Расчет интенсивности теплового излучения и времени существования «огненного шара»

 

Облако газовоздушной смеси, переобогащенное топливом, и не способное поэтому объемно детонировать, начинает гореть вокруг своей внешней оболочки, образуя огневой шар. Такие шары, вызванные горением углеводородов, светятся и излучают тепло, что может причинить смертельные ожоги и вызвать возгорание горючих веществ. Огневой шар как поражающий фактор оценивается следующими параметрами:

- максимальный размер;

- время существования;

- плотность теплового потока.

Данные для расчета.

По сценарию С3 с максимально негативным воздействием на окружающую среду, перед образованием «огненного шара», 902,5 кг. газа участвует в образовании избыточного давления, т.о. масса газа в «огненном шаре» составит 2292,5 кг. Плотность газа 0,71 кг/м³. Расстояние от облучаемого объекта до точки на поверхности земли непосредственно под центром «огненного шара» 60м.

Расчет интенсивности теплового излучения «огненного шара» q, кВт/м², проводят по формуле:

 

q = E_f · F_q · t, (2.37)

 

где E_f — cреднеповерхностная плотность теплового излучения пламени, кВт/м²;

F_q — угловой коэффициент облученности;

t - коэффициент пропускания атмосферы.

E_f определяют на основе имеющихся экспериментальных данных. Допускается принимать E_f равным 450 кВт/м² [17].

F_q рассчитывают по формуле:

 

, (2.38)

 

где Н— высота центра «огненного шара», м;

D_s — эффективный диаметр «огненного шара», м;

r — расстояние от облучаемого объекта до точки на поверхности земли непосредственно под центром «огненного шара», м.

Эффективный диаметр «огненного шара» D_s рассчитывают по формуле:

 

Ds =5,33∙ m ^0,327, (2.39)

 

где т — масса горючего вещества, кг.

H определяют в ходе специальных исследований. Допускается принимать H равной D_s/2.

Время существования «огненного шара» t_s, с, рассчитывают по формуле:

 

t_s = 0,92 m ^0,303 (2.40)

 

Коэффициент пропускания атмосферы t рассчитывают по формуле:

 

t = ехр [-7,0 · 10^-4 ( - D_s / 2)], (2.41)

 

Доза теплового излучения Q, Дж/м²,рассчитывается по формуле:

 

Q = q · ts, (2.42)

Расчет.

По формуле (2.39) определяем эффективный диаметр «огненного шара» D_s:

 

Ds = 5,33 · 2292,50,327 = 66,9 м.

 

По формуле (2.38), принимая H = D_s /2 = 33,5 м, находим угловой коэффициент облученности F_q:

 

 

По формуле (2.41) находим коэффициент пропускания атмосферы t:

 

t = ехр [-7,0 · 10-4 · ( )] = 0,97.

 

По формуле (2.37), принимая E_f = 200 кВт/м², находим интенсивность теплового излучения q:

 

q = 450 · 0,1· 0,97 = 45,3 кВт/м².

 

По формуле (2.40) определяем время существования «огненного шара» t_s:

t_s = 0,92 · 2292,5^0,303 = 9,5 с.

Доза теплового излучения Q определяем по формуле (2.42):

Q = 45300·9,5 = 0,43 МДж/м².

Зависимость величины теплового излучения огневого шара от расстояния до его центра представлена в таблице 2.7 и на рисунке 2.3.

Таблица 2.7 – Зависимость величины теплового потока от расстояния до его центра

Расстояние до центра огневого шара	Тепловой поток, q, кВт/м2	Доза теплового излучения, 105 Дж/м2
1	2	3
40	70,2	6,7
60	45,3	4,4
80	28,6	2,8
100	18,4	1,8
120	12,2	1,2
140	8,4	0,8
160	5,9	0,6
180	4,3	0,4
200	3,2	0,3
220	2,4	0,2
240	1,9	0,2
260	1,5	0,1
280	1,2	0,1

Площадь пожара на промплощдке КС составила 2352 м².

