Модели и методики оценки последствий взрывов на химически опасных объектах. Методика оценки последствий аварийных взрывов топлив. Лекция 13_ред_2015 (2). Лекция 13. Модели и методики оценки последствий взрывов на химически опасных объектах. Методика оценки последствий аварийных взрывов топливновоздушных смесей назначение,

• Название: Лекция 13. Модели и методики оценки последствий взрывов на химически опасных объектах. Методика оценки последствий аварийных взрывов топливновоздушных смесей назначение,
• Анкор: Модели и методики оценки последствий взрывов на химически опасных объектах. Методика оценки последствий аварийных взрывов топлив
• Дата: 17.01.2023
• Размер: 391.44 Kb.
• Имя файла: Лекция 13_ред_2015 (2).docx
• Тип: Лекция; #890345
• страница: 2 из 3

Определение ожидаемого режима взрывного превращения [4]

Классификация горючих веществ по степени чувствительности

ТВС, способные к образованию горючих смесей с воздухом, по своим взрывоопасным свойствам разделены на четыре класса. В случае если вещество отсутствует в таблице №7 разделе Дополнительная справочная информация к лабораторной работе 3, его следует классифицировать по аналогии с имеющимися в таблице веществами, а при отсутствии информации о свойствах данного вещества – относить его к классу 1, то есть рассматривать как наиболее опасный случай.

Классификация окружающей территории

В связи с тем, что характер окружающего пространства в значительной степени определяет скорость взрывного превращения облака ТВС, рекомендуется параметры ударной волны, геометрические характеристики окружающего пространства разделять на виды в соответствии со степенью его загроможденности. Классификация и характеристика пространств, окружающих место аварии, приведены в таблице №8 разделе Дополнительная справочная информация к лабораторной работе 3
Классификация ожидаемого режима взрывного превращения

Известны два основных режима протекания быстропротекающих процессов – детонация и дефлаграция (взрыв, при котором нагрев и воспламенение последующих слоев взрывчатого вещества происходит в результате диффузии и теплоотдачи, характеризующийся тем, что фронт ударной волны и фронт пламени движутся с дозвуковой скоростью) [4]. Для оценки параметров действия взрыва возможные режимы взрывного превращения ТВС разбиты на шесть диапазонов по скоростям их распространения, причем пять из них приходятся на процессы дефлаграционного горения ТВС, поскольку характеристики процесса горения со скоростями фронта, меньшими 500 м/с, имеют качественные различия.

Ожидаемый диапазон скорости взрывного превращения определяется с помощью таблицы №5 в зависимости от класса горючего вещества и вида окружающего пространства. Допускается использование более точных значений скорости взрывного превращения при их обосновании.

Таблица №5

Экспертная таблица для определения режима взрывного превращения

Класс горючего вещества	Вид окружающего пространства
	1	2	3	4
	Ожидаемый диапазон скорости взрывного превращения
1	1	1	2	3
2	1	2	3	4
3	2	3	4	5
4	3	4	5	6

Ниже приводится разбиение режимов взрывного превращения ТВС по диапазонам скоростей.

Диапазон 1. Детонация или горение со скоростью фронта пламени 500 м/с и больше.

Диапазон 2. Дефлаграция, скорость фронта пламени 300-500 м/с.

Диапазон 3. Дефлаграция, скорость фронта пламени 200-300 м/с.

Диапазон 4. Дефлаграция, скорость фронта пламени 150-200 м/с.

Диапазон 5. Дефлаграция, скорость фронта пламени определяется соотношением:

,

где – константа, равная 43.

Диапазон 6. Дефлаграция, скорость фронта пламени определяется соотношением:

,

где – константа, равная 26.
Оценка агрегатного состояния ТВС

Для дальнейших расчетов необходимо оценить агрегатное состояние топлива смеси. Предполагается, что смесь гетерогенная, если более 50% топлива содержится в облаке в виде капель, в противном случае ТВС считается газовой. Провести такие оценки можно исходя из величины давления насыщенных паров топлива при данной температуре и времени формирования облака. Для летучих веществ, таких, как пропан при температуре 20 , смесь можно считать газовой, а для веществ с низким давлением насыщенного пара (распыл дизтоплива при 20 ) расчеты проводятся в предположении гетерогенной топливно-воздушной смеси.

