Transient natural convection in a vertical cylinder//AIChE Journal, 1968, v.14, no.2, p. 251—259. Harold G. Fisher and David D. Goetz. Determination of self—accelerating decomposition temperatures for self—reactive substances//J. Loss Prev. Process Ind, 1993, v 6, no 3, p. 183—193.

Глава 13. Индикаторы термической опасности химических веществ и материалов

13.1. Введение

Как уже указывалось, термические опасности – совокупность реакционных (т. е. связанных с возможностью протекания реакции в химической системе) свойств и физических условий состояния объекта, которая обладает потенциалом выделять в этих условиях тепло и газообразные продукты, способные причинить вред в результате возникновения и развития теплового взрыва, а при его отсутствии - в результате создания опасного давления. Носителем термической опасности может быть химическое вещество (смесь веществ) или химический процесс. Оценка термической опасности представляет собой сложную многоаспектную задачу. Практически невозможно предложить какой-либо интегрированный универсальный критерий или показатель, который бы позволял охарактеризовать потенциальную термическую опасность при любых условиях. Только натурное испытание объекта или исследование его математической модели могут дать исчерпывающую характеристику наличия термической опасности в заданных условиях и количественно оценить ее. Общий метод, позволяющий принципиально решить эту проблему, заключается в детальном анализе хода процесса в различных нормальных и аварийных режимах его протекания. Такой анализ весьма сложен и трудоемок, требует знаний кинетики химических реакций. создающих реакционную опасность, использования разнообразных экспериментальных методов и программных средств, больших затрат времени. Поэтому практически невозможно проводить такой детальный анализ каждого процесса или объекта. Попыткой выхода из этого затруднительного положения является использование специальных индикаторов наличия термической опасности у химических веществ и смесей с последующим детальным анализом тех процессов, для которых с помощью индикаторов выявлена высокая потенциальная термическая опасность.