 

За время существования огневого шара (9,5 сек.), допустим, что 3 человека получат ожоги различной степени тяжести. На таблице 2.8 представлена численность и степень ожогов пострадавшего населения.

 

Таблица 2.8 – Предельно допустимая доза теплового излучения при воздействии «огненного шара» на человека

Расстояние до центра огневого шара, м	Доза теплового излучения, Дж/м2	Степень ожога	Численность пострадавшего населения
до 75	3,2×105	III	1
От 75 до 90	2,2×105	II	1
От 90 до 115	1,2×105	I	1

 

Т.о. 1 человек, находящийся в радиусе до 75 метров от газопровода получит ожоги III степени,1 человек в радиусе от 75 до 90 метров II степень и 1 человек в радиусе от 90 до 115 метров I степень. Всего пострадает 3 человека.

Учитывая масштаб и расстояние, на котором расположен газопровод, необходимо произвести оценку риска для населения находящиеся на промплощадке компрессорной станции.

 

2.12 Метод оценки индивидуального риска для аварии в помещении

 

Уровень обеспечения безопасности людей при пожарах отвечает требуемому, если:

 

, (2.43)

 

где  — нормируемый индивидуальный риск,  = 10^-6 год^-1;

Q_в — расчетный индивидуальный риск.

Расчетный индивидуальный риск Q_в в каждом здании (помещении) рассчитывают по формуле

 

Q_в ⁼ Q_п P_пp (1 - Р_э) (1 - P_п.з), (2.44)

 

где Q_п — вероятность пожара в здании в год (Q_п=10^-4 – по статистическим данным);

Р_пр — вероятность присутствия людей в здании;

Р_э — вероятность эвакуации людей;

Р_п.з — вероятность эффективной работы технических решений противопожарной защиты.

Вероятность эвакуации Р_э рассчитывают по формуле

 

Р_э = 1 - (1 - Р_э.п)(1 - Р_д.в), (2.45)

где Р_э.п — вероятность эвакуации по эвакуационным путям;

Р_д.в — вероятность эвакуации по наружным эвакуационным лестницам (Р_д.в=0, поскольку в здании не предусмотрены наружные лестницы).

Вероятность Р_э.п рассчитывают по формуле

 

, (2.46)

 

где  — время от начала пожара до блокирования эвакуационных путей в результате распространения на них ОФП, имеющих предельно допустимые для людей значения, мин ( =18 мин);

t_р — расчетное время эвакуации людей, мин;

 ^— интервал времени от возникновения пожара до начала эвакуации людей, мин ( =3 мин).

Произведем расчет индивидуального риска для наиболее вероятного сценария С2 развития аварии.

В помещении компрессорного цеха на этот момент находилось N=30 чел. (персонал), здание одноэтажное Р_пр = 1. Помещение имеет 2 выхода (1 – центральный и 1 – эвакуационный). Ширина путей эвакуации –2 м; ширина дверей – не менее 0,8 м; двери по путям эвакуации предусмотрены открывающимися по направлению выхода из здания или помещения; высота проходов по путям эвакуации – не менее 2,5 м.

 - место пожара; I, II - эвакуационные выходы; 1, 2 - участки эвакуационного пути.

Рисунок 2.4 - Расчетная схема эвакуации

 

Примем, что эвакуация осуществляется одновременно по двум направлениям с приблизительно равной плотностью.

Плотность людского потока на участке пути D рассчитывают по формуле

 

. (2.47)

 

где N — число людей на участке, чел (примем N=30 чел.);

f — средняя площадь горизонтальной проекции человека, м², принимаемая равной 0,100 — взрослого в домашней одежде; 0,125 — взрослого в зимней одежде; 0,070— подростка;

l — средняя длина участка пути, м (примем l=50 м);

 — ширина участка пути, м ( =2 м).

Таки образом, плотность людского потока на участках эвакуационных путей:

 

м^-2.