Расчет основных параметров воздушных ударных волн (избыточного давления Р и импульса фазы сжатия волны давления I) в зависимости от расстояния (R) до центра облака (в том числе с учетом возможного дрейфа облака ТВС) [4].

Для вычисления параметров воздушной ударной волны на заданном расстоянии R от центра облака при детонации облака ТВС предварительно рассчитывается соответствующее безразмерное расстояние по соотношению:

, (21)

где Е – эффективный энергозапас ТВС.

Далее рассчитываются безразмерное давление Р_х и безразмерный импульс фазы сжатия I_x.

В случае детонации облака газовой ТВС расчет производится по следующим формулам:

(22)

(23)

Зависимости (22), (23) справедливы для значений , больших величины =0,2 и меньших =24 (более точно принимать , где -пороговое значение ). В случае 0,2 величина полагается равной 18, а в выражение для нахождения безразмерного импульса фазы сжатия подставляется значение =0,142.

В случае детонации облака гетерогенной ТВС расчет производится по следующим формулам:

(24)

(25)

Данные зависимости справедливы для значений , больших величины =0,25. В случае  величина полагается равной 18, а величина =0,16.

В случае дефлаграционного взрывного превращения облака ТВС к параметрам, влияющим на величины избыточного давления и импульс положительной фазы, добавляются скорость видимого фронта пламени V_г и степени расширения продуктов сгорания . Для газовых смесей принимается =7, для гетерогенных - =4. Для расчета параметров ударной волны при дефлаграции гетерогенных облаков величина эффективного энергозапаса смеси домножается на коэффициент (-1)/ (см. ранее формулы (15), (16)). Величина определяется исходя из взрывоопасных свойств горючего вещества и загроможденности окружающего пространства, влияющего на турбулизацию фронта пламени.

Безразмерное давление и импульс фазы сжатия определяются по соотношениям:

(26)

(27)

Последние два выражения справедливы для значений , больших величины =0,34, в противном случае вместо в соотношения подставляется величина (пороговое значение величины ).

Далее вычисляются величины и , которые соответствуют режиму детонации и для случая детонации газовой смеси рассчитываются по соотношениям (22), (23), а для детонации гетерогенной смеси – по соотношениям (24), (25). Окончательные значения и выбираются из условий:

P_x=min(P_x1,P_x2), I_x=min(I_x1, I_x2) (28)

После определения безразмерных величин давления и импульса фазы сжатия вычисляются соответствующие им размерные величины:

, Па (29)

, Па*с (30)
Определение дополнительных характеристик взрывной нагрузки.

Параметры падающей и отражённой ударных волн при детонации облака газовой смеси приведены ниже:

Параметры падающей ударной волны:

Амплитуда фазы сжатия:

ln(ΔP₊/P₀)=0,299-2,058lnλ_пар+0,26(lnλ_пар)² (31)

Амплитуда фазы разрежения

ln(ΔP_/P₀)=-1,46 - 1,402lnλ_пар + 0,079(lnλ_пар)² (32)

Длительность фазы сжатия

ln(10⁵₊ /E^1/3)=0,106 + 0,448lnλ_пар – 0,026(lnλ_пар)² (33)

Длительность фазы разрежения,

ln(10⁵_ /E^1/3)=1,299 + 0,412lnλ_пар – 0,079(lnλ_пар)² (34)

Импульс фазы сжатия

ln(I₊ /Е^1/3)= -0,843 – 0,932lnλ_пар – 0,037(lnλ_пар)² (35)

Импульс фазы разрежения

ln(I_ /Е^1/3)= -0,873 – 1,25lnλ_пар + 0,132(lnλ_пар)² (36)
Соотношения (31)-(36) справедливы при 1,3≤λ_пар≤14, где . При принятых допущениях λ_пар=2,15R_x.
Форма падающей волны с описанием фаз сжатия и разрежения в наиболее опасном случае детонации газовой смеси может быть описана соотношением:

(37)

Декремент затухания в падающей волне рассчитывается по соотношению:

(38)

Параметры отраженной волны при ее нормальном падении на преграду

Амплитуда отраженной волны давления

ln(ΔP _r+/P₀)=1,264-2,056ln λ_пар +0,211(ln λ_пар)² (39)

Амплитуда отраженной волны разрежения

ln(ΔP _r-/P₀)= -0,673 -1,043ln λ_пар + 0,252(ln λ_пар)² (40)

