ГОСТ Р 12.3.047-98. Приложение Г

Приложение Г

(рекомендуемое)

МЕТОД РАСЧЕТА РАЗМЕРОВ ЗОН РАСПРОСТРАНЕНИЯ ОБЛАКА ГОРЮЧИХ ГАЗОВ И ПАРОВ ПРИ АВАРИИ

Г.1 Сущность метода

В настоящем приложении установлен порядок расчета изменения во времени концентрации газа в облаке при мгновенном выбросе и непрерывном истечении сжиженного углеводородного газа (СУГ), плотность которого больше плотности воздуха.

Г.1.1 Мгновенный выброс СУГ

Г. 1.1.1 Мгновенный выброс СУГ может происходить при повреждении резервуара или иного аппарата, в котором СУГ находится под давлением.

За счет внутренней энергии СУГ его массовая доля d мгновенно испаряется, образуя с капельками жидкости облако аэрозоля. За счет больших скоростей вихревых потоков происходит быстрое вовлечение в облако воздуха и быстрое испарение оставшейся части СУГ.

Массу воздуха Ма0, кг, мгновенно вовлекающуюся в облако для такого испарения, рассчитывают по формуле

Ма0 = ( l - d ) MgLg / ( Cp.a ( Ta - Tg ) + XwLw), (Г.1)

где Мg масса выброшенного СУГ, кг;

Ср.a удельная теплоемкость воздуха, Дж/(кг· К);

Lg удельная теплота парообразования СУГ, Дж/кг;

Ta — температура окружающего воздуха, К;

Тg — температура кипения СУГ при атмосферном давлении, К;

Хw массовая доля водяных паров в воздухе;

Lw — удельная теплота парообразования воды, Дж/кг.

d определяют из соотношения

d = 1 - ехр (- Сp.g (Ta - Tg) / Lg), (Г.2)

где Cp.g удельная теплоемкость СУГ, Дж/(кг · К).

Г. 1.1.2 Принимают, что образовавшееся облако дрейфует по ветру со скоростью vd = 0,6n в (n в — скорость ветра) и имеет в начальный момент форму цилиндра, высота которого равна его радиусу. С течением времени высота облака уменьшается, а радиус растет.

Изменение во времени радиуса, высоты облака и концентрации газа в нем в этой фазе (называемой фазой падения) определяется путем решения методом Рунге-Кутта (реализованным в виде стандартной программы на ЭВМ) системы обыкновенных дифференциальных уравнений:

dMa / dt = r ap r2 a2 a3n в Ri-1 + 2 r a а1 (dr / dt) p r h,

dT / dt =((dMa / dt) Cp.a ( Ta - T ) + p r2 ( Tgr - T )1,333 ) / ( Ma Cp.a + Mg Cp.g ) , (Г.З)

dr / dt = a4 (gh (r g.a - r a) / r g.a) 0,5,

где Ma — масса воздуха в облаке, кг;

r a — плотность воздуха, кг/м3;

r — радиус облака, м;

а1, a2, a3, a4 коэффициенты ( а1 = 0,7, а2 = 0,5, a4 = 1,07, a3 = 0,3 для классов устойчивости А—В (классы устойчивости даны по Паскуиллу, таблица Г.1); 0,24 — для С—В; 0,16 — для E—F);

Ri — число Ричардсона, определяемое из соотношения

Ri = (5,88 h0,48 g / ( a32n в2 )) ( r g.a - r a ) / r a ;

h — высота облака, м;

Т— температура облака. К;

Тgr — температура земной поверхности. К;

r g.a — плотность паровоздушного облака, кг/м3.

Таблица Г.1— Классы устойчивости атмосферы по Паскуиллу

Класс по Паскуиллу Типичная скорость ветра, м/с Описание погоды Вертикальный градиент температуры, К/м
А 1 Безоблачно >>>0,01
В 2 Солнечно и тепло >>0,01
С 5 Переменная облачность в течение дня >0,01
D 5 Облачный день или облачная ночь » 0,01
Е 3 Переменная облачность в течение ночи <0,01
F 2 Ясная ночь Инверсия (отрицательный градиент)

Решением системы вышеуказанных уравнений являются зависимости

Ma = Ma(t), Т= Т(t), r= r(t).

Для решения системы уравнений необходимы дополнительные соотношения

r g.a = (Ma + Mg ) / (Ma / r a + Mg / r g ) ( Ta / T ). (Г.4)

В качестве критерия окончания фазы падения принимают выполнение условия:

(r g.a - r a ) / r g.a < 10-3 . (Г.5)

Зависимость h = h(t) находим из соотношения

h(t)=(Ma / r a + Mg /r g ) (T /Ta )( 1/(p r(t)2). (Г.6)

Г. 1.1.3 Когда плотность паровоздушного облака незначительно отличается от плотности воздуха (т. е. после окончания фазы падения), его движение определяется как фаза пассивной дисперсии и описывается процессами турбулентной диффузии.

Концентрацию газа в точке с координатами (х, у, z) в фазе пассивной дисперсии определяют из формулы

Image968.gif (Г.7)

где s y, s z — среднеквадратичные отклонения, зависящие от величины xc - x0;

хc координата центра облака в направлении ветра, м

x0 координата точки окончания фазы падения, м;

s y (xc - x0); s z (xc - x0) зависят от класса устойчивости по Паскуиллу.

При xc = x0 принимается s y0 = r / 2,14, s z0 = h / 2,14;

при xc > x0Image969.gifImage970.gif

Г.1.2 Непрерывное истечение СУГ

Для описания непрерывного истечения СУГ из резервуаров или иных аппаратов предполагается, что результирующая концентрация газа в паровоздушном облаке является суммой концентраций от отдельных элементарных газовых объемов и рассчитывается по формуле

Image971.gif, (Г.8)

где Q = т· t j,— масса СУГ в j-м элементарном объеме, кг;

 

т — массовая скорость истечения СУГ, кг/с;

xj— координата центра j-го элементарного объема, м;

Image972.gif среднеквадратичные отклонения распределения концентраций в j-м элементарном объеме, м.

Image973.gif - определяют аналогично Image974.gif в Г. 1.1.3.

Пример — Расчет динамики паровоздушного облака в открытом пространстве

Для расчета динамики паровоздушного облака (движения в пространстве границы облака, определяемой НКПВ) принимается, что в некоторый момент времени t0 начинается истечение пропана с массовой скоростью 1,3 кг/с, скорость ветра составляет 1 м/с, градиент температуры составляет 0,667 К/м.

Процедура расчета, реализованная на ПЭВМ, представлена на блок-схеме (рисунок Г.1). Результаты расчета границы облака для двух значений времени t0 + 10 с и t0 + 300 с представлены на рисунке Г.2.

Image975.gif

Рисунок Г. 1 — Алгоритм расчета параметров паровоздушного облака

Image976.gif

t0 — время начала истечения

Рисунок Г. 2 — Границы паровоздушного облака по НКПВ на различные моменты времени от начала истечения


ОТДЕЛ 1.4  ФГУ ВНИИПО МЧС РОССИИ
мкр. ВНИИПО, д. 12, г. Балашиха, Московская обл., 143903
Тел. (495) 524-82-21, 521-83-70     тел./факс (495) 529-75-19
E-mail: nsis@pojtest.ru

Материалы сборника могут быть использованы только с разрешения ФГУ ВНИИПО МЧС РОССИИ
© ФГУ ВНИИПО МЧС РОССИИ, 2009  Все права защищены

Комментарии (0)

    Введите сумму 5 + 10