Время движения людского потока по участку пути t_i, мин, рассчитывают по формуле

 

,  (2.48)

 

где l — средняя длина участка пути, м;

 — скорость движения людского потока по горизонтальному пути на участке, м/мин (определяют по таблице 2.9 в зависимости от плотности D).

 

Таблица 2.9 — Интенсивность и скорость движения людского потока при различной на разных участках путей эвакуации в зависимости от плотности

Плотность потока D, м2/м2	Горизонтальный путь		Дверной проем, интенсивность q, м/мин	Лестница вниз		Лестница вверх
	Скорость v, м/мин	Интенсивность q, м/мин		Скорость v, м/мин	Интенсивность q, м/мин	Скорость v, м/мин	Интенсивность q, м/мин
0,01	100	1,0	1,0	100	1,0	60	0,6
0,05	100	5,0	5,0	100	5,0	60	3,0
0,10	80	8,0	8,7	95	9,5	53	5,3
0,20	60	12,0	13,4	68	13,6	40	8,0
0,30	47	14,1	16,5	52	16,6	32	9,6
0,40	40	16,0	18,4	40	16,0	26	10,4
0,50	33	16,5	19,6	31	15,6	22	11,0
0,70	23	16,1	18,5	18	12,6	15	10,5
0,80	19	15,2	17,3	13	10,4	13	10,4
0,90 и более	15	13,5	8,5	8	7,2	11	9,9
Примечание — Интенсивность движения в дверном проеме при плотности потока 0,9 и более, равная 8,5 м/мин, установлена для дверного проема шириной 1,6 м и более, а при дверном проеме меньшей ширины d интенсивность движения следует определять по формуле q = 2,5 + 3,75 d

 

Следовательно, время движения людского потока по участку:

 

мин.

 

Расчетное время эвакуации людей t_р следует определять как сумму времени движения людского потока по отдельным участкам пути t_i по формуле:

 

t_p = t₁ + t₂, (2.49)

 

где t₁, t₂,— время движения людского потока на каждом участке пути, мин.

Расчетное время эвакуации:

t_р = 2×t = 2×0,5 = 1 мин.

Таким образом, вероятность Р_э.п:

Подставив полученные значения, вероятность эвакуации Р_э

 

Р_э = 1 - (1 -0,999)×(1 - 0)=0,999.

 

Вероятность эффективного срабатывания противопожарной защиты Р_п.з рассчитывают по формуле:

 

, (2.50)

 

где п — число технических решений противопожарной защиты в здании (n=1)-автоматическая установка водяного пожаротушения;

R — вероятность эффективного срабатывания i-го технического решения (R=0,67– автоматическая установка водяного пожаротушения разрушена воздушной ударной волной при взрыве ТВС разрушена частично;).

Следовательно, вероятность эффективного срабатывания противопожарной защиты

 

.

 

Подставив полученные значения в выражение (5.2) получим:

 

Q_в ⁼ ×10^-4×1×(1 – 0,999) (1 – 0,67)=33×10^-9 год^-1.

 

Их расчетов видно, что условие безопасности людей выполнено, значение индивидуального риска меньше допустимого. Для еще более меньшего риска для персонала необходимо внедрение систем пожаропредупреждения и пожарозащиты, разработка мер по снижению вероятности возникновения рассматриваемой чрезвычайной ситуации, проведение пожарно-тактических учений с участием работающего персонала.

 

2.13 Метод оценки социального риска для аварии в помещении

 

Социальный риск оценивается как вероятность гибели в результате пожара 10 и более человек в течение года.

Вероятность Q₁₀ гибели 10 и более человек в результате пожара рассчитывается по формуле

, (2.51)

 

Таким образом, вероятность гибели 10 и более человек в результате пожара т.к. 1+3 < 18

А значит, и вероятность гибели от пожара 10 и более человек в течение года R₁₀ = 0.

 

R₁₀ = Q_п×P_пр×(1 - Р_э)×(1 - Р_пз)×Q₁₀. (2.52)

 

Социальный риск в компрессорном цехе для персонала предприятия будет равен 0.