Длительность отраженной волны давления

ln(10⁵_r+/E^1/3)= -0,109 + 0,983ln λ_пар – 0,23(ln λ_пар)² (41)

Длительность отраженной волны разрежения

ln(10⁵_r-/E^1/3)=1,265 + 0,857ln λ_пар – 0,192(ln λ_пар)² (42)

Импульс отраженной волны давления

ln(I_r+/Е^1/3)= -0,07 – 1,033ln λ_пар + 0,045(ln λ_пар)² (43)

Импульс отраженной волны разрежения

ln(I_r-/Е^1/3)= -0,052 – 0,462ln λ_пар – 0,27(ln λ_пар)² (44)

Общее время действия отраженных волн на мишень,

ln(10⁵(_r++_r-)/E^1/3) = 1,497 + 0,908ln λ_пар – 0,404(ln λ_пар)² (45)

Форма отраженной волны с описанием фаз сжатия и разрежения с хорошей для практических целей точностью может быть описана соотношением

(46)

Декремент затухания в отраженной волне рассчитывается по соотношению:

(47)

Соотношения (39)-(47) справедливы при значениях λ_пар до 51,6.

В соотношениях (39)-(46) индекс относится к отражённой волне давления; индекс - к отражённой волне разрежения.

В приведенных выше соотношениях (31)-(47) все параметры времени в сек, импульса в Па∙с.

Параметры волны при произвольном режиме сгорания

Импульсные характеристики падающих и отраженных волн не зависят от скорости взрывного превращения. Интенсивность и длительность действия ударных волн при λ_пар≥ 1 рассчитываются по соотношениям (31)-(47). Возможность таких оценок основана на сравнении опытных данных с фактическими сведениями об авариях.

Оценка поражающего действия

Для оценки поражающего действия негативных факторов в Методике ТВС используется вероятностный подход. Это связано с тем, что одна и та же мера воздействия (избыточное давление ударной волны, импульс ударной волны) может вызвать последствия различной тяжести в зависимости от окружающей обстановки, т.е. эффект поражения носит вероятностный характер.

При взрывах ТВС существенную роль играют такие поражающие факторы, как длительность действия ударной волны, и связанный с ней параметр импульс взрыва. Реальное деление плоскости факторов поражения на диаграмме импульс – давление на две части (внутри – область разрушения, вне – область устойчивости) не имеет четкой границы [4]. При приближении параметров волны к границе опасной области вероятность заданного уровня поражения нарастает от 0 до 100%. При превышении известного уровня величин амплитуды давления и импульса достигается 100% вероятность поражения. Эта типичная особенность диаграмм поражения может быть отражена представлением вероятности достижения того или иного уровня ущерба с помощью пробит-функций Pr_i [4]. Пробит-функции представляют собой эмпирические зависимости, отражающие функции распределения вероятностей поражения от различных (одного или нескольких) поражающих факторов.

Ниже приводятся соотношения, которые согласно методике [4] рекомендуется использовать для расчета уровня вероятности поражения воздушной волной зданий, сооружений, живых организмов (в том числе и человека). Величина вероятности поражения измеряется в долях единицы (или в соответствии с методикой ТВС [4] в %).

Связь функции Pr_i с вероятностью той или иной степени поражения находится по таблице 10 в разделе Дополнительная справочная информация к лабораторной работе 3.

Оценка вероятности повреждений промышленных зданий от взрыва облака ТВС

Значение пробит-функции Pr₁ повреждений стен промышленных зданий, через которое определяется по таблице 10 вероятность повреждений стен промышленных зданий, при которых возможно восстановление зданий без их износа, оценивается по соотношению:

(48)

Фактор V₁ рассчитывается с учетом перепада давления в волне и импульса статического давления:

(49)

где ΔP – избыточное давление, Па; I– импульс волны давления, Па∙с.

Значение пробит-функции Pr₂ разрушения промышленных зданий, через которое определяется по таблице 10 вероятность разрушений промышленных зданий, при которых здания подлежат сносу, оценивается:

(50)

(51)

В соответствии с рекомендациями [6] при взрывах ТВС внутри резервуаров и другого оборудования, содержащего газ под давлением, в общем случае следует учитывать опасность разлета осколков и последующее развитие аварии, сопровождаемое «эффектом домино» с распространением аварии на соседнее оборудование, если оно содержит опасные вещества.