Детонаційний режим горіння

З метою проведення розрахунків з гарантованим запасом за об’ємом інженерно-рятувальних робіт, при обґрунтуванні вихідних даних приймають такий випадок руйнування резервуара, щоб вибух газоповітряної суміші, що утворюється при цьому, справив максимальну вражаючу дію. Цей випадок відповідає руйнуванню такого резервуара, в якому зберігається максимальна кількість пальної речовини на розглянутому об'єкті.

Коротко розглянемо моделі впливу, що визначають поля вражаючих факторів (тиску) при прогнозуванні наслідків вибухів газоповітряних сумішей.

При вибуху газоповітряних сумішей розрізняють дві зони дії: детонаційної хвилі - в межах хмари ГПС та повітряної ударної хвилі - за межами хмари ГПС. В зоні хмари діє детонаційна хвиля, надлишковий тиск у фронті якої приймається постійним у межах хмари ГПС і приблизно рівним DР = 17 кгс/см2 (1,7 МПа).

У розрахунках приймають, що зона дії детонаційної хвилі обмежена радіусом r0, який визначається з припущення, що ГПС після руйнування ємності утворює у відкритому просторі напівсферичну хмару.

Об’єм півсферичної хмари може бути визначений за формулою

 

м3,

де = 3,14.

Враховуючи, що кіломоль ідеального газу при нормальних умовах займає 22,4 м3, об'єм ГПС, що утворюється при аварійній ситуації, складе

 

м3,

 

де - коефіцієнт, що враховує частку активного газу (частку продукту, що бере участь у вибуху);

- кількість зріджених вуглеводневих газів в сховищі до вибуху, кг;

- стехіометрична концентрація газу в % по об'єму (табл. 6.2);

- молярна маса газу, кг/кмоль.

 

З умови рівності півсфери і об’єму суміші, що утворилася, отримаємо

 

м. (1)

 

При підстановці значень для метану = 16 і С = 9.45 (див. табл. 62), отримаємо формулу

 

, м. (2)

 

де - кількість метану до вибуху в тоннах.

Ця формула отримала широке розповсюдження при проведенні розрахунків за визначенням наслідків вибухів для вуглеводневих газів.

Значення коефіцієнта k приймають в залежності від способу зберігання продукту:

k = 1 - для резервуарів з газоподібною речовиною;

k = 0,6 - для газів, зріджених під тиском;

k = 0,1 - для газів, зріджених охолодженням (зберігаються в ізотермічних ємностях);

k = 0,05 - при аварійному розливі легкозаймистих рідин.

Зона дії повітряної ударної хвилі (ПУХ) починається відразу за зовнішньою межею хмари ГПС. Тиск у фронті ударної хвилі DРф залежить від відстані до центру вибуху і визначається за рис. 1 або таблиці 1, виходячи з співвідношення

 

DРф = f (r / r0), (3)

 

де r - відстань від центру вибуху до точки, що розглядається.

 

Таблиця 1

r/r0 0 - 1 1,01 1,04 1,08 1,2 1,4 1,8 2,7
DРф,кПа

 

Таблиця 1 і рис. 1 апроксимують відомі формули, що характеризують залежність тиску від відстані до центру вибуху.

 
 

Рисунок 1 ‑ Зміна значень ∆Рф (кгс/см2) при вибуху пропанобутанових ГПС в залежності від маси скрапленого газу Q (кг) і відстані r (м)

 

Приклад:

1. Визначити r0 і значення ∆Рф на відстані 100 м при розлитті і вибуху ГПС Q=1000 кг. На перетині вертикальної лінії r = 100 м з горизонтальною Q=1000 кг одержимо точку А1, що відповідає ∆Рф = 0,25 кгс/см2; r0 =15,6 м.

2. Визначити значення Q, при якому об'єкт, що витримує навантаження ∆Рф = 0,3 кгс/см2, і розташований на відстані 60 м від центра вибуху, не буде зруйновано. На перетині вертикальної лінії r = 60 м з похилою ∆Рф = 0,3 кгс/см2 отримаємо точку А2, що відповідає Q = 320 кг.

 

Приклад розрахунку

Вибух хмари ГПС, утвореної при руйнуванні резервуара з 106 кг зрідженого пропану.

Вихідні дані: Q=106 кг; К=0,6; mk=44; С=4,03%.

Визначити тиск ударної хвилі на відстані r=200 м від центру вибуху та ступінь руйнувань.

Розрахунок:

1. м.

2. .

3. При за табл. 1 DPф=350 кПа (3,5 кгс/см2).

4. Ступінь руйнувань визначаємо згідно розділу 5 ‑ повні руйнування.